JP2001001161A - 超音波接合装置とその方法 - Google Patents

超音波接合装置とその方法

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ultrasonic bonding
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均質に超音波接合しうる装置と方法の提供。 【解決手段】 旋回可能な円周型ホーンとアンビルとの
間において、複数の接合部材に横振動を付与して超音波
接合させる装置であって、前記円周型ホーンと前記アン
ビルとには、互いに整列しうる相似状の凹凸部が形成さ
れた超音波接合装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、被接合部材に超
音波振動を付与して溶着させる超音波振動溶着の技術分
野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の超音波接合技術にあって
は、例えば特開平１１−５１７８号公報（公知例）のも
のが開示されている。
【０００３】その内容の要点は、アンビル１の加工面は
一定のピッチで加工された凹凸の面であり、超音波ホー
ン４の加工面は平滑な平面である超音波接合機を用いて
接合面の少なくとも一方の面に凹凸がある複数の金属材
料の内で薄い金属材料側に超音波ホーンの加工面を押し
当てて金属材料等を接合する技術である。
【０００４】この公知例のものにあっては、接合される
一方の金属材料に凹凸を設け、又アンビルにも凹凸を形
成させて超音波接合するものであるため、接合処理が有
効に実行されるとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、公知例のも
のにあっては、金属材料の少なくとも一方に予め凹凸を
形成した状態で超音波溶着処理しうるものであるため処
理工程が増加し、或いは金属材料がメッシュ等に特定さ
れるものであって、効率的な超音波接合処理のためには
尚改善すべき次の諸点が残されていた。
【０００６】この発明が解決しようとする第１の課題点
は、微小面積単位毎に超音波振動を与えて均質に接合出
来るものを提供することである。
【０００７】この発明が解決しようとする第２の課題点
は、円周型ホーンとアンビルとを同期させて駆動するこ
とによって高速で超音波接合しうるものを提供すること
である。
【０００８】この発明が解決しようとする第３の課題点
は、一定ピッチでの凹凸を設けて接合状態にバラツキが
生じないようにしうるものを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記した解決課題を解決
するためのこの発明の解決手段は次の通りである。
【００１０】(1) 旋回可能な円周型ホーンとアンビルと
の間において、複数の接合部材に横振動を付与して超音
波接合させる装置であって、前記円周型ホーンと前記ア
ンビルとには、互いに整列しうる相似状の凹凸部が形成
された超音波接合装置。
【００１１】(2) 前記アンビルが旋回可能なロータリー
アンビルである前記(1) 記載の超音波接合装置。
【００１２】(3) 前記アンビルが直線状で往復可能に構
成された前記(1) 記載の超音波接合装置。
【００１３】(4) 前記円周型ホーンと前記アンビルとが
互いに同期的に駆動させるように構成した前記(1) 記載
の超音波接合装置。
【００１４】(5) 前記凹凸部が所定のピッチで間欠的に
形成された前記(1) 記載の超音波接合装置。
【００１５】(6) 前記凸部の表面に角錐部を形成した前
記(1) 又は(5) 記載の超音波接合装置。
【００１６】(7) 前記凸部が梨地形状である前記(1) 又
は(5) 記載の超音波接合装置。
【００１７】(8) 前記凹部の深さが接合部材の厚さの３
０％乃至６０％程度である前記(1)、(5) 又は(7) 記載
の超音波接合装置。
【００１８】(9) 前記円周型ホーンには、その両側縁を
弧状に形成し、該部には振動方向に対して放物線状とし
た放物線状溝を形成した前記(1) 又は(4) 記載の超音波
接合装置。
【００１９】(10) 外周に所定ピッチでの凹凸部を形成
した円周型ホーンと、前記凹凸部と相似状で互いに整列
しうる凹凸部を備えたロータリーアンビルとの間に複数
の接合部材を介入させ、円周型ホーンに超音波振動を付
与しつつ円周型ホーンとロータリーアンビルとを同期的
に対向方向に旋回させて接合部材を超音波接合する方
法。
【００２０】従って、この解決手段によれば前記した課
題点を解決出来るものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の内容を図示した
