特許 7492391 超音波接合装置、超音波接合装置のチップ部材及びチップ部材の取付方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-21

(45)【発行日】2024-05-29

(54)【発明の名称】超音波接合装置、超音波接合装置のチップ部材及びチップ部材の取付方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/10 20060101AFI20240522BHJP

【ＦＩ】

B23K20/10

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020119631

(22)【出願日】2020-07-13

(65)【公開番号】P2022016741

(43)【公開日】2022-01-25

【審査請求日】2023-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000227836

【氏名又は名称】日本アビオニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107238

【弁理士】

【氏名又は名称】米山 尚志

(74)【代理人】

【識別番号】100102761

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 元也

(72)【発明者】

【氏名】一松 暁登

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０５９９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５１３３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１９８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０３５８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３５３７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２６０８２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波ホーンに取り付けられたチップ部材を介してアンビル上に載置されたワークの接合対象部位に荷重を与えるとともに前記チップ部材を介して超音波ホーンから前記接合対象部位に超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置であって、
前記チップ部材は、前記超音波ホーンに取り付けられる根本部に前記超音波ホーン側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部を有するとともに、前記テーパ部に延設し内壁に螺子溝が形成されたガイド部を有し、
前記テーパ部及びガイド部を前記超音波ホーンの一面に形成されたチップ部材取付孔に挿入し、前記超音波ホーンの他面から前記螺子溝に嵌合する螺子部材を締め付けることにより前記チップ部材を前記超音波ホーンに固定し、
前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの一面に形成され、前記テーパ部が嵌合する第１の孔部と、前記第１の孔部から前記超音波ホーンの前記他面側に向かって内径が増減せずに直線状に延びる孔形状であり、前記ガイド部が嵌合する第２の孔部と、を有する
ことを特徴とする超音波接合装置。

【請求項2】

前記螺子溝は、
前記ガイド部から前記テーパ部の内部まで伸びて形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合装置。

【請求項3】

前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの前記他面に形成されて前記螺子部材が挿入され、その側面に前記螺子部材の頭部の周縁部の下端が係合する係合部が形成された第３の孔部を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波接合装置。

【請求項4】

前記チップ部材は、
先端の断面積が根本部の断面積より小さくなるように形成されたテーパ状の先端部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波接合装置。

【請求項5】

超音波ホーンに取り付けられ、アンビル上に載置された接合対象部位を含むワークに当接し、該接合対象部位に荷重を与えるとともに超音波ホーンから超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置のチップ部材であって、
前記超音波ホーンに取り付けられる根本部に前記超音波ホーン側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部を有するとともに、前記テーパ部に延設し内壁に螺子溝が形成されたガイド部を有し、
前記超音波ホーンの一面に形成されたチップ部材取付孔に前記テーパ部及びガイド部を挿入し、前記超音波ホーンの他面から前記螺子溝に嵌合する螺子部材を締め付けることにより前記超音波ホーンに固定され、
前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの一面に形成され、前記テーパ部が嵌合する第１の孔部と、前記第１の孔部から前記超音波ホーンの前記他面側に向かって内径が増減せずに直線状に延びる孔形状であり、前記ガイド部が嵌合する第２の孔部と、を有する
ことを特徴とする超音波接合装置のチップ部材。

【請求項6】

先端の断面積が前記根本部の断面積より小さくなるように形成されたテーパ状の先端部を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波接合装置のチップ部材。

【請求項7】

超音波ホーンに取り付けられ、アンビル上に載置された接合対象部位を含むワークに当接し、該接合対象部位に荷重を与えるとともに超音波ホーンから超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置のチップ部材の取付方法であって、
前記チップ部材は、前記超音波ホーンに取り付けられる根本部に前記超音波ホーン側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部を有するとともに、前記テーパ部に延設し内壁に螺子溝が形成されたガイド部を有し、
前記テーパ部及びガイド部を前記超音波ホーンの一面に形成されたチップ部材取付孔に挿入し、
前記超音波ホーンの他面から前記螺子溝に嵌合する螺子部材を締め付けることにより前記チップ部材を前記超音波ホーンに固定し、
前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの一面に形成され、前記テーパ部が嵌合する第１の孔部と、前記第１の孔部から前記超音波ホーンの前記他面側に向かって内径が増減せずに直線状に延びる孔形状であり、前記ガイド部が嵌合する第２の孔部と、を有する
ことを特徴とする超音波接合装置のチップ部材の取付方法。

【請求項8】

前記螺子溝は、
前記ガイド部から前記テーパ部の内部まで伸びて形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置のチップ部材の取付方法。

