特表 2024-545576 ソノトロードキャリアとそれに締結されたソノトロードとを有する超音波溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-10

(54)【発明の名称】ソノトロードキャリアとそれに締結されたソノトロードとを有する超音波溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/10 20060101AFI20241203BHJP

【ＦＩ】

B23K20/10

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024527424

(86)(22)【出願日】2021-12-16

(85)【翻訳文提出日】2024-05-09

(86)【国際出願番号】 EP2021086319

(87)【国際公開番号】W WO2023110109

(87)【国際公開日】2023-06-22

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522080546

【氏名又は名称】シュンク ソノジステム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100152984

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 秀明

(74)【代理人】

【識別番号】100148080

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 史生

(74)【代理人】

【識別番号】100168985

【弁理士】

【氏名又は名称】蜂谷 浩久

(74)【代理人】

【識別番号】100149401

【弁理士】

【氏名又は名称】上西 浩史

(72)【発明者】

【氏名】ムラー， シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】ムエラ， ヴァレンティン

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167BE02

4E167BE03

4E167BE04

4E167BE07

4E167BE10

4E167DC02

(57)【要約】

超音波溶接装置（１）は、ソノトロード（３）と、ソノトロード（３）の超音波振動を生じさせるように形成されたソノトロードキャリア（２）と、を含む。ソノトロード（３）およびソノトロードキャリア（２）はいずれも接触面（５）を有し、接触面（５）のうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に粗面化されている。ソノトロード（３）は、接触面（５）が互いに押し付けられるようにソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波溶接装置（１）であって、
ソノトロード（３）と、
前記ソノトロード（３）の超音波振動を生じさせるように形成されたソノトロードキャリア（２）と、を含み、
前記ソノトロード（３）および前記ソノトロードキャリア（２）がいずれも接触面（５）を有し、前記接触面（５）のうちの少なくとも１つが、少なくとも部分的に粗面化されており、
前記接触面（５）が互いに押し付けられるように、前記ソノトロード（３）が前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結される、超音波溶接装置（１）。

【請求項2】

前記ソノトロード（３）が、少なくとも１つのねじ（４）を介して前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結される、
請求項１に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項3】

前記ねじ（４）が前記ソノトロード（３）のソノトロード開口部（１３）内に導入され、前記ソノトロード開口部（１３）が前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、および／または
前記ねじ（４）が前記ソノトロードキャリア（２）のソノトロードキャリア開口部（１２）内に導入され、前記ソノトロードキャリア開口部（１２）が、前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）によって少なくとも部分的に取り囲まれる、
請求項２に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項4】

前記ソノトロード開口部（１３）が、前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）によってリング状および／またはリングセグメント状に取り囲まれ、および／または
前記ソノトロードキャリア開口部（１２）が、前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）によってリング状および／またはリングセグメント状に取り囲まれる、
請求項３に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項5】

前記ソノトロード開口部（１３）が、前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）の少なくとも１つのリング状および／またはリングセグメント状の粗面化されたセクション（１４）によって取り囲まれ、および／または
前記ソノトロードキャリア開口部（１２）が、前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）の少なくとも１つのリング状および／またはリングセグメント状の粗面化されたセクション（１４）によって取り囲まれる、
請求項３または４に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項6】

前記接触面（５）のうちの少なくとも１つが、いくつかのストライプ状の粗面化されたセクション（１４）で構成されたストライプパターン（１６）を含む、
請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項7】

前記ストライプパターン（１６）の前記粗面化されたセクション（１４）が、互いに平行に配置される、
請求項６に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項8】

少なくとも部分的に粗面化された前記接触面（５）の粗面化されたセクション（１４）が、少なくとも２．０μｍの平均粗さ深さＲ_ｚおよび／または少なくとも０．３μｍの算術平均粗さ値Ｒ_ａを有する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項9】

前記平均粗さ深さＲ_ｚが多くとも１４μｍであり、および／または
前記算術平均粗さ値Ｒ_ａが多くとも３．０μｍである、
請求項８に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項10】

前記ソノトロード（３）が、基体（８）と、前記基体（８）から突出する少なくとも１つの屈曲アーム（９）と、を含む屈曲共振器として具現化され、
前記ソノトロード（３）が前記基体（８）を介して前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結され、前記基体（８）が前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）を含む、
請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）用のソノトロード（３）を製造するための方法であって、
前記ソノトロード（３）を処理される状態で提供するステップと、
前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）を少なくとも部分的に粗面化するために前記ソノトロード（３）を処理するステップと、を含む方法。

【請求項12】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）用のソノトロードキャリア（２）を製造するための方法であって、
前記ソノトロードキャリア（２）を処理される状態で提供するステップと、
前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）を少なくとも部分的に粗面化するために前記ソノトロードキャリア（２）を処理するステップと、を含む方法。

