(57)【要約】  本発明は、ブースター（１２）およびコンバータ（１３）と、この順で固定され、そこでヘッド（２）が固定されているソノトロード（１）を備える超音波溶接デバイスに関し、前記ソノトロード（１）の冷却と加圧空気の出力のためのその前端（３１）においてクリネレートされた加圧空気の循環のための環状室（４）を共に区切る、前記ソノトロード（１）の周囲に配置される外部スリーブ（３）、を備える事を特徴とし、前記外部スリーブ（３）は、同軸方向に移動し得るヘッド（２）上に後部（３２）を有し、前記各部品（Ｐ１、Ｐ２）に対して、圧縮可能手段（５１）の動作による圧力をかける圧力プレートを、前記溶接部付近の周辺部で形成し、前記ソノトロード（１）の先端（１１）は前方で、溶接される前記各部品と接触する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波溶接装置：ブースター(12）の後方に固定されているソノトロード(１）および、移動を担当するアクチュエーター、ハンドラーあるいはロボットアームの接続に適したヘッド(2）に固定されたコンバーター(13）で構成された装置です。これは、ソノトロード（１）の周りにあるソノトロードと連動して区切る外部スリーブ（３）、加圧室(23)から圧搾空気の入り口(21)そして圧搾空気の出口を通る圧搾空気循環用の刻み目のある後部（31）がある環状室（４）、およびソノトロード(１)の周辺冷却が特色として挙げられ、前述の外部スリーブ(３)にはヘッド(２)で取り付けられた後部(32)があり、以下の間を動く軸方向運動が見込まれます。ー 溶接する部品にソノトロード(１)が接近中および溶接する部品にソノトロード(１)の先端(11)が接触する前に溶接部付近において、溶接する部品（P1、P２）に対し圧縮バネを用いて設定可能な圧力で加圧できるプッシャーで構成されるソノトロードの先端(11)に対してスリーブ(３)の前端(31)が前方に突出する前側。および、スリーブ(３)の前端(31)が溶接する部品(P1、P2)を加圧しつつ溶接処理中のソノトロードの前進運動で決まった後ろ側およびスリーブ(３)の前端(31)が同一平面上あるいはソノトロード先端に近接する平面上に位置している後ろ側。
【請求項２】
特許請求１により、本装置は、外部スリーブ（３）の後部(32）には、ヘッド(２)の加圧室(23)があり、ここで、前述のヘッド（２）の側面にある圧搾空気注入口（21）がある穿孔筒形ブッシュ(６)を通して循環する特性があり、外部スリーブ（３）の後方(32)には、刻み目のある後部（33）と、外部スリーブ(３)およびソノトロード(１)間にある環状室（４）に向かうヘッド(２）の加圧室(23)からの圧搾空気を循環する放射状のボア(34)がいくつかあります。
【請求項３】
特許請求２により、本装置は、固定器具（７）によってペリフェラル シート(24）に固定されているヘッド(２)の加圧室(23)で使用されるペリフェラル シート(24）にある穿孔筒形ブッシュ(６)という特性を持っています。
【請求項４】
特許請求３により、本装置は、支援体（５）とヘッド(２)の間からの圧搾空気漏れを防止するスライド式支援体（５）に対して作動するシーリング ガスケット(71）が含まれる固定器具（７）という特性を持っています。
【請求項５】
特許請求１により、本装置は、スリーブ(3)の方向に前側と後側に動く前述のスリーブ(3)中央の外部に取り付けられている支援体(5）、ヘッド（２)で作動し通常前側で固定する圧縮バネ(51)および支援体(５)の前進を制限する通常前側にある機械的止め部(22)で構成される特性を持っています。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明品〕
ここで紹介する発明品は、プラスチック部品溶接用の超音波溶接装置です。本装置は、溶接作業を実施するために溶接部分で動くハンドラー、アクチュエーターまたはロボットアームへの取り付けに適したソノトロード、ブースターおよびコンバーターで構成されており、これには固定ヘッドおよび冷却ヘッドが取り付けられています。
【０００２】
