JP2934602B2 - 超音波接合装置の共振器用支持具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は超音波接合装置の
昇降可能なホルダーに共振器を両端支持に装着する支持
具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波接合装置としては、装置本
体にアクチュエータを介して昇降可能に取り付けられた
ホルダーの左右に相対峙するアーム部に、振動子が発生
した超音波振動に共振する共振器を両端支持に装着し、
ホルダーの下降により共振器の接合作用部とこれの下方
に配置されたワーク搭載台とでそれらの間に複数のワー
クの互いに重ね合わされた被接合部分を加圧保持して、
共振器が振動子で発生した超音波振動に共振してワーク
の重ね合わせ面を接合するようにしたものが知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の超
音波接合装置において、ホルダーに共振器を両端支持に
装着するには、ホルダーのアーム部に貫通孔を形成し、
この貫通孔の周壁を形成するアーム部にスリットを入れ
て、当該貫通孔の周壁を１カ所切り離することにより、
アーム部の弾性作用で貫通孔の内径を拡開させ、この貫
通孔に共振器の両端部を挿入した後に、スリットを境と
するアーム部の一片部から他片部にねじを締結すること
で、貫通孔の内径を縮小して、共振器の両端部を支持す
ることからねじを締結する過程で共振器に捩れを生じた
り、ねじの締め過ぎや不足により共振器に片寄った応力
が発生して、ワークの被接合部分を加圧保持する共振器
の接合作用部の下面とワーク搭載台の上面との平行度を
出すのに、多大な労力と時間を要していた。

【０００４】そこで、この発明はナットを締め付けるこ
とで、楔外筒がホルダーのアーム部の凹部より受ける押
し縮める方向の外力と、楔内筒と楔外筒とによる楔作用
とで、捩れや片寄った応力が発生することなく、共振器
の両端部をホルダーのアーム部に同軸状に支持して、ワ
ークの被接合部分を加圧保持する共振器の接合作用部の
下面とワーク搭載台の上面との平行度を容易に出すこと
ができる超音波接合装置の共振器用支持具を提唱しよう
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の装置本体にア
クチュエータを介して昇降可能に取り付けられたホルダ
ーの左右に相対峙するアーム部に、振動子が発生した超
音波振動に共振する共振器を両端支持に装着し、ホルダ
ーの下降により共振器の接合作用部とこれの下方に配置
されたワーク搭載台とでそれらの間に複数のワークの互
いに重ね合わされた被接合部分を加圧保持して、共振器
が振動子で発生した超音波振動に共振してワークの重ね
合わせ面を接合する超音波接合装置の共振器用支持具
は、ホルダーのアーム部に左右に開口状に形成された凹
部に内接嵌合する楔外筒と、この楔外筒に内接嵌合して
共振器の両端部を内接嵌合する内孔を有する楔内筒と、
楔外筒の一端に形成された鍔部に回転可能に装着された
ナットとを備え、このナットの雌ねじ部を楔外筒より突
出する楔内筒の雄ねじ部に装着して、このナットを締め
込む方向に回転操作することにより、楔外筒がホルダー
の凹部より受ける押し縮める方向の外力と、楔内筒の楔
部と楔外筒の楔部とによる楔作用で、楔内筒の内孔の内
径を縮小して、共振器の両端部を支持するようにしたこ
とを特徴としている。この請求項１の構成によれば、ホ
ルダーの左右のアーム部に個別に装着した支持具の内孔
に、共振器の両端部を個別に挿入すると共に、共振器を
下降して、接合作用部の下面をワーク搭載台の上面又は
その上に載せたワークの被接合部分や被接合部分と同等
のダミー部材の上面に接触させた後に、共振器を左右に
移動して接合作用部をホルダーの昇降中心線上に位置す
るように位置合わせして、支持具のナットを締め込むこ
とにより、楔外筒がホルダーの凹部より受ける押し縮め
る方向の外力と、楔外筒と楔内筒とによる楔作用とによ
り、ナットの締まり方向に共振器が回るのを防ぐと共
に、楔内筒の内孔が縮小して真円となって共振器の両端
部を均一に締め付けて、共振器をホルダーにその昇降中
心線と直交する水平な１本の直線を中心とした同軸状で
両端支持状態に装着することができて、共振器の接合作
用部の下面とワーク搭載台の上面との平行度を正確に出
すことができ、ワーク搭載台と共振器の接合作用部とで
ワークの被接合部分を均一に加圧保持して、共振器を振
動子で発生した超音波振動に共振してワークを適正に重
ね合わ接合することができる。前記アーム部の凹部の底
部に凹部より小径な貫通孔を形成し、貫通孔と凹部との
境に環状の段差部を形成すれば、アーム部への支持具の
はめ込み深さが正確となり、支持具による共振器の締め
付けを安定させることができる。