【請求項13】

前記処理が、レーザ処理および／またはブラスト剤によるブラスト加工による機械的処理を含む、
請求項１１または１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波溶接装置に関する。本発明はさらに、そのような超音波溶接装置用のソノトロードを製造する方法およびそのような超音波溶接装置用のソノトロードキャリアを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波溶接装置は、一般に、ソノトロードが交換可能に締結され得るソノトロードキャリアを含む。ソノトロードの超音波振動は、ソノトロードキャリアによってもたらされ得、その振動のエネルギーは、次いで、溶接されるワークピースにソノトロードを介して伝達され得る。用途に応じて、ソノトロードキャリアは、（ほんの数例を挙げると）例えば、スポットまたはロールシーム溶接のためのソノトロード、またはアクセスが困難な箇所でも使用され得る屈曲共振器の形態のソノトロードなどの異なる種類のソノトロードと組み合わされ得る。

【0003】

ソノトロードは、例えば、１つまたは複数のねじを介してソノトロードキャリアにねじ止めすることができる。例えば、不正確な工具の使用の結果として、または汚れたもしくは欠陥のある結合面の結果として、ねじ（複数可）の締め付けトルクが逸脱することは、ソノトロードの振動特性、したがって超音波溶接装置の溶接特性に大きく影響する可能性がある。不十分なクランプ力は、例えば、溶接作業中にソノトロードが回転し、および／または結合面の領域で過度に変形する可能性があり、これは溶接結果に悪影響を及ぼす可能性がある。最悪の場合、ソノトロードおよび／またはねじが破損する可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、ソノトロードをソノトロードキャリアに良好に締結することを可能にする超音波溶接装置が必要とされる場合がある。

【0005】

さらに、対応して改善されたソノトロードを製造するための方法が必要とされ得る。

【0006】

特に、対応して改善されたソノトロードキャリアを製造する方法が必要とされ得る。

【0007】

これらの要件は、独立請求項の主題によって満たすことができる。有利な実施形態は、従属請求項、以下の説明および添付の図面において説明される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の態様は、超音波溶接装置に関する。超音波溶接装置は、少なくとも１つのソノトロードと、ソノトロードの超音波振動を引き起こすように形成されたソノトロードキャリアとを含む。ソノトロードおよびソノトロードキャリアは、いずれも、以下で結合面とも呼ばれる接触面を有する。接触面の少なくとも１つは、少なくとも部分的に粗面化される。ソノトロードは、接触面が互いに押し付けられるようにソノトロードキャリアに交換可能に締結される。

【0009】

本発明の第２の態様は、上述および後述するように、超音波溶接装置用のソノトロードを製造するための方法に関する。この方法は、処理される状態のソノトロードを提供する少なくとも１つのステップと、ソノトロードの接触面を少なくとも部分的に粗面化するために、ソノトロードを処理するステップとを含む。

【0010】

本発明の第３の態様は、上述および後述するように、超音波溶接装置用のソノトロードキャリアを製造するための方法に関する。方法は、処理される状態のソノトロードキャリアを提供する少なくとも１つのステップと、ソノトロードキャリアの接触面を少なくとも部分的に粗面化するためにソノトロードキャリアを処理するステップと、を含む。

【0011】

超音波溶接装置の特徴はまた、上記および下記の方法の特徴として理解されてもよく、逆もまた同様であることに留意されたい。

【0012】

本発明の範囲をいかなる方法でも制限することなく、本発明の実施形態は、以下に記載される概念および知見に基づいていると見なされ得る。

【0013】

既に述べたように、ソノトロードとソノトロードキャリアとの間の接続は、溶接結果の品質にとって決定的である。この接続がどの程度良好であるかは、様々な影響要因、例えば、ねじの指定された締め付けトルクが遵守しているかどうか、接触面がどの程度清浄であるか、または接触面の製造固有の表面特性に依存し得る。

【0014】

したがって、ここに提示された手法は、ソノトロードとソノトロードキャリアとの間の接続を、例えば油またはグリースによる汚染、ソノトロードのメンテナンスおよび取り付けのエラー、ならびに関連する構成要素の生産の変動に対して著しく感受性が低くすることを可能にし、実際に、ソノトロードおよび／またはソノトロードキャリア上に望ましくないノッチが生成されることはない。そのようなノッチは、それらが比較的小さい場合であっても、ソノトロードまたはソノトロードキャリアが溶接作業中にさらされる高レベルの歪みを考慮すると、損傷につながる可能性がある。

【0015】

これは、原則として、ソノトロードとソノトロードキャリアとの間の摩擦が、適切な方法で、一方または両方の接触面、またはその少なくとも１つのセクションの目標粗面化によって増加することで達成される。換言すれば、適切な処理方法を使用してソノトロードおよび／またはソノトロードキャリアを対応する粗面化することによって、１つまたは複数の粗面化されたセクションを、対応する対応物、例えば粗面化されていない１つまたは複数のセクション、および／または対応する粗面化されている対応物の１つまたは複数のセクションと顕微鏡レベルで互いに引っ掛かることができる１つまたは両方の接触面内に作成することができる。このようなマイクロトゥーシングは、溶接作業中に、ソノトロードとソノトロードキャリアとの間の確実な接続を保証し、実際にはソノトロードとソノトロードキャリアとが互いに押し付けられるクランプ力を増加させる必要がない。

【0016】

この有利な効果は、ソノトロードキャリアに対して屈曲共振器として知られる形態（以下をさらに参照）でソノトロードを回転させるのに必要な回転力を測定する試験において実証することができた。

