(57)【要約】本発明は、２つの互いに対向する端面（Ｓ１，Ｓ２）と周囲表面（Ｕ）とを備え、周囲表面は捩り軸（Ｔ）を取り囲み、周囲表面上で捩り軸（Ｔ）からある半径方向距離に少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が設けられている捩りソノトロードに関するものである。
2013532064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの互いに対向する端面（Ｓ１，Ｓ２）と周囲表面（Ｕ）とを備え、前記周囲表面は捩り軸（Ｔ）を取り囲み、前記周囲表面上で前記捩り軸（Ｔ）からある半径方向距離（Ｒ）に少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が設けられている、捩りソノトロード。
【請求項２】
少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）のいずれか側の上の前記周囲表面（Ｕ）上に、前記捩りソノトロードの固有振動の波長に関する節線上に横たわって、好ましくは半径方向に突出した環状表面（Ｒ１，Ｒ２）が設けられている、請求項１に記載の捩りソノトロード。
【請求項３】
前記捩り軸（Ｔ）を介して垂直に走行している対称面（ＳＹ）に関して対称的である、請求項１又は２に記載の捩りソノトロード。
【請求項４】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）の輪郭は前記対称面（ＳＹ）に関して対称である、請求項１から３のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項５】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）を備え、端部（Ｅ１，Ｅ２）に解放可能なように接続されている中央部（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）が設けられ、前記端部は前記中央部のいずれかの側から伸びており、各々の端部は前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の一つを有している、請求項１から４のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項６】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）は予め定められた半径（Ｒ）を持って周囲方向に曲面となっている、請求項１から５のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項７】
前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）は半径方向に突出しており、周縁の環状作用面である、請求項１から６のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項８】
ｎ個の作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が設けられ、前記作用面は周囲に３６０°／ｎの角度で均一に配置されている、請求項１から７のいずれか一項記載に記載の捩りソノトロード。
【請求項９】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）は、ある構造、好ましくはリブを有し、又は多結晶ダイヤモンドでコーティングされている、請求項１から８のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項１０】
少なくとも１つの変換器（Ｋ１，Ｋ２）が、請求項１から９のいずれか一項に記載の捩りソノトロード（ＳＯ）に結合されて前記捩り軸（Ｔ）の周りに向かう超音波振動を生成する、超音波溶接装置。
【請求項１１】
前記変換器（Ｋ１，Ｋ２）は捩り振動要素（Ｔ１）に放射状に結合されており、前記捩り振動要素は前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の一つに結合されている、請求項１０に記載の超音波溶接装置。
【請求項１２】
前記捩り振動要素（Ｔ１）はブースター（Ｂ１）を介在して前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の一つに結合されている、請求項１０又は１１に記載の超音波溶接装置。
【請求項１３】
更なる変換器が前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の他方に結合されて前記捩り軸（Ｔ）の周りに向かう超音波振動を生成する、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１４】
