JP3078231B2 - 超音波振動接合装置 - Google Patents
超音波振動接合装置Info
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Description
材の互いに重ね合わされた被接合部分を超音波振動で接
合する超音波振動接合装置に関する。
公昭54−13349号公報に開示されたように、超音
波振動を発生する振動子の出力端に共振器を結合し、搭
載台を共振器の接合作用部に近づく方向に所定距離移動
して、共振器に設けられた接合作用部と搭載台とでそれ
らの間に複数の被接合部材の互いに重ね合わされた被接
合部分を加圧した状態に保持し、振動子から接合作用部
に超音波振動を伝達することにより、被接合部分の重ね
合わせ面間を接合するようにしたものが知られている。
接合装置では、例えば、被接合部材の形状や材質等の物
理的性質により、被接合部材を保持する時の圧力をあま
り高くすることができないような場合、重ね合わされた
被接合部材間への接合エネルギーの集中が低下し、接合
強度にばらつきを生じやすいことが指摘されていた。こ
のような場合、超音波振動のエネルギーを高くして、接
合強度を安定させることも考えられるけれども、付帯設
備が大形となり、にわかに採用しがたいものである。
被接合部材を挟むことで、被接合部材に熱を与えて、超
音波振動のエネルギーを高くしなくても、被接合部材間
に接合エネルギーを集中させて、接合強度を安定させ、
品質感及び信頼性を向上することができる超音波振動接
合装置を提供しようとするものである。
は、超音波振動を発生する振動子の出力端に結合された
共振器とこれに相対峙して配置された搭載台との一方又
は両方を互いに近づく方向に移動し、共振器に設けられ
た接合作用部と搭載台の最上部とでそれらの間に複数の
被接合部材の互いに重ね合された被接合部分を加圧保持
し、振動子から共振器の接合作用部に超音波振動を伝達
することにより、被接合部分の重ね合わせ面間を接合す
る超音波振動接合装置において、振動子から共振器に伝
達される共振周波数の波長をλとすると、共振器が1/
2λの整数倍の長さを有すると共に両端に最大振動振幅
点を有しており、共振器の両端の最大振幅点の間に存在
する最小振動振幅点又は搭載台の最上部の一方又は両方
に、電熱器タイプのヒーターを接触させて設けたことを
特徴としている。この請求項1の構成によれば、電熱器
タイプのヒーターが共振器の両端の最大振幅点の間に存
在する最小振動振幅点又は搭載台の最上部の一方又は両
方に接触して設けられたことにより、ヒーターより発生
した熱が共振器又は搭載台に直接的に伝達できる。よっ
て、複数の被接合部材の互いに重ね合された被接合部分
を超音波振動で接合する場合に、ヒーターを発熱させ
て、共振器と搭載台とで被接合部材を挟むことで、ヒー
ターからの熱が共振器の接合作用部又は搭載の最上部よ
り被接合部材に直接的に伝わり、超音波振動による接合
エネルギーと加熱による接合エネルギーとの双方が被接
合部材の被接合部分に効率良く与えられ、超音波振動の
エネルギーを高くしなくても、被接合部分間に接合エネ
ルギーを集中させて、接合強度を安定させることができ
る。請求項2の発明にあっては、請求項に1記載のヒー
ターを共振器に設ける場合、ヒーター用穴を共振器の最
小振動振幅点に形成し、ヒーター用穴に電熱器タイプの
ヒーターを接触するように挿入装着したことを特徴とし
ている。請求項2の構成によれば、電熱器タイプのヒー
ターが共振器の最小振動振幅点に形成されたヒーター用
穴に装着したので、ヒーターの取付性が良くなる。請求
項3の発明にあっては、請求項1に記載のヒーターを搭
載台の最上部に設ける場合、電熱器タイプのヒーターを
搭載台の最上部の内部に設けたことを特徴としている。