【0017】

試験には以下のパラメータを使用した。ソノトロードの中心からの回転力の力印加点の距離：７８ｍｍ、送り量：２ｍｍ／分、ソノトロードをソノトロードキャリアに締結するためのねじの締め付けトルク：２０Ｎｍ。力の導入は、ソノトロードの長手方向軸に対して垂直に行った。

【0018】

この場合、未加工の、すなわち特別に粗面化されていない接触面を有するソノトロードの場合の約５５０Ｎから、レーザ加工によって粗面化された接触面を有するソノトロードの場合の約８００Ｎまで、さらにはガラスパールによるブラストによって粗面化された接触面を有するソノトロードの場合の１１５０Ｎまで、回転力を増大させることが可能であった。したがって、同じ締め付けトルクを有しながら、締結の安定性を２倍以上にすることが可能であった。試験したソノトロードはすべて、振動特性に関して顕著ではなかった。

【0019】

回転力の増加は、ソノトロードおよび／またはソノトロードキャリア上の接触面内の画定された構造の結果として、顕微鏡スケールでの一種のポジティブロック、すなわちマイクロトゥーシングが生成されるという事実によって説明することができる。構造は、対応する対応物に最小限に浸透するように、すなわち、ソノトロードおよびソノトロードキャリアが点状または直線状に接触面に接触せず、むしろ表面的に接触するように具現化され得る。相手のマイクロトゥーシングおよび／または構造と一緒に押圧された表面に使用される構造は、わずかに弾性および／または塑性変形してもよい。粗面化によって生成された構造の突出縁部または頂点は、相手の表面に近い材料にわずかに浸透し、したがってマイクロトゥーシングをもたらすことができる。変形は、わずか数ミリメートルまたはさらに小さくてもよく、特に粗面化によって生成される構造よりも著しく小さくてもよい。

【0020】

上記および下記で使用される用語のいくつかは、以下により詳細に説明される。

【0021】

接触面という用語は、一方では、ソノトロードがソノトロードキャリアの接触面と接触するソノトロードの巨視的に平坦な表面セクションとして理解され得る。一方、これは、ソノトロードキャリアがソノトロードの接触面と接触するソノトロードキャリアの巨視的に平坦な表面セクションとして理解され得る。２つの接触面は、ソノトロードをソノトロードキャリアに締結することによって互いに覆われ、規定のクランプ力で互いに押し付けられ得る。

【0022】

ソノトロードおよびソノトロードキャリアは、それらの接触面でのみ接触することが可能である。

【0023】

接触面は、部分的に、すなわち１つまたは複数のコヒーレントなまたは別個のセクションで粗面化されてもよい。あるいは、接触面全体が粗面化されてもよく、すなわち粗面化されたセクションは接触面全体にわたって延在してもよい。

【0024】

粗面化されたセクションという用語は、これに関連して、特別に処理された、例えば、特別な処理の結果として、そのように処理されていない接触面の部分またはソノトロードおよび／またはソノトロードキャリアの別の表面よりも著しく大きい粗さを有する接触面の平坦な部分として理解され得る。この目的のために、接触面は、例えば、表面処理のための機械的、光学的、電気的（例えば、浸食）、電気化学的または化学的方法を使用して、またはこれらの方法の少なくとも２つを組み合わせて使用して処理されていてもよい。言い換えれば、処理によって接触面の領域に特別な摩擦増加構造を形成することができ、構造の摩擦増加特性は、すべての方向で同じであってもよく、すなわち無指向性もしくは等方性であってもよく、または異なる方向で異なっていてもよく、すなわち指向性もしくは異方性であってもよい。

【0025】

接触面のそのような粗面化されたセクションの粗さは、そのように粗面化されていない接触面のセクションの粗さと定量的および／または定性的に異なり得る。粗面化されていないセクションは、実質的に滑らかであってもよく、このセクションの表面の微細な凹凸は、製造または加工方法によって生じ得る。例えば、粗面化されていないセクションは、関連する構成要素の機械加工および／または関連する構成要素の研削、サンディングまたは研磨に由来する残留粗さを有することができる。そのような残留粗さは、一般に異方性であり、すなわち、関連するセクションは、一般に、例えば、機械加工、研削、サンディングまたは研磨中の加工方向に対応し得る好ましい方向を有する表面構造を有する。接触面の意図的に粗面化されたセクションの粗さは、粗面化されていないセクションと比較して、例えば、２、５、またはさらには１０倍著しく大きくすることができる。さらに、例えば、レーザ照射、粒子ブラスト、特にガラスボールブラストまたはサンドブラストなど、等方性の粗い表面構造を生成する、すなわち好ましい方向のない技術を、接触面の目標とする粗面化に使用することができる。

【0026】

ソノトロードキャリアは、例えば、コンバータおよび／またはブースタを含むことができる。ソノトロードキャリアは、発生器をさらに含んでもよい。ソノトロードは、特にソノトロードキャリアが超音波範囲の周波数で前後に移動することができる振動軸が接触面に対して垂直に立つように、例えばブースタまたはコンバータの（長手方向の）ソノトロードキャリアの自由端に締結することができる。

