(57)【要約】  本発明は、シート状の材料を溶接する超音波溶接装置であって、超音波ソノトローデ（３）とアンビル（３）と、該超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間における相対ポジションを調節するための調節装置（４）と、該調節装置（４）を介して超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間の作業間隙（１６）の幅（Ｘ）を調整する制御装置（８）とが設けられており、アンビル（２）が超音波ソノトローデ（３）に対して支承装置（１２）において可動に支承されており、調節装置（４）が、アンビル（２）に結合された第１のくさびエレメント（６）と第２のくさびエレメント（７）とアクチュエータ（５）とを有しており、超音波ソノトローデ（３）に対するアンビル（２）のポジションを変えるために、アクチュエータ（５）が第２のくさびエレメント（７）と結合されていて、該第２のくさびエレメント（７）が第１のくさびエレメント（６）に対して移動する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の材料を溶接する超音波溶接装置であって、超音波ソノトローデ（３）とアンビル（３）と、該超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間における相対ポジションを調節するための調節装置（４）と、該調節装置（４）を介して超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間の作業間隙（１６）の幅（Ｘ）を調整する制御装置（８）とが設けられており、アンビル（２）が超音波ソノトローデ（３）に対して支承装置（１２）において可動に支承されており、調節装置（４）が、アンビル（２）に結合された第１のくさびエレメント（６）と第２のくさびエレメント（７）とアクチュエータ（５）とを有しており、超音波ソノトローデ（３）に対するアンビル（２）のポジションを変えるために、アクチュエータ（５）が第２のくさびエレメント（７）と結合されていて、該第２のくさびエレメント（７）が第１のくさびエレメント（６）に対して移動することを特徴とする超音波溶接装置。
【請求項２】
アンビル（２）が、弾性エレメント（１３）、特に圧縮ばねを用いて予負荷されている、請求項１記載の超音波溶接装置。
【請求項３】
アンビル（２）の支承装置（１２）がころがり軸受である、請求項１又は２記載の超音波溶接装置。
【請求項４】
超音波ソノトローデ（３）に対する第１の距離（Ｘ１）を測定する第１の距離センサ（１４）が位置固定に配置されていて、アンビル（２）に対する第２の距離（Ｘ２）を測定する第２の距離センサ（１５）が位置固定に配置されており、制御装置（７）が、第１及び第２の距離（Ｘ１，Ｘ２）に基づいて作業間隙（１６）の幅を計算する、請求項１から３までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。
【請求項５】
作業間隙（１６）の計算された幅が所定の目標値（Ｘｓ）から逸れた場合に、制御装置（８）がアクチュエータ（５）を操作しかつ／又は超音波ソノトローデ（３）のジェネレータへの電流供給を調整する、請求項４記載の超音波溶接装置。
【請求項６】
超音波ソノトローデ（３）に第１の測定面（３ａ）が設けられていて、該第１の測定面（３ａ）において第１の距離センサ（１４）が第１の距離（Ｘ１）を測定し、アンビル（２）に第２の測定面（２ａ）が設けられていて、該第２の測定面（２ａ）において第２の距離センサ（１５）が第２の距離（Ｘ２）を測定し、第１の測定面（３ａ）が第２の測定面（２ａ）に対して角度（α）をおいて配置されている、請求項４又は５記載の超音波溶接装置。
【請求項７】
アクチュエータ（５）がリニアアクチュエータである、請求項１から６までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。
【請求項８】
第１のくさびエレメント（６）の斜めの平面（６ａ）及び第２のくさびエレメント（７）の斜めの平面（７ａ）が、ベース平面（Ｅ）に対して１°〜１０°の間の角度（α）、有利には３°〜７°の間の角度（α）をおいて配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の超音波溶接装置（１）を有する包装機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状の材料を溶接する超音波溶接装置、特にチューブ状袋の長手方向シーム及び／又は横方向シームを溶接する超音波装置、並びにこのような超音波溶接装置を備えた包装機械に関する。