実施の形態に基づいて説明する。
【００２２】（実施の形態１） １．手段 図１及び図２に示すこの実施の形態１の超音波接合装置
（装置）１０００は、操作パネル１００によって操作さ
れる制御手段２００により回転駆動手段３００並びに超
音波振動手段４００を制御可能に接続しており、超音波
振動手段４００によって超音波振動を付与され、更に
は、回転駆動手段３００によって同期的に旋回駆動され
る接合手段５００における回転式の円周型ホーン５１０
並びにロータリーアンビル５２０は互いに対向して配設
されており、このロータリーアンビル５２０上に積層状
に配置された複数の第１、第２の接合部材Ｗ１、Ｗ２に
円周型ホーン５１０により超音波振動を付与し、加圧手
段６００を同様に制御手段２００により作動させて、こ
れらの接合部材Ｗ１、Ｗ２を挾圧状態において超音波接
合させるように構成している。
【００２３】ところで、前記の円周型ホーン５１０並び
にロータリーアンビル５２０の各表面５１１、５２１
は、図３及び図４に拡大して示すように微小寸法の凹凸
形状に構成されており、円周型ホーン５１０の表面５１
１には一定ピッチでの凸部５１２及び被接合部材である
第１の接合部材Ｗ１の厚さの３０％〜６０％程度の深さ
とした凹部５１３を配置しており、凸部５１２の表面に
はピラミッド状の角錐部５１２Ａを形成すると共に、そ
の両側縁を約０．５Ｒ〜４Ｒ程度のなだらかな弧状部５
１４となし、この弧状部５１４に放物線状溝５１４Ａを
一定間隔毎に形成させた形状としてる。
【００２４】又、同様にロータリーアンビル５２０の表
面５２１にも円周型ホーン５１０の表面５１１に設けた
凸部５１２と凹部５１３に一致する位置に臨ませて一定
ピッチでの凸部５２２と凹部５２３とを連続状に配置さ
せると共に、凸部５２２の表面に同様のピラミッド状の
角錐部５２２Ａを形成させている。
【００２５】２．使用手順 この装置１０００の使用手順は以下の如くである。
【００２６】即ち、図１及び図２に示すように金属材
料、繊維類、紙、プラスチック材料等からなる比較的に
厚みの大きい第１の接合部材Ｗ１の上に同様の各種の材
料からなる比較的厚みの小さい第２の接合部材Ｗ２を一
定の間隔を隔てて積層させた状態で円周型ホーン５１０
とロータリーアンビル５２０の間に介装させて超音波接
合させるものであって、予めオペレータが操作パネル１
００を操作し、制御手段２００により超音波振動手段４
００を始動させて円周型ホーン５１０に所要の超音波振
動を付与させると共に、回転駆動手段３００を駆動させ
て円周型ホーン５１０並びにロータリーアンビル５２０
を矢印（イ）、（ロ）方向（図２参照）に同期的に駆動
させる。
【００２７】又、同時に制御手段２００により加圧手段
６００を起動させて円周型ホーン５１０を矢印（ハ）方
向にロータリーアンビル５２０方向に付勢させる。
【００２８】この状態で、第１、第２の接合部材Ｗ１、
Ｗ２を積層させて円周型ホーン５１０とロータリーアン
ビル５２０の間に介入させると、超音波振動により第１
と第２の接合部材Ｗ１、Ｗ２間に摩擦熱が誘発され、溶
解されて互いに接合され、しかも円周型ホーン５１０と
ロータリーアンビル５２０の旋回運動に応じて第１、第
２の接合部材Ｗ１、Ｗ２は順次矢印（ニ）方向に円周型
ホーン５１０から離脱され、自然冷却によって溶接され
るものである。
【００２９】ところで、この実施の形態にあっては、前
記の如くに円周型ホーン５１０の微小な凸部５１２と凹
部５１３がロータリーアンビル５２０上の同様に微小な
凸部５２２と凹部５２３とに整列されて臨まされている
ため、いわば極めて小さい面積の凸部５１２と凹部５１
３とが第２の接合部材Ｗ２の上面に圧接され、同時に第
１の接合部材Ｗ１の下面は凸部５２２と凹部５２３とに
係合された状態で超音波振動が付与されることとなって
円周型ホーン５１０の表面５１１は第２の接合部材Ｗ２
に、又ロータリーアンビル５２０の表面５２１は第１の
接合部材Ｗ１に微小面積の凹凸部単位で圧接されること
となり、超音波振動が均質状に付与されることとなって
結果的に摩擦熱も一定し、部分的な接合不良が発生する
ことがなく、常時安定した均質の溶着結果が得られるも
のである。
【００３０】又、それぞれの凸部５１２、５２２の表面
にはピラミッド状の角錐部５１２Ａ、５２２Ａが形成さ
れているので、第１と第２の接合部材Ｗ１とＷ２とは等
差状に順次接合され、局部的に強力に接合されうるもの
である。
【００３１】更に、円周型ホーン５１０の弧状部５１４
に放物線状溝５１４Ａを形成させているので、被接合物
の変形過多及びスリップ防止に有効である。
【００３２】又、円周型ホーン５１０とロータリーアン
ビル５２０とは互いに対向方向に同期して旋回されるた
めに、高速で、しかも連続的に溶接処理をなしうるもの
である。
