JP4564548B2 - 超音波振動接合用共振器とそれを支持する支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、支持する構造が簡単な超音波振動接合用共振器とそれを支持する支持装置に関する。

図１０は、特開２００２−２２２８３４号公報で開示された共振器の支持装置を示す。
図１０おいて、支持装置８５の把持部８６が共振器８７の支持部８８を線状に支えている。しかしながら、上下に相対峙する複数対に構成された把持部８６が１つの支持部８８の上下方向から支持する構造であるので、支持装置８５の構造が複雑になるという欠点がある。しかも、支持部８８の把持部８６と接触する上下面が互いに平行な面に構成されているので、共振器の横方向の位置が決まらないという欠点がある。
特願２００２−２２２８３４号公報

発明が解決しようとする問題点は、超音波振動接合用共振器を支持する構造が複雑であるうえ、共振器の横方向の位置が決まらないという点である。

本発明に係る超音波振動接合用共振器は、共振本体と、共振本体の１つの最大振動振幅点で共振本体の上下面に設けられた接合作用部と、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点で共振本体の前後面に突出して設けられた支持部とを備えた超音波振動接合用共振器において、支持部が前面から見られた場合において上下の水平面と上下の斜面と左右の縦面とからなる六角形を呈し、水平面は接合作用部の接合作用面と平行し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の上方の斜面と他方における支持部の上方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の下方の斜面と他方における支持部の下方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、これら上方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度と下方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度とが同じであるか、または、共振本体と、共振本体の１つの最大振動振幅点で共振本体の上下面に設けられた工具取付部と、上下面における工具取付部の一方にねじで取り付けられた接合作用部と、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点で共振本体の前後面に突出して設けられた支持部とを備えた超音波振動接合用共振器において、支持部が前面から見られた場合において上下の水平面と上下の斜面と左右の縦面とからなる六角形を呈し、水平面は接合作用部の接合作用面と平行し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の上方の斜面と他方における支持部の上方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の下方の斜面と他方における支持部の下方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、これら上方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度と下方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度とが同じであることを最も主要な特徴とする。本発明に係る支持装置は、上記超音波振動接合用共振器を支持するための支持装置であって、上基盤と前後に分かれた下基盤と弾性体とを備え、上基盤は超音波振動接合用共振器における支持部の上水平面に点状または前後方向の線状に接触する把持部を備え、下基盤は超音波振動接合用共振器における支持部の下斜面に点状または前後方向の線状に接触する把持部を備え、弾性体が上基盤と下基盤とを互いに近づく方向に付勢する弾性を上基盤と下基盤とに付与することを最も主要な特徴とする。本発明に係る支持装置は、上基盤にはガイド棒が下方に突出して設けられ、下基盤には上基盤のガイド棒を昇降可能に受容するガイド孔が上方から下方への窪みまたは貫通孔として設けられるか、または、上基盤にはガイド孔が下方から上方への窪みまたは貫通孔として設けられ、下基盤には上基盤のガイド孔に昇降可能に受容されるガイド棒が上方に突出して設けられてもよい。

本発明に係る超音波振動接合用共振器およびそれを支持する支持装置は、超音波振動接合用共振器の支持装置ヘの取付位置が正確となり、接合対象部材を適切に接合できるうえ、支持装置における１対の把持部が超音波振動接合用共振器における１個の支持部を上下から挟むような格好で、超音波振動接合用共振器における４個の支持部を支持装置における最も個数の少ない８個の把持部で別々に支持することができ、支持する構造が簡単になるうえ、支持装置における一対の把持部が超音波振動接合用共振器における支持部の上水平面と下斜面とを上下から挟むことによって、共振器が横方向に位置ずれしないという利点がある。本発明に係る支持装置において、上基盤にガイド棒またガイド孔が設けられ、下基盤にガイド孔またはガイド棒が設けられ、上基盤のガイド棒と下基盤のガイド孔とが互いに上下移動可能に嵌め込まれ、または、上基盤のガイド孔と下基盤のガイド棒とが互いに上下移動可能に嵌め込まれれば、上基盤に対する下基盤の横移動が阻止され、超音波振動接合用共振器を適切に支持することができるという利点がある。

