(57)【要約】本発明は、少なくとも２つの互いに整列された平らな金属製の構成要素を超音波によって溶接するための方法であって、溶接のために、該構成要素を、超音波振動を伝達するツールと、カウンタホルダとの間に設け、かつ、両者の間で、加圧によって固定する方法に関する。これらの構成要素が、溶接後に、溶接前の整列に対応する互いに所望の整列を有するために、構成要素を、該構成要素の溶接のために適用される超音波振動の前に、ツールおよび／またはカウンタホルダから両者の各々の作業面を越えて突き出ている少なくとも１つの突起によって、作業面に力を加える際に、変形させ、その結果、両者の間の並進のおよび回転の相対運動を阻止し、あるいは、実質的に阻止すること、および、変形後に、溶接を実行することが提案される。【選択図】      図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートメタルストリップのような、少なくとも２つの互いに整列された平らな金属製の構成要素（１６，１８，２０，２２）を、超音波によって溶接するための方法であって、溶接のために、該構成要素を、超音波振動を伝達するツール（１０）と、カウンタホルダ（１２）との間に設け、かつ、両者の間で、加圧によって固定する方法において、
前記構成要素（１６，１８，２０，２２）を、該構成要素の溶接のために適用される超音波振動の前に、前記ツール（１０）および／または前記カウンタホルダ（１２）から両者の各々の作業面（２４，２８）を越えて突き出ている少なくとも１つの突起（２６，３４，３６）によって、前記作業面に力を加える際に、変形させ、その結果、両者の間の並進のおよび回転の相対運動を阻止し、あるいは、著しく阻止すること、および、変形後に、溶接を実行することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記構成要素（１６，１８，２０，２２）を、少なくとも２つの突起（３４，３６）によって変形することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記構成要素（１６，１８，２０，２２）を、前記ツール（１０）から出ている前記少なくとも１つの、好ましくは２つの突起（２６）によって、変形させること、あるいは、前記構成要素を、前記カウンタホルダ（１２）から出ている前記少なくとも１つの、好ましくは２つの突起（３４，３６）によって、変形させることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記構成要素（１６，１８，２０，２２）を、前記ツール（１０）から出ている少なくとも１つの突起および前記カウンタホルダ（１２）から出ている少なくとも１つの突起によって変形させることを特徴とする請求項１ないし３の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ツール（１０）または前記カウンタホルダ（１２）に形成された前記突起（２６，３４，３６）に、前記カウンタホルダまたは前記ツールの前記作業面（２４，２８）に形成された凹部（３０，３２）を割り当てることを特徴とする請求項１ないし４の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも３つの、好ましくは３つより多い平らな構成要素（１６，１８，２０，２２）を、互いに整列して溶接することを特徴とする請求項１ないし５の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項７】
前記溶接される構成要素（１６，１８，２０，２２）は、互いに一列に整列された凹部を有し、これらの凹部を拡大すべく、前記突起（２６，３４，３６）を前記凹部へ整列させることを特徴とする請求項１ないし６の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項８】
夫々０．０１ｍｍないし１ｍｍの間の範囲にある厚さを有する複数の平らな構成要素（１６，１８，２０，２２）を、互いに溶接することを特徴とする請求項１ないし７の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項９】
前記溶接される平らな構成要素（１６，１８，２０，２２）は、互いに異なる厚みを有することを特徴とする請求項１ないし８の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記構成要素（１６，１８，２０，２２）を、線状の変形を引き起こす少なくとも１つの突起によって変形させることを特徴とする請求項１ないし９の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記構成要素（１６，１８，２０，２２）を、突起（２６，３４，３６）によって変形させ、該突起は、円錐形の、円錐台形の、ピラミッド形の、角錐台形の形状、あるいは、好ましくは端側の先端を有する円筒状の形状を具備することを特徴とする請求項１ないし１０の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記構成要素を、少なくとも１つに縁部に関して、互いに一列に整列して溶接させるように、前記平らな構成要素（１６，１８，２０，２２）を互いに整列させることを特徴とする請求項１ないし１１の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１３】
