JP2915340B2 - 超音波接合装置 - Google Patents

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、複数のワークの
互いに重ね合わされた被接合部分を超音波振動で接合す
る装置であって、特に、装置本体のホルダー部に共振ユ
ニットを支持する構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特公昭５４−２３３４９号公報
には、複数のワークの互いに重ね合わされた被接合部分
を所定周波数を有する超音波振動で接合する超音波接合
装置が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超音波接合装置では超
音波振動のエネルギーを共振ユニットに効率良く伝達
し、しかも、共振ユニットを装置本体のホルダー部に安
定に支持することが、省エネルギーで短時間にワークを
的確に接合する上から重要な問題である。

【０００４】そこで、この発明は超音波振動の装置本体
側への伝達を阻止しつつ共振ユニットに効率良く伝達す
るように、共振ユニットを装置本体のホルダー部に安定
に支持して、品質信頼性を向上することができる超音波
接合装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、振動子に同軸状に結合された共振ユニットが装置本
体に昇降駆動可能に組付けられたホルダー部に支持機構
を介して片持ち支持に装着された超音波振動接合装置に
おいて、共振ユニットが振動子に同軸状にねじで結合さ
れるブースタとブースタに同軸状にねじで結合されて接
合作用部を有するホーンとで構成され、支持機構がホル
ダー部に装着されてブースタを無接触に同軸状に収納す
る外筒と外筒の両端それぞれにねじで取り付けられたダ
イヤフラムとで構成され、外筒が両端面に各ダイヤフラ
ムを個別にがたつかないように収納する同心状の収容凹
部を有し、各ダイヤフラムが中心のねじを無接触に同軸
状に取り込む整合孔と周囲のスリットや閉環状凹部又は
長孔等の振動伝達阻止部とを有する一方、ダイヤフラム
を個別に介在した振動子とブースタとホーンとの各継目
における少なくとも一端面にはダイヤフラムの整合孔に
がたつかないように挿入される整合用突起を有したこと
を特徴としている。請求項１の構成によれば、外筒の両
端面が有する収容凹部と各ダイヤフラムとの同軸嵌合、
及び、振動子とブースタとホーンとの各継目における少
なくとも一端面が有する整合用突起とダイヤフラムが有
する整合孔との同軸嵌合が共存することにより、ホーン
とブースタとダイヤフラムと外筒とが正確に同軸状に位
置決めされて結合できる。又、各ダイヤフラムが振動伝
達阻止部を有することにより各ダイヤフラムが振動の伝
達方向に撓み、各ダイヤフラムがホルダー部への超音波
振動の伝達を阻止すると共に振動の伝達方向と直交する
方向に剛性を有するので、振動子で発生した超音波振動
がダイヤフラム及びブースタを経由してホーンに効率良
く伝達できる。請求項２の発明にあっては、振動子に同軸状に結合され
た共振ユニットが装置本体に昇降駆動可能に組付けられ
たホルダー部に２つの支持機構を介して両持ち支持に装
着された超音波振動接合装置において、共振ユニットが
振動子に同軸状にねじで結合されるブースタとブースタ
に同軸状にねじで結合されて接合作用部を有するホーン
とホーンに同軸状にねじで結合されたブースタとで構成
され、各支持機構がホルダー部に装着されてブースタを
無接触に同軸状に収納する外筒と 外筒の両端それぞれに
ねじで取り付けられたダイヤフラムとで構成され、外筒
が両端面に各ダイヤフラムを個別にがたつかないように
収納する同心状の収容凹部を有し、各ダイヤフラムが中
心のねじを無接触に同軸状に取り込む整合孔と周囲のス
リットや閉環状凹部又は長孔等の振動伝達阻止部とを有
