JP7109359B2 - 接合部を作製するためのソノトロード、デバイスおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載のソノトロード（sonotrode）に関し、また、ソノトロードを用いる装置および方法に関する。

このようなソノトロードは、ＤＥ１０２０１３２１２３３１Ａ１から公知である。公知のソノトロードは、第１の対称面に対して対称的な質量分布を有する。これは、超音波源に接続するための、第１の対称面に対して垂直に延在する２つの円形接続面によって範囲が定められている。ソノトロードの軸は接続面および第１の対称面を通って延在する。ソノトロードは、その円周面から延在する２つの互いに対向する作用面を有する。作用面は各々、軸に対して平行に延在する第１のプロファイルにおいて凸状または隆起状に湾曲している。湾曲した作用面の隆起線は、ソノトロードの軸に対して垂直に延在する。作用面の隆起線は真っすぐに構成されている。管状ケーブルラグとケーブルとの間に溶接接続を作製している間、作用面に対応する溝は管状ケーブルラグの管状部分に押込まれる。

ＤＥ１１２０１１１０２３３５Ｔ５は、管状ケーブルラグをケーブルに接続するための方法を開示する。上記方法においては、ケーブルは、超音波震動によって部分的に溶解され、管状ケーブルラグへの接続がなされる。

ＤＥ１０２０１００２９３９５Ａ１はねじりソノトロードを開示する。この場合、ねじり軸は、超音波発生装置または超音波源に接続するための接続面に対して垂直である。接続面同士の間において、実質的に平坦に構成された作用面を有する突出部は、互いに反対側に位置する構成で、円筒形ソノトロードの円周から延在している。作用面は、ねじりソノトロードの軸またはねじり軸の方向に延在する。

管状ケーブルラグとケーブルとの間を接続するために、ケーブルが管状ケーブルラグの管状部分に差込まれる。次いで、管状ケーブルラグが、管状部分から延在する接続端子の領域においてアンビルに固くクランプされる。その後、ソノトロードが管状部分の領域に押込まれ、接合部（特に、溶接された接続および／または接合された接続）が、超音波振動によってケーブルと管状ケーブルラグの管状部分との間に作製される。

ソノトロードの作用面およびアンビルの反対側の相手側対応面はともに、通常、アンビルとソノトロードとの間においてクランプされた部分同士の間の相対的移動が可能な限り防止されるように、先行技術に従って構造化されている。これは、作用面およびアンビル上に設けられた構造が、接続されるべき（特に、溶接および／またははんだ付けされるべき）部分の表面に押付けられた結果、もたらされるものである。表面におけるこのような変化は、その変化に起因する接触の問題により、特に、電気部品（たとえば、接続端子）において所望されないものである。加えて、作用面およびその相手側対応面は、構造化されているせいで、接続中に高温および急速な摩耗に晒されることが多い。摩耗は、ニッケルめっきされた管状ケーブルラグにおいて特に顕著である。

本発明の目的は先行技術の欠点を軽減することである。特に、接続（特に溶接および／またははんだ付け）されるべき構成要素の表面の破損および／または変形を同時に抑制しつつ、ケーブルと当該ケーブルをカバーする外装との間において、接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）の作製を可能にするソノトロードが規定されるよう意図されている。本発明のさらなる目的に従うと、ソノトロードを用いて接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）を作製するための装置および方法が規定されるよう意図されている。

この目的は独立請求項の特徴によって達成される。本発明の便宜的構成は、従属請求項の特徴から集めることができる。

第１の局面においては、本発明は、ケーブルと当該ケーブルをカバーする外装との間に接合部を作製するためのソノトロードに関する。接合部は溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部であり得る。外装は、たとえば、スリーブ（特に、金属スリーブ(特に、ケーブル上に嵌込まれる管状ケーブルラグの金属スリーブ（すなわち、管状部分）））であり得る。スリーブの代替例として、外装はまたケーブルの一部の覆いであってもよい。

本発明は、作用面が第２のプロファイルにおいて少なくとも部分的に凹状に湾曲していることを提案している。好ましくは、作用面は、第２のプロファイルにおいて凹状に湾曲している。本発明に従って提案されるように、第２のプロファイルにおける作用面が凹状に湾曲している結果、ソノトロードは、圧力または力が外装（特に金属スリーブ）に加えられたときに「自己センタリング（self-centering）」する態様で作用する。この作用は、第２のプロファイルがソノトロードの（以下に説明される）軸に対して垂直に延在するときに、特に顕著になる。作用面が外装に逆らって動かされると、外装は、外装の長手方向範囲の軸が作用面の凹状湾曲に追従する態様で方向付けられるようにずらされる。外装（特に金属スリーブ）が円筒形に構成されている場合、外装の円筒軸はソノトロードの軸に対してほぼ平行に方向付けされている。

本発明に従うと、外装（特に金属スリーブ）をアンビルにしっかりとクランプすることはもはや必要ではなくなる。このため、外装または外装を有する構成要素（たとえば管状ケーブルラグ）の表面の損傷を回避することができる。外装は、具体的には、外装の長手方向範囲の軸がソノトロードの軸とほぼ位置合わせされるように、単に作用面の反対側に位置決めされる（特にアンビル上に置かれる）必要があるにすぎない。すなわち、外装は、その長手方向範囲の方向が、ソノトロードの軸に対して、６０°以下、好ましくは４５°以下、特に好ましくは３０°以下の角度を形成するように、配置されていなければならない。