ツール（１０）として、ソノトロードを用い、前記作業面（２４）を有する、前記ソノトロードのソノトロードヘッドは、振動軸に対し垂直に延びている平面に、矩形の形状を有することを特徴とする請求項１ないし１２の少なくとも１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの互いに整列された平らな金属製の構成要素、例えばシートメタルストリップを超音波によって溶接するための方法であって、構成要素の溶接のために、該構成要素を、超音波振動を伝達するツールと、カウンタホルダとの間に設け、かつ、両者に力を加える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平らな金属製の構成要素を超音波溶接によって材質同士で互いに結合させるために、該構成要素は、超音波振動を伝達し、かつツールと呼ばれるソノトロードと、アンビルまたは対向電極と呼ばれるカウンタホルダとの間に設けられる。構成要素は、ソノトロードとアンビルとの間で、加圧して固定される。ソノトロードによって、溶接のために必要な超音波振動が伝達される。この場合、超音波振動によって複数の構成要素の間の相対運動がなされるのは、２つより多い平らな構成要素を互いに溶接することが意図されるときであって、その結果、これらの構成要素の所望の整列が保証されていない。というのは、外側の構成要素は、ソノトロードとアンビルの通常に構造化された作業面によって固定され、これに対し、外側の構成要素の間に設けられた１つの構成要素または複数の構成要素は、外側の構成要素に対しすべることがあるからである。
【発明の概要】
【０００３】
平らな金属製の構成要素を超音波溶接によって素材同士で互いに結合させ、該構成要素が、溶接後に、溶接前の整列に対応する互いに所望の整列を有することが意図されるという課題が、本発明の基礎に合っている。
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、構成要素を、該構成要素の溶接のために適用される超音波振動の前に、ツールおよび／またはカウンタホルダから両者の各々の作業面を越えて突き出ている少なくとも１つの突起によって、作業面に力を加える際に、変形させ、その結果、両者の間の並進のおよび回転の相対運動を阻止し、あるいは、著しく阻止すること、および、変形後に、溶接を実行すること、実質的にこのことを意図する。
【０００５】
本発明によれば、シートメタルストリップのような構成要素の固定は、まず、シートメタルストリップの変形が、ツール−以下、ソノトロードともいう−と、カウンタホルダ−以下、アンビルともいう−との間でなされ、このことによって、ソノトロードが構成要素に対し平行に振動してなる実際の振動工程では、これらの構成要素が、互いに相対して移動されないことが保証されている。
【０００６】
変形を容易にするためには、ソノトロードとアンビルが互いに相対運動するとき、および力を加えて構成要素を固定するとき、超音波パルスを発生させることであり、但し、該超音波パルスは、溶接工程の一部ではない。
【０００７】
溶接される平らな構成要素、例えばメタルシートの事前位置決めが、以下のことによって、すなわち、メタルシートが予め穿孔され、溶接のために、複数の孔が互いに一列に整列され、次に、少なくとも１つの突起が、これらの孔へ係合して、該孔を拡大し、従って、平らな構成要素同士を固定させるための機械的な変形を可能にすることによって、なされる可能性がある。
【０００８】
只１つの突起が設けられているときは、該突起は、好ましくは線状の延在を有せねばならない。その目的は、所望の程度に、並進のおよび回転の相対運動を阻止するためである。
【０００９】
しかしながら、特に意図されていることは、２つの互いに間隔をあけた突起があって、該突起は、例えば、円錐形の、ピラミッド形の、または円筒状の形状、または他の形状を有することができることである。
【００１０】
円筒状の突起が使用されるとき、該突起は、端側で、先端またはテーパを有するほうがよい。その目的は、平らな構成要素の機械的な変形を容易にするためである。
【００１１】
これとは別に、構成要素が、ツールから出ている少なくとも１つの、好ましくは２つの突起によって固定される可能性もある。
【００１２】
その代わりに、構成要素を、アンビルから出ている少なくとも１つの、好ましくは２つの突起によって固定することができる。
【００１３】
しかしながら、１つの突起が、ソノトロードから出ており、また１つの突起がアンビルから出ており、両者は、構成要素を互いに固定するために必要な、構成要素の変形を、可能にする可能性がある。
【００１４】
本発明の改善では、ツールまたはカウンタホルダに形成された突起に、カウンタホルダまたはツールの作業面に形成された凹部を割り当てることが提案される。この措置が必要であるのは、溶接される構成要素の全厚が、突起の高さに比較してわずかなとき、特にこのときである。というのは、溶接中に、突起が作業面に突き当たらないことが保証されねばならないからである。このことによって、他の場合には、適切な溶接が不可能である。
【００１５】
