JP7023592B1 - フローティングジョイント及び超音波振動接合装置 - Google Patents

Abstract

本開示は、使用中に第１及び第２の接続部間で接触解除状態が発生することがない構造のフローティングジョイントを提供することを目的とする。そして、本開示のフローティングジョイント（１０）は第１及び第２の接続部となる駆動側連結部（２０）及び従動側連結部（３０）を有している。フローティングジョイント（１０）内の加圧調整用構造物（４０）は、接触用球面部（２２）の底面露出領域（２２ｒ）と固定リング（４２）の底面対向領域（４２ｒ）との間に隙間なく設けられ、弾性を有している。このため、フローティングジョイント（１０）は、加圧調整用構造物（４０）の弾性力によって、接触用球面部（２２）の頂部領域が、フレーム本体（３１）の底面部（３１ａ）の一部に接触する片側球面接触関係を比較的強固に維持している。

Description

本開示は、第１の接続部と第２の接続部とが連結されてなるフローティングジョイント、及びフローティングジョイントを用いた加圧式の超音波振動接合装置に関する。

従来、薄膜系太陽電池用の基板の上面に集電用の電極線を配置した後、基板に電極線を接合する工程において、基板上に配置された電極線に圧力を加えながら超音波を印加する超音波振動処理を実行する加圧式の超音波振動接合装置を用いていた。上述した基板と電極線とが超音波振動動処理の接合対象物となる。

加圧式の超音波振動接合装置は、超音波接合部から超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する超音波接合用ヘッド部と、超音波接合用ヘッド部に連結され、超音波接合用ヘッド部に対し接合対象物に向けて加圧する加圧動作を実行する加圧機構とを備えるのが一般的であった。

そして、超音波接合用ヘッド部を保持する昇降フレームと加圧機構とはフローティングジョイントを介して連結されるのが一般的であった。なお、従来のフローティングジョイントとして例えば特許文献１あるいは特許文献２に開示されたフローティングジョイントがある。

従来のフローティングジョイントは、第１の接続対象物を取り付ける第１の接続部と、第２の接続対象物を取り付ける第２の接続部とを有し、第１の接続部と第２の接続部とは相対的に揺動可能に連結されている。

具体的には、従来のフローティングジョイントは、第１の接続部に設けられた第１の球面接続領域と第２の接続部に設けられた第２の球面接続領域とを接触させる、双方球面接触関係を保ちつつ、第１及び第２の接続部間を連結している。

国際公開第２０１６／１２１０１８号 特開２０００－３２０５３３号公報

上述したように、従来のフローティングジョイントは、第１及び第２の接続部間で双方球面接触関係を柔軟に保つべく、第１及び第２の球面接続領域間で適切とされる隙間に固定されている。この固定された隙間により、フローティングジョイントを用いた実動作時に第１及び第２の接続対象物に支障が生じないようにしている。

ここで、加圧式の超音波振動接合装置に従来のフローティングジョイントを採用した場合を考える。

加圧式の超音波振動接合装置では、加圧機構による加圧動作と、超音波接合用ヘッド部による超音波振動動作とが並行して行われる。

従来のフローティングジョイントを用いた超音波振動接合装置では、超音波振動動作の実行中に、第１及び第２の球面接続領域間に前述の固定された隙間が存在する。このため、隙間内で従動側（接合ヘッド側）がバウンドし、第１及び第２の球面接続領域間で接触状態が一時的に解除、再接触を繰り返す接触不安定状態が発生してしまう。

このため、従来の超音波振動接合装置は、超音波振動動作の動作期間中に、上記接触不安定状態が生じることに起因して超音波接合部にかかる加圧力の変動が大きくなってしまう不具合があった。

その結果、従来の超音波振動接合装置は、上記接触不安定状態に伴い、接合対象物に対する超音波振動動作及び加圧力制御を精度良く行うことができないという問題点があった。

このように、従来のフローティングジョイントは、使用中に上記接触不安定状態が発生することに起因して、超音波振動接合装置等のフローティングジョイント利用装置の動作に悪影響を与えるという問題点があった。

