JP4572690B2

JP4572690B2 - 超音波接合方法、および超音波接合装置

Info

Publication number: JP4572690B2
Application number: JP2005030965A
Authority: JP
Inventors: 祐一青木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: JP2006212693A

Description

本発明は、金属製の第１部材を金属製の第２部材に対して加圧しながら振動させることにより、両者を接合する超音波接合方法、および超音波接合装置に関するものである。

従来、金属製の２つの部材同士を接合する方法として、例えば特許文献１に示されるような超音波接合方法が知られている。この超音波接合方法では、例えば一端側にフランジ部を有する配管（直管）を第１部材として、また、例えば熱交換器のヘッダタンク壁面を第２部材としている。そして、熱交換器をアンビルで固定した状態で、ホーンによって配管（フランジ部）を所定の加圧力で熱交換器（ヘッダタンク壁面）側に加圧しながら振動させることで摩擦を起させ、酸化皮膜を破壊し、両者の接触面に発生した摩擦熱によって、フランジ部をヘッダタンク壁面に加圧接合させている。尚、ホーンは、フランジ部の外側面（反熱交換器側面）に当接して配管の外周面を覆うように円筒状に形成されており、配管（直管）の反フランジ部側からセットされるようになっている（特許文献１中の図５）。

ここでは、フランジ部にヘッダタンク壁面側に向けて突出する突起部を設けることで、突起部の接触面圧を高く維持して、振動エネルギーを突起部に集中させることで、超音波接合により熱履歴の影響を最小限に抑えつつ、超音波接合の歩留まりを高めながら充分な接合強度、接合部の気密性を得るようにしている。
特開２００１−２４６４７９号公報

しかしながら、上記配管が曲管であったり、配管の中間部に張出し部等があると、上記のようなホーンを反フランジ部側からセットできなくなるので、ホーンをフランジ部の円周方向に複数に分割して超音波接合を行う必要が生ずる。この時、複数に分割されたホーン同士の干渉を避けるために所定の隙間部を設けることが必要となり、この隙間部においてはフランジ部側への加圧および振動付加ができなくなるため、充分な接合強度、気密性が得られない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、複数に分割されたホーンでも、確実な接合状態の得られる超音波接合方法、および超音波接合装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、管状部材（１１０）の一端側に形成されたフランジ部（１１１）を、ホーン（１１、１２）によって、相手側部材（１２０）の穴部の外周面（１２１）に加圧しながら振動させることにより接合する超音波接合方法であって、ホーン（１１、１２）をフランジ部（１１１）の周方向に複数に分割しておき、複数のホーン（１１、１２）を所定の隙間部（１３）を設けてフランジ部（１１１）にセットして、複数のホーン（１１、１２）をフランジ部（１１１）に加圧接触後に、同時もしくは交互に作動させて一回目の接合を行い、隙間部（１３）に対応するフランジ部（１１１）の位置を、複数のホーン（１１、１２）に対向するように周方向に相対的にずらした後に、複数のホーン（１１、１２）を同時もしくは交互に作動させて二回目の接合を行うことを特徴としている。

これにより、管状部材（１１０）が曲管であったり、また、管状部材（１１０）の中間部に張出し部等が有るような場合であっても、分割されたホーン（１１、１２）を用いるので、相手側部材（１２０）への超音波接合が可能となる。ここで、一回目の接合時に、フランジ部（１１１）と外周面（１２１）との間でホーン（１１、１２）の隙間部（１３）に対応する部位には未接合部（１３１）が残ることになるが、二回目の接合によって上記未接合部（１３１）は解消されることになるので、全周に渡って少なくとも一回は接合の成されたものとすることができる。即ち、気密性を有する接合管（１００）とすることができる。

