JP2015116602A - 超音波振動接合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】重ね合わされた複数のシート状部材の上方の空間が従来よりも狭い場合でも、当該空間に共振器の押圧面を配置することができるコンパクトな構成の超音波振動接合装置を提供する。【解決手段】中心軸Cの各シート状部材Sへの投影線が各シート状部材Sに形成される接合箇所の軌跡に重ならないように、押圧方向Zに対して中心軸Cを傾斜した状態で共振器31は支持手段33により支持される。したがって、重ね合わされた複数のシート状部材Sの上方の空間が従来よりも狭い場合でも、押圧方向Zに対してその中心軸Cが傾斜した状態で支持手段33に支持された共振器31の先端に設けられた押圧面35aを当該空間に差し込んで配置することができる、コンパクトな構成の超音波振動接合装置1を提供することができる。【選択図】図1
Description
本発明は、超音波振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を所定の押圧方向に押圧して接合する技術に関する。
従来、アルマイト箔、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔などの金属箔から成るシート状部材や、ポリエチレン(PE)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの樹脂シートから成るシート状部材が複数重ね合わされて形成される積層体が、ライン状にシームレス接合される技術が知られている。すなわち、共振器の回転中心である中心軸がその中心となるように共振器に一体形成された円板状の接合作用部の外周面により形成される押圧面と、ステージのバックアップ面との間に、重ね合わされた複数のシート状部材が挟持され加圧された状態で、共振器が超音波振動することにより接合作用部の押圧面から各シート状部材に超音波振動が印加される。このとき、共振器がその中心軸を回転中心として回転することにより一緒に回転する円板状の接合作用部の押圧面によって、周方向に移動する接合作用部の押圧面に従動するように移動する複数のシート状部材の積層体がライン状に押圧されることにより、重ね合わされた複数のシート状部材がライン状に接合される(例えば特許文献1)。
図12に示す従来の超音波振動接合装置500の一例では、振動子に連結された共振器501がホルダ502(支持手段)により支持されている。また、共振器501は、その中心軸を回転中心として回転自在にホルダ502により支持される。また、共振器501の最大振幅点に相当する先端位置に、共振器501の回転中心がその中心となるように円板状の接合作用部503が一体形成されている。なお、ホルダ502には共振器501を回転駆動するモータ(図示省略)が設けられており、共振器501は、必要に応じてモータにより回転駆動される。また、共振器501を支持するホルダ502は、エアシリンダ等のアクチュエータを備える加圧昇降機構504(加圧手段)により支持されている。また、共振器501(ホルダ502)は、加圧昇降機構504により同図中の矢印方向に駆動される。
また、円板状の接合作用部503の外周面により形成される押圧面503aの下方に搭載台505が配置されている。また、搭載台505の上面(バックアップ面)に、複数のシート状部材が重ね合わされた状態で載置される。なお、搭載台505は、図示省略されたガイドレール等のガイド機構により、超音波振動接合装置500の装置本体に対し紙面に向って奥側および手前側の方向に移動可能に設けられている。
このように構成された超音波振動接合装置500では、搭載台505の上面に複数のシート状部材の積層体が載置された状態で、加圧昇降機構504により駆動されたホルダ502が下降する。そして、接合作用部503の押圧面503aと搭載台505の上面との間に複数のシート状部材の積層体が挟持されて加圧される。この状態で共振器501が超音波振動することにより、接合作用部503の押圧面503aから各シート状部材に超音波振動が印加される。このとき、ホルダ502に設けられたモータにより共振器501(接合作用部503)が回転駆動されると共に、周方向に移動する接合作用部503の押圧面503aに従動するように搭載台505(複数のシート状部材の積層体)が移動することにより、接合作用部503の押圧面503aによって、複数のシート状部材の積層体がライン状に接合される。
図13に示す従来の超音波振動接合装置500の他の例では、振動子に連結された共振器511の両側が、ホルダ512により共振器511がその中心軸を回転中心として回転することができるように支持されている。また、共振器511の最大振幅点に相当する中央位置に、共振器511の回転中心がその中心となるように円板状の接合作用部513が一体形成されている。また、共振器511の両側を支持するホルダ512は、エアシリンダ等のアクチュエータを備える加圧昇降機構514により支持されている。
図13に示す超音波振動接合装置500では、加圧昇降機構514により駆動されてホルダ512が下降することにより、接合作用部513の外周面により形成される押圧面513aと、搭載台505の上面との間に複数のシート状部材の積層体が挟持されて加圧される。このとき、共振器511が超音波振動した状態で、ホルダ512に設けられたモータにより共振器511(接合作用部513)が回転駆動されることにより、図12に示す例と同様に、接合作用部513の押圧面513aによって、複数のシート状部材の積層体がライン状に接合される。
