(57)【要約】【課題】本発明の目的は、非常に単純かつ安価な方法で、犠牲フィルムを用いずに超音波により溶接又は切断及び封止するための装置及び方法を提供することである。【解決手段】当該目的は、ワークピース層１０と１２を溶接するための装置及び方法であって、送りデバイス１８が、超音波を起動せずに所定の調節力により起動され、ソノトロード１４をアンビル１６の方向へ前進させる。次に、前記調節力が低下すると前記ソノトロード１４が起動する。そして、起動停止信号Ｄに基づき前記ソノトロード１４を起動停止させることができ、前記調節力を高めうることにより解決しうる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波によりワークピース層（１０，１２）を溶接又は切断及び封止するための装置であって、送りデバイス（１８）により互いに関連して調節されうる少なくとも１のソノトロード（１４）及び少なくとも１のアンビル（１６）を備え、ここで、ソノトロード（１４）とアンビル（１６）との間の電気抵抗を検出し、かつ、前記決定された抵抗によりソノトロード（１４）及び／又は送りデバイス（１８）に対する起動停止信号（Ｄ）を発生する検出器デバイス（３０）が備えられる、前記装置。
【請求項２】
検出器デバイス（３０）のソノトロード（１４）に端子点（Ａ２）、アンビル（１６）に端子点（Ａ１）があり、端子点（Ａ２）（Ａ１）ともに電流源（３２）に接続され；かつ、２の端子点（Ａ１、Ａ２）間に電気負荷抵抗器（ＲＬ）が接続される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
電気負荷抵抗器（ＲＬ）は可変である、請求項２記載の装置。
【請求項４】
負荷抵抗器（ＲＬ）は低オームであり、好ましくは約５０〜２０００オーム、より好ましくは５００〜１５００オームの範囲である、請求項２又は３記載の装置。
【請求項５】
電流源（３２）は約５〜１０００ｍＡ、好ましくは約１０〜３０ｍＡの電流を発生する定電流源である、請求項１記載の装置。
【請求項６】
複数のソノトロード（１４）と共通のアンビル（１６）が備えられ；かつ、各ソノトロード（１４）が固有の検出器デバイスを備え、特に、全ての検出器デバイスに対して単一の共通端子点が共通のアンビル（１６）に備えられた、請求項１記載の装置。
【請求項７】
複数のソノトロード（１４）及び複数のアンビル（１６）が備えられ；かつ、各アンビル（１６）が固有の検出器デバイスを備え、特に、全ての検出器デバイスに対して単一の共通端子点が複数のソノトロード（１４）に備えられた、請求項１記載の装置。
【請求項８】
ソノトロード（１４）又はアンビル（１６）が共通のキャリア（２４）に固定され、互いに電気的に絶縁された、請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】
検出器デバイス（３０）がソノトロード（１４）とアンビル（１６）との間の抵抗を決定するために負荷抵抗器（ＲＬ）上の電圧（Ｕ）を測定する電圧計を含み、かつ、測定した電圧（Ｕ）を特に調節しうる制限値（ＵＳ）と比較する比較器（３４）を備える、請求項２記載の装置。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか一項記載の装置を用いて超音波によりワークピース層を溶接又は切断及び封止するための方法であって、以下の：
ａ）前記ソノトロードを起動せずに又は前記ソノトロードを低振幅で起動しながら所定の調節力で前記送りデバイスを起動し、前記ワークピース層を圧縮するように前記アンビルの方向に前記ソノトロードを調節する工程；
ｂ）前記調節力を低下させる工程；
ｃ）前記ソノトロードを起動又は前記振幅をより高値に高める工程；
ｄ）前記検出器デバイスが起動停止信号を発すると、前記ソノトロードを起動停止させて、前記調節力を特にほぼ元の値まで高める工程；
を含む、前記方法。
【請求項１１】
前記調節力が前記所定の調節力の約半分の値まで低下する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記検出器デバイスは起動停止信号を発生しないが、前記ソノトロードが所定の最大エネルギーまで又は所定時間を超過して作動すると、前記ソノトロードが起動停止する、請求項１０又は１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波によりワークピース層を溶接又は切断及び封止するための装置及び方法に関する。当該装置及び方法は一般に公知であり、ワークピース層、例えば、プラスチック、フィルム又はその他の材料層を共に溶接するのに有利であり、かつ、場合によっては、溶接シームに隣接する突出マージンを切除するのに有利である。
