JP3432042B2 - 超音波接合方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波振動を利用して被
接合部材を突き合わせ接合する超音波接合方法と同超音
波接合装置に関する。なお、本明細書中で突き合わせ接
合とは、１組の被接合部材の端面同士を相互に突き合わ
せて接合する場合だけでなく、例えば図１のように、ア
ンビル１３上の被接合部材Ｂに対し、チップ７側の被接
合部材Ａの端面を直交させて接合する場合を含むものと
する。

【０００２】

【従来の技術】超音波振動を利用して２枚の被接合部材
を溶接（接合）する超音波溶接（超音波接合）に関する
技術は、現在かなり広く工業界に用いられている。この
方法あるいは装置は、図１５に示すように、アンビル１
３上に重ね合わせて載置された２枚の被接合部材のうち
の一方の被接合部材Ｂをアンビル１３に固定し、他方の
被接合部材Ａを超音波振動子２により矢印Ａ−Ａ方向に
振動させて、摩擦熱により発熱させて溶接（接合）する
ものである。このとき、被接合部材Ａは加圧手段６によ
り加圧力が付加された横振動棒４により、チップ７を介
して被接合部材Ｂに押圧されており、横振動棒４は超音
波発信器１により超音波振動子２を介して超音波振動さ
せている。

【０００３】ところで、一つの超音波振動子を用いて突
き合わせ超音波溶接する場合、一方の被接合部材を超音
波振動するチップに固定し、チップと一体的に振動させ
て他方の被接合部材に押圧することにより接合すること
ができると考えられる。この方法を実施するには被接合
部材の一つをチップに固定する必要があるが、この固定
方法として、例えば図１６に示すように、被接合部材Ａ
をチップ７の本体３０から分離した略半円柱形の押さえ
部材３１でチップ本体３０との間に挟持し、押さえ部材
３１を貫通する複数本のネジ３２をチップ本体３０のネ
ジ孔３０ａに螺合して締め付けることにより固定する構
造のネジ式が考えられる。

【０００４】また、二つの超音波振動子を用いて突き合
わせ超音波接合する場合、図１７に示すように、相対向
する一対のチップ７で一方の被接合部材Ａの先端部近傍
を挟持するとともに、他方の被接合部材Ｂの先端部近傍
を一対のダイス３６で挟んで固定し、両方の被接合部材
Ａ・Ｂの端面同士を突き合わせた状態で、一対のチップ
７を同期させて超音波振動することにより超音波接合す
る装置がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の超音波接合方法あるいは装置では、次のような
問題点がある。

【０００６】 一つの超音波振動子を用いる場合：平
坦な金属板同士の重ね合わせ接合は可能であるが、とく
に長尺の被接合部材を突き合わせ接合するには、被接合
部材をＬ形状にしたり、鍔を設けたりしなければ、他方
の被接合部材へ加圧力や超音波振動を正確に伝えること
ができないため、部品の組立上や部品の形状等の関係か
ら突き合わせ溶接を行うことは実際には不可能である。

【０００７】また、上記した被接合部材をチップにネジ
で固定する方法では、接合時にネジ部にも超音波振動が
作用してネジとネジ孔との螺合箇所が溶接されたり、あ
るいは螺合箇所が極端に摩耗したり、緩んだりするの
で、超音波接合を行うのは困難である。

【０００８】 二つの超音波振動子を用いる場合：装
置が複雑で大型化するうえ、高価で、製品のコストがア
ップする。

【０００９】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、長い被接合部材を突き合わせ接合する際にもＬ形状
にしたり鍔を設けたりしないで、超音波接合することが
でき、しかも構造が簡単で、製品の製造コストを低減で
きる、超音波接合方法とその装置を提供することを目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の超音波接合方法は、1)アンビル上の被溶接
部材に対して別の被溶接部材を突き合わせ、それら両方
の被溶接部材をチップと前記アンビルとの間で加圧した
状態で前記チップを超音波振動させることにより接合す
る超音波接合方法において、2)チップ側被接合部材を前
記チップによって挟持するとともに、前記チップに対し
その振動方向と同一平面内で直交し且つ相対向する方向
に荷重を作用させることによって、チップの超音波振動
中においても前記チップ側被接合部材をチップに固定し
続け、3)前記チップを超音波振動させてチップ側被接合
部材をアンビル側被接合部材に突き合わせ接合するもの
である。