図１は、超音波接合装置の斜め下方からの外観を示す。図２は、超音波振動接合用共振器（以下、共振器と称する）８、支持装置６、振動子１６を分解して示す。図３は、共振器８の正面を示す。図４は、上基盤１７を裏返して示す。図５は、出力部材５と上基盤１７とを取り付ける部分を分解して示す。図６は、弾性機構３２が下基盤２６に取り付けられる工程を示す。図７は、共振器８が支持装置６に取り付けられる工程を示す。図８は、共振器８が支持装置６に取り付けられた概略を示す。本明細書における「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」の方向は、図１に示すように超音波接合装置を置いて矢印Ｓで示す前側から見た場合に特定される方向である。

図１を参照し、超音波振動接合装置について説明する。超音波振動接合装置の装置本体１には、作業空間２が設けられる。作業空間２は、前方および左右に開放された形態である。作業空間２の上部を区画する上部筐体３の内部には、加圧機構４が設けられる。加圧機構４における出力部材５の下部は、上部筐体３から下方に突出して作業空間２に配置され、加圧機構４の駆動によって、作業空間２の内部を直線的に昇降する。出力部材５の下部には、支持装置６が設けられる。支持装置６は、円柱状の把持部７を備える。把持部７は、上下方向の２個が１対になり、４対が構成され、合計８個存在するが、図１では前側の４個が示されている。共振器８は、共振本体９に支持部１０を備える。支持部１０は、共振本体９の前面に左右に分かれて２個設けられ、共振本体９の後面に左右に分かれて２個設けられ、合計４個存在するが、図１では前側の２個が示されている。共振本体９の下面には、接合作用部１２が設けられる。接合作用部１２の下面は、接合作用面１３である。支持装置６には、共振器８が次のように取り付けられる。共振本体９が支持装置６の収容空間１１に配置され、１対の把持部７が１個の支持部１０を上下から挟むような格好で、４個の支持部１０が８個の把持部７で別々に支持されるので、共振器８を支持する構造が簡単であるという利点がある。作業空間２の下部を区画する下部筐体１４には、受台１５が、出力部材５の下部と向き合うように設けられる。

超音波振動接合のやり方について説明すると、出力部材５の下部が上昇限度位置に停止し、接合作用部１２が受台１５から上方に離れた状態において、図外の複数の金属部分を互いに重ね合わせた接合対象部材が受台１５の上に搭載される。そして、加圧機構４が駆動し、出力部材５が下降し、接合作用面１３と受台１５とが接合対象部材を加圧保持すると共に、振動子１６から出力された超音波振動が共振器８に伝達し、接合作用面１３が矢印Ｘ方向に振動し、この振動が接合作用面１３から接合対象部材に伝達し、接合対象部材の合せ面が接合作用面１３と受台１５とで加圧されたまま横方向に互い違いに振動して接合される。その場合、８個の把持部７が４個の支持部１０を上下方向から別々に前後方向に直線的に延びる線状に支えるので、支持装置６が支持部１０の振動を無理に止めることなく共振本体９の振動の損失を低減し、接合対象部材の合せ面が適切に接合される。振動子１６が共振器８に取り付けられる構造は、図２で詳述する。

図２を参照し、支持装置６および共振器８について説明する。支持装置６の上基盤１７には、機構取付部１８、ねじ孔１９、前壁２０、後壁２１が設けられる。機構取付部１８およびねじ孔１９については、図５で詳述する。図２に示すように、前壁２０は、上基盤１７の前縁部から下方に突出する。後壁２１は、上基盤１７の後縁部から下方に突出する。前壁２０と後壁２１との間には、収容空間１１が形成される。前壁２０および後壁２１には、把持部７、支柱取付部２２、中央ガイド棒２３、端ガイド棒２４が個別に設けられる。支柱取付部２２は、縦孔に雌ねじの形成されたねじ孔として構成される。把持部７、中央ガイド棒２３、端ガイド棒２４については、図４で詳述する。