【背景技術】
【０００２】
この点で、送りデバイスによりアンビルに対して調節しうる材料を溶接するためにソノトロードが用いられ、必要な超音波エネルギーが超音波発生器によりソノトロードに連結される。当該構成では、比較的薄いワークピース層、例えば、フィルムを溶接すると、ソノトロードが作用する際にソノトロードへの超音波の衝撃によりソノトロード又はアンビルが損傷する点が問題である。これは、アンビルとソノトロードとの間に薄いワークピース層（複数）が位置する場合にもあてはまる。切断及び封止する場合、２つのワークピース層がいずれにせよ現時点で切断され、アンビルとソノトロードが互いに直接接触する。
【０００３】
ソノトロード及びアンビルの損傷又は摩耗を防ぐため、アンビルとソノトロードとの間に犠牲フィルムを挿入することが以前から公知であるが、この犠牲フィルムとは、相対的に厚く、ソノトロードとアンビルとの間を機械的に保護する。しかし、当該犠牲フィルムは、設置して処理した後に処分しなければならず、費用がかかることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、非常に単純かつ安価な方法で、犠牲フィルムを用いずに超音波により溶接又は切断及び封止するための装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、本発明の特徴及び本発明の装置、特に、ソノトロードとアンビルとの間の電気抵抗を検出し、かつ、前記決定された抵抗によりソノトロード及び／又は送りデバイスに対する起動停止信号を発生する検出器デバイス、により達成される。
【０００６】
本発明によれば、ソノトロード及びアンビルの間の電気的抵抗を決定する簡易な方法で形成されたある種の近接センサーのようなもので、ソノトロード及びアンビルの間隔が検出される。本態様では、本発明は、ソノトロードとアンビルとの接触抵抗は既にソノトロードとアンビルの収束に向かうという認識に基づき、当該２のコンポーネントが損傷や摩耗になりかねない決定的な接触の前にその直後の密接な接触を認識できるため、実際に接触する前にソノトロードの電源を切ることができ、及び／又は、送りデバイスを停止又は逆方向に転換しうる。当該認識や検出は、マイクロメートルの範囲のソノトロードの振幅のため、送り運動の最終数マイクロメートルの領域で行われる。
【０００７】
本発明の有利な実施形態は、本明細書、図面及び添付の特許請求の範囲に記載される。
【０００８】
第１の有利な実施形態では、検出器デバイスにはソノトロードに端子点、アンビルに端子点があり、両端子点は電流源に接続され、上記２の端子点間に電気負荷抵抗器が接続されうる。当該構成により、例えば、２のフィルムを溶接する際に頻繁に発生する静電荷がアンビル及びソノトロードの間に接続された抵抗器で流されるという大きな利点がもたらされる。負荷抵抗器に印加された電圧を測定することで、アンビルとソノトロードが未だに離間しているか否か、又は、当該２のコンポーネントが互いに接近しているか否かを、極めて簡素、非感受性かつ温度安定的な方法で決定しうる。間隔が極めて狭い、すなわち、アンビルとソノトロードの接触の開始で、当該２のコンポーネント間の抵抗の低下が始まり、負荷抵抗器上で測定される電圧が低下する。当該電圧が下閾値に到達後、超音波発生器の電源を切ることができ、及び／又は、送りデバイスを停止又はその送り方向を逆転させうる。
【０００９】
この点、負荷抵抗が可変になるとワークピース層（複数）の様々な材料厚に適応できて有利でありうる。
【００１０】
低オーム、例えば、約５０〜２ｋΩ、特に約５００〜約１．５ｋΩの範囲の負荷抵抗器を形成すると有利でありうる。例えば、溶接対象のフィルム（複数）のワークピース層（複数）の領域で発生する電荷は、低オームの負荷抵抗器で特に容易に流されうる。
【００１１】
さらに、約５ｍ〜１Ａ、特に約１０〜３０ｍＡの電流を発生する定電流源として電流源を形成すると有利でありうる。当該定電流源は安価に製造しうる。
【００１２】
上記装置は、簡素なデザイン、頑丈、安価であり、負荷抵抗器上で測定される無負荷電圧が外部温度の変化に伴い変化するため温度安定性がある。
【００１３】
さらに有利な実施形態では、検出器デバイスが、ソノトロード及びアンビルの間の抵抗を決定するため負荷抵抗器上の電圧を測定する電圧計を含み、前記測定した電圧を、予め設定しうる制限値と比較する比較器を備えうる。当該簡素な比較器回路を用いて、ソノトロードとアンビルの衝突を確実に回避しうる。
【００１４】