この請求項3の構成によれば、電熱器タイプのヒーター
が搭載台の最上部の内部に設けられたので、ヒーターが
共振器に非接触に配置できる。請求項4の発明にあって
は、超音波振動を発生する振動子の出力端に結合された
共振器とこれに相対峙して配置された搭載台との一方又
は両方を互いに近づく方向に移動し、共振器に設けられ
た接合作用部と搭載台の最上部とでそれらの間に複数の
被接合部材の互いに重ね合された被接合部分を加圧保持
し、振動子から共振器の接合作用部に超音波振動を伝達
することにより、被接合部分の重ね合わせ面間を接合す
る超音波振動接合装置において、共振器又は搭載台の一
方又は両方にヒーターを設ける一方、搭載台又は共振器
の一方又は両方が互いに近づく方向に移動するため及び
搭載台の最上部と共振器の接合作用部とで被接合部分を
加圧保持するために共振器を両持ち支持するホルダーの
左右のホルダーアームの一方がホルダー本体に対し共振
器の軸方向に沿う方向に移動可能に取付けられたことを
特徴としている。この請求項4の構成によれば、一方の
ホルダーアームが移動し、ヒーターからの伝熱による共
振器の伸縮を吸収することができ、超音波振動のエネル
ギー損失を低減できる。
振器と超音波振動との位置関係を示す模式図である。図
1において、振動子1は図外の超音波発生器から供給さ
れた電力により所定周波数の縦波の超音波振動を発生し
て出力する、電気エネルギーを機械エネルギーに変換す
る圧電素子又は磁歪素子等からなる電気音響変換器又は
電気振動変換器であって、振動子1の出力端に共振器2
を図外の無頭ねじと図外のねじ孔により同軸に結合して
いる。共振器2は振動子1から縦波として伝達された超
音波振動と所定の周波数で共振する6つの最大振動振幅
点f1,f3,f5,f7,f9,f11と、5つの最
小振動振幅点f2,f4,f6,f8,f10とを提供
する共振周波数の5/2波長の長さを有している。
のような合金からなる棒状の超音波ホーン3と、チタ
ン、アルミニウム又は焼き入れされた鉄等のいずれかの
材質からなる棒状の2つのブースター4,5とを備えて
いる。2つのブースター4,5は超音波ホーン3の両側
に図外の無頭ねじと図外のねじ孔とにより同軸に結合し
ている。超音波ホーン3は、最大振動振幅点f3から最
大振動振幅点f9までの3/2波長の長さを有し、平面
視十字形の振動変換部3aとこれの両側に図外の無頭ね
じと図外のねじ孔とにより同軸に結合された二つのホー
ン部3b,3cとを備えている。振動変換部3aは振動
子1から伝達された超音波振動をそのまま直進する方向
と直交する方向とに変換するものであって、その十字形
を呈する下面に最小振動振幅点f6を中心とした環状の
接合作用部3dが突設している。接合作用部3dは直進
方向の超音波振動と直交方向の超音波振動との双方の合
成振動エネルギーを被接合部分Wa(図3参照)に与え
る。
部分にヒーター6,7を備えている。ヒーター6,7は
電気エネルギーを熱エネルギーに変換する電熱器になっ
ており、例えば、金属製のケースの内部に電気エネルギ
ーを熱エネルギーに変換する部材を電気的に絶縁して内
蔵し、ケースより外部に突出した電線6a,7aを備
え、ケースをホーン部3b,3cに最小振動振幅点f
4,f8の位置で下面と平行する方向に形成されたヒー
ター用穴3e,3fに挿入装着することで、共振器2に
取り付けられている。
合装置に取り付けられる際、ヒーター用穴3e,3fが
超音波ホーン3の超音波振動接合装置側に位置する背面
に開口しており、当該開口よりヒーター用穴3e,3f
にヒーター6,7のケースを挿入すれば、電線6a,7
aが接合作業の邪魔にならない。この場合、ヒーター用
穴3e,3fは正面側が貫通していても、正面側が閉鎖