図２において、支持装置６の下基盤２６は、前後に分かれ、同じ構造のものが２個前後方向で対称となるように向かい合わせられて用いられる。下基盤２６には、把持部７、中央ガイド孔２７、端ガイド孔２８、支持収容部２９、把持逃避部３０、窓３１、弾性機構３２が設けられる。把持部７は、支持収容部２９と対応し、前後方向に延びる円柱状の一部が下基盤２６の内部から支持収容部２９の下部に突出するように、下基盤２６に設けられる。把持部７は、下基盤２６に次のように設けられる（図２の下部参照）。下基盤２６には、把持取付孔３３が前後方向に延びる円形孔として形成される。把持取付孔３３の一部は、支持収容部２９の下部に開口３４として貫通する。下基盤２６の下部には、ボルト挿入孔３５が縦方向に設けられる。把持部７には、ねじ孔３６が縦孔に雌ねじの形成された形態に設けられる。そして、把持部７が把持取付孔３３に挿入されると、把持部７の周縁部の一部が開口３４から支持収容部２９の下部に弧状の突部として突出する。その後、ビスなどのボルト３７が下基盤２６の下方からボルト挿入孔３５を経由してねじ孔３６に締結されることによって、把持部７が脱落しないように下基盤２６にボルト３７で固定される。

中央ガイド孔２７は、下基盤２６の左右方向の中央部に、下基盤２６の上面から下方への窪みまたは貫通孔として構成される。端ガイド孔２８は、下基盤２６の左右端部に、下基盤２６の上面から下方への窪みまたは貫通孔として構成される。中央ガイド孔２７または端ガイド孔２８が窪みの場合には、図外の空気抜き孔が下基盤２６に設けられる。支持収容部２９は、上方および２個の下基盤２６の相対峙する側に開口する窪みとして、中央ガイド孔２７と端ガイド孔２８との間に設けられる。中央ガイド棒２３および端ガイド棒２４が下基盤２６に設けられ、中央ガイド孔２７および端ガイド孔２８が下基盤１７に設けられてもよい。把持逃避部３０は、支持収容部２９と対応し、下基盤２６の上面から下方への窪みとして構成される。窓３１は、支持収容部２９と対応し、前後方向への貫通孔として構成される。弾性機構３２については、図６で詳述する。

図２において、共振本体９には、支持部１０、接合作用部１２、連結部３９、工具取付部４０、器具取付部４１が設けられる。共振本体９は、超音波ホーンとも呼ばれ、振動子１６から伝達された超音波振動に共振する共振周波数の少なくとも１波長の長さを有しかつ振動方向Ｘに振動し、両端部および中央部に最大振動振幅点をそれぞれ有し、それらの最大振動振幅点の間に最小振動振幅点を少なくとも１つずつ有する。接合作用部１２は、接合ツールとも呼ばれ、共振本体９から振動方向Ｘに直交しかつ共振周波数の１／２波長の整数倍の長さを有する。

支持部１０は、共振本体９の前後左右に配置された対称形であって、前面から見た場合、上下の水平面４２、上下の斜面４３、左右の縦面４４とからなる六角形を呈する。この六角形は、台形と四角形とが組み合わせられた形状である。水平面４２は、接合作用面１３と平行する。斜面４３は、共振本体９の左右方向中心から外側に行くに従って互いに近づくように傾斜する。連結部３９は、根元部４５と先端部４６と中間部４７とからなるクランク形状である。根元部４５は、中央の最大振動振幅点より左右両側に等距離の最小振動振幅点の位置で共振本体９の前面から前方または後面から後方に振動方向Ｘと直交するように突出する厚肉な板状である。先端部４６は、支持部１０の一端より振動方向Ｘと直交するように突出する厚肉な板状である。中間部４７は、根元部４５と先端部４６とを繋ぐものであって、振動方向Ｘと平行する薄肉な板状である。つまり、連結部３９が、支持部１０を共振本体９に接触しないように連結する。よって、接合時において、共振器８に加重がかかり、根元部４５に対する共振器８の最小振動振幅点の位置が理論上の位置よりずれて、根元部４５が振動した場合であっても、中間部４７が根元部４５から先端部４６側への振動を吸収する。よって、振動子１６で発生した超音波振動が共振本体９から接合作用面１３に効率良く適切に伝達でき、装置本体１、加圧機構４、共振器８、支持装置６、弾性機構３２はがたつかない。

