(57)【要約】  本開示の一態様によれば、部品を互いに溶着するための振動溶着機は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ振動溶着のために十分な強度および靭性をも有する材料からなる振動ツールを有する。一態様において、振動ツールは、圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａ（メガパスカル）の引っ張りと、少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性（Ｋｌｃ）とを有する材料からなる。
2015509850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動溶着機での部品の溶着方法であって、
５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張り、および少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性をも有する材料からなる振動ツールを有する振動溶着機に部品を配置することと、
振動ツールを振動させることと、
部品の少なくとも１つを振動している振動ツールと接触させることとを含む、方法。
【請求項２】
振動溶着機への部品の配置が、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張り、および、少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性を有する材料からなるアンビルを有する振動溶着機に部品を配置することを含み、振動溶着機への部品の配置は、アンビルが振動ツールによって接触される部品とは異なる部品の少なくとも１つと接触するように、部品をアンビル上に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
振動溶着機への部品の配置が、振動ツールを有する振動ヘッドを有する摩擦溶着機に部品を配置することを含み、振動ツールの振動は、６０Ｈｚから３２０Ｈｚの範囲の周波数で振動するように振動ヘッドを振動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
振動溶着機への部品の配置が、振動ツールである超音波ホーンを有する超音波溶着機に部品を配置することを含み、振動ツールの振動は、２０Ｋｈｚから６０Ｋｈｚの範囲の超音波周波数で振動するように超音波ホーンを振動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
超音波溶着機への部品の配置が、プラスチック部品である部品を、プラスチック部品の各々が．００２インチ以下の厚みを有するプラスチックフィルム層を有する超音波溶着機に配置することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
超音波溶着機への部品の配置が、各々が０．００２インチ以下の厚みを有するアルミニウムまたは銅箔の層である少なくとも６０個の部品を、超音波溶着機にまとめて積層して配置することを含み、少なくとも１つの部品の超音波ホーンとの接触は、０．５０未満のアスペクト比を有するローレットパターンを有する超音波ホーンの表面部と接触させることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
超音波溶着機への部品の配置が、各々が０．００２インチ以下の厚みを有するアルミニウムまたは銅箔の層である少なくとも９０個の部品を超音波溶着機にまとめて積層して配置することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張り、および少なくとも３ＭＰＡ（ｍ）１／２の破壊靭性を有する材料からなる振動ツールの、振動ツールとしての使用が、少なくとも５０パーセントのジルコニアを含むセラミック酸化物からなる振動ツールを振動ツールとして使用することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
セラミック酸化物からなる振動ツールの、振動ツールとしての使用が、およそ８５パーセントのジルコニアおよび１５パーセントのアルミナを含むセラミック酸化物からなる振動ツールを振動器として使用することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張り、および少なくとも３ＭＰＡ（ｍ）１／２の破壊靭性を有する材料からなる振動ツールの、振動ツールとしての使用が、少なくとも５０パーセントのジルコニアを含むセラミック酸化物からなる振動ツールを振動ツールとして使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
セラミック酸化物からなる振動ツールの、振動ツールとしての使用が、およそ８５パーセントのジルコニアおよび１５パーセントのアルミナを含むセラミック酸化物からなる振動ツールを振動器として使用することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
超音波ホーンを有する超音波溶着機でのアルミニウムまたは銅箔の積層の超音波溶着方法であって、
５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張り、および少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性をも有する材料を、超音波ホーン用の材料として使用することと、
