JPH1052768A - 超音波振動接合用共振器 - Google Patents
超音波振動接合用共振器Info
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Abstract
た接合作用部2を振動方向Xと垂直に進退可能なねじ手
段1c,3aにより固定的に取り付けたことにより、接
合作用部2が超音波ホーン1の振動と同じように振動し
て、超音波振動による接合を適切に行う。又、接合作用
部2の表面研磨による補修が繰り返されて、接合作用部
2が使用不可能となった場合、超音波ホーン1を装置に
付けたまま、古い接合作用部2を新しい接合作用部2に
交換するだけで、共振状態のチューニングが適切に取ら
れている超音波ホーン1を再使用可能とする。
Description
接合部材を超音波振動で接合する装置に用いられる共振
器に関する。
れたように、超音波振動を発生する振動子に結合した共
振器と搭載台とでそれらの間に重ね合わせた被接合部材
を加圧保持し、振動子から共振器に超音波振動を伝達す
ることにより、被接合部材の重ね合わせ面間を接合する
ようにした超音波振動接合装置が知られている。
接合装置に用いられる共振器は、アルミニウム、鉄、チ
タン等のいずれか1つの材料で、被接合部材の材質・厚
さ・形状、振動子の発振出力等から設定される形状や大
きさに切削加工して1次加工品を作り、この1次加工品
を振動子に結合して実際に振動させて、その共振状態が
所望の状態となるように、長さや太さを調整するような
2次加工を1次加工品に施して、共振状態のチューニン
グを行うことで、使用に供されるが、接合時の温度で共
振器の接合作用部が拡散を起こして摩耗する。このよう
な摩耗が繰り返されて、共振器の接合作用部の表面性状
が荒れると、被接合部材の接合不良を発生したり、被接
合部材の表面に接合痕が付いて、品質感及び信頼性に欠
けることから、共振器の接合作用部の表面を研磨して補
修する。しかし、補修には共振器を装置より取り外さな
ければならず、その再組立、調整に多大な労力と時間と
を要する。しかも、接合作用部の研磨しろは、適切な共
振状態を作る関係から、余り多く設定することができ
ず、数回程度の補修で使用不可能となり、不経済であ
る。
本体を構成する超音波ホーンと別体のチップに形成し、
このチップを超音波ホーンにその振動方向と交差する方
向よりねじ手段で固定して、経済的で品質信頼性を向上
することができる超音波振動接合装置用共振器を提供し
ようとするものである。
被接合部材を超音波振動で接合する装置に用いられる共
振器は、超音波振動を発生する振動子に連結される超音
波ホーンと、これに結合される接合作用部とに分割し、
接合作用部を超音波ホーンに振動方向と垂直に進退可能
なねじ手段により固定的に取り付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、接合作用部を超音
波ホーンに振動方向と垂直に進退可能なねじ手段により
固定的に取り付けることにより、接合作用部が超音波ホ
ーンの振動と同じように振動して、超音波振動による接
合を適切に行うことができる。又、接合作用部の表面研
磨による補修とが繰り返されて、接合作用部が使用不可
能となった場合、超音波ホーンを装置に付けたまま、古
い接合作用部を新しい接合作用部に交換するだけで、共
振状態のチューニングが適切に取られている超音波ホー
ンを再使用することができて、経済的であるうえ、品質
信頼性を向上することができる。
器本体を構成する超音波ホーン1は、アルミニウム、
鉄、チタン等のいずれか1つの材料で棒状に形成された
