JP7144330B2 - 接合装置 - Google Patents

Description

この発明は、接合装置に関する。

特開２０１６－１１７１００号公報（特許文献１）には、金属部材同士または金属部材と無機質部材とを音波振動または超音波振動で接合する接合装置が開示されている。

特開２０１６－１１７１００号公報 特開２００５－１４２５３７号公報

特開２０１６－１１７１００号公報（特許文献１）で開示された接合装置では、金属部材同士または金属部材と無機質部材を接合するために、加圧方向に直交する横方向の振動を第１共振器および第２共振器から接合対象部に付与する。

一方、接合する部材の材質によっては、加圧方向に沿った縦方向の振動を加える方が接合しやすいことがある。例えば、特開２００５－１４２５３７号公報（特許文献２）では、縦振動を加える接合装置が開示されている。

したがって、種々の材質の部材に接合に対応するためには、横方向振動によって接合を行なう接合装置と、縦方向振動によって接合を行なう接合装置とがあったほうが好ましい。しかしながら、２台の接合装置を用意することは、設置面積の点およびコストの点から好ましくない。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、１台で縦方向振動と横方向振動とを加えることが可能な接合装置を提供することである。

この発明は、要約すると、第１部材と第２部材とを接合する接合装置であって、第１部材側に配置される第１ホーンと、第２部材側に配置される第２ホーンと、第１ホーンと第２ホーンとの間を狭くするように第１ホーンと第２ホーンとの間に圧力を加える加圧装置と、加圧装置の加圧方向に直交する方向の振動を第１ホーンに加える第１加振装置と、加圧装置の加圧方向に平行な方向の振動を第２ホーンに加える第２加振装置とを備え、第１部材は金属で形成され、第２部材は樹脂を含む材料で形成される。

このような構成とすることによって、１台の接合装置によって、横方向の振動と縦方向の振動を接合対象部材に加えることができる。さらに、金属材料と樹脂を含む材料との接合を接合することができる接合装置を実現できる。
好ましくは、第２ホーンの第２部材への接触面積は、第１ホーンの第１部材への接触面積よりも大きい。
この発明は、他の局面では、第１部材と第２部材とを接合する接合装置であって、第１部材側に配置される第１ホーンと、第２部材側に配置される第２ホーンと、第１ホーンと第２ホーンとの間を狭くするように第１ホーンと第２ホーンとの間に圧力を加える加圧装置と、加圧装置の加圧方向に直交する方向の振動を第１ホーンに加える第１加振装置と、加圧装置の加圧方向に平行な方向の振動を第２ホーンに加える第２加振装置とを備え、第２ホーンの第２部材への接触面積は、第１ホーンの第１部材への接触面積よりも大きい。第１ホーンが接触する第１部材の表面硬さと、第２ホーンが接触する第２部材の表面硬さとが異なる場合、ホーンと部材の接触面に掛かる圧力により、表面硬さが小さい方の部材側の接触面に傷がつきやすい。そこで、硬度が小さい部材側である第２ホーンが第２部材に接触する面積を、硬度が大きい部材側である第１ホーンが第１部材に接触する面積よりも大きくする。これにより、ホーンと部材との接触面に傷をなるべく付けずに接合継手を作成することができる。

好ましくは、接合装置は、第１加振装置と第２加振装置とを制御する制御装置をさらに備える。接合装置は、動作モードとして第１モードと第２モードとを有する。制御装置は、第１モードにおいて第２加振装置を停止させた状態で第１加振装置を作動させ、第２モードにおいて第１加振装置を停止させた状態で第２加振装置を作動させる。

このような動作モードを有するので、横方向の振動で接合しやすい材料については第１モードによって接合し、縦方向の振動で接合しやすい材料については第２モードで接合すれば、複数の材料の接合を１台の接合装置によって対応することができる。

より好ましくは、接合装置は、動作モードとして第３モードをさらに有する。制御装置は、第３モードにおいて１回の接合動作中に第１加振装置を作動させるとともに第２加振装置も作動させる。

第３モードで作動させることによって、横方向の振動で接合しやすい材料と縦方向の振動で接合しやすい材料とを良好に接合できる可能性が高まる。

本発明の接合装置によれば、１台の装置で縦方向振動による接合と横方向振動による接合の両方を行なうことができる。

本実施の形態に係る接合装置の構成を示す図である。 接合対象に横方向の振動を加える場合（第１モード）の制御装置１００による制御を説明するための波形図である。 接合対象に縦方向の振動を加える場合（第２モード）の制御装置１００による制御を説明するための波形図である。 接合対象に縦方向の振動と横方向の振動を１回の接合動作中に加える場合（第３モード）の制御装置１００による制御を説明するための波形図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に係る接合装置の構成を示す図である。図１を参照して、接合装置１は、電源２０と、第１加振装置３０と、第１ホーン４１と、第２加振装置１３０と、第２ホーン１４１と、加圧装置５０と、制御装置１００とを備える。