【請求項9】

前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの前記他面に形成されて前記螺子部材が挿入され、その側面に前記螺子部材の頭部の周縁部の下端が係合する係合部が形成された第３の孔部を有する
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の超音波接合装置のチップ部材の取付方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波接合装置、超音波接合装置のチップ部材及びチップ部材の取付方法に関し、詳しくは、チップ部材を超音波ホーンに対して着脱自在に装着するようにした超音波接合装置、超音波接合装置のチップ部材及びチップ部材の取付方法に関する。

【背景技術】

【0002】

チップ部材を超音波ホーンに対して着脱自在に装着するようにした超音波接合装置としては特許文献１に開示されたものが知られている。

【0003】

特許文献１に開示された「超音波接合ツール及び超音波接合ツールの取付方法」には、障害物等により共振体から接合点までの距離が長く、ツール（チップ部材）の長さを長くせざるを得ない場合や、大きな接合荷重を必要とする場合であっても超音波接合を行うことができる、ホーンへの取付および交換が容易な超音波接合ツール（チップ部材）および当該超音波接合ツール（チップ部材）の取付方法が開示されており、具体的には、その先端面６ｄで第２の銅板１２に加圧すると共に超音波振動を印加することによって第１および第２の銅板１１，１２を超音波接合する超音波接合ツール（チップ部材）６を、その基端がホーン５に取り付けられた円柱形状の基体部６ａと、基体部６ａから下方へ延設され、基体部６ａより小さな直径を有する円柱形状の先体部６ｂとから構成し、この基体部６ａをホーン５にボルト７で固定することにより超音波接合ツール（チップ部材）６をホーン５に着脱自在に取り付けた構成が開示されている。

【0004】

しかしながら、上記特許文献１に開示された超音波接合ツール（チップ部材）６においては、円柱形状の先体部６ｂよりも径の大きい基体部６ａをボルト７でホーン５に取り付けているだけなので、ホーン５と超音波接合ツール（チップ部材）６との接合部分の結合が不安定になり、ツール（チップ部材）の長さを長くしたり、大きな接合荷重を必要とする場合等においては安定した超音波接合ができないという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４８７４４４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は、超音波接合装置のチップ部材を超音波ホーンに対して着脱自在に装着するように構成するとともに、安定した超音波接合ができるようにした超音波接合装置、チップ部材及びチップ部材の取付方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、超音波ホーンに取り付けられたチップ部材を介してアンビル上に載置されたワークの接合対象部位に荷重を与えるとともに前記チップ部材を介して超音波ホーンから前記接合対象部位に超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置であって、前記チップ部材は、前記超音波ホーンに取り付けられる根本部に前記超音波ホーン側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部を有するとともに、前記テーパ部に延設し内壁に螺子溝が形成されたガイド部を有し、前記テーパ部及びガイド部を前記超音波ホーンの一面に形成されたチップ部材取付孔に挿入し、前記超音波ホーンの他面から前記螺子溝に嵌合する螺子部材を締め付けることにより前記チップ部材を前記超音波ホーンに固定し、前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの一面に形成され、前記テーパ部が嵌合する第１の孔部と、前記第１の孔部から前記超音波ホーンの前記他面側に向かって内径が増減せずに直線状に延びる孔形状であり、前記ガイド部が嵌合する第２の孔部と、を有することを特徴とする。

【0008】

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記螺子溝は、前記ガイド部から前記テーパ部の内部まで伸びて形成されていることを特徴とする。

【0009】

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの前記他面に形成されて前記螺子部材が挿入され、その側面に前記螺子部材の頭部の周縁部の下端が係合する係合部が形成された第３の孔部を有することを特徴とする。

【0010】

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記チップ部材は、先端の断面積が根本部の断面積より小さくなるように形成されたテーパ状の先端部を有することを特徴とする。

【0011】

請求項５の発明は、超音波ホーンに取り付けられ、アンビル上に載置された接合対象部位を含むワークに当接し、該接合対象部位に荷重を与えるとともに超音波ホーンから超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置のチップ部材であって、前記超音波ホーンに取り付けられる根本部に前記超音波ホーン側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部を有するとともに、前記テーパ部に延設し内壁に螺子溝が形成されたガイド部を有し、前記超音波ホーンの一面に形成されたチップ部材取付孔に前記テーパ部及びガイド部を挿入し、前記超音波ホーンの他面から前記螺子溝に嵌合する螺子部材を締め付けることにより前記超音波ホーンに固定され、前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの一面に形成され、前記テーパ部が嵌合する第１の孔部と、前記第１の孔部から前記超音波ホーンの前記他面側に向かって内径が増減せずに直線状に延びる孔形状であり、前記ガイド部が嵌合する第２の孔部と、を有することを特徴とする。

