特許 6792664 振動溶着装置、少なくとも二つの細長い部品を振動溶着によって接続する方法、並びに振動溶着装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6792664

(24)【登録日】2020年11月10日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】振動溶着装置、少なくとも二つの細長い部品を振動溶着によって接続する方法、並びに振動溶着装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/06 20060101AFI20201116BHJP

【ＦＩ】

   B29C65/06

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-77547(P2019-77547)

(22)【出願日】2019年4月16日

(65)【公開番号】特開2019-181951(P2019-181951A)

(43)【公開日】2019年10月24日

【審査請求日】2019年4月16日

(31)【優先権主張番号】10 2018 108 979.1

(32)【優先日】2018年4月16日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】595002605

【氏名又は名称】ブランソン・ウルトラシャル・ニーダーラッスング・デア・エマーソン・テヒノロギーズ・ゲーエムベーハー・ウント・コムパニー・オーハーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110001564

【氏名又は名称】フェリシテ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ヴィルフリート ロッツ

【審査官】 ▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２３８１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４４９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６２１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１６２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０７２１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６５／００ − ６５／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械的に連結された複数の振動子を有する振動溶着装置であって、
ａ．該振動溶着装置は少なくとも三つの振動ユニットを備え、該振動ユニットは各々少なくとも一対の対向配置された電磁石コイルからなり、該一対の電磁石コイルは、その間に配置されたバネ支承された振動子を第一振動方向に線形振動させ、
ｂ．前記振動溶着装置はさらに、溶着対象の部品を移動させることが可能で、且つ全ての振動ユニットに対して機械的に接続されている細長いツールを有し、
ｃ．振動溶着の過程において、二つの部品が部品の長手方向とは異なる振動によって互いに溶着されるように、前記振動ユニットは、各振動ユニットの前記第一振動方向がツールの長手軸に対して横方向となるように、前記細長いツールに対して配置されている、振動溶着装置。

【請求項2】

前記少なくとも三つの振動ユニットが、バネ支承された状態で共通のブリッジに固定される、請求項１に記載の振動溶着装置。

【請求項3】

振動ユニットの一つをマスター振動ユニットとし、残りの振動ユニットを各々該マスター振動ユニットに対するスレーブ振動ユニットとし、全ての振動ユニットを同期操作することができる、請求項１又は２に記載の振動溶着装置。

【請求項4】

前記機械的に連結された複数の振動子が、少なくとも三つの振動ヘッドを有し、各振動ヘッドは対向配置された一対の電磁石コイルを備え、該一対の電磁石コイル間に前記振動子が配置され、該振動子はそれぞれバネパッケージを介してブリッジに振動可能に取り付けられ、
ａ．前記複数の振動ヘッドのブリッジは互いに機械的に接続され、
ｂ．溶着ヘッドは前記細長いツールによって互いに接続される、
請求項１に記載の振動溶着装置。

【請求項5】

互いに機械的に連結された前記振動ユニット若しくは振動ヘッドが、矩形の輪郭で、辺長比がＡ／Ｂ≧１．０である、合計振動質量を有する機械的全体ユニットを形成し、Ａは振動ユニットの前記第一振動方向に対して平行であり、Ｂはツールの長手軸に対して平行である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動溶着装置。

【請求項6】

短辺に対する長辺の辺長比が１よりも大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動溶着装置の、少なくとも二つの細長い部品を溶着するための使用であって、溶着振動が部品の短辺に平行な向きである、使用。

【請求項7】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動溶着装置によって、少なくとも二つの細長い部品を振動溶着によって接続する方法であって、
ａ．振動溶着装置の、互いに機械的に連結された少なくとも三つの振動ユニット若しくは互いに機械的に接続された少なくとも三つの振動ヘッドに対して機械的に接続されたツールに、細長い部品を固定する工程と、
ｂ．第一振動方向が、部品の長手軸とは異なる方向となるように、前記振動ユニット若しくは振動ヘッドに接続されたツールによって部品の振動を発生させる工程と、
ｃ．振動している第一の部品を第二の部品に対して互いに押し付け合うことによって、前記少なくとも二つの部品を接続する工程と
を含む、方法。

【請求項8】

少なくとも一つの振動ユニットをマスター振動ユニットとして制御する、若しくは少なくとも一つの振動ヘッドをマスター振動ヘッドとして制御する工程と、
前記マスター振動ユニット若しくはマスター振動ヘッドに対して、残りの全ての振動ユニットをスレーブ振動ユニットとして制御する、若しくは残りの全ての振動ヘッドをスレーブ振動ヘッドとして制御する工程と
をさらに含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