【００１１】上記の目的を達成するために本発明の超音
波接合装置（請求項２）は、a)アンビル上の被接合部材
に対して別の被接合部材を突き合わせ、それら両方の被
接合部材をチップと前記アンビルとの間で加圧装置を介
して加圧した状態で超音波発振器を介して前記チップを
超音波振動させることにより溶接する超音波接合装置に
おいて、b)超音波振動する前記チップの一部を、前記ア
ンビル側を開口し且つ切欠き部を設けた筒状体に形成
し、c)この筒状チップ部の振動方向と同一平面内で直交
する方向に、該チップ部に対し撓み振動部材を介して一
対の剛性重量体を相対向して設けるとともに、該剛性重
量体の外端に荷重発生部を設け、d)前記チップ部内にチ
ップ側被接合部材を嵌入し、前記荷重発生部の荷重を前
記剛性重量体および前記撓み振動部材を介して前記チッ
プに作用させ、前記チップ側被接合部材を前記チップ部
にて締め付けて固定し続け、前記チップを超音波振動さ
せてチップ側被接合部材をアンビル側被接合部材に突き
合わせ接合するようにしている。

【００１２】請求項３記載のように、e)前記チップ部を
両側から挟むように前記一対の剛性重量体を配置し、一
方の剛性重量体に平行な複数本のガイドシャフトの一端
を固設するとともに、他方の剛性重量体を前記ガイドシ
ャフトに摺動自在に配装し、f)前記撓み振動部材を前記
各重量体に前記チップ部に向けて突設し、前記チップ部
には前記各撓み振動部材の先端部を嵌入可能な円錐形穴
を設け、g)前記ガイドシャフトの他端に板体を固設し、
この板体に貫通して設けたネジ孔に螺合するネジ棒の先
端部を皿バネを介して摺動可能な前記剛性重量体に当接
させ、前記荷重発生部を構成することができる。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明の超音波接合方法に
よれば、接合対象の被接合部材の一方をチップにより挟
持してチップ自体に固持させるとともに、超音波振動す
るチップの振動方向と同一平面内で直交する方向にチッ
プに対し相対向する荷重を作用させることによってチッ
プに固持している被接合部材をチップで挟み込むように
固定し、この状態でチップを超音波振動させてチップ側
被接合部材に超音波振動を与えることにより、アンビル
上の被溶接部材に対しチップ側被接合部材が突き合わせ
た姿勢で接合される。

【００１４】請求項２記載の本発明の超音波接合装置に
よれば、筒状チップ部内に一方の被接合部材を嵌入し、
荷重発生部では発生させた荷重を剛性重量体および撓み
振動部材を介してチップに作用させることによって、被
接合部材がチップにて締め付けられチップ自体に挟持さ
れ固定される。チップ側被接合部材をアンビル上の被接
合部材に突き合わせ、加圧装置を介して加圧した状態
で、超音波発振器を介してチップを超音波振動させて両
方の被接合部材が接合されるが、チップの超音波振動
は、撓み振動部材でほぼ減衰され、剛性重量体で遮断さ
れて荷重発生部には伝達されず、荷重発生部が保護され
る。したがって、チップの超音波振動中においても荷重
発生部の荷重がチップに作用し、被接合部材はチップに
締め付けられ固定され続ける。また、チップに作用させ
る荷重の方向が、超音波振動するチップの方向と直交し
ているためにチップの超音波振動が妨げられないから、
チップ側被接合部材に接合に必要な加圧力と超音波振動
が効率良く伝達され、被接合部材の突き合わせ超音波接
合が確実に達成される。

【００１５】請求項３記載の超音波接合装置によれば、
チップ内に被接合部材の一方を嵌入した状態で、板体に
螺合するネジ棒を回転させて螺進し、隣接する剛性重量
体をチップ側へ押し付け、チップに荷重を作用させるこ
とにより、一方の剛性重量体がガイドシャフトに沿って
チップ側へ移動し、相対向する他方の剛性重量体はその
反作用によりガイドシャフトを介して同様にチップ側に
移動し、両側の撓み振動部材の先端部がチップの円錐形
穴に嵌入し、チップ内の被接合部材がチップの側周壁に
よって挟持される。このとき、ネジ棒の先端部の皿バネ
がネジ孔に対するネジ棒の不用意な回転によるネジの緩
みを阻止するとともに、ネジ棒を介して常に一定の荷重
を発生させる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係わる超音波接合装置の一実
施例を図面を参照して説明し、併せて本発明の接合方法
についても説明する。

