CN101927399A - 超声波振动金属接合用共振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波振动金属接合用共振器。由于工具头12从接合工具3的前端部11起向横向突出，且在工具头12向横向突出的部分的下部上设有接合作用部14，因此即使当接合对象部件48存在于物品50的深入位置时，仍可将工具头12向横向突出的部分以及接合作用部14插入于接合对象部件48与其上方的突出部51之间的空隙H1，藉此适当地将接合对象部件48接合。

Description

超声波振动金属接合用共振器

技术领域

本发明涉及一种即使接合对象部件存在于具有接合对象部件的物品的深入位置时，仍可将接合对象部件接合的超声波振动金属接合用共振器。

背景技术

图9表示专利文献1中所公开的超声波振动金属接合装置45。使用于超声波振动金属接合装置45的超声波振动金属接合用共振器41为利用超声波振动来将金属彼此接合时所使用的共振器41，以下将超声波振动金属接合用共振器41仅称为”共振器41”。图9中，共振器41为将接合工具43接合于超声波焊头42的一端部的结构。超声波焊头42的另一端部上则安装有振动器44。

次之，对超声波振动金属接合装置45的动作进行说明。例如，将超声波焊头42装接于超声波振动金属接合装置45的块体46上，且在较接合工具43的位置更靠下方的承受台47上承载多个金属所重迭的接合对象部件48。其后，超声波振动金属接合装置45对承受台47进行相对性移动，接合对象部件48则在从接合工具43与承受台47两者进行加压的状态下，将接合工具43的下端部在横向的超声波振动传递至接合对象部件48，以将接合对象部件48中的多个金属所重迭的接触面彼此接合。

然而，图9中的接合工具43其接合对象部件48侧的工具头49在横向的外形小于超声波焊头42侧的上部。因此，在对图10所示的物品50的接合上便会有如下的不方便。缺点为在将物品50的突出部51配置于较接合对象部件48的位置更靠上方处，且接合对象部件48与突出部51之间的空隙H1小于接合工具43的下面与超声波焊头42的上面之间的尺寸H2时，亦即H1＜H2时，换言之，在深入位置具有接合对象部件48的物品50的场合下，共振器41便无法进入接合对象部件48与突出部51之间的空隙H1，而无法将接合对象部件48接合。

专利文献1：日本国特开2009-113083号公报

发明内容

发明所欲解决的问题点在于，当接合对象部件存在于具有接合对象部件的物品的深入位置时，便无法将接合对象部件接合。

本发明最主要的特征在于将接合工具构成为由音响特性良好的素材所形成的直线型棒状，且设置成在接合工具的前端部使工具头向横向突出。其中该接合工具是以在超声波焊头的最大振动振幅点的位置，突出于与超声波焊头的振动传递方向正交的方向的方式来设置于超声波焊头上。

由于本发明的工具头是由接合工具的前端部向横向突出，因此即使当接合对象部件存在于具有接合对象部件的物品的深入位置时，只要将形成于该部件中的接合对象部件与其上方的突出部之间的空隙，形成为可将自接合工具的前端部向横向突出的工具头插入的尺寸，再通过将该工具头向横向突出的部分插入于空隙中，即具有可将接合对象部件适当地接合的效果。

本发明中，只要使接合工具的前端部的横向宽度比接合工具的上部的横向宽度細，再使接合工具的前端部的横向宽度与超声波焊头的振动方向一致，相较于接合工具的前端部的横向宽度未比前端部及上部的横向宽度細的场合，藉此能使接合工具的前端部的振动与接合变为良好。