振動溶着装置の製造方法であって、
ａ． 各々対向配置された一対の電磁石コイルからなり、該一対の電磁石コイル間にバネ支承された振動子を配置した、少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドを用意する工程（Ｈ１）と、
ｂ．前記少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドを、溶着対象の部品を移動させることが可能な細長いツールによって接続する工程（Ｈ２）とを含み、前記細長いツールは、振動ユニット若しくは振動ヘッドの第一振動方向が、前記細長いツールの長手軸以外の方向となるように、前記少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドに対して配置される、製造方法。

【請求項10】

前記少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドを、平行配置で、共通のブリッジ若しくは接続エレメントに固定する工程（Ｈ３）をさらに含む、請求項９に記載の製造方法。

【請求項11】

機械的全体ユニットとして互いに機械的に連結した振動ユニット若しくは振動ヘッドを用意する工程をさらに含み、前記機械的全体ユニットは、辺長比がＡ／Ｂ≧１．０である矩形の輪郭を有し、Ａは振動ユニットの前記第一振動方向に対して平行であり、Ｂはツールの長手軸に対して平行である、請求項９又は１０のいずれか１項に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機械的に連結した複数の振動子を有する振動溶着装置に関する。本発明はさらに、少なくとも二つの細長い部品を溶着するための振動溶着装置の使用、当該振動溶着装置を用いて少なくとも二つの細長い部品を接続する方法、並びに複数の電気機械的振動子を機械的に連結する振動溶着装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラスチックの接着において、振動溶着は公知の方法である。二つのプラスチック製部品を、摩擦及びそれにより発生する熱によって接続する。一般的には、一方のプラスチック製部品をしっかりと保持し、他方の部品をこの一方の部品に対して加圧下で直線的に、或いは軌道を描くように、移動させる。

【0003】

線形振動溶着において、プラスチック製部品の相対的な移動は、振動させる部品の形状の長手方向に沿って行われる。この動きが偏らないように、部品は、移動方向に非常に平滑な溶着面を生じるように、機械内のツールによって保持される。

【0004】

細長い部品では、溶接線デザインの構成は、溶着方向が部品の一番長い辺の方向となるように選択される。

【0005】

部品が長手方向に顕著に傾斜している場合、若しくは例えば輪郭に直角の、つまりＬ字型の変化がある場合には、長手方向への振動は不可能である。これは例えばバンパー、コーナー部を曲がって延在するテールランプ、及びダッシュボード等の自動車産業において起こる。

【0006】

現在、コーナー部を曲がったテールランプが主流となってきている。これらは、Ｘ軸方向の深さが代表的には２０ｃｍ未満で、Ｙ軸方向の長さが略２ｍ以上にも達する、Ｕ字型の部品である。

【0007】

現在、この用途では下記のように溶着が行われる。

【0008】

第一の態様では、Ｙ軸方向を長手方向として延びる細長い部品を溶着するために、振動方向をＹ軸方向とする標準的な溶着装置を使用する。部品を９０°回転させて、部品の短いＸ軸を溶着装置のＹ軸方向に向ける。この場合、部品は横に大きく広がっているため、質量分布によって部品が非対称振動（つまりぐらつき）する。これに伴い、溶着線／継手には欠陥が生じる。機械へ上げ下げする際も、人間工学的に問題があり、エラーを起こしやすい。

【0009】

第二の態様では、二つの振動ヘッドを第一の態様と同じ向きに使用する。この配置には、二つの振動ヘッドを同相で振動させるには高い制御努力が必要であるという欠点がある。また、使用する振動ヘッドの振幅が異なるとさらに欠点が生じる。振幅が異なると不均衡な溶着結果となる。この状態では、溶着する部品若しくは部品のホルダー（上方ツール）にある程度の可撓性が要求され、それもまた溶着結果に悪影響を及ぼす。

【0010】

さらに、隣接配置された二つの振動ヘッドは、小さすぎる細長い部品に対して構造的幅を占め、Ｙ軸方向の長さが長いプラスチック製部品は振動子にうまく適合しない。部品はＹ軸方向に振動ヘッドを越えて延在してしまい、振動挙動に悪影響を与える（ぐらつく傾向となる）。一方で、Ｙ軸方向に互いに非常に離間した二つの振動ヘッドでは、制御しにくく、所望のＸ軸方向の振動挙動に悪影響がある。

【0011】

第三の態様では、複数の振動ヘッドを電子的に連結する。この配置はEP 1 772 253 B1「振動溶着装置及び方法」に記載されている。この文献では、Ｎ個の振動ヘッド（Ｎ＝２以上）を互いに隣接配置して電子的に連結し、そのうちの一つの振動ヘッドがマスターで、他の振動ヘッドがスレーブとなっている。スレーブは、全ての振動ユニットが同相で同振幅で振動するように、マスターの振幅及び位相に合わせて制御される。