【0027】

特定の実施形態では、ソノトロードキャリアは、一方でブースタまたはコンバータに締結され、他方でソノトロードが締結され得る中間ピースをさらに含んでもよい。

【0028】

コンバータという用語は、発生器によって供給された高周波電圧を、例えば２０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ、好ましくは２０ｋＨｚ～３５ｋＨｚの超音波範囲内の対応する周波数を有する機械的超音波振動に変換するように形成された電気機械部品として理解することができる。

【0029】

伝送または振幅変換ピースとも呼ばれるブースタは、コンバータによって提供される超音波振動をそれらの振幅に関して変化させる、すなわち、振幅を低減および／または増大させ、そのようにして変化させた超音波振動をソノトロードに送信するように形成することができる。ブースタは、ソノトロードキャリアを超音波溶接装置に取り付けるようにさらに形成されてもよい。

【0030】

ソノトロードという用語は、超音波振動の導入の結果として対応する高周波共振振動を実行させることができ、これらの振動を溶接される１つまたは複数のワークピースに伝達するように形成されるツールとして理解することができる。例えば、ソノトロードは、特に２アーム屈曲共振器（以下をさらに参照）として具体化される場合、その縦軸および／または横軸に関して対称になるように形成されてもよい。したがって、ソノトロード上の不均一な歪みを回避することができる。

【0031】

一実施形態によれば、ソノトロードは、少なくとも１つのねじを介してソノトロードキャリアに交換可能に締結することができる。この場合、ねじは、接触面を互いに押し付けることができる。これにより、接触面の制御された押圧が可能になる。したがって、ソノトロードの交換をさらに単純化することができる。ソノトロードはまた、２つまたは３つ以上のねじを介してソノトロードキャリアに交換可能に締結されてもよい。

【0032】

一実施形態によれば、ねじは、ソノトロードのソノトロード開口部に導入されてもよく、ソノトロード開口部は、ソノトロードの接触面によって少なくとも部分的に囲まれてもよい。追加的または代替的に、ねじは、ソノトロードキャリアのソノトロードキャリア開口部に導入されてもよく、ソノトロードキャリア開口部は、ソノトロードキャリアの接触面によって少なくとも部分的に囲まれてもよい。言い換えれば、ねじは、一方または両方の接触面を通って横方向に、特に垂直に進むことができる。したがって、２つの接触面間の摩擦接続を改善することができる。

【0033】

一実施形態によれば、ソノトロード開口部は、ソノトロードの接触面によってリング状および／またはリングセグメント状に取り囲まれてもよい。追加的または代替的に、ソノトロードキャリア開口部は、ソノトロードキャリアの接触面によってリング状および／またはリングセグメント状に取り囲まれてもよい。これは、特にソノトロードがただ１つのねじを介してソノトロードキャリアに締結される場合、ソノトロードキャリアに対するソノトロードの配向を単純化することができる。

【0034】

一実施形態によれば、ソノトロード開口部は、ソノトロードの接触面の少なくとも１つのリング形状および／またはリングセグメント形状の粗面化されたセクションによって取り囲まれてもよい。追加的または代替的に、ソノトロードキャリア開口部は、ソノトロードキャリアの接触面の少なくとも１つのリング形状および／またはリングセグメント形状の粗面化されたセクションによって囲まれてもよい。特にソノトロードがただ１つのねじを介してソノトロードキャリアに締結されている場合、溶接作業中のソノトロードキャリアに対するソノトロードの意図しない回転が効果的に回避され得る。

【0035】

一実施形態によれば、接触面の少なくとも１つは、いくつかのストライプ形状の粗面化されたセクションからなるストライプパターンを含むことができる。ストライプ状セクションは、同じ方向または異なる方向に配向されてもよい。ストライプ状セクションが接触面全体にわたって分布している、特に均等に分布していると好都合である。ストライプパターンは、例えば、ソノトロードまたはソノトロードキャリアのレーザ加工によって生成され得る。この実施形態による試験では、特に良好な結果を達成することが可能であった。

【0036】

一実施形態によれば、ストライプパターンの粗面化されたセクションは、互いに平行に配置されてもよい。この場合、同じ接触面または異なる接触面の粗面化されたセクションが互いに平行に配置されていてもよい。ストライプパターンの各粗面化されたセクションは、ソノトロードの長手方向と平行に追加的に延びてもよい。この実施形態による試験では、特に良好な結果を達成することも可能であった。

【0037】

一実施形態によれば、少なくとも部分的に粗面化された接触面の粗面化されたセクションは、粗面化されたセクションの平均粗さ深さＲ_ｚが２、０μｍより大きく、および／または粗面化されたセクションの算術平均粗さ値Ｒ_ａが０．３μｍより大きいことを特徴とする粗さを有することができる。このようなより低いしきい値は、試験において特に実用的であることが示されている。

【0038】

一実施形態によれば、平均粗さ深さＲ_ｚは、１４μｍより小さくてもよい。追加的または代替的に、算術平均粗さ値Ｒ_ａは、３．０μｍより小さくてもよい。そのような上限しきい値は、試験において特に実用的であることが示されている。