本開示では、上記のような問題点を解決し、使用中に第１及び第２の接続部間で上記接触不安定状態が発生することがない構造のフローティングジョイントを提供することを目的とする。

本開示のフローティングジョイントは、第１の接続部と第２の接続部とが連結されてなるフローティングジョイントであって、前記第１の接続部は軸本体と、底面が前記軸本体の先端に連結され、表面が球面状の接触用球面部とを含み、前記接触用球面部は底面の一部が前記軸本体の先端の外周から外側に突出した底面露出領域を有し、前記第２の接続部は、前記接触用球面部を受ける凹部空間を有するフレーム本体を含み、前記凹部空間は前記接触用球面部を収容し、前記フレーム本体は前記凹部空間の底面となる平板形状の底面部と前記凹部空間の側面となる側面部を有し、前記底面部は、前記底面部の一部において前記接触用球面部の表面の一部と接触する片側球面接触関係を有し、前記側面部は前記軸本体と対向する軸本体対向領域を有し、前記軸本体は第１の接続対象物を取付可能であり、前記フレーム本体は第２の接続対象物を取付可能であり、前記フローティングジョイントは、前記フレーム本体と前記軸本体対向領域で連結され、前記底面露出領域に対向する底面対向領域を有する固定部材と、前記接触用球面部の前記底面露出領域と前記固定部材の前記底面対向領域との間に隙間なく設けられ、弾性を有する加圧調整部材とをさらに備え、前記加圧調整部材の弾性力によって、前記接触用球面部の表面が前記底面部の一部に接触する接触状態が維持され、前記接触用球面部の表面は前記片側球面接触関係以外の接触関係を有さないことを特徴とする。

本開示のフローティングジョイントは、上述した特徴を有しているため、加圧調整部材の弾性力を適切に設定することにより、使用時において、接触用球面部の表面と凹部の一部との接触状態を常に保つことができる。

このため、本開示のフローティングジョイントは、第１の接続部に第１の接続対象物を取り付け、第２の接続部に第２の接続対象物を取り付けて使用しても、接触用球面部の表面と凹部の一部との接触状態が解除される接触解除状態が発生しない。このため、本開示のフローティングジョイントにおいて、接触用球面部の表面と凹部の一部との間で、接触解除状態と接触状態とを繰り返す接触不安定状態が発生することはない。

その結果、本開示のフローティングジョイントは、使用中に接触解除状態（接触不安定状態）が発生することに起因する不具合を確実に解消することができる。

さらに、フレーム本体の底面部は平板状に形成することができるため、本開示のフローティングジョイントは、従来のフローティングジョイントに比べ、底面部を球面状に形成する必要がない分、装置構成の簡略化を図ることができる。

この開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１であるフローティングジョイントの詳細構造を示す断面図である。 図１で示すフローティングジョイントを図中左側からみた側面図である。 図１で示すフローティングジョイントを図中右側からみた側面図である。 図１～図３で示すフローティングジョイントの可動範囲を示す説明図である。 実施の形態２である超音波接合装置の正面構造を模式的に示す説明図である。 図５で示した超音波接合装置の側面構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態２の超音波接合装置の使用時における先端荷重の経時変化を示すグラフである。 基礎技術となるフローティングジョイントの概略構成を模式的に示す説明図である。 図８で示したフローティングジョイントの詳細構造を示す断面図である。 図８及び図９で示したフローティングジョイントの可動範囲を示す説明図である。

＜基礎技術＞
図８は基礎技術となるフローティングジョイント２００の概略構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、フローティングジョイント２００は第１の接続部である従動側連結部７０と、第２の接続部である駆動側連結部８０と、保護カバー９０及び隙間調整用構造物９３を主要構成要素として備えている。

従動側連結部７０と駆動側連結部８０とが連結されることにより、フローティングジョイント２００が構成される。

従動側連結部７０は第１の接続対象物である被駆動側部材を取付可能であり、駆動側連結部８０は第２の接続対象物である駆動側部材を取付可能である。

図９は図８で示したフローティングジョイント２００の詳細構造を示す断面図である。図９にＸＹＺ直交座標系を示している。同図に示すように、従動側連結部７０は、軸本体７１及び接触用球面部７２を主要構成部として含んでいる。