する一方、ダイヤフラムを個別に介在した振動子とブー
スタとホーンとの各継目における少なくとも一端面には
ダイヤフラムの整合孔にがたつかないように挿入される
整合用突起を有したことを特徴としている。 請求項２の
構成によれば、ホーンの両側には同一形状のブースタと
同一形状の支持機構とが結合されたことにより、共振ユ
ニットにおける左右の質量バランスが取れ、振動のバラ
ンスが良くなる。又、各ダイヤフラムが振動伝達阻止部
を有することにより、ダイヤフラムが振動の伝達方向に
撓み、各ダイヤフラムがホルダー部への超音波振動の伝
達を阻止すると共に振動の伝達方向と直交する方向に剛
性を有するので、振動子で発生した超音波振動がダイヤ
フラム及びブースタを経由してホーンに効率良く伝達で
きる。よって、共振ユニットが複数の接合部材を適切に
加圧しつつ超音波振動で適切に接合できる。 請求項３の発明にあっては、請求項１又は請求項２に記
載の支持機構の外筒が内周面に雌ねじ部を有する外筒と
雌ねじ部にねじ嵌合させる雄ねじ部を外周面に有する外
筒とで構成され、これら雌雄ねじ部相互のねじ嵌合によ
り同軸状に装着された２つの外筒間の雄ねじ部にはナッ
トがねじ嵌合により装着されたことを特徴としている。
請求項３の構成によれば、２つの外筒が雌雄ねじ部相互
のねじ嵌合により同軸状に装着され、２つの外筒間の雄
ねじ部にはナットがねじ嵌合により装着されたことによ
り、外筒がブースタに正確に整合するように長さ調整で
き、１／２波長、１波長、１／２波長の整数倍等各種の
長さのブースタが使用可能となる。 請求項４の発明にあっては、振動子に同軸状に結合され
た共振ユニットが装置本体に昇降駆動可能に組付けられ
たホルダー部に装着された２つのダイヤフラムを介して
両持ち支持に装着された超音波振動接合装置において、
共振ユニットが振動子に同軸状にねじで結合されるブー
スタとブースタに同軸状にねじで結合されて接合作用部
を有するホーンとホーンに同軸状にねじで結合されたブ
ースタと で構成され、各ダイヤフラムが振動子とブース
タとホーンとの各継目に介在された部分のねじを無接触
に同軸状に取り込む整合孔と周囲のスリットや閉環状凹
部又は長孔等の振動伝達阻止部とを有する一方、ダイヤ
フラムを個別に介在した振動子とブースタとホーンとの
各継目における少なくとも一端面にはダイヤフラムの整
合孔にがたつかないように挿入される整合用突起を有し
たことを特徴としている。 請求項４の構成によれば、ホ
ーンの両側には同一形状のブースタと同一形状の支持機
構とが結合されたことにより、共振ユニットにおける左
右の質量バランスが取れ、振動のバランスが良くなる。
又、各ダイヤフラムが振動伝達阻止部を有することによ
り、ダイヤフラムが振動の伝達方向に撓み、各ダイヤフ
ラムがホルダー部への超音波振動の伝達を阻止すると共
に振動の伝達方向と直交する方向に剛性を有するので、
振動子で発生した超音波振動がダイヤフラム及びブース
タを経由してホーンに効率良く伝達できる。よって、共
振ユニットが複数の接合部材を適切に加圧しつつ超音波
振動で適切に接合できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１〜３は第１実施形態を示して
いる。この実施形態は、図３に示すように、装置本体１
に昇降動作可能に組付けられたホルダー部２に、振動子
３が結合された共振ユニット４を片支持に装着してい
て、装置本体１の前部のワーク搭載部１ａの上に、金属
材料からなる複数の図外のワークの互いに重ね合わされ
た被接合部分を搭載すると共に、ホルダー部２を下降動
作して、共振ユニット４の先端に有る接合作用部５ａと
ワーク搭載部１ａとでそれらの間に図外のワークの被接
合部分を加圧保持すると共に、振動子３に超音波振動を
発生させることにより、当該ワークの重ね合わせ面間に
非溶解接合をもたらすようになっている。