【0039】

例えば、試験では以下の粗さ値が測定された。

【0040】

ガラスパールでブラスト加工して粗面化された接触面のセクションでは、Ｒ_ａについては０．５３μｍ、Ｒ_ｚについては３．２９μｍ、
レーザ処理により粗面化された接触面のセクションでは、Ｒ_ａについては２．４３μｍ、Ｒ_ｚについては１３．２７μｍ、
接触面の粗面化されていない、すなわち未処理または研磨のみされたセクションでは、Ｒ_ａについては０．１６μｍ、Ｒ_ｚについては０．９０μｍ。

【0041】

一実施形態によれば、ソノトロードは、基体と、基体から突出する少なくとも１つの屈曲アームとを含む屈曲共振器として具現化することができる。ソノトロードは、基体を介してソノトロードキャリアに交換可能に締結されてもよく、基体はソノトロードの接触面を含んでもよい。これは、ソノトロードが励起されて横振動を行う、すなわち振動状態で波線状に弾性変形するという効果を有する。この場合、ソノトロードは、仮想ゼロ線に対するそれらの偏向が０であるかまたは無視できるほど小さいゼロ交差点とも呼ばれるいくつかの点を有することができる。この実施形態は、アクセスが困難なワークピースであっても溶接することを可能にする。

【0042】

基体がソノトロードの最も広い部分を表すことが可能であり、屈曲アームは、少なくとも部分的に、基体よりも著しく狭くおよび／または薄くなるように具体化されてもよい。ロッド形状の屈曲共振器の形態のソノトロードも可能である。例えば、屈曲アームの断面は、基体からの距離が増加するにつれて先細になってもよい。したがって、屈曲アームの自由端はまた、屈曲アームの強度が著しく損なわれることなくアクセスが困難なワークピースに向かって移動することができる。屈曲アームが自由に振動できるように、屈曲アームはソノトロードキャリアに接触してはならない。言い換えれば、ソノトロードは、振動状態で、すなわち溶接作業中に、その基体のみでソノトロードキャリアに接触することが可能である。溶接動作中、屈曲アームは、その自由端のみで溶接されるワークピースに接触することができる。

【0043】

例えば、屈曲共振器は、基体から互いに反対方向に突出する２つの屈曲アームを含むことができる。

【0044】

一実施形態によれば、ソノトロードおよび／またはソノトロードキャリアの接触面の加工は、レーザ処理、ブラスト剤によるブラストによる機械的加工、またはこれら２つの組み合わせを含み得る。したがって、ソノトロードまたはソノトロードキャリアの処理は、特に正確に実行され得る。レーザ処理によって、関連する接触面は、例えば、レーザパルスによっていくつかの点で点状に溶融され得る。この場合、選択されたレーザパラメータの関数として関連する点に微視的に小さな隆起が形成されてもよく、この小さな隆起はマイクロトゥーシングの作用を有する。例えば、レーザ処理によって、いくつかのストライプ状の粗面化されたセクションからなる正確なストライプパターンを生成することができる（さらに上記を参照）。しかしながら、リング形状および／またはリングセグメント形状のパターン、例えば、いくつかの同心リングおよび／または同心リングセグメントから構成されるパターンも考えられる。例えば、ガラスパールまたは砂がブラスト剤として好適である。他のブラスト剤も可能である。

【0045】

本発明の実施形態の可能な特徴および利点は、部分的に超音波溶接装置を参照して、部分的に超音波溶接装置の対応して適合されたソノトロードを製造するための方法を参照して、および部分的に超音波溶接装置の対応して適合されたソノトロードキャリアを製造するための方法を参照して、上記および下記で説明されることも指摘されるべきである。当業者は、個々の実施形態について記載された特徴が、本発明のさらなる実施形態および場合によっては相乗効果に到達するために、類似の適切な方法で、他の実施形態に移行および／または調整され、および／または交換され得ることを認識するであろう。

【0046】

本発明の有利な実施形態は、添付の図面を参照して以下により詳細に説明され、図面も説明も、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】本発明の一実施形態による超音波溶接装置を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態による超音波溶接装置のソノトロードキャリアの平面図である。

【図3】ソノトロードキャリアの側面図である。

【図4】本発明の一実施形態による超音波溶接装置の、１回ねじ込むことができるソノトロードの断面図である。

【図5】本発明の一実施形態による超音波溶接装置の２回ねじ込み可能なソノトロードの断面図である。

【図6】本発明のさらなる実施形態による超音波溶接装置の２回ねじ込み可能なソノトロードの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

図面は純粋に概略的なものであり、縮尺通りではない。同一の符号は、様々な図面において同一の特徴または同一の作用を有する特徴を示す。

【0049】

図１は、ソノトロードキャリア２およびソノトロード３を含む超音波溶接装置１を示し、ソノトロードキャリア２によって超音波振動が生じ得る（ソノトロードキャリア２の振動方向は二重矢印で示されている）。ソノトロード３は、ここではソノトロードキャリア２の自由端にあるねじ４を介して、ソノトロードキャリア２に交換可能に取り付けられる。ソノトロード３およびソノトロードキャリア２は、いずれも、それらが互いに接触する接触面５を有する。

