JP2022510882A - 超音波溶接システムおよび当該システムを使用する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2019年11月28日付で出願した米国特許仮出願第62/772,113号に対して利益を主張するものであり、その内容の全体がこの参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (30)
- 超音波溶接システムであって、
被加工物を支持する支持構造と、
ソノトロードを保持する超音波変換器を含む溶接ヘッドアセンブリと、
前記溶接ヘッドアセンブリを保持するz軸移動システムであって、(i)当該超音波溶接システムのz軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させるz軸強制移動部と、(ii)前記z軸強制移動部と前記溶接ヘッドアセンブリとの間に配置されたz軸オーバートラベル機構とを含むものである、前記z軸移動システムと
を有する、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記z軸強制移動部は、当該超音波溶接システムのz軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させるリニアモータを含むものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記z軸強制移動部は、当該超音波溶接システムのz軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させるボールねじシステムを含むものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記z軸強制移動部は、当該超音波溶接システムのz軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させる空気圧シリンダを含むものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記z軸オーバートラベル機構はz軸上ばねを含むものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記z軸オーバートラベル機構は空気圧シリンダを含むものである、超音波溶接システム。
- 請求項6記載の超音波溶接システムにおいて、前記空気圧シリンダは、当該超音波溶接システムのz軸に沿って可変力を提供する二次的なz軸強制移動部である、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
当該超音波溶接システムのx軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させるx軸移動システムと、
当該超音波溶接システムのy軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させるy軸移動システムと
を有し、
前記x軸移動システムおよび前記y軸移動システムのうちの一方は、前記x軸移動システムおよび前記y軸移動システムのうちのもう一方を保持するものである、
超音波溶接システム。 - 請求項8記載の超音波溶接システムにおいて、前記z軸移動システムは、前記x軸移動システムおよび前記y軸移動システムにより保持されるものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
当該超音波溶接システムのz軸に沿った、(i)前記z軸強制移動部の可動部の(ii)前記z軸強制移動部の固定部に対する移動を感知するz軸エンコーダを有するものである、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
当該超音波溶接システムのz軸に沿った、(i)前記z軸強制移動部の可動部の(ii)前記溶接ヘッドアセンブリに対する移動を感知するオーバートラベルエンコーダを有するものである、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
前記z軸強制移動部の可動部によって保持された二次的なz軸強制移動部を有し、
前記二次的なz軸強制移動部は、当該超音波溶接システムのz軸に沿って可変力を提供するものである、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
当該超音波溶接システムのz軸に沿って当該超音波溶接システムによりz軸に対して加えられる力を検出する力検出機構を有するものである、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、溶接作業中5~500kgの接合力で動作するように構成されており、溶接作業中のソノトロードチップの運動振幅は5ミクロン~150ミクロンである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、直線超音波運動、およびねじり超音波運動の少なくとも1つを用いて前記被加工物の第1の部分を前記被加工物の第2の部分に溶接するように構成されているものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
前記被加工物を提供する被加工物投入・供給部と、
前記被加工物を前記被加工物投入・供給部から前記支持構造に移動する材料処理システムと
を有するものである、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記被加工物は、パワーモジュール、リードフレーム、および電池モジュールからなる群から選択されるものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記被加工物は端子を含み、