【0012】

この方法の利点は、各振動ヘッドが個別のユニットとされ、振動ヘッドの最大数を制限するのは制御速度のみであることである。このような個別の振動ヘッドの配置では、各振動ヘッド配置が別個のツールを有する。その欠点とは、振動ヘッドの周波数を等しくするために、全てのツールが略同じ重さ及び形状でなければならないことである。振動ヘッドは、特に重さに依存する共振周波数、若しくはそれに近い周波数で常に操作される。共通の周波数で共通して制御するためには、この周波数は、全ての振動ヘッドについて同一であるか、少なくとも十分に近くなければならない。しかしながら、振動周波数が１００Ｈｚの場合、各振動ヘッドの制御がたった０．１Ｈｚずれただけでも、たった５秒で振動ヘッドの位相が反転してしまう。周波数を最適に制御しても、振動を開始若しくは停止する際には、振幅にわずかな狂いが生じる。各振動ヘッドについて、或いはシステム全体については、これ自体は問題ではないが、プラスチック製部品にある程度の可撓性が要求され、最終的にはこのような狂いを吸収しなければならず、溶着結果が悪化することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】欧州特許第１７７２２５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

従って、細長いＵ字型若しくはＬ字型の部品を振動溶着によって接続可能な、振動溶着装置の別の構成を提供するという技術的課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題は、独立請求項１に記載の振動溶着装置、独立請求項６に記載の振動溶着装置の使用、独立請求項７に記載の振動溶着装置によって少なくとも二つの細長い部品を接続する方法、及び独立請求項９に記載の振動溶着装置の製造方法によって解決される。本発明の有利な実施態様及びさらなる展開は、以下の詳細な説明、添付図面、及び特許請求の範囲から明らかとなる。

【0016】

機械的に連結された複数の振動子を有する本発明の振動溶着装置は、以下の特徴を備える。装置は少なくとも三つの振動ユニットを備え、振動ユニットは各々少なくとも一対の対向配置された電磁石コイルからなり、各一対の電磁石コイルは、その間に配置されたバネ支承された振動子を第一振動方向に線形振動させ、装置はさらに、溶着対象の部品を移動させることが可能で、且つ全ての振動ユニットに対して機械的に接続されている細長いツールを有し、振動溶着の過程において、二つの部品が部品の長手方向とは異なる振動、特に長手方向に対して横方向の振動によって互いに溶着されるように、振動ユニットは、各振動ユニットの第一振動方向がツールの長手軸に対して略横方向となるように、細長いツールに対して配置されている。

【0017】

好ましくはＵ字型若しくはＬ字型形状の細長い部品を振動溶着する際、振動溶着の技術分野では公知の複数の振動ユニット、この場合少なくとも三つの振動ユニットを、その振動方向が、溶着対象の細長い部品の長手方向に対して略直角となるように配置すると有利であることが証明された。この配置により、複数の振動ユニットが、溶着対象の部品の長手軸に対して横方向に相対的な振動を発生する。少なくとも三つの振動ユニットが、共通のツール、若しくは対応するツールと振動ユニットとの間の連結エレメントによって、互いに機械的に連結されているので、振動ユニットの振幅、周波数等の振動特性を、好ましく互いに調和させることができる。その結果、互いに機械的に連結された、好ましくは機械的に二回連結された（下記参照）、この複数の振動ユニット若しくは振動ヘッドは、機械的に連結された複数の振動子を形成する。この構成により、互いに接続されるべき部品が、長手方向ではない振動にもかかわらず、高い信頼性をもって互いに接続されるように、少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドの均等な横方向の振動が、接続対象の部品へとツールによって伝達される。さらに、少なくとも三つの振動ユニットの使用により、例えば可動部品のぐらつきを十分に低減できるように、互いに接続されるべき部品を長手方向に十分に延在させることができることが分かった。

【0018】

本発明の好ましい実施態様によれば、少なくとも三つの振動ユニットは、バネ支承された状態で共通のブリッジに固定される。

【0019】

また好ましくは、少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッド（下記参照）は、共通のブリッジ上で、ツール若しくは振動ヘッドを接続する部品の長手方向にわたって均等に分布するように配置されている。このように均等に分布配置することにより、ツールに接続可能な部品の長手方向の略全長にわたって、ツールの長手軸に対して略横方向の振動をツールによって均等に伝達させることができる。