【００１７】図１は本実施例の超音波接合装置、図２は
図１の超音波接合装置の右側面図である。

【００１８】図１・図２に示すように、超音波接合装置
は、超音波発信器１に接続された超音波振動子２の一端
面にホーン３が結合され、このホーン３の先端部の上下
両面には横振動棒４が鉛直方向にそれぞれ固着され、こ
の横振動棒４の先端にチップ７が一体に取り付けられ、
チップ７の下方に所定の間隔をあけてアンビル１３が設
置された構造からなっている。また、上部側の横振動棒
４の上端には剛性重量体（質量体ともいう）５が装着さ
れ、この剛性重量体５を介して上方からさらに加圧力が
加えられるように加圧手段６が連設されている。

【００１９】チップ７については詳しく後述するが、下
部７ｃは下端を開口した筒状体からなり、縦向きで下端
を開放したスリット（切欠き）７ｄを有し、一方の被接
合部材Ａをチップ７の下部７ｃ内に嵌入した状態で締め
付けて固定できるように構成されている。

【００２０】チップ７はホーン３を介して矢印の方向に
超音波振動するが、この振動方向と同一平面内で直交す
る方向に、撓み振動部材８と剛性重量体９と荷重発生部
１０とをこの順に相対向して配置し、荷重発生部１０で
発生させた荷重を剛性重量体９および撓み振動部材８を
介してチップ７へと伝え、チップ７が荷重発生部１０の
荷重で締め付けられ被接合部材Ａをチップ７に締め付け
固定できるように構成されている。

【００２１】なお、アンビル１３上にはもう一方の被接
合部材Ｂが載置され、この被接合部材Ｂ上に、チップ７
側の被接合部材Ａを突き合わせて当接した状態で、下向
きの加圧力を作用させて両方の被接合部材Ａ・Ｂを接触
させるようになっている。

【００２２】次に、上記のように構成した本実施例の超
音波接合装置を用いて被接合部材Ａと被接合部材Ｂとを
突き合わせ超音波接合する手順について説明する。

【００２３】 加圧手段６による重量体５への加圧力
を解除し、重量体５、超音波振動子２、ホーン３、横振
動棒４、チップ７、左右の撓み振動部材８、左右の重量
体９および左右の荷重発生部１０を同時に、上方へ被接
合部材Ａの長さの２倍程度移動させる。このとき、荷重
発生部１０では荷重を発生させない。

【００２４】 被接合部材Ｂをアンビル１３上に載置
して保持する。

【００２５】 チップ７内に被接合部材Ａを嵌入し、
チップ７のスリット７ｄを挟んで両側から被接合部材Ａ
１２を左右の荷重発生部１０により荷重を発生させ、剛
性重量体９で締め付けて固定する。

【００２６】 重量体５、超音波振動子２、ホーン
３、横振動棒４、チップ７、左右の撓み振動部材８、左
右の質量体９および左右の荷重発生部１０を同時に下方
向に降ろし、被接合部材Ａの下端面を被接合部材Ｂに突
き合わせ、加圧力を加える。

【００２７】 超音波発振器１により超音波振動子２
を超音波振動させると、ホーン３および横振動棒４を介
してチップ７が超音波振動し、被接合部材Ａがチップ７
と一体的に振動し、被接合部材Ｂとの突き合わせ接触部
が摩擦熱と分子間接合によって一体的に接合される。

【００２８】 突き合わせ接合作業が終了した後、チ
ップ７や横振動棒４などを上方へ持ち上げ、突き合わせ
接合された被接合部材Ａ・Ｂを取り外す。

【００２９】次に、図３は本発明の超音波接合装置をよ
り具現化した実施例の要部を示す正面図、図４はチップ
７の実施例を示すもので、図４(ａ)は正面図、図４(ｂ)
は側面図、図４(ｃ)は図４(ａ)のｃ−ｃ方向矢視図であ
る。

【００３０】図３に示すように、チップ７を挟んで前後
に、それぞれ上下一対の合計４本のガイドシャフト１５
が平行に配置され、各ガイドシャフト１５の一端（図の
左側）は、直方体状の金属製重量体９Ｌに固設されてい
る。また重量体９Ｌと対をなす直方体状の金属製重量体
９Ｒがガイドシャフト１５に沿って摺動自在に配設され
ている。このため、重量体９Ｒにはガイドシャフト１５
に対応する４本のガイド孔９ａが厚さ方向に貫通して穿
設されている。左右の重量体９Ｌ・９Ｒの相対向面の下
端部においてその幅方向の中央位置には、先端部８ａを
尖らせた撓み振動部材８がそれぞれ内向きに突設されて
いる。