【０００７】この実施形態の場合、図１〜２に示すよう
に、振動子３は図外の超音波発生器から受けた電気的な
エネルギーにより所定周波数を有する縦波の超音波振動
を発生して出力する、所謂、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って、その出力端
の中心にねじ孔３ａを有している。

【０００８】共振ユニット４はホーン５の片側に支持機
構７に内蔵されたブースタ６を同軸状に結合してあっ
て、支持機構７を前記ホルダー部２に装着したことで、
装置本体１に組付けられている。

【０００９】ホーン５は振動子３から伝達された超音波
振動に共振する最大振動振幅点ｆ３から最大振動振幅点
ｆ５までの１／２波長の長さの良好な音響特性を有する
チタン等のような合金で棒状に形成されている。ホーン
５は一方の最大振動振幅点ｆ５である前端部に接合作用
部５ａを備え、他方の最大振動振幅点ｆ３である後端部
の中心に整合用突起５ｂとねじ孔５ｃとを同軸状に備え
ている。整合用突起５ｂの軸心方向の突出量は後述する
フロントダイヤフラム１１の厚さよりも小さい寸法に形
成されている。

【００１０】ブースタ６は振動子３から伝達された超音
波振動に共振する最大振動振幅点ｆ１から最大振動振幅
点ｆ３までの１／２波長の長さのチタン、アルミニウム
又は焼き入れされた鉄等のいずれかの材料で棒状に形成
されている。ブースタ６は一方の最大振動振幅点ｆ３で
ある前端部の中心にねじ孔６ａを備え、他方の最大振動
振幅点ｆ１である後端部の中心に整合用突起６ｂとねじ
孔６ｃとを同軸状に備えている。整合用突起６ｂの軸心
方向の突出量は後述するリヤーダイヤフラム１２の厚さ
よりも小さい寸法に設定してある。

【００１１】支持機構７はフロント外筒８、リヤー外筒
９、ナット１０、フロントダイヤフラム１１、リヤーダ
イヤフラム１２、フロントキャップ１３、リヤーキャッ
プ１４を備えている。フロント外筒８とリヤー外筒９と
が互いにねじ嵌合にて同軸状に連結されることで、その
内部にブースタ６を無接触で同軸状に配置する筒状に形
成されている。

【００１２】この実施形態では、フロント外筒８の内周
面の後半側に雌ねじ部８ａを大きな内径を有するように
有段形成し、前端面にフロントダイヤフラム１１ががた
つかないように収納される収容凹部８ｂを同心円状に形
成してある。収容凹部８ｂの内径及び深さはフロントダ
イヤフラム１１の外径及び厚さと略同一寸法に形成して
ある。収容凹部８ｂの底面としての閉環状端面には複数
のねじ孔８ｃを周方向に等分配置に形成してある。

【００１３】リヤー外筒９にはフロント外筒８の雌ねじ
部８ａにねじ嵌合させる雄ねじ部９ａを外周面の前半側
に小さな外径を有するように有段形成してある。雄ねじ
部９ａにはリヤー外筒９よりも小さい外径に形成された
ナット１０を装着してある。リヤー外筒９の後端面には
リヤーダイヤフラム１２ががたつかないように収納され
る収容凹部９ｂを同心円状に形成してある。収容凹部９
ｂの内径及び深さはリヤーダイヤフラム１２の外径及び
厚さと略同一寸法に形成してある。収容凹部９ｂの底面
としての閉環状端面には複数のねじ孔９ｃを周方向に等
分配置に形成してある。

【００１４】フロントダイヤフラム１１は中心に整合孔
１１ａを同心円状に有している。整合孔１１ａはホーン
５の整合用突起５ｂをがたつかないように挿入させるよ
うに、ホーン５の整合用突起５ｂの外径と略同一の直径
を有している。整合孔１１ａの周囲において、フロント
ダイヤフラム１１には振動伝達阻止部である複数のスリ
ット１１ｂを周方向に等分配置に形成してある。スリッ
ト１１ｂはフロントダイヤフラム１１の外周縁より中心
に向けて放射状に切り込まれている。各スリット１１ｂ
間におけるダイヤフラム片１１ｃには貫通孔１１ｄを外
周縁側の周方向への２等分位置でフロント外筒８のねじ
孔８ｃと同一円周上に形成してある。

【００１５】リヤーダイヤフラム１２は中心に整合孔１
２ａを同心円状に有している。整合孔１２ａはブースタ
６の整合用突起６ｂをがたつかないように挿入させるよ
うに、ブースタ６の整合用突起６ｂの外径と略同一の直
径を有している。整合孔１２ａの周囲において、リヤー
ダイヤフラム１２には振動伝達阻止部である複数のスリ
ット１２ｂを周方向に等分配置に形成してある。スリッ
ト１２ｂはリヤーダイヤフラム１２の外周縁より中心に
向けて放射状に切り込まれている。各スリット１２ｂ間
におけるダイヤフラム片１２ｃには貫通孔１２ｄを外周
縁側の周方向への２等分位置でリヤー外筒９のねじ孔９
ｃと同一円周上に形成してある。

【００１６】フロントキャップ１３はフロントダイヤフ
ラム１１と略同一の外径とフロント外筒８と略同一の内
径とを有する閉環状に形成されていて、複数の貫通孔１
３ａをフロント外筒８のねじ孔８ｃと対応する位置に備
えている。

【００１７】リヤーキャップ１４はリヤーダイヤフラム
１２と略同一の外径とリヤー外筒９と略同一の内径とを
有する閉環状に形成されていて、複数の貫通孔１４ａを
リヤー外筒９のねじ孔９ｃと対応する位置に備えてい
る。

【００１８】この実施形態の場合、フロントダイヤフラ
ム１１とリヤーダイヤフラム１２とにはスリット１１
ｂ，１２ｂを６本づつ形成してあることからダイヤフラ
ム片１１ｃ，１２ｃと貫通孔１１ｄ，１２ｄとも６個で
あるが、フロント外筒８とリヤー外筒９とのねじ孔８
ｃ，９ｃ、フロントキャップ１３とリヤーキャップ１４
との貫通孔１３ａ，１４ａはスリット１１ｂ，１２ｂの
数の２倍の１２個形成してある。

