JPH0143436B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電気導体、特に縒り線を接続する超
音波溶接装置に関する。該装置は超音波を発振す
る超音波工具と、超音波に基づく力を受けるアン
ビルを備えた装置であり、該アンビルは超音波工
具に対して、アンビルと超音波工具に互に極く近
接して平行に設けられた面に沿つて移動可能に配
置されるとともに、種々の寸法に調節可能な、電
気導体用の押圧空間を形成することができる。又
超音波工具とアンビルが超音波作用によつて電気
導体を接続する位置にあるときは、上記押圧空間
を囲む外周面は、超音波工具の振動の軸とほぼ平
行に延び、該外周面の端面は、電気導体を通すた
めに開かれている。

〔従来の技術〕

上記種類の超音波溶接装置は西独特許DE−
PS3151151明細書に開示されている。上記明細書
の装置は、超音波工具と、これに対応して用いら
れるアンビルの突部の端面に種々の寸法の多数の
凹部を形成したことによつて、多くの異つた直径
の導体の溶接を行なうことができる。上記の場
合、超音波工具の凹部とアンビルの突部は一対と
なつて種々の大きさの押圧空間、すなわち超音波
工具の２個の表面とアンビルの２個の表面によつ
て、定められる押圧空間を形成する。又超音波工
具とアンビルは溶接される導体を挿入可能のよう
に、相互に相対的な移動が可能であるのみでな
く、種々のサイズの押圧空間を得る目的で、対応
する凹所と突部を相対的に動かすための、適宜な
軸を中心とする回転を行なうことができる。

上記の従来発明の装置は、複雑な構造を有して
いる。その理由は超音波工具とアンビルを回転可
能に形成するためであり、特に超音波工具とアン
ビルの位置を調整する場合、アンビルと超音波工
具の平行面間の空隙間の巾が0.01mmの数倍程の精
密さを維持する必要があるためである。上記必要
のために、アンビルと超音波工具間の空隙は必要
とするすべての相対位置に於て、精密に調節され
ねばならず、又更に、押圧空間の端面のみはアン
ビルが上昇位置にある場合に於ても、溶接される
導体を挿入可能でなくてはならない。何故なら
ば、超音波工具の端表面とアンビルの上記端表面
と協働する表面は、互に離れるように移動できな
いからである。

〔発明が解決するべき問題点〕

この発明が解決しようとする問題点は、産業上
の利用分野の冒頭に記載した種類の超音波溶接装
置であつて、従来装置が有する欠点を有すること
なく、簡単な構造を有し、アンビルと超音波工具
の複雑な調節を必要とすることなしに、種々の大
きさを有する押圧空間を形成し、溶接されるべき
導体の押圧空間への挿入が容易に行なわれる超音
波溶接装置を提供することにある。

〔問題を解決する手段〕

上記問題を解決するため、本発明の超音波溶接
装置には２個の別個のアンビル部が用いられ、そ
の１方のアンビル部には第１アンビル面が、他方
のアンビル部には第２及び第３のアンビル面が設
けられる。上記第１、第２および第３のアンビル
面は協働して、超音波工具の１つの面とともに押
圧空間を形成する。又この発明の装置に於ては、
上記２個のアンビル部は互に異る方向と、固定的
に取付けられた超音波工具に対して相対的に移動
可能に配置され、このとき第１アンビル面と該面
と対向する第３のアンビル面との距離、及び第２
アンビル面とこれに対向する超音波工具との距離
は無段に変化可能に形成されている。

以下この発明の作用及び上記の問題を解決する
手段に関連する好ましい実施例の概要について記
載する。

この発明の重要な事項は次の如くである。すな
わち、押圧空間は３個の移動可能に配置されたア
ンビル面と、固定配置された超音波工具の一つの
面に囲まれて形成されることである。従つて超音
波工具には押圧空間を種々のサイズに変更するた
めの追加的調節機構を施す必要はない。上記３個
のアンビル面を有する２個のアンビル部は、移動
可能に形成され、アンビル及び超音波工具の近接
２面間に形成された狭い空隙寸法は、２つの上記
アンビル部の移動中に於ても、不変に維持され
る。従つて種々のサイズの押圧空間に調節しても
その後調節を行なう必要はない。上記押圧空間の
サイズは、接続される導体の断面積の合計と該導
体に対する所望の押圧程度によつて無段階に定め
られる。又更に、押圧空間形成に用いられるアン
ビル面と、互に異る方向に移動可能な２個のアン
ビル部を配置し使用することによつて、アンビル
部間に導体挿入用の空隙が形成される。接続され
る導体は容易に、２つのアンビル部の間を通つて
押圧空間内に挿入され、超音波による接続すなわ
ち溶接を施された後取出すことができる。