前記更なる変換器は更なる捩り振動要素に放射状に結合されており、前記更なる捩り振動要素は前記捩りソノトロード（ＳＯ）の他の端面（Ｓ１，Ｓ２）に結合されている、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１５】
前記更なる振動要素は更なるブースターを介在して前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の他方に結合されている、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１６】
圧力装置（Ｄ）が設けられて作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）上で実質的に前記捩り軸（Ｔ）に垂直に作用する圧力を生成する、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１７】
前記捩りソノトロード（ＳＯ）は前記ソノトロード上に設けられた環状表面（Ｒ１，Ｒ２）を介して支持装置（ＳＶ）内で支持されている、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１８】
支持装置（ＳＶ）は圧力装置（Ｄ）に結合されている、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１９】
請求項１から９のいずれか一項に記載の捩りソノトロードを提供すること、
前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）と基盤（ＡＢ）の間に、溶接されるべき２つの部品を配置すること、
前記捩り軸（Ｔ）に対して実質的に垂直に圧力を加えて、共に溶接されるべき前記部品が前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）と前記基盤（ＡＢ）の間で締め付けられるようにすること、
前記捩り軸（Ｔ）の周りに超音波振動を発生させて、前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）を前記捩り軸（Ｔ）の周りで曲面にわたって振動させ、溶接されるべき前記部品上にこうしてもたらされる摩擦力により溶接接続を実現させること、
というステップを備える、超音波による溶接接続を実現する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は捩りソノトロード、超音波溶接装置及び超音波により溶接された接続を実現する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は概略的に超音波溶接の分野に関する。特に、本発明は金属部品の超音波溶接の分野に関する。これらの部品は、超音波振動の作用によって溶接表面に実質的に平行に互いに移動し、この溶接表面に垂直に、接続されるべき部品上に圧力又は溶接力が同時に及ぼされる。超音波振動は、部品表面に通常存在する汚染層及び酸化層を裂き開き、強制移動させることを可能にする。この結果としての純粋な金属表面への直接接触により、金属部品間の永久的で一体的な接続が実現する。
【０００３】
超音波溶接装置は、米国特許第３０３９３３３号から知られており、そこではロッド形状のソノトロードが、そのソノトロードから放射状に伸びているカップラにより２つのコンバータに結合されている。接続されるべき部品に押し付けられているソノトロードの作用面は、直線経路に沿って溶接表面に実質的に平行に前後に移動する。
【０００４】
米国特許第５６０３４４４号は、長手方向ソノトロードを有する超音波溶接装置を開示しており、そのソノトロードの作用面も直線経路に沿って前後に移動する。長手方向ソノトロードは、従来の方法で螺子接続により且つブースターを介して変換器に接続されている。圧力装置がさらに設けられて作用面上に圧力を生成する。圧力装置により生成された圧力は、長手方向ソノトロードの節線（ノーダルライン）を介して印加される。実際には、変換器により与えられた超音波パワーの一部のみが作用面に伝達されることが判明した。より最近の発見によれば、このことは、作用面に及ぼされた圧力により生じた、長手方向ソノトロードとブースターの間及びブースターと変換器の間の隣接接合面の傾斜移動の発生に原因があるとすべきである。この効果は圧力の増大とともに増大する。
【０００５】
ＥＰ１９３０１４８Ａ１は、捩りソノトロードとして知られているものを用いる超音波溶接装置を開示している。この場合、ソノトロードは実質的に回転対称ソノトロードであり、その作用面はそのソノトロードの一端面に設けられている。変換器が他端面の近傍にある捩りソノトロードの周囲表面に結合されており、それらの変換器によって捩り軸まわりの振動が捩りソノトロードに伝達される。この結果、接続されるべき部品に対して押圧されている作用面は、捩りソノトロードの周囲に対応する曲線上を前後に移動する。この事例の欠点は、接続されるべき部品に伝達されたるパワーが、作用面の半径方向内側部においては作用面の半径方向外側部より小さいということである。この結果、接続されるべき部品間の溶接接続が均一ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、先行技術の不利益を克服することにある。特に、変換器により提供されるパワーが作用面に改善された効率で伝達され得るソノトロードが開示されている。パワー伝達の改善された効率はまた特に高圧が印加される際にも達成される。本発明の更なる目的によれば、接続されるべき部品間の溶接接続の効率的で均一な実現を可能にする、超音波による溶接接続を実現しうる超音波溶接装置及び方法もまた開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は請求項１、１０及び１９における特徴により達成される。本発明の好適な実施例は請求項２から９及び１１から１８における特徴から明らかとなる。