一端に、図外のブースタを介在させるか、又は直接、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る振動子
を同軸に結合し、振動子からブースタを介して伝達され
た超音波振動に共振するか、又は振動子から直接伝達さ
れた超音波振動に共振する、共振周波数の1/2波長の
整数倍の長さを有している。この超音波ホーン1は、そ
の長さが例えば1/2波長の場合は振動子とは反対側の
端部の最大振動振幅点の位置に、1波長の場合は中央の
最大振動振幅点の位置に、超音波ホーン1と別体のアル
ミニウム、鉄、チタン等の中の1つの材料にてチップに
形成された接合作用部2を、超音波ホーン1の振動方向
Xと垂直に進退可能なねじ手段としてのねじ部材3で固
定的に取り付けてある。接合作用部2の材料は超音波ホ
ーン1と同一材料でも異種材料でもよいが、被接合部材
であるワークの材質とのつりあいより決められるのが好
ましい。
の外側面1aに円形の凹部1bを形成し、凹部1bの外
側面1a寄りの内周面に雌ねじを形成したねじ孔1cを
連接している。接合作用部2は、ねじ孔1cより凹部1
bに内接嵌合する円板形のチップベース2aの上面に、
四角柱のような角柱形のチップ本体2bを同軸に突設し
ている。チップベース2aは凹部1bの雌ねじが形成さ
れていない部分の深さ以上の厚さを有する。チップ本体
2bはねじ部材3の厚さ以上の高さを有する。ねじ部材
3はその外周面にねじ孔1cの雌ねじに嵌合する雄ねじ
が形成されたねじ部3aを有し、その上面にそれよりも
小形な工具掛部3bを突設し、その中心に貫通孔3cを
形成してある。貫通孔3cは、チップベース2aを凹部
1bに収容し、ねじ部材3をねじ孔1cに締結する際、
チップ本体2bと干渉しない大きさの孔径を有してい
る。
ップベース2aを超音波ホーン1のねじ孔1cより凹部
1bに収容し、その接合作用部2のチップ本体2bをね
じ部材3の貫通孔3cの内部に取り込むようにして、ね
じ部材3のねじ部3aを超音波ホーン1のねじ孔1cに
嵌合し、ねじ部材3の工具掛部3bにスパナのような締
結工具を嵌めて、当該締結工具でねじ部材3を超音波ホ
ーン1に締結することで、チップ本体2bがねじ部材3
の貫通孔3c及び超音波ホーン1の外周面1aより突出
すると共に、チップベース2aがねじ部材3の下面と凹
部1bの底面とで挟まれる形態で、接合作用部2が超音
波ホーン1に振動方向Xと垂直に進退可能なねじ部材3
のねじ部3aと超音波ホーン1のねじ孔1cとからなる
ねじ手段により、固定的に取り付けられる。この状態に
おいて、チップベース2aの外周面が凹部1bの内周面
に接触し、チップベース2aの底面が凹部1bの底面に
接触しているので、超音波ホーン1をそれに結合した図
外の振動子からの超音波振動に共振した場合、接合作用
部2が凹部1bの内部で踊ることなく超音波ホーン1の
振動と同じように振動して、超音波振動による接合を適
切に行うことができる。
プ本体2aの表面研磨による補修とが繰り返されて、接
合作用部2が使用不可能となった場合、ねじ部材3の工
具掛部3bに前述のような締結工具を嵌めて、ねじ部材
3を緩めて超音波ホーン1より取り外して、当該使用不
能となった古い接合作用部2を超音波ホーン1の凹部1
bより取り外す。その後、上記と同じ手順により、新し
い接合作用部2を超音波ホーン1にねじ部材3で固定的
に取り付ければ、超音波ホーン1を繰り返して使用する
ことができる。つまり、超音波ホーン1を装置に付けた
まま、古い接合作用部2を新しい接合作用部2に交換す
るだけで、共振状態のチューニングが適切に取られてい