【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。先ず、図３において、超音波接合装置は、装置本
体１にエアーシリンダーのような加圧機能を有するアク
チュエータを介して昇降動作可能に取り付けられたホル
ダー２に、図外の超音波発生器から供給された電力によ
り所定周波数の縦波の超音波振動を発生して出力する電
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
である振動子３が結合された共振器４を、同一形態の支
持具５を左右に介して両端支持状態に装着していて、装
置本体１の前部で前方及び左右に開放する作業空間６の
底部を形成するワーク搭載台７と、共振器４の中央に有
る接合作用部４ｄとで、それらの間に複数のワークが重
ね合わせられた被接合部分Ｗを加圧保持し、共振器４が
振動子３で発生した超音波振動に共振してワークの重ね
合わせ面を接合する。

【０００７】この実施形態の場合、図１にも示すよう
に、ワーク搭載台７はその左右方向の中心を示す図外の
目印がホルダー２の昇降中心線Ｌ１と同軸状に配置され
ており、ワークの被接合部分Ｗを載せるワーク搭載台７
の上面はホルダー２の昇降中心線Ｌ１と直交する水平な
面性状を有している。

【０００８】ホルダー２は複数のアーム部２ａを左右に
所定間隔を以て相対峙するように連接した略コ字形に形
成されており、各アーム部２ａにその外側面に開口する
真円形の凹部２ｂを形成し、各凹部２ｂの底部に凹部２
ｂより小径な貫通孔２ｃを形成し、貫通孔２ｃと凹部２
ｂとの境に環状の段差部２ｄを備えている。このホルダ
ー２の凹部２ｂ、貫通孔２ｃ、段差部２ｄは、ホルダー
２の昇降中心線Ｌ１と直交する水平な１本の直線Ｌ２を
中心とした同軸状に形成されている。

【０００９】共振器４はホーン４ａの両側にブースタ４
ｂ，４ｃを図外のねじ孔と図外の無頭ボルトとで同軸状
に結合してある。ホーン４ａ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ｆ３から最
大振動振幅点ｆ７までの１波長の長さを有し、その中央
の最大振動振幅点ｆ５に接合作用部４ｄを突設してあ
る。ワークの被接合部分Ｗに当接する接合作用部４ｄの
下面はワーク搭載台７の上面と平行する水平な面性状を
有している。一方のブースタ４ｂ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波長の長さを有し、その中
央の最小振動振幅点ｆ２の部分より外側に屈曲して環状
に突出する支持部４ｅを備え、その端面に振動子３を図
外のねじ孔と図外の無頭ボルトとで同軸状に結合してあ
る。他方のブースタ４ｃ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ｆ７から最大振動振幅
点ｆ９までの１／２波長の長さを有し、その中央の最小
振動振幅点ｆ８の部分より外側に屈曲して環状に突出す
る支持部４ｆを備えている。

【００１０】又、図１〜２にも示すように、支持具５
は、楔内筒５ａに楔外筒５ｂを外接嵌合し、楔外筒５ｂ
の一端に形成された鍔部５ｈに回転可能に装着されたナ
ット５ｃの雌ねじ部５ｊを楔外筒５ｂより突出する楔内
筒５ａの雄ねじ部５ｄにはめ込んであり、支持具５をホ
ルダー２の凹部２ｂに挿入して、ナット５ｃを締め込む
方向に回転操作すると、楔外筒５ｂがホルダー２の凹部
２ｂより受ける押し縮める方向の外力と、楔内筒５ａの
楔部５ｅと楔外筒５ｂの楔部５ｉとによる楔作用で、楔
内筒５ａの内径を絞れるように形成されている。

【００１１】この実施形態の場合、楔内筒５ａは、外周
面の一半分に雄ねじ部５ｄを形成し、他半分に雄ねじ部
５ｄ側から反対側に行くに従って外径が徐々に大きくな
る楔部５ｅを備えている。この楔内筒５ａは、ブースタ
４ｂ，４ｃの支持部４ｅ，４ｆの外径と略同一直径の真
円形の内孔５ｆを空けると共に、スリット５ｇを形成し
て周壁を一カ所切り離すことにより、その楔内筒５ａの
弾性作用で、内孔５ｆの直径がその内部にブースタ４
ｂ，４ｃの支持部４ｅ，４ｆを摺接して収容し得る程度
に開いていると共に、楔部５ｅの大径な開口側の端部の
外径寸法がホルダー２の凹部２ｂの内径よりも小寸法に
開いている態様である。この楔内筒５ａの雄ねじ部５
ｄ、楔部５ｅ、内孔５ｆは同軸状になっている。