【0012】

請求項６の発明は、請求項５の発明において、先端の断面積が前記根本部の断面積より小さくなるように形成されたテーパ状の先端部を有することを特徴とする。

【0013】

請求項７の発明は、超音波ホーンに取り付けられ、アンビル上に載置された接合対象部位を含むワークに当接し、該接合対象部位に荷重を与えるとともに超音波ホーンから超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置のチップ部材の取付方法であって、前記チップ部材は、前記超音波ホーンに取り付けられる根本部に前記超音波ホーン側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部を有するとともに、前記テーパ部に延設し内壁に螺子溝が形成されたガイド部を有し、前記テーパ部及びガイド部を前記超音波ホーンの一面に形成されたチップ部材取付孔に挿入し、前記超音波ホーンの他面から前記螺子溝に嵌合する螺子部材を締め付けることにより前記チップ部材を前記超音波ホーンに固定し、前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの一面に形成され、前記テーパ部が嵌合する第１の孔部と、前記第１の孔部から前記超音波ホーンの前記他面側に向かって内径が増減せずに直線状に延びる孔形状であり、前記ガイド部が嵌合する第２の孔部と、を有することを特徴とする。

【0014】

請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記螺子溝は、前記ガイド部から前記テーパ部の内部まで伸びて形成されていることを特徴とする。

【0015】

請求項９の発明は、請求項７又は８の発明において、前記チップ部材取付孔は、前記超音波ホーンの前記他面に形成されて前記螺子部材が挿入され、その側面に前記螺子部材の頭部の周縁部の下端が係合する係合部が形成された第３の孔部を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、超音波ホーンに取り付けられたチップ部材を介してアンビル上に載置されたワークの接合対象部位に荷重を与えるとともに前記チップ部材を介して超音波ホーンから前記接合対象部位に超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置であって、前記チップ部材は、前記超音波ホーンに取り付けられる根本部に前記超音波ホーン側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部を有するとともに、前記テーパ部に延設し内壁に螺子溝が形成されたガイド部を有し、前記テーパ部及びガイド部を前記超音波ホーンの一面に形成されたチップ部材取付孔に挿入し、前記超音波ホーンの他面から前記螺子溝に嵌合する螺子部材を締め付けることにより前記チップ部材を前記超音波ホーンに固定するように構成したので、超音波接合装置のチップ部材を超音波ホーンに対して着脱自在に装着できるとともに、超音波ホーンとチップ部材との拘束力を高くすることができ、これによりチップ部材の先端を有効に発振させて安定した超音波接合ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明に係る超音波接合装置の一実施例の概略を示す側面図である。

【図2】図２は、図１に示した超音波接合装置の正面図である。

【図3】図３は、図１に示した超音波接合装置で用いるチップ部材の一例を示す図である。

【図4】図４は、図３に示したチップ部材を超音波ホーンに取り付ける取付構造の一例を説明する図である。

【図5】図５は、図３に示したチップ部材を超音波ホーンに取り付けた状態を示す一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明を実施するための実施例について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0019】

図１は、本発明に係る超音波接合装置の一実施例の概略を示す側面図であり、図２は、図１に示した超音波接合装置の正面図である。

【0020】

図１及び図２において、本発明に係る実施例１の超音波接合装置１００は、台座１０に固定されたアンビル２０上に接合対象部位３３を含むワーク３０を載置し、このワーク３０の接合対象部位３３に加圧装置７０から荷重を与えるとともに、超音波ホーン（以下、単にホーンという）４０の先端に取り付けられたチップ部材４１０から超音波振動を印加することにより、ワーク３０の接合対象部位３３、すなわち、ワーク３１とワーク３２とが接する面でワーク３１とワーク３２とを接合するものである。

【0021】

ホーン４０は、コーン５０を介して超音波振動子（以下、単に振動子という）６０に接続され、振動子６０は、図示しない超音波発振機によりその超音波振動が制御される。ここで、ワーク３０の接合対象部位３３に対してホーン４０の先端から印加される超音波振動は、接合対象部位３３に対して平行な横方向Ｘの振動である。この横方向Ｘの超音波振動を用いた超音波接合は、例えば、金属同士の接合、プラスチック溶着接合、特に、薄いプラスチックシートやフィルムの溶着接合等に適している。

【0022】

ホーン４０、コーン５０、振動子６０を含む部分は、コーン５０に取り付けられた超音波振動子ホルダ（以下、単に振動子ホルダという）６１により保持され、加圧装置７０からワーク３０への加圧は、この振動子ホルダ６１を介して行われる。

【0023】

ここで、振動子ホルダ６１は、コーン５０上であって、振動子６０の固有振動による振幅が最小となる部分に取り付けられる。

【0024】

図３は、図１に示した超音波接合装置で用いるチップ部材の一例を示す側面図（図３（Ａ））及び正面図（図３（Ｂ））である。

【0025】

この実施例で用いるチップ部材４１０は、図３（Ａ）に示すように、ホーン４０側から延びるチップ部４１１と、このチップ部４１１のホーン４０に取り付けられる根本部にホーン４０側に向かって順次径が小さくなる円錐台状のテーパ部４１２を有するとともに、テーパ部４１２に延設し内壁に螺子溝４１４が形成されたガイド部４１３とを有する。

