超声振动传输机构的保持结构的制作方法

本发明涉及对在超声焊接装置中承载超声传输的超声振动传输机构的保持结构的改进，其中，超声焊接装置通过向工件施加超声波来对那些工件进行焊接。

背景技术：

现有技术中已知的超声焊接装置是下述装置：该装置由转换器(超声波振荡器)将来自超声波发生器的超声波电能转换成机械振动能量并且将这种机械振动能量在用变幅杆增幅之后供给至超声振动传输器(超声波焊头)；在焊头处机械振动产生谐振之后，利用赋予工件的这种谐振的机械振动能量在工件上产生摩擦热，从而通过工件上产生的摩擦热来焊接工件。这些超声焊接装置落入到实施塑料焊接的那些装置和实施金属焊接的那些装置的分类中。此外，超声振动传输机构(超声堆)由上述超声焊接装置中的变幅杆和焊头构成。超声振动传输器结构(超声堆)还可以包括将转换器添加至变幅杆和焊头的构型。

在现有技术中已经根据超声振动传输器结构(超声堆)用于塑料焊接还是金属焊接提出了关于保持该超声振动传输器结构(超声堆)的结构的各种类型的构型。

然而，在上述超声振动传输器中的金属表面上不存在振动零点并且整个表面振动。被称为节点的振动零点仅存在于轴向一点(简单地说，焊头材料内部)上，并且在所有方向、即轴向方向和直角方向上振动为零。一般地，该振动零点被称为轴向肩部；然而，表面的凸起振动量处于最大。该量对于焊头形状而言是增加的，并且具有与泊松比有关的较大振幅，因为在控制圆柱杆的情况下直径大并且在片材的情况下片材厚。因此，超声振动传输机构的保持件即使通过使用肩部也不易操作；因此，先前已经提出了各种保持方法。

如专利参考文献2的段落[0040]和段落[0041]中所讨论的，用于塑料焊接的超声振动传输机构的代表性保持结构提出了一种保持结构，该保持结构将凸缘以统一的方式布置在焊头或变幅杆上、使用弹性构件比如橡胶o型环或耐热塑料板、并且通过借助于该弹性构件插入凸缘的一个面或两个面来将焊头或变幅杆保持在支撑框架中。该保持结构必须是利用轴向一点支撑将焊头或变幅杆保持在支撑框架中的结构。这意味着，保持位置为单个轴向位置，并且在被支撑在该保持位置的情况下，即使用多个支撑框架暂时支撑该位置的构型也被称为一点支撑。作为超声振动传输机构的轴向一点支撑的保持结构的另一示例提出了下述保持结构：该保持结构将s形凸缘布置在变幅杆中并且由该s形凸缘将该变幅杆保持在框架中(专利参考文献3、专利参考文献4)。

图7是示出了具有上述现有技术的s形凸缘的典型保持结构的斜视图。图8是示出了具有s形凸缘的典型保持结构的侧视图。在图7和图8中，焊头50具有规定长度，并且焊头50在其大致中间、图7中示出的顶侧和图8中示出的顶侧上形成为矩形柱；在图7中示出的底侧和图8中示出的底侧在规定长度内从大致中间渐缩时，该焊头50在达到规定厚度之后呈现均匀的厚度。如图7和图8所示，在焊头50的大致中间处布置有s形凸缘60。焊头50借助于s形凸缘构造成保持结构，其中，该s形凸缘被牢固地保持在附图中未示出的保持件上。

另一方面，对于用于金属焊接的超声振动传输机构的保持结构而言，由这种塑料板状弹性构件支撑是不够的，因此，借助于金属接触的保持件是期望的。然而，即使通过金属接触保持元件，也需要弹簧结构来吸收保持件上的凸起振动。为此，有必要在将保持件附接至致动器之后减少振动泄漏。在不存在金属接触的情况下，通常在轴向分离的两个位置处存在支撑件，使得焊头上所增加的压力(增加到工件上的压力)的方向为与轴向方向相反的直角方向。