工具取付部４０は、共振本体９における中央の最大振動振幅点の位置で共振本体９の上下面に設けられる。よって、支持部１０と工具取付部４０とは、互いに直交するように共振本体９に設けられる。工具取付部４０には、ねじ孔４８が縦孔に雌ねじの形成された形態に設けられる。下方の工具取付部４０には、接合作用部１２が無頭ボルト５２に相当する図外の無頭ボルトで取り付けられる。具体的には、図外の無頭ボルトの一端部が接合作用部１２の上部に設けられた図外のねじ孔に装着され、当該無頭ボルトの他端部がねじ孔４８に装着されることによって、接合作用部１２が共振本体９に装着される。工具取付部４０が共振本体９の上下面に設けられたので、接合作用部１２が上方の工具取付部４０に取り付けられ、当該接合作用部１２が下方に向けられるように、共振器８が裏返されて使用されることも可能である。器具取付部４１は、共振本体９の左右端面の中央部に、横孔に雌ねじの形成された形態である。振動子１６は、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１６の出力端部には、ねじ孔５１が横孔に雌ねじの形成された形態に設けられる。無頭ボルト５２の一端部が器具取付部４１に装着され、無頭ボルト５２の他端部がねじ孔５１に装着されることによって、振動子１６が共振器８に同軸状に取り付けられる。

図３を参照し、支持部１０の詳細について説明する。支持部１０の左右に位置する上方の斜面４３が接合作用部１２に対する１つの最大振動振幅点ｆ３を通る垂線Ｌ１上の或る一点Ｐ１で交差し、これら左右に位置する上方の斜面４３の垂線Ｌ１と成す角度θ１は同じである。支持部１０の左右に位置する下方の斜面４３が接合作用部１２に対する１つの最大振動振幅点ｆ３を通る垂線Ｌ１上の或る一点Ｐ２で交差し、これら左右に位置する下方の斜面４３の垂線Ｌ１と成す角度θ２は同じである。また、角度θ１とθ２とは同じである（θ１＝θ２）。よって、図３において、一点Ｐ１が下方になり、一点Ｐ２が上方になるように、共振器８の上下が入れ替わるように、共振器８がひっくり返され、接合作用部１２が一点Ｐ２側の工具取付部４０から取り外され、接合作用部１２が一点Ｐ１の側の工具取付部４０に取り付けられ、共振器８が支持装置６（図１参照）に支持されて接合に供されることも適切に行えるという利点がある。

図４を参照し、上基盤１７における把持部７、中央ガイド棒２３、端ガイド棒２４について説明する。把持部７は、前後方向に延びる円柱状の一部が前壁２０および後壁２１の内部から前壁２０および後壁２１よりも下部に突出するように、上基盤１７に設けられる。把持部７は、上基盤１７に次のように設けられる（図４の下部参照）。上基盤１７の前壁２０を例として説明する。前壁２０には、把持取付孔６２が前後方向に延びる円形孔として形成される。把持取付孔６２の一部は、前壁２０の下面に開口６３として貫通する。前壁２０の上部には、ボルト挿入孔６４が縦方向に設けられる。把持部７にはねじ孔６５が縦孔に雌ねじの形成された形態に設けられる。

そして、把持部７が把持取付孔６２に挿入されると、把持部７の周縁部の一部が開口６３から弧状の突部として前壁２０よりも下方に突出する。その後、ビスなどのボルト６６が上基盤１７の上方からボルト挿入孔６４を経由してねじ孔６５に締結されることによって、把持部７が脱落しないように前壁２０にボルト６６で別々に固定される。把持部７が後壁２１に設けられる構造は、上記前壁２０を後壁２１と読み替えることによって、容易に理解できるであろう。中央ガイド棒２３は、前後壁２０；２１の左右方向の中央部に、前後壁２０；２１の下面から下方への突起として個別に設けられる。端ガイド棒２４は、前後壁２０；２１の左右端部に、前後壁２０；２１の下面から下方への突起として個別に設けられる。