アルミニウムまたは銅箔の積層を、０．００２インチ以下の厚みを有する各層を有する超音波溶着機に配置することと、
２０ＫＨｚから６０ＫＨｚの範囲の超音波周波数で超音波ホーンを振動させ、かつ積層の端部の箔層を振動している超音波ホーンと接触させることを含む、方法。
【請求項１３】
超音波溶着機への箔積層の配置が、少なくとも６０の箔層を有する積層物を超音波溶着機に配置することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
超音波溶着機への箔積層の配置が、少なくとも９０の箔層を有する積層物を超音波溶着機に配置することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
箔層の振動している超音波ホーンとの接触が、０．５０未満のアスペクト比を有するローレットパターンを有する超音波ホーンの表面部と接触させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
超音波ホーン用の材料としての使用が、少なくとも５０パーセントのジルコニアを含むセラミック酸化物を使用することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
超音波ホーン用の材料としての使用が、およそ８５パーセントのジルコニアおよび１５パーセントのアルミナを含むセラミック酸化物を使用することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張り、および少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性をも有する材料を、超音波溶着機のアンビル用の材料として使用することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
超音波溶着機への箔積層の配置が、０．５０未満のアスペクト比を有するローレットパターンを有するアンビルの表面部が、超音波ホーンの表面部によって接触される層に対向する積層物の端部の積層の層と接触するように超音波溶着機に配置することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
アンビル用の材料としての使用が、少なくとも５０パーセントのジルコニアを含むセラミック酸化物を使用することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２１】
アンビル用の材料としての使用が、およそ８５パーセントのジルコニアおよび１５パーセントのアルミナを含むセラミック酸化物を使用することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
超音波溶着機用の超音波ホーンであって、
少なくとも１つのホーン先端を有する本体と、
５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張り、および少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性をも有する材料からなるホーン先端とを備え、ホーン先端は、０．５０未満のアスペクト比を有するローレットパターンを有する、超音波ホーン。
【請求項２３】
ホーン先端およびホーンの本体が同じ材料からなる、請求項２２に記載の超音波ホーン。
【請求項２４】
複数のホーン先端を有する、請求項２２に記載の超音波ホーン。
【請求項２５】
ホーン先端が形成される材料が、少なくとも５０パーセントのジルコニアを含むセラミック酸化物である、請求項２２に記載の超音波ホーン。
【請求項２６】
セラミック酸化物は、およそ８５パーセントのジルコニアおよび１５パーセントのアルミナを含む、請求項２２に記載の超音波ホーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１３年２月１日付米国特許出願第１３／７５６，８０７号、および２０１２年２月２０日付米国仮特許出願第６１／６００，８５２号の優先権を主張する。上述の出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、振動溶着に関する。
【背景技術】
【０００３】
本節では、本開示に関する背景情報を提供するが、必ずしも従来技術ではない。
【０００４】
一般的に理解されている振動溶着は、２つの金属または２つのプラスチック片を互いに振動によって溶着することを含む。２つの一般的な振動溶着のタイプは、超音波溶着および摩擦溶着である。摩擦溶着はまた、振動溶着として知られる。
【０００５】
一般的な超音波金属溶着装置１００のモデルが図１に示されている。超音波金属溶着装置１００の一般的な構成要素は、超音波振動子１０２と、ブースター１０４と、超音波ホーン１０６とを含む。電源１０１からの２０ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数の電気エネルギーは、超音波振動子１０２によって機械エネルギーに変換される。超音波振動子１０２において変換された機械エネルギーは、ブースター１０４およびホーン１０６を通って（２つの金属片１１２、１１４などの）溶着負荷１０８に伝送される。ブースター１０４およびホーン１０６は、機械エネルギーを伝送するだけでなく、超音波振動子１０２からの機械的振動をゲイン係数によって変換する機能を実行する。
【０００６】