【０００８】
本発明の一態様によれば、２つの互いに対向する端面と周囲表面とを備え、周囲表面は捩り軸を取り囲み、周囲表面上で捩り軸からある半径方向距離に少なくとも１つの作用面が設けられている、捩りソノトロードが提供される。
【０００９】
本発明による捩りソノトロードによれば、先行技術とは対照的に、作用面はもはや端面の一つに配置されることがなく、捩り軸を取り囲む周囲面上に配置される。この結果、作用面のすべての表面要素は捩り軸から実質的に同じ半径距離にある。作用面の実質的な部分全体にわたって均一なパワーが溶接されるべき部品に伝達される。本発明によるソノトロードを用いて実現された溶接接続は均一である。
【００１０】
更に、提案された捩りソノトロードは、変換器から作用面に与えられるパワーの実質的に伝達損失ゼロを可能にする。このプロセスの間、捩りソノトロード、オプションとして提供されたブースター及び変換器の間の結合面において傾斜移動は生成されない。作用面は捩り軸の周りの捩り移動を実行するが、捩り軸に平行な長手方向の移動は行わない。提案された捩りソノトロードは金属部品間、例えばより線とプラグの間の溶接接続の実現に特に適合している。
【００１１】
超音波を用いる提案された捩りソノトロードの適切な励起で、軸方向には小さいか又は取るに足りない歪しか存在しないが、横方向に捩りが存在し、この捩りは捩りのモジュールＧにより記載されるべきである。捩り振動の周波数に対して以下が成立する。
【数１】
2013532064.tif 000003
但し、nは整数＞０、
ｌは捩りソノトロードの軸方向長さ
ρは捩りソノトロードの密度である。
【００１２】
捩りソノトロードの軸方向長さｌは、そのソノトロードが定常振動をするか又は予め定められた周波数νn、波長λで固有振動をするように好適に選択される。この場合、作用面は周囲表面上の中央に設けられる。しかしながら、原理的には、予め定められた周波数νnに対する捩りソノトロードの軸方向長さｌを選択して、その結果波長ｎλ／２、但し、ｎは整数＞０、の固有振動が実現するようにすることが可能である。即ち、捩りソノトロードの長さｌはλ／２、３λ／２、２λ、等であってもよい。
【００１３】
有利な実施例によれば、捩りソノトロードは好ましくは、少なくとも１つの作用面のいずれかの側の上の周囲表面上に好ましくは半径方向に突出した環状表面を有しており、その環状表面は、捩りソノトロードの固有振動の波長に関する節線（ノーダルライン）上に横たわっている。捩りソノトロードの軸方向長さｌは、予め定められた超音波周波数における固有振動の波長λに正確に対応するように好適に選択される。この場合、節線は例えば捩りソノトロードの長さｌの１／４及び３／４に配置される。この場合、作用面は節線間に配置され、例えば、捩りソノトロードの長さｌの１／２の位置に配置される。
【００１４】
捩りソノトロードは、好適には、捩り軸を介して垂直に走行している対称面に関して対称的である。特に好適な実施例によれば、作用面の輪郭又は外形は対称面に関して対称である。特に、対称面は少なくとも一つの作用面を貫通し、その作用面は対称面に関して対称である。捩りソノトロードのこのような実施例は、特にシンプルである。この場合、その少なくとも一つの作用面は、捩りソノトロードの周囲表面上で捩りソノトロードの軸方向長さｌに対して中央に配置されている。
【００１５】
更に好適な実施例によれば、捩りソノトロードは、その少なくとも１つの作用面を備えた中央部を有し、その中央部は、中央部いずれかの側から伸びている端片に解放可能なように接続されており、端片の各々は端面の一つを有している。この場合、中央部の各々は環状表面を有していてもよい。端片と中央部との間の結合は例えば螺子結合でよい。また、２つの端片は、例えば螺子結合により直接的に相互結合してもよく、中央部は、結合された端片上にシュリンク・フィットしたリングで形成されてもよい。作用面を備えた中央部を設けたことで、中央部を置き換えることにより作用面の形状を変化させることが可能になる。作用面に対する損傷があった場合、捩りソノトロードの修理も同様に中央部の交換により簡単に行うことができる。
【００１６】
更なる好適な実施例によれば、作用面は予め定められた半径を持って周囲方向に曲面となっている。この半径は捩り軸に由来する。即ち、作用面はこの事例においては従って捩り軸の周囲に横たわっている。