具体地，如专利参考文献5中所提到的，提出了一种保持结构，该保持结构通过支撑构件在焊头(谐振器)上发生振动的腹部的两个位置中、即处于焊头上的超声波振荡的一个波长距离处的两个腹部位置上固定至支撑件，并且如专利参考文献6中所提到的，提出了一种构型，该构型通过在处于变幅杆上的两个腹部位置上、即处于变幅杆上的超声波振荡的半波长距离处的两个腹部位置上插入被称为隔膜的盘状金属平板构造。

如专利参考文献7中所述的，提出了一种保持结构，该保持结构将s形弹簧结构布置在超声波焊头的零振幅(半波长的长度)的附近并且该保持结构通过这种s形弹簧结构固定至框架。

此外，如专利参考文献8中所述的，提出了一种保持结构，该保持结构将变幅杆布置在焊头后方的一个波长处，并且该保持结构经由处于相应的后部变幅杆的肩部【定位在一个半波长(1.5波长)的位置处】上的凸缘保持至支撑件。

上述保持结构中的每个保持结构提出了将焊头或变幅杆保持在以半波长或1.5波长轴向分离的两个位置处的构型。

现有技术参考文献

专利参考文献

专利参考文献1专利no.2984225

专利参考文献2专利公开(kokai)no.2001-334494

专利参考文献3美国专利2013/0306219

专利参考文献4专利no.5167129

专利参考文献5专利公开(kokai)no.s49-2753

专利参考文献6专利no.2915340

专利参考文献7专利no.3373810

专利参考文献8专利no.2911394

技术实现要素：

本发明试图解决的问题

在上述现有技术的超声振动焊接装置中的轴向一点支撑的保持结构不管该超声振动焊接装置是用于金属焊接还是用于塑料焊接，都具有在轴向方向和直角方向上刚度低的缺点。

此外，借助于多个支撑构件在一点支撑位置中的支撑作为轴向一点支撑的保持结构中的另一保持结构具有在与横向轴向方向相反的直角方向上刚度不足的缺点，这是因为支撑构件所在侧的刚度低。

此外，现有技术的超声振动焊接装置中存在下述缺点：当构型变得更大时保持结构保持在处于一个波长焊头上的振动腹部的两个位置中，从而使一个波长的焊头是必要的。

然后，现有技术的超声振动焊接装置中的另一个缺点在于，构型以与上述两个位置保持结构相似的方式变得更大，由于为了使在处于变幅杆上的相距半个波长的两个位置中的保持结构支撑对于轴向方向和直角方向上的增加压力具有有效刚度，有必要对于变幅杆上的两个位置设置保持件。

现有技术的超声振动焊接装置的缺点在于，构型以与其他上述两个位置保持结构相似的方式变得更大，因为支撑在焊头上的相距半个波长的两个位置中的保持结构会发生其他干涉。

为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的是设计有效的振动传输和增强的保持刚度；提出一种用于超声振动传输机构的保持结构，该保持结构可以避免对结构部件的损坏。即，该保持结构具有处于两个位置中、即超声波焊头的腹部和肩部中的薄片连接件；该保持结构借助于薄片连接件吸收肩部的凸起振动和纵向振动的弯曲振动；并且，在朝向保持块的空间中不存在凸起振动和弯曲振动的振动泄漏。一般地，制造保持结构本身使用了填丝工艺(wireprocess)，在该填丝工艺期间用于支撑件的距离为1/4波长。此外，保持件被制造成与主体成为单件，所以通过缩短支撑部件与焊接工的距离，可以实现金属焊接应用和高压塑料焊接应用二者，从而全面地提高了保持刚度；此外，没有必要借助于变幅杆来保持。

薄片连接件的厚度与对于保持件的振动泄漏和静压刚度有关。如果薄片连接件越薄，则振动泄漏越少，并且静压刚度越小；相反地，如果薄片连接件越厚，则振动泄漏越多，并且静压刚度越大。薄片连接件的厚度是考虑实际增加的静压而确定的。