ところで、図12および図13に示す例では、各共振器501,511の断面形状よりも大径の円板状の接合作用部503,513を、各シート状部材の積層体が載置される搭載台505の上方に配置しなければならない。したがって、搭載台505の上方に大きなスペースが必要であり、装置が大掛かりになるという問題があった。
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、重ね合わされた複数のシート状部材の上方の空間が従来よりも狭い場合でも、当該空間に共振器の押圧面を配置することができるコンパクトな構成の超音波振動接合装置を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明にかかる超音波振動接合装置は、超音波振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を所定の押圧方向に押圧して接合する超音波振動接合装置において、バックアップ面を有するバックアップ部材と、振動子に連結されて該振動子の振動に共振して超音波振動する先端に曲面状の押圧面を有する棒状の共振器と、前記共振器を支持する支持手段と、前記支持手段を前記押圧方向に移動させて、前記共振器の前記押圧面により前記各シート状部材を前記バックアップ面に対して前記押圧方向に押圧する加圧手段と、前記各シート状部材を前記押圧面に対して前記押圧方向にほぼ直交する方向に相対的に移動させる移動手段とを備え、前記支持手段は、前記共振器の中心軸の前記各シート状部材への投影線が、前記移動手段による移動に伴い前記各シート状部材に形成される接合箇所の軌跡に重ならないように、前記押圧方向に対して前記中心軸を傾斜した状態で前記共振器を支持することを特徴としている。
本発明によれば、振動子に連結されて該振動子の振動に共振して超音波振動する先端に曲面状の押圧面を有する棒状の共振器が支持手段により支持される。また、共振器を支持する支持手段が加圧手段により駆動されて押圧方向に移動することにより、共振器の押圧面により各シート状部材がバックアップ面に対して押圧方向に押圧される。この状態で、各シート状部材が移動手段により共振器の押圧面に対して押圧方向にほぼ直交する方向に相対的に移動することにより、各シート状部材に、押圧面により接合された接合箇所の軌跡が形成される。このとき、共振器は、押圧方向に対してその中心軸が傾斜した状態で支持手段により支持されるが、共振器の先端に設けられた押圧面が曲面状に形成されているので、共振器先端の押圧面により各シート状部材を確実に押圧することができる。
また、共振器は、共振器の中心軸の各シート状部材への投影線が、移動手段による移動に伴い各シート状部材に形成される接合箇所の軌跡に重ならないように、押圧方向に対して中心軸を傾斜した状態で支持手段により支持される。そのため、共振器先端の押圧面が各シート状部材につっかい棒のように引っ掛かるのを防止することができるので、共振器先端の押圧面が各シート状部材に接触した状態で、各シート状部材を共振器の押圧面に対して押圧方向にほぼ直交する方向に移動手段により相対的に確実に移動させることができる。したがって、重ね合わされた複数のシート状部材の上方の空間が従来よりも狭い場合でも、押圧方向に対してその中心軸が傾斜した状態で支持手段に支持された共振器の先端に設けられた押圧面を当該空間に差し込んで配置することができる、コンパクトな構成の超音波振動接合装置を提供することができる。
<第1実施形態>
この発明の第1実施形態について図1〜図4を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態にかかる超音波振動接合装置を示す正面図、図2は図1の超音波振動接合装置を側面から見た要部拡大図である。また、図3は共振器の押圧方向に対する傾斜状態を説明するための平面図、図4は共振器の押圧方向に対する傾斜状態を説明するための側面図である。
この発明の第1実施形態について図1〜図4を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態にかかる超音波振動接合装置を示す正面図、図2は図1の超音波振動接合装置を側面から見た要部拡大図である。また、図3は共振器の押圧方向に対する傾斜状態を説明するための平面図、図4は共振器の押圧方向に対する傾斜状態を説明するための側面図である。
(超音波振動接合装置)
図1および図2に示す超音波振動接合装置1は、超音波振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材Sを所定の押圧方向に押圧して加圧することにより、重ね合わされたシート状部材Sを超音波接合を利用してライン状にシームレス接合するものである。超音波振動接合装置1は、ステージ2と、シート状部材Sに超音波振動を印加する共振器31を備えるヘッド部3と、支持手段33に支持された共振器31を駆動して押圧方向である矢印Z方向に往復移動させる加圧手段4と、ステージ2を駆動して押圧方向にほぼ直交する矢印Y方向(移動方向)に往復移動させる移動手段5と、超音波振動接合装置1の各部の制御を行う制御装置(図示省略)とを備えている。なお、説明を簡易なものとするために、図1ではステージ2のバックアップ面21にシート状部材Sが載置されていない状態を示し、図2ではステージ2のバック面21に複数のシート状部材Sが重ね合わされて載置された状態を示す。また、シート状部材Sは、不織布、Cu、Al、Au、Ni、Ag等の金属板や金属箔、熱可塑性や熱硬化性の樹脂シートにより構成される。