本发明中，只要在工具头将凹部设置成向下方及横向敞开的形状，即可使其作为与防止接合对象部件干涉的逃孔而发挥功能。

本发明中，只要在工具头将用以获得良好振动的狭缝设置成向下方及横向敞开的形状，并调整狭缝的深度及横向宽度，即可在接合工具获得良好的振动。

本发明中，只要以接合剂将工具头接合于接合工具的前端部，再通过将接合剂熔解即可对工具头进行交换。

附图说明

图1为表示实施方式1的共振器的分解图；

图2为表示实施方式1的共振器所使用的超声波振动金属接合装置的立体图；

图3为表示将实施方式1的工具头插入于接合对象部件与突出部之间的空隙的型态的侧面图方式的模式图；

图4为表示实施方式2的接合工具的前端部的侧面图；

图5A图为表示实施方式3的接合工具的前端部的立体图、B图为从箭头B方向观看A图的仰视图；

图6A图及B图为表示实施方式4的接合工具的前端部的侧面图；

图7为表示实施方式5的接合工具的前端部侧面图；

图8为表示实施方式5的共振器的侧面图方式的模式图；

图9为表示习知共振器所使用的超声波振动金属接合装置的模式图；以及

图10为表示用来补足课题说明的物品的模式图。

具体实施方式

实施方式1

本发明中的方向前、后、左、右、上、下为从将超声波振动金属接合装置25放置成图2的状态并以箭头S表示的前侧观看时所特别指定的方向。

参照图1，对实施方式1的作为超声波振动金属接合用共振器的共振器1的结构进行说明。共振器1备有超声波焊头2与接合工具3。从超声波焊头2的一端起至另一端为止的长度L1虽较佳具有自振动器4所传递的超声波振动的共振频率的至少半波长的长度，但设为一波长的长度。超声波焊头2为由铝或钛之类的合金、或如已进行淬火的铁等般音响特性良好的素材所构成的直线型棒状。最大振动振幅点是位于超声波焊头2的长度方向的两端部及中央部。在超声波焊头2的长度方向的中央部的最大振动振幅点的位置处，设置有工具连接部6作为形成有母螺丝的螺丝孔。

在超声波焊头2的长度方向的两端部上设置有部件连接部7作为形成有母螺丝的螺丝孔。在超声波焊头2的长度方向的中央部与两端部之间的最小振动振幅点的位置处，设置成支撑部8从超声波焊头2的外面向外侧突出。最小振动振幅点也称为节点。超声波焊头2亦可为圆棒状，但因制成角棒状，虽亦可设置工具嵌合部但并未设置。

当超声波焊头2为圆棒状时，亦可为支撑部8在圆周方向将超声波焊头2包围的型态。关于支撑部8在圆周方向将超声波焊头2包围的型态，只要参照日本国专利第2911394号公报的图4或图8即可明了。超声波焊头2其结构虽趋于复杂，但亦可为以无头螺丝之类的固定工具将具有工具连接部6的中央部与具有支撑部8的两端部呈同轴状连接的结构。即，超声波焊头2并非限于图1所示的结构。

接合工具3为由铝或钛之类的合金、或如已进行淬火的铁等般音响特性良好的素材所构成的直线型棒状。在接合工具3的基部上设置焊头连接部10作为形成有母螺丝的螺丝孔。接合工具3的基部相当于将接合工具3安装于超声波焊头2时接合工具3的上部的部分。

接合工具3的前端部11相当于将接合工具3安装于超声波焊头2时接合工具3的下部的部分，不细亦可，但使横向宽度T1小于接合工具3的上部的横向宽度T2(T1＜T2)。横向宽度T1、T2为与工具头12所突出的方向呈正交的方向。亦即，由于接合工具3的前端部11的横向宽度T1细于接合工具3的上部的横向宽度T2，再通过使接合工具3的前端部11的横向宽度T1与以超声波焊头2的箭头X所表示的振动方向一致，相较于接合工具3的前端部11的横向宽度并未较细的场合下，接合工具的前端部的振动和接合皆会变得良好。

在接合工具3的前端部11上，工具头12从接合工具3的前端部11向横向突出而设置。例如，图1中以实线所示的结构为使前端部11的横向宽度T1朝向左右方向的型态中，工具头12向前后方向突出的型态。图1中以虚线所示的结构为使前端部11的横向宽度T1朝向左右方向的型态中，工具头12向左右方向突出的型态。图1中以假想线所示的结构为使前端部11的横向宽度T1朝向前后方向的型态中，工具头12向左右方向突出的型态。图1中以点画线所示的结构为使前端部11的横向宽度T1朝向前后方向的型态中，工具头12向前后方向突出的型态。工具头12所突出的方向并非限于这些，亦可使工具头12从前端部11向与延伸于接合工具3的上下方向的中心线正交的横向突出。

在工具头12上将凹部13设置成向工具头12的下方及横向敞开的形状，而凹部13所敞开的横向可为与工具头12所突出的方向交叉的方向。凹部13是作为逃孔，其将金属彼此接合时防止与接合对象部件48(参照图3)干涉而发挥功能。回至图1，较工具头12的凹部13至少更向某一方突出的部分为将接合对象部件48接合时作为接合作用部14而发挥功能的部分。接合作用部14的下面15为与接合对象部件48接触的面，作成为形成有凹凸的形状。

较工具头12的凹部13更向另一方突出的部分亦可仅担负作为取得接合工具3的振动平衡用的部分的功能，与向某一方突出的部分同样可构成为担负作为将金属彼此接合的接合作用部16的功能的部分。在向另一方突出的部分构成为作为接合作用部16而发挥功能的部分时，只要将接合作用部16的下面17制成为将金属彼此接合时作为与接合对象部件48接触的面而形成有凹凸的形状，在接合作用部14的下面15作为重复将金属彼此接合的结果而消耗时，以使接合作用部14朝向后方，接合作用部16朝向前方的方式将接合作用部14与接合作用部16的位置互相替换，再将接合工具3安装于超声波焊头2上，藉此可适当地使用接合作用部16以取代接合作用部14。