【００１２】楔外筒５ｂは、ホルダー２の凹部２ｂの内
径と略同一直径の真円形に形成された外周面の一端に環
状の鍔部５ｈを径方向外側に突出し、内周面に鍔部５ｈ
側から反対側に行くに従って内径が徐々に大きくなる楔
部５ｉを備えている。この楔外筒５ｂは、鍔部５ｈ以外
の外周面の外径をホルダー２の凹部２ｂの内径と略同一
内径の直径に形成すると共に、楔部５ｉを楔内筒５ａの
楔部５ｅと同一の傾斜角度を有するように貫通形成した
態様で、その直径部分で２等分に分割されている。この
楔外筒５ｂの鍔部５ｈ、楔部５ｉは同軸状になってい
る。

【００１３】ナット５ｃは、楔外筒５ｂの反対側に位置
する一端部に楔内筒５ａの雄ねじ部５ｄに嵌合する雌ね
じ部５ｊを有し、他端部に楔外筒５ｂの鍔部５ｈ以外の
外周部を挿入する挿入孔５ｋを開口し、この挿入孔５ｋ
と雌ねじ部５ｊとの間に楔外筒５ｂの鍔部５ｈを収容す
る環状の溝部５ｍを備えている。このナット５ｃの雌ね
じ部５ｊ、溝部５ｍ、貫通孔２ｃは一端から他端に向け
て同軸状に連接している。

【００１４】この支持具５で共振器４をホルダー２に取
り付けるには、先ず、楔外筒５ｂの鍔部５ｈをナット５
ｃの挿入孔５ｋより溝部５ｍに挿入装着し、楔外筒５ｂ
の楔部５ｉの大径な開口より楔内筒５ａの雄ねじ部５ｄ
を入れて、楔内筒５ａの楔部５ｅを楔外筒５ｂの楔部５
ｉの内部に挿入し、この楔外筒５ｂの鍔部５ｈ側の端部
より突出した楔内筒５ａの雄ねじ部５ｄにナット５ｃを
はめ込むことで、楔内筒５ａ、楔外筒５ｂ、ナット５ｃ
が一体不可分となるように、支持具５を組み立てる。こ
の状態において、楔内筒５ａの大径な開口側の端部は楔
外筒５ｂの大径な開口より外側に突出している。

【００１５】次に、組み立てられた２個の支持具５をホ
ルダー２に装着する。それは、楔外筒５ｂの楔部５ｉの
大径な開口側の端部をホルダー２の凹部２ｂに外側より
挿入し、楔外筒５ｂより突出した楔内筒５ａの大径な開
口側の端部をホルダー２の段差部２ｄに突き当てたま
ま、ナット５ｃを締め込むことで、楔外筒５ｂの外周面
をホルダー２の凹部２ｂの内周面に接触させると共に、
楔内筒５ａの楔部５ｅと楔外筒５ｂの楔部５ｉとを互い
に接触させて、楔外筒５ｂがホルダー２の凹部２ｂより
受ける押し縮める方向の外力と、双方の楔部５ｅ，５ｉ
による楔作用とにより、楔内筒５ａの内孔５ｆの直径が
その内部にブースタ４ｂ，４ｃの支持部４ｅ，４ｆを摺
接して収容し得る程度に開いている状態にする。この状
態において、楔外筒５ｂの大径な開口側の端部とホルダ
ー２の段差部２ｄとの間には隙間９が形成されており、
ナット５ｃはホルダー２のアーム部２ａより離れてい
る。

【００１６】引き続き、図１に示すように、共振器４の
振動子３の反対側に位置するブースタ４ｃを左側の支持
具５の内孔５ｆを経由して右側の支持具５の内孔５ｆに
挿入すると共に、振動子３側のブースタ４ｂを右側の支
持具５の内孔５ｆに挿入する。

【００１７】その後、ワーク搭載台７にワークの被接合
部分Ｗと同じ厚さを持った部材を載せるか又は当該部材
をワーク搭載台７に載せないで、ホルダー２を下降し
て、共振器４の接合作用部４ｄをワーク搭載台７上の部
材又はワーク搭載台７に当接させることで、共振器４の
接合作用部４ｄとワーク搭載台７との平行度を取る。こ
の場合、ホルダー２を昇降するエアーシリンダーの空気
圧は共振器４、振動子３等を含む重さを有するホルダー
２が自重落下しない程度に低くしておく。そして、共振
器４を手で左右に移動して、共振器４の接合作用部４ｄ
をワーク搭載台７の図外の目印に合わせることで、当該
接合作用部４ｄをホルダー２の昇降中心線Ｌ１上に位置
するように位置合わせを行う。