図５を参照し、出力部材５と上基盤１７とが互いに取り付けられる部分について説明する。出力部材５には、把持取付部５４およびボルト挿入孔５５が左右に分かれて設けられる。把持取付部５４は、懸垂用凸部５６および支持壁５７を備える。懸垂用凸部５６は、前後方向延びる突条として構成される。支持壁５７は、懸垂用凸部５６およびスリット５９よりも狭い横幅を有し、懸垂用凸部５６を出力部材５の下部に付設する部材として構成される。ボルト挿入孔５５は、把持取付部５４よりも外側に位置する。上基盤１７には、機構取付部１８およびねじ孔１９が、左右に分かれて設けられる。機構取付部１８は、懸垂用凹部５８およびスリット５９を備える。懸垂用凹部５８は、上基盤１７の後面から前方への窪みとして構成される。スリット５９は、懸垂用凹部５８よりも狭い横幅を有し、懸垂用凹部５８と上基盤１７よりも上方の外部とに貫通し、上基盤１７の後面から前方に窪み、上下方向に貫通する隙間として形成される。ねじ孔１９は、縦孔に雌ねじの形成された形態であって、機構取付部１８よりも外側に位置する。

上基盤１７は、出力部材５に次のように取り付けられる。先ず、機構取付部１８が把持取付部５４に前方から挿入される。その場合、懸垂用凹部５８と懸垂用凸部５６とが互いに嵌め合わされ、スリット５９と支持壁５７とが互いに嵌め合わされる。これによって、上基盤１７が出力部材５に対し、機構取付部１８と把持取付部５４とにより、前後方向に抜き差し可能に装着される。この場合、図示はしないが、スリット５９の後部が前方から後方に行くに従って横幅が徐々に広くなるか、または、懸垂用凸部５６の前部が後方から前方に行くに従って横幅が徐々に狭くなることにより、懸垂用凸部５６と懸垂用凹部５８とが互いに受け入れ易くなるようにしてもよい。次に、ねじ孔１９とボルト挿入孔５５とが互いに対応すると、ボルト６０が出力部材５の上方からボルト挿入孔５５を経由してねじ孔１９に締結される。これによって、上基盤１７の出力部材５に抜き差しされる前後方向に対し、ボルト６０がかんぬきとして作用し、上基盤１７が出力部材５に固定される。

図６を参照し、弾性機構３２について説明する。ステップ６０１に示すように、弾性機構３２における弾性支柱６８の一端部には、頭部６９が弾性支柱６８よりも外径の大きな板状に設けられる。頭部６９には、工具用凹部７０が設けられる。弾性支柱６８の他端部には、突起７１が弾性支柱６８よりも外径の小さい柱状に設けられる。突起７１には、止輪用溝７２が突起７１を一周する溝として設けられる。突起７１の弾性支柱６８から離れる側の端部には、雄ねじ部７３が設けられる。弾性機構３２は、弾性支柱６８以外に、弾性体７４、止輪７５を備える。弾性体７４は、コイルスプリングにより構成される。

下基盤２６の弾性機構３２を取り付ける部分には、弾性収容部７９、貫通孔８０、止輪収容部８１が設けられる。弾性収容部７９は、下基盤２６の下面から上方への窪みとして設けられる。弾性収容部７９の内径は、弾性体７４の外径や頭部６９の外径よりも大きい。貫通孔８０は、弾性収容部７９と止輪収容部８１とを区画する仕切部８２に設けられる。貫通孔８０の内径は、弾性体７４の外径や止輪７５の外径よりも小さく、弾性支柱６８の外径や雄ねじ部７３の外径よりも大きい。止輪収容部８１は、下基盤２６の上面から下方への窪みとして設けられる。止輪収容部８１の内径は、止輪７５の外径よりも大きい。