していても適用できるが、正面側を閉鎖すれば、ヒータ
ー6,7で発生した熱が正面側の開口から超音波ホーン
3の外部に放熱される割合が減少し、ヒーター6,7か
ら超音波ホーン3への伝熱効率が良好となり、ヒーター
6,7の少ない発熱エネルギーで接合作用部3dを適切
に加熱することができる。
を有することから、ホーン部3b,3cにヒーター6,
7を設ける代わりに、図1のc図に仮想線で示すよう
に、振動変換部3aにヒーター6,7と同様のヒーター
8を一個設ければ、接合作用部3dに熱を安定させて作
用させることができる。
のブースター4は最大振動振幅点f1から最大振動振幅
点f3までの1/2波長の長さを有し、他方のブースタ
ー5は最大振動振幅点f9から最大振動振幅点f11ま
での1/2波長の長さを有している。ブースター4,5
の超音波ホーン3との結合面9,10は最大振動振幅点
f3,f9に位置している。ブースター4,5には支持
部4a,5aがブースター4,5の外周面より径方向外
側に同心円状に突設している。
振する超音波振動の瞬間的な変位は、実線L1,L2で
描いた波形で示してある。実線L1の波形は振動子1か
ら伝達されると共に振動変換部3aで直進する超音波振
動を示し、実線L2の波形は振動変換部3aで直交する
方向に変換された超音波振動を示している。この超音波
振動の変位に伴い共振器2の内部に発生する応力の変位
は、最大振動振幅点f1〜f11が最小応力点となり、
最小振動振幅点f2〜f10が最大応力点となる事柄
は、超音波理論で既に解明されている。
音波振動との位置関係を示す模式図である。図2におい
て、振動子1に結合された共振器20はチタンのような
合金からなる棒状の超音波ホーン21の両側に、第1実
施形態と同様の2つのブースター4,5を図外の無頭ね
じとねじ孔とで同軸に結合した態様であって、振動子1
から縦波として伝達された超音波振動と所定の周波数で
共振する5つの最大振動振幅点f21,f23,f2
5,f27,f29と、4つの最小振動振幅点f22,
f24,f26,f28とを提供する共振周波数の2波
長の長さを有している。
最大振動振幅点f23から最大振動振幅点f27までの
1波長の長さを有し、超音波ホーン21の中央部に接合
作用部21aが最大振動振幅点f25に位置して超音波
ホーン21の外周面より径方向外側に突設している。
以外の部分に第1実施形態と同様のヒーター6,7を備
えている。ヒーター6,7は第1実施形態と同様に超音
波ホーン21に最小振動振幅点f24,f26の位置で
下面と平行する方向に形成されたヒーター用穴21b,
21cに挿入装着されている。
間的な変位は、実線L3で描いた波形で示してある。
施形態の共振器20を用いた超音波振動接合装置として
の第3実施形態を示す斜視図である。この図3におい
て、装置本体23はその前側下部において前方及び左右
に開放された作業空間24を有し、作業空間24の上部
を区画した装置本体23の上部分の内部にエアーシリン
ダー25を備えている。エアーシリンダー25の下方に
突出するピストンロッド25aの下端にはホルダー26
を装着してある。ホルダー26は作業空間24の上方内
部に振動子1が結合結合された共振器2又は共振器20
を両支持の横置き状態で保持している。
3の下部は超音波振動接合装置を例えば製造ライン等に
組み付けるためのベースを構成する定盤27の上に設置
されている。定盤27の上面には複数の被接合部材W
1,W2の互いに重ね合わされた被接合部Waを搭載す
るための搭載台28を設置してある。搭載台28は、ピ
ストンロッド25a及び接合作用部3d又は21aと上
下方向で同軸となって作業空間24の内部の下部に配置
されている。搭載台28の上面は、ピストンロッド25
aが上昇限度位置に停止した状態では、接合作用部3d