ケーブルは、たとえば、銅ケーブルまたはアルミニウムケーブルであってもよい。
質量の均衡を得るために、かつ、特にねじれ溶接および／またはねじれはんだ付けの最中に可能な限り不均衡を回避するために、ソノトロードが第１の対称面に対して対称的な質量分布を有することが有利である。

ソノトロードはさらに、超音波源に接続するための接続面を有していてもよい。有利には、接続面は第１の対称面に対して垂直に延在する。

ソノトロードが接続面および第１の対称面を通って延在する軸を含んでおり、かつ、少なくとも１つの作用面がソノトロードの円周面からこの軸に対して垂直な方向に延在していれば、さらに有利である。この結果、上述の利点が得られる。

作用面が、軸に対して平行に延在する第１のプロファイルにおいて少なくとも部分的に凸状に湾曲して（特に、凸状に湾曲して）いれば、特に有利である。結果として、特に外装（たとえば、管状ケーブルラグの管状部分）とケーブルとの間に接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）を作製している間、作用面に対応する溝を外装内に押込むことができる。これは、とりわけ、接合部の安定性を高める役割を果たしている。

本発明の範囲においては、第１のプロファイルはまた、直線的もしくは凹状に形成されてもよく、または、凸状部分および／もしくは直線部分および／もしくは凹状部分を有してもよい。このように、さらに有利な外形を外装に型押しすることができる。

作用面が少なくとも部分的に凹状に湾曲している第２のプロファイルがソノトロードの上記軸に対して垂直に延在することも同様に有利である。

作用面は１つ以上の隆起状部分を有し得る。隆起状部分は、ソノトロードの軸に沿って延在し得るか、ソノトロードの軸に対して横方向に延在し得るか、またはソノトロードの軸に対して他の任意の所望の角度で延在し得る。複数（たとえば２つ）の隆起状部分はまた、ソノトロードの軸に対してさまざまな角度に延在し得る。特に、作用面のうち２つ以上の隆起状部分が、たとえば直角に交差し得る。このように、１つ以上の溝を外装に型押しすることができる。これらの溝は、軸に沿って延在させることができるか、軸に対して横方向に延在させることができるか、または軸に対して他の任意の所望の角度で延在させることができる。

本発明の１つの有利な構成に従うと、作用面は、第１のプロファイルにおいて９０°～１８０°の角度にわたって湾曲している。便宜上、第１のプロファイルはフルビード（full bead）の態様で形成されている。第１のプロファイルは、この場合、半円形に構成され得る。

第１のプロファイルは、便宜上、対称的に形成されている。第１のプロファイルの曲率半径は均一であってもよく、または可変的であってもよい。

さらなる構成に従うと、第２のプロファイルは部分的に凹状に湾曲している。この場合、第２のプロファイルは、圧力または力が作用面によって外装に加えられたときに、外装が作用面に対して規定された位置に推し進められるように構成された溝を有し得る。

本発明の意味の範囲内における「溝」は、有利には、２つの溝端縁が外装の表面と接触したときに、溝端縁同士の間で中心に位置する溝底部が外装の表面とは接触しないように、すなわち、最初に溝底部と外装の表面との間に隙間が残されるように、構成されている。結果として、溝端縁は、最初に外装の表面に沿って摺動し、これにより、外装を作用面に対して規定された位置に移動させることが可能となる。その後、圧力または力が作用面に対して加えられた場合にのみ、溝底部が外装とも接触する。

本発明の範囲内においては、第２のプロファイルは、また、本発明に従って少なくとも部分的に凹状に形成されている限り、部分的に凸状に形成することができる。このようにして、有利な外形を外装に型押しすることができる。

本発明の１つの有利な構成に従うと、作用面は、いずれの場合においても、溝のいずれの側にも突出した（特にこぶ状の）圧力面を有している。言いかえれば、溝端縁は各々、突出した（特にこぶ状の）圧力面として形成されている。圧力面のこぶ状構成は、外装が圧力面上で実質的に摩擦なしの態様で摺動することを可能にする。これにより、作用面に対する規定された位置を迅速かつ正確に設定することを可能となる。

さらに有利な構成に従うと、第２のプロファイルの凹状湾曲は作用面の長さ全体に沿って延在している。「作用面の長さ」という表現は、第２のプロファイルの凹状湾曲の範囲を規定する２つの最高地点同士の間の距離を意味するものと理解される。

作用面の表面は、０．４μｍ以下、好ましくは０．１μｍの平均粗さＲ_ａを有し得る。先行技術とは対照的に、圧力面または作用面は、滑らかに、好ましくは研磨された態様で構成されており、このため、好ましくは、如何なる表面構造（たとえば、突起、リブなど）も有していない。しかしながら、驚くべきことに、超音波溶接方法によってこのような滑らかに構成された作用面を備えた接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）をケーブルと外装との間に作製することができる。これまでのところ、接合部がケーブルおよび外装の回転により実現されると考えられている。表面構造がないため、ソノトロードと外装とアンビルとの間の摩擦が大きくなり、結果として、熱をより発生させ易くなるという効果が得られる。これまでのところ、結果として、外装とケーブルとの間の密着接続が溶接力との協働で、外装内において達成されると考えられている。さらに、表面構造がないため、作用面の摩耗が減じられるという利点が得られる。結果として、より長くより大きなエネルギ入力が可能となる。