軸本体７１は円柱形状で形成され、図９の左側（－Ｚ方向側）の一方端部側にネジ部７１ｔを有している。軸本体７１のネジ部７１ｔにて被駆動側部材をネジ止めすることができる。

一方、軸本体７１において、図９の右側（＋Ｚ方向側）の他方端部に接触用球面部７２が形成されている。接触用球面部７２の底面が軸本体７１の他方端部に接触する態様で、軸本体７１及び接触用球面部７２が一体化して形成されている。また、接触用球面部７２は底面の一部が軸本体７１の他方端部の外周から径方向外側に突出した底面露出領域７２ｒを有している。

駆動側連結部８０は、フレーム本体８１、ネジ部８２及び接触用球面構造部材８３を主要構成要素として含んでいる。

フレーム本体８１は接触用球面部７２の大部分を収容する凹部空間Ｓ８１を有している。さらに、フレーム本体８１内にネジ部８２が設けられる。

接触用球面部７２は、凹部空間Ｓ８１内に大部分が含まれる態様で、フレーム本体８１の凹部空間Ｓ８１内に収容される。

２つの接触用球面構造部材８３は接触用球面部７２の頂部側（中心点Ｃ２より＋Ｚ方向側）及び底面側（中心点Ｃ２より－Ｚ方向側）それぞれの外周に沿って、ＸＹ平面で平面視して環状に形成される。２つの接触用球面構造部材８３それぞれにおいて、接触用球面部７２の表面に接触する領域が球面領域８３ｒとなる。２つの球面領域８３ｒそれぞれの表面は接触用球面部７２の球面形状に合致した表面形状を有している。

したがって、２つの接触用球面構造部材８３は、球面領域８３ｒが接触用球面部７２の表面の一部と接触関係を保つ態様で、接触用球面部７２を保持している。

フレーム本体８１は内周面に、接触用球面部７２を介することなく軸本体７１と対向する軸本体対向領域８１ｒを有し、この軸本体対向領域８１ｒには雌ネジ構造の内周領域を有している。

隙間調整用構造物９３は内部に空洞を有する円筒状に形成され、側面の外周領域は雄ネジ構造となっている。隙間調整用構造物９３の空洞内に軸本体７１の一部が存在する。

そして、隙間調整用構造物９３の外周領域と軸本体対向領域８１ｒの内周領域との間でネジ止めすることにより、別途取付部材を用いることなくフレーム本体８１と隙間調整用構造物９３とが連結される。

さらに、フレーム本体８１の表面の一部から軸本体７１にかけて保護カバー９０が設けられる。保護カバー９０は一般的にゴム材で、キャップとして被せてカバー自身が変形しフレーム本体８１の外周に形成された溝で止まる構造を有している。

さらに、隙間調整用構造物９３による隙間調整後に、隙間調整用構造物９３を固定用止めネジ９４によってフレーム本体８１に連結している。

このような構造のフローティングジョイント２００は、接触用球面部７２の頂部側表面の一部と一方の接触用球面構造部材８３の球面領域８３ｒとの間で接触関係（第１の球面接触関係）と保ち、かつ、接触用球面部７２の底面側表面の一部と他方の接触用球面構造部材８３の球面領域８３ｒとの間で接触関係（第２の球面接触関係）と保っている。

これら第１及び第２の球面接触関係は、双方が球面形状で接触する双方球面接触関係となっている。

このように、基本技術のフローティングジョイント２００は、接触用球面部７２との関係において、上述した第１及び第２の球面接触関係を一定の隙間を維持しながら保ち、従動側連結部７０と駆動側連結部８０とを連結している。