【0020】

振動のための公知の振動ユニットは、上述の対向配置された少なくとも一対の電磁石コイルと、この一対のコイル間に配置されたバネ支承された振動子とからなる。この振動子は、電磁石コイル間を好ましく橋渡しするブリッジに対してバネパッケージによって支承される。振動子のブリッジとは反対側では、振動子に上方ツールが直接若しくは連結エレメントによって固定される。少なくとも三つの振動ユニットの振動を調和させるために、ただ一つの共通ブリッジによって各振動ユニットを互いに接続することが有利であることが証明された。同様に（下記参照）、複数の振動ヘッドを、ただ一つの振動ヘッドとして機能させるために、互いに機械的に連結する。この共通のブリッジは、共通でなければ各振動ユニット毎に個別に設けられるものであるが、共通ブリッジとすることにより、全ての振動ユニット及びそれに固定されるバネパッケージのために同時に基板となる。この基板は、そもそもは各振動ユニットの個別の振動質量が、合計すると一つの合計振動質量となる各ブリッジの質量の恩恵を受ける。

【0021】

各振動ユニット若しくは振動ヘッドの振動を好ましく意図的に調和、安定化、及び統合して全体的振動とすることに加え、この全体的振動を、ツール上に均等に分布配置した振動ユニット若しくは振動ヘッドによって、部品へと意図的に伝達する。このため、ツールの長手方向長さに応じて、振動ユニット若しくは振動ヘッドを横方向に均等に互いに離間して好ましく配置する。この配置により、均等な振動を支援し、部品のぐらつきを低減するために、機械的に連結された振動ユニット若しくは振動ヘッドが、ツールの長手方向領域全体にわたって横方向の振動を確実に伝達する。

【0022】

本発明の別の好ましい実施態様によれば、複数の振動ユニットのうちの一つをマスター振動ユニットとし、残りの振動ユニットを各々マスター振動ユニットに対するスレーブ振動ユニットとし、全ての振動ユニットを同期操作することができる。

【0023】

このような複数の振動ユニットの調和制御はEP 1 772 253 B1によって知られており、このようなマスター／スレーブ制御の実施態様についてこの文献を特に参照する。

【0024】

上述のように複数の振動ユニット及び／又は振動ヘッドを機械的に連結し、よって同期させることに加えて、好ましくはこれらを電気的に連結する。このためにマスター／スレーブ回路を利用する。このマスター／スレーブ回路は、複数の振動ユニット及び／又は振動ヘッドの調和操作のセキュリティーレベルを追加するものとなる。このようにして、溶着工程中に加工対象物がぐらつく潜在的に残存する傾向を低減する。

【0025】

別の実施態様によれば、振動溶着装置が、機械的に連結された複数の振動子を形成する少なくとも三つの振動ヘッドを有することも好ましい。これら振動ヘッドは、各々対向配置された少なくとも一対の電磁石コイルを備え、このコイル間には振動子が配置されている。この振動子は常に、バネパッケージによってブリッジへと振動可能に固定されている。この好ましい実施態様は、複数の振動ヘッドのブリッジが互いに機械的に連結され、さらに振動ヘッドが細長いツールによって互いに連結されることをさらに特徴とする。

【0026】

上述の複数の振動ユニットの組み合わせと同様に、ユニットとして利用可能な現存の振動ヘッドを互いに連結することも好ましい。本発明の発想に対応して、少なくとも三つの振動ヘッドを好ましくは二方の側で機械的に連結する。この場合、一方の連結側では、これらの振動ヘッドの各ブリッジを機械的に連結する。他方の連結側は、振動ヘッドを連結するツール、若しくはツールと振動ヘッドとの間に配置される連結エレメントによって形成される。

【0027】

ただ一つの振動ヘッドとして機能する物理的ユニットは、ツールをネジ止めする共通の基板によって、若しくはツール自体によって、ブリッジを互いに連結することによって、及び／又は振動ユニットを互いに連結することによって、Ｎ個の振動ヘッドから創出される。その結果、ただ一つの共振周波数及び振動方向となる。すると、ツールの重量がＮ個の振動板にわたって均等に分布しているかどうかはもはや問題ではなくなる。なぜなら振動ユニットの全体質量が新たな振動質量を形成するからである。従って、複数の振動ヘッドをこのように機械的に接続することにより、複数の振動ヘッドを確実に同相で、さらには同じ振幅で振動させることができる。

【0028】

振動ヘッドの質量関連の寸法を、振動方向に対して横方向よりも、振動方向により長く形成することにより、振動ヘッドは一層良く、つまり少ないエネルギー消費で、ぐらつかずに、振動することがわかった。上述の振動溶着装置の別のデザインの好ましい別の実施態様によれば、複数の振動ユニット若しくは複数の振動ヘッドが、略矩形の輪郭で、辺長比がＡ／Ｂ≧１．０である（１が下限である）機械的全体ユニットを形成する。これに関して、振動装置のデザイン及び人間工学的な選択肢の観点から、できる限り大きい辺長比を選択することがさらに好ましい。