【００３１】撓み振動部材８は、例えば、材質ＳＣＭで
寸法φ４×長さ１２ｍｍの丸棒からなる。撓み振動部材
の全長と外径を、撓み振動の一次又は多次の振動モード
での計算値、又はこの計算値に±αし、全長又は外径を
設定するのが好ましい。この計算方法の具体例を挙げる
と、棒の一端が固定、一端自由の場合の計算式を応用す
る。すなわち、計算式は Ｌ＝ｍｉ√（Ｒ×ｃ÷ω）で
ある。

【００３２】ここで、Ｌは棒の長さ（ｃｍ）、ｍｉは基
準定数（１次の振動モード：１．８７５１０、２次の振
動モード：４．６９４１０、３次の振動モード：７．８
５４７６、‥‥‥）、Ｒは回転半径（撓み振動部材８の
断面形状によって、例えば、無垢の丸棒の場合はＲ＝
０．２５×直径ｃｍ、無垢の角棒の場合はＲ＝０．２８
９×振動方向の無垢角棒寸法(単位ｃｍ)、中空丸棒の場
合はＲ＝０．２５√（外径×外径＋内径×内径））、ｃ
は棒の材質中における音速度（軟鋼：５．２×１０５ｃ
ｍ／ｓ、ニッケルクローム鋼：５．１×１０５ｃｍ／
ｓ、チタン：４．８５×１０５ｃｍ／ｓ、‥‥）、ωは
角振動数（共振周波数）の式で表されるが、製作上は理
論外径の±０．０５φで理論棒長さの±０．２ｍｍ以内
で使用上問題がない（参考文献：『超音波工学(理論と
実際)』１９７５年６月３０日初版発行発行所 株式会
社工業調査会 １４５頁に掲載）。

【００３３】また、重量体９は、例えば、材質ＳＳ４１
で厚さ４２ｍｍ×横幅７０ｍｍ×縦幅７０ｍｍの直方体
からなる。

【００３４】ガイドシャフト１５の他端には、厚みのあ
る金属製板体１６が固設されているが、この板体１６
は、例えば、材質ＳＳで、厚さ１２ｍｍ×横幅７０ｍｍ
×縦幅７０ｍｍからなる。また板体１６の下端部の幅方
向中央位置には、厚さ方向に貫通する雌ネジ孔１６ａが
穿設され、雄ネジ部を有するボルト１７が回転可能に螺
合されている。またボルト１７の先端外周部には、リン
グ状の皿バネ１８が装着されている。本例では、符号１
５〜１８からなる構成部材によって荷重発生部１０が構
成される。右側の重量体９Ｒには、ボルト１７の先端が
嵌入可能な凹所９ｂが形成されている。なお、荷重発生
部１０は本例に限らず、例えば、シリンダ装置や、電動
モータによりネジ棒を回転させて荷重を付与する構造で
もよい。

【００３５】図４に示すように、チップ７は、横振動棒
４の下端（テーパー状取付孔）に着脱自在に嵌着可能な
テーパー部７ａを上部に備え、このテーパー部７ａの下
端に取り外し用雄ネジ部７ｂを備え、下部はチャック部
７ｃに構成されている。チャック部７ｃは、被接合部材
Ａを嵌入可能な下端を開口した筒状体から形成され、図
４(ａ)のように両側にチャック開閉用逃がし勾配付スリ
ット７ｄが設けられ、筒状体が左右一対の挟持片７ｃ’
に分割されている。図４(ｂ)のようにチャック部７ｃの
下部には、撓み振動部材８の先端部８ａを嵌入可能なス
リップ防止用の円錐形穴７ｅが相対向して、各挟持片７
ｃ’の下部中央位置にそれぞれ形成されている。チャッ
ク部７ｃは、例えば材質ＳＣＭの金属製からなる。そし
て撓み振動部材８を介して荷重がチップ７に加えられる
と、チャック部７ｃが閉じられ、内腔部に嵌入された被
接合部材Ａとしての製品がチップ７に固定される。