平らな金属製の構成要素のための材料としては、金属超音波溶接に関して知られた材料、好ましくは、銅、銅合金、表面が被覆された材料、例えば、ニッケルで被覆された銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金が適切である。
【００１６】
メタルシートは、種々の厚さを有することができる。０．０１ｍｍと１ｍｍの間の範囲にあるメタルシートの厚さが好ましい。
【００１７】
特に、２つより多い構成要素が溶接される。但し、外側の構成要素の間に設けられた内側の構成要素が、他の構成要素に相対して移動されることない。何故ならば、構成要素同士が、超音波溶接に先行する変形によって、いわば噛み合わされるからである。
【００１８】
本発明の複数の他の詳細、利点および特徴は、複数の請求項と、これらの請求項から読み取れる、単独および／または組合せで生じる複数の特徴とからのみならず、複数の好ましい実施の形態の以下の記述および特に以下の補足的な説明からも明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超音波溶接装置のツールおよびカウンタホルダの第１の実施の形態の部分図を示す。
【図２】超音波溶接装置の第２の実施の形態の部分図を示す。
【図３】図２の詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
基本的に同一の要素に対して同一の参照符号が付されている図面からは、金属溶接のために定められかつ知られた超音波溶接装置の部分図が見て取れる。該超音波溶接装置は、知られるように、ソノトロードヘッドを有するソノトロード１０と、ソノトロードヘッドに割り当てられたアンビル１２とを具備する。ソノトロード１０は、ブースタを介して、コンバータに接続されていることができる。その目的は、ソノトロード従ってまたソノトロードヘッドを振動させるためである。振動方向は二重矢印１４によって示されている。重要な構成要素を有する超音波振動装置の原理的な構造は、WO-A-2008/148813の図１から見てとれる。該公報の開示内容は、本願の構成要素である。
【００２１】
シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２のような平らな金属製の構成要素を互いに溶接するためには、該シートメタルストリップは、アンビル１２とソノトロード１０との間に、しかも、通常は構造化されている、両者の作業面２４と２８の間に設けられる。原理図から、シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２が、ソノトロード１０の振動方向に対し平行に、またはほぼ平行に設けられていることが分かる。
【００２２】
シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２は、例えば、銅、銅合金、表面が被覆された金属から、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることができる。金属超音波溶接で知られた他の材料も、同様に適切である。
【００２３】
ソノトロード１０が、シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２によって定められた平面に平行に振動するのであるから、超音波振動の伝達中にシートメタルストリップ１６，１８，２０，２２が互いにすべることを防止するために、本発明によれば、実際の溶接工程の前に、シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２が、自らの互いの整列後に、まず互いに固定されることが意図されている。このことは、機械的な変形によってなされる。この目的のために、図１の実施の形態によれば、ソノトロード１０詳しくは該ソノトロードの溶接面または作業面２４から、少なくとも１つの突起２６が出ている。
【００２４】
ソノトロード１０が、断面で矩形の形状を有することは好ましい。該形状は、ソノトロードの縦軸に対し垂直に延びている。平行六面体を有するソノトロードヘッドの、向かい合っている短辺同士が、作業面である。本発明に係わる教示によれば、該作業面から、複数の突起が出ていることができる。
【００２５】
ソノトロード１０を、アンビル１２の作業面２８上に載っているシートメタル１６，１８，２０，２２へ降下するとき、シートメタル１６，１８，２０，２２が、互いの噛み合わせまたは穿孔がなされ、従って相対移動が不可能であるように、変形される。この場合、並進のみならず、回転の相対運動は阻止される。それ故に、例えばシートメタルストリップ１６，１８，２０，２２の縁部の所望の位置が、溶接工程後でも、所望の程度まで互いに整列される。実施の形態では、溶接されたシートメタルストリップ１６，１８，２０，２２の前縁が互いに面一に延びていることが、保証されることが意図される。
【００２６】
相対運動を阻止するために、図１の実施の形態では、ソノトロード１０の作業面または溶接面２４からは、線状の突起２６、または少なくとも２つの互いに間隔をあけた必要な場合には点状の突起が出ている。それ故に、並進のおよび回転の相対運動が、シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２の変形後には不可能である。