【0029】

ここでＡ及びＢは、全体ユニットの質量に実質的に影響を与える全体ユニットの辺長を示す。装置をカバーするハウジング部分のみでは、全体ユニットの質量には実質的に影響を与えないと考えられる。代わりに、連結されたブリッジ、基板、ツール、振動ユニット等が実質的に全体質量に影響を与える。ここで辺Ａは、振動ユニット又は振動ヘッドの第一振動方向に略平行であり、辺Ｂはツールの長手軸に略平行である。

【0030】

上述寸法の全体ユニットのサイズ及び配置によれば、互いに連結された複数の振動ユニット若しくは振動ヘッドの振動挙動を機械的に支援することができることがわかった。特に、複数の振動ユニット若しくは振動ヘッドを互いに機械的に接続させ、単一の振動ヘッドとして機能させることができる。これについて、全体ユニットの辺長比のサイズが特に関連する。辺長比が大きいほど、システム全体が第一方向、つまり辺Ａに平行に振動する傾向が高くなる。全体ユニットの構造の影響により、好ましくは互いに接続された振動ユニット若しくは振動ヘッドが、同じ周波数、位相、及び振幅で確実に調和振動する。

【0031】

本発明の別の好ましい実施態様によれば、合計振動質量を有する接続された振動ユニット若しくは振動ヘッドの略矩形の輪郭は、辺長比がＡ／Ｂ≧２．０である。

【0032】

本発明の振動溶着装置の別の好ましい実施態様によれば、部品を収容するためのツールは、長さが少なくとも１ｍ、好ましくは≧２ｍである。このツールの長さは、横方向に振動し、細長いツールに機械的に連結される複数の振動ヘッド若しくは振動ユニットの組み合わせが、ツール若しくは部品長さに対して横方向の安定した振動溶着を支援することを明確に示している。

【0033】

本発明はまた、短辺に対する長辺の辺長比が１よりも大きい、上述の実施態様の一つによる振動溶着装置の、少なくとも二つの細長い部品の溶着への使用を含み、溶着振動は、互いに接続されるべき部品の短辺に略平行な向きである。

【0034】

さらに本発明は、振動溶着によって、特に上述の実施態様の一つによる振動溶着装置によって、少なくとも二つの細長い部品を接続する方法を含む。本発明の振動溶着方法は、振動溶着装置の、互いに機械的に連結された少なくとも三つの振動ユニット若しくは互いに機械的に接続された少なくとも三つの振動ヘッドに対して機械的に接続されたツールに、細長い部品を固定する工程と、第一振動方向が、部品の長手軸とは異なる方向、好ましくは部品の長手軸に対して横方向となるように、振動ユニット若しくは振動ヘッドに接続されたツールによって部品の振動を発生させる工程と、第一の部品と第二の部品とを互いに押し付け合うことによって、前記少なくとも二つの部品を接続する工程とを含む。

【0035】

これに関して、細長い部品が、その長さにも関わらず、長手軸に対して横方向である信頼性の高い横方向振動を発生して、別の部品と接続するように、互いに連結した複数の振動ユニット若しくは振動ヘッドの振動を、細長い部品へと伝達することが有利であることが証明された。これは特に、複数の振動ユニット若しくは複数の振動ヘッドを互いに機械的に連結することにより生じる。好ましくは、第一の連結は、ツール、若しくはツールとともに使用して、ツールに加えて各振動ユニット若しくは振動ヘッドへと同時に接続する連結エレメントによって行なう。これと組み合わせて、ブリッジによって振動ユニット若しくは振動ヘッドを互いに接続することも好ましい。これに対応して、細長い部品が別の部品に接続するように、横方向の振動を伝達するのに十分な長手方向領域にわたって細長い部品をカバーする振動ヘッドとして機能する配置が生じる。さらに、上記の記載から、振動ユニット若しくは振動ヘッドは、好ましくは二回、つまりツール側とブリッジ側で、互いに機械的に連結されるということになる。

【0036】

本発明によれば、振動を発生するコイルは好ましくは電源から電力を得て、これに連結された振動ユニットは単一の振動ユニットとして機能する。

【0037】

複数の振動ユニットを機械的に連結することに加えて、振動溶着法はさらに、少なくとも一つの振動ユニットをマスター振動ユニットとして制御する、若しくは少なくとも一つの振動ヘッドをマスター振動ヘッドとして制御する工程と、マスター振動ユニット若しくはマスター振動ヘッドに対して、残りの全ての振動ユニットスレーブ振動ユニットとして制御する、若しくは残りの全ての振動ヘッドをスレーブ振動ヘッドとして制御する工程とを含む。この好ましい手順に基づいて、振動ユニット及び／又は振動ヘッドを物理的に連結することによって機械的に調和させることに加えて、電子的連結（上記参照）を行うことが好ましい。マスター／スレーブ制御による電子的連結により、好ましくは複数の振動ユニット及び／又は振動ヘッドの同期操作がさらに支援される。