さらに有利な実施形態では、各ソノトロードが固有の検出器デバイスを備える複数のソノトロードと共通のアンビルを用いると有利でありうる。この点で、全ての検出器デバイスに対して単一の共通端子点をアンビルに設けうる。このようにして、１回の作業ステップで複数の製品を同時に溶接しうる。この点で、異なるソノトロードの領域が異なる許容範囲であっても、各ソノトロードの個別の接点の電源が切られる。また、アンビルをマルチ部品として設計し、各単一のソノトロードに対して個別の対向面を設けると有利でありえ、それにより、各々対応したアンビルとソノトロードを介して接点の電源を切ることができ、この点で同電位にしうる。
【００１５】
前記の実施形態では、また、複数のソノトロードを共通のアンビルに固定し、個々のソノトロードを互いに電気的に絶縁して各ソノトロードの個別の接点の電源を確実に切ると有利でありうる。
【００１６】
本発明の他の態様では、本発明は、上記装置を用いて超音波でワークピース層（複数）を溶接又は切断及び封止するための方法であって、以下の：ａ）前記ソノトロードを起動しないか又は前記ソノトロードを低振幅で起動しながら所定の調節力で前記送りデバイスを起動し、前記ワークピース層（複数）を圧縮するように前記アンビルの方向に前記ソノトロードを調節するステップ；ｂ）前記調節力を低下させるステップ；ｃ）前記ソノトロードを起動させるか又は前記振幅の値をより高くするステップ；及びｄ）前記検出器デバイスが起動停止信号を発生させると、前記ソノトロードが起動停止し、前記調節力を特にほぼ元の値に高めるステップ；とが、上記順序で実行される方法に関する。
【００１７】
上記方法では、ステップａ）で、システムからまず許容範囲が除去され、溶接対象のワークピース層（複数）が圧縮される。未だアンビルと接触しない状態でステップｃ）でソノトロードが起動しうるか又はより強く起動しうるように、ステップｂ）で調節力を低下させる前提条件を設定する。ステップｄ）で、検出器デバイスが起動停止信号を発生した直後、ソノトロード及びアンビルへの損傷が起きないようにソノトロードが起動停止されうる。その後、調節力を再度高めうるが、これは、切断及び封止を行う場合に、切除部分を完全に切断するのに特に有利でありうる。
【００１８】
調節力を前記所定の調節力の約半分の値に低下させるように選択すると有利でありうる。
【００１９】
さらに、検出器デバイスは起動停止信号を発生していないがソノトロードが所定の最大エネルギーにより又は所定時間を超過して作動した場合も、ソノトロードを起動停止するようにしても有利でありうる。この場合、許容範囲等に基づく起動停止信号が発生しなくても、十分な溶接シームが確実に生成する。この場合、ステップｄ）でソノトロードを停止後に調節力を増加させることで、切断及び封止を適切に行いうる。
【００２０】
以下、単なる一例として有利な実施形態及び添付の図面を参照して本発明を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】溶接又は切断及び封止のための装置の概略側面図である。
【図２】用いる検出器デバイスの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、超音波でワークピース層を溶接又は切断及び封止する装置の側面図を単に概略的かつ模範的に示し、図示の実施形態は、アンビル１６に移動しうるソノトロード１４を用いて溶接及び切断される２枚のフィルム１０と１２を切断及び封止する装置である。
【００２３】
図示の実施形態では、送りデバイス１８は、アンビル１６にソノトロード１４を調節するように機能し、送りデバイス１８は、２本の位置決めシリンダ、例えば、空気圧シリンダ２０と２２を含み、空気圧シリンダ２０と２２によりレシーバ２４が図示の両矢印に沿って上下動し、レシーバ２４に固定されたソノトロード１４をアンビル１６の方向に調節しうる。超音波発生器は符号２６で示す。
【００２４】
アンビル１６は、原則として、いかなる所望の形状でもよく、例えば、板形状又はローラ形状でもよく、また、図示の実施形態では、アンビル１６には、ソノトロード１４と連関してまずフィルム１０と１２を互いに溶接し、その後当該溶接したフィルム１０と１２を溶接シームの外側で切断する切断・封止部２８がある。
【００２５】
上記実施形態は単なる例示であり、また、上記実施形態は、一般にソノトロード１４をアンビル１６の方向に移動させること、ソノトロード１４を固定し、アンビル１６をソノトロード１４の方向に移動させること又はソノトロード１４とアンビル１６を共に同時に移動させることに影響を及ぼさないことが理解される。アンビル１６はソノトロード１４の上方に配置しうる。ソノトロード１４をアンビル１６の下方に配置しうる。さらに、１回の作業工程で複数の溶接処理を一度に実行しうる共通アンビル１６と複数のソノトロード１４を設けうる。これは、複数のソノトロード１４を共通レシーバに固定して―特定の状況下では機械的に分離される―電気的に絶縁させると有利でありうる。