【００１９】この実施形態の振動子３、共振ユニット４
及び支持機構７は次のように組み立てる。先ず、ブース
タ６を支持機構７の内部に装着する。即ち、フロント外
筒８の収容凹部８ｂにフロントダイヤフラム１１を収納
し、フロントダイヤフラム１１にフロントキャップ１３
を重ね合わせて、ダイヤフラム片１１ｃ毎に１本当ての
ねじ１５をフロントキャップ１３の貫通孔１３ａからフ
ロントダイヤフラム１１の貫通孔１１ｄを経てフロント
外筒８のねじ孔８ｃに締結する。また、リヤー外筒９の
収容凹部９ｂにリヤーダイヤフラム１２を収納し、リヤ
ーダイヤフラム１２にリヤーキャップ１４を重ね合わせ
て、ダイヤフラム片１２ｃ毎に１本当てのねじ１６をリ
ヤーキャップ１４の貫通孔１４ａからリヤーダイヤフラ
ム１２の貫通孔１２ｄを経てリヤー外筒９のねじ孔９ｃ
に締結すると共に、リヤー外筒９の雄ねじ部９ａにナッ
ト１０を奥まで装着しておく。そして、リヤー外筒９の
雄ねじ部９ａの開口よりリヤー外筒９の内部にブースタ
６を挿入して、ブースタ６の整合用突起６ｂをリヤーダ
イヤフラム１２の整合孔１２ａに挿入した後、リヤー外
筒９の雄ねじ部９ａにフロント外筒８の雌ねじ部８ａを
装着して、ブースタ６の前端面がフロントダイヤフラム
１１の後端面に当接した所で、ナット１０の外周面に形
成された図外の工具用孔に挿入した締付工具でナット１
０を締結方向に回転操作してフロント外筒８側に前進さ
せ、当該ナット１０をフロント外筒８とでリヤー外筒９
にダブルナット掛けするように締結する。

【００２０】次に、ブースタ６を内蔵した支持機構７の
前後に振動子３とホーン５とを無頭ボルト１７，１８で
同軸状に組付ける。この場合、振動子３とホーン５との
どちらを先に支持機構７に組付けても良いが、例えば、
１本の無頭ボルト１７をホーン５のねじ孔５ｃに締結
し、このホーン５より突出する無頭ボルト１７をフロン
トダイヤフラム１１の整合孔１１ａからブースタ６の前
端側のねじ孔６ａに締結する。また、もう１本の無頭ボ
ルト１８を振動子３のねじ孔３ａに締結し、この振動子
３より突出する無頭ボルト１８をリヤーダイヤフラム１
２の整合孔１２ａからブースタ６の後端側のねじ孔６ｃ
に締結する。この状態において、図外の工具でホーン５
が回転しないように保持し、振動子３の外周面に形成さ
れた図外の工具用孔に挿入した図外の締付工具で振動子
３を締結方向に回転操作して、振動子３、ホーン５、ブ
ースタ６、フロントダイヤフラム１１、リヤーダイヤフ
ラム１２を強固に締結する。

【００２１】この締結によって、図１に示すように、ホ
ーン５の整合用突起５ｂとブースタ６の前端面との間に
隙間１９が形成されて、ホーン５の整合用突起５ｂがフ
ロントダイヤフラム１１の整合孔１１ａに内接嵌合し、
その整合孔１１ａまわりのフロントダイヤフラム１１の
前端面及び後端面にホーン５の整合用突起５ｂより外側
の後端面及びブースタ６の前端面が個別に密接する。ま
た、ブースタ６の整合用突起６ｂと振動子３の出力端面
との間に隙間２０が形成されて、ブースタ６の整合用突
起６ｂがリヤーダイヤフラム１２の整合孔１２ａに内接
嵌合し、その整合孔１２ａまわりのリヤーダイヤフラム
１２の前端面及び後端面にブースタ６の整合用突起６ｂ
より外側の後端面及び振動子３の出力端面が個別に密接
する。

【００２２】しかも、振動子３とホーン５とブースタ６
とがねじ孔３ａ，５ｃ，６ａ，６ｃと無頭ボルト１７，
１８とで正確に同軸状に結合される。また、ホーン５の
整合用突起５ｂとフロントダイヤフラム１１の整合孔１
１ａとの同軸嵌合、フロントダイヤフラム１１とフロン
ト外筒８の収容凹部８ｂとの同軸嵌合、ブースタ６の整
合用突起６ｂとリヤーダイヤフラム１２の整合孔１２ａ
との同軸嵌合、リヤーダイヤフラム１２とリヤー外筒９
の収容凹部９ｂとの同軸嵌合によって、ホーン５とブー
スタ６とが支持機構７と正確に同軸状に位置決めされて
結合される。