ホーン先端１１０で生じる機械的振動は、金属を互いに溶着する作業を行う動きである。ホーン先端１１０は、炭化タングステン、またはその他の高強度、高硬度な材料から形成されてもよい。互いに溶着される金属片１１２および１１４は、ホーン先端１１０に隣接して配置される。ホーン先端１１０は、溶着される上部金属片１１２と接触する。図１の実施形態において、ホーン１０６は、２つのホーン先端１１０を含み、そのうちの１つは上部金属片１１２と接触する。ここで、超音波ホーン１０６の軸方向振動は、上部金属片１１２へのせん断振動となる。せん断振動は上部金属片１１２へ伝送され、上部金属片１１２は下部金属片１１４に対して前後に移動し、互いに当接する２つの金属片の表面が溶着界面で加熱されることになり、最終的に溶け合う。溶着アンビル１２０は、下部金属片１１４を接地する。このような超音波溶着機は、アルミニウムまたは銅箔の複数の層などの多数の金属箔層を、互いに溶着するために使用され得ることを理解されたい。
【０００７】
同様の装置が、プラスチック片の超音波一体溶着に使用される。主な違いは、超音波ホーンがプラスチック片に垂直振動を与える態様で振動することである。すなわち、超音波ホーンは、プラスチック片の互いに対する振動的加圧／減圧を引き起こし、互いに当接するプラスチック片の表面が溶着界面で加熱されることになり、最終的に溶け合う。
【０００８】
例えば、超音波溶着機は、米国特許第５，６５８，４０８号明細書「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ  ｂｙ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｅｎｅｅｒｇｙ」、米国特許第６，８６３，２０５号明細書「Ａｎｔｉ−Ｓｐｌｉｃｅ  Ｗｅｌｄｅｒ」、および米国特許出願第２００８／００５４０５１号明細書「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ」に開示されている。以上の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００９】
ある種の摩擦溶着機では、サーモプラスチック片などの２つの部品は、共に付勢され、溶着間隔の間に互いに往復動する。摩擦が生じた結果、互いに当接する２つの部品の表面が溶着界面で加熱され、最終的に溶け合う。図２は、摩擦溶着機などの基本的なモデルを示している。摩擦溶着機２００は、ツール２０４を有する振動ヘッド２０２を含む。シリンダ２０６は、油圧式、電気式または空気圧式であってもよく、ベースプレート２０８上に設けられテーブル２１０に取り付けられる。摩擦溶着される２つの部品は、アンビル２１２上に置かれ、テーブル２１０の上面に凹設されてもよい。シリンダ２０６は、プラスチック片を振動ヘッド２０２に押し付けながら、テーブル２１０を振動ヘッド２０２に抗して移動させる。その後、振動ヘッドは振動するために通電され、互いに往復するように２つのプラスチック片を振動させる。摩擦溶着機２００は、テーブル２１０が静止したままで、かつツール２０４をプラスチック片に接触させるために、振動ヘッド２０２を降下させるように選択的に構成され得ることを理解されたい。例示的には、例えば振動ヘッド２０２は６０Ｈｚから３２０Ｈｚの範囲で振動してもよい。
【００１０】
摩擦溶着機はまた、振動溶着機と呼ばれることがある。例えば摩擦溶着機は、Ｓｈｏｗらの米国特許第３，９２０，５０４号明細書「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」、およびＴｏｔｈの米国特許第４，３５２，７１１号明細書「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」に記載されており、これらの全開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５６５８４０８号明細書
【特許文献２】米国特許第６８６３２０５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００５４０５１号明細書
【特許文献４】米国特許第３９２０５０４号明細書
【特許文献５】米国特許第４３５２７１１号明細書
【発明の概要】
【００１２】
この節は、本開示の一般的概要を提供するものであり、その全範囲または全ての特徴を包括的に開示するものではない。
【００１３】
本開示の一態様によれば、部品を互いに溶着するための振動溶着機は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ振動溶着のために十分な強度および靭性をも有する材料からなる振動ツールを有する。一態様において、振動ツールは、圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａ（メガパスカル）の引っ張りと、少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性（Ｋｌｃ）とを有する材料からなる。
【００１４】
一態様において、溶着された部品は、振動ツールと振動溶着機のアンビルとの間で振動溶着機に配置される。また、アンビルは、上述の低熱伝導性、圧縮強度および靭性の特性を有する材料からなる。
【００１５】
本開示の一態様によれば、振動溶着機は超音波溶着機であり、振動ツールは超音波ホーである。
【００１６】
本開示の一態様によれば、振動溶着機は、振動ツールを備えた振動ヘッドを有する摩擦溶着機である。
【００１７】