用于解决问题的方法

为了实现上述目的，根据本发明的权利要求1的超声振动焊接装置中的超声振动传输机构的保持结构包括焊头本体、保持件以及两个连接件，该焊头本体形成为规定长度的实心体，该保持件使焊头本体面向中心，所述两个连接件设置在焊头本体上的不同轴向位置以保持焊头本体与各个保持件之间间隔开，焊头本体、保持件和两个连接件制成为单件，其中，该超声振动焊接装置可以通过将超声波机器的振动能量从与超声振动发生谐振的焊头施加至工件而利用在该工件上产生的摩擦热来焊接工件。该保持结构构造成借助于在位于焊头本体的一个边缘上的第一位置中的薄片连接件来保持焊头本体与保持件之间间隔开并且借助于在位于另一边缘上的与所述一个边缘分开规定距离的第二位置中的薄片连接件来保持焊头本体与保持件之间间隔开；焊头本体然后由各个保持件固定至保持元件。

根据本发明的权利要求2的超声振动传输机构的保持结构为权利要求1所述的保持结构，其中，焊头本体的长度约为所施加的超声波的波长的一半；位于焊头本体的一个边缘上的第一位置处在当超声波施加至焊头本体时位于焊头上的腹部区域中，并且平直薄片连接件在焊头本体与各个保持件之间置于上述位置的下方；位于另一个边缘上的与所述一个边缘分开规定距离的第二位置处在位于焊头上的肩部区域中，并且s形薄片连接件在肩部区域处置于焊头本体与各个保持件之间。

根据本发明的权利要求3的超声振动传输机构的保持结构为权利要求1和权利要求2所述的保持结构，其中，上述s形薄片连接件以比所传输的超声波的波长的5/100小的规定厚度构造，平直薄片连接件以比所传输的超声波的波长的3/100小的规定厚度构造，并且各个保持件的平直表面平行于纵向振动的超声波的波面布置。

根据本发明的超声振动传输机构的保持结构，超声振动传输元件在超声振动传输器传播的纵向振动超声波的传播方向上利用超声振动传输器上的上述两个不同位置中的薄片连接件而固定至保持元件；因此，该保持结构具有以下效果：

(1)因为焊头和相应的薄片连接件被制成为一体，即使在焊头以低频率振动的情况下，也可以控制振动，在节点部分没有凸起，并且除了控制摩擦之外，可望获得稳定的焊接。

(2)有利的是，在轴向方向和直角方向上的刚度高，因为焊头通过保持构件由焊头的腹部上的平直薄片连接件并且由处于焊头的肩部处的s形薄片连接件来保持。

另外，与现有技术的借助于多个支撑构件支撑在一点支撑位置处的保持结构相比，可以使横向轴向方向和直角方向的刚度足够增强。

(3)与现有技术的具有腹部-腹部保持件(专利参考文献6中的图8)和肩部保持件(专利参考文献7)的保持结构相比，该保持结构的构型被有效地小型化。

此外，与支撑在焊头的半波长距离的两个位置中的保持结构相比，另一优点在于，该保持结构不仅不会发生其他干涉而且结构可以更小。

特别地，当把本发明与从现有技术已知的轴向一点支撑相比较时，不管是否由金属接触进行接触，即使对于轴向方向和平行方向的所增加的压力的刚度相同，另一个优点也在于，对于轴向方向和直角方向具有高刚度。即使如专利参考文献2中所述的，在距末端和轴向方向的位置中增加了支撑位置，对于侧部的轴向方向和直角方向的刚度也是不足的。此外，与专利参考文献5中的图11中示出的间隔一段距离的两个位置支撑相比，增加轴向和直角方向压力的刚度是有利的。由于用于变幅杆元件的保持件不是必需的，因此整个长度可以相应地被缩短。

当与处于专利参考文献7中的一个波长焊头的两侧的支撑件相比时，另一个优点在于，在制造装配线上不存在其他干涉，可以极大地节省空间。

在专利参考文献1中的节点支撑的情况下，当将焊接期间的振动限制成超声波时，观察到均匀的效果。然而，由于工作谐振，在低频率工作的情况下，难以完全地控制振动。因此，产生焊头与节点部件的凸起，并且无法避免摩擦。