又は21aの下面と上下に所定間隔を以て平行に対峙し
ている。
空気供給回路の空気供給経路切り替えにより、エアーシ
リンダー25のピストンロッド25aが縮小駆動し、接
合作用部3d又は21aが振動子1から共振器2又は2
0への超音波振動の伝達方向と直交する方向で搭載台2
8から上方に離れる方向に所定距離上昇した後に、ピス
トンロッド25aの縮小駆動が停止し、接合作用部3d
又は21aが上昇限度位置に停止することにより、接合
作用部3d又は21aの下面と搭載台28の上面との間
に被接合部材W1,W2を出し入れするための所定空間
を形成させておく。この接合作用部3d又は21aが上
昇限度位置に停止した状態において、搭載台28の上面
の接合作業領域に被接合部材W1,W2を互いに重ね合
わせた状態で搭載する。
切り替えにより、ピストンロッド25aが伸長駆動して
下降限度位置に停止する過程において、被接合部材W
1,W2の被接合部Waが接合作用部3d又は21aと
搭載台28とでそれらの間に加圧された状態に保持され
る。
加圧保持以前のうちのいずれかにおいて、超音波発振器
から振動子1に電気エネルギーを供給して振動子1に超
音波振動を発生させると共に、ヒーター6,7に電気エ
ネルギーを供給して熱を発生させる。振動子1からの超
音波振動に共振器2又は20が共振し、接合作用部3d
又は21aがエアーシリンダー25による加圧方向と直
交する方向に最大振動振幅を以て振動する共にヒーター
6,7により傍加熱される。これにより、被接合部Wa
の重ね合わせ面間には、超音波振動により発生する熱
と、ヒーター6,7から受ける熱との総和による接合エ
ネルギーが集中し、とりわけ超音波振動のエネルギーを
高くしたり加圧力を強くしなくても、当該合わせ面間が
適切に短時間に非溶解接合する。
作用部3dの両側の最小振動振幅点f2,f8又はf2
2,28に設けられていることから、振動子1から共振
器2の接合作用部3d又は共振器20の接合作用部21
aに伝達される超音波振動のエネルギーの一部が、支持
部4a,5aで消費されることはなく、振動子1から接
合作用部3d又は21aに効率良く伝達される。よっ
て、接合作用部3d又は21aの接合強度がばらつくこ
となく安定し、接合不良の発生率が著しく低減する。
において、空気供給回路の空気供給系統の切り替えによ
り、エアーシリンダー25が縮小駆動し、接合作用部3
d又21aが下降限度位置から上昇限度位置に停止する
過程では、接合作用部3d又21aと搭載台28とによ
る被接合部Waへの加圧保持が解除された後に、接合作
用部3d又は21aが上側の被接合部材Wから離れ、当
該接合の完了した被接合部Waを介して一体となった複
数の被接合部材W1,W2を搭載台28と接合作用部3
d又は21aとの間に形成された所定空間から取り出す
ことで、接合の一工程が終了する。
をホルダー26で両持ち支持する場合、図4に示す第4
実施形態のように、ホルダー26の本体26aより一方
のホルダーアーム26bを分離し、このホルダーアーム
26bを本体26aにクロスローラ26c等のようなガ
イド機構を介して共振器2又は20の軸方向に沿う方向
にスライド可能に取り付けたことで、ホルダー26の一
部を移動自在に構成して、ヒーター6,7からの伝熱に
よる共振器2又は20の伸縮を吸収すれば、超音波振動
のエネルギー損失を低減できる。又、この第4実施形態
におけるホルダー26で両持ち支持された共振器を加熱
する手段としては上記ヒータ6,7に代えて図外の熱風
で加熱するヒータでも良い。この熱風によるヒータの場
合、熱風によるヒータを共振器2又は20と非接触な状
態でホルダー26の本体26aに取付ければ、共振器2
又は20の振動バランスやホルダーアーム26bの移動
の観点から最良である。