本開示の一態様によれば、振動溶着機での部品の溶着方法は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ振動溶着のために十分な強度および靭性をも有する材料からなる振動ツールを振動溶着機の振動ツールとして使用することを含む。この方法は、部品を振動溶着機に配置すること、振動ツールを振動させること、および部品の少なくとも１つを振動している振動ツールと接触させることを含む。一態様において、この方法は、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなるアンビルを、振動溶着機のアンビルとして使用することを含む。この態様において、アンビルが、振動ツールによって接触される部分とは異なる部品の少なくとも１つと接触するように、部品はアンビル上に配置される。
【００１８】
本開示の一態様によれば、超音波溶着機での部品の溶着方法は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ超音波溶着のために十分な強度および靭性をも有する材料からなる超音波ホーンを、超音波溶着機の超音波ホーンとして使用することを含む。この方法は、部品を超音波溶着機に配置すること、超音波ホーンを超音波振動させること、および部品の少なくとも１つを超音波ホーンと接触させることを含む。一態様において、この方法は、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなるアンビルを超音波溶着機のアンビルとして使用することを含む。
【００１９】
一態様において、超音波溶着機で溶着される部品は、各々が０．００２インチ以下の厚みを有するプラスチックフィルム層を有するプラスチック部品であり、この方法は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ超音波溶着のために十分な強度および靭性をも有する材料からなる超音波ホーンの使用によって、溶着された部品の溶着界面での過剰融解を低減することを含む。一態様において、プラスチックフィルム層はプラスチック被膜箔である。
【００２０】
一態様において、この方法は、０．００２インチ以下の厚みを有する各層を備える、少なくとも６０層のアルミニウムまたは銅箔を、超音波溶着機で溶着する部品として溶着することを含む。この方法は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ超音波溶着のために十分な強度および靭性をも有し、そして溶着の間に箔層の１つと接触する表面部を有する材料からなる超音波ホーンを、超音波ホーンとして使用することを含む。ここで、表面部は、０．５０未満のアスペクト比を有するローレットパターンを有し、このアスペクト比は、（リッジの底部で）リッジの幅によって分割されるローレットパターンのリッジの高さによって定義される。一態様において、この方法は、０．００２インチ以下の厚みを有する各層を備える少なくとも９０層のアルミニウムまたは銅箔を、超音波溶着機で溶着する部品として溶着することを含む。
【００２１】
本開示の一態様によれば、部品の摩擦溶着機での摩擦一体溶着方法は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ摩擦溶着のために十分な強度および靭性を有する材料からなる振動ツールを、摩擦溶着機の振動ツールとして使用することを含む。この方法は、部品を摩擦溶着機に配置すること、振動ツールを振動させること、および部品の少なくとも１つを振動している振動ツールと接触させることを含む。一態様において、この方法は、上述の低熱伝導性、圧縮強度および靭性の特性を有する材料からなる接触面を有するアンビルを、摩擦溶着機のアンビルとして使用することを含む。
【００２２】
他の適用分野は、本明細書に記載の説明から明らかになるであろう。本概要の説明および特定の実施例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定するものではない。
【００２３】
本明細書に記載の図面は、選択された実施形態の図示のみを目的としており、実施可能の全てではなく、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術の超音波溶着機の概略図である。
【図２】従来技術の摩擦溶着機の概略図である。
【図３】本開示の一態様に従う超音波ホーンのホーン先端およびアンビルを有する超音波溶着機の概略図である。
【図４】本開示の一態様に従う振動ヘッドのツールおよびアンビルを有する摩擦溶着機の概略図である。
【図５】図３の超音波ホーンの斜視図である。
【図６】図３のアンビルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
対応する参照番号は、図面の各図にわたって対応部分を示す。
【００２６】
添付の図面を参照して、例示的実施形態を詳述する。
【００２７】
本開示の一態様によれば、振動溶着機は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ振動溶着のために十分な強度および靭性をも有する材料からなる振動ツールを有する。一態様において、振動ツールは、圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａ（メガパスカル）の引っ張りと、少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性（Ｋｌｃ）とを有する材料からなる。一態様において、溶着された部品が配置される振動溶着機のアンビルもまた、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなる。本明細書において、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなる振動ツールと呼ばれる場合、振動ツールがこの材料から形成され得るか、あるいは、溶着される部品の少なくとも１つと接触する振動ツールの表面部が、異なる材料からなる振動ツールの残りを有するこの材料から形成されることを意味するということを理解されたい。同様に、本明細書において、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなるアンビルと呼ばれる場合、全アンビルがこの材料から形成され得るか、あるいは、溶着される一部分と接触するアンビルの表面部がこの材料からなることを意味している。