ソノトロードはねじりソノトロードであってもよい。この場合、ソノトロードの軸はねじり軸である。しかしながら、ソノトロードは縦方向のソノトロードであってもよい。この場合、ソノトロードの軸は縦波の伝搬方向に対応している。

本発明のさらに有利な構成に従うと、２つの互いに対向する接続面は、それぞれの超音波源が接続面の各々に接続可能となるように設けられている。超音波源は、便宜的に、特にねじり超音波振動または縦方向の超音波振動を発生させるための少なくとも１つのコンバータを含む。この場合、コンバータは、接続面に直接接続されているかまたはブースタを介して間接的に接続されている。

圧力発生デバイスを作用させるための径方向円周オフセット接触面は、各々の接続面と作用面との間に便宜的に設けられている。接触面は、円周方向において径方向外側に突出し得る。この圧力発生デバイスによって、アンビルの方向に作用する圧力またはアンビルの方向に作用する力を発生させることができる。代替的には、または付加的には、装置は、ソノトロードの方向に作用する圧力またはソノトロードの方向に作用する力を発生させるための、アンビルの接触面に作用する圧力発生デバイスを含み得る。

当該装置のさらなる局面は、少なくとも１つの相手側対応面を有するアンビルに関する。相手側対応面は、ケーブルと当該ケーブルをカバーする外装との間（特に、ケーブルとスリーブ（特に、金属スリーブ（特に、上記ケーブル上に嵌込まれた管状ケーブルラグの金属スリーブ））との間）に、接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）を作製するために、ソノトロードの作用面の反対側に配置することができる。本発明に従うと、相手側対応面は、第２のプロファイルにおいて少なくとも部分的に凹状に湾曲しており、特に凹状に湾曲している。本発明に従ったアンビルの相手側対応面は、このように、本発明に従ったソノトロードの作用面と同様に構成されている。特に本発明の第１の局面に関して驚くべきこととして発見されたように、上述の利点の多くも、このようなアンビルおよび従来のソノトロードで達成することができる。

相手側対応面は、第２のプロファイルに対して垂直に延在する第１のプロファイルにおいて少なくとも部分的に凸状に湾曲しており、特に凸状に湾曲している。相手側対応面は、第１のプロファイルにおいて９０°～１８０°の角度にわたって湾曲していてもよい。相手側対応面は、第１のプロファイルにおいてフルビードの態様で形成されていてもよい。相手側対応面の第２のプロファイルは部分的に凹状に湾曲していてもよい。相手側対応面の第２のプロファイルは、圧力または力が相手側対応面によって外装に加えられたときに、外装が相手側対応面に対して規定された位置に推し進められるように構成された溝を有していてもよい。相手側対応面は、いずれの場合にも、溝のいずれの側にも、突出した（特にこぶ状の）圧力面を有していてもよい。相手側対応面の第２のプロファイルの凹状湾曲は、相手側対応面の長さ全体に沿って延在していてもよい。相手側対応面の表面は、０．４μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下の平均粗さＲ_ａを有していてもよい。

本発明のさらなる局面に従うと、ケーブルと当該ケーブルをカバーする外装との間（特に、ケーブルとスリーブ（特に、金属スリーブ（特に、上記ケーブル上に嵌込まれる管状ケーブルラグの金属スリーブ））との間）において、接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）を作製するための装置が提供される。装置は、少なくとも接続面において超音波源に接続されたソノトロードと、ソノトロードの作用面の反対側に配置されるアンビルとを備える。この場合、ソノトロードおよび／またはアンビルは、本発明に従って構成されている。

当該装置が、アンビルの方向に作用する圧力またはアンビルの方向に作用する力を発生させるために、少なくとも１つの接触面に作用する圧力発生デバイスを付加的に含むことは特に有利である。

１つの有利な構成に従うと、アンビルのうち、作用面の反対側に配置された相手側対応面は、０．４μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下の平均粗さＲ_ａを有する。言いかえれば、アンビルの相手側対応面はまた、ソノトロードの作用面と同様の滑らかな態様で構成されており、このため、好ましくは、表面構造（たとえば、突起、リブなど）をもたない。驚くべきことに、滑らかに構成された作用面および同時に滑らかに構成された相手側対応面を用いて、接合部を作製するための十分な超音波エネルギを外装に与えることも可能である。

提案された装置は、特に、ケーブルを管状ケーブルラグに接続する（特に溶接する）のに適している。管状ケーブルラグは、１つの端部において閉じられた金属スリーブを含む。金属板の態様で構成される接続端子が閉口端から延在している。有利な構成に従うと、アンビルは、相手側対応面に隣接する表面部分において、側部にずれるのを防ぐようにこのような接続端子を保持するための２つの平行な肩部を有する。接続端子が特に平行に配置されている肩部間に配置されている結果、作用面に対する外装の大まかな向きが規定され得る。