図１０はフローティングジョイント２００の可動範囲を示す説明図である。同図における中心点Ｃ２は、図９で示した接触用球面部７２の中心点Ｃ２に合致する。図１０に示すように、フローティングジョイント２００の可動範囲は可動距離Δｄ２（芯ずれ量）及び可動角度Δｇ２（傾き量）が許容範囲として設定される。可動距離Δｄ２は±０．５ｍｍ程度、可動角度Δｇ２は±４度（deg）程度が考えられる。

フレーム本体８１による凹部空間Ｓ８１において、２つの接触用球面構造部材８３とフレーム本体８１との間に隙間Ｓ３及びＳ４が設けられている。このため、接触用球面部７２が図１０で示した可動範囲で移動することを許容している。

このように、フローティングジョイント２００を用いて駆動側部材と被駆動側部材とを連結することにより、駆動側部材による動力を被駆動側部材に伝達することができる。なお、フローティングジョイント２００によって駆動側部材による回転動力を被駆動側部材に伝達することはできない。

ここで、フローティングジョイント２００を用いて駆動側部材と被駆動側部材とが連結された仮想装置を使用する場合を考える。上述したように、２つの接触用球面構造部材８３とフレーム本体８１との間に隙間Ｓ３及びＳ４が設けられている。

したがって、仮想装置の実行中に接触用球面部７２が上述した可動範囲内で移動する。

第１の接触解除状態は、接触用球面部７２の頂部側表面の一部と一方の接触用球面構造部材８３の球面領域８３ｒとの間に隙間が生じることによって発生する。第２の接触解除状態は、接触用球面部７２の底面側表面の一部と他方の接触用球面構造部材８３の球面領域８３ｒとの間に隙間が生じることによって発生する。

第１及び第２接触関係における互いの球面間に決められた隙間が形成されている。このため、第１の接触関係に関し、接触状態が一時的に解除、再接触を繰り返す第１の接触不安定状態が発生し、第２の接触関係に関し、接触状態が一時的に解除、再接触を繰り返す第２の接触不安定状態が発生する。

このため、仮想装置の動作期間中に、上記第１及び第２の接触不安定状態が発生することに起因して様々な不具合が生じてしまう。特に、軸方向（図９のＺ方向）のずれ量は、フローティングジョイント２００自身では調整できない。ここで、軸方向とは、連結対象の第１及び第２の接続対象物を結ぶ方向を意味する。

このように、従来のフローティングジョイント２００を用いた仮想装置は、第１及び第２の接触不安定状態が発生することに起因する不具合を解消することができないという問題点があった。上記問題点の解消を図ったのが、以下で述べる実施の形態である。

なお、上述した基礎技術では、フローティングジョイント２００の従動側連結部７０に連結する第１の接続対象物を被駆動側部材とし、フローティングジョイント２００の駆動側連結部８０に連結する第２の接続対象物を駆動側部材として説明したが逆にしても良い。

すなわち、フローティングジョイント２００の従動側連結部７０に連結する第１の接続対象物を駆動側部材とし、フローティングジョイント２００の駆動側連結部８０に連結する第２の接続対象物を被駆動側部材としても良い。

＜実施の形態１＞
図１は本開示の実施の形態１であるフローティングジョイント１０の詳細構造を示す断面図である。図２は図１で示すフローティングジョイント１０を図中左側（＋Ｚ方向側）からみた側面図であり、図３は図１で示すフローティングジョイント１０を図中右側（－Ｚ方向側）からみた側面図である。図１～図３それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。

これらの図に示すように、フローティングジョイント１０は第１の接続部である駆動側連結部２０と、第２の接続部である従動側連結部３０と、加圧調整用構造物４０と、固定リング４２とを主要構成要素として備えている。

駆動側連結部２０と従動側連結部３０とが連結されることにより、フローティングジョイント１０が構成される。

駆動側連結部２０は、軸本体２１及び接触用球面部２２を主要構成要素として含んでいる。

軸本体２１は内部に、第１の接続対象物となる駆動側部材がネジ止め固定可能なネジ止め用空間２１ｓを有している。ネジ止め用空間２１ｓ内の内周領域の少なくとも一部に雌ネジ構造が設けられる。したがって、軸本体２１のネジ止め用空間２１ｓ内で駆動側部材をネジ止めすることができる。この際、駆動側部材の外周領域の少なくとも一部に雄ネジ構造を設ける必要がある。