図1および図2に示す超音波振動接合装置1は、超音波振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材Sを所定の押圧方向に押圧して加圧することにより、重ね合わされたシート状部材Sを超音波接合を利用してライン状にシームレス接合するものである。超音波振動接合装置1は、ステージ2と、シート状部材Sに超音波振動を印加する共振器31を備えるヘッド部3と、支持手段33に支持された共振器31を駆動して押圧方向である矢印Z方向に往復移動させる加圧手段4と、ステージ2を駆動して押圧方向にほぼ直交する矢印Y方向(移動方向)に往復移動させる移動手段5と、超音波振動接合装置1の各部の制御を行う制御装置(図示省略)とを備えている。なお、説明を簡易なものとするために、図1ではステージ2のバックアップ面21にシート状部材Sが載置されていない状態を示し、図2ではステージ2のバック面21に複数のシート状部材Sが重ね合わされて載置された状態を示す。また、シート状部材Sは、不織布、Cu、Al、Au、Ni、Ag等の金属板や金属箔、熱可塑性や熱硬化性の樹脂シートにより構成される。
ステージ2(本発明の「バックアップ部材」に相当)は、各シート状部材Sが重ね合わされた状態で固定配置されるバックアップ面21を有し、バックアップ面21には真空吸着機構や静電吸着機構、機械式のチャック機構等の一般的な保持機構(図示省略)が設けられている。また、重ね合わされた状態の各シート状部材Sは、保持機構によって保持されることによりバックアップ面21に配置される。また、バックアップ面21に配置された各シート状部材Sの矢印Y方向における両端部が、それぞれ、長尺の板状のクランプ部材22と、ステージ2の矢印Y方向における両側部に形成されたフランジ部23との間に矢印X方向に沿って挟持されて、図示省略されたねじやボルトにより締め付けられることにより、シート状部材Sがバックアップ面21に固定配置される。
ヘッド部3は、振動子32が連結されて該振動子32の振動に共振して超音波振動する先端に球面状の押圧面35aを有する棒状の共振器31と、共振器31を支持する支持手段33とを備え、振動子32が共振器31(ホーン35)を超音波振動させることにより押圧面35aからシート状部材Sに超音波振動が印加される。
具体的には、共振器31は、制御装置に制御されて振動子32が生成する超音波振動に共振してその中心軸の方向に超音波振動するものであって、ホーン35を備えている。
ホーン35は、この実施形態では、中心軸C方向におけるその両端位置が最大振幅点となるように、共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、中心軸C方向において各最大振幅点から1/4波長離れた中心位置がホーン35の最小振幅点に相当する。また、ホーン35は、その断面形状が円形状である円柱状に形成されている。そして、ホーン35の後端に、ホーン35の中心軸と同軸になるように振動子32が無頭ねじにより接続されている。
また、ホーン35は、先端に向けてテーパ状に先細りする形状を有し、その先端に球面(曲面)状の押圧面35aが設けられている。また、ホーン35の球面状の押圧面35aにより、各シート状部材Sがステージ2のバックアップ面21に対して押圧方向Zに押圧される。この状態で、振動子32の振動に共振してホーン35(共振器31)が超音波振動することにより、押圧面35aから各シート状部材Sに超音波振動が印加される。
なお、この実施形態では、共振器31は、その共振周波数が約15kHz〜約60kHz、その振動振幅が約2μm〜約300μmとなるように構成されており、振動子32により生成される超音波振動に共振して共振器31が超音波振動することにより、ホーン35の押圧面35aからシート状部材Sに対して超音波振動が印加される。
また、この実施形態では、後述するように振動子32が支持手段33により支持されることにより、共振器31が支持手段33に支持されている。
支持手段33は、基部36および連結部37と、ホルダ部材38とを備え、ホルダ部材38で振動子32を支持することにより共振器31を支持するものである。基部36には、加圧手段4のボールねじ42に螺合するねじ穴が矢印Z方向に形成されている。
また、連結部37は、基部36に固定配置されており、ホルダ部材38と図示省略されたボルト等の固定手段により連結されている。共振器31が、図1中の矢印αに示すように、中心軸Cを回転中心として回転することができるように、ベアリング部材等を備えるホルダ部材38により振動子32が支持されている。
また、連結部37とホルダ部材38とを連結するボルト等の固定手段を緩めることにより、ホルダ部材38を、矢印Y方向を揺動の中心として連結部37に対して揺動させることができるように、連結部37とホルダ部材38とが連結されている。すなわち、ホルダ部材38を連結部37に対して揺動させることにより、ホルダ部材38に支持された共振器31を図1中の矢印β方向に傾動させることができる。
したがって、ホルダ部材38を連結部37に対して任意の角度だけ揺動させてボルト等の固定手段により連結部37およびホルダ部材38を締結することにより、支持手段33は、次のように共振器31を支持することができる。すなわち、支持手段33は、押圧方向Zに対する共振器31の中心軸Cの傾斜角度を調整して、共振器31の中心軸Cを押圧方向Zに対して所定角度だけ傾斜した状態で共振器31を支持することができる。
なお、共振器31を支持する支持手段33の構成は、上記した構成に限られるものではなく、共振器31をその中心軸Cを回転中心として回転可能に支持することができ、押圧方向Zに対する中心軸Cの傾斜角度を調整可能に共振器31を支持することができれば、支持手段33はどのような構成であってもよい。例えば、共振器31が支持手段33により直接支持されるようにしてもよい。