第１の実現可能な変形例においては、ソノトロードがアンビルの上方に配置されている。第２の実現可能な変形例においては、アンビルがソノトロードの上方に配置されている。ソノトロードおよびアンビルは、好ましくは、互いに対して閉じる方向にずらすことができる。

当該装置はまた、側面境界面を備えた少なくとも１つの側面スライドを含んでいてもよい。好ましくは２つの側面スライドが、それぞれの側面境界面を互いに対向させた状態で配置されている。少なくとも１つの側面スライドは、好ましくは、閉じる方向に対して垂直な横方向にずらすことができる。ソノトロードの作用面、アンビルの相手側対応面および側面スライドの側面境界面は、接続がなされている空間的領域を囲み得る。肩部と同様の態様で、側面スライドは、作用面に対して外装の大まかな方向付けを規定することができる。

作用面および相手側対応面の第２のプロファイルは、このようにクリンプ加工から公知である外装のプロファイルを実現するために、たとえば、それ自体公知であるクリンプ工具のプロファイルのように構成することができる。

超音波源は、便宜的に、ねじり超音波振動または縦方向の超音波振動を発生させるための少なくとも１つのコンバータを含み、また、コンバータと接続面との間に接続された少なくとも１つのブースタを含み得る。

本発明のさらなる局面に従うと、ケーブルと当該ケーブルをカバーする外装との間（特に、ケーブルとスリーブ（特に、金属スリーブ（特に、管状ケーブルラグの金属スリーブ））との間）に接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）を作製するための方法が提供される。当該方法は、
－ 本発明に従ったソノトロードを有する装置を設けるステップと、
－ 外装の軸が作用面における溝の溝軸とほぼ位置合わせされるように、外装を位置決めするステップと、
－ 外装を位置決めするステップの前または後に、外装をケーブルに適合させる（特に、スリーブをケーブル上に嵌込む）ステップと、
－ 外装の軸が溝軸と位置合わせされるように作用面を外装に押付けるステップと、
－ ケーブルが少なくとも部分的に外装に接続される（特に、溶接されるおよび／またははんだ付けされる）ように、ソノトロードによって外装に超音波振動を与えるステップと、を含む。

第１の変形例では、ソノトロードにおいては、作用面の圧力面同士の間の間隔は外装の外径よりも小さい。これにより、センタリング中にクランプ力をより大きくすることが可能となる。圧力面同士の間隔と外装の外径との間の比率は、たとえば、０．５～０．９の範囲、好ましくは０．６～０．８の範囲であり得る。第２の変形例では、ソノトロードにおいては、作用面の圧力面同士の間の間隔は外装の外径よりも大きい。このように、全く同一のソノトロードを用いても、外径の異なる外装をそれぞれのケーブルに接続することもできる。さらに、アンビルの方向にソノトロードを調整している間の自己センタリングが改善され、より均一な力が入力される。圧力面は、溝のいずれの側にも配置することができ、突出した態様で、特にこぶ状の態様で形成することができる。

外装が覆いとなる場合、この覆いでケーブルを覆うことによって適合させることができる。

外装の軸はその長手方向範囲の方向に対応する。外装が円筒形に構成されている場合、軸は回転軸に対応する。

「ほぼ位置合わせされている」という表現は、外装の軸が、ソノトロードの軸に対して６０°以下、好ましくは４５°以下、特に好ましくは３０°以下の角度を形成することを意味するものとして理解される。

実現可能な変形例においては、外装（特にスリーブ）の位置決めは、作用面の反対側に配置されたアンビル上に外装を配置することによって行なわれる。別の実現可能な変形例においては、外装の位置決めは、ソノトロードの作用面上に外装を配置することによって行なわれる。

先行技術とは対照的に、本発明に従った方法においては、金属スリーブは移動可能な態様でアンビルまたはソノトロード上に載っている。外装は、特に、作用面と接触する前は、アンビルにクランプによって固定されておらず、また、アンビルの相手側対応面と接触する前は、ソノトロードにクランプによって固定されておらず、作用面に設けられた凹状湾曲によって外装上にまで降下された作用面または相手側対応面によって方向付けられている。その後、作用面が外装に押込まれ、超音波振動が加えられ、結果として、接合部（特に、溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部）が外装内において作製され、これによりケーブルが覆われ、特に、その内部にケーブルが嵌込まれている。

本発明の有利な構成に従うと、外装はアンビルの相手側対応面の上に配置されている。相手側対応面は上述の平均粗さＲ_ａを有する。

金属スリーブは、有利には、接続端子を有する管状ケーブルラグの構成部品である。この場合、接続端子は、アンビルの肩部同士の間に配置することができる。

与えられた超音波振動は、便宜的には、作用面がソノトロードのねじり軸に対しておよび／または外装の軸に対して垂直な方向に前後に動かされるように、ねじり超音波振動である。しかしながら、与えられた超音波振動はまた、作用面がソノトロードの軸に対しておよび／または外装の軸に対して平行な方向に前後に動かされるように、縦方向の超音波振動であってもよい。