【０００２】
超音波溶接装置は従来技術に基づいて、特にプラスチックシートを溶接するために公知である。超音波溶接装置はこの場合一般的に超音波ソノトローデとアンビルとを有しており、超音波ソノトローデとアンビルとの間には作業間隙が形成され、この作業間隙には、溶接されるシートが貫通案内される。この場合溶接シームの品質にとって重要なことは、超音波ソノトローデとアンビルとの間における一定の作業間隙である。例えば加工時に生じる熱に基づいて、構成部材の寸法が変化して、これにより作業間隙の幅に対して不都合な影響の及ぼされることがある。狭すぎる作業間隙は一般的には、材料加工の劣化を生ぜしめ、場合によっては溶接されるシートもしくはアンビルの損傷を惹起することがある。また作業間隙が広すぎる場合には、溶接シーム品質が許容不能なほど悪くなってしまう。ＤＥ１９５２６３５４Ｃ１に基づいて公知の超音波溶接装置は、作業間隙幅を測定するためにセンサを有している。この場合ソノトローデは保持装置に緊締されていて、保持装置は別体の調節装置を介してアンビルに対して移動調節可能である。しかしながらこの公知の装置は、極めて複雑に構成されていて、その製造コストが高い。さらにこの公知の装置は大きな所要スペースを必要とするので、公知の超音波溶接装置を包装機械において使用する場合には、包装機械のために大きな構造空間が必要になる。
【０００３】
発明の利点
従来技術における欠点を排除する本発明による超音波溶接装置は、請求項１の特徴部記載のように構成されている。すなわち本発明による超音波溶接装置は、シート状の材料を溶接する超音波溶接装置であって、超音波ソノトローデとアンビルと、該超音波ソノトローデとアンビルとの間における相対ポジションを調節するための調節装置と、該調節装置を介して超音波ソノトローデとアンビルとの間の作業間隙の幅を調整する制御装置とが設けられており、アンビルが超音波ソノトローデに対して支承装置において可動に支承されており、調節装置が、アンビルに結合された第１のくさびエレメントと第２のくさびエレメントとアクチュエータとを有しており、超音波ソノトローデに対するアンビルのポジションを変えるために、アクチュエータが第２のくさびエレメントと結合されていて、該第２のくさびエレメントが第１のくさびエレメントに対して移動するようにした。
【０００４】
このように構成された本発明による超音波溶接装置は、公知のものに対して次のような利点を有している。すなわち本発明による超音波溶接装置は、構造が単純で安価に製造できるのみならず、作業間隙の一定の幅を保証することができる。これによって極めて良好な溶接品質が得られる。特に本発明による超音波溶接装置を用いて、プラスチックシートの他に、金属被覆されたシート、例えば食料品を包装するためのシートをも、確実に溶接することができる。
【０００５】
そのために本発明による超音波溶接装置は、超音波ソノトローデとアンビルと、該超音波ソノトローデとアンビルとの間における相対ポジションを調節するための調節装置と、作業間隙の幅を調整する制御装置とを有している。そして調節装置はこの場合、アンビルに結合された第１のくさびエレメントと、アクチュエータに結合された第２のくさびエレメントとを有している。第１のくさびエレメントに対する第２のくさびエレメントの相対運動によって、間隙幅の方向におけるアンビルの運動を行うことができるので、監視により制御装置を用いて作業間隙の一定の幅を保証することができる。本発明による超音波溶接装置はこの場合単純かつ頑丈に構成されている。さらに、２つのくさびエレメントの使用によって、間隙幅の極めて正確な調整を行うことができる。
【０００６】
本発明の別の有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
アンビルは有利には弾性エレメントを用いて予負荷されている。この場合弾性エレメントは有利には圧縮ばね、例えばコイルばねである。これによって特に、調節装置の第１のくさびエレメントと第２のくさびエレメントとの間における遊びを確実に回避することができる。
【０００８】
さらに、アンビルの支承装置は、ころがり軸受、特にころ軸受又は玉軸受を用いて実現することができる。これによってアンビルの簡単かつ容易な可動性が得られる。
【０００９】