另一方面，在本发明中，由于薄片连接件和焊头为单件，即使当焊头以低频率振动时，也可控制振动并且可望获得稳定的焊接。

附图说明

图1是示出了关于本发明的实施方式的保持结构和超声振动传输器的斜视图。

图2是示出了关于本发明的实施方式的保持结构和超声振动传输器的平面图。

图3是示出了关于本发明的实施方式的保持结构和超声振动传输器的侧视图。

图4是典型地示出了关于本发明的实施方式的保持结构的斜视图。

图5是典型地示出了关于本发明的实施方式的保持结构的侧视图。

图6是示出了关于本发明的另一实施方式的保持结构的斜视图。

图7是示出了现有技术的超声振动焊接装置中的超声振动传输机构的保持结构的斜视图。

图8是示出了现有技术的超声振动焊接装置中的超声振动传输机构的保持结构的侧视图。

具体实施方式

将参照包括图1至图3的图4和图5对保持结构2进行描述。保持结构2如下所述。即，焊头本体51与保持件7x之间的空间由处于焊头本体51的一个边缘上的第一位置pb处的薄片连接件6b来保持，焊头本体51与保持件7y之间的空间由处于焊头本体51的一个边缘上的第一位置pb处的薄片连接件6b来保持，并且保持结构2具有下述结构：该结构由在另一个方向上的边缘上的与焊头本体51的边缘分开规定距离的第二位置处的第二薄片连接件6a来保持焊头本体51与保持件7x之间间隔开并且由处于另一个方向上的边缘上的与焊头本体51的边缘分开规定距离的第二位置处的第二薄片连接件6a来保持焊头本体51与保持件7y之间间隔开，焊头本体51由保持件7x固定至保持构件8且由保持件7y固定至保持构件8。

用于实现本发明的实施方式

下面将参照附图对本发明的实施方式进行描述。

图1至图5是示出了关于本发明的实施方式的保持结构和超声振动传输器的说明性附图。

附图中的图1至图3示出了超声振动焊接装置中的超声振动传输机构1和保持结构2。在附图中，超声振动传输机构1由超声波振荡器(转换器)3、与转换器3布置在同一轴线上的变幅杆4以及与变幅杆4布置在同一轴线上的超声振动传输器(焊头)5组成。如图1和图3所示，保持结构2将超声振动传输器(焊头)5固定至保持构件8。

将参照图4和图5还包括图1至图3对保持结构2进行描述。保持结构2如下所述。即，焊头本体51与保持件7x之间的空间由处于焊头本体51的一个边缘上的第一位置pb处的薄片连接件6b来保持，焊头本体51与保持件7y之间的空间由处于焊头本体51的一个边缘上的第一位置pb处的薄片连接件6b来保持，并且保持结构2具有下述结构：该结构由在另一个方向上的边缘上的与焊头本体51的边缘分开规定距离的第二位置处的第二薄片连接件6a来保持焊头本体51与保持件7x之间间隔开并且由处于另一个方向上的边缘上的与焊头本体51的边缘分开规定距离的第二位置处的第二薄片连接件6a来保持焊头本体51与保持件7y之间间隔开，焊头本体51由保持件7x固定至保持构件8且由保持件7y固定至保持构件8。

为了进一步描述，超声振动传输器(焊头)5具有焊头本体51，其中，该焊头本体51形成为具有规定长度的立体形状(相应的柱状形状)。该焊头本体51构造成与面向焊头本体51中心的保持件7x、7y以及两个薄片连接件6a、6b成为单件，其中，两个薄片连接件6a、6b布置在焊头本体51的不同轴向位置pa、pb处，以便保持焊头本体51与保持件7x、7y之间间隔开。

焊头本体51形成为成直角的平行六面体且长度约为超声波的一个波长λ的一半(λ/2)。在超声波施加至焊头本体51时，位于焊头本体51的一个端部上的第一位置pb处于焊头本体51的腹部位置上，并且平直薄片连接件6b置于焊头本体51的上述腹部与相应的保持件7x之间且平直薄片连接件6b置于焊头本体51的上述腹部与相应的保持件7y之间。