接合装置１は、第１部材７１と第２部材７２とを接合する。第１ホーン４１は、第１部材７１側に配置される。第２ホーン１４１は、第２部材７２側に配置される。

第１部材７１と第２部材７２は、例えば板状部材である。第１部材７１と第２部材７２は重ね合わせられ、第１ホーン４１と第２ホーン１４１との間に挟持される。

加圧装置５０は、第１ホーン４１と第２ホーン１４１との間を狭くするように第１ホーン４１と第２ホーン１４１との間に圧力を加える。

第１加振装置３０は、商用電源１０から接合用の高周波交流電圧を発生させる電源２０から高周波を受けて振動する振動子３１と、振動子３１の振動を増幅させる増幅器３２とを含む。第２加振装置１３０は、商用電源１０から接合用の高周波交流電圧を発生させる電源２０から高周波を受けて振動する振動子１３１と、振動子１３１の振動を増幅させる増幅器１３２とを含む。

第１加振装置３０は、加圧装置５０の加圧方向に直交する方向の振動を第１ホーン４１に加える。換言すると、第１加振装置３０は、接合面に平行な方向の振動を第１ホーンに加える。第２加振装置１３０は、加圧装置５０の加圧方向に平行な方向の振動を第２ホーン１４１に加える。換言すると、第２加振装置１３０は、接合面に垂直な方向の振動を第２ホーンに加える。

このような構成とすることによって、１台の接合装置１によって、横方向の振動と縦方向の振動を接合対象部材に加えることができる。

例えば、金属同士は、固定したアンビルの上に接合対象物を重ねて配置し、横方向に振動するホーンを使用して上方から加圧すると良好な接合が得られることが知られている。また例えば、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）は、固定したアンビルの上に接合対象物を重ねて配置し、縦方向に振動するホーンを使用して上方から加圧すると良好な接合が得られることが知られている。

したがって、接合装置１によれば、１台の接合装置によって、種々の材料の接合対象を接合することができる。

第１加振装置３０または第２加振装置１３０の少なくとも一方によって振動が与えられると、第２部材７２と第１部材７１との間に相対運動が発生する。この相対運動によって、第２部材７２と第１部材７１との間に摩擦熱が発生し、第２部材７２と第１部材７１とが溶着する。

接合装置１は、第１加振装置３０と第２加振装置１３０とを制御する制御装置１００をさらに備える。接合装置１は、動作モードとして第１モードと第２モードとを有する。

制御信号Ｖ１がＯＮ状態となると第１加振装置３０が作動し、制御信号Ｖ１がＯＦＦ状態となると第１加振装置３０が停止する。

制御信号Ｖ２がＯＮ状態となると第２加振装置１３０が作動し、制御信号Ｖ２がＯＦＦ状態となると第２加振装置１３０が停止する。

制御装置１００は、第１加振装置３０に制御信号Ｖ１を送信し、第２加振装置１３０に制御信号Ｖ２を送信することによって、第１モードと第２モードの動作を接合装置に行なわせることができる。制御装置１００は、プロセッサとメモリとを内蔵したマイクロコンピュータで実現することができる。メモリに記憶されたプログラムがプロセッサに読み込まれ、指定された動作モードに対応するように、制御装置１００は、第１加振装置３０と第２加振装置１３０とを制御する。

図２は、接合対象に横方向の振動を加える場合（第１モード）の制御装置１００による制御を説明するための波形図である。図２の時刻ｔ１～ｔ２に示すように、制御装置１００は、第１モードにおいて第２加振装置１３０を停止させた状態で第１加振装置３０を作動させるように、制御信号Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ振動子３１，１３１に送信する。

図３は、接合対象に縦方向の振動を加える場合（第２モード）の制御装置１００による制御を説明するための波形図である。図３の時刻ｔ１１～ｔ１２に示すように、制御装置１００は、第２モードにおいて第１加振装置３０を停止させた状態で第２加振装置１３０を作動させるように、制御信号Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ振動子３１，１３１に送信する。

これらの動作モードを有するので、横方向の振動で接合しやすい材料については第１モードによって接合し、縦方向の振動で接合しやすい材料については第２モードで接合すれば、複数の材料の接合を１台の接合装置によって対応することができる。

より好ましくは、第１部材７１は金属で形成され、第２部材７２は樹脂を含む材料（例えばＣＦＲＰ）で形成される。したがって、金属材料と樹脂を含む材料との接合を接合することができる接合装置を実現できる。

なお、樹脂材料等に好適な縦振動を与える第２ホーン１４１の第２部材７２への接触面積は、金属材料等に好適な横振動を与える第１ホーン４１の第１部材７１への接触面積よりも大きくすることが好ましい。