一方、軸本体２１において、図１の右側（－Ｚ方向側）の他方端部に接触用球面部２２が連結されている。すなわち、接触用球面部２２の底面が軸本体２１の他方端部に接触する態様で、軸本体２１，接触用球面部２２間が連結されている。なお、軸本体２１と接触用球面部２２とを一体的に構成しても良い。また、接触用球面部２２は底面の一部が軸本体２１の他方端部の外周から径方向外側に突出した底面露出領域２２ｒを有している。

従動側連結部３０は、フレーム本体３１を主要構成要素として含んでいる。フレーム本体３１は接触用球面部２２及び軸本体２１の先端領域を収容するための凹部空間Ｓ３１を有する構造を呈している。

すなわち、フレーム本体３１は底面を有する円筒状に形成され、円盤状の底面部３１ａ（図３参照）と、凹部空間Ｓ３１を囲むように底面部３１ａの外周部から、底面部３１ａに対し垂直に延びる側面部３１ｂとから構成される。

このように、フレーム本体３１は、凹部空間Ｓ３１の底面となる平板形状の底面部３１ａと凹部空間Ｓ３１の側面となる側面部３１ｂとを有している。

図３に示すように、フレーム本体３１の底面部３１ａには中心点Ｃ１から等距離になるように９０度間隔で、各々が底面部３１ａを貫通する４つのネジ穴３２が設けられる。したがって、底面部３１ａに設けられた４つのネジ穴３２を用いて、フレーム本体３１と、第２の接続対象物となる被駆動側部材との間をネジ止め固定することにより、フレーム本体３１に被駆動側部材を固定することができる。

接触用球面部２２は、接触用球面部２２の頂点（中心点Ｃ１に合致する点）を含む頂点領域がフレーム本体３１の底面部３１ａの一部と接触関係を保つ態様で、フレーム本体３１の凹部空間Ｓ３１内に収容される。

フレーム本体３１の側面部３１ｂは、接触用球面部２２を介することなく、軸本体２１と対向する軸本体対向領域３１ｂｒを有し、この軸本体対向領域３１ｂｒは雌ネジ構造の内周領域を有している。

一方、固定部材となる固定リング４２は円筒状に形成され、側面となる外周領域は雄ネジ構造となっている。固定リング４２の空洞内に軸本体２１の一部が存在する。

さらに、固定リング４２は底部の表面（－Ｚ方向側の表面）に、接触用球面部２２の底面露出領域２２ｒと対向する底面対向領域４２ｒを有している。

そして、固定リング４２の外周領域とフレーム本体３１の軸本体対向領域３１ｂｒの内周領域との間でネジ止め（第１のネジ止め）することにより、別途取付部材を用いることなく、フレーム本体３１と固定リング４２とが連結される。

第１のネジ止めを行う際、固定リング４２は軸本体対向領域３１ｂｒに沿って－Ｚ方向に移動する。したがって、第１のネジ止め内容によって、底面対向領域４２ｒのＺ方向上の位置を調整することができる。第１のネジ止め終了時に底面対向領域４２ｒの位置が設定される。第１のネジ止め後に第２のネジ止めが行われる。

すなわち、フレーム本体３１の側面部３１ｂを貫通する固定用止めネジ４４によって、フレーム本体３１の側面部３１ｂと固定リング４２とを連結する第２のネジ止めを行い、第１のネジ止めによって底面対向領域４２ｒが位置決めされた状態で、フレーム本体３１，固定リング４２間を強固に固定することができる。

このように、第１及び第２のネジ止めによって、底面対向領域４２ｒを位置決めした状態で、フレーム本体３１と固定リング４２とは連結される。

加圧調整部材である加圧調整用構造物４０は、接触用球面部２２の底面露出領域２２ｒと固定リング４２の底面対向領域４２ｒとの間に隙間なく設けられ、弾性を有している。加圧調整用構造物４０として例えばバネが考えられる。