弾性機構３２は、下基盤２６に次のように組み付けられる。先ず、弾性体７４が、雄ねじ部７３の側から突起７１および止輪用溝７２を通過して弾性支柱６８に囲むように装着され、頭部６９に受け止められる。次に、雄ねじ部７３が下基盤２６の下方から弾性収容部７９と貫通孔８０とを順に経由して止輪収容部８１に挿入される。そして、頭部６９が下方から上方に押され、弾性体７４が仕切部８２と頭部６９との間で圧縮され、止輪用溝７２が下基盤２６よりも上方に突出される。その状態において、止輪７５が止輪用溝７２に装着される。その後、上記頭部６９を押すことが解除されると、弾性体７４が復元し、止輪７５が止輪収容部８１に収容されて仕切部８２に受け止められ、弾性支柱６８と弾性体７４とが弾性収容部７９に収容される。これによって、図６のステップ６０２に示すように、弾性機構３２が下基盤２６に組み付けられる。

図７を参照し、共振器８が支持装置６に取り付けられる場合について説明する。先ず、ステップ７０１に示すように、上基盤１７が、裏返されて図外の作業台に載せられる。つまり、作業台に載せられた上基盤１７は、把持部７が上方に向けられた格好である。また、共振器８が裏返される。つまり、裏返された共振器８は、接合作用部１２が上方に向けられた格好である。そして、ステップ７０２に示すように、支持部１０における上基盤１７の側に向けられた水平面４２が、把持部７における前後壁２０；２１の上面より弧状に突出した部分に載せられる。このように支持部１０が把持部７に載せられた場合、共振本体９と接合作用部１２および連結部３９は上基盤１７に接触していない。

次に、ステップ７０３に示すように、下基盤２６が裏返される。つまり、裏返された下基盤２６は、弾性機構３２の雄ねじ部７３が下方に向けられた格好である。そして、ステップ７０４に示すように、把持部７における下基盤２６の窓３１の内部に弧状に突出した部分が支持部１０の下方の斜面４３（ステップ７０４では上方に向けられた面）に載せられる。このように下基盤２６の把持部７が支持部１０に載せられた場合、支持部１０は支持収容部２９（図２参照）に接触しないように収容され、共振本体９と接合作用部１２および連結部３９は下基盤２６に接触していない。このように下基盤２６の把持部７が支持部１０に載せられる場合、図８に示すように、中央ガイド棒２３と中央ガイド孔２７とが互いに嵌め合わされ、端ガイド棒２４と端ガイド孔２８とが互いに嵌め合わされる。これによって、上基盤１７と下基盤２６とが互いに横方向に互い違いに移動しないようになる。例えば、上基盤１７が固定的に支持された場合、下基盤２６が横方向に移動しない。

その後、図８に示すように、弾性機構３２の雄ねじ部７３が上基盤１７の支柱取付部２２に装着され、弾性機構３２が上基盤１７と下基盤２６との双方を連結する。その場合、上基盤１７と下基盤２６とが互いに接触しないように、止輪７５が上基盤１７に接触しないように、雄ねじ部７３の支柱取付部２２へのねじ込み量が調整される。これによって、弾性体７４が上基盤１７と下基盤２６とを互いに離れる方向に弾性的に支持し、支持装置６の把持部７が支持部１０を上下方向から線状に挟み付けるように弾性体７４の弾性作用下で支持するので、共振器８および接合作用部１２における振動に悪影響がないという利点がある。このように、共振器８が支持装置６に支持された場合、接合作用面１３は下基盤２６よりも下方に突出される。

最良の形態によれば、図８に示すように、共振器８において接合作用面１３と水平面４２とが互いに平行であり、支持装置６が共振器８を把持した場合、弾性体７４による弾性作用下で、上基盤１７における４個の把持部７の一部が共振器８における上方の水平面４２に前後方向に延びる線状に接触し、下基盤２６における４個の把持部７の一部が共振器８における下方の斜面４３に前後方向に延びる線状に接触する。よって、上基盤１７における４個の把持部７の水平面４２に線状に接触した部分が受台１５（図１参照）の上面に平行する面に位置するように構成されていれば、共振器８が支持装置６で把持されることによって、接合作用面１３と受台１５の上面とが互いに平行になり接合対象部材を適切に加圧保持することができる。また、下基盤２６における４個の把持部７の斜面４３に線状に接触した部分が、４個の支持部１０をそれぞれ外側から接合作用部１２の方向である内側に向かって押している。このため、共振器８が横方向に位置ずれをすることなく、接合作用部１２の接合対象部材に対する位置出しが正確にでき、接合対象部材を適切に接合することができる。

