JP4293003B2 - 超音波溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動子から発生される超音波振動によって２つの部材同士を接合する超音波溶接装置に関するものである。

２つの部材同士を接合する技術として、例えば非特許文献１に示されるように、超音波溶接（超音波溶接装置）を用いたものが知られている。この超音波溶接は、２つの部材を重ねてアンビル（受け台）の上に置き、接合面に垂直な静加圧力を加えた状態で、振動子によって発生される超音波振動をホーンを介して接合面に加えることで、２つの部材同士の接合を可能としている。
（社）日本電子機械工業会編「超音波工学」 コロナ出版

しかしながら、上記超音波溶接においては、通常、一組の部材同士を接合するものとしており、生産性の向上を狙って複数組の部材同士を同時に接合しようとした場合に、各部材の重ね方向の寸法バラツキや、受け台およびホーン間の隙間寸法バラツキ（平行度）等によって、各組の部材同士を均等に加圧させることが難しくなり、複数組の部材同士を同時に良好に接合することができないという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、複数組の部材同士を同時に接合可能とする超音波溶接装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、重ねられた第１部材（１０）および第２部材（２０）のうち、第１部材（１０）を支持する支持部（１１１）を有する受け台（１１０）と、第２部材（２０）側から第１部材（１０）側に加圧力を与えつつ、振動子によって発生される超音波振動を第２部材（２０）に付加するホーン（１２０）とを有し、加圧力および超音波振動によって両部材（１０、２０）同士を接合する超音波溶接装置において、支持部（１１１）は、複数設けられると共に、受け台（１１０）およびホーン（１２０）間方向に摺動可能とし、支持部（１１１）と受け台（１１０）との間には、第１部材（１０）を介して第２部材（２０）をホーン（１２０）に加圧力に相当する付勢力で当接させる弾性部材（１３０）を設け、第１部材（１０）に対する第２部材（２０）の位置決めを行う位置決め部（１４０）を有し、ホーン（１２０）は、位置決め部（１４０）を避けて第２部材（２０）に当接するようにしたことを特徴としている。

これにより、第１部材（１０）および第２部材（２０）の重ね方向の寸法バラツキ、あるいは受け台（１１０）およびホーン（１２０）間の寸法バラツキ等を吸収して、複数組の両部材（１０、２０）のすべてを支持部（１１１）とホーン（１２０）との間に確実に挟持して、加圧させることができるので、複数組の両部材（１０、２０）を同時に接合できる。
そして、第１部材（１０）に対して第２部材（２０）を容易に位置決めして両部材（１０、２０）を接合することができる。

請求項２に記載の発明では、両部材（１０、２０）間の当接面の一方側（２０）には、
一様に分布配置され、他方側（１０）に突出する複数の凸部（２１）が設けられ、両部材
（１０、２０）は、凸部（２１）によって仮接合されるものとして供給されることを
特徴としている。

これにより、両部材（１０、２０）の当接面における平面度や、受け台（１１０）およびホーン（１２０）間の平行度等が劣る場合でも、加圧力に相当する弾性部材（１３０）からの付勢力によって片当りする近傍の凸部（２１）を先に潰して、当接面において複数の凸部（２１）を全体的に当接させることができる。よって、弾性部材（１３０）による付勢力を両部材（１０、２０）間に均等に付加することができ、確実な仮接合が可能となる。

また、上記対応は両部材（１０、２０）の材質が異なり、当接面同士の馴染みが悪い場合でも、凸部（２１）における集中的な仮接合が可能となり、好適な手法として用いることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の超音波溶接装置１００は、図１に示すように、ここでは二重管式オイルクーラ（図示せず）のオイル出入り口部となるニップル１０と、このニップル１０をオイルクーラ本体部（図示せず）にろう付けするためのろう材２０とを予め接合する溶接装置としており、まず、基本的な構成について説明する。

ここで、ニップル（本発明の第１部材に対応）１０は、高力黄銅材から成り、切削加工によって円筒状の本体部１１の中間部にフランジ部１２が設けられた部材であり、また、ろう材（本発明の第２部材に対応）２０は、銅系材から成り、扁平なリング状を成す部材である。

超音波溶接装置１００は、主に受け台１１０とホーン１２０とから成る。受け台１１０は、重ねられたニップル１０およびろう材２０のうち、ニップル１０を支持する支持部１１１を有する。支持部１１１は、有底の円筒状を成しており、この支持部１１１より一回り大きく形成された有底円筒状のケース部１１２内を図１中の上下方向（受け台１１０およびホーン１２０間方向）に摺動可能と成るように収容されている。尚、ケース部１１２自身は受け台１１０に固定されている。

また、ケース部１１２（受け台１１０）と支持部１１１との間には弾性部材としてのバネ１３０が介在されており、支持部１１１を所定力（後述する溶接時の加圧力に相当）でホーン１２０側に付勢するようにしている。そして、本発明では上記ケース部１１２およびバネ１３０を有する支持部１１１を受け台１１０に対して複数（ここでは２つ）設けている。

一方、ホーン１２０は、２つの支持部１１１の配置領域に拡がる平板状（図１は断面表示のため、扁平な四角形状で示している）を成している。ホーン１２０は、図１中の上下方向に可動し、溶接時には下降して二組のニップル１０およびろう材２０を共に押下げて、２つのろう材２０が共にホーン１２０に当接するようにすると共に、図示しない超音波振動子からの振動をろう材２０に付加する。