実施の形態１のフローティングジョイント１０は、加圧調整用構造物４０の弾性力によって、接触用球面部２２の頂部領域がフレーム本体３１の底面部３１ａの一部に接触する片側球面接触関係を比較的強固に維持していることを特徴としている。

このような構造のフローティングジョイント１０において、接触用球面部２２の頂部表面がフレーム本体３１の底面部３１ａの一部との間に接触する接触関係を保っている。この接触関係は、接触用球面部２２の表面が球面形状で、底面部３１ａは平板形状であるため、片側球面接触関係となる。

このように、フローティングジョイント１０は、接触用球面部２２の頂部領域と底面部３１ａとの間に片側球面接触関係を保ちながら、駆動側連結部２０と従動側連結部３０とを連結している。

したがって、フローティングジョイント１０を用いて駆動側部材と被駆動側部材とを連結することにより、駆動側部材による動力を被駆動側部材に伝達することができる。

図４はフローティングジョイント１０の可動範囲を示す説明図である。同図における中心点Ｃ１は、図１で示した接触用球面部２２の頂点位置に合致する。図１に示すように、フローティングジョイント１０の可動範囲は可動距離Δｄ１（芯ずれ量）及び可動角度Δｇ１（傾き量）が許容範囲として設定される。可動距離Δｄ１は±０．５ｍｍ程度、可動角度Δｇ１は±４度（deg）程度が考えられる。

固定リング４２と軸本体２１との間に隙間Ｓ１が設けられ、加圧調整用構造物４０と軸本体２１との間に隙間Ｓ２が設けられている。さらに、凹部空間Ｓ３１内において、側面部３１ｂと接触用球面部２２との間も接触することなく一定の間隔が設けられている。

したがって、フローティングジョイント１０の接触用球面部２２は、図４で示した可動範囲で移動することを許容している。

フローティングジョイント１０は、接触用球面部２２が上述した可動範囲で移動しても、上述した片側球面接触関係を保つように、加圧調整用構造物４０の弾性力を十分大きな値に設定している。

なお、加圧調整用構造物４０の弾性力を大きくする方法としては、加圧調整用構造物４０がバネである場合、バネ定数ｋを十分大きくしたり、固定リング４２の底面対向領域４２ｒと底面露出領域２２ｒとの間隔（締め付け間隔）を調整して、バネの縮み量ｘを十分大きくしたりする態様が考えられる。

したがって、バネ定数ｋが一定のバネを加圧調整用構造物４０に用いる場合、上述した締め付け間隔を調整することにより、加圧調整用構造物４０の弾性力を可変設定することができる。

上記締め付け間隔を設定するための底面対向領域４２ｒの位置決めは、上述した第１のネジ止めによって行うことができる。

このように、加圧調整用構造物４０の弾性力を十分大きく設定することにより、接触用球面部２２が底面部３１ａに向かう方向に比較的大きな力が常に働くため、フローティングジョイント１０の使用中に、上述した片側球面接触関係が解除される接触解除状態が発生しない。このため、実施の形態のフローティングジョイント１０の上記片側球面接触関係において、接触解除状態と接触状態とを繰り返す接触不安定状態が発生することはない。

すなわち、フローティングジョイント１０の使用中において、接触用球面部２２の頂部領域と底面部３１ａとの間における片側球面接触関係が常に維持される。

したがって、フローティングジョイント１０に、軸方向（図１～図３のＺ方向）のずれ量が生じることもない。

（効果）
上述したように、実施の形態１のフローティングジョイント１０は、接触用球面部２２の底面露出領域２２ｒと固定部材である固定リング４２の底面対向領域４２ｒとの間に隙間なく設けられ、弾性を有する加圧調整部材である加圧調整用構造物４０を備えている。

そして、フローティングジョイント１０は、加圧調整用構造物４０の弾性力によって、接触用球面部２２の頂部領域の表面が底面部３１ａの一部に接触する片側球面接触関係が維持されることを特徴としている。