る超音波ホーン1を再使用することができて、経済的で
あるうえ、品質信頼性を向上することができる。
のチップベース2aの上面と外周面との連接角部に截頭
円錐形の傾斜面部2cを形成する一方、ねじ部材3の底
面と貫通孔3cとの連接角部に傾斜面部2cの傾斜面と
整合する傾斜角度を有する截頭円錐形の傾斜孔3d(図
2のc図参照)を形成し、接合作用部2を超音波ホーン
1の凹部1bにその振動方向Xと垂直に進退可能なねじ
孔1cとねじ部3aとからなるねじ手段により固定的に
取り付ける際に、傾斜面部2cと傾斜孔3dとによる楔
を利かせてある。
振動子からの超音波振動に共振した場合、その振動に対
し、傾斜面部2cと傾斜孔3dとによる楔が相互に土手
のように働くので、ねじ部材3による締結を強固にしな
くても、接合作用部2が凹部1bの内部で踊ることなく
超音波ホーン1の振動と同じように振動して、超音波振
動による接合を適切に行うことができる。
1が外側面1aに角形としての四角形に形成された凹部
1dを有し、凹部1dの外側面1a寄りにそれよりも大
径のねじ孔1eを凹部1dと同軸に有している。接合作
用部2は、凹部1dに内接嵌合する四角板形のチップベ
ース2dの上面に、角柱形のチップ本体2bを同軸に突
設している。チップベース2dは凹部1dの深さ以上の
厚さを有する。ねじ部材3は接合作用部2のチップベー
ス2dを覆う大径なねじ部3eの上面に工具掛部3bを
同軸に突設し、その中心に貫通孔3cを形成している。
をねじ孔1eより凹部1dに嵌合し、チップ本体2bを
ねじ部材3の貫通孔3cの内部に取り込むようにして、
ねじ部材3のねじ部3eを超音波ホーン1のねじ孔1e
に嵌合し、ねじ部材3を超音波ホーン1に締結すること
で、振動方向Xと垂直に進退可能なねじ孔1eとねじ部
3eとからなるねじ手段により、接合作用部2が超音波
ホーン1に固定的に取り付けられて凹部1dの内部で踊
ることなく超音波ホーン1の振動と同じように振動し
て、超音波振動による接合を適切に行うことができる。
音波ホーン1の凹部1dとを互いに整合する四角形に形
成してあり、チップベース2dを凹部1dに入れること
で、接合作用部2が超音波ホーン1に正確に位置決めさ
れるので、例えば、図外のワークである被接合部材によ
って、接合作用部2のチップ本体2bの接合作用面とし
ての上面をメッシュ(正確に配置された多数の凹凸、一
方向に整列された連続する山と谷のような凹凸)、ブラ
スト(任意に配置された多数の凹凸)等と呼ばれる表面
性状に形成した場合、それらの凹凸を超音波ホーン1の
振動方向Xに対し予め設定された角度で正確に配置し
て、被接合部材の接合強度を適切に維持することができ
る。
1が凹部1bの底面に角形孔としての方形孔1fを凹部
1bと同軸に有する一方、この方形孔1fに内接嵌合す
る凸部2d’(図4のc図参照)をチップベース2aの
底面に同軸に形成し、この凸部2d’を方形孔1fに取
り込み、ねじ部材3を超音波ホーン1に締結すること
で、振動方向Xと垂直に進退可能なねじ孔1cとねじ部
3aとからなるねじ手段により固定的に取り付ける際
に、接合作用部2の位置決めを行う。
孔1fに入れることで、接合作用部2が超音波ホーン1
に正確に位置決めされるので、上記実施形態3と同様に
チップ本体2bの接合作用面がメッシュやブラスト等の
表面性状を有する場合、それらの凹凸を超音波ホーン1
の振動方向Xに対し予め設定された角度で正確に配置し
て、被接合部材の接合強度を適切に維持することができ
る。
1が外側面1aに平坦面部1gを振動方向Xと平行に有
し、この平坦面部1gに複数のねじ孔1hを振動方向X
と直交する方向に所定間隔を以て形成している。接合作