【００２３】この実施形態の構造によれば、図１に示す
ように、共振器ユニット４はブースタ６の前端にホーン
５がフロント外筒８の一端開口部を閉鎖するように取り
付けられたフロントダイヤフラム１１に密接して無頭ボ
ルト１７とねじ孔６ａ，５ｃとにより同軸状に結合して
いると共に、フロント外筒８とこれに同軸状に結合され
るリヤー外筒９とで形成される内部空間にブースタ６を
内蔵し、ブースタ６の後端に振動子３がリヤー外筒９の
一端開口部を閉鎖するように取り付けられたリヤーダイ
ヤフラム１２に密接して無頭ボルト１８とねじ孔３ａ，
６ｃとにより同軸状に結合している。即ち、共振ユニッ
ト４の最大振動振幅ｆ３，ｆ１の部分に位置したフロン
トダイヤフラム１１及びリヤーダイヤフラム１２は、複
数のスリット１１ｂ，１２ｂにより共振ユニット４の振
動の伝達方向に撓むことで、フロントダイヤフラム１１
からフロント外筒８への超音波振動の伝達を阻止し、リ
ヤーダイヤフラム１２からリヤー外筒９への超音波振動
の伝達を阻止することができる。この超音波振動の伝達
阻止については、本出願人がフロント外筒８及びリヤー
外筒９を手で把持して振動子３に４０ｋＨｚの超音波振
動を発生し、手に振動を全く感じなっかったことで確か
められた。また、フロントダイヤフラム１１及びリヤー
ダイヤフラム１２は振動の伝達方向と直交する方向には
剛性を有していて、振動子３で発生した超音波振動をリ
ヤーダイヤフラム１２、ブースタ６、フロントダイヤフ
ラム１１を経由してホーン５に効率良く適正に伝達でき
る。

【００２４】特に、フロントダイヤフラム１１、リヤー
ダイヤフラム１２は、金属製の円板に整合孔１１ａ，１
２ａ、スリット１１ｂ，１２ｂ、貫通孔１１ｄ，１２ｄ
を形成した簡単な形状であり、コストダウンを図ること
ができる。

【００２５】また、フロント外筒８、リヤー外筒９、ナ
ット１０、フロントダイヤフラム１１、リヤーダイヤフ
ラム１２、フロントキャップ１３、リヤーキャップ１４
からなる支持機構７を装置本体１のホルダー部２で抱え
るように保持したことにより、共振ユニット４を安定に
支持できる。

【００２６】また、ブースタ６やホーン５は材料と波長
とで長さが決まる。例えば、ブースタ６をアルミニウ
ム、チタン、鉄で作る場合、同一の共振周波数でも、ブ
ースタ６の長さはアルミニウム＞チタン＞鉄となるよう
に、それぞれの音響特性により異なるが、この実施形態
では支持機構７がフロント外筒８とリヤー外筒９との雌
ねじ部８ａと雄ねじ部９ａとによるねじ嵌合で各種のブ
ースタ６に正確に整合するように長さ調整できる。

【００２７】また、ホーン５は使用するブースタ６の長
さに応じて接合作用部５ａが最大振動振幅点となるよう
に長さを決めるが、ホーン５やブースタ６は１／２波長
の整数倍の長さとなるのが一般的である。そこで、例え
ば、ブースタ６を１／２波長から１波長のものに交換す
るような場合、図示は省略するが、フロント外筒８やリ
ヤー外筒９と略同一の内径及び外径を有するリリーフ外
筒を使用することができる。リリーフ外筒は、外周面の
前半部に有段形成された雄ねじ部をフロント外筒８の雌
ねじ部８ａにねじ嵌合すると共に、内周面の後半部に有
段形成された雌ねじ部をリヤー外筒９の雄ねじ部９ａに
ねじ嵌合させて、支持機構７の長さを長くすることもで
きる。この場合、リヤー外筒９の雄ねじ部９ａに装着さ
れたナット１０をリリーフ外筒とでリヤー外筒９にダブ
ルナット掛けするように締結し、リリーフ外筒の雄ねじ
部に装着されたナットをフロント外筒８とでリリーフ外
筒にダブルナット掛けするように締結すれば、前記実施
形態と同様の作用効果がある。