【0038】

本発明はさらに、振動溶着装置の製造方法を含み、この方法は、各々対向配置された一対の電磁石コイルからなり、該一対の電磁石コイル間にバネ支承された振動子を配置した、少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドを用意する工程（Ｈ１）と、少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドを、溶着対象の部品を移動させることができる細長いツールによって接続する工程（Ｈ２）とを含み、細長いツールは、振動ユニット若しくは振動ヘッドの第一振動方向が、前記細長いツールの長手軸以外の方向となるように、少なくとも三つの振動ユニット若しくは振動ヘッドに対して配置される。

【0039】

この製造方法に関して、さらに好ましくは、少なくとも三つの振動ユニットを平行配置で、共通のブリッジに固定する。別の変更例によれば、少なくとも三つの振動ヘッドを、平行配置で、それぞれのブリッジによって互いに機械的に連結することが好ましい。これによれば、互いに組み合わせた複数の振動ユニット若しくは振動ヘッドが、単一の振動ヘッドとして機能するという、上述の効果を得ることができる。

【0040】

本発明の別の好ましい実施態様によれば、この製造方法はさらに、振動ユニット若しくは振動ヘッドを接続して、略矩形の輪郭で、辺長比がＡ／Ｂ≧１．０である機械的全体ユニットを形成する工程を含み、ここでＡは振動ユニット若しくは振動ヘッドの第一振動方向に対して平行であり、Ｂはツールの長手軸に対して平行である。

【0041】

本発明の好ましい実施態様を、以下の添付図面を参照してより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】図１は、振動ヘッドの好ましい実施態様の概略図である。

【図2A】図２Ａは、互いに溶着すべき二つのＬ字型部品を重ね合わせた状態を概略的に示す図である。

【図2B】図２Ｂは、互いに溶着すべき二つのＵ字型部品の概略図である。

【図3】図３は、共通のツールによって互いに機械的に接続された三つの振動ユニットを有する振動溶着装置の好ましい実施態様を示す。

【図4】図４は、図５の振動装置の概略図を、Ｕ字型部品のためのツールと共に斜視図で示す。

【図5】図５は、共通のツール及び共通のブリッジによって互いに物理的に接続された三つの振動ユニットを有する振動溶着装置の好ましい実施態様を示す概略図である。

【図6】図６は、図７の振動溶着装置の好ましい実施態様の斜視図である。

【図7】図７は、共通のツール及び共通のブリッジによって互いに接続された三つの振動ヘッドからなる振動溶着装置の好ましい実施態様を示す概略側面図である。

【図8】図８は、図４の好ましい実施態様をツール無しで示す斜視図である。

【図9】図９は、本発明の製造方法の好ましい実施態様のフローチャートである。

【図10】図１０は、本発明の製造方法の好ましい実施態様のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0043】

図１は、好ましい振動ユニット２０を備える既知の振動ヘッド２を示す。振動ユニット２０は、対向配置された一対の電磁石コイル２２を備える。ここで、対向配置された複数対の電磁石コイル２２を使用することも好ましい。コイル２２は、交互にチャージされると、間に配置された振動子２４を直線的に振動させる。振動を支承するために、振動子２４はバネパッケージ２６によってブリッジ２８に固定されている。振動子２４はツール３０に接続される。ツール３０は、振動子２４の振動を部品に伝えるために、部品を受け入れる役割をする。振動している部品が別の部品に押し付けられると、振動によって発生する摩擦熱によって二つの部品が接続される。コイル２２の配置に対応して、振動子２４、よってツール３０も振動子２４の長手方向（図１の両矢印）に振動する。

【0044】

通常は、部品Ｂ１、Ｂ２を振動溶着によって接続する際、長手方向、つまりＹ軸方向に振動させる。図２Ａ及び図２Ｂに示す好ましいＬ字型及びＵ字型の部品Ｂ１、Ｂ２の場合は、これでは部品が破損してしまうことになる。破損しないようにするためには、部品Ｂ１、Ｂ２を好ましくはＸ軸方向に、つまり好ましくは部品Ｂ１、Ｂ２の長手軸に対して横方向に振動させる。

【0045】

Ｕ字型若しくはＬ字型でＹ軸方向に延びている細長い部品Ｂ１、Ｂ２を高い信頼性をもって溶着するためには、長手方向に対して横方向、つまりＸ軸方向に振動させる。そのため、少なくとも三つの振動ユニット２０、若しくは少なくとも三つの振動ヘッド２を、略均等に振動するように互いに機械的に連結する。ここで、振動ユニット２０とは、コイル２２、振動子２４、パネパック２６、及びブリッジ２８からなる組み合わせを指す。