用部2は外周面に雄ねじが形成されたねじ部2eにそれ
よりも大径な円板状のチップ本体2fを同軸に連接した
頭付きねじのような形状を有している。チップ本体2f
はその外周面に平行に相対峙する一対の平坦面よりなる
工具掛部2gを備えている。
じ部2eを超音波ホーン1のねじ孔1hに装着して、工
具掛部2gに嵌めたスパナのような工具でねじ部2eを
ねじ孔1hに締結し、チップ本体2fのねじ部2eより
外側に突出する底面を超音波ホーン1の平坦面部1gに
当接することで、振動方向Xと垂直に締結可能なねじ部
2eとねじ孔1hとからなるねじ手段により、接合作用
部2が超音波ホーン1に固定的に取り付けられて超音波
ホーン1の振動と同じように振動して、超音波振動によ
る接合を適切に行うことができる。
hのそれぞれに締結することで、超音波ホーン1に複数
の接合作用部2を振動方向Xと直交する方向に所定間隔
で整列配置することができる。
1が平坦面部1gに溝1iを振動方向Xと直交する方向
に延設し、この溝1iの底面に複数の貫通孔1jを振動
方向Xと直交する方向に所定間隔で配置形成し、貫通孔
1jの両端の開口縁に傾斜面部1k,1mを形成してい
る。接合作用部2は貫通孔1jよりも長さが長いねじ部
2h、截頭円錐形の傾斜面部2i、チップ本体2fを同
軸に下から上に順に連接した頭付きねじのような形状を
有している。チップ本体2fの外周面には溝1iの幅と
略同一寸法で平行に相対峙する一対の平坦面により形成
された回止部2jを備えている。この接合作用部2のね
じ部2hの先端外周面に形成された雄ねじに締結するナ
ット4はそのねじ孔4aまわりの一端部に傾斜面部1k
に整合する截頭円錐形の傾斜面部4bを有する。
じ部2hを超音波ホーン1の溝1iより貫通孔1jに挿
入し、チップ本体2fの回止部2jを溝1iに内接嵌合
するように挿入配置し、溝1iの反対側で貫通孔1jよ
り突出するねじ部2hにナット4の傾斜面部4b側より
ねじ孔4aを装着して、ナット4をスパナのような締結
工具で締結すると、接合作用部2の傾斜面部2iが超音
波ホーン1の傾斜面部1kに当接し、傾斜面部2iより
外側に突出するチップ本体2fの底面が溝1iの底面に
当接し、ナット4の傾斜面部4bが超音波ホーン1の傾
斜面部1mに当接することで、振動方向Xと垂直に締結
可能なねじ部2hとねじ孔4aとからなるねじ手段によ
り、接合作用部2が超音波ホーン1に固定的に取り付け
られる。
fの回止部2jが溝1iに取り込まれているので、接合
作用部2を超音波ホーン1に対して確実に回り止めして
的確に固定することができる。
らの超音波振動に共振した場合、その振動に対し、傾斜
面部1k,2i,1m,4b間での楔が相互に土手のよ
うに働いて、ナット4による締結を強固にしなくても、
接合作用部2が踊ることなく超音波ホーン1の振動と同
じように振動して、超音波振動による接合を適切に行う
ことができる。
ような接合作用部2のねじ部2hを超音波ホーン1の溝
1iより貫通孔1jに挿入し、チップ本体2fの回止部
2jを溝1iに内接嵌合するように挿入配置して回り止
めした状態で、溝1iの反対側で貫通孔1jより突出す
るねじ部2hにナット4をスパナのような締結工具で締
結して、接合作用部2を超音波ホーン1に固定的に取り
付けている。
に締結可能なねじ部2hとねじ孔4aとからなるねじ手
段により、接合作用部2が超音波ホーン1に固定的に取
り付けられ、超音波ホーン1の振動と同じように振動し
て、超音波振動による接合を適切に行うことができる。
1は平坦面部1gに嵌合溝1nを振動方向Xと直交する
方向に延設し、この嵌合溝1nの振動方向Xに相対峙す