この発明品の特徴として、部品間の不要な隙間を無くすため、溶接部分に近接する辺縁部で溶接する部品に正面から圧力を加えるための適切な手段を装置に装備たこと、さらに溶接部形成後、ソノトロードおよび溶接部を効率よく冷却することが挙げられます。
〔本発明品の用途分野〕
本発明品は、超音波によるプラスチックの溶接に適しています。
〔最新式〕
自動車産業などのいくつかの分野では、プラスチックを溶接するために、超音波が一般的に使用されています。接合部にはボアが一式あり、スタッドがボアを通る2つ目の部品に使用されます。両部品を重ね合わせてから、溶接します。溶接作業中は、中が空洞のプラスチックスタッドに対してソノトロードが軸方向に動き、これによりプラスチックが溶けて、圧縮され、スタッドヘッドが形成されたり、どちらかの部品が外れないように、１つ目の部品に固定されます。
【０００３】
繰り返し設定をすることを条件とし、部分溶接されたソノトロードがいくつか取り付けられたカセット機器を使うと、複数の溶接を同時進行できます。
【０００４】
溶接する部品の交換にはモデル変更および各モデル用装置の設定変更が必要となります。
【０００５】
さらに柔軟な超音波溶接装置には、ロボットアームが装備されており、調節変更をするだけでモデルを変更できます。
【０００６】
これら溶接装置の使用中は、以下２つの問題が一般的に発生します。
【０００７】
1つ目は、ソノトロードと溶接部の効率的な冷却に関する問題。
【０００８】
2つ目は、両部品間の不必要な隙間を無くすための、接合する部品の正しい位置決めに関する問題。
【０００９】
1つ目のソノトロード冷却問題に関しては、いくつかの前例が挙げられます。
【００１０】
特許US3438428には、振動工具を制御された温度に保つための方法が記載されています。これを実施するため、ソノトロードを手段として振動工具をプラスチック溶接に採用しています。前述した温度制御を実施するため、ソノトロードには、外部冷却水循環回路の注入口と排水口が接続されたコンジットが取り付けられています。
【００１１】
特許US6691909は、超音波溶接中のソノトロード接着を低減する、超音波溶接における部品を扱う装置や方法が記載されています。US3438428でも似たような提案があるように、US6691909にも、ソノトロードの内部冷却システムに関する提案が記載されています。
【００１２】
EP1000732には、樹脂固定用の成分の超音波溶接向けの装置および、溶接部冷却を目的とした空気注入のため、ソノトロードの一部と交わる通気道の形成に関する提案が説明されています。
【００１３】
これら前例にはいくつか不利な点があります。それは、ソノトロード内部回路を通して空気を注入することで、溶かした素材内に気泡の発生や繊維の混入が見られ、その結果、溶接部に欠陥が生じる場合があることです。さらに、溶かした素材に使用されるソノトロードの前進により、溶けたプラスチック内部のボアが塞がり、ソノトロード内および先端部の出口での空気循環を悪くし、ソノトロードの温度が過度に上昇することから、空気注入は効果的ではありません。
【００１４】
2つ目の問題である溶接する部品の位置決めに関しては、溶接装置とは別の外部ハンドラーを使用することで、溶接部から少し離れた距離で部品を固定できると知られていますが、
これは、特に溶接される部品間に例えばライニングなどの材料がある場合、溶接部で２つの部品が十分に固定されていなかった場合、部品が不安定となり、不必要な隙間や溝ができる原因となります。またこのような溶接は、メーカー側で受け付けられない場合もあります。
【００１５】
申込者は、既知の問題を満足のいくようそして同時に解決できる超音波溶接装置やソノトロードの冷却、そして溶接部の部品間の隙間や溝を防ぐ正確な部品の位置決めに前例があることを知りません。
〔発明品の説明〕
発明品つまり、超音波溶接装置は、ハンドラーあるいはロボットアームへの取り付けに適したソノトロード、超音波コンバーターおよびブースターで構成されており、これには固定ヘッドおよび冷却ヘッドも取り付けられています。本装置の特徴として、特に、溶接部分に近接する辺縁部で溶接する部品への正面からの加圧、部品間の不要な隙間の除去、装置の外面によるソノトロードの効率的な冷却、溶接作業中に溶接部に注入する圧搾空気の回路確保などの、既知の問題を解決できることが挙げられます。
