JP7259039B2 - 超音波溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、ソノトロードとコンバーターを有する超音波振動ユニットを備えた超音波溶接機に関する。ソノトロードとコンバーターは縦軸に沿って互いに並置されており、超音波振動ユニットは縦軸の方向の周波数ｆ＝ｖ／λの超音波振動で共鳴させることができ、ｖは超音波振動ユニット内における音響超音波振動の伝播方向であり、λは超音波振動の波長である。この場合、超音波振動ユニット内で振動ノードと振動極大点を有する定常波が形成される。最も単純なケースでは、ソノトロードは正確に１つの振動ノードと２つの振動極大点を示す。即ち、ソノトロードの長さは共鳴振動の半波長のλ／２に相当する。

通常、超音波溶接機はアンビルを有しており、被加工材はソノトロードのシール面とアンビルのシール面との間に配置される。

加工のために超音波振動ユニットは保持されなければならず、したがって相応の保持具を備えている。
例えば、特許文献１により、共振器を任意の箇所で支持することができ、共振器を特定の振動で一貫して振動させ、超音波振動を物体に効率的に伝達することができる共振器用の支持装置が知られている。
例えば、特許文献２及び特許文献３にも、超音波溶接装置用の別の保持構造が記載されている。

溶接品質に対する要求はますます高くなっている。そのうえ金属などの材料を溶接加工すると、ソノトロードのシール面に著しい摩耗を来たし、そのためソノトロードを頻繁に交換することが必要となる。一部では既に複数のシール面を備えたターニングソノトロードが提案されており、１つのシール面が摩耗したらソノトロード（Wendesonotrode）を回転させて新しいシール面で引き続き加工できるようになっている。
特に金属溶接で高い溶接品質を達成するためには、ソノトロードとアンビルのシール面を非常に正確に互いに平行に位置決めすることが必要である。とりわけ超音波振動ユニット及びソノトロードのシール面をアンビルに対して平行に位置決めすることは、既知の超音波溶接機では非常に面倒であり、往々にして特別訓練を受けた要員にしか実施できず、このことは特にソノトロードを頻繁に交換する場合は加工プロセスを不都合に中断することにつながる。たとえターニングソノトロードを使用したとしても、ソノトロードを回転させるたびに新たにアンビルに対して正確に平行に位置決めしなければならないので、この点は何も変わらない。

［先行技術文献］
［特許文献］
欧州特許出願公開第２２６７７６５号明細書 ドイツ特許出願公開第１１２０１６００３５９６号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２０１３１０３８８７号明細書

それゆえ本発明の課題は、ソノトロードのシール面をアンビルに対して簡単、迅速、且つ高精度に調整できるようにする超音波溶接機を提供することである。

上記の課題は、保持具が角度位置決め装置を有しており、角度位置決め装置と超音波振動ユニットは、互いに形状的に接続できるように形成されていて、この形状接続によって超音波振動ユニットが縦軸を中心に回転することは妨げられ、且つ超音波振動ユニットと保持具とが縦軸の方向で相対的に移動することは妨げられないことによって解決される。

この形状接続によって、超音波振動ユニットはその縦軸を基準にした角度位置が設定される。回転位置を設定するために、超音波振動ユニットを角度位置決め装置と接続するだけでよい。その後で超音波振動ユニットの位置決めを、縦軸の方向で少なくとも限られた範囲内で行うことができる。縦軸を中心にそれ以上回転することは、形状接続によって妨げられる。この場合、形状接続は、嵌め合いによって行われると、角度位置が縦軸を基準にして所望された位置にあるように形成されている。回転方向でさらに調整する必要はない。したがってアンビルとソノトロードのシール面のほぼ完璧に平行な位置合わせを実現するためには、超音波振動ユニットを角度位置決め装置とだけ接続すればよい。

好適な実施形態では、超音波振動ユニットは、少なくとも１つの凹部を備えた外側隆起を有しており、角度位置決め装置は凹部に対応する少なくとも１つの凸部を有していて、凸部は凹部に突入係合でき、それによって形状接続を実現する。

この場合、外側隆起は複数の凹部を備え、好ましくは角度位置決め装置は複数の凹部に対応する複数の凸部を有しており、特に好ましくは、超音波振動ユニットは、縦軸を中心に互いに相対的に回転した複数の位置で角度位置決め装置と形状的に接続できる。