【００３６】上記のように構成した本実施例の超音波接
合装置による接合作業について説明すると、まず、チッ
プ７のチャック部７ｃ内に被接合部材Ａを収納した状態
で、板体１６に螺合するボルト１７を回転させて隣接す
る右側重量体９Ｒをガイドシャフト１５に沿ってチップ
７側へ前進させる。これにより、チップ７のチャック部
７ｃの一方（図３の右側）にボルト１７による荷重が重
量体９Ｒを介して作用する。同時に、板体１６はその反
作用で図３の右方向に付勢され、ガイドシャフト１５を
介して左側重量体９Ｌが右側へ移動し、左右の撓み振動
部材８の先端部８ａがチャック部７ｃの円錐形穴７ｅに
嵌入し、チャック部７ｃ内の被接合部材Ａが両側のチャ
ック部７ｃ側壁によって挟持される。このとき、ボルト
１７の先端部の皿バネ１８がボルト１７の緩みを防止す
るとともに、ボルト１７の回転を停止した状態において
も常に一定の荷重を発生させる。

【００３７】したがって、図１に示す超音波発振器２ａ
により超音波振動子２を超音波振動させ、ホーン３およ
び横振動棒４を介してチップ７を超音波振動させること
により、被接合部材Ａがチップ７と一体的に振動し、ア
ンビル１３上の被接合部材Ｂとの突き合わせ接触部で摩
擦熱と分子間接合によって一体的に接合させられる。

【００３８】図５はチップ７の別の実施例を示すもの
で、本例では、被接合部材Ａが下部に板状部を連接した
カマボコ形からなるため、この形態に対応した凹状溝７
ｆを、一方の挟持片７ｃ’に上端から下端まで一連に形
成している。そして、図５(ｃ)のように被接合部材Ａの
板状部上にカマボコ形の中子Ｃを組み合わせて、図５
（ｄ）のようにチャック部７ｃ内に嵌入する。その他の
構成については、上記実施例と共通するので説明を省略
する。

【００３９】図６はチップ７のさらに別の実施例を示す
もので、本例では、図６(ｂ)のようにチャック部７ｃを
断面略コの字状に形成し、図６(ｃ)のように完全に分離
した挟持片７ｃ”を下部に板状部を連接したカマボコ形
の被接合部材Ａと組み合わせて凹所７ｇ内に嵌め込む。
その他の構成については、上記実施例と共通するので説
明を省略する。

【００４０】図７はチップ７のさらに別の実施例を示す
もので、本例では、図７(ｂ)のようにチャック部７ｃの
開口部７ｈを六角柱状に形成し、この六角柱を構成する
一対の五角柱状の中子Ｄを用いて被接合部材Ａを挟んで
一体に組み合わせた状態で、チャック部７ｃの開口部７
ｈ内に嵌め込む。このため、図７(ｃ)・(ｄ)のように、
各中子Ｄの相対向する内面には、被接合部材Ａの形態に
対応する凹状部Ｄ’が形成されている。その他の構成に
ついては、上記実施例と共通するので説明を省略する。

【００４１】続いて、図８および図９は撓み振動部材８
の断面形状と全体形状を示すものである。図８に示すよ
うに、撓み振動部材８の先端部８ａを除く本体部分の断
面形状は、例えば、同図(ａ)のように無垢の縦向き長方
形、同図(ｂ)のように無垢の正方形、同図(ｃ)のように
無垢の円形、同図(ｄ)のように中空の円形にすることが
できる。これらの回転半径Ｒは、上記した計算式の事例
から求められる。また図９(ａ)・(ｂ)のように円形の断
面一様形にしたり、図９(ｃ)・(ｄ)のように円形断面の
ステップ形にすることができる。こうした単純な形状に
すれば、加工が容易で寸法精度が出しやすく、また、撓
み振動部材８の全長や断面寸法の計算が簡単に行えると
いう利点がある。なお、撓み振動部材８の材質は上記し
た金属材料のほか、セラミックスにすることもできる。
金属およびセラミックスは、材料が入手し易く、振動応
力に対し疲れ限度応力が高く、振動損失が小さく、耐食
性および耐熱性が高いという利点がある。

【００４２】次に、図１０〜図１４はそれぞれ本発明の
超音波接合装置の異なる実施例の要部を示す正面図であ
る。

【００４３】まず、図１０に示す装置が上記した実施例
の超音波接合装置（図１）と相違するところは、チップ
７（のチャック部７ｃ）を押圧する撓み振動部材８の数
を、左右それぞれ２本ずつに増やしたことである。これ
により、撓み振動部材８を薄い部材で形成でき、狭いピ
ッチや干渉物を避けやすくなる。

【００４４】図１１に示す装置では、チャック部７ｃの
右側には重量体９および撓み振動部材８を介して押し付
け荷重を与え、チャック部７ｃの左側には長尺の撓み振
動部材８’を介して引張荷重を与えるように構成してい
る。