共振器31の中心軸Cの押圧方向Zに対する傾斜状態については後で詳細に説明する。
加圧手段4は、ホーン35の押圧面35aがステージ2のバックアップ面21と対向するように支持手段33に支持された共振器31を、支持手段33(基部36)を移動させることにより押圧方向Zに駆動してステージ2に近接またはステージ2から離間させるものであって、駆動モータ41とボールねじ42とを備えている。また、架台(図示省略)に立設された支柱(図示省略)にガイド43が結合されており、加圧手段4は、フレーム44を介して支柱およびガイド43に連結されている。
そして、制御装置に制御されて駆動モータ41が回転することにより、ガイド43に矢印Z方向に設けられた凸状のレール43aと支持手段33に設けられたガイド(図示省略)とが摺接しつつ、ボールねじ42に螺合された支持手段33が移動方向Zにおいて上下動する。そして、支持手段33の上下動により、支持手段33に支持された共振器31がステージ2に近接またはステージ2から離間する。
また、加圧手段4は、制御装置による制御に基づいて駆動モータ41の駆動トルクを調整することにより、所定の加圧力で支持手段33に支持された共振器31をステージ2に近接させることができるように構成されている。また、支柱にはリニアエンコーダ(図示省略)が設けられており、これによりヘッド部3の高さが検出されて、リニアエンコーダの検出信号に基づいて制御装置により駆動モータ41を制御することにより、ヘッド部3の高さを調整することができる。
そして、加圧手段4により基部36が下動されることで、共振器31(ホーン35)が押圧方向Zに駆動されて支持手段3と一体的にステージ2に近接する。したがって、加圧手段4による加圧力が、ステージ2と対向するように支持手段33により支持された共振器31のホーン35の押圧面35aから、ステージ2のバックアップ面21に載置された各シート状部材Sに加えられる。すなわち、加圧手段4により制御されることにより、超音波振動するホーン35の押圧面35aによりシート状部材Sがステージ2のバックアップ面21に対して押圧されて所定の加圧力で加圧される。
移動手段5は、ステージ2を移動方向Yに一定速度で移動させることで、各シート状部材Sが押圧面35aに対向する部分を、押圧方向Zにほぼ直交する移動方向Yに一定速度で押圧面35aに対して相対的に移動させものである。移動手段5は、駆動モータ51と、ボールねじ52と、ボールねじ52に螺合するねじ穴が設けられた移動部材53と、ガイド54とを備えている。
ステージ2は、図1に示すように、基台55の矢印X方向における両側それぞれに矢印Y方向に沿って設けられたガイド54に、矢印Y方向において往復移動自在にガイドされた状態でその下面側から支持されている。また、ボールねじ52は、基台55の矢印X方向におけるほぼ中央の位置においてその長軸方向が矢印Y方向に沿うように配置されている。また、ボールねじ52は、基台55の矢印Y方向における両側に設けられたフレーム56にその中心軸を回転中心として回転自在に支持されている。また、移動部材53は、ボールねじ52と螺合した状態でステージ2の下面に結合されている。
そして、制御装置に制御されてボールねじ52の一端に連結された駆動モータ51が回転することにより、ボールねじ52と螺合した移動部材53が移動方向Yにおいて往復移動する。移動部材53の移動方向Yにおける往復移動に伴い、移動部材53に結合されたステージ2がガイド54にガイドされつつ移動方向Yにおいて往復移動する。
(接合処理)
次に、超音波振動接合装置1において実行される接合処理の一例について説明する。
次に、超音波振動接合装置1において実行される接合処理の一例について説明する。
まず、複数のシート状部材Sがステージ2のバックアップ面21上の所定位置に重ね合わされた状態で固定配置された後、移動手段5によりステージ2が駆動されることにより、各シート状部材Sの接合範囲の移動方向Yにおける先端部分(図1の紙面に向かって奥側、図2の紙面に向って左側)がホーン35の押圧面35aに対向する位置に位置決めされる。次に、加圧手段4によりヘッド部3が押圧方向Zに駆動されることにより、ステージ2のバックアップ面21に対して、ホーン35の押圧面35aにより重ね合わされた状態の各シート状部材Sが押圧方向Zに押圧されて加圧される。
続いて、振動子32が駆動されて共振器31が超音波振動することにより押圧面35aから各シート状部材Sへの超音波振動の印加が開始される。そして、移動手段5によりステージ2が駆動されることにより、押圧面35aに対して移動方向Y(図1の紙面に向かって奥方向、図2の紙面に向って左方向)への各シート状部材Sの一定速度での移動が開始されることにより、図3に示すように、シート状部材Sに接合箇所の軌跡Lがライン状に形成される。
次に、ステージ2が移動手段5により移動方向Yに駆動されることにより、接合範囲の移動方向Yにおける後端部分(図1の紙面に向かって手前側、図2の紙面に向って右側)がホーン35の押圧面35aに対向する位置まで移動すると、振動子32が駆動されることによる共振器31の超音波振動が停止され、共振器31が加圧手段4によりステージ2から離間する方向に駆動されて所定の待機位置まで移動することにより接合処理が終了する。
(共振器の傾斜状態)
次に、共振器31の中心軸Cの押圧方向Zに対する傾斜状態の一例について説明する。
次に、共振器31の中心軸Cの押圧方向Zに対する傾斜状態の一例について説明する。