特に、ソノトロードが複数のシール面を備えたターニングソノトロードとして形成されている場合、最後に挙げた実施形態は有利である。すべての位置において、形状接続によって角度位置決め装置と超音波振動ユニットの間の相対回動が妨げられていて、超音波振動ユニットは、複数のシール面の１つが最適に位置合わせされている回転位置にある。

外側隆起は任意に形成できる。例えば外側隆起はＴ字形断面を有することができる。この場合、外側隆起は１つのウェブと、このウェブの一方の側から直角に両側に延びる１つのフランジを有する。その際に、１つ以上の凹部を、好ましくはフランジ内に設けることができる。

角度位置決め装置の少なくとも１つの凸部は、超音波振動ユニットとの形状接続を提供できる限り、原則として任意の方向に延びてよい。好適な実施形態では、角度位置決め装置の凸部は軸方向に延びている。

さらに好適な実施形態では、外側隆起の少なくとも１つの凹部と角度位置決め装置の凸部は互いに対応する接触面を有しており、これらの接触面は、超音波振動ユニットが縦軸を中心に回転すると角度位置決め装置内に挿入されて互いに接触し、好ましくは凹部及び／又は凸部の接触面は、縦軸に対して傾いている。基本的にこの実施形態は、一方の角度位置決め装置と、他方の超音波振動ユニットとの噛み合いを構成している。

形状接続を可能な限り遊びなく形成するために、好適な実施形態では、凸部及び／又は凹部は先端が尖るように先細に形成されており、その結果として接触面は縦軸に対して傾いている。例えば凸部及び凹部はハースセレーション（Hirth-Verzahnung）として構成されてよい。

さらに好適な実施形態では、角度位置決め装置は、角度位置決め装置を機台に固定するための固定部材と、２つの位置の間で縦軸の方向で固定部材に対して相対的に往復移動できる連結部材とを有しており、連結部材と超音波振動ユニットとの間で形状接続を形成できる。この場合、連結部材は位置の１つで弾性的に付勢されていることができる。

角度位置決め装置が二部分からなることにより、連結部材は超音波振動ユニットと形状接続でき、又は超音波振動ユニットとの係合が外れて、超音波振動ユニットがその縦軸を中心に回転できるようにすることが可能である。

別の好適な実施形態では、固定部材と連結部材との間に圧力プレートが設けられており、連結部材は圧力プレートに対して縦軸を中心に相対的に回転できる。さらに拘束装置が設けられていて、この拘束装置によって連結部材を拘束すると、連結部材が超音波振動ユニットの縦軸を中心に回転することが妨げられるようにすることができる。好適な実施形態では、拘束装置は保持具に固定されている。

連結部材が縦軸を中心に２つの回転位置の間で固定部材に対して往復回転できるようにする微調整装置を設けることができる。特に好ましくは、微調整装置は、連結部材と接続可能な長穴を備えた調整部材と、この長穴に貫入するねじとからなり、ねじは保持具のねじ孔内に突入係合する。

連結部材が固定部材に対して相対的に回転可能であることは、ソノトロードのシール面とアンビルのシール面との平行性の偏差がなおも存在する場合に、それを補償するのに役立つ。このことは微調整装置を用いて非常に正確に行うことができる。

別の好適な実施形態では、外側隆起はソノトロードに、又はソノトロードとコンバーターとの間に配置された振幅変換器に設けられており、好ましくは、隆起は波長λ／２の共鳴振動の振動ノードに配置されている。振動ノードに配置することにより、保持具若しくは角度位置決め装置による共鳴振動への影響が最小であるように確保される。外側隆起が、１つのウェブと、このウェブの一方の側から直角に両側に延びる１つのフランジを有するＴ字形断面で形成されている場合は、ウェブは共鳴振動の振動ノードに配置すべきである。

さらに別の好適な実施形態では、ソノトロードに縦軸に対して垂直に加えられる力を支持するための支持部材が設けられており、ソノトロードと支持部材は互いに対応する支持面を有し、これらの支持面は、少なくともソノトロードに縦軸に対して垂直に力が加えられると互いに接触し、これらの支持面は互いに接触するとソノトロードが支持部材に対して縦軸の方向に相対的に移動することを妨げ、且つソノトロードが縦軸を中心に回転することを妨げない。