る面を平坦面部1g側から嵌合溝1nの底面側に行くに
従って徐々に間隔が狭くなるような傾斜面部1p,1q
に形成し、この嵌合溝1nの底面に複数の貫通孔1jを
形成している。接合作用部2は、嵌合溝1nに嵌め込ま
れる帯状のチップベース2kの上面に、複数のチップ本
体2mを振動方向Xと直交する方向に所定間隔を以て突
設している。チップベース2kの振動方向Xに相対峙す
る面は嵌合溝1nの傾斜面部1p,1qに整合する傾斜
面部2n,2pに形成されている。チップベース2kの
底面には複数のねじ孔2qを貫通孔1jと対応する位置
に形成してある。各ねじ孔2qには嵌合溝1nの反対側
より貫通孔1jに挿入された頭付きねじ部材5の先端に
形成されたねじ部5aが嵌合する。
ップベース2kを超音波ホーン1の嵌合溝1nに挿入
し、嵌合溝1nの反対側より貫通孔1jにねじ部材5を
挿入して、その頭部に形成された図外の工具用孔に挿入
した6角レンチのような工具で、先端のねじ部5aをね
じ孔2qに締結すると、ねじ部材5で接合作用部2のチ
ップベース2kが嵌合溝1nの底面側に引き込まれ、チ
ップベース2kの傾斜面部2n,2pと嵌合溝1nの傾
斜面部1p,1qとが互いに接触して、振動方向Xと垂
直に締結可能なねじ部5aとねじ孔2qとからなるねじ
手段により、接合作用部2が超音波ホーン1に固定的に
取り付けられ、超音波ホーン1の振動と同じように振動
して、超音波振動による接合を適切に行うことができ
る。
ベース2kに点在配置した形態を図示して説明したが、
各チップ本体2mをチップベース2kの延設方向に一連
に連結した帯状に形成しても同様の効果がある。
れかを用いた超音波ホーン1の第9〜16実施形態を示
している。
は、両支持の形態で、共振周波数の1波長の長さを有
し、その長さ方向中央の最大振動振幅点f3に上下で平
行する一対の平坦面部1gを有し、一方の平坦面部1g
に複数の接合作用部2を振動方向Xと直交方向に所定間
隔で列状に配置するように、図5に示すねじ孔1hとね
じ部2eとからなるねじ手段により、固定的に取り付け
てある。
ン1は、両支持の形態で、共振周波数の1波長の長さを
有し、その長さ方向中央の最大振動振幅点f3において
上下で平行する一対の平坦面部1gのそれぞれに振動方
向Xと直交方向に延設された溝1iを有し、上側の溝1
iに複数の接合作用部2を当該溝1iの延設方向に所定
間隔で列状に配置するように、図6に示すねじ部2hと
ねじ孔4aとからなるねじ手段により、固定的に取り付
けてある。下側の溝1iの底面には図示は省略したが、
ナット4の図6に示す傾斜面部4bが整合する傾斜面部
1mを形成してある。
ン1は、両支持の形態で、共振周波数の1波長の長さを
有し、その長さ方向中央の最大振動振幅点f3において
上下で平行する一対の平坦面部1gの一方に振動方向X
と直交方向に延設された嵌合溝1nを有し、その嵌合溝
1nに図8に示す接合作用部2のチップベース2kを挿
入してねじ部材5で締結して、図8に示すねじ部5aと
ねじ孔2qとからなるねじ手段により、固定的に取り付
けてある。
ン1は、片支持の形態で、共振周波数の1/2波長の長
さを有し、最小振動振幅点f7より徐々に絞り込まれた
矩形体の最大振動振幅点f8において、上下で平行する
一対の平坦面部1gに、複数の接合作用部2を、振動方
向Xと直交方向に所定間隔で列状に配置するように、図
5に示すねじ孔1hとねじ部2eとからなるねじ手段に
より、固定的に取り付けてある。
ン1は、片支持の形態で、共振周波数の1/2波長の長
さを有し、最小振動振幅点f7より徐々に絞り込まれた
矩形体の最大振動振幅点f8において、上下で平行する