図4に示すように、支持手段33の連結部37に対してホルダ部材38が揺動されて共振器31の矢印β方向における傾動状態が調整されることにより、中心軸Cが押圧方向Zに対して所定角度θだけ傾いた状態で、共振器31が支持手段33により支持されている。また、この実施形態では、共振器31は矢印Xの方向に傾けられて支持手段33により支持されているが、共振器31が傾けられる方向は次の条件を満たすように決定されればよい。すなわち、図3に示すように、共振器31の中心軸Cの各シート状部材Sへの投影線Pが、移動手段5による移動に伴い各シート状部材Sに形成される接合箇所の軌跡Lに重ならないように、押圧方向Zに対して中心軸Cを傾斜した状態で共振器31が支持手段33により支持されていればよい。
具体的には、投影線Pと軌跡Lとが重ならないように、図3中の破線γで模式的に示す範囲に投影線Pが形成されるように、押圧方向Zに対して中心軸Cを傾斜した状態で共振器31が支持手段33により支持されていればよい。
なお、共振器31の中心軸Cの押圧方向Zに対する角度θの大きさは、共振器21による各シート状部材Sに対する加圧力の大きさや、シート状部材Sの材質や厚み等の構成に応じて、適宜、最適な傾きに設定すればよい。
以上のように、この実施形態では、振動子32に連結されて該振動子32の振動に共振して超音波振動する先端に球面状の押圧面35aを有する棒状の共振器31が支持手段33により支持される。また、共振器31を支持する支持手段33が加圧手段4により駆動されて押圧方向Zに移動することにより、共振器31(ホーン35)の押圧面35aにより各シート状部材Sがバックアップ面21に対して押圧方向Zに押圧される。
この状態で、各シート状部材Sが移動手段5により共振器31の押圧面35aに対して押圧方向Zにほぼ直交する方向Yに相対的に移動することにより、各シート状部材Sに、押圧面35aにより接合された接合箇所の軌跡Lが形成される。このとき、共振器31は、押圧方向Zに対してその中心軸Cが傾斜した状態で支持手段33により支持されるが、共振器31の先端に設けられた押圧面35aが球面状に形成されているので、共振器31先端の押圧面35aにより各シート状部材Sを確実に押圧することができる。
また、共振器31は、共振器31の中心軸Cの各シート状部材Sへの投影線Pが、移動手段5による移動に伴い各シート状部材Sに形成される接合箇所Lの軌跡に重ならないように、押圧方向Zに対して中心軸Cを傾斜した状態で支持手段33により支持される。そのため、共振器31先端の押圧面35aが各シート状部材Sにつっかい棒のように引っ掛かるのを防止することができるので、共振器31先端の押圧面35aが各シート状部材Sに接触した状態で、各シート状部材Sを共振器31の押圧面35aに対して押圧方向Zにほぼ直交する方向Yに移動手段5により相対的に確実に移動させることができる。したがって、重ね合わされた複数のシート状部材Sの上方の空間が従来よりも狭い場合でも、押圧方向Zに対してその中心軸Cが傾斜した状態で支持手段33に支持された共振器31の先細りする先端に設けられた押圧面35aを当該空間に差し込んで配置することができる、コンパクトな構成の超音波振動接合装置1を提供することができる。
また、共振器31がホルダ部材38によりその中心軸Cを回転中心として回転可能に支持されているので、仮に共振器31先端の押圧面35aとシート状部材Sとの間に引っ掛かりが生じた場合であっても、共振器31が中心軸Cを回転中心として回転することにより、生じた引っ掛かりを直ちに解消することができる。したがって、共振器31先端の押圧面35aが各シート状部材Sに接触した状態で、各シート状部材Sを共振器31の押圧面35aに対して押圧方向Zにほぼ直交する方向Yに移動手段5により相対的により確実に移動させることができる。
<第2実施形態>
この発明の第2実施形態について図5を参照して説明する。図5は本発明の第2実施形態にかかる超音波振動接合装置を側面から見た要部拡大図である。
この発明の第2実施形態について図5を参照して説明する。図5は本発明の第2実施形態にかかる超音波振動接合装置を側面から見た要部拡大図である。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図5に示すように、超音波振動接合装置100が、本発明のバックアップ部材として、ホーン35の押圧面35aに対向する位置に配置され、その外周面121により本発明のバックアップ面が形成される回転ドラム102を備えている点である。以下では上記した第1実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成および動作は上記した第1実施形態と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
この実施形態では、図5に示すように、回転ドラム102は、図示省略された駆動モータやプーリー等が組み合わされることにより構成された移動手段によって駆動されることによりその中心軸を回転中心として矢印A方向に回転する。具体的には、移動手段により駆動された回転ドラム102は、回転ドラム102の外周面121のホーン35の押圧面35aとの間にシート状部材Sを挟持する位置が矢印Yの方向である移動方向に一定速度で移動するように回転する。また、重ね合わされた状態の各シート状部材Sは、図示省略された巻回ローラや駆動モータ等により構成された移動手段により駆動されて回転ドラム102の周速と同じ速度で移動方向Yに移動する。
以上のように、この実施形態では、上記した第1実施形態と同様の効果を奏することができると共に、次のような効果を奏することができる。すなわち、バックアップ部材として、その外周面121によりバックアップ面が形成された回転ドラム102を、図示省略された移動手段により回転ドラム102の外周面121の押圧面35aとの間にシート状部材Sが挟持される位置が移動方向Yに一定速度で移動するように回転させることにより、回転ドラム102の外周面121の押圧面35aとの対向位置に供給される各シート状部材Sを押圧面35aに対して相対的に一定速度で移動させることができる実用的な構成の超音波振動接合装置100を提供することができる。