次に、上記構成に基づく超音波溶接装置１００の作動およびその作用効果について説明する。まず、作業者によって支持部１１１にニップル１０がセットされる。これは、支持部１１１の内部空間にニップル１０の本体部１１の下側が挿入され、支持部１１１の開口側にニップル１０のフランジ部１２が支持されることで成される。そして、ニップル１０の本体部１１の上側にろう材２０が重ねられてセットされる。

その後に、ホーン１２０が下降し、支持部１１１を押下げながら、ホーン１２０に２つのろう材２０を共に当接させる。この時、バネ１３０の付勢力によって、支持部１１１、ホーン１２０間でニップル１０およびろう材２０は加圧されることになる。

そして、振動子から発生される超音波振動がホーン１２０に伝達され、ホーン１２０は、ろう材２０を振動させる。ニップル１０とろう材２０は、付加される加圧力によって圧縮変形され、振動によって相対的に滑り移動しつつ、当接面で新生凝着することで接合される。

本発明においては、バネ１３０によって支持部１１１が上下方向に摺動可能としているので、ニップル１０およびろう材２０の重ね方向の寸法バラツキ、あるいは受け台１１０およびホーン１２０間の寸法バラツキ等（図１中のｈ、Ｈ寸法のバラツキ）を吸収して、複数組の両部材１０、２０のすべてを支持部１１１とホーン１２０との間に確実に挟持して、均等に加圧させることができるので、複数組の両部材１０、２０を同時に接合できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図２に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、ろう材２０をニップル１０にセットする際の位置決め部１４０を追加したものである。

位置決め部１４０は、平板状の本体部１４１に、ニップル１０位置に対応するようにすり鉢状の穴部１４２が設けられたものであり、作業者がニップル１０を支持部１１１にセットした後に、このニップル１０の上側に移動配置されるようにしている。そして、作業者はろう材２０を位置決め部１４０の穴部１４２から挿入するようにしている。

一方、ホーン１２０は、ろう材２０側に下降した際に位置決め部１４０を避けて、ろう材２０の上側面にのみ当接するように、凸状部１２１が形成されている。

これにより、ニップル１０に対してろう材２０を容易に位置決めして、両者１０、２０を接合することができる。

（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態におけるろう材２０は、オイルクーラ本体へのろう付け用部材であるので、ニップル１０に対しては、ろう付けを実施するまでの仮接合として、接合されていれば事足りるものである。よって、仮接合を念頭に置いた場合は、図３、図４に示すように、ろう材２０にリング状に均等配置され、ニップル１０側に突出する凸部２１を複数（ここでは６つ）設けて対応するようにしても良い。

この場合は、ニップル１０とろう材２０の当接面における平面度や、受け台１１０およびホーン１２０間の平行度等が劣る場合でも、加圧力に相当する付勢力よって片当りする近傍の凸部２１を先に潰して、当接面において複数の凸部２１を全体的に当接させることができる。よって、バネ１３０による付勢力を両部材１０、２０間に均等に付加することができ、確実な仮接合が可能となる。

尚、上記対応は両部材１０、２０の材質が異なり、当接面同士の馴染みが悪い場合でも、凸部２１における集中的な仮接合が可能となり、好適な手法として用いることができる。

（その他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、二重管式オイルクーラに用いるニップル１０およびろう材２０を例にして、両部材１０、２０を接合するものとして説明したが、２つの部材はこれに限定されるものでは無く、その他の板部材等の種々ものへの対応が可能である。

また、同時に接合する部材同士の組み合わせ数は、２つに限定されるものでは無く、３つ以上としても良い。

第１実施形態における超音波溶接装置を示す断面図である。 第２実施形態における超音波溶接装置を示す断面図である。 第３実施形態におけるろう材を示す平面図である。 図３におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。

符号の説明

１０ ニップル（第１部材）
２０ ろう材（第２部材）
２１ 凸部
１００ 超音波溶接装置
１１０ 受け台
１１１ 支持部
１２０ ホーン
１３０ バネ（弾性部材）
１４０ 位置決め部

Claims (2)

1. 重ねられた第１部材（１０）および第２部材（２０）のうち、前記第１部材（１０）を支持する支持部（１１１）を有する受け台（１１０）と、
   前記第２部材（２０）側から前記第１部材（１０）側に加圧力を与えつつ、振動子によって発生される超音波振動を前記第２部材（２０）に付加するホーン（１２０）とを有し、
   前記加圧力および前記超音波振動によって前記両部材（１０、２０）同士を接合する超音波溶接装置において、
   前記支持部（１１１）は、複数設けられると共に、前記受け台（１１０）および前記ホーン（１２０）間方向に摺動可能とし、
   前記支持部（１１１）と前記受け台（１１０）との間には、前記第１部材（１０）を介して前記第２部材（２０）を前記ホーン（１２０）に前記加圧力に相当する付勢力で当接させる弾性部材（１３０）を設け、
   前記第１部材（１０）に対する前記第２部材（２０）の位置決めを行う位置決め部（１４０）を有し、
   前記ホーン（１２０）は、前記位置決め部（１４０）を避けて前記第２部材（２０）に当接するようにしたことを特徴とする超音波溶接装置。
2. 前記両部材（１０、２０）間の当接面の一方側（２０）には、一様に分布配置され、他方側（１０）に突出する複数の凸部（２１）が設けられ、
   前記両部材（１０、２０）は、前記凸部（２１）によって仮接合されるものとして供給されることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。

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