との組み合わせについて図5〜8を用いて説明する。図
5〜8に示す各第4〜7実施形態の超音波ホーン30,
32,34,36は、各図に仮想線で示すように共振す
る超音波振動の周波数の1/2波長の長さを有するチタ
ンのような合金にて棒状に形成されている。
30は、最大振動振幅点f30から最小振動振幅点f3
1までの円柱部32aに締結工具用の上下の偏平部30
bを有し、最小振動振幅点f31から最大振動振幅点f
32までの部分に偏平部30bから振動振幅の基準線
(ゼロライン)に向けて徐々に傾斜する傾斜部30cを
有し、最大振動振幅点f32の部分で、傾斜部30cよ
り上下に突設する矩形状の複数の接合作用部30dを一
列状に離隔配置されたように備え、最小振動振幅点f3
1の部分にヒーター用穴30eに挿入装着した電熱器の
ようなヒーター31を接合作用部30dと平行する方向
に備えている。符号31aはヒーター31の電線であ
る。
32は、最大振動振幅点f30から最小振動振幅点f3
1までの円柱部32aに締結工具用の上下の偏平部32
bを有し、最小振動振幅点f31から最大振動振幅点f
32までの部分に偏平部32bから振動振幅の基準線
(ゼロライン)に向けて徐々に傾斜する傾斜部32cを
有し、最大振動振幅点f32の部分で、傾斜部32cよ
り上下に突設する長方形の接合作用部32dを備え、最
小振動振幅点f31の部分にヒーター用穴32eに挿入
装着した電熱器のようなヒーター33を接合作用部32
dと平行する方向に備えている。符号33aはヒーター
33の電線である。
合作用部30d又は32dが幅の広いタイプの場合は、
接合作用部30d又は32dが突出する方向に対して平
行となるように、ヒーター31又は33を超音波ホーン
30又は32に設ければ、超音波ホーン30又は32の
振動振幅のばらつきを抑制して、適正な接合を得ること
ができる。
34は、最大振動振幅点f30から最小振動振幅点f3
1までの円柱部34aに締結工具用の凹部34bを有
し、最小振動振幅点f31から最大振動振幅点f32ま
での角柱部34cを円柱部34aに滑らかに連続させる
傾斜部34dを有し、最大振動振幅点f32の部分で、
角柱部34cより前後に突設する長方形の接合作用部3
4eを備え、最小振動振幅点f31の部分にヒーター用
穴34fに挿入装着した電熱器のようなヒーター35を
接合作用部34dと平行する方向に備えている。符号3
5aはヒーター35の電線である。
36は、最大振動振幅点f30から最小振動振幅点f3
1までの太い円柱部36aに締結工具用の凹部36bを
有し、最小振動振幅点f31から最大振動振幅点f32
までの細い円柱分36cを円柱部36aに滑らかに連続
させる傾斜部36dを有し、最大振動振幅点f32の部
分で、円柱部36cより径方向に突設する矩形状の複数
の接合作用部36eを周方向に離隔配置し、最小振動振
幅点f31の部分にヒーター用穴36fに挿入装着した
電熱器のようなヒーター37を接合作用部36eと平行
する方向に備えている。符号37aはヒーター37の電
線である。
合作用部34e又は36eが幅の狭いタイプの場合は、
例えば図7に仮想線で示すように、接合作用部34e又
は36eが突出する方向と無関係に、ヒーター35又は
37を超音波ホーン34又は36に設けても、超音波ホ
ーン34又は36の振動振幅がばらつくことなく、適正
な接合を得ることができる。
0,32,34,36を用いた超音波振動接合装置とし
ての第9実施形態を示す斜視図である。図9において、
装置本体40はその一半部上に加圧機構の基部41を有
する。基部41の上面に形成された凹部41aには加圧
源としてのエアーシリンダー42を備えている。エアー
シリンダー42の上方に向けられたピストンロッド42
aにはホルダー43を連結してある。この実施形態の場