【００４５】図１２に示す装置は、基本的には図１１の
装置に共通しているが、撓み振動部材８、８’をそれぞ
れ２本ずつに増やしたことが相違している。

【００４６】図１３に示す装置では、チップ７（のチャ
ック部７ｃ）の両側に、それぞれ長尺の撓み振動部材
８’を介して引張荷重を与えるように構成している。

【００４７】図１４に示す装置は、基本的には図１３の
装置に共通しているが、チャック部７ｃの左側に引張荷
重を与えるための撓み振動部材８’を２本に増やしたこ
とが相違している。

【００４８】しかし、上記した何れの超音波接合装置
も、接合作業については基本的に第１実施例の装置（図
１）に共通するので、説明を省略し、またその他の構成
について共通する部材については同一の符号を用いて図
示する。

【００４９】本発明は、図１８に示すような横形の超音
波接合装置にも適用できることは言うまでもない。

【００５０】なお、請求項には挙げていない他の実施態
様としては、例えば、下記の請求項が挙げられる。

【００５１】

【請求項４】 前記撓み振動部材の全長と外径を、撓み
振動の１次又は多次の振動モードでの計算値又は計算値
に±αし、全長又は外径としたことを特徴とする超音波
接合装置。（計算方法の具体例）（参考文献 超音波工
学 理論と実際 １９７５年６月３０日初版発行 発行
所 株式会社工業調査会 Ｐ１４５の棒の一端が固定、
一端自由の場合の計算式を応用して、計算式はＬ＝ｍｉ
√（Ｒ×ｃ÷ω）でＬは棒の長さ（ｃｍ）、ｍｉは基準
定数（１次の振動モード：１．８７５１０、２次の振動
モード：４．６９４１０、３次の振動モード：７．８５
４７６、‥‥‥）、Ｒは回転半径（棒の断面形状によっ
て無垢の丸棒Ｒ＝０．２５×直径ｃｍ、無垢の角棒Ｒ＝
０．２８９×振動方向の無垢角棒寸法ｃｍ、中空の丸形
Ｒ＝０．２５√（外径×外径＋内径×内径））、ｃは棒
の材質中における音速度（軟鋼：５．２×１０５ｃｍ／
ｓ、ニッケルクローム鋼：５．１×１０５ｃｍ／ｓ、チ
タン：４．８５×１０５ｃｍ／ｓ、‥‥）、ωは角振動
数（共振周波数）、の式で表されるが製作上は理論外径
の±０．０５φで理論棒長さの±０．２ｍｍ以内で使用
上問題がない。

【００５２】

【請求項５】 前記撓み振動部材の断面形状を無垢の長
方形、角形、丸形または中空の丸形形状にしたことを特
徴とする超音波接合装置。（断面形状の利点の具体例）
（形状が単純で加工や寸法精度が出しやすい、撓み振動
部材の全長や断面寸法の計算が簡単）

【請求項６】 前記撓み振動部材の形状を断面一様形、
又はステップ形にしたことを特徴とする超音波接合装
置。（形状の利点の具体例）（形状が単純で加工や寸法
精度が出しやすい、撓み振動部材の全長や断面寸法の計
算が簡単）

【請求項７】 前記撓み振動部材の材質を金属またはセ
ラミックスにしたことを特徴とする超音波接合装置。
（材質の利点の具体例）（金属とセラミックスは材料の
入手や加工が簡単で、振動応力に対し疲れ限度応力が高
く、振動損失が小さく、耐食性、耐熱性が高い材料であ
る。）

【請求項８】 前記チップと撓み振動部材を個々製作、
チップと撓み振動部材を１体形に製作したことを特徴と
する超音波接合装置。（制作時の利点の具体例）チップ
部が一体構造の時はチップ部と撓み振動部材とを個々に
製作した方が製作しやすい。チップ部が分割構造の（図
６参照：チップ部は図面のように２分割し分割部の合わ
せ面に製品を閉じこめる構造にし接合部付近をチャック
で止める構造とした分割チップ）チップとした時は分割
部と撓み振動部材とを一体形に製作した方が使用時に分
離しなくて使用しやすい。）

【請求項９】 前記チップと撓み振動部材を個々に製作
するときチップと撓み振動部材の接触部に凹凸を設け、
チップの超音波振動に撓み振動部材が追従し荷重発生部
の荷重を正確にチップに伝える構造としたことを特徴と
する超音波接合装置。（具体例）（図４参照：チップ部
側面の撓み振動部材との接触部にφ４深さ２ｍｍの円錐
穴を設け、撓み振動部材のチップ部との接触部にφ４高
さ２ｍｍの円錐部を設け、チップの超音波振動にたわみ
振動部材が追従し荷重発生部の荷重を正確にチップに伝
える構造）