【００２７】
図１の図から明らかなように、ソノトロードの作業面２４から突出している、ソノトロード１０の１つの突起２６または複数の突起には、アンビル１２の作業面２８に形成された１つの突起３０または２つの突起が、割り当てられている。その目的は、溶接中に、突起２６の先端が作業面２８に突き当たらないことを保証するためである。従って、突き当たる場合には、適切な溶接が不可能である。当然ながら、複数の突起も、連続的な凹部に係合することができる。
【００２８】
当然ながら、対応の凹部３０が不要であるのは、シートメタルの全厚が十分であるので、溶接中に、突起２６がシートメタルに完全に貫通することができないときである。
【００２９】
変形を容易にするためには、アンビル１２に載置されているシートメタルストリップ１６，１８，２０，２２へのソノトロード１０の装着後に、ソノトロード１０が、短い超音波パルスを受ける可能性がある。
【００３０】
実際また、シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２の予備位置決めを、シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２が穿孔されていることによって可能にする可能性がある。それ故に、溶接のためには、複数の孔同士が一列に整列され、かつ、次には、該孔に、ソノトロード１０またはアンビル１２から出ている１つの突起または複数の突起が整列されるのである。
【００３１】
図２の実施の形態は、図１の実施の形態とは、ソノトロード１０またはソノトロードヘッドが、ソノトロードの作業面２４から出ている凹部または窪み３２を有し、該凹部または窪みの位置に、アンビル１２の作業面２８から突き出ている突起３４，３６の位置が割り当てられている点で異なっている。ここでは、アンビル１２の作業面２４において、各々の突起３４，３６のための別の凹部３２が設けられている必要はない。むしろ、溝のような連続的な凹部が設けられていてもよい。同様なことは、図１の実施の形態にも当てはまる。
【００３２】
図３は、突起３４，３６が、アンビル１２の構造化された作業面２８を越えて突き出ていることを、再度示す。
【００３３】
図示した実施の形態と、線状の突起がアンビル１２またはソノトロード１０から突き出ていることができる可能性との代わりに、１つの突起が、アンビル１２の作業面２８を越えて突き出ており、また１つの突起がソノトロード１０の作業面２４を越えて突き出ている可能性がある。このことによって、シートメタルストリップ１６，１８，２０，２２のような、溶接される平らな構成要素が、超音波溶接中に互いの相対運動がなされないように、互いに変形され従ってまた固定されることが同様に保証される。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ツール、ソノトロード
１２  カウンタホルダ、アンビル
１６  構成要素、シートメタルストリップ
１８  構成要素、シートメタルストリップ
２０  構成要素、シートメタルストリップ
２２  構成要素、シートメタルストリップ
２４  作業面、溶接面
２６  突起
２８  作業面、
【図１】
2013523456.tif 000002
【図２】
2013523456.tif 000003
【図３】
2013523456.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月19日(2012.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
平らな金属製の構成要素を超音波溶接によって素材同士で互いに結合させるために、該構成要素は、超音波振動を伝達し、かつツールと呼ばれるソノトロードと、アンビルまたは対向電極と呼ばれるカウンタホルダとの間に設けられる。構成要素は、ソノトロードとアンビルとの間で、加圧して固定される。ソノトロードによって、溶接のために必要な超音波振動が伝達される。この場合、超音波振動によって複数の構成要素の間の相対運動がなされるのは、２つより多い平らな構成要素を互いに溶接することが意図されるときであって、その結果、これらの構成要素の所望の整列が保証されていない。というのは、外側の構成要素は、ソノトロードとアンビルの通常に構造化された作業面によって固定され、これに対し、外側の構成要素の間に設けられた１つの構成要素または複数の構成要素は、外側の構成要素に対しすべることがあるからである。
特許文献１からは、平らな構成要素を溶接するための装置および方法が読み取れる。溶接のために使用されるソノトロードならびにアンビルは、材料の溶接中に該材料へ圧入される複数の突起を有する。
特許文献２によれば、メタルシート部分は、ピンを用いて、超音波溶接によって素材同士でワイヤと結合される。ここでは、ピンは、溶接圧力に基づきかつ超音波振動によってメタルシートへ圧入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】    EP-A-1-685 919
【特許文献２】    DE-A-32 45 355
【国際調査報告】
2013523456.tif 000005
2013523456.tif 000006
2013523456.tif 000007
2013523456.tif 000008