合、ホルダー43の下面に配置された可動駒44にピス
トンロッド42aの上端を下方に抜け止めされた形態で
取り付けてある。可動駒44はホルダー43の下面に固
定したガイドロッド45に昇降可能に嵌合装着され、可
動駒44より突出するガイドロッド45の下端部と可動
駒44との間に装着されたコイルスプリングのような弾
性体46により上方に付勢されている。可動駒44の左
右において、ホルダー43の下面にはスプライン軸によ
り構成されたガイドシャフト47を下方に向けて装着し
てある。ガイドシャフト47はこれに対応して基部41
に装着されたガイドブッシュ48に昇降可能に摺接係合
されている。ホルダー43の上部には振動子1が連結さ
れた共振器49を装着してある。共振器49は第5〜8
実施形態で示した共振器30,32,34,36の内の
1つである例えば共振器36とブースター50とを備え
ている。ブースター50は長さ調整可能に構成された振
動遮断支持部材51に内蔵されている。振動遮断支持部
材51は第1ダイヤフラム52がねじ53で取り付けら
れた第1筒体54の内部にブースター50を収納し、第
2ダイヤフラム55がねじ56で取り付けられ第2筒体
57の内部に第1筒体54より突出したブースター50
を取り込むと共に、第2筒体57を第1筒体54にねじ
嵌合して同軸に装着して、ブースター50の前後端が第
1ダイヤフラム52と第2ダイヤフラム55に当接した
ら、第1筒体54に装着されたナット58を第2筒体5
7ダブルナット掛けするように締結することで、ブース
ター50と整合するように長さ調整されている。この振
動遮断支持部材51の内部に同軸に収納されたブースタ
ー48の後端に、振動子1を図外の無頭ねじと図外のね
じ孔とにより第1ダイヤフラム52を介在して同軸に結
合し、ブースター50の前端に、超音波ホーン36を図
外の無頭ねじと図外のねじ孔とにより第2ダイヤフラム
55を介在して同軸に結合した後に、振動子1と共振器
49とが図9に示すようにホルダー43に配置されるよ
うに、振動遮断支持部材51をホルダー43の上部に装
着する。又、前記基部41の前方において、装置本体4
0上には搭載台59を備えている。搭載台59は被接合
部材W1,W2を搭載する最上部の内部に電熱器により
構成されたヒーター60を備えている。
ンダー42の伸長動作で、接合作用部36eが振動子1
から共振器49への超音波振動の伝達方向と直交する方
向で搭載台59から上方に離れる方向に所定距離上昇し
た後に、前記エアーシンダー42の縮小動作を停止し
て、接合作用部36eの下面と搭載台59の上面との間
に被接合部材W1,W2を出し入れするための所定空間
を形成させておく。この状態において、搭載台59の上
面の接合作業領域に被接合部材W1,W2を互いに重ね
合わせた状態で搭載する。その後、エアーシリンダー4
2が縮小動作して下降限度位置に停止する過程におい
て、接合作用部36eが被接合部材W1,W2に当接す
ると、図10に示すように、可動駒44が弾性体46を
圧縮して下降するこで、弾性体46が接合作用部36e
の被接合部材W1,W2への衝撃エネルギーを吸収す
る。その後、被接合部Waが接合作用部36eと搭載台
59とでそれらの間に加圧保持される。
加圧保持以前のうちのいずれかにおいて、図外の超音波
発振器から振動子1に電気エネルギーを供給して振動子
1に超音波振動を発生させると共に、ヒーター37,6
0に電気エネルギーを供給して熱を発生させる。この振
動子1を発振させる電気エネルギーの供給は、例えば、
ホルダー43に図外のセンサーを設け、可動駒44にド
ックを設け、弾性体46が図10に示すように所定量圧
縮された時に、センサーがドックを検知し、その検知し
た信号で超音波発生器から振動子1に電気エネルギーの