从接合工具3的基部至前端部11为止的部分亦可为角棒状，但作成圆棒状，因此在接合工具3的外面上设置一对的平行面的工具嵌合部18。亦即，在将接合工具3安装于超声波焊头2时，将扳手之类的工具嵌入至工具嵌合部18，再通过该工具的旋转操作，即可将接合工具3适当地固定于超声波焊头2上。当从接合工具3的基部至前端部11为止的部分为角棒状时，亦可不设置工具嵌合部18。

接合工具3的上面与下面15、17之间的长度L2虽较佳具有与超声波焊头2的振动共振的振动频率的至少半波长的长度，但系设为二波长的长度。当接合工具3与超声波焊头2的振动共振时，最大振动振幅点则位于接合工具3的基部与接合作用部上。亦即，在接合工具3与超声波焊头2的振动共振时，接合作用部以最大振动振幅向横向振动。

在振动器4的输出端部设有部件连接部20来作为形成有母螺丝的螺丝孔。

对于将超声波焊头2与接合工具3互相接合，是将作为固定工具的无头螺丝22的一端部装接于超声波焊头2的工具连接部6，而将无头螺丝22的另一端部装接于接合工具3的焊头连接部10，并使接合工具3的基部与超声波焊头2接触。由此，如图2所示般构成共振器1。回至图1，在将接合工具3接合于超声波焊头2时，便会有工具头12以实线或锁线所示般朝向前后方向的情况、与工具头12以虚线或假想线所示般朝向左右方向的情况。在两种情况下工具头12的振动方向皆为箭头X方向。

在超声波焊头2的工具连接部6或接合工具3的焊头连接部10上设置雄螺丝以取代无头螺丝22，通过将此雄螺丝装接于接合工具3的焊头连接部10或超声波焊头2的工具连接部6，亦可将超声波焊头2与接合工具3互相接合。又，可使用螺栓之类的有头螺丝取代无头螺丝22来将超声波焊头2与接合工具3互相接合，只是在该场合中，将超声波焊头2的工具连接部6形成为例如贯通于上下方向的贯通孔，再将有头螺丝从超声波焊头2的上方经由工具连接部6装接于接合工具3的焊头连接部10，藉此将超声波焊头2与接合工具3互相接合。又，亦可在不使用无头螺丝22或有头螺丝的情况下，以蜡材之类的接合剂将接合工具3接合于超声波焊头2上。

在超声波焊头2的一端部上安装有振动器4或图以外的增强器。在超声波焊头2的一端部上安装有振动器4时，是将无头螺丝23的一端部装接于超声波焊头2的部件连接部7，并将无头螺丝23的另一端部装接于振动器4的部件连接部20。由此，可将超声波焊头2与振动器4如图2所示般地呈同轴状接合。

当在超声波焊头2的一端部上安装有图以外的增强器时，是将相当于无头螺丝23的图以外的无头螺丝的一端部装接于超声波焊头2的部件连接部7，将该无头螺丝的另一端部装接于形成在增强器的一端部上作为母螺丝的螺丝孔而设置的图以外的部件安装部，并将无头螺丝23的一端部装接于部件安装部，該部件安装部系形成在增强器的另一端部上作为母螺丝的螺丝孔而设置的相当于上述部件安装部的图以外的部件安装部，再将无头螺丝23的另一端部装接于振动器4的部件连接部20。由此，可将超声波焊头2、增强器与振动器4呈同轴状接合。

参照图2，对共振器1所使用的超声波振动金属接合装置25的结构进行说明。在超声波振动金属接合装置25的装置框架本体26上设有作业空间部27。在比装置框架本体26的作业空间部27的位置更靠上部处设置有加压机构28。加压机构28的输出部件29从装置框架本体26的上部配置于作业空间部27。输出部件29配置于作业空间部27的下部经由加压机构28的驱动而在作业空间部27内直线地升降。在输出部件29配置于作业空间部27的下部设有支撑具30。在比装置框架本体26的作业空间部27的位置更靠下部处设有承受台31。承受台31的前方上部处则设有接合作用承受部32。接合作用承受部32的上面33作为将金属彼此接合时与接合对象部件48接触的面，且制成为形成有凹凸的形状。

在贯通于支撑具30左右的内部空间34使超声波焊头2的长度方向朝向以箭头X所示的左右方向，并以勿使超声波焊头2的支撑部8以外的部分与支撑具30接触的方式来配置超声波焊头2，且将支撑部8支撑于支撑具30的支撑部件35。如此一来，在将超声波焊头2装接于支撑具30时，由于将支撑部8支撑于支撑具30，该支撑部8以使其位于较接合工具3的位置更靠两侧存在的最小振动振幅点的方式而设置，且将超声波焊头2经由支撑部8以两边支撑的方式来支撑于支撑具30上，因此振动器4及图以外的增强器亦未与支撑具30接触。