超音波溶接装置はさらに有利には、第１の距離センサと第２の距離センサとを有している。両距離センサはこの場合それぞれ位置固定に配置されている。第１の距離センサは、第１の距離センサと超音波ソノトローデとの間の第１の距離を測定し、第２の距離センサは、第２の距離センサとアンビルとの間の第２の距離を測定する。そして制御装置は第１及び第２の距離に基づいて作業間隙の現在の幅を計算する。
【００１０】
作業間隙の幅を調整するために、制御装置は有利にはアクチュエータを操作しかつ／又は超音波ソノトローデへの電流供給を制御する。
【００１１】
有利には、超音波ソノトローデに第１の測定面が設けられていて、第１の測定面において第１の距離センサが第１の距離を測定し、アンビルに第２の測定面が設けられていて、該第２の測定面において第２の距離センサが第２の距離を測定し、第１の測定面と第２の測定面とが互いに対して所定の角度をおいて配置されている。このようになっていると、作業間隙の幅の測定は、超音波ソノトローデ及びアンビルのポジションの測定を介して間接的に行われる。
【００１２】
調節装置のアクチュエータは有利にはリニアアクチュエータである。これによってアクチュエータを、例えばピストンシリンダユニットとして極めて簡単かつ安価に構成することができる。
【００１３】
本発明の別の有利な構成では、第１のくさびエレメントの斜めの平面及び第２のくさびエレメントの斜めの平面が、ベース平面に対して１°〜１０°の間の角度、有利には３°〜７°の間の角度をおいて配置されている。このように構成されていると、極めて小さな行程によって作業間隙の幅を大きく変化させることができる。
【００１４】
本発明はまた、本発明による超音波溶接装置を有する包装機械、特にチューブ状袋機械に関する。超音波溶接装置はこの場合特に、チューブ状袋の長手方向シーム及び／又は横方向シームを溶接するために使用される。
【００１５】
さらに付言すれば、本発明による超音波溶接装置は、同じ材料を溶接するためにも、例えばプラスチックシートと金属被覆されたシートのような異なった材料同士を溶接するためにも、使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による超音波溶接装置の１実施例を示す側面図である。
【００１７】
発明の有利な実施形態
次に図１を参照しながら、本発明の１実施例による超音波溶接装置１を詳説する。
【００１８】
図１に示されているように、超音波溶接装置１はアンビル２と超音波発振器である超音波ソノトローデ（Ultraschallsonotrode）３とを有している。この超音波ソノトローデ３は、ジェネレータ９とコンバータ１０と振幅変圧器１１とを有する超音波溶接装置１の一部である。振幅変圧器１１は、超音波ソノトローデ３のためのブースタの機能を有している。アンビル２と超音波ソノトローデ３との間には、幅Ｘを有する作業間隙１６が設けられている。溶接されるシートは、一定の速度で超音波ソノトローデ３とアンビル２との間を通して案内され、超音波ソノトローデ３のエネルギ供給によって互いに溶接される。
【００１９】
超音波溶接装置１はさらに、調節装置４と制御装置８と第１の距離センサ１４と第２の距離センサ１５とを有している。図１から分かるように、調節装置４は第１のくさびエレメント６及び第２のくさびエレメント７並びにリニアアクチュエータ５を有している。第１のくさびエレメント６はアンビル２に位置固定に配置されている。第２のくさびエレメント７はリニアアクチュエータ５と結合されていて、該リニアアクチュエータ５によって平面Ｅにおいて、図１の二重矢印Ａで示されているように往復動させられることができる。両くさびエレメント６，７はこの場合、第１のくさびエレメント６の斜めの平面６ａが第２のくさびエレメント７の斜めの平面７ａの上に載っているように配置されている。
【００２０】
両くさびエレメント６，７の斜めの平面６ａ，７ａは、平面Ｅに対して角度αを成して配置されている。この角度αは有利には１°〜１０°の間であり、図示の実施例では５°である。
【００２１】
制御装置８は、図１に示されているように、リニアアクチュエータ５及びジェネレータ９と接続されている。制御装置８はさらに第１の距離センサ１４及び第２の距離センサ１５と接続されている。両距離センサ１４，１５は位置固定に配置されていて、無接触式のセンサとして形成されている。第１の距離センサ１４は、超音波ソノトローデ３における測定面３ａに対する距離Ｘ１を測定する。第２の距離センサ１５はアンビル２の測定面２ａに対する距離Ｘ２を測定する。この場合超音波ソノトローデ３における測定面３ａアンビル２の測定面２ａに対して角度βをおいて配置されている。角度βは有利には３０°〜６０°の間であり、図示の実施例では４５°である。