図９は、発明を実施するための異なる形態に係る共振器８を示す。異なる形態では、図９に示すように、接合作用部８３がチップタイプに形成された構造が図２に示す形態と異なる。つまり、接合作用部８３における共振本体９の上面または下面からの突出した寸法が図２に示す接合作用部１２における共振本体９の上面または下面からの突出した寸法よりも極端に短くなっている。接合作用部８３は、共振本体９の上面または下面から数ミリセンチメートル程度突出し、図２に示すねじ孔４８を備えていない。共振器８が支持装置６（図８参照）に支持された場合、接合作用部８３は下基盤２６（図８参照）よりも下方に突出される。

図２において、図示はしないが、共振本体９における振動方向Ｘと同じ方向の長さは、共振周波数の１波長の整数倍でもよい。共振器８の一端に振動子１６を直接的に結合したが、共振器８に共振周波数の１／２波長又は１／２波長の整数倍の長さを有する図外のブースタを介在させて振動子１６を取付けてもよい。その場合、共振器８とブースタとが無頭ボルト５２に相当する無頭ボルトで同軸状に結合される。共振本体９が接合作用部１２を有する超音波ホーンと支持部１０を有するブースタとにより構成されてよい。その場合、超音波ホーンとブースタとが無頭ボルトに相当する無頭ボルトにより同軸状に結合される。図２および図４において、図示はしないが、把持部７は球体でも構成してもよい。

図1において、複数の接合対象部材を受台１５に搭載した後に接合作用面１３と受台１５とで加圧するようにしたが、図示はしないが、接合作用面１３に吸引孔を形成して、吸引手段による吸引動作で接合作用面１３に一方の接合対象部材を吸着し、他方の接合対象部材を受台１５の上に載せておき、加圧機構４の下降動作による共振器８の下降により、接合対象部材を接合対象部材に重ね合せつつ加圧する構造も適用できる。その場合、共振器８の接合作用面１３以外の外側面には吸引機構のホースが接続されるホース接続部が設けられ、共振器８の内部には吸引孔とホース接続部とに連なる吸引通路が形成される。接合作用面１３に吸着される接合対象部材が半導体チップのように小形の場合には、接合作用面１３に小径の吸引孔を有する接合チップをろう付け等により接合してもよい。又、最小振動振幅点の位置で共振器８の上面より共振器８の内部に連なるヒータ用孔を設け、ヒータ用孔に挿入装着した電熱ヒータで共振器８を加熱することにより、超音波振動による接合エネルギーと電熱ヒータによる熱エネルギーとの双方で複数の接合対象部材を接合することも可能である。

超音波接合装置の斜視図（最良の形態）。 共振器、振動子、支持装置の分解斜視図（最良の形態）。 共振器の正面図（最良の形態）。 裏返された上基盤の斜視図（最良の形態）。 出力部材と上基盤との取り付ける部分の分解斜視図（最良の形態）。 弾性機構が下基盤に取り付けられる工程図（最良の形態）。 共振器が支持装置に取り付けられる工程図（最良の形態）。 共振器が支持装置に取り付けられた模式図（最良の形態）。 共振器の正面図（異なる形態）。 共振器が支持装置に取り付けられた斜視図（従来）。