【００２８】さらに、前記実施形態では、図１に示すよ
うに、最大振動振幅点ｆ１での振動振幅Ａ１を「１」と
すると、最大振動振幅点ｆ３での振動振幅点Ａ２が１．
２５倍、最大振動振幅点ｆ５での振動振幅点Ａ３が１．
８７５倍となるように、ブースタ６とホーン５との形状
から設定される質量に変化を持たせて、フロントダイヤ
フラム１１とリヤーダイヤフラム１２とのスリット１１
ｂ，１２ｂを６本形成した場合を図示して説明したが、
前記振動振幅点Ａ２の振動振幅を１．５倍、振動振幅点
Ａ３の振動振幅を２倍とするような際には、例えば、フ
ロントダイヤフラム１１とリヤーダイヤフラム１２のス
リット１１ｂ，１２ｂの数を１２本とするか、フロント
ダイヤフラム１１のスリット１１ｂの数を１２本とし、
リヤーダイヤフラム１２のスリット１２ｂの数を６本と
すれば、振動の倍率に応じて、フロント外筒８やリヤー
外筒９への超音波振動の伝達を適正に阻止できる。即
ち、フロントダイヤフラム１１とリヤーダイヤフラム１
２のスリット１１ｂ，１２ｂの数は、ホーン５やブース
タ６の質量による音響特性によって、音や振れを見て、
異音や振れの少ない状態や無い状態を見極めて、増やし
て同数とするか、増やして異なる数にするかを決定す
る。

【００２９】図４は第２実施形態としてのダイヤフラム
２１を示している。このダイヤフラム２１はフロント外
筒８の収容凹部８ｂ又はリヤー外筒９の収容凹部９ｂの
内径と略同一の外径で、その中心に整合孔２１ａを形成
している。整合孔２１ａはホーン５の整合用突起５ｂ又
はブースタ６の整合用突起６ｂをがたつかないように挿
入させるように、当該整合用突起５ｂ又は整合用突起６
ｂの外径と略同一の直径を有している。整合孔２１ａの
周囲において、ダイヤフラム２１の一端面には振動伝達
阻止部である閉環状凹部２１ｂを同心円状に形成してい
る。閉環状凹部２１ｂの深さはダイヤフラム２１の板厚
の１／２程度に設定してある。閉環状凹部２１ｂの外側
で、ダイヤフラム２１には複数の貫通孔２１ｃをフロン
ト外筒８のねじ孔８ｃ又はリヤー外筒９のねじ孔９ｃと
対応する位置に形成してある。

【００３０】この実施形態のダイヤフラム２１はブース
タ６での振動振幅の倍率が小さい時に、フロントダイヤ
フラムとリヤーダイヤフラムとのいずれか一方又は両方
のダイヤフラムとして使用すれば、スリットを省略した
分、低コストにできる。即ち、スリットは歯車の歯切り
を行うように等分配置に加工することが必要であるが、
閉環状凹部２１ｂは旋盤加工で形成できるので、閉環状
凹部２１ｂの方がスリットよりも低コストで加工でき
る。

【００３１】図５は第３実施形態であって、フロント側
やリヤー側のダイヤフラム２２の中心に形成した整合孔
２２ａに、当該ダイヤフラム２２の両側に配置される振
動子３の出力端面に形成した整合用突起３ｂとブースタ
６の後端面に形成した整合用突起６ｂとをがたつかない
ように嵌合するか、ブースタ６の前端面に形成した整合
用突起６ｄとホーン５の後端面に形成した整合突起５ｂ
とをがたつかないように嵌合すれば、位置決め性能を一
段と向上できる。

【００３２】図６〜７は第４実施形態を示している。こ
の実施形態は、図７に示すように、装置本体３１に昇降
動作可能に組付けられたホルダー部３２に、振動子３が
結合された共振ユニット３３を両支持に装着していて、
装置本体３１の前部で前方及び左右に開放する作業空間
３４の下部を形成するワーク搭載部３１ａと、共振ユニ
ット３３の中央に有る接合作用部３６ａとでそれらの間
にワーク３５の被接合部分を加圧保持して、振動子３に
発生された超音波振動によりワーク３５の重ね合わせ面
間に非溶解接合をもたらすようになっている。