【００１７】
更なる好適な実施例によれば、作用面は半径方向に突出しており、周縁の環状作用面である。このような環状作用面は、特に捩りソノトロードの長時間寿命を可能にする。環状作用面の一部が用いられるようになると、捩りソノトロードを予め定められた角度で回転させることにより、更に、未だ使用されない作用面の一部を提供して、更なる溶接接続を実現することが可能である。こうして、提案された捩りソノトロードを用いて、実現可能な溶接接続の数は従来のソノトロードに比べて増大することが可能である。
【００１８】
更なる好適な実施例によれば、捩りソノトロードはまた、ｎ個の作用面が設けられ、その作用面は周囲に３６０°／ｎの角度で均一に配置されていてもよい。この場合、作用面は例えばアンビル形状で、捩りソノトロードの周囲表面から放射状に突出している。例えば、このタイプの２、３、４、５、６、７、８又はそれ以上の作用面が提供されてもよい。複数の作用面の提供により、環状作用面の提供と同様に、一つの作用面が疲労した場合に素早い変更が可能になる。このような捩りソノトロードは、特に長寿命である。捩りソノトロードを単純に回転させることにより、一つの作用面を他の作用面に交換できる。この目的のために取替え又は分解は不要である。
【００１９】
更なる好適な実施例によれば、作用面は、ある構造、好ましくはリブを有している。これらのリブは軸方向に走行しているか、又は軸方向に対して傾斜している。好適な実施例によれば、作用面は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）でコーティングすることも可能である。このようなＰＣＤ層は、例えば、作用目上に半田付け可能である。こうして、作用面の耐久性は増大し及び／又は特に、アルミニュームとの溶接中の望ましくない接続は避けることが可能である。
【００２０】
本発明の更なる態様によれば、少なくとも１つの変換器が、本発明による捩りソノトロードに結合されて捩り軸の周りに向かう超音波振動を生成する、超音波溶接装置が提供される。この提供された超音波溶接装置によって、接続されるべき部品に高いパワーを伝達することができる。こうして、比較的厚い金属部品が優れた品質で溶接可能になる。
【００２１】
好適な実施例によれば、変換器は、捩り振動要素に放射状に結合されており、その捩り振動要素は捩りソノトロードの端面の一つに結合されている。捩り振動要素は例えば円筒状のロッドである。もちろん、複数の変換器を捩り振動要素に結合して捩り振動を生成することも可能である。このタイプの捩り振動手段自体は、先行技術から知られている。ＥＰ１９３０１４８Ａ１を参照すると、その［００３９］及び［００４０］及び図２及び３に適切な捩り振動手段を開示している。この文献の開示内容は、この関連で本明細書に取り込まれている。
【００２２】
更なる好適な実施例によれば、捩り振動要素は、ブースターを介在して捩りソノトロードの一つの端面に結合されている。ブースターは、変換器により与えられた振幅を修正して本発明による捩りソノトロードに転送する機能を有している。ブースターの設計に依存して、振幅は減少させたり増大させたりすることができる。一般的に、変換器により与えられた振幅を増大させるブースターが用いられる。ブースターの変換は例えば１：１．５から１：２でよい。
【００２３】
更なる好適な実施例によれば、更なる変換器が捩りソノトロードの端面の他方に結合されて捩り軸の周りに向かう超音波振動を生成することが出来る。この更なる変換器は、更なる捩り振動要素に放射状に結合されており、その更なる捩り振動要素は、捩りソノトロードの他の端面に結合されることができる。対応する更なる捩り振動装置は、上述の捩り振動装置と同じように設計できる。特に、その更なる振動要素は、更なるブースターを介在して捩りソノトロードの他の端面に結合されてもよい。上記の実施例によれば、特に高いパワーを捩りソノトロードに結合することが可能である。それぞれのパワーが互いに補完して結合されるように、その変換器及びその更なる変換器の振動の位相及び、必要に応じ、ブースターの変換率は、この場合、互いに一致している。
【００２４】
更なる好適な実施例によれば、圧力装置が設けられて作用面上で実質的に捩り軸に垂直に作用する圧力を生成する。例えば、その圧力装置はこの事例においては油圧式、空気圧式、又は電気的に動作する圧力装置でよい。作用面上の圧力は、捩りソノトロードの上に設けられた作用面を介して、捩りソノトロードを固定のアンビル又はその上に配置された接続されるべき部品に押し付けることにより生成できる。しかしながら、捩りソノトロードは、固定されてアンビルが作用面に押し付けられることでもよい。
【００２５】
いずれにしても、捩りソノトロードは、ソノトロード上に設けられた環状表面を介して支持装置内で支持されていることが好ましい。環状表面は捩りソノトロードの節線上に位置しているので、提案された支持体によるパワーの損失はない。
【００２６】
支持装置は、圧力装置に結合されている。この場合、圧力装置によって捩りソノトロードは、固定アンビルに対して移動可能である。
【００２７】