【００２６】
さらに図１で示すように、導電性材料からなるアンビル１６には電気端子点Ａ１が設けられ、同様に導電性材料からなるソノトロード１４には電気端子点Ａ２が設けられる。両端子点は、図２でより詳細に記載される検出器デバイスへの接続に用いる。
【００２７】
図２に概略的に示す検出器デバイス３０には、アンビル１６の端子点Ａ１及びソノトロード１４の端子点Ａ２に接続される定電流源３２がある。可変又は調節可能負荷抵抗器ＲＬは、電流源３２及び２つの端子点Ａ１とＡ２と並列接続され、負荷抵抗器ＲＬは、スイッチ記号Ｓで示したソノトロード１４とアンビル１６の間の電気接点で短絡する。
【００２８】
比較器３４は、スイッチＳ経由又は負荷抵抗器ＲＬで印加された電圧をプリセットしうる閾値ＵＳと比較し、検出器デバイス３０で負荷抵抗器ＲＬ及びスイッチＳと並列接続する。負荷抵抗器ＲＬで印加された電圧がプリセット閾値電圧ＵＳに到達するとすぐに、比較器３４が起動停止信号Ｄを出力し、その結果、詳細には図示していない制御部が、ソノトロード１４の電源を切り、及び／又は、送りデバイス１８が停止又はその送り方向が逆転する。
【００２９】
上記装置を用いて溶接又は切断及び封止すると、まず、ソノトロード１４が起動せずに送りデバイス１８が作動し、フィルム１０と１２がソノトロード１４とアンビル１６の間で圧縮されてクランプされる。その後、送りデバイス１８のフィード力が低下し（例えば、位置決めシリンダ２０と２２内の圧力が３．５から１．５バールに低下しうる）た後、超音波発生器２６の電源を切ることでソノトロード１４が起動されうる。これに続いて、フィルム１０と１２が溶接され、次に（切断かつ溶接する場合は）マージン領域を切断する。この場合、ソノトロード１４とアンビル１６が互いに十分に接近した後、当該２のコンポーネント間の抵抗が低下して負荷抵抗器ＲＬ上の電圧Ｕが降下する。この電圧降下が所定の値ＵＳに達すると、比較器３４が起動停止信号を出力し、ソノトロード１４が起動停止する。その後、超音波を起動せずに圧力を高めてソノトロード１４をアンビル１６方向へ再び進ませるとマージン領域の最終切断が確実になる。
【００３０】
起動停止信号Ｄはまだ発生せずソノトロード１４が所定の最大エネルギーにより又は所定時間を超過して作動している場合、これを超過する超音波での処理は、特定条件で生成した溶接シームを損傷しうるため、超音波発生器２６の電源を切りうる。ソノトロード１４の電源が切れた状態の最終ステップで再度調節力を高めると、所望のマージン部分も切断される。切断及び封止は不要で溶接のみ必要な場合、最終ステップで調節力を高めなくてよく、ソノトロード１４を再度アンビル１６から離間するように移動しうる。
【００３１】
図２に示す検出器デバイス３０の実施形態では、電流源３２は約２０ｍＡの定電流を発生する。負荷抵抗器ＲＬは約１ｋΩの範囲で設定しうる。当該値は単なる例示である。しかし、いずれの場合でも、フィルムの領域に発生する静電荷が所望の接点スイッチオフに悪影響を及ぼさずに生じるように、負荷抵抗値はなるべく低く選ぶべきである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  フィルム
１２  フィルム
１４  ソノトロード
１６  アンビル
１８  送りデバイス
２０  位置決めシリンダ
２２  位置決めシリンダ
２４  レシーバ
２６  超音波発生器
２８  切断・封止部
３０  検出器デバイス
３２  定電流源
３４  比較器
ＲＬ  負荷抵抗器
Ａ１  端子点
Ａ２  端子点
Ｓ  スイッチ
ＵＳ  閾値電圧
Ｕ  電圧
Ｄ  起動停止信号
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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2013136089.tif 000009
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2013136089.tif 000013
2013136089.tif 000014
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【図１】
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【図２】
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