【００３３】この実施形態の場合、図６に示すように、
共振ユニット３３は、フロント外筒８、リヤー外筒９、
ナット１０、フロントダイヤフラム１１、リヤーダイヤ
フラム１２、フロントキャップ１３、リヤーキャップ１
４からなる支持機構７に内蔵されたブースタ６が、ホー
ン３６の両側に、ねじ孔６ａと無頭ボルト１７とで同軸
状に結合してあって、双方の支持機構７を前記ホルダー
部３２に装着したことで、装置本体３１に組付けられて
いる。ホーン３６は例えば振動子３から伝達された超音
波振動に共振する最大振動振幅点ｆ１３から最大振動振
幅点ｆ１７までの１波長の長さを有し、その中央の最大
振動振幅点ｆ１５に接合作用部３６ａを備えている。一
方のブースタ６は振動子３から伝達された超音波振動に
共振する最大振動振幅点ｆ１１から最大振動振幅点ｆ１
３までの１／２波長の長さを有していて、振動子３が支
持機構７のリヤーダイヤフラム１２を介在させてねじ孔
３ａ，６ｃと無頭ボルト１８とで同軸状に結合してあ
る。他方のブースタ６は振動子３から伝達された超音波
振動に共振する最大振動振幅点ｆ１７から最大振動振幅
点ｆ１９までの１／２波長の長さを有している。この他
方のブースタ６を内蔵した支持機構７は一方のブースタ
６を内蔵した支持機構７と左右対称に配置してあって、
当該他方のブースタ６がホーン３６に支持機構７のフロ
ントダイヤフラム１１を介在して結合されている。

【００３４】この実施形態によれば、双方の支持機構７
に内蔵されたブースタ６をホーン３６に左右対称となる
ように同軸に結合し、一方のブースタ６に振動子３を結
合して、その振動子３に超音波振動を発生すると、各支
持機構７のフロントダイヤフラム１１やリヤーダイヤフ
ラム１２のスリット１１ｂ，１２ｂ（図２参照）がフロ
ントダイヤフラム１１やリヤーダイヤフラム１２からフ
ロント外筒８やリヤー外筒９への超音波振動の伝達を阻
止して、前記超音波振動をホーン３６に効率良く適正に
伝達できて、共振ユニット３３が両端支持で撓むことな
くワーク３５を適切に接合することができる。

【００３５】図８は第５実施形態を示し、共振ユニット
４０を両支持する構造に特徴がある。即ち、前記第２実
施形態での支持機構７とホルダー部３２との機能を併有
する支持機構４１を備えている。この支持機構４１はホ
ルダー部３２が組付けられる装置本体３１（図７参照）
の昇降駆動端４２にボルト４３で取り付けられた基部４
４と、この基部４４の両側より下方に向けて曲折形成さ
れたダイヤフラム部４５，４６とを備えている。各ダイ
ヤフラム部４５，４６は整合孔４５ａ，４６ａとそれの
周囲に振動伝達阻止部である複数の縦長な長孔４５ｂ，
４６ｂとを整合孔４５ａ，４６ａを中心とした放射状と
なるように有している。この実施形態の場合、各ダイヤ
フラム部４５，４６の内部に１波長の長さを有するホー
ン４７を配置すると共に、各ダイヤフラム部４５，４６
の外側にブースタ４８，４９を配置し、これらのホーン
４７とブースタ４８，４９とを、各ブースタ４８，４９
の対向する側の端面の中心に形成されたねじ孔４８ａ，
４９ａとホーン４７の両端の中心に形成されたねじ孔４
７ａ，４７ｂとに無頭ボルト５０，５１とで同軸状に結
合することにより、各ブースタ４８，４９のねじ孔４８
ａ，４９ａまわりに同軸状に突設された整合用突起４８
ｂ，４９ｂがダイヤフラム部４５，４６の整合孔４５
ａ，４６ａに外接嵌合する一方、ブースタ４８，４９の
整合用突起４８ｂ，４９ｂまわりの端面とホーン４７の
両端面とが各ダイヤフラム部４５，４６に密接すると共
に、ブースタ４８，４９の整合用突起４８ｂ，４９ｂと
ホーン４７との間に隙間５２，５３が形成される。

【００３６】この実施形態によれば、基部４４の両端に
ダイヤフラム部４５，４６を曲折形成した簡単な構造の
支持機構４１で共振ユニット４０を両支持し、複数の長
孔４５ｂ，４６ｂで各ダイヤフラム部４５，４６から基
部４４及び装置本体３１の昇降駆動端４２への超音波振
動の伝達を阻止することができる。

【００３７】図９は第６実施形態であって、前記支持機
構４１のダイヤフラム部４５，４６に相当するダイヤフ
ラム５４，５５を別体に構成し、各ダイヤフラム部５
４，５５を装置本体３１の昇降駆動端４２に側方よりね
じ５６，５７で取り付けたことにより、支持機構４１の
昇降駆動端４２への取り付けを容易にすることができ
る。これらの第５〜第６実施形態では、振動子３の出力
端を振動の始点と見做し、接合作用部４７ｃの両側に同
一形状のブースタ４８，４９を備えて、接合作用部４７
ｃを中心とした左右の質量バランスが取れているので、
振動のバランスが良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態を示す断面図。