【0050】

２つの接触面５は、ねじ４を介して規定のクランプ力で互いに押し付けられてもよい。

【0051】

２つの接触面５の少なくとも一方は、少なくとも部分的に粗面化されている。したがって、２つの接触面５間の摩擦接続を改善することができる。

【0052】

ソノトロードキャリア２は、高周波電圧を機械的超音波振動に変換するためのコンバータ６と、超音波振動をソノトロード３に送信するためのブースタ７とを含むことができる。ブースタ７は、超音波振動の振幅を適切に変化させるように形成されてもよい。ソノトロード３は、それに対応してブースタ７の自由端に締結されてもよい。ソノトロード３のコンバータ６への締結も可能である。この場合、ブースタ７は省略されてもよい。ソノトロードキャリア２は、電圧を供給するための発生器をさらに含んでもよい。

【0053】

この例では、ソノトロード３は、基体８と、基体８から互いに反対方向に突出する２つの屈曲アーム９とを含む屈曲共振器として具現化される。しかしながら、１つの屈曲アーム９のみを有するソノトロード３も可能である。ソノトロード３は、基体８を介してソノトロードキャリア２に締結され、基体８においてソノトロードキャリア２のみに接触する。したがって、ソノトロード３の接触面５は、基体８によって提供される。

【0054】

一例として、部分的に重なり合う２つの板状ワークピース１１が、屈曲アーム９の一方の自由端とアンビル１０との間に配置される。２つのワークピース１１は、振動ソノトロード３によって互いに溶接される。

【0055】

図１に示す図とは対照的に、アンビル１０は、代替的に、少なくとも部分的にワークピース１１自体のうちの少なくとも１つによって形成されてもよい。

【0056】

図２に見られるように、ソノトロードキャリア２の接触面５は、ねじ４をねじ込むことができる中央ソノトロードキャリア開口部１２を有することが可能である。ソノトロードキャリア２の接触面５は、例えばリング状にソノトロードキャリア開口部１２を取り囲んでもよい。

【0057】

ソノトロード３の接触面５は、それに対応して、ねじ４を案内することができるソノトロード開口部１３を有することができる。同様に、ソノトロード３の接触面５は、ソノトロード開口部１３をリング状に取り囲むことができる（図４を参照）。

【0058】

ソノトロードキャリア２の接触面５は、粗面化されたセクション１４を含むことができ、その粗さは残りの接触面５よりも著しく大きい。

【0059】

例えば、粗面化されたセクション１４は、２．０μｍ～１４μｍの平均粗さ深さＲ_ｚを有することができる。

【0060】

追加的または代替的に、粗面化されたセクション１４は、例えば、０．３μｍ～３．０μｍの算術平均粗さ値Ｒ_ａを有してもよい。

【0061】

粗面化されたセクション１４は、接触面５と同様にリング状にソノトロードキャリア開口部１２を囲むことができる。しかしながら、ソノトロードの例を使用する図４のような、１つまたは複数のリングセグメント形状の粗面化されたセクション１４の配置も可能である。いくつかの同心リング形状および／またはリングセグメント形状の粗面化されたセクション１４の配置も同様に考えられる。

【0062】

粗面化されたセクション１４または複数の粗面化されたセクション１４は、それぞれの接触面５よりも表面積に関して全体的に小さくてもよく、またはそれぞれの接触面５とちょうど同じ大きさであってもよく、すなわち接触面５全体が粗面化されてもよい。

【0063】

ソノトロードキャリア２の接触面５は、図３に示すように、ソノトロードキャリア２の面側の平面隆起部１５によって形成することが可能である。したがって、例えば、振動状態において屈曲アーム９がソノトロードキャリア２に接触することを防止することができる。

【0064】

図４、図５および図６に示す実施形態とは対照的に、代替的または追加的に、ソノトロード３、例えばその基体８は、好ましくはそのような平面隆起部で具体化されてもよい。

【0065】

ソノトロードキャリア２の代わりにまたはそれに加えて、ソノトロード３の接触面５は、少なくとも部分的に対応して粗面化されてもよい。図４は、ソノトロード３の接触面５内に４つのリングセグメント形状の粗面化されたセクション１４を有するソノトロード３の一例を示す。

【0066】

図５に見られるように、いくつかのストライプ形状の粗面化されたセクション１４を有するストライプパターン１６も可能である。ストライプパターン１６のセクション１４は、ここでは一例として、互いに平行に向けて配置され、ソノトロード３の矩形接触面５の幅にわたって分布している。しかしながら、ストライプパターン１６は、そのセクション１４が異なる方向、例えば互いに直交する方向に向けられることも可能である。

【0067】

さらに、この例では、接触面５は、各場合にねじ４を受け入れるための２つのソノトロード開口部１３を有する（ソノトロードキャリア２は、対応して２つのソノトロードキャリア開口部１２も有し得る）。ここで、ストライプパターン１６のセクション１４の少なくとも一方は、ソノトロード開口部１３の間に位置してもよく、および／またはソノトロード開口部１３の少なくとも一方は、ストライプパターン１６の２つのセクション１４の間に位置してもよい。