【００２８】
振動溶着機は、超音波溶着機３００（図３）などの超音波溶着機であってもよい。振動ツールは、超音波ホーン１０６であってもよいが、ホーン先端３１０（図３）などの１つ以上のホーン先端を有しており、アンビルはアンビル３２０（図３）などのアンビルであってもよい。振動溶着機は、摩擦溶着機４００（図４）などの摩擦溶着機であってもよい。振動ツールは、振動ヘッド２０２のツール４０４（図４）であってもよく、アンビルはアンビル４１２（図４）であってもよい。
【００２９】
図３は、本開示に従う超音波ホーン先端３１０およびアンビル３２０を有する超音波溶着機３００を示している。超音波溶着機３００は、超音波溶着装置１００と同じ基本的要素を有するが、以下の点が異なる。類似の要素は同じ参照番号で示され、超音波溶着機３００の相違点を中心に説明する。ホーン先端３１０は、ある種の振動ツールと見做してもよいことを理解されたい。
【００３０】
本開示の一態様において、ホーン先端３１０は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ超音波溶着のために十分な強度および靭性を有する材料からなる。一態様において、ホーン先端３１０は、圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張りと、少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性（Ｋｌｃ）とを有する材料からなる。本開示の一態様において、アンビル３２０はまた、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料から形成されてもよい。本明細書において、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなるホーン先端３１０と呼ばれる場合、全ホーン先端３１０がこの材料から形成され得ることを意味するか、あるいは、上部金属片１１２（図３の破線で示す表面部３２２）に接触するホーン先端３１０の表面部がこの材料からなり、高熱伝導率を有する材料などの異なる材料からなる、ホーン先端３１０の残りを有することを意味することを理解されたい。同様に、本明細書において、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなるアンビル３２０と呼ばれる場合、全アンビル３２０はこの材料から形成され得ることを意味するか、あるいは、溶着される部品の少なくとも１つと接触する、下部金属片１１４（図６に示し、図３の破線で示す表面部３２４）などのアンビルの表面部３２０はこの材料からなり、高熱伝導率を有する材料などの異なる材料からなるアンビル３２０の残りを有することを意味する。
【００３１】
一態様において、超音波溶着機で溶着される部品は、０．００２インチ以下の厚みを有するアルミニウムまたは銅箔の層であり、ホーン先端３１０の表面部３２２は、０．５未満のアスペクト比を有するローレットパターン３１１（図５）を有し、このアスペクト比は、（リッジの底部で）リッジの幅によって分割されるローレットパターンのリッジの高さによって定義される。一態様において、アンビル３２０の表面部３２４もまた、０．５未満のアスペクト比を有するローレットパターン３２５を有する。
【００３２】
一態様において、溶着される部品は、０．００２インチ以下の厚みを有する、少なくとも６０層のアルミニウムまたは銅箔を含む。一態様において、溶着される部品は、０．００２インチ以下の厚みを有する、少なくとも９０層のアルミニウムまたは銅箔を含む。
【００３３】
従来、超音波溶着が、電池用など、約４０層から５０層の箔を超えるアルミニウムまたは銅箔層の積層物を溶着するために使用された場合、箔層の最上層と接触するホーン先端の表面部は、箔層の底層と隣接する次の層との間の溶着での必要な剥離強度を得るために、０．５を超えるアスペクト比を有するより深いローレットを有する必要があった。上部と底部は、箔層の積層物の対向端における箔層の積層物層の層の最外層である最上層および底層を以て、引用上の便宜のために使用される。
【００３４】
上述の低熱伝導性を有する材料からなるホーン先端の使用は、アルミニウムまたは銅箔層の積層物を通る溶着エネルギーをより良好に制御し（つまり、ホーン先端を通る熱伝導による分散が少ない）、より多くの層を、従来必要とされてきたあまり深くないローレットを備える表面部を有するホーン先端と、より少ないエネルギー消費量で溶着することができる。例えば、出願人は、各々が０．００２の厚みの、９６のアルミニウム箔層を有するアルミニウム箔層の積層物を、従来このアルミニウム箔層の数が必要としたより深いローレットパターンを備えない表面部を有するホーン先端を使用して、３０から４０パーセントの範囲でエネルギー消費量を低減しながら溶着してきた。また、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなるアンビルの使用は、上述の効果を向上させる。