此外，保持件7x和保持件7y分别被构造如下。即，保持件7x和保持件7y分别以所使用的超声波振荡的约λ/4的长度形成且呈矩形柱的形状，该矩形柱具有规定体积下的规定重量；保持件7x可以构造成固定保持元件8，或保持件7y可以构造成固定保持元件8。

在另一个端部处的与焊头本体51的上述端部分开规定距离的第二位置pa处于焊头本体51的肩部位置处；s形薄片连接件6a在肩部处被置于焊头本体51与保持件7x之间且s形薄片连接件6a在肩部处被置于焊头本体51与相应的保持件7y之间。

现在将进一步对保持结构2进行描述。超声振动传输器(焊头)5传输纵向振动的超声波，并且如图4和图5所示，超声振动传输器(焊头)5具有焊头本体51，该焊头本体51的长度约为超声振动的一个波长λ的一半。焊头本体51直到第二位置pa附近具有矩形柱形状，第二位置pa所处的边缘与超声波输入侧边缘处的第一位置pb、即焊头本体51的另一边缘的位置间隔λ/4的距离。从图4和图5观察到，焊头本体51从第二位置向下渐缩规定长度lc，并且焊头本体51在规定长度ld上从该规定长度lc直到另一侧上的末端具有均匀厚度d。

在超声输入端的边缘的第一位置处，在超声振动输入到焊头时该第一位置成为位于焊头本体51上的驻波的腹部位置。此外，在第二位置pa处，在超声振动输入到焊头时，该第二位置pa成为位于焊头5上的驻波的肩部位置。即，第一位置和第二位置在焊头5的焊头本体51上具有λ/4的关系。

s形连接件6a构造成呈相应s形且规定厚度小于超声波的一个波长λ的约5/100；各个s形薄片连接件6a的平面形成与纵向振动的超声波的波面平行的配置。纵向振动的超声波在传输方向上密集地传播。

类似地，平直薄片连接件6b构造成其规定厚度小于所传输的超声波的一个波长λ的约3/100的平板，并且平直薄片连接件6b的平板表面平行于纵向振动的超声波的波面。

利用配备有如此构造的保持结构2和超声振动传输机构1的超声振动焊接装置，将待焊接的零件(工件)w1、w2装载在工件装载砧座9上，降低超声振动传输机构1，以增大的压力将待焊接的零件(工件)w1、w2保持在焊头5的末端与砧座9之间，并且因此，通过将超声振动施加至焊头5来将工件焊接到一起。

现在，超声振动焊接装置操作如下。即，来自超声振动发生器(附图中未示出)的超声电能在转换器(超声波振荡器)3中转换成机械振动能量。该机械振动能量在由变幅杆4增幅之后供给至超声振动传输器(焊头)5。在超声振动传输器(焊头)5以机械振动谐振之后，该谐振的机械振动能量施加至工件。因此，在位于焊头5的末端与砧座9之间的待焊接的零件(工件)w1、w2上产生摩擦热。待焊接的零件(工件)接着通过在这些待焊接的零件(工件)w1、w2上产生的摩擦热而被焊接到一起。以这种方式，通过将来自与超声振动发生谐振的超声振动传输器(焊头)5的超声机械振动能量施加至待焊接的零件(工件)w1、w2而在待被焊接的零件(工件)w1、w2上产生的摩擦热，待焊接的零件(工件)w1、w2可以被焊接。

另外，超声振动传输器(焊头)5被制成包括焊头本体51、薄片连接件6a、6b以及保持件7x、7y的单件；由于其中在λ/4位置处放置薄片连接件6a、6b的构型，超声振动传输器(焊头)5可以在机械强度增强的情况下被牢固地保持。

利用如上构造的超声振动传输机构的保持结构，超声振动传输器(焊头)5形成在超声波的波长的约一半的焊头本体51上，相应的薄片连接件6a放置在焊头本体51的第二位置pa上且相应的薄片连接件6b放置在焊头本体51的第一位置pb上，焊头本体51、薄片连接件6a、6b和保持件7x、7y被制成为单件，保持件7x固定至保持元件8且保持件7y固定至保持元件8，并且薄片连接件6a、6b的平直表面平行于纵向振动的超声波的波面布置；因此，表现出下述良好的效果。