この実施形態は、特に、角度位置決め装置に対する外側隆起が振幅変換器に配置されていると有利である。なぜなら、この場合は溶接中にソノトロードに加わる力が大きいてこの作用を持ち、これが支持部材によって吸収できるからである。ソノトロードとアンビルのシール面が互いに正確に平行に位置合わせされている場合でも、これはソノトロードに縦軸に対して横断方向に曲げモーメントが負荷されると変化する。このようなことは、ソノトロードのシール面が縦軸に対して垂直に位置決めされていない場合は常に起こる。特に金属溶接の場合にはソノトロードのシール面は、大抵、シール面上の垂線が縦軸と直角をなすように向けられている。しかも金属溶接では比較的高い力を加える必要があるため、超音波振動ユニットの撓みを招き、その結果、ソノトロードのシール面はもはやアンビルのシール面と正確に平行に位置合わせされなくなり、これにより溶接品質が低下する。さらに大きい曲げモーメントによって超音波振動ユニットの構成部品も損傷する可能性があるが、これは回避すべきである。支持部材によって撓みと、それによる平行性からの偏差が低減され、保持具又は超音波振動ユニットの部品の損傷が避けられる。

例えば、ソノトロードが突起を備え、支持部材が溝を備えて、これらの突起と溝が互いに係合して支持するようにできる。代替として、ソノトロードが溝を備え、支持部材が突起を備えることもできる。この場合、突起と溝は対応する支持面を持っている。好ましくはソノトロードの突起又は溝は、共鳴振動の振動ノードに配置されている。

好適な実施形態では、対応する支持面は縦軸に垂直な平面に対して傾いている。特に好適な実施形態では、溝も突起も台形断面を有する。この方策により、超音波振動ユニットの軸方向位置決めは非常に簡単で正確である。

別の好適な実施形態では、相手工具（Gegenwerkzeug）が設けられており、ソノトロードと相手工具は縦軸に垂直の方向で互いに相対的に移動でき、支持部材は、相手工具によって、場合によってはソノトロードと相手工具との間に位置決めされた材料を介してソノトロードに加えられた力が支持部材に伝達されるように位置決めされている。これにより基本的に、相手工具と支持部材は、互いに向き合う側に位置決めされている。

さらに別の実施形態では、支持部材は保持具に固定されており、好ましくは、支持部材は保持具に対して保持位置と解放位置との間で往復移動できる。保持位置では対応する接触面は互いに接触しているのに対し、解除位置では超音波振動ユニットは縦軸の方向で移動でき、この移動が支持部材によって妨げられることはない。特に好適な実施形態では、支持部材を保持位置にロックできるロック装置が設けられている。

別の好適な実施形態では、ソノトロードとコンバーターとの間に振幅変換器が設けられており、この振幅変換器はコンバーター及び／又はソノトロードと、縦軸に垂直な平面のすべての方向で嵌合を提供する形状接続によって接続されている。例えば振幅変換器とコンバーターとの間、又は振幅変換器とソノトロードとの間の形状接続は、突起部（Zapfen）とこれに対応する開口部とからなり、好ましくは、突起部は振幅変換器に配置され、対応する開口部はソノトロード又はコンバーターに配置されている。

突起部とこれに対応する開口部は、好ましくは縦軸に対して回転対称に形成されておらず、ソノトロードの振幅変換器に対する回転位置決め、又はコンバーターの振幅変換器に対する回転位置決めは形状接続によって行われる。代替として、複数の突起部とこれに対応する開口部を設けてよい。この場合、１つ以上の突起部は、振幅変換器が所定の回転角度位置でのみソノトロード又はコンバーターと係合できるように形成されているべきである。

特に好適な実施形態では、突起部とこれに対応する開口部は、ｎ数の回転軸を有する縦軸を中心とする回動対称を有する。ソノトロードがターニングソノトロードとしてｍ数の回転軸を有する縦軸を中心に回動対称に形成されている場合、ｍ＝ｎであることが好ましい。言い換えれば、振幅変換器は定義されたｎ個の回転角度位置でのみソノトロード又はコンバーターと係合できる。

この形状接続によって、通常は、一方の振幅変換器と、他方のソノトロード又はコンバーターとの間の軸方向可動性が可能になる。部材を互いにしっかりと接続するために、例えば振幅変換器はねじ孔を有し、ソノトロード又はコンバーターは段付き貫通孔を有することができ、段付き貫通孔を貫通するねじがねじ孔に突入係合することにより軸方向の固定を行うことができる。