上記超音波工具は、その作動端すなわち頭部に
最も近い超音波振動の節点の位置に於て、複数個
の固定点で支持されることにより、超音波溶接装
置に装着される。このような方式の装着によつ
て、超音波工具の頭部と超音波振動の振巾が０と
なる節点の中の上記頭部に最も近い節点との間の
レバーアームが短かく形成され、その結果超音波
接続装置の動作中に超音波工具に圧縮力すなわち
押圧力が印加された場合にも、超音波工具の自由
端、すなわち頭部には極めて僅かの彎曲が生ずる
にすぎない。従つて上記彎曲が、超音波工具とア
ンビルの間の調節された空隙に実質的に影響を与
えることはない。

この発明の装置の好ましい構造は次の各項に示
すごとくである。

(1) ２個のうちの１方のアンビル部は超音波工具
面と平行に、水平方向に摺動的に移動可能に配
置され、該アンビル部の第１アンビル面は上記
超音波工具面と垂直に向けられている。又超音
波工具極くに近接して配置され、上記第１アン
ビル面と直角に接続される面は関連するアンビ
ル部が開放位置にあるときにも重り合う位置を
とる。

(2) 他方のアンビル部は垂直に摺動的に移動可能
に形成されるとともに、その第２アンビル面に
対応する超音波工具面と平行に配置され、第２
アンビル面と直角に接続される第３アンビル面
は、これと平行な超音波工具の面に極めて近接
配置されている。

(3) 垂直方向に摺動可能なアンビル部は、第２ア
ンビル面と直角につながる当接面を有し、該当
接面は、水平に移動可能なアンビル部が閉鎖位
置にあるときに、第１アンビル面に当接する。

(4) 第２アンビル面の巾が超音波工具面の巾より
小さく形成されていること。

上記構造を採用したために、押圧空間は長方形
断面を有し、その巾は一定に、その高さは溶接さ
れる電気導体の容積と所望の押圧程度に対応して
可変であり、水平に移動可能なアンビル部が開放
位置にあるときは、上記電気導体は第１アンビル
面と上記当接面間の挿入空隙を通して容易に挿入
され、押圧空間内に収容される。

本装置にあつては、第２アンビル面の巾は調節
可能に形成されるのが好ましい。その結果、押圧
空間の巾も調節され、溶接される導体の接続部の
巾を変化することができるからである。

又この発明の好ましい実施例によれば、アンビ
ル部は、移動可能に配置された柱部材と、上記柱
部材に着脱可能にかつ、位置調節可能に堅く取付
けられたクロスヘツドと、上記クロスヘツドに設
けられた第２アンビル面と、上記柱部材に設けら
れた第３アンビル面を有し、クロスヘツドを変更
することにより、変更したクロスヘツドの寸法に
対応して定まる押圧空間の種々の巾を得ることが
できる。変更可能なクロスヘツドには、第２アン
ビル面のほかに、第１アンビル面に接触する当接
面も勿論設けられている。

この発明の範囲には、２個のアンビル面がそれ
ぞれ摺動運動のための駆動装置に結合されている
場合も含まれている。上記駆動装置は往復運動可
能な空圧式のピストン・シリンダ装置を用いるの
が好ましい。

〔実施例〕

第３図及び第５図に示した超音波振動を行なう
工具（Sonotrode）（以下単に超音波工具と記す）
１は、図の右方すなわち後側に配置された基部２
と基部の前側に配置され、該超音波工具を支持す
る部分である軸受部３と、該軸受部の前方に順次
位置する傾斜部４と、該傾斜部４に円滑に結合さ
れる頭部５を備えている。基部２には取付用のね
じ孔６があけられ、該ねじ孔６とここに図示しな
いねじを用いて超音波工具１は図示しない超音波
用の変換器に取付けられる。上記変換器は電気振
動を所定の周波数及び振巾の超音波振動に変換す
る。超音波振動の振巾は超音波工具の形状によつ
て定まる。超音波振動の発振や被加工物への伝達
については既に周知であるので詳細な説明は省略
する。

頭部５は長い直方体形状を有し、上面７すなわ
ち第３図の上面のみが超音波溶接に用いられる。
上面７にはその粗さを増すような加工、たとえば
導体端の接続を良好にするための凹凸が刻まれて
いる。