【００１８】更に、共振器４の接合作用部４ｄをワーク
搭載台７上の部材又はワーク搭載台７に当接させて、共
振器４の接合作用部４ｄとワーク搭載台７との平行度を
保持したまま、ナット５ｃを締め込むことで、ナット５
ｃが楔外筒５ｂをホルダー２の段差部２ｄ側に押圧し、
楔外筒５ｂがホルダー２の凹部２ｂより受ける押し縮め
る方向の外力と、双方の楔部５ｅ，５ｉによる楔作用と
により、楔内筒５ａのスリット５ｇの間隔が狭くなると
共に、楔内筒５ａの内孔５ｆが縮小して真円となって共
振器４の支持部４ｅ，４ｆの外周面を外側よりナット５
ｃの締まり方向に共振器４が回るのを防ぎながら締め付
ける。

【００１９】この実施形態の構成によれば、ホルダー２
の左右のアーム部２ａに個別に装着した支持具５の内孔
５ｆに、共振器４の両側のブースタ４ｂ，４ｃの支持部
４ｅ，４ｆを個別に挿入すると共に、共振器４を下降し
て、接合作用部４ｄの下面をワーク搭載台７の上面又は
その上に載せたワークの被接合部分Ｗの上面に接触させ
た後に、接合作用部４ｄをワーク搭載台７の図外の目印
に合わせてホルダー２の昇降中心線Ｌ１上に位置するよ
うに位置合わせした状態で、支持具５のナット５ｃを締
め込むと、楔外筒５ｂがホルダー２の凹部２ｂより受け
る押し縮める方向の外力と、双方の楔部５ｅ，５ｉによ
る楔作用とにより、ナット５ｃの締まり方向に共振器４
が回るのを防ぐと共に、楔内筒５ａの内孔５ｆが縮小し
て真円となり、その内孔５ｆの全内周面が共振器４の支
持部４ｅ，４ｆの全外周面に接触して均一に締め付け
て、共振器４をホルダー２にその昇降中心線Ｌ１と直交
する水平な１本の直線Ｌ２を中心とした同軸状で両端支
持状態に装着することができて、共振器４の接合作用部
４ｄの下面とワーク搭載台７の上面との平行度を正確に
出すことができ、ワーク搭載台７と共振器４の接合作用
部４ｄとでワークの被接合部分Ｗを均一に加圧保持し
て、共振器４を振動子３で発生した超音波振動に共振し
てワークを適正に重ね合わ接合することができる。

【００２０】図４は第２実施形態を示し、楔外筒５ｂに
相当する楔外筒５ｎが、鍔部５ｈ側より切り込まれたす
り割り５ｐと、楔部５ｉの大径な開口側より切り込まれ
たすり割り５ｑとを備えて単一構成すれば、ナット５ｃ
の溝部５ｍへの鍔部５ｈの挿入装着、ナット５ｃの締め
付けによる楔作用の発生に支障を招くことなく、部品の
管理を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態を示す断面図。

【図２】 同実施形態の要部を分解して示す斜視図。

【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実施形態の楔外筒を示す斜視図。

【符号の説明】

２ ホルダー、３ 振動子、４ 共振器、５ 支持具、
５ａ 楔内筒 ５ｂ 楔外筒、５ｃ ナット、７ ワーク搭載台、Ｗ
被接合部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 20/10 B06B 1/02 B06B 3/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置本体にアクチュエータを介して昇降
   可能に取り付けられたホルダーの左右に相対峙するアー
   ム部に、振動子が発生した超音波振動に共振する共振器
   を両端支持に装着し、ホルダーの下降により共振器の接
   合作用部とこれの下方に配置されたワーク搭載台とでそ
   れらの間に複数のワークの互いに重ね合わされた被接合
   部分を加圧保持して、共振器が振動子で発生した超音波
   振動に共振してワークの重ね合わせ面を接合する超音波
   接合装置の共振器用支持具であって、ホルダーのアーム
   部に左右に開口状に形成された凹部に内接嵌合する楔外
   筒と、この楔外筒に内接嵌合して共振器の両端部を内接
   嵌合する内孔を有する楔内筒と、楔外筒の一端に形成さ
   れた鍔部に回転可能に装着されたナットとを備え、この
   ナットの雌ねじ部を楔外筒より突出する楔内筒の雄ねじ
   部に装着して、このナットを締め込む方向に回転操作す
   ることにより、楔外筒がホルダーの凹部より受ける押し
   縮める方向の外力と、楔内筒の楔部と楔外筒の楔部とに
   よる楔作用で、楔内筒の内孔の内径を縮小して、共振器
   の両端部を支持するようにしたことを特徴とする超音波
   接合装置の共振器用支持具。