供給を開始して、振動子1を発振動作させることも可能
である。又、前記ヒーター37,60への電気エネルギ
ーの供給は、ヒーター37,60の発熱が短時間では安
定しないことから、連続的な接合作業の始動に合わせて
継続供給すれば、ヒーター37,60の発熱を接合に適
正に安定作用させることができる。そして、振動子1か
らの超音波振動に共振器49が共振し、接合作用部36
eがエアーシリンダー42による加圧方向と直交する矢
印Xで示す方向に最大振動振幅を以て振動する共にヒー
ター37,60により傍加熱される。これにより、被接
合部Waの重ね合わせ面間には、超音波振動により発生
する熱と、ヒーター37,60から受ける熱との総和に
よる接合エネルギーが集中し、超音波振動のエネルギー
を高くしたり加圧力を強くしなくても、当該合わせ面間
が適切に短時間に非溶解接合する。
うな高分子化合物からなる被接合部材を超音波振動で接
合する装置を第10実施形態として掲げたもので、図1
1はホルダー71の一部を取り外して共振器74の組付
け状態を示し、図12は同実施形態の共振器74を取り
外して図11を矢印A方向から見た状態を示している。
これらの図において、装置本体70にホルダー71を装
置本体70に取り付けたエアーシリンダー72で矢印Y
1方向に昇降駆動すると共に装置本体70との間に組付
けたクロスローラのようなガイド機構73に沿って昇降
誘導する形態である。ホルダー71はガイド機構側ホル
ダー部71aとこれにヒンジ71bで開閉可能に取り付
けられた開閉体側ホルダー部71cとを備え、ガイド機
構側ホルダー部71aと開閉体側ホルダー部71cとの
合面部に半円形の凹部71d,71e,71f,71g
を形成し、ガイド機構側ホルダー部71aの凹部71
d,71eに共振器74を収納した後に、開閉体側ホル
ダー部71cを閉じて、開閉体側ホルダー部71cの自
由端側の合面部に形成された貫通孔71iよりガイド機
構側ホルダー部71aの自由端側の合面部に形成された
ねじ孔71hにねじ73を締結することで、共振器74
をホルダー71の内部に装着するようになっている。共
振器74は振動子1にブースター75を図外の無頭ねじ
と図外のねじ孔とにより同軸に結合し、ブースター75
に超音波ホーン76を図外の無頭ねじと図外のねじ孔と
により同軸に結合してあって、振動子1の中間部をホル
ダー71の凹部71d,71fとで挟み付け、ブースタ
ー75より外側に同心円状に突出する支持部75aをホ
ルダー71の凹部71e,71gとで挟み付けると共
に、ホルダー71の凹部71e,71gより内側に突出
する段差部71jが接合作業時にブースター75の支持
部75aを受け止めるように、ホルダー71に装着され
ている。超音波ホーン76はブースター側の太い根本部
76aと、根本部76aより先端に延設された細い接合
作用部76bとを有し、根本部76aと接合作用部76
bとの境である最小振動振幅点の部分に形成されたヒー
ター用穴76cに挿入装着された電熱器タイプのヒータ
ー77を備えている。
波発振器から振動子1に電気エネルギーを供給して振動
子1に超音波振動を発生させることにより、共振器74
が共振し、超音波ホーン76が矢印Y2で示す方向に振
動すると共に、ヒーター77に電気エネルギーを供給し
て熱を発生させることにより、超音波ホーン76を傍加
熱して、高分子化合物を短時間に適正に接合することが
できる。
しては、被接合部材の材質や被接合部の面積や厚さ等に
よる物理的性質に接合作用部を合わせることから、例え
ば角棒状態の上下面に複数の接合作用部を設けたもの等
種々の形態が有り、それらの中から対象とする被接合部
材の形状や材質等の物理的性質に最適な超音波ホーンを
選択して使用することができる。
器を直接結合した場合を図示して説明したが、共振器と