前記ソノトロードは前記端子を前記被加工物の別の部分に超音波溶接するように構成されているものである、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
前記ソノトロードによる超音波溶接中に前記被加工物を前記支持構造に固定する被加工物クランプシステムを有するものである、超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、さらに、
前記ソノトロードによる超音波溶接の前に前記被加工物を組み立てるように構成された被加工物アセンブリステーションを有し、
前記被加工物アセンブリステーションは、前記被加工物の端子を前記被加工物の別の部分に位置合わせするように構成されているものである、
超音波溶接システム。 - 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、前記被加工物の端子と、1.5mm2~30mm2の範囲の面積を有する前記被加工物の別の部分との間に超音波溶接部を形成するように構成されているものである、超音波溶接システム。
- 請求項1記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、15kHz~40kHzの範囲の周波数で動作するように構成されているものである、超音波溶接システム。
- 超音波溶接システムであって、
被加工物を支持する支持構造と、
ソノトロードを保持する超音波変換器を含む溶接ヘッドアセンブリと、
前記溶接ヘッドアセンブリを保持するz軸移動システムであって、
(i)当該超音波溶接システムのz軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させるz軸強制移動部であって、当該超音波溶接システムのz軸に沿って前記溶接ヘッドアセンブリを移動させるボールねじシステムを含むものである、前記z軸強制移動部と、
(ii)前記z軸強制移動部と前記溶接ヘッドアセンブリとの間に配置され、z軸上ばねを含むz軸オーバートラベル機構と
を含むものである、前記z軸移動システムと、
当該超音波溶接システムのz軸に沿った、(i)前記z軸強制移動部の可動部の(ii)前記z軸強制移動部の固定部に対する移動を感知するz軸エンコーダと、
当該超音波溶接システムのz軸に沿った、(i)前記z軸強制移動部の可動部の(ii)前記溶接ヘッドアセンブリに対する移動を感知するオーバートラベルエンコーダと
を有する、超音波溶接システム。 - 導電端子を被加工物に超音波溶接する方法であって、
(a)被加工物を超音波溶接システムの支持構造上で支持する工程であって、前記導電端子は、前記被加工物の導電領域に位置合わせされているものである、前記支持する工程と、
(b)ソノトロードを保持する超音波変換器を含む溶接ヘッドアセンブリを提供する工程であって、当該溶接ヘッドアセンブリは、前記超音波溶接システムのz軸移動システムにおけるz軸強制移動部により前記超音波溶接システムのz軸に沿って移動されるように構成されているものである、前記溶接ヘッドアセンブリを提供する工程と、
(c)前記z軸強制移動部と前記溶接ヘッドアセンブリとの間に配置されz軸オーバートラベル機構を提供する工程であって、前記z軸強制移動部は前記溶接ヘッドアセンブリおよび当該z軸オーバートラベル機構を保持するものである、前記z軸オーバートラベル機構を提供する工程と、
(d)前記ソノトロードの溶接チップが前記導電端子に接触するまで前記z軸強制移動部の可動部を前記超音波溶接システムのz軸に沿って下方移動させる工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記z軸オーバートラベル機構を作動させるために、前記z軸強制移動部の前記可動部を前記超音波溶接システムのz軸に沿ってさらに下方移動させる工程と、
(f)前記導電端子を前記被加工物の導電領域に溶接するために、前記ソノトロードの前記溶接チップに超音波エネルギーを加える工程と
を有する方法。 - 請求項24記載の方法において、前記工程(e)は、前記導電端子に制御された溶接力を加える工程を含むものである、方法。
- 請求項24記載の方法において、前記工程(e)は、前記z軸オーバートラベル機構のばねを所定の圧縮外形となるように圧縮して前記導電端子に制御された溶接力を加えるために、前記z軸強制移動部の前記可動部を前記超音波溶接システムのz軸に沿ってさらに下方移動させる工程を含むものである、方法。
- 請求項24記載の方法において、前記工程(e)は、前記z軸オーバートラベル機構の空気圧シリンダを動作させて前記導電端子に制御された溶接力を加えるために、前記z軸強制移動部の前記可動部を前記超音波溶接システムのz軸に沿ってさらに下方移動させる工程を含むものである、方法。
- 請求項24記載の方法において、さらに、
前記工程(d)の後であって前記工程(f)の前に、(e1)前記z軸強制移動部の前記可動部によって保持された二次的なz軸強制移動部により、前記ソノトロードによって前記導電端子に加えられるz軸における力を増加させる工程を有し、
前記二次的なz軸強制移動部は、前記超音波溶接システムのz軸に沿って可変力を提供するように構成されているものである、
方法。 - 請求項28記載の方法において、前記二次的なz軸強制移動部は空気圧シリンダを含むものである、方法。
- 請求項28記載の方法において、前記二次的なz軸強制移動部は電気リニアモータを含むものである、方法。
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