JP2024071281A

JP2024071281A - 超音波振動装置

Info

Publication number: JP2024071281A
Application number: JP2022182139A
Authority: JP
Inventors: 大次郎冨田; Daijiro Tomita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2022-11-14
Publication date: 2024-05-24

Abstract

【課題】ワークの振動を抑制し、接合部の信頼性を確保することができる超音波振動装置を提供する。【解決手段】超音波振動装置１は、超音波振動するチップ５と、チップ５と相対する位置に配置されてなるアンビル６と、チップ５をアンビル６側に向けて加圧し、チップ６とアンビル６との空間に配置されるワークＷ１００を挟み込むことによってチップ５から超音波振動を伝達させるホーン４と、アンビル６と異なる位置に配置され、チップ５とアンビル６との空間に配置されるワークＷ１００を所定の位置で固定する固定部材７と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、超音波振動装置に関する。

特許文献１には、超音波振動するチップと、このチップと相対するアンビルを備える超音波振動装置が記載されている。この超音波振動装置は、チップをアンビル側に加圧することでワークを挟み込むとともに、チップから超音波振動を伝達する。

特開２０１９－５７７９号公報

しかしながら、特許文献１では、ワーク形状について何ら考慮されていない。このため、特許文献１では、ワーク形状によってはチップによる加圧のみで超音波振動する場合、チップによる加圧が不十分となるため、ワークが振動することによって接合の信頼性が低下する虞があり、改善の余地があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークの振動を抑制し、接合部の信頼性を確保することができる超音波振動装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る超音波振動装置は、超音波振動するチップと、前記チップと相対する位置に配置されてなるアンビルと、前記チップを前記アンビル側に向けて加圧し、前記チップと前記アンビルとの空間に配置されるワークが挟み込まれて加圧された状態で前記チップへ超音波振動を伝達させるホーンと、前記アンビルと異なる位置に配置され、前記チップと前記アンビルとの空間に配置される前記ワークを所定の位置で固定する固定部材と、を備える。

本開示によれば、ワークの振動を抑制し、接合部の信頼性を確保することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る超音波振動装置の概略構成を示す図である。図２は、実施の形態２に係るワークおよび固定部材の要部を抽出した上面図である。図３は、実施の形態２に係る超音波振動装置の概略構成を示す図である。図４は、実施の形態２に係るワークおよび固定部材の要部を抽出した上面図である。図５は、実施の形態３に係る超音波振動装置の概略構成を示す図である。図６は、実施の形態３に係るワークおよび固定部材の要部を抽出した側面図である。

以下、本開示の実施の形態に係る超音波振動装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態により本開示が限定されるものでない。また、以下において、同一の部分には、同一の符号を付して説明する。

（実施の形態１）
〔超音波振動装置の概要〕
図１は、実施の形態１に係る超音波振動装置の概略構成を示す図である。なお、図１では、水平方向をｘ、水平方向と直交する奥行き方向をｙおよび水平方向と直交する直交方向をｚとして表記する。図１に示す超音波振動装置１は、ワークＷ１００，Ｗ１０１を挟み込ながら加圧し、超音波振動を伝達することでワークＷ１００，Ｗ１０１を接合するものである。

超音波振動装置１は、超音波発振機２、超音波振動子３、ホーン４、チップ５、アンビル６および固定部材７を備える。

超音波発振機２は、高周波の交流電流を発生させ、電気エネルギーとして超音波振動子３へ供給する。

超音波振動子３は、超音波発振機２から供給される電気エネルギーを機械振動に変換することによって超音波振動を発生し、この超音波振動をホーン４に伝達する。

ホーン４は、超音波振動子３に振動可能に設けられる。ホーン４は、超音波振動子３によって超音波振動する。さらに、ホーン４には、チップ５が連結されている。チップ５とアンビル６との空間に配置されるワークＷ１００，Ｗ１０１が挟み込まれて加圧された状態でチップ５へ超音波振動を伝達させる。