【００１６】
この目的において、本発明によると、この装置はソノトロードと連動して圧搾空気を循環させる環状室を区切るソノトロードの周りに配置された外部スリーブ、内部空洞のヘッドから輪状でその内部に刻み目のある穴がある上部の圧搾空気の注入口および出口、そしてソノトロード周辺冷却で構成されています。
【００１７】
前述の外部スリーブには、以下の間の軸方向運動が見込まれるユニットヘッドに取り付けられた後端部分があります。溶接する部品にソノトロードが接近中および溶接する部品にソノトロードの先端が接触する前に、溶接部付近において、溶接する部品に対し圧縮バネを用いて設定可能な圧力で加圧できるホールダーで構成される、ソノトロードの先端に対してスリーブの前端が前方に突出する前側。および、スリーブの前端が溶接する部品を加圧しつつ溶接処理中のソノトロードの前進運動で決まった後方位置および、スリーブの前端が同一平面上あるいはソノトロード先端に近接する平面上に位置しているこの後ろ側。
【００１８】
これらの特徴によって、溶接開始前および溶接処理中に溶接領域周辺で、スリーブが溶接する部品に調整可能な加圧ができ、部品の正しい位置が確保され、部品間の不要な隙間や溝をなくすことができます。
【００１９】
前述した、ソノトロードで使用される中央のボアを通る出口の前例に反し、この発明品は、圧搾空気の出口が溶けたプラスチックによって塞がれるのを防止できるようスリーブの前方の穴が刻み目仕様になっていることから、溶接作業中であっても、ソノトロードの外部冷却に使用する圧搾空気が、環状室から循環し、スリーブの先端の穴から排出するようにできています。
【００２０】
このような溶接作業の実施において圧搾された冷気は、さらに利点があります。それは、溶接後にソノトロードを取り外す際、圧搾空気が、溶接部で溶けたプラスチックを冷却し、溶けた素材を凝固させ、溶けた素材を引っ張ることなくソノトロードを取り外すことができることです。これにより、溶接を変形させたり弱まらせたりしてしまうことがなく、そのため溶けた素材が固まるまでの待機時間、または冷却時間など特定の時間を要せずに、ソノトロードを取り外すことが可能です。この効果により、ユニットごとのより高い処理能力が達成できる、つまり溶接を短い時間間隔で実施することができます。
【００２１】
さらに、部品の加圧はソノトロード後進時においても有効で、圧搾空気で溶接部を冷却しつつ分離も防止します。
【００２２】
装置の内部空洞を通る圧搾空気の循環のさらなる利点として、圧搾空気自体が、装置の空気旋回に従ってスリーブの半径方向に向かって自主的に循環し、これにより、極端な半径方向力があった場合のみに作用し、機械的摩擦による摩耗を最小限に抑えることができます。
〔図の説明〕
上記の説明の補足および、発明品の特徴の理解を促すため、本仕様書に図面を添付しています。これには以下の実例および制限のない性質が記載されています。
【００２３】
図１は、本発明による超音波溶接装置の実施例の断面図で、前側からの未作動状態のスリーブの図となります。
【００２４】
図２は、図１と似たような視点からのプッシングおよび冷却ヘッドの図で、超音波溶接要素が無い状態です。
【００２５】
図３は、作業位置で、スリーブが後ろ側にある図１の超音波溶接装置の断面図です。
【００２６】
図４および５は、２つのプラスチック素材の溶接処理の異なるフェーズにおける発明品の前方詳細図です。
〔発明品の理想的実装〕
図１と３で記載されている超音波溶接装置は、作業実施の実例で、ソノトロード（１）の後部がブースター（１２）に取り付けられています。これは移動を担当するアクチュエーター、ハンドラーあるいはロボットアームへの接続に適したヘッド（２）が取り付けられたコンバーター（１３）の方を向いています。
【００２７】
この装置はソノトロード（１）の周りにあるソノトロードと連動して区切る外部スリーブ（３）、空洞（23）からヘッド（２）で使用する入口（21）を通る圧搾空気の循環用環状室（４）、ソノトロード(1)の周辺先端（11）にある圧搾空気排気用の刻み目のある出口がついたスリーブの前端（３１）にある外部スリーブ（3）、およびこのソノトロード(1)の周辺冷却によって構成されています。