【0046】

少なくとも三つの振動ユニット２０の振動方向はＸ軸方向に平行、よって部品Ｂ１、Ｂ２の長手方向に対して横方向とされる。さらに、振動ユニット２０は、図３に示すように互いに平行に配置される。

【0047】

少なくとも三つの振動ユニット２０は、部品全体の長さにわたって、或いは部品の長さのできるだけ多くの部分にわたって、できる限り均等に振動を伝達するように、部品Ｂ１、Ｂ２の長手方向に均等に分布させる。従って、三つより多くの振動ユニット２０、例えば四つ、五つ、若しくは六つの振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２を平行に配置して使用することも好ましい。

【0048】

振動ユニット２０は、好ましくは共通の結合エレメント４０によって全て同じツール３０に直接若しくは間接的に接続されている。このことは、複数の振動ユニット２０を略同じ周波数及び振幅で好ましく操作する助けとなる。このようにして信頼性の高い溶着結果を達成することができる。

【0049】

複数の振動ユニット２０が共通のツール３０によって機械的に連結されていると、振動溶着装置は一つの振動ヘッドのように機能する。

【0050】

本発明の別の好ましい実施態様によれば、振動ユニット２０を共通のブリッジ２８’に固定することにより、少なくとも三つの振動ヘッド２０の連合操作がさらに改善される。これに対応して、共通のブリッジ２８’は、複数の振動ユニット２０の複数のバネパッケージ２６、コイル対２２、及び振動子２４を支承、保持する。これを図４に概略的に示す。よって、少なくとも三つの振動ユニット２０は互いに二回、つまり好ましくは連続的に延在するツール３０及び共通のブリッジ２８’によって、機械的に連結される。

【0051】

簡潔な図面とするために、結合エレメント４０は図４及び図５の概略図には示さないが、好ましくは振動ユニット２０とツール３０とを接続するのに使用されている。

【0052】

図６及び図７は、本発明の別の好ましい実施態様を示す。上述の振動ユニット２０の代わりに、少なくとも三つの振動ヘッド２を平行配置で互いに機械的に連結する。好ましい変更例では、機械的連結を連続的なツール３０で行う。このためにツール３０を好ましい結合エレメント４０（図示せず）によって各セッティングヘッド２に接続する。

【0053】

図６からわかるように、各振動ヘッド２は、図１の従来技術で知られているように、振動ユニット２０を従属部品として収容している。

【0054】

振動ヘッド２の連合操作を支援するために、好ましくは接続エレメント５０によって互いに機械的に接続する。接続エレメント５０は上述の共通のブリッジ２８’と同様の機能を果たす。

【0055】

図４の配置と同様に、ツール３０及び共通のブリッジ２８’若しくは接続エレメント５０による機械的連結は、振動溶着のためのＸ軸方向、つまりツール３０若しくは部品１、２の長手軸に対して横方向の振動挙動を助ける役割を果たす。機械的全体ユニット６０は、振動ユニット２０若しくはセッティングヘッド２をツール３０及び共通のブリッジ２８’若しくは接続エレメント５０によって二重に機械的連結した結果である。この全体ユニット６０は、好ましくは辺Ａ及び辺Ｂを有する略矩形の輪郭となっている。辺ＢはＹ軸方向、つまりツール３０及び部品Ｂ１、Ｂ２の長手軸に平行に伸びる。辺Ａは振動溶着装置の振動方向、つまりＸ軸方向に向いている。

【0056】

Ｘ軸方向の振動挙動を機械的に支援するために、辺Ａの長さを、全体ユニット６０の辺Ｂの長さよりも長く、若しくは少なくとも同じ長さに調節することが好ましい。辺Ｂに対する辺Ａの辺長比が大きくなるほど、装置６０全体が安定してＸ軸方向に振動する機械的傾向が高まる。ほとんどの場合、ユニット６０全体の形状を適切に選択すると、振動溶着時に同一周波数、位相、及び振幅が調和した振動となる。

【0057】

よって、全体ユニット６０の辺長比Ａ／Ｂが、好ましい範囲Ａ／Ｂ≧１．０となることが好ましい。

【0058】

本発明の、例えば細長いライト、ダッシュボード、調度品パネル、及び／又はパッケージングデザインの接続及び製造に関する別の好ましい実施態様によれば、全体ユニット６０の辺長比Ａ／Ｂは、好ましい範囲Ａ／Ｂ≧２．０である。