【００３３】
【実施例】前記した実施の形態１の実施例は次の如くで
ある。
【００３４】１．円周型ホーンの形状は円柱形状であっ
て、その表面５１１に接合部材Ｗ１の厚さの約３０％〜
６０％程度の凹部５１３を形成し、同一表面積の微小な
凸部５１２を互いに相接近させて列設し、両側縁位置を
約０．５Ｒ〜４Ｒ程度の弧状とし、振動方向に対して放
物線状で楕円状の放物線状溝５１４Ａを形成した。
【００３５】２．円周型ホーンに加える加圧力は５ｋｇ
ｆ〜２５０ｋｇｆ程度とした。
【００３６】３．超音波周波数は１５ＫＨｚ〜２０ＫＨ
ｚ〜２８ＫＨｚ〜４０ＫＨｚの範囲から接合部材Ｗ１、
Ｗ２の厚さに応じて選択しうるものであり、その厚さが
小さい程、周波数を大になるように設定させた。
【００３７】４．超音波振動の振巾（ピーク間）は５ミ
クロン〜１００ミクロン程度とした。
【００３８】（実施の形態２）図５に示す円周型ホーン
５１０Ｘとロータリーアンビル５２０Ｘにあっては、凸
部５１２Ｘと５２２Ｘとを梨地状に形成したものであ
り、その他の点は実施の形態１と共通している。
【００３９】又、梨地状に代わるセレーション形状にす
ることも可能であるが、いずれの場合にも機能上、実施
の形態１と共通するものであるから図示は省略した。
【００４０】（実施の形態３）図６に示す実施の形態に
あっては、フラット状のアンビル５２０Ｙを採用してい
るが、このフラット状のアンビル５２０Ｙを往復駆動さ
せる以外の機能の点では、ロータリーアンビル５２０と
共通しているので説明は省略する。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、次のよ
うな特有の効果を奏することが出来るものである。
【００４２】 超音波接合が全ての領域において均質
に実行出来るものである。
【００４３】 高速で超音波接合処理しうるものであ
る。
【００４４】 横振動が伝達される課程でスリップが
発生されるのを未然防止出来るものである。
【００４５】 被接合部材の接合端末領域において、
変形過剰等に起因する接合部材の劣化を防止しうるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の機能ブロック図。
【図２】図１の要部の側面図。
【図３】図１の円周型ホーンとロータリーアンビルの表
面の一部展開図。
【図４】図１の要部の拡大図。
【図５】実施の形態２の要部の拡大図。
【図６】図４の実施の形態３の要部の拡大図。
【符号の説明】
１０００ 超音波接合装置 ５１０ 円周型ホーン ５２０ ロータリーアンビル（アンビル） ５１２、５２２ 凸部 ５１３、５２３ 凹部 ５１４Ａ 放物線状溝

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 旋回可能な円周型ホーンとアンビルとの
    間において、複数の接合部材に横振動を付与して超音波
    接合させる装置であって、前記円周型ホーンと前記アン
    ビルとには、互いに整列しうる相似状の凹凸部が形成さ
    れた超音波接合装置。
  2. 【請求項２】 前記アンビルが旋回可能なロータリーア
    ンビルである請求項１記載の超音波接合装置。
  3. 【請求項３】 前記アンビルが直線状で往復可能に構成
    された請求項１記載の超音波接合装置。
  4. 【請求項４】 前記円周型ホーンと前記アンビルとが互
    いに同期的に駆動させるように構成した請求項１記載の
    超音波接合装置。
  5. 【請求項５】 前記凹凸部が所定のピッチで間欠的に形
    成された請求項１記載の超音波接合装置。
  6. 【請求項６】 前記凸部の表面に角錐部を形成した請求
    項１又は５記載の超音波接合装置。
  7. 【請求項７】 前記凸部が梨地形状である請求項１又は
    ５記載の超音波接合装置。
  8. 【請求項８】 前記凹部の深さが接合部材の厚さの３０
    ％乃至６０％程度である請求項１、５又は７記載の超音
    波接合装置。
  9. 【請求項９】 前記円周型ホーンには、その両側縁を弧
    状に形成し、該部には振動方向に対して放物線状とした
    放物線状溝を形成した請求項１又は４記載の超音波接合
    装置。
  10. 【請求項１０】 外周に所定ピッチでの凹凸部を形成し
    た円周型ホーンと、前記凹凸部と相似状で互いに整列し
    うる凹凸部を備えたロータリーアンビルとの間に複数の
    接合部材を介入させ、円周型ホーンに超音波振動を付与
    しつつ円周型ホーンとロータリーアンビルとを同期的に
    対向方向に旋回させて接合部材を超音波接合する方法。
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