【請求項１０】 前記被接合部材をチップに締め付け固
定する撓み振動部材への荷重発生部よりの荷重の掛け方
を、２つまたは多数の撓み振動部材を押圧する、又は１
つまたは多数の撓み振動部材を押圧し他方の１つまたは
多数の撓み振動部材は張設する、又は２つまたは多数の
撓み振動部材を張設することを特徴とする超音波接合装
置。（構成の利点の具体例）（図１０〜図１４参照：１
本の撓み振動部材の強度が弱い時やチップを分割する
時、締め付ける力を均等にかけるために２つまたは多数
の撓み振動部材でチップを押圧する。又同一平面上で狭
いピッチで接合する場合や他の部品等があって一方の撓
み振動部材や質量体が干渉する時、１つまたは多数の撓
み振動部材を押圧し他方の１つまたは多数の撓み振動部
材は張設する。また張設時の撓み振動部材は薄い部材で
且つ長く構成でき、狭いピッチや干渉物を避けやすくな
るので、２つまたは多数の撓み振動部材を張設する。）

【００５３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の超音波接合方法および同装置には、次のような
優れた効果がある。

【００５４】(1) 超音波振動するチップの振動方向に直
交する方向に撓み振動部材と剛性重量体と荷重発生部を
設け、それらにより被接合部材をチップに締め付け固定
する構造にしたので、チップ側の被接合部材とアンビル
側の被接合部材とを強固に、しかも何回も繰り返して突
き合わせ超音波接合することが可能となり、製造コスト
を低減することができる。また、従来の一般的な突き合
わせ溶接方法では被接合部材を溶融しながら接合するた
め、被接合部材の材質によっては焼きが入ったり焼き鈍
しされたり、また溶融しながら接合するために、スパッ
タが発生しそれを除去する後工程が必要であったが、本
発明の超音波接合方法および同装置では焼きが入ったり
焼き鈍しされたりしないため、接合部の材質の選択範囲
や加工工程の自由度が広がる。

【００５５】(2) 請求項２記載の装置では、チップの超
音波振動中においても荷重発生部の荷重がチップに作用
し、被接合部材をチップに締め付けて固定し続けること
ができるから、チップ側の被接合部材を超音波振動させ
て、アンビルがわの被接合部材に確実に突き合わせて接
合できる。またチップに作用させる荷重の方向を超音波
振動するチップの方向と直交させているため、チップの
超音波振動が妨げられないから、チップ側被接合部材に
接合に必要な加圧力と超音波振動が効率良く伝達され、
突き合わせ超音波接合が確実に達成される。

【００５６】(3) 請求項３記載の装置では、荷重発生部
が１つで済むため、構造が簡単で、装置のコストを低減
でき、しかもチップの両側に均等に荷重を付与でき、操
作が容易にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波接合装置の実施例を概略的に示
す全体正面図である。

【図２】図１の超音波接合装置の右側面図である。

【図３】本発明の超音波接合装置をより具現化した実施
例の要部を示す正面図である。

【図４】チップ７の実施例を示すもので、図４(ａ)は正
面図、図４(ｂ)は側面図、図４(ｃ)は図４(ａ)のｃ−ｃ
方向矢視図である。

【図５】チップ７の別の実施例を示すもので、図５(ａ)
は正面図、図５(ｂ)は図５(ａ)のｂ−ｂ方向矢視図、図
５(ｃ)は被接合部材Ａと中子Ｃを組み合わせた状態の斜
視図、図５(ｄ)はチップ７のチャック部７ｃ内に被接合
部材Ａと中子Ｃを嵌入した状態の断面図である。

【図６】チップ７のさらに別の実施例を示すもので、図
６(ａ)は正面図、図６(ｂ)は図６(ａ)のｂ−ｂ方向矢視
図、図６(ｃ)は被接合部材Ａと分離したチャック部を組
み合わせた状態の斜視図、図６(ｄ)はチップ７のチャッ
ク部７ｃと被接合部材Ａを組み合わせた状態の断面図で
ある。

【図７】チップ７の別の実施例を示すもので、図７(ａ)
は正面図、図７(ｂ)は図７(ａ)のｂ−ｂ方向矢視図、図
７(ｃ)は被接合部材Ａと中子Ｃを組み合わせた状態の斜
視図、図７(ｄ)はチップ７のチャック部７ｃ内に被接合
部材Ａと中子Ｃを嵌入した状態の断面図である。