【0059】

連結された振動ユニット若しくは振動ヘッド（以下参照）を、長さが少なくとも１ｍ、好ましくは≧２ｍのツールと接続することもさらに好ましい。このツールの長さによって、横方向に振動する機械的に連結された複数の振動ユニット若しくは振動ヘッドの組合体の横方向の振動を、部品の全長にわたって確実に均等に伝達することができる。そのため、複数の振動ユニット若しくは振動ヘッドを、ツールの長さにわたって均等に分布配置することが好ましい。

【0060】

本発明の別の好ましい実施態様によれば、複数の振動ユニット２０のうちの一つ、若しくは複数の振動ヘッド２のうちの一つを、EP 1 772 253 B1に記載されているマスターとして操作する。これに対応して、少なくとも二つの別の振動ユニット若しくは振動ヘッド２をスレーブとして制御する。特定のマスター／スレーブ制御に関し、EP 1 772 253 B1を参照し、この文献を参照により本明細書に援用する。また好ましくは、このマスター／スレーブ制御により非調和振動が調和し、これによりツール若しくは接続対象の部品がぐらつくのを防ぐ。よって、好ましくは中央に配置した振動ユニット２０若しくは中央に配置した振動ヘッド２を、マスター振動ユニット若しくはマスター振動ヘッドとして使用することがわかる。

【0061】

上述した振動溶着装置の好ましい実施態様は、好ましくは細長い部品を振動溶着するために用いる。このような細長い部品としては、好ましくはライト、バンパー、ダッシュボード、若しくは自動車産業以外の分野における使用が挙げられる。このような細長い部品は、部品短辺に対する部品長辺の辺長比が１よりも大きいことによって区別される。上記に記載したように、これらの部品を振動溶着するための振動は、細長い部品の短辺に平行に行う。

【0062】

振動溶着による少なくとも二つの細長い部品のための本発明の接続方法の概要を図９のフローチャートに示す。第一の工程Ｓ１において、細長い部品Ｂ１をツール３０に固定する。前述の振動溶着装置の好ましい実施態様によれば、ツールは振動溶着装置の少なくとも三つの振動ユニット２０若しくは少なくとも三つの振動ヘッド２に機械的に接続されている。

【0063】

次いで工程Ｓ２において、接続対象の部品は、振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２に接続されたツール３０から、相対的振動を受ける。このような相対的振動は、部品の長手方向とは違う方向であり、好ましくは部品の長手軸に対して横方向である。

【0064】

本発明の接続方法の好ましい実施態様によれば、工程Ｓ３において、少なくとも一つの振動ユニット若しくは少なくとも一つの振動ヘッド２を、マスター振動ユニット若しくはマスター振動ヘッドとして制御する。さらに好ましい工程Ｓ４において、マスター振動ユニット若しくはマスター振動ヘッドに対して、残りの振動ユニット２０をスレーブ振動ユニットとして制御し、若しくは残りの振動ヘッド２をスレーブ振動ヘッドとして制御する。工程Ｓ５において、振動している第一の部品を振動している第二の部品Ｂ２へと接触させることにより、少なくとも二つの部品を接続する。

【0065】

さらに本発明は、図１０のフローチャートを参照して説明される振動溶着装置の製造方法を含む。この製造方法は以下の工程を含む。まず工程Ｈ１において、上述の構成デザインの少なくとも三つの振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２を用意する。次いで、工程Ｈ２において、少なくとも三つの振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２を、細長いツール３０によって互いに接続する。こうすることにより、振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２の第一振動方向が細長いツール３０の長手軸以外の方向となるように、ツール３０が振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２に接続される。

【0066】

次の工程Ｈ３において、少なくとも三つの振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２は、平行配置で、共通のブリッジ２８’若しくは上述の接続エレメント５０に固定される。少なくとも三つの振動ユニット２０若しくは少なくとも三つの振動ヘッド２を、ツール３０及び共通のブリッジ２８’若しくは接続エレメント５０によって、好ましくは機械的に連結することにより、振動溶着装置の機械的全体ユニット６０となる。この機械的全体ユニット６０は、好ましくは辺長比が好ましくはＡ／Ｂ≧１．０、より好ましくは≧２である略矩形の輪郭を有する。全体ユニット６０のこの辺Ａ、Ｂは、上述の向きとなっている。全体ユニット６０の調和振動挙動を支援するために、このような全体ユニット６０のデザインに応じて、振動ユニット２０若しくは振動ヘッド２を互いに接続することが好ましい（工程Ｈ４）。

【符号の説明】

【0067】

２ 振動ヘッド
２０ 振動ユニット
２２ コイル
２４ 振動子
２６ バネパッケージ
２８ ブリッジ
２８’ 複数の振動ユニット２０に共通なブリッジ
３０ ツール
４０ 連結エレメント
５０ 接続エレメント
Ｂ１、Ｂ２ 部品

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】