本発明の更なる特徴によれば、
本発明によるソノトロードを提供すること、
作用面と基盤の間に、溶接されるべき２つの部品を配置すること、
捩り軸に対して実質的に垂直に圧力を加えて、共に溶接されるべき部品が作用面と基盤の間で締め付けられるようにすること、
捩り軸の周りに超音波振動を発生させて作用面を捩り軸の周りで曲面にわたって振動させ、溶接されるべき部品上にもたらされる摩擦力により溶接接続を実現させること、
というステップを備える、超音波による溶接接続を実現する方法が提供される。
【００２８】
本発明による方法の本質的な特徴によれば、作用面は、基盤に対する捩り軸に関する振り子状運動を描く。捩り軸に垂直に配置された振動の平面は、このプロセスの間は実質的に変化しない。即ち、作用面は捩り軸に平行な方向には移動しないか、或いはこの方向に取るに足りない範囲でのみ移動する。提案された方法により、格別なハイパワーが接続されるべき部品に伝達される。振動の振幅は、作用面のすべての位置で同じである。したがって、格別に均質な溶接接続の実現が可能である。
【００２９】
基盤は固定のアンビルでよい。しかしながら、基盤は、本発明による更なる捩りソノトロードの方法で形成することも可能である。この場合、捩りソノトロードと更なる捩りソノトロードとは、対向する方向に振動することが好適である。捩りソノトロードの作用面と更なる捩りソノトロードの更なる作用面との間の距離は、したがって実質的に一定に保持され得る。この実施例により、より大きなパワーが接続されるべき部品に伝達され得る。この実施例においては、溶接されるべき部品は、捩りソノトロードと更なる捩りソノトロードに対して固定されている保持装置によって保持され得て、その保持装置は共に溶接されるべき部品の曲がりを防止する。
【００３０】
図面に基づいて、以下に本発明の典型的な実施例をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の捩りソノトロードの斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の第１の側面図である。
【図４】図１の第２の側面図である。
【図５】第２の捩りソノトロードの側面図、及び第２の捩りソノトロードの場合における波長λの固有振動を示す図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】第３の捩りソノトロードの斜視図である。
【図９】図８の側面図である。
【図１０】図８の平面図である。
【図１１】図９の線Ａ−Ａ断面図である。
【図１２】超音波溶接装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３２】
図１から４に示される第１の捩りソノトロードは、２つの互いに対向する円形端面Ｓ１，Ｓ２を有しており、それらの中心点を通って第１のねじ穴Ｇ１と第２のねじ穴Ｇ２が中心に延在している。端面Ｓ１及びＳ２を接続している周囲表面Ｕは、この事例においては円筒状である。周囲表面Ｕは、少なくともいくつかの部分では仮想的な表面であり、その断面の形状は実質的に端面の形状に一致している。第１の捩りソノトロードは、２つの実質的に円筒形状の端片Ｅ１，Ｅ２を有している。第１の端片Ｅ１は、第１の端面Ｓ１により規定されており、第２の端片Ｅ２は、第２の端面Ｓ２により規定されている。周囲表面Ｕから突出している２つの互いに対向するアンビル状の突起Ｖ１，Ｖ２を有する中央部Ｍが端片Ｅ１，Ｅ２の間に配置されている。第１の突起Ｖ１は第１の作用面Ａ１を有し、第２の突起Ｖ２は第２の作用面Ａ２を有する。参照符号Ｔで示される捩り軸からの作用面Ａ１，Ａ２の半径方向距離は、周囲表面Ｕの半径よりも有利に大きくなっている。例えば、それは５０から１００mmであり、好ましくは６０から９０mmである。周囲表面の半径は３０から７０mmであり、好ましくは４０から６０mmである。
【００３３】
周囲表面Ｕから突出している環状表面Ｒ１，Ｒ２が中央部Ｍの両側の上の端片Ｅ１，Ｅ２上に設けられている。
【００３４】
第１の捩りソノトロードは、図４に示す対称面ＳＹに関して対称的である。対称面ＳＹは、参照符号Ｔで示される捩り軸に垂直に配置されている。この事例においては、端片Ｅ２，Ｅ２は捩り軸Ｔに関して実質的に回転対称である。
【００３５】
図５から７に示す第２の捩りソノトロードは、端片Ｅ２，Ｅ２の間に第２の中央部Ｍ２を有し、その中央部Ｍ２は周囲にわたる４つのアンビル状の突起Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を有している。これらの突起Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、９０°の角度だけ互いにオフセットされている。これらは対称面ＳＹに関して対称である。突起各Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の各々の周囲面上に設けられた作用面Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は周囲方向に曲面となっている。その曲率半径は捩り軸Ｔから伸びており、図７に参照符号Ｒで示されている。特に図７から更に分かるように、作用面Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の各々は、例えば、軸方向に伸びるリブによって形成され得る構造を有している。