代替として、開口部を突起部に焼き嵌めすることもできよう。

別の好適な実施形態では、突起部とこれに対応する開口部は円錐状に形成されているか、又は円錐状部分を有する。円錐形状は、一方では、ソノトロードと振幅変換器との間の接続、又は振幅変換器とコンバーターとの間の接続のセンタリングに用いられる。他方では、円錐形状により、接続はセルフロックするように構成できる。それゆえ円錐角度は最大２°が有利である。

さらに別の好適な実施形態では、クランプ装置を備えた保持具が設けられており、クランプ装置は、開いた位置と閉じた位置との間で往復移動できる。この場合、開いた位置で超音波振動ユニットを保持具から取り出すことができる。閉じた位置では、クランプ装置は少なくとも２つの保持点で超音波振動ユニットと接触してこれに力を加え、その結果超音波振動ユニットが保持される。ここで保持点は、好ましくは外側隆起に配置されている。

特に好適な実施形態では、クランプ装置は、スロット（Schlitz）付きコレットスリーブとして形成されている。コレットスリーブ（Spannhuelse）は、超音波振動ユニットの部分の外面に対応して形成された内面を持っている。スロットは、スリーブの外面とスリーブの内面を接続しており、そのためスリーブは、スロットを限定する２つの向き合うスロット壁を有する。締め付け装置が設けられていて、それによりスロット壁を互いに向かって動かすことができ、そうすることで内面によって限定された空間が縮小されて超音波振動ユニットがスリーブ内部で締め付けられる。

例えば一方のスロット壁にねじ孔を設け、他方のスロット壁に段付き貫通孔を設けることができ、締め付け装置として用いられるねじが段付き貫通孔を通ってねじ孔に突入係合でき、ねじを回すと両スロット壁を互いに向かって動かすことができる。

クランプ装置による超音波振動ユニットの損傷を防ぐために、好適な実施形態ではスロット壁が停止面として働くようにされている。したがって超音波振動ユニットの外面の一部とコレットスリーブの内面は、スロット壁が接触すると、超音波振動ユニットが確実にクランプ装置によって保持されるように互いに同調されていて、超音波振動ユニットの損傷を来すことはない。

その他の利点、特徴及び可能な応用は、以下の本発明の好適な実施形態と付属の図面に基づいて明らかになる。

図１は、本発明による超音波溶接機の平面図である。 図２は、保持具のない図１による超音波溶接機の斜視図である。 図３は、振動構造のない図１による保持具の斜視図である。 図４ａは、図１の連結部材の斜視図である。 図４ｂは、図１の角度位置決め部材の斜視図である。 図４ｃは、図１の角度位置決め部材の断面図である。 図４ｄは、図１の保持具の断面図である。 図５は、図１の実施形態の断面図である。 図６は、図１の振幅変換器の斜視図である。 図７は、図１のソノトロードの斜視図である。

図１には、本発明による超音波溶接機の第１の実施形態が示されている。この超音波溶接機は、特に金属の溶接のために意図されている。この超音波溶接機は、ソノトロード１と、振幅変換器４と、コンバーター３とを含む超音波振動ユニットを有する。超音波振動ユニットの構成要素は、縦軸に沿って互いに並置されている。コンバーター３を用いて交流電圧が機械的な超音波振動に変換される。この機械的振動は、振幅変換器４によって振幅が変えられるが、周波数は変わらずにソノトロード１に伝達される。ソノトロード１は、コンバーター３とは反対側に合計４つのシール面２を有しており、これらは被加工材と接触するために設けられている。超音波振動ユニットはその個々の構成要素、即ち、コンバーター３、振幅変換器４及びソノトロード１と互いに同調されていて、波長の超音波周波数で共鳴させることができるようになっている。そのためソノトロードの内部では縦半波の定常波が形成される。超音波振動ユニットは機台に保持されなければならない。このために、以下に詳しく説明する保持具５が設けられている。

図２は、図１の実施形態の斜視図を示す。ここでは超音波振動ユニットの個々の構成要素、即ち、コンバーター３、振幅変換器４及びソノトロード１は実質的に回転対称であり、ソノトロード１のコンバーター３とは反対側の端部のみが正方形に形成されており、正方形断面の各縁面に溶接面２が設けられている。代替として、ソノトロードは他の断面、例えば三角形、正方形ではない四角形などを有することもできよう。