【００２８】
外部スリーブ(3)には、図1で記載されている前側および図3で記載されている後ろ側の間を動く軸方向運動が見込まれるヘッド(2)に取り付けられた、後方部分(32)があります。
【００２９】
前側にあるスリーブ（３）の前方位置の先端（31）は、ソノトロード（1）の先端方向に向かって前方に突出している一方、後ろ側にあるスリーブの前方（31）は同一平面上あるいはソノトロード(1)の先端に近接する平面上(11)に位置しています。
【００３０】
装置には、スリーブ(3)中央の外部に取り付けられている支援体(5）があり、これはスリーブ(３）に応じてヘッド（２）の方向に前後に動きます。
【００３１】
この装置には、図1で記載されているように、支援体(５）として機能するらせん状のバネに見える圧縮バネ(51)およびヘッド（２)に固定されている支援体(５)の前進を制限する機械的止め部(22)が前側にあります。
【００３２】
外部スリーブ（３）の後方(32）には、ヘッド(２)の加圧室(23)があり、ここで、前述のヘッド（２）の側面にある圧搾空気注入口（21）がある穿孔筒形ブッシュ(６)を通して循環します。スリーブ（32）の後方には、刻み目のある後部（33）と、外部スリーブ（３）の前進に関わらず、外部スリーブ(３)およびソノトロード(１)間にある環状室（４）に向かうヘッド(２）の加圧室(23)からの圧搾空気を循環する放射状のボア(34)がいくつかあります。
【００３３】
穿孔筒形ブッシュ(６)には、ヘッド(２)の加圧室(23)で使用されるペリフェラルシート(24）があり、支援体（５）とヘッド(２)の間からの圧搾空気漏れを防止する可動式支援体（５）に対して作動するガスケット(71）があるヘッド(２)に固定された、固定器具（７）によってこのペリフェラルシート(24）に固定されています。
【００３４】
図４および５は、軸方向で運用中の装置の２つの位置および便利に重ね合わさった２つのプラスチック部品（P１、P２）を表しており、それぞれにスタッド（T）およびスタッド（T）が通るためのボア（O）が表記されています。
【００３５】
図４で示されているように、ソノトロード（１）が溶接する部品（P1、P２）に接近中でソノトロード（１）の先端（１１）が溶接する部品に接触する前は、スリーブ(３）が前方に突出し、先端部（31）が、圧縮バネ(51）を用いて加圧するプッシャーを作ります。溶接する部品（P1、P２）に対する圧力は設定可能です。溶接周辺部の適した位置で部品を固定し、部品間の隙間や溝を防止します。
【００３６】
図５で示されているように、溶接時に軸方向に装置が前進している場合、ソノトロードの先端(11）は、スタッド（T）に接触します。またスリーブの先端(31)で溶接する部品（P1、P２）が固定され一緒にプレスされ、後ろ側に到達し、ソノトロード(１）の前進運動によって精密に測定されます。
【００３７】
溶接中に、スリーブ(3）がソノトロード(1)に沿って後進すると、通常は前方に位置する圧縮バネ(51）の圧縮が引き起こされます。
【００３８】
発明品の本質および発明品の理想的実装に関して十分に説明がされたら、記載された分野の素材、形、サイズおよび配置などが変更される場合があるという宣言を行うことを条件に、本書は以下で特許請求する発明の本質的な特性の変更を暗示しません。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明による超音波溶接装置の実施例の断面図で、前側からの未作動状態のスリーブの図となります。
【図２】図２は、図１と似たような視点からのプッシングおよび冷却ヘッドの図で、超音波溶接要素が無い状態です。
【図３】図３は、作業位置で、スリーブが後ろ側にある図１の超音波溶接装置の断面図です。
【図４】図４は、２つのプラスチック素材の溶接処理の異なるフェーズにおける発明品の前方詳細図です。
【図５】図５は、２つのプラスチック素材の溶接処理の異なるフェーズにおける発明品の前方詳細図です。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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