実施の形態１のフローティングジョイント１０は上述した特徴を有しているため、加圧調整用構造物４０の弾性力を適切に設定することにより、使用時において、接触用球面部２２の頂部領域の表面と底面部３１ａの一部との上記片側球面接触関係を常に保つことができる。

ここで、実施の形態１のフローティングジョイント１０を用い、駆動側連結部２０に第１の接続対象物である駆動側部材を取り付け、従動側連結部３０に第２の接続対象物である被駆動側部材を取り付けたフローティングジョイント利用装置を想定する。

実施の形態１のフローティングジョイント１０は上記特徴を有するため、フローティングジョイント利用装置の使用期間中に、上記片側球面接触関係が解除される接触解除状態が発生することはない。このため、実施の形態のフローティングジョイント１０の上記片側球面接触関係において、接触解除状態と接触状態とを繰り返す接触不安定状態が発生することはない。

その結果、実施の形態１のフローティングジョイント１０は、フローティングジョイント利用装置の使用中に接触解除状態（接触不安定状態）が発生することに起因する不具合を確実に解消することができる。

さらに、接触用球面部２２と底面部３１ａとは上記片側球面接触関係を有しており、底面部３１ａは球面状に形成することなく、平板状に形成することができる。

その結果、実施の形態１のフローティングジョイント１０は、双方球面接触関係を採用した従来のフローティングジョイントに比べ、装置構成の簡略化を図ることができる。

また、フレーム本体３１の側面部３１ｂが図９で示した保護カバー９０と同様な役割を果たすため、フローティングジョイント１０では保護カバー９０に相当する構成部品が不要となる。

このように、実施の形態１のフローティングジョイント１０は、片側球面接触関係を採用し、かつ、保護カバー９０に相当する構成部品を不要にできる分、装置の小型化を図ることができる。

その結果、実施の形態１のフローティングジョイント１０は、従来に比べ、図１～図３で示す全長となるＺ方向の長さを、従来の１／４程度に小型化することができる。

加えて、フローティングジョイント１０において、フレーム本体３１と固定リング４２とは、固定リング４２の外周領域（雄ネジ構造）とフレーム本体３１の軸本体対向領域３１ｂｒの内周領域（雌ネジ構造）との間の第１のネジ止めによって、フレーム本体３１，固定リング４２間を固定している。

このため、フローティングジョイント１０は、上述した第１のネジ止めによって、底面対向領域４２ｒのＺ方向における位置決めを行うことができる。

さらに、フレーム本体３１，固定リング４２間は、上述した第１のネジ止めに加え、側面部３１ｂを貫通する固定用止めネジ４４を用いた第２のネジ止めによって、フレーム本体３１，固定リング４２間を固定している。

このため、フローティングジョイント１０は、底面対向領域４２ｒの位置決めが行われた状態で、フレーム本体３１，固定リング４２間を強固に固定することができる。

加えて、フローティングジョイント１０は、軸本体２１の内部に設けられたネジ止め用空間２１ｓに第１の接続対象物である駆動側部材を比較的簡単に固定することができる。

さらに、フローティングジョイント１０は、各々がフレーム本体３１の底面部３１ａを貫通した４つのネジ穴３２（少なくとも一つのネジ穴）を用いて、フレーム本体３１と第２の接続対象物である被駆動側部材との間をネジ止め固定することにより、フレーム本体３１の被駆動側部材を比較的簡単に固定することができる。

したがって、実施の形態１のフローティングジョイント１０を第１及び第２の接続対象物に取り付ける組立作業の時間短縮を図ることができる。

＜実施の形態２＞
図５は本開示の実施の形態２である超音波振動接合装置１００の正面構造を模式的に示す説明図である。図６は超音波振動接合装置１００の側面構造を模式的に示す説明図である。図５及び図６は模式的に示した図であるため、各構成要素の構造及び構成要素間の接続態様は簡略化して示している。

超音波振動接合装置１００は、機械フレーム１、ロードセル３、加圧用シリンダ４、実施の形態１のフローティングジョイント１０、昇降フレーム５、取付治具７、超音波接合用ヘッド部６及びテーブル６０を主要構成要素として含んでいる。