超音波を用いて、特に金属、わけても銅やアルミニウムなどの非鉄金属を溶接する場合、溶接面が著しく摩耗し、そのため超音波溶接機は定期的な間隔で部分的又は完全に交換する必要がある。

図示されたソノトロード１は合計４つのシール面２を有するので、１つのシール面２が摩耗したら９０°回転させて、この位置で引き続き使用できる。

超音波で金属を加工するために、被加工材はソノトロード１のシール面２と相手工具（図示せず）との間に配置し、次いで超音波振動ユニットを振動させて、シール面２により超音波振動を被加工材に伝達することができる。

図１の保持具５は、図３に個別に示されている。保持具はコレットスリーブとして構成されている。保持具は振幅変換器を完全に取り囲んでいることが分かる。但し、保持具はスロット１１を有しており、これは保持具の２つの脚部材１２、１３によって形成される。図３に示す位置で、振幅変換器４を軸方向で保持具５内に押し込むことができる。この位置で振幅変換器４、したがって超音波振動ユニット全体を、保持具５の内部で縦軸を中心に回転させることができる。超音波振動ユニット若しくはソノトロード１のシール面２が所望の位置に達したら直ちに、脚部材１３の内部にねじ孔として、且つ脚部材１３の内部に貫通孔として形成された孔１４に受容されているねじを用いて、２つの脚部材１２、１３を互いに向かって動かすことができる。その結果としてスリーブ状の保持具５の内径は小さくなり、振幅変換器４は、保持具５内で緊締されて、超音波振動ユニットは、その縦軸を中心にして保持具５に対して相対的に回動することができなくなる。図示の実施形態では、脚部材１２、１３は対応するスロット壁を有しており、これらは停止面として働く。このことは超音波振動ユニットの外面の一部及びコレットスリーブの内面は、孔１４内に突入係合するねじを用いて脚部材１２、１３が停止面に接触するまで、互いに向かって動かすことができ、停止した状況で超音波振動ユニットはコレットスリーブの内部で固定保持される。この構成により、コレットスリーブは敏感な超音波振動ユニットに過大な圧力を加えることができないように確保される。したがって、脚部材１２、１３の両スロット壁が互いに衝突した瞬間にスリーブが超音波振動ユニットに付加する以上の力を、超音波振動ユニットに加えることはできない。

図４ａには、角度位置決め装置の連結部材８の斜視図が示されている。角度位置決め装置は、ソノトロード１のシール面２の角度位置を簡単な方法で可能な限り正確に調整する働きをする。

角度位置決め装置は、スリーブとして形成された連結部材８を有する。そのコンバーターから反対に向けられた側には一連の凸部２７若しくは凹部２８が配置されている。

特に図５から分かるように、振幅変換器は外側隆起を有し、これはここではウェブ１５と、第１のスリーブ部分１６及び第２のスリーブ部分１７を備えたフランジとから形成される。ウェブ１５は、振動ノードで振幅変換器４と接続されている。ウェブ１５の端部で振幅変換器４から第１のスリーブ部分１６がコンバーター３に向かって延び、第２のスリーブ部分１７がソノトロード１に向かって延びている。第１のスリーブ部分１６も第２のスリーブ部分１７も、保持具５に対する接触面として働く全周カラー１８を有する。この固定方式により、超音波振動ユニットの振動特性に有意な影響を及ぼさない保持が可能になる。

図６に振幅変換器４の斜視図が示されている。２つの全周カラー１８が見て取れる。第１のスリーブ部分１６は一連の凸部２０若しくは凹部２１を有しており、これらは角度位置決め装置の凸部２７と凹部２８に対応して形成されている。したがって角度位置決め装置の凸部２７と凹部２８は、凹部２１及び凸部２０と接続できる。この形状接続により、超音波振動ユニットが縦軸を中心に回転することは妨げられる一方で、超音波振動ユニットと角度位置決め装置が縦軸の方向で相対的に移動することは妨げられない。

図４ｂに回転位置決め装置の全体が図示されている。既に図４ａに示した連結部材８は圧力プレート３１に当接しており、また、圧力プレート３１は、ばね１０を介して弾性的に固定部材９に配置されている。固定部材９は、動かないように固定されている。圧力プレート３１は、ばね１０の作用により固定部材９に対して軸方向で動かすことができる。連結部材８は、圧力プレート３１に当接しているので、連結部材は圧力プレート３１と共に軸方向で移動する。連結部材８は、以下に説明するように、圧力プレート３１に対して縦軸を中心に２つの位置の間で往復移動できる。