振動子との間に中間ブースターを使用して接合作用部で
の振動振幅を変化させることも可能である。この中間ブ
ースターは1/2波長分の整数倍の長さを有する例えば
チタン、アルミニウム又は焼き入れされた鉄等のいずれ
かの材質からなる棒状の大径部と小径部分との体積比に
よって振動振幅の入出力比(倍率)を変化させる構成に
なっている。
音波振動の瞬間的な変位(振動振幅)を示す波形であ
る。
て伸びることで共振周波数が変わる。そこで、共振周波
数の温度依存性に基づく経験則から、常温で作られる共
振器の長さを短めに作製しておく。この短め共振器がヒ
ーターで所定温度に加熱されることで伸びる。この伸び
た共振器を振動子からの超音波振動で共振させること
で、その共振器が所定の周波数を以て共振するように構
成することは勿論である。共振器の材料にもよるが、例
えば、250℃の所定温度に加熱された際に、40KH
zで共振させるには、常温25℃で41〜42KHzで
共振するような長さに共振器を作る。
との位置関係を示すもので、a図は振動子と共振器との
平面図、b図は超音波振動の波形図、c図は振動子と共
振器との側面図。
との位置関係を示すもので、a図は振動子と共振器との
側面図、b図は超音波振動の波形図。
視図。
図、b図は側面図。
図。
面図。
1a,30d,32d,34e,36e,76b 接合
作用部、3,21,30,32,34,36,76 超
音波ホーン、6,7,31,33,35,77 ヒータ
ー。
Claims (4)
- 【請求項1】 超音波振動を発生する振動子の出力端に
結合された共振器とこれに相対峙して配置された搭載台
との一方又は両方を互いに近づく方向に移動し、共振器
に設けられた接合作用部と搭載台の最上部とでそれらの
間に複数の被接合部材の互いに重ね合された被接合部分
を加圧保持し、振動子から共振器の接合作用部に超音波
振動を伝達することにより、被接合部分の重ね合わせ面
間を接合する超音波振動接合装置において、振動子から
共振器に伝達される共振周波数の波長をλとすると、共
振器が1/2λの整数倍の長さを有すると共に両端に最
大振動振幅点を有しており、共振器の両端の最大振幅点
の間に存在する最小振動振幅点又は搭載台の最上部の一
方又は両方に、電熱器タイプのヒーターを接触させて設
けたことを特徴とする超音波振動接合装置。 - 【請求項2】 ヒーターを共振器に設ける場合、ヒータ
ー用穴を共振器の最小振動振幅点に形成し、ヒーター用
穴に電熱器タイプのヒーターを接触するように挿入装着
したことを特徴とする請求項1記載の超音波振動接合装
置。 - 【請求項3】 ヒーターを搭載台の最上部に設ける場
合、電熱器タイプのヒーターを搭載台の最上部の内部に
設けたことを特徴とする請求項1記載の超音波振動接合
装置。 - 【請求項4】 超音波振動を発生する振動子の出力端に
結合された共振器とこれに相対峙して配置された搭載台
との一方又は両方を互いに近づく方向に移動し、共振器
に設けられた接合作用部と搭載台の最上部とでそれらの
間に複数の被接合部材の互いに重ね合された被接合部分
を加圧保持し、振動子から共振器の接合作用部に超音波
振動を伝達することにより、被接合部分の重ね合わせ面
間を接合する超音波振動接合装置において、共振器又は
搭載台の一方又は両方にヒーターを設ける一方、搭載台
又は共振器の一方又は両方が互いに近づく方向に移動す
るため及び搭載台の最上部と共振器の接合作用部とで被
接合部分を加圧保持するために共振器を両持ち支持する
ホルダーの左右のホルダーアームの一方がホルダー本体
に対し共振器の軸方向に沿う方向に移動可能に取付けら
れたことを特徴とする超音波振動接合装置。
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