なお、回転ドラム102の外周面102aに複数のシート状部材Sが重ね合わされた状態で貼り付けられていてもよい。
<第3実施形態>
この発明の第3実施形態について図6を参照して説明する。図6は本発明の第3実施形態にかかる超音波振動接合装置へのシート状部材の供給方法の一例を示す図である。
この発明の第3実施形態について図6を参照して説明する。図6は本発明の第3実施形態にかかる超音波振動接合装置へのシート状部材の供給方法の一例を示す図である。
この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図6に示すように、第1および第2の供給ローラ57a,57bそれぞれに巻回保持された各シート状部材Sが、矢印方向に回転する駆動ローラ58aおよび従動ローラ58bによりニップされることで重ね合わされた状態で、ステージ2のバックアップ面21とホーン35の押圧面35aとの間に供給される点である。また、ホーン35の押圧面35aにより加圧されて接合された後の各シート状部材Sは収納ローラ59に巻回されて収納される。その他の構成および動作は上記した実施形態と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
第1および第2の供給ローラ57a,57bそれぞれに巻回保持された各シート状部材Sは、例えば駆動ローラ58aおよび収納ローラ59が図示省略された駆動モータ等の駆動手段により図6中の矢印方向に回転することにより、重ね合わされた状態で押圧面35aに対向する位置に供給される。したがって、重ね合わされた状態の各シート状部材Sを、駆動ローラ58aおよび収納ローラ59により駆動して押圧面35に対して所定の移動速度で相対的に移動させることにより、接合後の各シート状部材Sを収容ローラ59に収容しつつ、第1および第2の供給ローラ57a,57bから新しいシート状部材Sを、押圧面35aとバックアップ面21との間に重ね合わされた状態で供給することができる。
以上のように、この実施形態では、上記した実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、駆動ローラ58aおよび収容ローラ59が本発明の「移動手段」として機能している。また、この実施形態では、ステージ2は移動手段により必ずしも駆動される必要はない。
<共振器の変形例>
次に共振器の変形例について説明する。
次に共振器の変形例について説明する。
A.変形例(1)
変形例(1)について図7を参照して説明する。図7は共振器の変形例を示し、(a)〜(c)はそれぞれ異なる例を示す要部拡大図である。図7(a)〜(c)に示す変形例(1)が、上記した実施形態と相違するのは、押圧面35aの形状が異なる点である。その他の構成については上記した実施形態と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
変形例(1)について図7を参照して説明する。図7は共振器の変形例を示し、(a)〜(c)はそれぞれ異なる例を示す要部拡大図である。図7(a)〜(c)に示す変形例(1)が、上記した実施形態と相違するのは、押圧面35aの形状が異なる点である。その他の構成については上記した実施形態と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
図7(a)に示す例では、押圧面35aが非球面状の曲面を有するように形成されている。図7(b)に示す例では、ホーン35の先端が、球面形状の先端部分がホーン35の長手方向(中心軸C)にほぼ直交する平面で切断された形状を備えている。そして、ホーン35の先端部分の外側面により曲面状の押圧面35aが形成されている。図7(c)に示す例では、ホーン35の先端が円錐台状に形成されている。そして、ホーン35先端の円錐台形状の外側面により曲面状の押圧面35aが形成されている。
B.変形例(2)
変形例(2)について図8を参照して説明する。図8は共振器の変形例を示し、(a)は要部拡大図、(b)は押圧面を示す底面図ある。図8(a),(b)に示す変形例(2)が、上記した実施形態と異なるのは、ホーン35の先端が概略多角錐状に形成されている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
変形例(2)について図8を参照して説明する。図8は共振器の変形例を示し、(a)は要部拡大図、(b)は押圧面を示す底面図ある。図8(a),(b)に示す変形例(2)が、上記した実施形態と異なるのは、ホーン35の先端が概略多角錐状に形成されている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
図8(a),(b)に示すように、ホーン35の先端部分が概略六角錐状に形成されている。また、ホーン35先端の六角錐形状の各外側面が、凸状の曲面に形成されることにより押圧面35aが形成されている。なお、ホーン35の先端形状は六角錐状に限らず、その他の多角錐状であってもよい。
C.変形例(3)
変形例(3)について図9を参照して説明する。図9は共振器の変形例を示し、(a)および(b)はそれぞれ異なる例を示す要部拡大図である。図9(a),(b)に示す変形例(3)が、上記した実施形態と異なるのは、ホーン35先端の曲面状の押圧面35aに複数の凸部35bが設けられている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