【００３５】
材料としてのセラミック酸化物の使用もまた、ホーン先端のアルミニウムまたは銅箔層の最上面との粘着を低減する。
【００３６】
図４は、本開示に従う振動ヘッドのアンビル４１２およびツール４０４を有する摩擦溶着機４００を示している。摩擦溶着機４００は、摩擦溶着機２００と同じ基本的要素を有するが、以下の点が異なる。類似の要素は同じ参照番号で示され、摩擦溶着機４００の相違点を中心に説明する。ツール４０４は、振動ツールの一種と見做してもよいことを理解されたい。
【００３７】
本開示の一態様において、振動ヘッド２０２のツール４０４は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ摩擦溶着のために十分な強度および靭性を有する材料からなる。一態様において、ツール４０４は、圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張りと、少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性（Ｋｌｃ）とを有する材料からなる。また、本開示の一態様において、アンビル４１２はこの材料からなる。本明細書において、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなるツール４０４と呼ばれる場合、全ツール４０４が、低熱伝導性を有するこの材料から形成され得ることを意味するか、あるいは、溶着される部品の少なくとも１つと接触するツール４０４の表面部（図４の破線で示す表面部４１４）が、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料からなり、高熱伝導率を有する材料などの異なる材料からなるツール４０４の残りを有することを意味するということを理解されたい。同様に、本明細書において、上述の低熱伝導性、圧縮強度および靭性の特性を有する材料からなるアンビル４１２と呼ばれる場合、全アンビル４１２が、低熱伝導性を有するこの材料から形成され得ることを意味するか、あるいは、溶着される部品の少なくとも１つと接触するアンビル４１２の表面部（図４の破線で示す表面部４１６）が、上述の低熱伝導性、圧縮強度および靭性の特性を有する材料からなり、高熱伝導率を有する材料などの異なる材料からなるアンビル４１２の残りを有することを意味する。
【００３８】
本開示の一態様において、上述の５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性、圧縮強度が少なくとも８０メガパスカル（ＭＰａ）の引っ張り、および３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性（Ｋｌｃ）の特性を有する材料は、少なくとも５０パーセントのジルコニアを含むセラミック酸化物である。一態様において、セラミック酸化物は、およそ８５パーセントのジルコニアおよび１５パーセントのアルミナを含む。本開示の一態様において、上述の低熱伝導性、強度および靭性の特性を有する材料は、上述の特性を有する（または合金化された、そうでなければ、有するように改質された）任意のセラミックの酸化物系材料であってもよく、ムライト、コージライト、ステアタイトまたは磁器を含むが、これに限定されない。
【００３９】
本開示の一態様によれば、振動溶着機での部品の溶着の際に、当接した部品の接合部の溶着界面での過剰融解を低減する方法は、５ワット／メートルケルビン度（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性を有し、かつ振動溶着のために十分な強度および靭性をも有する材料からなる振動ツールを、振動溶着機の振動ツールとして使用することを含む。一態様において、振動ツールは、圧縮強度が少なくとも８０ＭＰａの引っ張りと、少なくとも３ＭＰａ（ｍ）１／２の破壊靭性（Ｋｌｃ）とを有する材料からなる。この方法は、振動溶着機に部品を配置することと、振動ツールを振動させることと、部品の少なくとも１つを振動している振動ツールの接触面と接触させることを含む。一態様において、この方法は、上述の低熱伝導性、圧縮強度および靭性の特性を有する材料からなるアンビルを、振動溶着機のアンビルとして使用することを含む。一態様において、この方法は、振動溶着機での部品の溶着の際に、プラスチックフィルム層が、他のプラスチック部分から他の部分への溶着界面での過剰融解を低減することを含む。一態様において、プラスチックフィルム層は０．００２インチ以下の厚みを有する。一態様において、プラスチックフィルム層はプラスチック被膜箔である。
【００４０】
以上、図示および説明を目的として実施形態を説明してきた。これは、本開示を包括的とするまたは限定するものではない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般的にその特定の実施形態に限定されるものではないが、該当する場合は、具体的に図示または記載されていない場合であっても、互換的であり、選択された実施形態で使用することができる。また、同じことが多くの方法で変更されてもよい。このような変形は本開示から逸脱していると見なされるべきではなく、全てのこのような修正は、本開示の範囲内に含まれるものとする。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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