超音波振動は超音波工具１の長手方向に発生さ
れる。超音波工具１を頭部５の後側に形成された
一番近い節点の位置に固定するために、ねじ部を
有する複数個のピン８又はこれと同等の作用をな
す部材が用いられる。上記のピン８は軸受部３に
於て、超音波工具１の長手方向の軸に直角な面に
沿つて、たとえば、第５図に示すように刻軸と直
角に向けて該軸受部３に固定される。すなわち２
対のピン８は１対ずつ超音波工具の互に向かい合
う両側に押し込まれるとともに、他のピン８によ
つて下から支えられる。中心と外周にねじ孔を有
するシヤンクとねじ頭部１１を有する固定ねじ９
の上記中心のねじ孔にピン８のねじ部が螺入さ
れ、該固定ねじ９は続いて超音波工具１のホルダ
１２に設けられた段付きのねじ孔１０にねじ込ま
れる。固定ねじ９の軸方向に貫通して設けられね
じ部を有する中心孔４３を利用して適宜の工具を
利用し、該固定ねじ９の先端に螺入されたピン８
の位置を予め調節した上、固定ねじ９をねじ頭部
１１がねじ孔１０の段に当接するまで、螺入する
と、超音波工具１はホルダ１２の内側に堅く把持
される。ピン８を固定ねじ９に螺入する長さを上
述のようにして種々調節すると、頭部５を後に説
明するように所望の位置に堅く固定することがで
きる。上記のように堅く固定できるのは、ピン８
と頭部５との間のレバーアームが短かいために、
超音波工具１の長手方向と直角に生ずる反力が相
当に大きな場合にも、上記レバーアームに問題と
なる程の変形を生ずることがないからである。

第１図と第２図は、超音波加工装置（図示せ
ず）のアンビル部と、該アンビル部と頭部５との
相互作用を説明する図である。支持ブロツク１３
とホルダ１２は堅く固着され、頭部５は支持ブロ
ツク１３の上に向けて開口する空所１４の中に配
置されている。又支持ブロツク１３に形成された
案内ベツト１５の上に於て、横方向摺動部１６は
第１図の左右方向すなわち横方向に、水平に摺動
して移動することができる。水平方向に移動可能
なアンビル部１８はねじ１７によつて堅く横方向
摺動部１６に取付けられている。又支持ブロツク
１３の空所１４の上記横方向摺動部１６と反対側
には、垂直案内孔１９が設けられ、該垂直案内孔
１９の中には回転できないが、垂直方向に摺動し
て移動できる柱部材２０が、挿入され該柱部材２
０の上端は垂直案内孔１９から上方に突出してい
る。柱部材２０の上端には、垂直方向に移動可能
なクロスヘツド２２が、アンビル部材２１の１つ
として取付けられている。上記クロスヘツド２２
の上記取付けはねじ２３を用いて行なわれ、該ク
ロスヘツド２２の一方の側は柱部材２０から図の
左方に突出している。

横方向摺動部１６とアンピル部１８の移動、及
び柱部材２０とアンピル部２１の移動は、空圧式
往復駆動装置により行なわれる。該移動を円滑に
行なうために、アンビル部１８の移動に対して
は、ピストン２６に取付けられたピストンロツド
２４の一端は、支持ブロツク１３に堅く取付けら
れたシリンダ２５と協働するピストン２６に接続
され、他端は横方向摺動部１６に堅く接続されて
いる。又上記ピストン２６をシリンダ２５の中で
往復移動させるように、シリンダ２５に圧力を供
給し又排出する圧縮空気導管２７および２８がシ
リンダ２５に接続されている。

上記柱部材２０の移動にも、上記と同様の装置
が用いられる。この場合、ピストン３０に接続さ
れたピストンロツド４４の一端は、シリンダ２９
内のピストンに接続され、他端は柱部材２０の下
端に接続されている。又圧縮空気導管３１及び３
２は、ピストン３０及びアンビル部２１を上下に
移動させるために、シリンダ２９に接続されてい
る。水平移動可能なアンビル部１８には、頭部５
の上面７と直角に延びる第１アンビル面３３が設
けられ、上面７と平行な第２アンビル面３４はク
ロスヘツド２２に、又上記第１アンビル面３３と
対向して平行に形成された第３アンビル面３５
は、柱部材２０に設けられている。