【００３６】
特に図５に関連して分かるように、捩りソノトロードの軸方向長さｌは、波長λでの定常振動が所定の超音波周波数で提供されるように選択されている。また、図５は捩りソノトロードの長さlにわたる両方の対向する振動状態の振幅+/-ρを示している。定常振動のゼロクロス点は節線（ノーダルライン）を形成しており、その上に環状表面Ｒ１，Ｒ２が配置されている。捩りソノトロードは、端片Ｅ２，Ｅ２が各々中央部Ｍ２に対して対向する方向に移動するように振動する。
【００３７】
図５から７に示した実施例とは対照的に、突起Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に替えて単一の環状突起（ここでは図示せず）を設けて、その単一の環状突起の上に一つの周囲作用面（ここでは図示せず）が形成されているようにしてもよい。更に、４個の突起Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に替えて６個又は８個の突起を設けることも考えられる。
【００３８】
図８から１１は第３の捩りソノトロードを示す。この第３のソノトロードでは、端片Ｅ２，Ｅ２の、環状表面Ｒ１，Ｒ２から外側に配置されている部分ａ１,ａ２における直径が、第３の中央部Ｍ３の近傍に配置されている内側部分ａ２,ａ４と比べて小さい。環状表面Ｒ１，Ｒ２に関して端片Ｅ１，Ｅ２の直径を異なる設計にしたので、その端片はブースターの効果を有する。互いに並行に配列されて互いに対向する表面ｆ１，ｆ２，ｆ３及び（ここでは図示しない）ｆ４が外側部分ａ１，ａ２の上に更に設けられている。この表面ｆ１からｆ４はツールと係合するために用いられる。
【００３９】
好適な実施例で示された捩りソノトロードは、金属製の一片から有利に生成される。上記図面には示されていないが、中央部Ｍ１，Ｍ２は例えば螺子接続により取り外し可能な方法で端片Ｅ１，Ｅ２に結合してもよい。端面Ｓ１，Ｓ２は、ブースターや捩りロッドへの遊び無しの結合を可能にする、例えば溝（グルーブ）、ウェブ、凹部（リセス）、ピン等の放射状に伸びる構造を有していてもよい。
【００４０】
図１２は、図１２に参照符号ＳＯで示される本発明による捩りソノトロードを用いた超音波溶接装置の構造の概略的斜視図を示す。捩りソノトロードＳＯは、螺子結合によりその第１の端面Ｓ１において第１のブースターＢ１に堅く結合している。次に第１のブースターＢ１は、第１の捩りロッドＴ１に螺子結合によりねじ込まれており、その第１の捩りロッドＴ１には、第１の変換器Ｋ１と第２の変換器Ｋ２が放射状に対向配置で取り付けられている。参照符号ＡＢは、捩りソノトロードＳＯに対して固定的な方法で配置されているアンビルを示す。この事例では、概略的に示されている支持装置ＳＶは、例えば締め付けの方法で環状表面Ｒ１，Ｒ２の周りに係合している。支持装置ＳＶは圧力装置Ｄに結合しており、この圧力装置Ｄによって、変換器Ｋ１，Ｋ２、捩りロッドＴ１、ブースターＢ１及び捩りソノトロードＳＯから形成されている超音波振動装置がアンビルＡＢに対して垂直に移動可能であり、またこの圧量装置Ｄによって圧力が第２の作用面Ａ２又は第２の作用面Ａ２とアンビルＡＢの間に配置されている接続されるべき部品（ここでは図示せず）に及ぼされ得る。
【００４１】
超音波溶接装置は以下のように機能する。
捩り軸Ｔの周りに向けられた捩り振動は、対向する位相で動作する変換器Ｋ１，Ｋ２によって第１の捩りロッドＴ１内で生成され、その捩り振動は第１のブースターＢ１を介して捩りソノトロードＳＯに伝達される。この結果、突起Ｖ１，Ｖ２とその上に設けられた作用面Ａ１，Ａ２は捩り軸Ｔの周りの円軌道部分にわたり振動する。突起Ｖ１，Ｖ２の軸方向の位置は、このプロセスの間で実質的に変化しない。溶接接続を実現するために、接続されるべき２つの部品（ここでは図示せず）がアンビルＡＢ上に配置される。捩りソノトロードＳＯの第２の作用面Ａ２は次いで、上下に配置された部品上に、圧力装置Ｄにより押圧される。変換器Ｋ１，Ｋ２を始動させることにより、捩り振動が発生し、それにより部品は互いに変位する。溶接接続は生成された摩擦により実現される。
【００４２】
図１２には示されていないが、捩りソノトロードＳＯの第２の端面Ｓ２は、第２のブースターＢ２（ここでは図示せず）及び第２の捩りロッドＴ２（ここでは図示せず）を介して、第３及び第４の変換器Ｋ３，Ｋ４（ここでは図示せず）に接合されてもよいことは勿論である。
【００４３】
変換器と、ブースターと捩りソノトロードで形成された超音波振動装置はまた固定された方法で配置してもよい。この場合、アンビルＡＢは、垂直移動可能でもよく圧力装置を備えてもよい。更に、２つの超音波溶接装置が互いに対向する配置で動作して溶接接続を実現するようにすることも考えられる。この場合、アンビルＡＢに替えて更なる捩りソノトロードが例えば設けられる。この事例においては、互いに対向する捩りソノトロードは反対方向に振動する。