チップ５は、ホーン４に連結される。チップ５は、ワークＷ１００，Ｗ１０１をアンビル６側の下方向に向けて加圧する。超音波振動子３からの超音波エネルギーは、ホーン４を伝搬し、加圧方向に対して垂直方向の振動（横振動）となる。チップ５は、ワークＷ１００，Ｗ１０１を超音波振動させ、チップ５の荷重と超音波振動を印加することで、ワークＷ１００，Ｗ１０１を接合する。

アンビル６は、チップ５の下側に配置されており、チップ５と相対する位置に配置される。アンビル６は、チップ５の加圧方向と反対方向にワークＷ１００，Ｗ１０１を押圧する。

固定部材７は、アンビル６と異なる位置に配置され、チップ５とアンビル６との空間に配置されるワークＷ１００を所定の位置で固定する。

ここで、ワークＷ１００および固定部材７の配置位置について詳細に説明する。図２は、ワークＷ１０１および固定部材７の要部を抽出した上面図である。

ワークＷ１００は、互いに直交する複数の板部を有する曲げ形状をなす。従来の超音波振動装置では、ワークＷ１００に対して接合する場合、接合部Ｐ１を中心に回転方向にワークＷ１００が回転する。これにより、振動方向成分の振動は、損失する。

これに対して、図２に示すように、固定部材７は、ワークＷ１００の曲げ起点を振動垂直方向に固定する。即ち、固定部材７は、ワークＷ１００が動く方向を振動方向にガイドすることで、振動方向以外に動くことを抑制する。この結果、接合部Ｐ１の信頼性を確保することができる。

以上説明した実施の形態１によれば、固定部材７がアンビル６と異なる位置に配置され、チップ５とアンビル６との空間に配置されるワークＷ１００を所定の位置で固定するため、ワークＷ１００の振動を抑制し、接合部Ｐ１の信頼性を確保することができる。

また、実施の形態１によれば、固定部材７がワークＷ１００の曲げ起点を振動垂直方向に固定することで、ワークＷ１００が動く方向を振動方向にガイドする。これにより、固定部材７は、振動方向以外に動くことを抑制するため、ワークＷ１００の接合部Ｐ１の信頼性を確保することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２に係る超音波振動装置は、固定部材およびワークの形状が異なる。

図３は、実施の形態２に係る超音波振動装置の概略構成を示す図である。図３に示す超音波振動装置１Ａは、実施の形態１に係る超音波振動装置１の固定部材７に換えて、固定部材７Ａを備える。

固定部材７Ａは、アンビル６と異なる位置に配置され、チップ５とアンビル６との空間に配置される。さらに、固定部材７Ａは、ワークＷ１０３における複数の接合間を固定する。固定部材７Ａは、複数設けられる。

ここで、ワークＷ１０３および固定部材７Ａの配置位置について詳細に説明する。図４は、ワークＷ１０３および固定部材７Ａの要部を抽出した上面図である。

ワークＷ１０３は、複数の接合部Ｐ１を有する。従来の超音波振動装置では、ワークＷ１０３に対して接合する場合、２点目の接合部Ｐ１の接合時に、１点目（例えば図４の左側）の接合部Ｐ１に振動衝撃が加わることで、接合強度が低下する。

これに対して、図４に示すように、固定部材７Ａは、ワークＷ１０３における複数の接合部Ｐ１間を固定する。即ち、超音波振動装置１Ａは、ワークＷ１０３の接合部Ｐ１の間を固定部材７Ａによって固定しながら接合することで、他の接合部Ｐ１に振動衝撃が伝達されず、接合強度の低下を防止することができる。この結果、接合部Ｐ１の信頼性を確保することができる。