アンビル部１８の下側にあつて、第１アンビル
面３３と直角に接続された面３６と頭部５の上面
７の間には空気間隙３７が設けられている。該空
気間隙３７の巾は狭く形成されており、その巾は
アンビル部１８の移動中及び被溶接物を押圧中、
溶接中に於ても、ほぼ一定に保たれている。上記
空気間隙と直角方向に形成された空気間隙３８
は、第３アンビル面３５と、該面３５と接近して
平行に設けられた上記超音波工具１の頭部５の面
３９との間に形成される。上記空気間隙３７及び
３８は、ほぼ0.01乃至0.02mmに調整された間隙で
あり、従つて超音波工具１とアンビル部１８及び
２１とが接触することなく間隔を保つことが可能
であると共に、被溶接部材が細い電気導体であつ
た場合にも、アンビル面３３，３４，３５及び超
音波工具１の上面７によつて囲まれた押圧空間４
０から該電気導体が空気空隙３７，３８に入りこ
むのを阻止することができる。上記空気間隙の調
整は、ピン８と固定ねじ９を用いて超音波工具１
を適切な位置に置くことによつて行なわれる。上
述の調整は通常１回行なえばよい。それは一度調
整を行なえば、空気間隙はそれ以後通常変化する
ことなく、ほぼ一定に保たれるからである。

第１図は押圧空間４０が開放位置にある超音波
溶接装置を示す。この場合、アンビル部１８は最
も図の左方位置に移動され、アンビル部２１は最
上方位置にある状態にある。又この場合、第１ア
ンビル面３３と、第２アンビル面３４に直角に延
びる、クロスヘツド２２の当接面４１の間には、
比較的広く開口し、互に押圧され超音波の作用に
よつて溶接される１個又は複数個の素線のストラ
ンドを含む電気導線を容易に挿入できる挿入開口
４２が形成されている。

又第２図は超音波溶接装置が作動位置にある場
合を示す。この場合にはアンビル部１８は最も右
の位置まで摺動され、第１アンビル面３３が、当
接面４１に当接し、挿入空隙４２は閉鎖される。
次にアンビル部２１は押圧空間４０の中に挿入さ
れた１本又は複数本の縒り線である電気導体（図
示せず）を所望の程度に押圧するのに十分な距離
だけ下方に移動される。

〔作用〕

超音波溶接のために、溶接部の絶縁をはがされ
た縒り線は、挿入空隙４２を通して挿入空間４０
に入れられる。水平方向に移動できるアンビル部
１８は、空圧装置によつて右方に移動され、第１
アンビル面３３は当接面４１に当接する。このと
き第１アンビル部３３と当接面４１は強く圧接さ
れず、双方が大きな摩擦を介することなく相対的
に移動できるように、しかし隙間が無いように、
単に接触しているだけでよい。このとき、押圧空
間４０は閉鎖され、巾より大きな高さを有してい
る。次に前述の駆動手段の作用により、アンビル
部２１は下方に移動され、当接面４１は第１アン
ビル面３３に沿つて移動する。押圧空間４０の高
さは、該押圧空間の容積が所望の値に減少するま
で、連続的に下方に移動することができ、この状
態に於て電気導体が溶接されるまで超音波による
加工が行なわれる。上記のようにして超音波によ
る溶接が終了すると、アンビル部１８は水平方向
に第１図に示す出発位置に戻されるとともに、ア
ンビル部２１は上方に第１図に示す出発位置まで
上昇され、溶接された縒り線は開かれた挿入空隙
を通つて取出されるか、又は水平方向側方に取り
出される。このようにして押圧されかつ溶接され
た電気導体の断面の形状は、第２図に示す押圧空
間の断面積の形状に対応する。押圧され溶接され
た電気導体の巾は第２アンビル面３４の巾によつ
て定められる。そしてこの巾はクロスヘツド２２
の位置を変化することによつて変えられる。上気
巾の変化は、該クロスヘツド２２のねじ２３用の
孔を長孔に形成することにより、連続的に変化す
ることができる。

押圧し溶接された被加工物の溶接部の高さは、
挿入される電気導体の容積及び必要とされる電気
導体の押圧程度によつて定められる。押圧され溶
接された部分の長さは、たとえば図上明示されて
いない深さ、すなわち第１、第２、第３アンビル
面３３，３４，３５及びこれらと協働する超音波
工具１の頭部５の上面７の、図と直角方向の長さ
によつて決定される。