第１ホーン４１が接触する第１部材７１の表面硬さと、第２ホーン１４１が接触する第２部材７２の表面硬さとが異なる場合、ホーンと部材の接触面に掛かる圧力により、表面硬さが小さい方の部材側の接触面に傷がつきやすい。そこで、硬度が小さい部材側である第２ホーン１４１が第２部材７２に接触する面積を、硬度が大きい部材側である第１ホーン４１が第１部材７１に接触する面積よりも大きくする。これにより、ホーンと部材との接触面に傷をなるべく付けずに接合継手を作成することができる。

より好ましくは、接合装置１は、動作モードとして第３モードをさらに有する。制御装置１００は、第３モードにおいて１回の接合動作中に第１加振装置３０を作動させるとともに第２加振装置１３０も作動させる。

図４は、接合対象に縦方向の振動と横方向の振動を１回の接合動作中に加える場合（第３モード）の制御装置１００による制御を説明するための波形図である。

図４の時刻ｔ３１～ｔ３２に示すように、制御装置１００は、第３モード前半において第２加振装置１３０を停止させた状態で第１加振装置３０を作動させるように、制御信号Ｖ１（＝ＯＮ）、Ｖ２（＝ＯＦＦ）をそれぞれ振動子３１，１３１に送信する。

さらに図４の時刻ｔ３２～ｔ３３に示すように、制御装置１００は、第３モード後半において第１加振装置３０を停止させた状態で第２加振装置１３０を作動させるように、制御信号Ｖ１（＝ＯＦＦ）、Ｖ２（＝ＯＮ）をそれぞれ振動子３１，１３１に送信する。

このような第３モードで接合装置１を作動させることによって、横方向の振動で接合しやすい材料（例えば金属）と縦方向の振動で接合しやすい材料（例えばＣＦＲＰ）との異種材料間を良好に接合できる可能性が高まる。

なお、第１加振装置３０を先に動かし、第２加振装置１３０を後に動かす例を示したが、動かす順序は逆でも良い。また第１加振装置３０を動かす時間と第２加振装置１３０を動かす時間に重なりがあっても良い。

以上説明したように、本実施の形態の接合装置１によれば、金属同士、樹脂同士を１台の装置で接合することが可能である。したがって、多工程を有する製造において、設備の設置面積を低減させることができる。また金属と樹脂の接合など、異種材料を接合できる可能性も高まる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 接合装置、１０ 商用電源、２０ 電源、３０，１３０ 加振装置、３１，１３１ 振動子、３２，１３２ 増幅器、４１ 第１ホーン、５０ 加圧装置、７１ 第１部材、７２ 第２部材、１００ 制御装置、１４１ 第２ホーン。

Claims (5)

1. 第１部材と第２部材とを接合する接合装置であって、
   前記第１部材側に配置される第１ホーンと、
   前記第２部材側に配置される第２ホーンと、
   前記第１ホーンと前記第２ホーンとの間を狭くするように前記第１ホーンと前記第２ホーンとの間に圧力を加える加圧装置と、
   前記加圧装置の加圧方向に直交する方向の振動を前記第１ホーンに加える第１加振装置と、
   前記加圧装置の加圧方向に平行な方向の振動を前記第２ホーンに加える第２加振装置とを備え、
   前記第１部材は金属で形成され、前記第２部材は樹脂を含む材料で形成される、接合装置。
2. 前記第２ホーンの前記第２部材への接触面積は、前記第１ホーンの前記第１部材への接触面積よりも大きい、請求項１に記載の接合装置。
3. 第１部材と第２部材とを接合する接合装置であって、
   前記第１部材側に配置される第１ホーンと、
   前記第２部材側に配置される第２ホーンと、
   前記第１ホーンと前記第２ホーンとの間を狭くするように前記第１ホーンと前記第２ホーンとの間に圧力を加える加圧装置と、
   前記加圧装置の加圧方向に直交する方向の振動を前記第１ホーンに加える第１加振装置と、
   前記加圧装置の加圧方向に平行な方向の振動を前記第２ホーンに加える第２加振装置とを備え、
   前記第２ホーンの前記第２部材への接触面積は、前記第１ホーンの前記第１部材への接触面積よりも大きい、接合装置。
4. 前記第１加振装置と前記第２加振装置とを制御する制御装置をさらに備え、
   前記接合装置は、動作モードとして第１モードと第２モードとを有し、
   前記制御装置は、前記第１モードにおいて前記第２加振装置を停止させた状態で前記第１加振装置を作動させ、前記第２モードにおいて前記第１加振装置を停止させた状態で前記第２加振装置を作動させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合装置。
5. 前記接合装置は、前記動作モードとして第３モードをさらに有し、
   前記制御装置は、前記第３モードにおいて１回の接合動作中に前記第１加振装置を作動させるとともに前記第２加振装置も作動させる、請求項４に記載の接合装置。

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