又，将超声波焊头2装接于支撑具30上且使输出部件29停止于上升位置时，接合工具3的接合作用部14的下面15与接合作用承受部32的上面33则残留至少可将重迭多个金属的接合对象部件48插入的空间，并在上下方向相对向。

对以超声波振动金属接合装置25将金属彼此接合的动作进行说明时，首先，在接合作用部14与接合作用受部32呈对向的状态下，在承受台31的接合作用承受部32的上面33承载重迭有多个金属的接合对象部件48。次之，驱动加压机构28，并随着输出部件29的下降，共振器1及振动器4或图以外的增强器便会下降。

因此，例如以接合工具3与承受台31包夹接合对象部件48后，振动器4便产生超声波振动，超声波焊头2则与从振动器4所传递的超声波振动共振，而接合工具3与从超声波焊头2所传递的振动来共振。由此，作为接合工具的最大振动振幅点的接合作用部14在横向的振动便传递至接合对象部件48，接合对象部件48中的多个金属所重迭的接触面彼此即受到摩擦而接合。

如图3所示，使在超声波振动金属接合装置25中所使用的共振器1的工具头12从接合工具3的前端部11起向横向突出，并在工具头12向横向突出的部分的下部上设有接合作用部14。因此即使接合对象部件48存在于物品50的深入位置处时，只要接合对象部件48与其上方的突出部51之间的空隙H1为可将工具头12向横向突出的部分及接合作用部14插入的尺寸，并将工具头12向横向突出的部分及接合作用部14插入于上述空隙H1中，因此接合作用部14可将接合对象部件48适当地接合。

实施方式2

参照图4，就实施方式2的接合工具3的结构进行说明。接合工具3上设有狭缝37，此与图1的接合工具3不同。狭缝37设置成向工具头12的凹部13的下方及横向敞开的形状。狭缝37所敞开的横向为前端部11的横向宽度T1(参照图1)的方向。经调整狭缝37的深度及横向宽度，可在接合工具3上得到良好的振动。狭缝37的横向宽度为工具头12所突出的方向的宽度。

实施方式3

参照图5，就实施方式3的接合工具3的结构进行说明。与图1的接合工具3不同的是，此形成为使接合工具3的接合作用部14及接合作用部16大于前端部11的横向宽度T1。

实施方式4

参照图6，就实施方式4有关的接合工具3的结构进行说明。A图表示将接合作用部14、16以蜡材之类的接合剂38接合于工具头12的结构。B图则表示将工具头12以接合剂38接合于接合工具3的前端部11的结构。与图1的接合工具3不同的是，在A图及B图中通过将接合剂38熔解即可将接合作用部14、16或工具头12交换。

实施方式5

参照图7，就实施方式5的接合工具3的结构进行说明。与图1的接合工具3不同的是，在工具头12上并未形成有凹部13。

实施方式6

参照图8，就实施方式6的共振器1的结构进行说明。与图1的共振器1不同的是，在超声波焊头2的一端部上设置有接合工具3。图8的超声波焊头2的另一端部上则接合有振动器4。并且，当使超声波焊头2与从振动器4所传递的超声波振动共振时，在超声波焊头2的两端部上配置最大振动振幅点，并在这些最大振动振幅点之间配置至少一个最小振动振幅点，且在此一个最小振动振幅点的位置，于超声波焊头2上设置成使支撑部8从超声波焊头2的外面向外侧突出。因此，图8所示的共振器1即成为单独支撑安装于设置在图2的超声波振动金属接合装置25的输出部件29的图以外的支撑具上的型态。

Claims (5)

1.超声波振动金属接合用共振器，包括：超声波焊头，具有从振动器所传递的超声波振动的共振频率的至少半波长的长度；以及接合工具，以在超声波焊头的最大振动振幅点的位置，向与超声波焊头的振动传递方向正交的方向突出的方式设置于超声波焊头上，其特征在于，

将接合工具构成为由音响特性良好的素材所形成的直线型棒状，且设置成在接合工具的前端部使工具头向横向突出。

2.如权利要求1所述的超声波振动金属接合用共振器，其特征在于，使接合工具的前端部的横向宽度细于接合工具的上部的横向宽度。

3.如权利要求1所述的超声波振动金属接合用共振器，其特征在于，在工具头上设置成使凹部向下方及横向敞开的形状。

4.如权利要求1所述的超声波振动金属接合用共振器，其特征在于，在工具头上设置成使用以获得良好振动的狭缝向下方及横向敞开的形状。

5.如权利要求1所述的超声波振动金属接合用共振器，其特征在于，以接合剂将工具头接合于接合工具的前端部。

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