【0068】

あるいは、ソノトロード３の接触面５全体を粗面化してもよい（図６を参照）。

【0069】

粗面化された接触面５についてソノトロード３を参照して上述した例は、それに対応してソノトロードキャリア２に適用することができ、逆もまた同様であることに留意されたい。

【0070】

取り付け中、ソノトロード３は、接触面５が互いに完全に接触し、溶接作業中に接触したままになるように、規定の締め付けトルクでソノトロードキャリア２に固定的にねじ止めされてもよい。

【0071】

ソノトロード３および／またはソノトロードキャリア２の接触面５は、例えば、好ましくは研削またはフライス加工によって機械加工されてもよい。

【0072】

ソノトロード３が、多くの場合そうであるように、ソノトロードキャリア２よりも硬い材料で作られている場合、１つまたは複数の粗面化されたセクション１４を含む摩擦増加構造がソノトロード３上に生成されるべきである。したがって、（より柔らかい）ソノトロードキャリア２への構造の浸透が単純化される。しかしながら、逆の場合も可能である。構造は、従来は装着部分であったソノトロード３を交換することによって実質的に同時に更新することができる。

【0073】

ソノトロードキャリア２がソノトロード３と同様の硬度を有する場合、構造は、例えばソノトロード３でのレーザ処理によって生成され得、その結果、ソノトロード３の硬度が局所的に増加する。

【0074】

構造は、接触面５における均一な圧力プロファイルが生成されるように具現化されるべきである。構造はさらに、ソノトロード３が振動状態でソノトロードキャリア２の接触面５に適切に接続されたままであるように具体化されるべきである。この意味で適切な構造は、一方または両方の接触面５のブラスト加工、レーザ加工、および／または浸食によって生成され得る。

【0075】

「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの用語は、他の要素またはステップを排除するものではなく、「ａ」などの不定冠詞は、複数を排除するものではないことを最後に指摘しておくべきである。上記の実施形態のうちの１つを参照して説明された特徴またはステップはまた、上記の実施形態のうちの他のものを参照して説明された特徴またはステップと組み合わせて使用されてもよいことがさらに指摘されるべきである。特許請求の範囲における符号は、限定と見なされるべきではない。

【符号の説明】

【0076】

１ 超音波溶接装置
２ ソノトロードキャリア
３ ソノトロード
４ ねじ
５ 接触面
６ コンバータ
７ ブースタ
８ 基体
９ 屈曲アーム
１０ アンビル
１１ ワークピース
１２ ソノトロードキャリア開口部
１３ ソノトロード開口部
１４ 粗面化されたセクション
１５ 平面隆起部
１６ ストライプパターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2022-10-18

【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】

超音波溶接装置（１）であって、
ソノトロード（３）と、
前記ソノトロード（３）の超音波振動を生じさせるように形成されたソノトロードキャリア（２）と、を含み、
前記ソノトロード（３）および前記ソノトロードキャリア（２）がいずれも接触面（５）を有し、前記接触面（５）のうちの少なくとも１つが、少なくとも部分的に粗面化されており、
少なくとも部分的に粗面化された前記接触面（５）の粗面化されたセクション（１４）が、少なくとも２．０μｍの平均粗さ深さＲ _ｚ および／または少なくとも０．３μｍの算術平均粗さ値Ｒ _ａ を有し、
前記平均粗さ深さＲ _ｚ が多くとも１４μｍであり、および／または前記算術平均粗さ値Ｒ _ａ が多くとも３．０μｍであり、
前記接触面（５）が互いに押し付けられるように、前記ソノトロード（３）が前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結され、
前記ソノトロード（３）が、基体（８）と、前記基体（８）から突出する少なくとも１つの屈曲アーム（９）と、を含む屈曲共振器として具現化され、
前記ソノトロード（３）が前記基体（８）を介して前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結され、前記基体（８）が前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）を含む、
超音波溶接装置（１）。

【請求項2】

前記ソノトロード（３）が、少なくとも１つのねじ（４）を介して前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結される、
請求項１に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項3】

前記ねじ（４）が前記ソノトロード（３）のソノトロード開口部（１３）内に導入され、前記ソノトロード開口部（１３）が前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、および／または
前記ねじ（４）が前記ソノトロードキャリア（２）のソノトロードキャリア開口部（１２）内に導入され、前記ソノトロードキャリア開口部（１２）が、前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）によって少なくとも部分的に取り囲まれる、
請求項２に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項4】

前記ソノトロード開口部（１３）が、前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）によってリング状および／またはリングセグメント状に取り囲まれ、および／または
前記ソノトロードキャリア開口部（１２）が、前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）によってリング状および／またはリングセグメント状に取り囲まれる、
請求項３に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項5】

前記ソノトロード開口部（１３）が、前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）の少なくとも１つのリング状および／またはリングセグメント状の粗面化されたセクション（１４）によって取り囲まれ、および／または
前記ソノトロードキャリア開口部（１２）が、前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）の少なくとも１つのリング状および／またはリングセグメント状の粗面化されたセクション（１４）によって取り囲まれる、
請求項３または４に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項6】

前記接触面（５）のうちの少なくとも１つが、いくつかのストライプ状の粗面化されたセクション（１４）で構成されたストライプパターン（１６）を含む、
請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項7】