本発明の例示的な実施形態は、添付の図面に関連付けて以下の記載においてより詳細に説明されている。

第１のソノトロードの第１の側面図である。 第１のソノトロードの正面図である。 第１のソノトロードの背面図である。 第１のソノトロードの平面図である。 第２のソノトロードの側面図である。 第２のソノトロードの正面図または背面図である。 第２のソノトロードの平面図である。 第１の超音波溶接デバイスを概略的に示す図である。 第２の超音波溶接デバイスを概略的に示す図である。 作用面が近づく際の金属スリーブの向きを示す図である。 作用面が接触する際の金属スリーブの向きを示す図である。 作用面が押込まれる際の金属スリーブの向きを示す図である。 管状ケーブルラグを備えたアンビルを示す平面図である。 図１３に従った側面図である。 第３のソノトロードの正面図である。 図５に従った第２のソノトロードを示す詳細図である。 第４のソノトロードを通る部分的な断面を示す図である。 異なるプロファイルを作製するためのソノトロードおよびアンビルの対を示す断面図である。 異なるプロファイルを作製するためのソノトロードおよびアンビルの対を示す断面図である。 異なるプロファイルを作製するためのソノトロードおよびアンビルの対を示す断面図である。 異なるプロファイルを作製するためのソノトロードおよびアンビルの対を示す断面図である。 ２つの側面スライドを備えた超音波溶接デバイスを示す図である。 センタリング前において、作用面の圧力面同士の間の間隔が外装の外径よりも大きくなっている、超音波溶接デバイスを示す図である。 センタリング後において、作用面の圧力面同士の間の間隔が外装の外径よりも大きくなっている、超音波溶接デバイスを示す図である。

図１～図４は、本発明に従った第１のソノトロードの図を示す。第１のソノトロードは第１の対称面Ｓ１を有する。質量は、第１の対称面Ｓ１に対して対称的に分散されている。第１のソノトロードの軸Ｘは、第１の対称面Ｓ１に位置する。軸Ｘは、第１のソノトロードの円筒形部分の回転軸に対応している。作用面２は、ソノトロードの円筒形シャフト１とは互いに反対側に配置される態様で延在している。

図１は、作用面２の第１のプロファイルを示す。第１のプロファイルは、軸Ｘに対して平行に延在している。作用面２は、第１のプロファイルにおいて凸状湾曲を有する。これら作用面２は、ここでは完全にビードの態様で構成されている。

図２～図４から特に明らかになるように、作用面２は、軸Ｘに対して垂直に延在している。第２のプロファイルにおいて、同様に軸Ｘに対して垂直に延在している作用面２の各々は、突出したこぶ状の圧力面４によって、どちらの側にも、範囲が規定されている凹状部分または溝３を有している。各々の圧力面４は、平面図において中心点Ｍを有する（図４を参照）。溝軸Ｒは、溝３の最下点同士を接続している。第１のソノトロードは、ねじ切りされたボア６を有する第１の接続面５を有する。さらに、第１のソノトロードには、円周状に取り囲んでいる接触面７が設けられている。接触面７は、第１の接続面５と作用面２との間において、シャフト１から径方向に延在している。

図５～図７に示される本発明に従った第２のソノトロードは、この場合、ソノトロードの前方側および後方側の各々が接続面５を有している点で、第１のソノトロードとは実質的に異なっている。それぞれの接触面７は、各々の接続面５と作用面２との間に設けられている。作用面２は、この場合、２つの接続面５同士の間の中心において円筒形シャフト１上に嵌合されている。

圧力面４の表面は、０．１μｍ以下の平均粗さＲ_ａを有している。溝３も、０．１μｍ以下の平均粗さＲ_ａを有し得る。好ましくは、作用面２は研磨されている。

図８は、本発明に従った第１の超音波溶接装置を概略的に示す。超音波源８は、この場合、その接続面５において、図１～図４に示される第１のソノトロードに接続されている。参照符号９は、第１のソノトロードの接触面７に対して作用する圧力発生デバイスを概略的に表わしている。参照符号１０は、作用面２とは反対側に位置する相手側対応面１１を有するアンビルを表わしている。

図９は、本発明に従った第２の超音波溶接装置の概略図を示す。この場合、図５～図７に示される第２のソノトロードは、いずれの場合もその接続面５において、超音波源８に接続されている。圧力発生デバイス９は、この場合、２つの接触面７の上で支持されている。

超音波溶接装置の機能をここで、特に図１０～図１４に関連付けて、より詳細に説明する。

圧力発生デバイス９によって、ソノトロードの作用面２がアンビル１０の相手側対応面１１の方向に動かされる。アンビル１０の滑らかに構成された相手側対応面１１上に位置する金属スリーブ１２は、たとえば、管状ケーブルラグ１３の構成要素である。金属スリーブ１２は第２の対称面Ｓ２を有する。第２の対称面Ｓ２は、まず第１に、作用面２が近づくのに応じて、第３の対称面Ｓ３と位置合わされるものではない。第３の対称面Ｓ３は、ソノトロードの軸Ｘを通って第１の対称面Ｓ１に対して垂直に延在している。溝軸Ｒは、好ましくは、第３の対称面Ｓ３に位置している。