【符号の説明】
【００４４】
ａ１，ａ２              外側部
ａ３，ａ４              内側部
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４  作用面
ＡＢ                    アンビル
Ｂ１                    第１のブースター
Ｄ                      圧力装置
Ｅ１                    第１の端片
Ｅ２                    第２の端片
Ｇ１，Ｇ２              ねじ穴
ｆ１,ｆ２,ｆ３,ｆ４    表面
Ｋ１                    第１の変換器
Ｋ２                    第２の変換器
ｌ                      捩りソノトロードの軸方向長さ
Ｍ１                    第１の中央部
Ｍ２                    第２の中央部
Ｍ３                    第３の中央部
Ｒ                      曲率半径
Ｒ１                    第１の環状表面
Ｒ２                    第２の環状表面
Ｓ１                    第１の端面
Ｓ２                    第２の端面
ＳＯ                    捩りソノトロード
ＳＶ                    支持装置
ＳＹ                    対称面
Ｔ                      捩り軸
Ｔ１                    第１の捩りロッド
Ｕ                      周囲表面
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４  突起
【図１】
2013532064.tif 000004
【図２】
2013532064.tif 000005
【図３】
2013532064.tif 000006
【図４】
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【図５】
2013532064.tif 000008
【図６】
2013532064.tif 000009
【図７】
2013532064.tif 000010
【図８】
2013532064.tif 000011
【図９】
2013532064.tif 000012
【図１０】
2013532064.tif 000013
【図１１】
2013532064.tif 000014
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月13日(2012.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの互いに対向する端面（Ｓ１，Ｓ２）と周囲表面（Ｕ）とを備え、前記周囲表面は捩り軸（Ｔ）を取り囲み、前記捩り軸上で前記捩り軸（Ｔ）からある半径方向距離（Ｒ）に少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が設けられている捩りソノトロードにおいて、前記捩り軸（Ｔ）を貫通して垂直に走行する対称面（ＳＹ）に関して対称に形成された前記捩りソノトロードの軸方向長さｌに対して、
2013532064.tif 000016
が成立し、
ここで、nは整数＞０、
νnは捩り振動の予め定められた周波数、
Gは剛性率
ρは捩りソノトロードの密度である、
捩りソノトロード。
【請求項２】
少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）のいずれか側の上の前記周囲表面（Ｕ）上に、前記捩りソノトロードの固有振動の波長に関する節線上に横たわって、好ましくは半径方向に突出した環状表面（Ｒ１，Ｒ２）が設けられている、請求項１に記載の捩りソノトロード。
【請求項３】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）の輪郭は前記対称面（ＳＹ）に関して対称である、請求項１又は２に記載の捩りソノトロード。
【請求項４】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）を備え、端部（Ｅ１，Ｅ２）に解放可能なように接続されている中央部（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）が設けられ、前記端部は前記中央部のいずれかの側から伸びており、各々の端部は前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の一つを有している、請求項１から３のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項５】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）は予め定められた半径（Ｒ）を持って周囲方向に曲面となっている、請求項１から４のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項６】