符号の説明

１は装置本体、２は作業空間、３は上部筐体、４は加圧機構、５は出力部材、６は支持装置、７は把持部、８は下部筐体、９は受台、１０は共振器、１１は共振本体、１２は支持部、１３は収容空間、１４は接合作用部、１５は接合作用面、１６は欠番、１７は上基盤、１８は機構取付部、１９はねじ孔、２０は前壁、２１は後壁、２２は支柱取付部、２３は中央ガイド棒、２４は端ガイド棒、２５は欠番、２６は下基盤、２７は中央ガイド孔、２８は端ガイド孔、２９は支持収容部、３０は把持逃避部、３１は窓、３２は弾性機構、３３は把持取付孔、３４は開口、３５はボルト挿入孔、３６はねじ孔、３７はボルト、３８は欠番、３９は連結部、４０は工具取付部、４１は器具取付部、４２は水平面、４３は斜面４３は縦面、４５は根元部、４６は先端部、４７は中間部、４８はねじ孔、４９は欠番、５０は振動子、５１はねじ孔、５２は無頭ボルト、５３は欠番、５４は把持取付部、５５はボルト挿入孔、５６は懸垂用凹部、５７はスリット、５８は懸垂用凸部、５９は支持壁、６０はボルト、６１は欠番、６２は把持取付孔、６３は開口、６４はボルト挿入孔、６５はねじ孔、６６はボルト、６７は欠番、６８は弾性支柱、６９は頭部、７０は工具用凹部、７１は突起、７２は止輪用溝、７３は雄ねじ部、７４は弾性体、７５は止輪、７６；７７；７８は欠番、７９は弾性収容部、８０は貫通孔、８１は止輪収容部、８２は仕切部、８３は接合作用部、８４は欠番、８５は支持装置、８６は把持部、８７は共振器、８８は支持部。

Claims (4)

1. 共振本体と、共振本体の１つの最大振動振幅点で共振本体の上下面に設けられた接合作用部と、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点で共振本体の前後面に突出して設けられた支持部とを備えた超音波振動接合用共振器において、支持部が前面から見られた場合において上下の水平面と上下の斜面と左右の縦面とからなる六角形を呈し、水平面は接合作用部の接合作用面と平行し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の上方の斜面と他方における支持部の上方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の下方の斜面と他方における支持部の下方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、これら上方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度と下方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度とが同じであることを特徴とする超音波振動接合用共振器。
2. 共振本体と、共振本体の１つの最大振動振幅点で共振本体の上下面に設けられた工具取付部と、上下面における工具取付部の一方にねじで取り付けられた接合作用部と、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点で共振本体の前後面に突出して設けられた支持部とを備えた超音波振動接合用共振器において、支持部が前面から見られた場合において上下の水平面と上下の斜面と左右の縦面とからなる六角形を呈し、水平面は接合作用部の接合作用面と平行し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の上方の斜面と他方における支持部の上方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、接合作用部から超音波振動の振動方向の両側に離れた２つの最小振動振幅点の一方における支持部の下方の斜面と他方における支持部の下方の斜面とが接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線上の或る一点で交差し、これら上方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度と下方の斜面の接合作用部に対する１つの最大振動振幅点を通る垂線と成す角度とが同じであることを特徴とする超音波振動接合用共振器。
3. 請求項１または請求項２の超音波振動接合用共振器を支持するための支持装置であって、上基盤と前後に分かれた下基盤と弾性体とを備え、上基盤は超音波振動接合用共振器における支持部の上方の水平面に点状または前後方向の線状に接触する把持部を１個の支持部に対し１個割り当てるように合計４個備え、下基盤は超音波振動接合用共振器における支持部の下方の斜面に点状または前後方向の線状に接触する把持部を１個の支持部に対し１個割り当てるように合計４個備え、弾性体が上基盤と下基盤とを互いに近づく方向に付勢する弾性を上基盤と下基盤とに付与することを特徴とする支持装置。
4. 上基盤にはガイド棒が下方に突出して設けられ、下基盤には上基盤のガイド棒を昇降可能に受容するガイド孔が上方から下方への窪みまたは貫通孔として設けられるか、または、上基盤にはガイド孔が下方から上方への窪みまたは貫通孔として設けられ、下基盤には上基盤のガイド孔に昇降可能に受容されるガイド棒が上方に突出して設けられたことを特徴とする請求項３記載の支持装置。

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