【0026】

ここで、ガイド部４１３の内壁に形成される螺子溝４１４は、ガイド部４１３からテーパ部４１２の内部まで伸びて形成されている
チップ部４１１は、先端の断面積が根本部の断面積より小さくなるように形成されたテーパ状の先端部４１５を有する。ここで、チップ部４１１の先端部４１５の先端の形状は、直線状の接合対象部位３３に対応するために、２方向のみにテーパ面を形成して直線状に形成されているが、円形状の接合対象部位に対応するために、全方向にテーパ面を形成して円状に形成するようにしてもよい。

【0027】

また、チップ部４１１のテーパ状の先端部４１５の長さＬ１は、図３に示したチップ部材４１０においては、チップ部４１１の全体の長さＬの１／５程度としたが、このチップ部４１１の全体の長さＬ及びテーパ状の先端部４１５の長さＬ１は任意に設定できる。ただし、この超音波接合装置１００において、チップ部４１１の全体の長さＬ及びテーパ状の先端部４１５の長さＬ１により、チップ部材４１０の先端部４１５の先端の超音波振動は変化するので、上記チップ部４１１の全体の長さＬ及びテーパ状の先端部４１５の長さＬ１は、接合するワーク３０の形状、材質等に応じて適宜設定するのが好ましい。

【0028】

図４は、図３に示したチップ部材を超音波ホーンに取り付ける取付構造の一例を説明する図である。

【0029】

図４において、図３に示したチップ部材４１０をホーン４０に取り付けるホーン４０の先端部には、ホーン４０の下面に形成されたチップ部材４１０のテーパ部４１２が嵌合する第１の孔部４３１、第１の孔部４３１に続くチップ部材４１０のガイド部４１３が嵌合する第２の孔部３４２、ホーン４０の上面に形成された螺子部材４２０が挿入され、その側面に螺子部材４２０の頭部４２２の周縁部の下端が係合する係合部が形成された第３の孔部４３３を有するチップ部材取付孔４３０が穿設されている。

【0030】

ここで、図３に示したチップ部材４１０をホーン４０に取り付ける場合は、チップ部材４１０のテーパ部４１２及びガイド部４１３をホーン４０の下方側からチップ部材取付孔４３０の第１の孔部４３１及び第２の孔部３４２に挿入するとともに、螺子部材４２０をホーン４０の上方側からチップ部材取付孔４３０の第３の孔部４３３に挿入し、螺子部材４２０をホーン４０の上方側から締め付ける。

【0031】

螺子部材４２０は、螺子部４２１と頭部４２２とを有し、螺子部材４２０に締め付けにより、螺子部材４２０の頭部４２２の周縁部の下端がチップ部材取付孔４３０の第３の孔部４３３の内面の係合部に係合する。上記構成によると、チップ部材４１０は、図５に示すように、ホーン４０の先端に強固に取り付けられる。

【0032】

すなわち、螺子部材４２０の締め付けにより、チップ部材４１０のテーパ部４１２の外面は、チップ部材取付孔４３０の第１の孔部４３１の内面に当接し、このとき、ガイド部４１３は、チップ部材取付孔４３０の第２の孔部４３２に嵌合しているので、ホーン４０の先端に対するチップ部材４１０の取り付けを安定して行うことができる。

【0033】

ここで、チップ部材取付孔４３０にガイド部４１３を設けない構成を考えると、螺子部材４２０の締め付けによりチップ部材４１０がホーン４０に対して傾いて取り付けられることがあり、このような構成では、ホーン４０の先端に対するチップ部材４１０の取り付けを安定して行うことができない。

【0034】

また、上記構成によると、ホーン４０の先端に対するチップ部材４１０の取り付けを螺子部材４２０の締め付けによって行っているので、ワークの形状、材質等に応じてチップ部材４１０の取り換えが容易になり、最適な状態での超音波接合が可能になる。

【0035】

以上が本発明の一実施例の説明であるが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。例えば、超音波接合装置だけでなく、溶断や切断などの超音波加工機にも同様に適用できる。

【符号の説明】

【0036】

１０…台座
２０…アンビル
３０…ワーク
４０…ホーン
５０…コーン
６０…振動子
６１…振動子ホルダ
７０…加圧装置
１００…超音波接合装置
４１０…チップ部材
４１１…チップ部
４１２…テーパ部
４１３…ガイド部
４１４…螺子溝
４１５…先端部
４２０…螺子部材
４２１…螺子部
４２２…頭部
４３０…チップ部材取付孔
４３１…第１の孔部
４３２…第２の孔部
４３３…第３の孔部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】