図４ｃは、回転位置決め装置と共に示した保持具５の断面図である。

図２にも示されているように、ばね１０は連結部材８を前方に、即ち、ソノトロード１に向かって押し、それによって振幅変換器４の凸部２０及び凹部２１と係合させる。

保持具５がまだクランプ位置にない間は、超音波振動ユニットはその縦軸を中心に回転でき、連結部材８は、超音波振動ユニットの助けによってばね１０の力に抗して後方に、即ち、コンバーター３に向かって押される。超音波振動ユニットは、凸部２０が凹部２８内に進入するまでその縦軸を中心に回転する。それによって連結部材８は振幅変換器４のフランジとかみ合う。

図示の実施形態では、凸部２０及び２７の数及び凹部２１及び２８の数は、ソノトロード１のシール面２の数に等しい。それゆえ超音波振動ユニットが選択された角度位置でのみ装着できることが確保されている。

図示の実施形態では、さらに連結部材８が固定部材９に対して縦軸を中心にわずかに相対回転することが可能である。このようなわずかな回転を実現するために、アイレット１９として形成された調節部材が設けられ、連結部材８と取り外し可能に接続されている。ねじとして形成された微調整装置２９が、この調節部材を保持具５と接続している。したがって、ねじ２９を回すことにより、調節部材と接続された連結部材８を保持具５と固定部材９に対して所定の範囲で回動させて、角度位置の微調整を行うことができる。したがって、ねじ２９は、アイレット１９内に設けられた長穴の内部で軸方向にも半径方向にも少し遊びを持っている。

図４ｄに、角度位置決め装置の別の斜視断面図が示されている。アイレット１９内にはねじ孔が設けられており、これにグラブねじ３２が突入係合する。グラブねじ３２を用いてアイレット１９を連結部材８と締め付けることができ、その結果として連結部材８とアイレット１９は一体的にのみ縦軸を中心に回転させることができる。

最初に保持具内部の超音波振動ユニットを調節する際に、又は凸部２０及び凹部２１に対する２つのシール面の角度位置が知られていない場合、グラブねじ３２を緩めて超音波振動ユニットを保持具内に挿入できる。その結果、連結部材８は、ばね１０の力に抗して固定部材９に向かって押され、次にその縦軸を中心に回転されて、超音波振動ユニットの凸部２０と凹部２１が、連結部材８の対応する凸部２７と凹部２８内に進入する。この位置で、連結部材８は、ばね１０の力に基づいて再び固定部材９から離れる方向に押される。このとき超音波振動ユニットは、シール面がほぼ所望の回転位置に来るまで縦軸を中心に回転させることができる。グラブねじ３２は緩めてあるので、連結部材８は超音波振動ユニットと一緒に回転する一方、圧力プレート３１はその位置に留まっている。

超音波振動ユニットのほぼ所望の回転位置に到達すると、直ちにグラブねじ３２を固く締めて、アイレット１９を連結部材８と接続する。この時点で超音波振動ユニットをその縦軸を中心にさらに回転させることは、ねじ２９の回転により非常に限られた範囲でのみが可能である。

図６に見られるように、振幅変換器４は、ソノトロード１に面する側に突起部２２を有する。図７にはソノトロード１の斜視図が示されている。ソノトロード１はその振幅変換器４に面する側に突起部２２に対応する開口部２６を有する。突起部２２はカットアウト２３を有しており、これは対応する開口部２６にも同様に見られる。突起部２２が開口部２６に挿入されると、縦軸を中心とする回転方向でソノトロード１と振幅変換器４に形状接続が生じる。

ソノトロード１は、段付き孔として形成された中央孔２５を有しており、これを通してねじを振幅変換器の対応する中央ねじ孔２４に導入して、ソノトロード１を振幅変換器４に固定できる。