【図８】図８(ａ)〜図８(ｄ)はそれぞれ撓み振動部材８
の異なる断面形状を示す断面図である。

【図９】撓み振動部材８の側面と全体形状を示すもの
で、図９(ａ)は図９(ｂ)の、図９(ｃ)は図９(ｄ)のそれ
ぞれ側面図で、図９(ｂ)および図９(ｄ)はそれぞれ正面
図である。

【図１０】本発明の超音波接合装置の異なる実施例の要
部を示す正面図である。

【図１１】本発明の超音波接合装置の異なる実施例の要
部を示す正面図である。

【図１２】本発明の超音波接合装置の異なる実施例の要
部を示す正面図である。

【図１３】本発明の超音波接合装置の異なる実施例の要
部を示す正面図である。

【図１４】本発明の超音波接合装置の異なる実施例の要
部を示す正面図である。

【図１５】従来の一般的な超音波溶接装置を概略的に示
す全体正面図である。

【図１６】チップのチャック部の構成を示す正面図であ
る。

【図１７】二つの超音波振動子を備えた従来の突き合わ
せ超音波溶接を示す全体正面図である。

【図１８】ホーン先端に溶接用チップをもつ従来の一般
的な横形の縦振動形溶接振動系を示す側面図である。

【符号の説明】

１‥‥超音波発信器 ２‥‥超音波振動子 ３‥‥ホーン ４‥‥横振動棒 ７‥‥チップ ７ｃ…チャック部（チップ部） ８・８'…撓み振動部材 ９‥‥剛性重量体 １０‥‥荷重発生部 １３‥‥アンビル １５‥‥ガイドシャフト １６‥‥金属製板体 １７‥‥ボルト １８‥‥皿バネ Ａ・Ｂ…被接合部材

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンビル上の被溶接部材に対して別の被
   溶接部材を突き合わせ、それら両方の被溶接部材をチッ
   プと前記アンビルとの間で加圧した状態で前記チップを
   超音波振動させることにより接合する超音波接合方法に
   おいて、 チップ側被接合部材を前記チップによって挟持するとと
   もに、前記チップに対しその振動方向と同一平面内で直
   交し且つ相対向する方向に荷重を作用させることによっ
   て、チップの超音波振動中においても前記チップ側被接
   合部材をチップに固定し続け、前記チップを超音波振動
   させてチップ側被接合部材をアンビル側被接合部材に突
   き合わせ接合することを特徴とする超音波接合方法。
2. 【請求項２】 アンビル上の被接合部材に対して別の被
   接合部材を突き合わせ、それら両方の被接合部材をチッ
   プと前記アンビルとの間で加圧装置を介して加圧した状
   態で超音波発振器を介して前記チップを超音波振動させ
   ることにより溶接する超音波接合装置において、 超音波振動する前記チップの一部を、前記アンビル側を
   開口し且つ切欠き部を設けた筒状体に形成し、 この筒状チップ部の振動方向と同一平面内で直交する方
   向に、該チップ部に対し撓み振動部材を介して一対の剛
   性重量体を相対向して設けるとともに、該剛性重量体の
   外端に荷重発生部を設け、 前記チップ部内にチップ側被接合部材を嵌入し、前記荷
   重発生部の荷重を前記剛性重量体および前記撓み振動部
   材を介して前記チップに作用させ、前記チップ側被接合
   部材を前記チップ部にて締め付けて固定し続け、前記チ
   ップを超音波振動させてチップ側被接合部材をアンビル
   側被接合部材に突き合わせ接合することを特徴とする超
   音波接合装置。
3. 【請求項３】 前記チップ部を両側から挟むように前記
   一対の剛性重量体を配置し、一方の剛性重量体に平行な
   複数本のガイドシャフトの一端を固設するとともに、他
   方の剛性重量体を前記ガイドシャフトに摺動自在に配装
   し、 前記撓み振動部材を前記各重量体に前記チップ部に向け
   て突設し、前記チップ部には前記各撓み振動部材の先端
   部を嵌入可能な円錐形穴を設け、 前記ガイドシャフトの他端に板体を固設し、この板体に
   貫通して設けたネジ孔に螺合するネジ棒の先端部を皿バ
   ネを介して摺動可能な前記剛性重量体に当接させ、前記
   荷重発生部を構成した請求項２記載の超音波接合装置。