前記ストライプパターン（１６）の前記粗面化されたセクション（１４）が、互いに平行に配置される、
請求項６に記載の超音波溶接装置（１）。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）用のソノトロード（３）を製造するための方法であって、
前記ソノトロード（３）を処理される状態で提供するステップであって、このとき、前記ソノトロード（３）が、基体（８）と、前記基体（８）から突出する少なくとも１つの屈曲アーム（９）と、を含む屈曲共振器として具現化され、前記ソノトロード（３）が前記基体（８）を介して前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結され、前記基体（８）が前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）を含む、ステップと、
前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）を少なくとも部分的に粗面化するために前記ソノトロード（３）を処理するステップであって、このとき、少なくとも部分的に粗面化された前記接触面（５）の粗面化されたセクション（１４）が、少なくとも２．０μｍの平均粗さ深さＲ _ｚ および／または少なくとも０．３μｍの算術平均粗さ値Ｒ _ａ を有し、前記平均粗さ深さＲ _ｚ が多くとも１４μｍであり、および／または前記算術平均粗さ値Ｒ _ａ が多くとも３．０μｍである、ステップと、を含む方法。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波溶接装置（１）用のソノトロードキャリア（２）を製造するための方法であって、
前記ソノトロードキャリア（２）を処理される状態で提供するステップであって、このとき、前記ソノトロードキャリア（２）は、前記ソノトロードの超音波振動を生じさせるように形成されたものであり、前記ソノトロード（３）が、基体（８）と、前記基体（８）から突出する少なくとも１つの屈曲アーム（９）と、を含む屈曲共振器として具現化され、前記ソノトロード（３）が前記基体（８）を介して前記ソノトロードキャリア（２）に交換可能に締結され、前記基体（８）が前記ソノトロード（３）の前記接触面（５）を含む、ステップと、
前記ソノトロードキャリア（２）の前記接触面（５）を少なくとも部分的に粗面化するために前記ソノトロードキャリア（２）を処理するステップであって、このとき、少なくとも部分的に粗面化された前記接触面（５）の粗面化されたセクション（１４）が、少なくとも２．０μｍの平均粗さ深さＲ _ｚ および／または少なくとも０．３μｍの算術平均粗さ値Ｒ _ａ を有し、前記平均粗さ深さＲ _ｚ が多くとも１４μｍであり、および／または前記算術平均粗さ値Ｒ _ａ が多くとも３．０μｍである、ステップと、を含む方法。

【請求項10】

前記処理が、レーザ処理および／またはブラスト剤によるブラスト加工による機械的処理を含む、
請求項８または９に記載の方法。

【手続補正書】

【提出日】2024-06-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

本発明の第１の態様は、請求項１に記載の超音波溶接装置に関する。超音波溶接装置は、少なくとも１つのソノトロードと、ソノトロードの超音波振動を引き起こすように形成されたソノトロードキャリアとを含む。ソノトロードおよびソノトロードキャリアは、いずれも、以下で結合面とも呼ばれる接触面を有する。接触面の少なくとも１つは、少なくとも部分的に粗面化される。ソノトロードは、接触面が互いに押し付けられるようにソノトロードキャリアに交換可能に締結される。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

本発明の第２の態様は、上述および後述するように、超音波溶接装置用のソノトロードを製造するための、請求項８に記載の方法に関する。この方法は、処理される状態のソノトロードを提供する少なくとも１つのステップと、ソノトロードの接触面を少なくとも部分的に粗面化するために、ソノトロードを処理するステップとを含む。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

本発明の第３の態様は、上述および後述するように、超音波溶接装置用のソノトロードキャリアを製造するための、請求項９に記載の方法に関する。方法は、処理される状態のソノトロードキャリアを提供する少なくとも１つのステップと、ソノトロードキャリアの接触面を少なくとも部分的に粗面化するためにソノトロードキャリアを処理するステップと、を含む。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0037】

少なくとも部分的に粗面化された接触面の粗面化されたセクションは、粗面化されたセクションの平均粗さ深さＲ_ｚが２、０μｍより大きく、および／または粗面化されたセクションの算術平均粗さ値Ｒ_ａが０．３μｍより大きいことを特徴とする粗さを有する。このようなより低いしきい値は、試験において特に実用的であることが示されている。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0038】

平均粗さ深さＲ_ｚは、１４μｍより小さい。追加的または代替的に、算術平均粗さ値Ｒ_ａは、３．０μｍより小さい。そのような上限しきい値は、試験において特に実用的であることが示されている。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0041】

ソノトロードは、基体と、基体から突出する少なくとも１つの屈曲アームとを含む屈曲共振器として具現化される。ソノトロードは、基体を介してソノトロードキャリアに交換可能に締結されてもよく、基体はソノトロードの接触面を含んでもよい。これは、ソノトロードが励起されて横振動を行う、すなわち振動状態で波線状に弾性変形するという効果を有する。この場合、ソノトロードは、仮想ゼロ線に対するそれらの偏向が０であるかまたは無視できるほど小さいゼロ交差点とも呼ばれるいくつかの点を有することができる。この実施形態は、アクセスが困難なワークピースであっても溶接することを可能にする。

【国際調査報告】