図５の断面図から分かるように、ソノトロード１は、外側突起６を備えており、これは同様にソノトロード１の共鳴周波数の振動ノードに配置されている。外側突起は、図示の実施形態では全周に形成されている。保持具５には支持部材が固定されており、これは超音波振動ユニットを保持具に受容できる外側の位置と、超音波振動ユニットが縦軸の方向に移動するのを支持部材が妨げる内側の位置との間において、半径方向に移動可能である。支持部材７が望ましくなく外側の位置に向かって動くのを防ぐために、この位置で支持部材を拘束することができる。支持部材７は、外側突起６が進入する溝３０を備えている。図５では上から被加工材によってソノトロードに力が加えられると、この力は支持部材７によって吸収される。振幅変換器４に設けられた包囲する保持具５は、加工場所、即ち、シール面４から比較的遠く離れているので、シール面２に小さい溶接力が加えられただけでも超音波振動ユニットの屈曲を招くおそれがある。それゆえ、支持装置７が設けられている。

超音波振動ユニットを保持具に受容するためには、最初に孔１４内のねじによる締め付けを緩めなければならない。さらに、支持部材７を半径方向外側にずらさなければならない。こうして超音波振動ユニットを保持具５に挿入できる。この場合、連結部材８と圧力プレート３１は、支持部材７が半径方向内側に動いて拘束された後、外側突起６が支持部材７の溝３０内に進入するまで、ばね１０のばね力に抗して固定部材９に向かって押される。これにより超音波振動ユニットの軸方向位置が設定される。次に超音波振動ユニットを、その縦軸を中心に、連結部材８の凸部が第１のスリーブ部分１６の対応する凹部と噛み合うまで回転させることによって、角度位置決めが行われる。この位置で角度位置もほぼ完璧に調整されている。微調整は、微調整装置、即ち、アイレット１９とねじ２９を用いて行われ、これらによって角度位置の微調整を行うことができる。

超音波振動ユニットの正しい位置に達したら、直ちに孔１４内に突入係合する固定ねじを用いて脚部材１２、１３を互いに向かって動かして、スロット１１を縮小し、超音波振動ユニットを保持スリーブ内に包囲するように締め付けることができる。

１ ソノトロード
２ シール面
３ コンバーター
４ 振幅変換器
５ 保持具
６ 外側突起
７ 支持部材
８ 連結部材
９ 固定部材
１０ ばね
１１ スロット
１２ 脚部材
１３ 脚部材
１４ 孔
１５ ウェブ
１６ 第１のスリーブ部分
１７ 第２のスリーブ部分
１８ カラー
１９ アイレット
２０ 凸部
２１ 凹部
２２ 突起部
２３ カットアウト
２４ 中央孔
２５ 中央孔
２６ 開口部
２７ 凸部
２８ 凹部
２９ ねじ
３０ 溝
３１ 圧力プレート
３２ グラブねじ
３３ スロット壁
３４ スロット壁

Claims (19)