〔発明の効果〕

この発明の超音波接続装置は、２本又はそれ以
上の本数の電気導体の端部を接続するのに適して
いるというばかりでなく、縒り線の個々の素線を
溶接することによつて、導体の端部を押圧し縮少
した形に形成するのに適している。又これに関連
して、縒り線の端部の外形の形状が前記押圧空間
の形に応じて定められる。縒り線の接続部をこの
発明によつて小形に押圧する動作は、縒り線の端
部に限ることなく、縒り線の任意の場所に適用す
ることができる。この場合に該当個所の絶縁を除
去する必要があることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つのアンビル部が開放位置にある場
合の、本発明の側面図、第２図は２つのアンビル
部が閉鎖位置にある場合の、本発明の側面図、第
３図は超音波工具の側面図、第４図は上記超音波
工具の正面図、第５図は超音波工具ホルダに取付
けられた超音波工具の側面図である。 １……超音波工具、５……頭部、７……上面、
１８……アンビル部、２０……柱部材、２２……
クロスヘツド、２４……ピストンロツド、２５…
…シリンダ、２６……ピストン、２９……シリン
ダ、３０……ピストン、３３……第１アンビル
面、３４……第２アンビル面、３５……第３アン
ビル面、３６……面、３９……面、４０……押圧
空間、４１……当接面、４４……ピストンロツ
ド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波振動を発生する超音波工具と、上記超
   音波工具と該超音波振動を受けるアンビルを有
   し、該アンビルは超音波工具に対してアンビル及
   び超音波工具に設けられ、極く近接してほぼ平行
   に設けられた面に沿つて摺動可能に配置され、又
   該アンビルは上記超音波工具とともに、導体に応
   じて種々の寸度に調節できる押圧空間を形成し、
   該押圧空間の境界面は、超音波工具とアンビルが
   超音波振動の作用により導体を接続する位置にあ
   るとき、超音波工具の振動軸とほぼ平行に延出
   し、該境界面の端面は接続される導体を通す通路
   となるように開口して形成された電気導体接続装
   置に於て、２個の別々のアンビル部１８，２１が
   設けられ、その中の１方のアンビル部１８は第１
   アンビル面３３を有し、他方のアンビル部２１は
   第２及び第３アンビル面３４，３５を有するこ
   と、第１、第２及び第３のアンビル面３３，３
   ４，３５は、１個の超音波工具面７と協働して押
   圧空間４０を形成すること、上記２個のアンビル
   部１８，２１は互に異る方向に摺動可能に又固定
   して設けられた超音波工具１，５に対して移動可
   能に配設され、そのとき第１アンビル面３３と該
   面３３と対向する第３アンビル面３５との距離、
   及び第２アンビル面３４と該面３４に対向する超
   音波工具面７との距離は、無段式に変化可能に形
   成されていること、 を特徴とする電気導体接続装置。 ２ 上記超音波工具１は、該超音波工具に生ずる
   超音波振動の節点のうち、該工具１の動作端すな
   わち頭部５に最も近い節点部の所定の点に於て支
   持されていること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電気
   導体接続装置。 ３ 上記１方のアンビル部１８は超音波工具面７
   に対してほぼ水平方向に平行に摺動可能に配置さ
   れ、上記第１アンビル面３３は超音波工具面７に
   ほぼ垂直に配置されていること、上記第１アンビ
   ル面３３とほぼ直角につらなり、超音波工具面７
   に極めて近接配置された面３６は、アンビル部１
   ８が開放位置にある場合にも、なお、超音波工具
   面７と重り合う位置にあること、他のアンビル部
   ２１は垂直方向に摺動可能に、又該アンビル部２
   １の第２アンビル面３４は超音波工具面７とほぼ
   平行に配置され、第２アンビル面３４とほぼ直角
   につらなる第３アンビル部３５は超音波工具面３
   ９に極めて近接しかつほぼ平行に配置されている
   こと、垂直方向に摺動可能なアンビル部２１に、
   第２アンビル面３４とほぼ直角に接続され、ほぼ
   水平に摺動可能なアンビル部１８の閉鎖位置に於
   て第１アンビル面３３と接触する当接面４１が設
   けられていること、第２アンビル面３４の巾は超
   音波工具７の巾に比べて短かく形成されているこ
   と、 を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の装置。 ４ 上記第２アンビル面３４の巾が調節可能に形
   成されていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれか１に記載の装置。 ５ 上記第２及び第３のアンビル面３４，３５を
   有するアンビル部２１は、摺動可能に軸支された
   柱部材２０と、該柱部材２０に着脱かつ交換可能
   に堅く取付けられたクロスヘツド２２を備え、上
   記第２アンビル面３４はクロスヘツド２２に、又
   第３アンビル面３５は上記柱部材２０に形成され
   ていること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の
   いずれか１に記載の装置。 ６ 上記２個のアンビル部１８，２１は、それぞ
   れ摺動運動を与えるための駆動装置に接続されて
   いること、を特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第５項のいずれか１に記載の装置。 ７ 上記摺動運動を与えるための駆動装置は、空
   圧式のシリンダとピストン機構２４，２５，２
   ６；４４，２９，３０を有する往復運動可能な装
   置であること、を特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載の装置。