以上説明した実施の形態２によれば、固定部材７ＡがワークＷ１０３における複数の接合部Ｐ１間を固定するため、他の接合部Ｐ１に振動衝撃が伝達されず、接合強度の低下を防止することができるので、接合部Ｐ１の信頼性を確保することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３超音波振動装置は、固定部材およびワークの形状が異なる。

図５は、実施の形態３に係る超音波振動装置の概略構成を示す図である。図５に示す超音波振動装置１Ｂは、実施の形態１に係る超音波振動装置１の固定部材７に換えて、固定部材７Ｂを備える。

固定部材７Ｂは、アンビル６と異なる位置に配置される。さらに、固定部材７Ｂは、ワークＷ１０４，Ｗ１０５の接合境界部と異なるワークＷ１０５の他端側を固定する。

ここで、Ｗ１０５の形状および固定部材７Ｂの配置位置について詳細に説明する。図６は、ワークＷ１０４，ワークＷ１０５および固定部材７Ｂの要部を抽出した側面図である。

ワークＷ１０５は、長手方向に延びる長尺の形状をなす。従来の超音波振動装置では、ワークＷ１０５に対して接合する場合、超音波振動がワークＷ１０５に伝達する際に、慣性によってワークＷ１０５が波打つ挙動をするため、接合部Ｐ１の境界に応力が集中し、ワークＷ１０４とＷ１０５の接合強度が低下する。

これに対して、図６に示すように、固定部材７Ｂは、ワークＷ１０４，Ｗ１０５の接合境界部と異なるワークＷ１０５の他端側を固定する。即ち、超音波振動装置１Ｂは、ワークＷ１０５の他端側を固定部材７Ｂによって固定しながら接合することで、ワークＷ１０４の慣性による波打ちの挙動を抑制し、接合強度の低下を防止することができる。この結果、接合部Ｐ１の信頼性を確保することができる。

以上説明した実施の形態３によれば、固定部材７Ｂは、ワークＷ１０４，Ｗ１０５の接合境界部と異なるワークＷ１０５の他端側を固定する。これにより、固定部材７Ｂは、ワークＷ１０４の慣性による波打ちの挙動を抑制し、接合強度の低下を防止することができるので、接合部Ｐ１の信頼性を確保することができる。

（その他の実施の形態）
また、実施の形態１～３に係る超音波振動装置では、上記してきた「部」は、「手段」や「回路」などに読み替えることができる。例えば、加圧部は、加圧手段に読み替えることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

以上、本願の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、本発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ超音波振動装置；２超音波発振動機；３超音波振動子；４ホーン；５チップ；６アンビル；７，７Ａ，７Ｂ固定部材；４１基部；４２伝達部；Ｐ１接合部；Ｗ１００，Ｗ１０１，Ｗ１０２，Ｗ１０３，Ｗ１０４，Ｗ１０５ワーク

Claims

超音波振動するチップと、
前記チップと相対する位置に配置されてなるアンビルと、
前記チップを前記アンビル側に向けて加圧し、前記チップと前記アンビルとの空間に配置されるワークが挟み込まれて加圧された状態で前記チップへ超音波振動を伝達させるホーンと、
前記アンビルと異なる位置に配置され、前記チップと前記アンビルとの空間に配置される前記ワークを所定の位置で固定する固定部材と、
を備える、
超音波振動装置。
請求項１に記載の超音波振動装置であって、
前記ワークは、
互いに直交する複数の板部を有する曲げ形状をなし、
前記固定部材は、
前記ワークにおける曲げ起点の接合部側を振動垂直方向に固定する、
超音波振動装置。
請求項１に記載の超音波振動装置であって、
前記ワークは、
複数の接合部を有し、
前記固定部材は、
前記複数の接合部間を固定する、
超音波振動装置。
請求項１に記載の超音波振動装置であって、
前記ワークは、
長手方向に延びる長尺の形状をなし、
前記固定部材は、
前記ワークの接合境界部と異なる前記ワークの他端側を固定する、
超音波振動装置。