請求項２に記載の発明では、管状部材（１１０）の一端側に形成されたフランジ部（１１１）を、相手側部材（１２０）の穴部の外周面（１２１）に加圧しながら振動させることにより接合するホーン（１１、１２）を有する超音波接合装置であって、ホーン（１１、１２）は、フランジ部（１１１）の周方向に複数に分割されると共に、複数のホーン（１１、１２）は、所定の隙間部（１３）を有するようにフランジ部（１１１）にセットされ、加圧接触された後に、同時もしくは交互作動による接合を可能としており、接合を行っていない時に、複数のホーン（１１、１２）は、周方向に移動可能としたことを特徴としている。

これにより、請求項１に記載の超音波接合方法を可能とする装置とすることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明に係る第１実施形態について、図１、図２を用いて説明する。尚、図１は２つのパイプ１１０、１２０を接合して接合パイプ１００を形成するための超音波接合装置１０を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ部であり、（ａ）は超音波接合装置１０による一回目の接合要領、（ｂ）は二回目の接合要領を示す断面図である。

図１に示すように、第１パイプ１１０は、金属製のパイプであって、本発明における管状部材に対応するものであり、一端側の全周に円形の第１フランジ部１１１が形成されている。尚、図１中では省略しているが、第１パイプ１１０の他端側（反フランジ部側）は曲げ部を有し、曲管となっている。

また、第２パイプ１２０は、上記第１パイプ１１０と同様に、金属製のパイプであって、本発明における相手側部材に対応するものであり、一端側の全周に円形の第２フランジ部１２１が形成されている。尚、第２フランジ部１２１は、本発明における穴部の外周面に対応する。

超音波接合装置１０は、上記の第１パイプ１１０を第２パイプ１２０側に加圧すると共に、更に第１フランジ部１１１の面が広がる方向に振動を付加するホーン１０Ａと、第２パイプ１２０を固定するアンビル１０Ｂとを有している。そして、ホーン１０Ａは、図２に示すように、第１フランジ部１１１の円周方向に複数（ここでは２つ）に分割されており、円柱部材を半割りにした第１ホーン１１と第２ホーン１２とから形成されるようにしている。尚、第１ホーン１１および第２ホーン１２は、図示しない２つの駆動部にそれぞれ接続されており、後述するように、第１パイプ１１０に対する加圧作動、および振動作動を同時もしくは交互に果たすようになっている。

次に、上記超音波接合装置１０を用いた接合方法について説明する。まず、両ホーン１１、１２間を開いた状態にして、第２フランジ部１２１が上側を向くようにして第２パイプ１２０をアンビル１０Ｂにセットする。更に、第２フランジ部１２１の上側面に第１フランジ部１１１を乗せるようにして第１パイプ１１０をセットする。そして、第１パイプ１１０を挟むようにして両ホーン１１、１２間を閉じる。この時、両ホーン１１、１２と第１パイプ１１０の外周面とが接触しないように、且つ、両ホーン１１、１２の半円形の端部間に隙間部１３（図２中の寸法δ）が形成されるようにしている。

その後に、両ホーン１１、１２を第１フランジ部１１１に加圧接触させて（図１中の白矢印）、両ホーン１１、１２によって同時もしくは交互に第１フランジ部１１１の面の広がる方向（図２中の白矢印方向）に振動を付加することで、両フランジ部１１１、１２１同士を接合する（一回目の接合）。この時、隙間部１３においては、第１ホーン１１が第１フランジ部１１１に当接しない部位となるので、第２フランジ部１２１に対しては未接合部（図２（ａ）中のハッチング部）１３１として残る。

その後に、上記未接合部１３１の位置を、両ホーン１１、１２の下面に対向するように周方向に相対的にずらす。即ち、ここでは、両パイプ１１０、１２０（上記一回目の接合でほぼ両者が接合されているもの）を、図２（ｂ）に示すように、中心回りに所定角度α分だけずらして、未接合部１３１が両ホーン１１、１２の下側となるように再セットする。そして、上記一回目の接合と同様の要領で、二回目の接合を行うことで、接合パイプ（本発明における接合パイプに対応）１００が完成される。