変形例(3)について図9を参照して説明する。図9は共振器の変形例を示し、(a)および(b)はそれぞれ異なる例を示す要部拡大図である。図9(a),(b)に示す変形例(3)が、上記した実施形態と異なるのは、ホーン35先端の曲面状の押圧面35aに複数の凸部35bが設けられている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
図9(a),(b)に示すように、ホーン35の先端に設けられた曲面状の押圧面35aに複数の凸部35bが設けられている。このように構成すると、シート状部材Sと押圧面35aとの間の摩擦力が凸部35bにより増大するため、その中心軸Cを回転中心として回転自在に支持された共振器31が、シート状部材Sの押圧面35aに対する相対的な移動に伴い、容易に回転することができる。
D.変形例(4)
変形例(4)について図10を参照して説明する。図10は共振器の変形例の要部を示す縦断面図である。図10に示す変形例(4)が、上記した実施形態と異なるのは、ホーン35先端の曲面状の押圧面35aに、複数の溝35cが形成されることにより凹凸パターンが設けられている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
変形例(4)について図10を参照して説明する。図10は共振器の変形例の要部を示す縦断面図である。図10に示す変形例(4)が、上記した実施形態と異なるのは、ホーン35先端の曲面状の押圧面35aに、複数の溝35cが形成されることにより凹凸パターンが設けられている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
図10に示すように、ホーン35の先端に設けられた曲面状の押圧面35aに、複数の溝35cにより形成された凹凸パターンが設けられている。このように構成すると、特にシート状部材Sが金属シートにより形成されている場合に、押圧面35aからシート状部材Sに超音波振動を効率よく印加することができる。
また、シート状部材Sと押圧面35aとの間の摩擦力が凹凸パターンにより増大するため、その中心軸Cを回転中心として回転自在に支持された共振器31が、シート状部材Sの押圧面35aに対する相対的な移動に伴い、容易に回転することができる。
E.変形例(5)
変形例(5)について図11を参照して説明する。図11は共振器の変形例の要部を示す斜視図である。図11に示す変形例(5)が、上記した実施形態と異なるのは、共振器31が備えるホーン135の先端形状が厚みのある平板状に形成されている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
変形例(5)について図11を参照して説明する。図11は共振器の変形例の要部を示す斜視図である。図11に示す変形例(5)が、上記した実施形態と異なるのは、共振器31が備えるホーン135の先端形状が厚みのある平板状に形成されている点である。その他の構成については上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
図11に示すように、ホーン135の平板状の先端に、側面視において凸状の曲面を有するように幅方向に曲面が形成されることにより、ホーン135の平板状の先端に曲面状の押圧面135aが形成されている。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、共振器31は上記したように、一の部材(ホーン35)により棒状の共振器31が一体形成されている場合に限定されるものではなく、ホーン35の後端に、ホーン35の中心軸と同軸になるようにブースタが無頭ねじにより接続されることにより共振器31が形成されていてもよい。この場合、ブースタの後端に、ブースタの中心軸と同軸になるように振動子32が無頭ねじにより接続されているとよい。
また、共振器および押圧面の形状等の構成は上記した種々の例のものに限定されるものではなく、曲面状の押圧面を有し、シート状部材Sをバックアップ面に対して押圧面により押圧できる構成であれば、共振器をどのような形状に構成してもよい。また、共振器によるシート状部材Sに対する加圧力は、シート状部材Sの材質や厚み等の構成に応じて、適宜、最適な加圧力を設定すればよい。
また、上記した実施形態において、加圧しながら超音波振動を印加することによりシート状部材S(被接合物)を接合する際に、接合の対象物であるシート状部材Sをヒータ等の加熱手段により加熱するようにしてもよい。超音波振動による接合処理においては、一般的に、a)被接合物に対する加圧力、b)被接合物に印加される超音波振動の振幅の大きさ、c)被接合物に対する超音波振動の印加時間、により決定される接合のエネルギーに依存することが知られている。
上記した実施形態では、移動手段により被接合物を加圧手段による加圧方向に直交する方向に確実に移動させるために、被接合物の種類によっては、被接合物に対する加圧力を小さくしたり、被接合物に対する超音波振動の印加時間を短くしなければならないときがある。この場合に、被接合物に印加される接合のエネルギーは小さくなるが、上記したように被接合物を加熱して熱エネルギーを加えることにより、被接合物に印加される接合のエネルギーが小さくなっても被接合物どうしを確実に接合することができる。