首先，由于实施方式采用了这种构型，因此超声振动传输器的保持刚度得以增强。

另外，由于实施方式采用了这种构型，因此超声振动传输器的耐受载荷与现有技术的超声振动传输器的耐受载荷相比得以增强。

此外，由于实施方式采用了这种构型，因此即使在超声振动传输器上具有横向载荷，对包括超声振动传输器的超声振动传输机构施加的位移也很少。

图6是示出了根据本发明的另一实施方式的超声振动机构的保持结构的说明性视图。对于与图1至图5中所示出的超声振动传输机构的保持结构相同的构型元件使用相同的附图标记，详细描述可以简明扼要。

如图6所示，根据本发明的该另一实施方式的超声振动传输机构1x的保持结构2x以下述形式被制成为单件：其中，具有与上述实施方式完全相同的保持结构的第一超声振动传输器(焊头)5a的末端pc和具有与上述实施方式完全相同的保持结构的第二超声振动传输器(焊头)5b的末端pd抵靠彼此放置。在该超声振动传输机构1x中，第一超声振动传输器(焊头)5a的末端pc和第二超声波振动传输器(焊头)5b的末端pd通过抵靠彼此放置而被制成为单件。对应于第一超声波振动传输器(焊头)5a和第二超声波振动传输器(焊头)5b邻接的点的部分55为操作点；超声机械振动能量从部分55供给至工件。

随后，超声振动传输器(焊头)5a和超声振动传输器(焊头)5b的组合长度为所使用的超声波的一个波长λ。超声振动传输器(焊头)5a的第一位置pb和超声振动传输器(焊头)5b的第一位置pb为振幅的腹部部分，超声振动传输器(焊头)5a的第二位置pa和超声振动传输器(焊头)5b的第二位置pa为振幅的肩部部分，并且与第一超声振动传输器(焊头)5a和第二超声振动传输器(焊头)5b邻接的点相对应的部分55为振幅的腹部部分。

超声振动传输器(焊头)5a具有下述构型：在该构型中，焊头本体511、保持件7ax、7ay和两个薄片连接件6aa、6ab被制成为单件，保持件7ax、7ay在焊头本体511的一个边缘上面向焊头本体511的中心，所述两个薄片连接件6aa、6ab布置在焊头本体511的不同轴向位置paa、pab处以保持焊头本体511与保持件7ax、7ay之间间隔开；类似地，超声振动传输器(焊头)5b也具有下述构型：在该构型中，焊头本体511、保持件7bx、7by和两个薄片连接件6ba、6bb被制成为单件，保持件7bx、7by在焊头本体511的另一个边缘上面向焊头本体511的中心，所述两个薄片连接件6ba、6bb布置在焊头本体511的不同轴向位置pba、pbb处以保持焊头本体511与保持件7bx、7by之间间隔开。

根据本发明的另一实施方式的超声振动传输机构1x的这种保持结构2x将薄片连接件6a、6a和保持件7x、7y布置在焊头本体的两侧，并且将薄片连接件6a、6a和保持件7x、7y布置成分别面向焊头本体511的中心；因此，获得下述效果。

借助于本发明的该另一实施方式的超声振动传输机构的保持结构，由于在本体的两侧上都具有保持结构，超声振动传输器的保持刚度得以增强。

此外，借助于本发明的该另一实施方式的超声振动传输机构的保持结构，超声振动传输器的耐受载荷与现有技术的超声振动传输器的耐受载荷相比得以增强。

此外，借助于本发明的该另一实施方式的超声振动传输机构的保持结构，即使在超声振动传输器上具有横向载荷，对包括超声振动传输器的超声振动传输机构施加的位移也很少。

附图标记说明

1、1x超声振动传输机构

2、2x保持结构

3转换器

4变幅杆

5焊头

51、511焊头本体

6a、6b、6aa、6ab、6ba、6bb薄片连接件

7x、7y、7ax、7ay、7bx、7by保持件

8保持构件