【００２２】
図１からさらに分かるように、アンビル２はほぼＬ字形に形成されている。第１のくさびエレメント６はこの場合アンビル２の第１の脚２ｂに配置されている。第１の脚２ｂはこの場合ほぼ水平であり、作業間隙１６の画成部を形成している。アンビル２の第２の脚２ｃは第１の脚２ｂに対して垂直に配置されている。第２の脚２ｃはこの場合鉛直な軸受１２に支承されている。この軸受１２は多数のローラから成っており、二重矢印Ｂの方向における鉛直方向でのアンビル２の往復動を可能にしている。さらに第２の脚２ｃの端部には、コイルばねの形の弾性エレメント１３が配置されている。この弾性エレメント１３は一定のばね力を矢印Ｆの方向で加え、これによって、第１のくさびエレメント６を所定の力で第２のくさびエレメント７に向かって押圧することができる。その結果第１のくさびエレメント６と第２のくさびエレメント７とは遊びなしの状態で保持される。
【００２３】
本発明による超音波溶接装置１の作用形式は以下の通りである：少なくとも２つの結合されるシート、特にプラスチック製のシートが、一定の速度でアンビル２と超音波ソノトローデ３との間の作業間隙１６内に案内される。超音波ソノトローデ３のエネルギ供給によって、シートは互いに溶接される。例えば運転中に発生する熱に基づいて、部材例えば超音波ソノトローデ３の長さが変化すると、作業間隙１６は小さくなる。この熱による長さ変化はしかしながら、超音波ソノトローデ３における測定面３ａのポジションに対して影響する。これによって第１の距離センサ１４は、第１の距離センサ１４と測定面３ａとの間における本来の距離Ｘ１が変化したことを検出することができる。この上方は制御装置８へと伝えられる。同時に、距離センサ１５とアンビル２の測定面２ａとの間における距離Ｘ２も監視され、相応な値が制御装置８に送られる。両距離センサ１４，１５の測定された値に基づいて、制御装置８は作業間隙１６の現在の幅を計算する。作業間隙１６のこの幅は、制御装置８において作業間隙幅のための目標値Ｘｓと比較される。
【００２４】
計算された作業間隙幅Ｘと所定の作業間隙幅Ｘｓとの間に際が存在する場合には、制御装置８はリニアアクチュエータ５を作動させる。リニアアクチュエータ５は平面Ｅに沿って第２のくさびエレメント７を移動させ、この場合第１のくさびエレメント６は、作業間隙１６の幅が再び所定の目標値Ｘｓと合致するまで、鉛直方向において運動させられる。リニアアクチュエータ５の運動方向はこの場合、作業間隙１６の幅のための現在計算された値と目標値Ｘｓとの間の差異の符号に関連している。これによって第１のくさびエレメント６に対する第２のくさびエレメント７の相対移動が行われる。アンビル２は第１のくさびエレメント６と不動に結合されていて、弾性エレメント１３は押圧力Ｆをほぼ鉛直方向で加えるので、アンビル２は超音波ソノトローデ３に対して直ちに相対運動を行う。これにより、作業間隙１６の幅は所望の目標値に合わせられる。さらに付言すれば、作業間隙１６の幅の後調節が行われる前に、制御装置８は例えば±１μｍの公差範囲を可能にする。制御装置８は有利にはＰＩ制御器である。さらにまた、調節装置４を介しての作業間隙１６の調整と択一的に又は該調整に加えて、制御装置８がジェネレータ９に信号を発して、超音波ソノトローデ３のためのジェネレータ９からの給電を変化させることも可能である。このようにすることによっても、超音波ソノトローデ３とアンビル２との間における相対的なポジションを変化させることができる。
【００２５】
本発明による超音波溶接装置１は、有利には包装機械において使用される。この場合有利にはプラスチック製のチューブ状袋（Schlauchbeutel）又は金属被覆されたプラスチックから成るチューブ状袋が使用される。本発明による超音波溶接装置１は極めてコンパクトかつ小型であるので、種々様々な包装機械において問題なく使用することができる。本発明による超音波溶接装置１はこの場合特に頑丈である。それというのは、特にアンビル２と超音波ソノトローデ３との間の相対運動を実現するために、本発明による超音波溶接装置１は比較的単純何構成部材から成っているからである。超音波溶接装置１はさらに極めて高いシステム強度を有している。
【００２６】