したがって、移動手段により被接合物を加圧手段による加圧方向に直交する方向に確実に移動させるために、被接合物に対する加圧力を小さくしたり、被接合物に対する超音波振動の印加時間を短くしたり、超音波振動の振幅を小さくしても、被接合物を加熱することにより被接合物どうしを確実に接合することができる。なお、被接合物を加熱するためのヒータは、ステージ(バックアップ手段)やホーン(共振器)に設けられた穴内に埋設することにより配設するとよい。
また、上記した実施形態では、2枚のシート状部材Sが重ね合わされて接合されているが、3枚以上のシート状部材Sが重ね合わされて接合されてもよい。
また、上記した各実施形態において説明した構成をどのように組み合わせてもよい。例えば、上記した第1実施形態において、第2実施形態と同様に、図示省略された巻回ローラや駆動モータ等により構成された移動手段により、重ね合わされた状態の複数のシート状部材Sが、ホーン35の押圧面35aとステージ2との間に供給されるようにしてもよい。また、例えば、上記した第2実施形態において、第3実施形態と同様に、各シート状部材Sが重ね合わされてホーン35の押圧面35aとステージ2との間に供給されるようにしてもよい。
また、重ね合わされた状態の複数のシート状部材Sの移動方向は上記した矢印Yの方向に限定されるものではなく、移動方向は、押圧方向Zにほぼ直交する方向であればどの方向であってもよい。
また、本発明の加圧手段および移動手段は上記した構成に限られるものではなく、ステージ2や回転ドラム102、共振器31を移動させることができれば、リニアモータやシリンダ等の周知のアクチュエータを用いるなど、どのように加圧手段および移動手段を構成してもよい。また、ヘッド部3がシート状部材Sに対して相対的に移動するように移動手段を構成してもよいし、ヘッド部3と、シート状部材Sとの両方が互いに相対的に移動するように移動手段を構成してもよい。
また、共振器およびバックアップ部材それぞれの配置位置は、図1の紙面に向かって上下方向に並べて配置された上記した例に限定されるものではなく、共振器およびバックアップ部材の上下方向の位置を入れ換えて配置してもよいし、共振器およびバックアップ部材を図1の紙面に向かって左右方向に並べて配置してもよい。
また、共振器の中心軸が押圧方向に対して傾斜した状態で支持手段により支持されていれば、共振器は必ずしも上記したようにその中心軸を回転中心として回転可能に支持手段により支持される必要はない。
そして、超音波振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を所定の押圧方向に押圧して接合する技術に本発明を広く適用することができる。
1,100…超音波振動接合装置
2…ステージ(バックアップ部材)
21…バックアップ面
31…共振器
32…振動子
33…支持手段
35a,135a…押圧面
102…回転ドラム(バックアップ部材)
121…外周面(バックアップ面)
4…加圧手段
5…移動手段
C…中心軸
L…軌跡
P…投影線
S…シート状部材
Z…押圧方向
2…ステージ(バックアップ部材)
21…バックアップ面
31…共振器
32…振動子
33…支持手段
35a,135a…押圧面
102…回転ドラム(バックアップ部材)
121…外周面(バックアップ面)
4…加圧手段
5…移動手段
C…中心軸
L…軌跡
P…投影線
S…シート状部材
Z…押圧方向
Claims (1)
- 超音波振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を所定の押圧方向に押圧して接合する超音波振動接合装置において、
バックアップ面を有するバックアップ部材と、
振動子に連結されて該振動子の振動に共振して超音波振動する先端に曲面状の押圧面を有する棒状の共振器と、
前記共振器を支持する支持手段と、
前記支持手段を前記押圧方向に移動させて、前記共振器の前記押圧面により前記各シート状部材を前記バックアップ面に対して前記押圧方向に押圧する加圧手段と、
前記各シート状部材を前記押圧面に対して前記押圧方向にほぼ直交する方向に相対的に移動させる移動手段とを備え、
前記支持手段は、
前記共振器の中心軸の前記各シート状部材への投影線が、前記移動手段による移動に伴い前記各シート状部材に形成される接合箇所の軌跡に重ならないように、前記押圧方向に対して前記中心軸を傾斜した状態で前記共振器を支持する
ことを特徴とする超音波振動接合装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013263235A JP2015116602A (ja) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | 超音波振動接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013263235A JP2015116602A (ja) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | 超音波振動接合装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=53529833
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Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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- 2013-12-20 JP JP2013263235A patent/JP2015116602A/ja active Pending
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