一対の平坦面部1gの一方に、振動方向Xと直交方向に
延設された嵌合溝1nを有し、その嵌合溝1nに図8に
示す接合作用部2のチップベース2kを挿入してねじ部
材5で締結して、図8に示すねじ部5aとねじ孔2qと
からなるねじ手段により、固定的に取り付けてあるが、
この接合作用部2は図8に示すチップ本体2mに代え
て、チップベース2kの延設方向に一連に連結した帯状
に形成した形態のチップ本体2m’を備えている。
ン1は、片支持の形態で、共振周波数の1/2波長の長
さを有し、最小振動振幅点f7より徐々に絞り込まれた
四角柱の最大振動振幅点f8において、前後に相対峙す
る一対の平坦面部1gに、尖端を有する丸棒状の接合作
用部2を、図5に示すねじ部2eとねじ孔1hとからな
るねじ手段により、固定的に取り付けている。
ン1は、片支持の形態で、共振周波数の1/2波長の長
さを有し、最小振動振幅点f7より徐々に絞り込まれた
四角柱の最大振動振幅点f8において、前後に相対峙す
る一対の平坦面部1gに、図7に示す接合作用部2を、
ねじ部2hとねじ孔4aとからなるねじ手段により、超
音波ホーン1に固定的に取り付けている。
ン1は、片支持の形態で、共振周波数の1/2波長の長
さを有し、最小振動振幅点f7より徐々に絞り込まれた
四角柱の最大振動振幅点f8において、前後左右の平坦
面部1gに、図5に示す接合作用部2を、ねじ部2eと
ねじ孔1hとからなるねじ手段により、超音波ホーン1
に固定的に取り付けている。
ン1の両端の中心には図外のブースタ又は図外の振動子
を結合する際に使用するねじ孔を有しているが、その一
方のねじ孔に符号1rを付して図示してある。
ン1を図外のブースタ又は図外の振動子に締結する際、
最大振動振幅点f1から最小振動振幅点f2までの部
分、最小振動振幅点f4から最大振動振幅点f5までの
部分のそれぞれに上下で平行に形成された平坦面部1s
に、図外の締結工具を掛けるようになっている。
ーン1を図外のブースタ又は図外の振動子に締結する
際、最大振動振幅点f6から最小振動振幅点f7までの
部分に上下で平行に形成された平坦面部1sに、図外の
締結工具を掛けるようになっている。
ーン1の最大振動振幅点f6における端面の中心に、図
外のブースタ又は図外の振動子を結合する際に使用する
図外のねじ孔を有している。
ホーン1を図外のブースタ又は図外の振動子に締結する
際、最大振動振幅点f6から最小振動振幅点f7までの
円柱部の外周面に形成された図外の工具用孔に図外の締
結工具を掛けるようになっている。
図は組立平面図、c図はb図のA−A線断面図。
図は組立平面図、c図はb図のB−B線断面図。
図は組立平面図、c図はb図のC−C線断面図。
図は組立平面図、c図はb図のD−D線断面図。
図はc図のE−E線断面図、c図は組立平面図。
図はc図のF−F線断面図、c図は組立平面図。
図はc図のG−G線断面図、c図は組立平面図。
図はc図のH−H線断面図、c図は組立平面図。
b 傾斜面部 2 接合作用部 2a,2d,2k チップベース 2b,2f,2m,2m’ チップ本体 2e,2h,3a,3e,5a ねじ部 3,5 ねじ部材 4 ナット
Claims (1)
- 【請求項1】 重ね合わせた被接合部材を超音波振動で
接合する装置に用いられる共振器において、超音波振動
を発生する振動子に連結される超音波ホーンと、これに
結合される接合作用部とに分割し、接合作用部を超音波
ホーンに振動方向と垂直に進退可能なねじ手段により固
定的に取り付けたことを特徴とする超音波振動接合用共
振器。
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