圧力面４の２つの中心点Ｍ同士の間の間隔は、参照符号Ａによって示されている。参照符号Ｄは、金属スリーブ１２の外径を示している。間隔Ａは、この具体的な実施形態においては、金属スリーブ１２の外径Ｄよりも短い。好ましくは以下の関係が適用される：
Ａ＝ｋ^＊Ｄ
この場合、ｋは、０．５～０．９、好ましくは０．６～０．８の範囲の係数である。

圧力面４のうちの１つが金属スリーブ１２の外周と接触すると直ちに、圧力面４が相手側対応面１１の方向にさらに移動し、これに応じて、金属スリーブ１２の第２の対称面Ｓ２がソノトロードの第３の対称面Ｓ３と位置合わせされるように金属スリーブ１２がずらされる（図１１および図１２を参照）。圧力発生デバイス９により、作用面２が金属スリーブ１２に押込まれ、さらに、超音波振動がソノトロードによって与えられる。

図１３および図１４は、上に管状ケーブルラグ１３が配置されているアンビル１０の構成を示す。管状ケーブルラグ１３は、滑らかな相手側対応面１１上に載った金属スリーブ１２を有する。アンビル１０は、相手側対応面１１に隣接している表面部分１５において、２つの平行な肩部１６を有する。金属スリーブ１２から、接続端子１４が延在している。平行に配置された肩部１６同士の間に接続端子１４が配置されていることで、作用面２に対する金属スリーブ１２の大まかな向きが規定される。肩部１６同士の間の間隔は、便宜的には、規定された範囲内で接続端子１４を側部にずらすことができるように選択されている。ケーブル１７は金属スリーブ１２に差込まれている。金属スリーブ１２は、ここではケーブル１７の外装を形成している。管状ケーブルラグ１３はニッケルめっきされ得る。

本発明に従ったソノトロードであれば、特にねじり超音波溶接方法が用いられる場合、金属スリーブ１２と後者に嵌込まれたケーブル１７との間に再現可能かつ堅固な溶接された接合部および／またははんだ付けされた接合部が作製される。ケーブル１７は、特に、たとえば銅またはアルミニウムからなるリッツ線であってもよい。提案された超音波溶接装置を用いることで、接続端子１４の表面に損傷をもたらす（特に引っ掻き傷を付ける）ことなく、ケーブル１７を管状ケーブルラグ１３に溶接および／またははんだ付けすることができる。作用面２および相手側対応面１１上に表面構造がないため、ソノトロードと金属スリーブ１２とアンビル１０との間の摩擦が大きくなり、結果として、熱が発生し易くなるという作用が付加的に得られる。これは、これまでのところ、結果として、金属スリーブ１２の内部において、密着接続が、加えられる溶接力との協働で達成されるものと想定されている。さらに、表面構造がないため、作用面２および相手側対応面１１の摩耗が低減されるという利点が得られる。結果として、より長くより大きなエネルギを入力することが可能となる。このような摩耗は、ニッケルめっきされた管状ケーブルラグ１３において特に顕著であり、これは本発明によって防止することができる。

図１５に示される第３のソノトロードにおいては、作用面２は、ここに示される第２のプロファイルにおけるその長さＬ全体に沿った凹状湾曲を有する。２つの作用面２の相互に対向する曲率線同士の間の最短距離が有利には軸Ｘと交差する。

図１６は図５に従った詳細図を示す。これにより、ここに示される第１のプロファイルにおいては、作用面２が１８０°の角度αにわたって湾曲していることが明らかになる。

図１７に示される第４のソノトロードにおいては、作用面２は、対照的に、第１のプロファイルにおいて約１００°の角度にわたってのみ湾曲している。

図１８ａ～図１８ｄは、第２のプロファイルが視覚化されている断面図において、４対のソノトロード１８およびアンビル１０を示している。金属スリーブ１２およびケーブル１７は、接続された後であれば同様に見ることができる。図１８ａ、図１８ｃおよび図１８ｄにおいては、ソノトロード１８およびアンビル１０の第２のプロファイルは各々、凸状部分および凹状部分をともに有している。図１８ｂにおいては、アンビル１０の第２のプロファイルだけではなく、ソノトロード１８の第２のプロファイルも、凸状プロファイルを有している。

図１９は、本発明に従ったさらなる溶接デバイスを示す。このさらなる溶接デバイスは、ソノトロード１８およびアンビル１０とは別に、２つの側面スライド１９を含む。２つの側面スライド１９の各々は、側面境界面２０を互いに対向させた状態で配置されている。ソノトロード１８は、この場合、垂直である閉じる方向Ｂにおいて、アンビル１０の方向にずらすことができる。側面スライド１９は、閉じる方向Ｂに対して垂直な横方向Ｑにずらすことができる。ソノトロード１８の作用面２、アンビル１０の相手側対応面１１、および側面スライド１０の側面境界面２０は、接続がなされている空間的領域を囲んでいる。側面スライド１９は、作用面２に対する金属スリーブ１２の大まかな向きを規定している。