上述のように本発明による超音波溶接装置１が有する調節装置４は、アンビル２の運動方向に対して垂直に実施される調節運動であって、斜めの面同士の相対運動によって実現される調節運動によって、アンビル２のポジションを調節する。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月30日(2009.4.30)
【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】
シート状の材料を溶接する超音波溶接装置であって、超音波ソノトローデ（３）とアンビル（３）と、該超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間における相対ポジションを調節するための調節装置（４）と、該調節装置（４）を介して超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間の作業間隙（１６）の幅（Ｘ）を調整する制御装置（８）とが設けられており、アンビル（２）が超音波ソノトローデ（３）に対して支承装置（１２）において可動に支承されており、調節装置（４）が、アンビル（２）に結合された第１のくさびエレメント（６）と第２のくさびエレメント（７）とアクチュエータ（５）とを有しており、超音波ソノトローデ（３）に対するアンビル（２）のポジションを変えるために、アクチュエータ（５）が第２のくさびエレメント（７）と結合されていて、該第２のくさびエレメント（７）が第１のくさびエレメント（６）に対して移動することを特徴とする超音波溶接装置。
【請求項２】
シート状の材料を溶接する超音波溶接装置であって、超音波ソノトローデ（３）とアンビル（３）と、該超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間における相対ポジションを調節するための調節装置（４）と、該調節装置（４）を介して超音波ソノトローデ（３）とアンビル（２）との間の作業間隙（１６）の幅（Ｘ）を調整する制御装置（８）とが設けられており、アンビル（２）が超音波ソノトローデ（３）に対して支承装置（１２）において可動に支承されており、さらに、超音波ソノトローデ（３）に対する第１の距離（Ｘ１）を測定する第１の距離センサ（１４）が位置固定に配置されていて、アンビル（２）に対する第２の距離（Ｘ２）を測定する第２の距離センサ（１５）が位置固定に配置されており、制御装置（７）が、第１及び第２の距離（Ｘ１，Ｘ２）に基づいて作業間隙（１６）の幅を計算することを特徴とする超音波溶接装置。
【請求項３】
アンビル（２）が、弾性エレメント（１３）、特に圧縮ばねを用いて予負荷されている、請求項１記載の超音波溶接装置。
【請求項４】
アンビル（２）の支承装置（１２）がころがり軸受である、請求項１から３までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。
【請求項５】
作業間隙（１６）の計算された幅が所定の目標値（Ｘｓ）から逸れた場合に、制御装置（８）がアクチュエータ（５）を操作しかつ／又は超音波ソノトローデ（３）のジェネレータへの電流供給を調整する、請求項２記載の超音波溶接装置。
【請求項６】
超音波ソノトローデ（３）に第１の測定面（３ａ）が設けられていて、該第１の測定面（３ａ）において第１の距離センサ（１４）が第１の距離（Ｘ１）を測定し、アンビル（２）に第２の測定面（２ａ）が設けられていて、該第２の測定面（２ａ）において第２の距離センサ（１５）が第２の距離（Ｘ２）を測定し、第１の測定面（３ａ）が第２の測定面（２ａ）に対して角度（α）をおいて配置されている、請求項２又は５記載の超音波溶接装置。
【請求項７】
アクチュエータ（５）がリニアアクチュエータである、請求項１から６までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。
【請求項８】
第１のくさびエレメント（６）の斜めの平面（６ａ）及び第２のくさびエレメント（７）の斜めの平面（７ａ）が、ベース平面（Ｅ）に対して１°〜１０°の間の角度（α）、有利には３°〜７°の間の角度（α）をおいて配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の超音波溶接装置（１）を有する包装機械。
【国際調査報告】
2010505626.tif 000004
2010505626.tif 000005
2010505626.tif 000006
2010505626.tif 000007