前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）は半径方向に突出しており、周縁の環状作用面である、請求項１から５のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項７】
ｎ個の作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が設けられ、前記作用面は周囲に３６０°／ｎの角度で均一に配置されている、請求項１から６のいずれか一項記載に記載の捩りソノトロード。
【請求項８】
前記少なくとも１つの作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）は、ある構造、好ましくはリブを有し、又は多結晶ダイヤモンドでコーティングされている、請求項１から７のいずれか一項に記載の捩りソノトロード。
【請求項９】
少なくとも１つの変換器（Ｋ１，Ｋ２）が、請求項１から８のいずれか一項に記載の捩りソノトロード（ＳＯ）に結合されて前記捩り軸（Ｔ）の周りに向かう超音波振動を生成する、超音波溶接装置。
【請求項１０】
前記変換器（Ｋ１，Ｋ２）は捩り振動要素（Ｔ１）に放射状に結合されており、前記捩り振動要素は前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の一つに結合されている、請求項９に記載の超音波溶接装置。
【請求項１１】
前記捩り振動要素（Ｔ１）はブースター（Ｂ１）を介在して前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の一つに結合されている、請求項９又は１０に記載の超音波溶接装置。
【請求項１２】
更なる変換器が前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の他方に結合されて前記捩り軸（Ｔ）の周りに向かう超音波振動を生成する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１３】
前記更なる変換器は更なる捩り振動要素に放射状に結合されており、前記更なる捩り振動要素は前記捩りソノトロード（ＳＯ）の他の端面（Ｓ１，Ｓ２）に結合されている、請求項９から１２のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１４】
前記更なる振動要素は更なるブースターを介在して前記捩りソノトロード（ＳＯ）の前記端面（Ｓ１，Ｓ２）の他方に結合されている、請求項９から１３のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１５】
圧力装置（Ｄ）が設けられて作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）上で実質的に前記捩り軸（Ｔ）に垂直に作用する圧力を生成する、請求項９から１４のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１６】
前記捩りソノトロード（ＳＯ）は前記ソノトロード上に設けられた環状表面（Ｒ１，Ｒ２）を介して支持装置（ＳＶ）内で支持されている、請求項９から１５のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１７】
支持装置（ＳＶ）は圧力装置（Ｄ）に結合されている、請求項９から１６のいずれか一項に記載の超音波溶接装置。
【請求項１８】
請求項１から８のいずれか一項に記載の捩りソノトロードを提供すること、
前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）と基盤（ＡＢ）の間に、溶接されるべき２つの部品を配置すること、
前記捩り軸（Ｔ）に対して実質的に垂直に圧力を加えて、共に溶接されるべき前記部品が前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）と前記基盤（ＡＢ）の間で締め付けられるようにすること、
前記捩り軸（Ｔ）の周りに超音波振動を発生させて、前記作用面（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）を前記捩り軸（Ｔ）の周りで曲面にわたって振動させ、溶接されるべき前記部品上にこうしてもたらされる摩擦力により溶接接続を実現させること、
というステップを備える、超音波による溶接接続を実現する方法。
【国際調査報告】
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