図２０ａおよび図２０ｂにおける超音波溶接装置においては、ソノトロード１８の作用面１２の圧力面４同士の間の間隔は金属スリーブ１２の外径よりも大きい。このように、全く同一のソノトロード１８であれば、さまざまな外径を有する金属スリーブ１２をそれぞれのケーブルに接続することも可能である。さらに、アンビル１０の方向にソノトロード１８を調整する際の自己センタリングが改善され、より均一な力が入力される。図２０ａはセンタリング前の状態を示し、図２０ｂはセンタリング後の状態を示している。

Claims (38)

1. ケーブル（１７）と前記ケーブル（１７）をカバーする外装（１２）との間に、接合部を作製するためのねじりソノトロード（１８）であって、前記ソノトロード（１８）は少なくとも１つの作用面（２）を有し、
   前記ねじりソノトロードはねじり軸（Ｘ）を有し、前記作用面（２）は、第２のプロファイルにおいて部分的に凹状に湾曲しており、
   前記第２のプロファイルは、圧力または力が前記作用面（２）によって前記外装（１２）に加えられたときに前記外装（１２）が前記作用面（２）に対して規定された位置に推し進められるように構成された溝（３）を有し、
   前記作用面（２）は、前記溝（３）のいずれの側にも、突出したこぶ状の圧力面（４）を有していることを特徴とする、ソノトロード（１８）。
2. 第１の対称面（Ｓ１）に対して対称的な質量分布を有する、請求項１に記載のソノトロード（１８）。
3. 超音波源（８）に接続するための少なくとも１つの接続面（５）を有する、請求項２に記載のソノトロード（１８）。
4. 前記接続面（５）は前記第１の対称面（Ｓ１）に対して垂直に延在する、請求項３に記載のソノトロード（１８）。
5. 前記ねじり軸（Ｘ）は前記接続面（５）および前記第１の対称面（Ｓ１）を通って延在し、前記少なくとも１つの作用面（２）は、円周面から前記ねじり軸（Ｘ）に対して垂直な方向に延在する、請求項３または４に記載のソノトロード（１８）。
6. 前記作用面（２）は、前記ねじり軸（Ｘ）に対して平行に延在する第１のプロファイルにおいて少なくとも部分的に凸状に湾曲している、請求項４に記載のソノトロード（１８）。
7. 前記第２のプロファイルは、前記ねじり軸（Ｘ）に対して垂直に延在する、請求項１から６のいずれか一項に記載のソノトロード（１８）。
8. 前記作用面（２）は、前記第１のプロファイルにおいて９０°～１８０°の角度（α）にわたって湾曲している、請求項６に記載のソノトロード（１８）。
9. 前記作用面（２）は、前記第１のプロファイルにおいてフルビードの態様で形成されている、請求項６に記載のソノトロード（１８）。
10. 前記作用面（２）の表面は、０．４μｍ以下の平均粗さＲａを有している、請求項１から９のいずれか一項に記載のソノトロード（１８）。
11. 前記作用面（２）の表面は、０．１μｍ以下の平均粗さＲａを有している、請求項１から１０のいずれか一項に記載のソノトロード（１８）。
12. ２つの互いに対向する接続面（５）は、それぞれの超音波源（８）が前記接続面（５）の各々に接続可能となるように設けられている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のソノトロード（１８）。
13. 圧力発生デバイス（９）の作用のための径方向円周オフセット接触面（７）が、各々の接続面（５）と前記作用面（２）との間に設けられている、請求項１から１２のいずれか一項に記載のソノトロード（１８）。
14. 少なくとも１つの相手側対応面（１１）を有するアンビル（１０）であって、前記相手側対応面（１１）は、ケーブル（１７）と前記ケーブル（１７）をカバーする外装（１２）との間に接合部を作製するために、ソノトロード（１８）の作用面（２）の反対側に配置することができ、
    前記相手側対応面（１１）が、第２のプロファイルにおいて少なくとも部分的に凹状に湾曲しており、
    前記相手側対応面（１１）の表面は、０．４μｍ以下の平均粗さＲａを有し、
    前記第２のプロファイルは、圧力または力が前記相手側対応面（１１）によって前記外装（１２）に加えられたときに、前記外装（１２）が前記相手側対応面（１１）に対して規定された位置に推し進められるように構成された溝を有し、
    前記相手側対応面（１１）は、前記溝のいずれの側にも、突出した圧力面を有し、
    前記圧力面はこぶ状であることを特徴とする、アンビル（１０）。
15. 前記相手側対応面（１１）は、前記第２のプロファイルに対して垂直に延在する第１のプロファイルにおいて少なくとも部分的に凸状に湾曲している、請求項１４に記載のアンビル（１０）。
16. 前記相手側対応面（１１）は、前記第１のプロファイルにおいて部分的に凸状に湾曲している、請求項１５に記載のアンビル（１０）。
17. 前記相手側対応面（１１）は、前記第１のプロファイルにおいて９０°～１８０°の角度（α）にわたって湾曲している、請求項１５に記載のアンビル（１０）。
18. 前記相手側対応面（１１）は、前記第１のプロファイルにおいてフルビードの態様で形成されている、請求項１５に記載のアンビル（１０）。
19. 前記第２のプロファイルは前記第２のプロファイル内で部分的に凹状に湾曲している、請求項１４から１８のいずれか一項に記載のアンビル（１０）。
20. 前記第２のプロファイルの凹状湾曲は、前記相手側対応面（１１）の長さ全体に沿って延在している、請求項１４から１９のいずれか一項に記載のアンビル（１０）。
21. ケーブル（１７）と前記ケーブル（１７）をカバーする外装（１２）との間に、接合部を作製するための装置であって、