1. ソノトロード（１）とコンバーター（３）を有する超音波振動ユニットを備えた超音波溶接機であって、ソノトロード（１）とコンバーター（３）は縦軸に沿って互いに並置されており、超音波振動ユニットは縦軸の方向の波長λ／２の超音波振動で共鳴させることができ、超音波振動ユニットを保持するための保持具（５）が設けられているものにおいて、保持具（５）は角度位置決め装置を有しており、角度位置決め装置と超音波振動ユニットは互いに形状的に接続できるように形成されていて、この形状接続によって超音波振動ユニットが縦軸を中心に回転することは妨げられ、且つ超音波振動ユニットと保持具（５）が縦軸の方向で相対的に移動することは妨げられないことを特徴とする超音波溶接機。
2. 超音波振動ユニットは外側隆起を有し、前記外側隆起は少なくとも１つの凹部（２１）を備え、角度位置決め装置は凹部（２１）に対応する少なくとも１つの凸部（２７）を有していて、凸部（２７）は凹部（２１）に突入係合でき、それによって形状接続を実現することを特徴とする、請求項１に記載の超音波溶接機。
3. 前記外側隆起は複数の凹部（２１）を備え、好ましくは角度位置決め装置は複数の凹部（２１）に対応する複数の凸部（２７）を有しており、特に好ましくは、超音波振動ユニットは縦軸を中心に互いに相対的に回転した複数の位置で角度位置決め装置と形状的に接続できることを特徴とする、請求項２に記載の超音波溶接機。
4. 角度位置決め装置の凸部（２７）は、軸方向に延びていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の超音波溶接機。
5. 外側隆起の少なくとも１つの凹部（２１）と角度位置決め装置の凸部（２７）は互いに対応する接触面を有しており、これらの接触面は、縦軸を中心に超音波振動ユニットを回転させて角度位置決め装置内に挿入すると互いに接触し、好ましくは凹部（２１）及び／又は凸部（２７）の接触面は縦軸に対して傾いていることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の超音波溶接機。
6. 角度位置決め装置は、角度位置決め装置を機台に固定するための固定部材（９）と、２つの位置の間で縦軸の方向で固定部材（９）に対して相対的に往復移動できる連結部材（８）とを有しており、連結部材（８）と超音波振動ユニットとの間で形状接続を形成できることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波溶接機。
7. 連結部材（８）は、前記２つの位置の１つで弾性的に付勢されており、好ましくは、付勢は少なくとも１つのばね部材（１０）を用いて行われることを特徴とする、請求項６に記載の超音波溶接機。
8. 連結部材（８）と接続されているか又は接続可能である微調整装置が設けられており、好ましくは、微調整装置は、長穴を備えた調整部材と、長穴に貫入するねじとからなり、ねじは固定部材（９）又は保持具（５）のねじ孔内に突入係合することを特徴とする、請求項６又は７に記載の超音波溶接機。
9. 外側隆起はソノトロード（１）に、又はソノトロード（１）とコンバーター（３）との間に配置された振幅変換器（４）に設けられており、好ましくは、前記外側隆起は、波長λの共鳴振動の振動ノードに配置されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の超音波溶接機。
10. ソノトロード（１）に縦軸に対して垂直に加えられた力を支持するための支持部材（７）が設けられており、ソノトロード（１）と支持部材（７）は互いに対応する支持面を有し、これらの支持面は、少なくともソノトロード（１）に縦軸に対して垂直に力が加えられると互いに接触し、支持面は、これらの支持面が互いに接触するとソノトロード（１）が支持部材（７）に対して縦軸の方向で相対的に移動することを妨げ、且つソノトロード（１）の回転を妨げないことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波溶接機。
11. ソノトロード（１）が突起を備えて支持部材が溝を備えているか、又はソノトロード（１）が溝を備えて支持部材が突起を備えており、これらの突起と溝は対応する支持面を有し、好ましくは、ソノトロード（１）の隆起（６）又は溝は、波長λ／２の共鳴振動の振動ノードに配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の超音波溶接機。
12. 相手工具が設けられており、ソノトロード（１）と相手工具は縦軸に垂直の方向で互いに相対的に移動でき、支持部材（７）は、相手工具によって、場合によってはソノトロード（１）と相手工具との間に位置決めされた材料を介してソノトロード（１）に加えられた力が支持部材（７）に伝達されるように位置決めされていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の超音波溶接機。
13. ソノトロード（１）とコンバーター（３）との間に配置された振幅変換器（４）が設けられており、振幅変換器（４）はコンバーター（３）及び／又はソノトロード（１）と、縦軸に垂直な平面のすべての方向で嵌合を提供する形状接続によって接続されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の超音波溶接機。
14. 振幅変換器（４）とコンバーター（３）との間、又は振幅変換器（４）とソノトロード（１）との間の形状接続は、突起部（２２）とこれに対応する開口部（２６）とからなり、好ましくは、突起部（２２）は振幅変換器（４）に配置され、対応する開口部（２６）はソノトロード（１）又はコンバーター（３）に配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の超音波溶接機。
15. 突起部（２２）とこれに対応する開口部（２６）はｎ数の回転軸を有する縦軸を中心に回動対称に形成されていて、ｎは１より大きい自然数である、請求項１４に記載の超音波溶接機。
16. 前記ソノトロード（１）はｍ数の回転軸を有する縦軸を中心に回動対称に形成されていて、ｍとｎは等しいことを特徴とする、請求項１５に記載の超音波溶接機。
17. 突起部（２２）とこれに対応する開口部（２６）は円錐状に形成されているか、又は円錐状部分を有することを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の超音波溶接機。
18. 保持具（５）は、クランプ装置を有しており、クランプ装置は、超音波振動ユニットを保持具（５）から取り出すことができる開いた位置と、クランプ装置が少なくとも２つの保持点で超音波振動ユニットと接触してこれに力を加え、超音波振動ユニットが保持される閉じた位置との間で往復移動できることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の超音波溶接機。
19. 超音波振動ユニットは外側隆起を有し、前記保持点は前記外側隆起に配置されていることを特徴とする、請求項１８に記載の超音波溶接機。

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