【図２】 同実施形態を示す分解斜視図。

【図３】 同実施形態の超音波接合装置を示す斜視図。

【図４】 第２実施形態のダイヤフラムを示す斜視図。

【図５】 第３実施形態の結合状態を示す断面図。

【図６】 第４実施形態を示す断面図。

【図７】 同実施形態の超音波接合装置を示す斜視図。

【図８】 第５実施形態を示す断面図。

【図９】 第６実施形態を示す断面図。

【符号の説明】

１，３１ 装置本体、２，３２ ホルダー部、３ 振動
子 ４，３３，４０ 共振ユニット、５ ホーン、６，４
８，４９ ブースタ ７，４１ 支持機構、８ フロント外筒、９ リヤー外
筒 １１ フロントダイヤフラム、１２ リヤーダイヤフラ
ム ２１，２２，５４，５５ ダイヤフラム、４５，４６
ダイヤフラム部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−94591（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−108855（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57466（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−116868（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−16277（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭54−23349（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 20/00 - 20/26

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子に同軸状に結合された共振ユニッ
   トが装置本体に昇降駆動可能に組付けられたホルダー部
   に支持機構を介して片持ち支持に装着された超音波振動
   接合装置において、共振ユニットが振動子に同軸状にね
   じで結合されるブースタとブースタに同軸状にねじで結
   合されて接合作用部を有するホーンとで構成され、支持
   機構がホルダー部に装着されてブースタを無接触に同軸
   状に収納する外筒と外筒の両端それぞれにねじで取り付
   けられたダイヤフラムとで構成され、外筒が両端面に各
   ダイヤフラムを個別にがたつかないように収納する同心
   状の収容凹部を有し、各ダイヤフラムが中心のねじを無
   接触に同軸状に取り込む整合孔と周囲のスリットや閉環
   状凹部又は長孔等の振動伝達阻止部とを有する一方、ダ
   イヤフラムを個別に介在した振動子とブースタとホーン
   との各継目における少なくとも一端面にはダイヤフラム
   の整合孔にがたつかないように挿入される整合用突起を
   有したことを特徴とする超音波振動接合装置。
2. 【請求項２】 振動子に同軸状に結合された共振ユニッ
   トが装置本体に昇降駆動可能に組付けられたホルダー部
   に２つの支持機構を介して両持ち支持に装着された超音
   波振動接合装置において、共振ユニットが振動子に同軸
   状にねじで結合されるブースタとブースタに同軸状にね
   じで結合されて接合作用部を有するホーンとホーンに同
   軸状にねじで結合されたブースタとで構成され、各支持
   機構がホルダー部に装着されてブースタを無接触に同軸
   状に収納する外筒と外筒の両端それぞれにねじで取り付
   けられたダイヤフラムとで構成され、外筒が両端面に各
   ダイヤフラムを個別にがたつかないように収納する同心
   状の収容凹部を有し、各ダイヤフラムが中心のねじを無
   接触に同軸状に取り込む整合孔と周囲のスリットや閉環
   状凹部又は長孔等の振動伝達阻止部とを有する一方、ダ
   イヤフラムを個別に介在した振動子とブースタとホーン
   との各継目における少なくとも一端面にはダイヤフラム
   の整合孔にがたつかないように挿入される整合用突起を
   有したことを特徴とする超音波振動接合装置。
3. 【請求項３】 支持機構の外筒が内周面に雌ねじ部を有
   する外筒と雌ねじ部にねじ嵌合させる雄ねじ部を外周面
   に有する外筒とで構成され、これら雌雄ねじ部相互のね
   じ嵌合により同軸状に装着された２つの外筒間の雄ねじ
   部にはナット がねじ嵌合により装着されたことを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載の超音波振動接合装
   置。
4. 【請求項４】 振動子に同軸状に結合された共振ユニッ
   トが装置本体に昇降駆動可能に組付けられたホルダー部
   に装着された２つのダイヤフラムを介して両持ち支持に
   装着された超音波振動接合装置において、共振ユニット
   が振動子に同軸状にねじで結合されるブースタとブース
   タに同軸状にねじで結合されて接合作用部を有するホー
   ンとホーンに同軸状にねじで結合されたブースタとで構
   成され、各ダイヤフラムが振動子とブースタとホーンと
   の各継目に介在された部分のねじを無接触に同軸状に取
   り込む整合孔と周囲のスリットや閉環状凹部又は長孔等
   の振動伝達阻止部とを有する一方、ダイヤフラムを個別
   に介在した振動子とブースタとホーンとの各継目におけ
   る少なくとも一端面にはダイヤフラムの整合孔にがたつ
   かないように挿入される整合用突起を有したことを特徴
   とする超音波振動接合装置。