    少なくとも接続面（５）において超音波源（８）に接続されるソノトロード（１８）と、
    前記ソノトロード（１８）の前記作用面（２）の反対側に配置されたアンビル（１０）とを含み、前記ソノトロード（１８）は、請求項１から１３のいずれか一項に記載されるように構成されており、および／または、前記アンビル（１０）は、請求項１４から２０のいずれか一項に記載されるように構成されている、装置。
22. 前記装置は、前記アンビル（１０）の方向に作用する圧力もしくは力を発生させるための、少なくとも１つの接触面（７）に対して作用する圧力発生デバイス（９）、および／または、前記ソノトロード（１８）の方向に作用する圧力もしくは力を発生させるための、前記アンビル（１０）の接触面に対して作用する圧力発生デバイスを含む、請求項２１に記載の装置。
23. 前記アンビル（１０）のうち、前記作用面（２）の反対側に配置された相手側対応面（１１）は、０．４μｍ以下の平均粗さＲａを有する、請求項２１または２２に記載の装置。
24. 前記アンビル（１０）は、前記相手側対応面（１１）に隣接する表面部分（１５）において、側部にまでずれるのを防ぐように、接続端子（１４）を保持するための２つの平行な肩部（１６）を有する、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の装置。
25. 超音波源（８）は、ねじり超音波振動または縦方向の超音波振動を発生させるための少なくとも１つのコンバータを含む、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 前記超音波源（８）は、前記コンバータと前記接続面（５）との間に接続された少なくとも１つのブースタを含む、請求項２５に記載の装置。
27. 側面境界面（２０）を備えた少なくとも１つの側面スライド（１９）を含み、それぞれの側面境界面（２０）を互いに対向させた状態で配置されており、前記側面スライド（１９）は、接続が行なわれている空間的領域を囲んでいる、請求項２１から２６のいずれか一項に記載の装置。
28. ケーブル（１７）と前記ケーブル（１７）をカバーする外装（１２）との間に、接合部を作製するための方法であって、
    ― 請求項１から１３のいずれか一項に記載のソノトロード（１８）を有する、および／または、請求項１４から２０のいずれか一項に記載のアンビル（１０）を有する、装置を設けるステップと、
    ― 前記外装（１２）の軸が作用面（２）における溝（３）の溝軸（Ｒ）とほぼ位置合わせされるように、前記外装（１２）を位置決めするステップと、
    ― 前記外装（１２）を位置決めするステップの前または後に、前記外装（１２）を前記ケーブル（１７）に適合させるステップと、
    － 前記外装（１２）の前記軸が前記溝軸（Ｒ）と位置合わせされるように前記作用面（２）を前記外装（１２）に押付けるステップと、
    － 前記ケーブル（１７）が少なくとも部分的に前記外装（１２）に接続されるように、前記ソノトロード（１８）によって前記外装（１２）に超音波振動を与えるステップと、を含む、方法。
29. 前記外装（１２）はスリーブ（１２）である、請求項２８に記載の方法。
30. 前記スリーブ（１２）は管状ケーブルラグ（１３）の金属スリーブ（１２）である、請求項２９に記載の方法。
31. 前記ソノトロード（１８）において、前記作用面（２）の圧力面（４）同士の間の間隔（Ａ）は前記外装（１２）の外径（Ｄ）よりも小さい、請求項２８から３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記ソノトロードにおいて、前記作用面（２）の前記圧力面（４）同士の間の間隔（Ａ）は、前記外装（１２）の外径（Ｄ）よりも大きい、請求項２８から３０のいずれか一項に記載の方法。
33. 前記外装（１２）を位置決めするステップは、前記作用面（２）の反対側に配置されたアンビル（１０）上に前記外装（１２）を配置することによって行なわれる、請求項２８から３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 前記外装（１２）は、前記アンビル（１０）の相手側対応面（１１）上に配置され、前記相手側対応面（１１）の表面は、０．４μｍ以下の平均粗さＲａを有している、請求項２８から３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記外装（１２）は、接続端子（１４）を有する管状ケーブルラグ（１３）の構成部品である、請求項２８から３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 前記接続端子（１４）は、前記アンビル（１０）の肩部（１６）同士の間に置かれる、請求項３５に記載の方法。
37. 与えられた前記超音波振動は、前記作用面（２）が、前記ソノトロード（１８）のねじり軸に対して、および／または前記外装（１２）の軸に対して垂直な方向に前後に動かされるように、ねじり超音波振動である、請求項２８から３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 与えられた前記超音波振動は、前記作用面（２）が、前記ソノトロード（１８）の軸に対して、および／または前記外装（１２）の軸に対して平行な方向に前後に動かされるように、縦方向の超音波振動である、請求項２８から３７のいずれか一項に記載の方法。

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