以上のように本発明においては、ホーン１０Ａを周方向に複数に分割し（ホーン１１、１２）、一回目の接合の後に未接合部１３１の位置を両ホーン１１、１２に対して相対的にずらして、二回目の接合を行うようにしているので、第１パイプ１１０が曲管であったり、また、第１パイプ１１０の中間部に張出し部等が有るような場合であっても、分割された両ホーン１１、１２によって、第２パイプ（相手側部材）１２０への超音波接合が可能となる。ここで、一回目の接合時に、両ホーン１１、１２の隙間部１３に対応する部位には未接合部１３１が残ることになるが、二回目の接合によって上記未接合部１３１は解消されることになるので、全周に渡って少なくとも一回は接合の成された接合パイプ１００とすることができる。即ち、気密性を有する接合パイプ１００とすることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、相手側部材として、第１パイプ１１０と同様の第２パイプ１２０としたが、これに限らず、端部側断面が第２フランジ部１２１に相当する面積を有する厚肉の管部材としたり、穴部を有するブロック状の部材等としても良い。

また、二回目の接合を行う際に、未接合部１３１に対して、両ホーン１１、１２側を中心回りに回転させて位置をずらすようにしても良い。

尚、接合パイプ１００としては、管状部材が曲り部を有する長尺のパイプであって、例えば、内部を冷媒が流通する空調装置用の熱交換器に接続されるものに用いて好適である。具体的には、相手側部材を熱交換器の本体部に接合しておき、更にこの相手側部材に管状部材を超音波接合で接合することで、熱交換器への接合が容易で、且つ気密性を確保できる接合パイプ１００として使用できる。

２つのパイプを接合して接合パイプを形成するための超音波接合装置を示す断面図である。図１のＡ−Ａ部であり、（ａ）は超音波接合装置による一回目の接合要領、（ｂ）は二回目の接合要領を示す断面図である。

符号の説明

１０超音波接合装置
１１第１ホーン（ホーン）
１２第２ホーン（ホーン）
１３隙間部
１００接合パイプ（接合管）
１１０第１パイプ（管状部材）
１１１第１フランジ部（フランジ部）
１２０第２パイプ（相手側部材）
１２１第２フランジ部（穴部の外周面）

Claims

管状部材（１１０）の一端側に形成されたフランジ部（１１１）を、ホーン（１１、１２）によって、相手側部材（１２０）の穴部の外周面（１２１）に加圧しながら振動させることにより接合する超音波接合方法であって、
前記ホーン（１１、１２）を前記フランジ部（１１１）の周方向に複数に分割しておき、
複数の前記ホーン（１１、１２）を所定の隙間部（１３）を設けて前記フランジ部（１１１）にセットして、
複数の前記ホーン（１１、１２）を前記フランジ部（１１１）に加圧接触後に、同時もしくは交互に作動させて一回目の接合を行い、
前記隙間部（１３）に対応する前記フランジ部（１１１）の位置を、複数の前記ホーン（１１、１２）に対向するように周方向に相対的にずらした後に、
複数の前記ホーン（１１、１２）を同時もしくは交互に作動させて二回目の接合を行うことを特徴とする超音波接合方法。
管状部材（１１０）の一端側に形成されたフランジ部（１１１）を、相手側部材（１２０）の穴部の外周面（１２１）に加圧しながら振動させることにより接合するホーン（１１、１２）を有する超音波接合装置であって、
前記ホーン（１１、１２）は、前記フランジ部（１１１）の周方向に複数に分割されると共に、
複数の前記ホーン（１１、１２）は、所定の隙間部（１３）を有するように前記フランジ部（１１１）にセットされ、加圧接触された後に、同時もしくは交互作動による前記接合を可能としており、
前記接合を行っていない時に、複数の前記ホーン（１１、１２）は、前記周方向に移動可能としたことを特徴とする超音波接合装置。