駆動側部材は、機械フレーム１、ロードセル３及び加圧用シリンダ４を含んでおり、被駆動側部材は、昇降フレーム５、取付治具７及び超音波接合用ヘッド部６を含んでいる。

図５及び図６に示すように、機械フレーム１にロードセル３及び加圧用シリンダ４が取り付けされる。なお、ロードセル３は加圧用シリンダ４による加圧力が測定することができる。

したがって、機械フレーム１、ロードセル３及び加圧用シリンダ４は一括して移動する駆動側部材（第１の接続対象物）となる。

加圧用シリンダ４のピストンロッド２３の先端部がフローティングジョイント１０のネジ止め用空間２１ｓ（図１参照）内でネジ止めされることにより、ピストンロッド２３を含む駆動側部材とフローティングジョイント１０とが連結される。

一方、図６に示すように、昇降フレーム５はネジ止め可能な取り付け領域５ａを有している。取り付け領域５ａにおいて、昇降フレーム５の下面から上面及び底面部３１ａに設けられた４つのネジ穴３２（図１及び図３参照）にかけて、図示しない４本の外部固定用ネジを用いてネジ止めがなされている。

その結果、フレーム本体３１と昇降フレーム５とが連結されることにより、フローティングジョイント１０と昇降フレーム５を含む被駆動側部材（第２の接続対象物）とが連結される。

昇降フレーム５の下面に取付治具７が連結されており、この取付治具７によってコンバータ８が取り付けられる。コンバータ８は超音波接合用ヘッド部６と一体化しており、超音波接合用ヘッド部６の一部として機能し、外部より入力される電気信号に基づき超音波接合用ヘッド部６に伝達する機械振動を発生している。

したがって、昇降フレーム５、超音波接合用ヘッド部６（コンバータ８を含む）、及び取付治具７は一括して移動する被駆動側部材（第２の接続対象物）となる。

超音波接合用ヘッド部６は、コンバータ８及び超音波ホーン１６を主要構成要素として含んでおり、超音波ホーン１６の先端部分が超音波接合部１６ａとなっている。なお、コンバータ８内に超音波振動子が内蔵されている。

超音波接合用ヘッド部６は、コンバータ８（超音波振動子）及び超音波ホーン１６の順でヘッド形成方向（図６中の左方向）に延びて形成され、超音波ホーン１６の先端部に超音波接合部１６ａを有している。

超音波接合用ヘッド部６は、コンバータ８内の超音波振動子に超音波振動ＵＶを発生させ、超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを伝達することにより、超音波接合部１６ａから超音波振動を接合対象物の印加部に印加する超音波振動動作を実行する。

なお、接合対象物としては、例えば、図５及び図６に示すように、テーブル６０上に載置された太陽電池パネル６１等が考えられる。例えば、太陽電池パネル６１を構成するガラス基板上に配置された電極の上面の所定箇所が、超音波振動の印加部となる。この場合、超音波接合用ヘッド部６による超音波振動動作により、当該電極の印加部にて、電極とガラス基板との超音波接合を図ることができる。

また、ロードセル３は、加圧用シリンダ４のピストンロッド２３による加圧力を測定する。すなわち、ロードセル３は、超音波接合部１６ａの先端部が太陽電池パネル６１を押圧する加圧力である先端荷重(Ｎ)を測定することができる。

上述したように、実施の形態２の超音波振動接合装置１００は、テーブル６０、超音波接合用ヘッド部６、フローティングジョイント１０、及び加圧用シリンダ４を含んでいる。

テーブル６０は接合対象物である太陽電池パネル６１を載置している。

超音波接合用ヘッド部６は、超音波接合部１６ａから超音波振動を印加する超音波振動動作を実行している。

加圧機構である加圧用シリンダ４は、フローティングジョイント１０、昇降フレーム５及び取付治具７を介して超音波接合用ヘッド部６に連結され、超音波接合用ヘッド部６に対しテーブル６０側に向けて加圧する加圧動作を実行する。

超音波振動接合装置１００において、第１の接続対象物が駆動側部材となり、第２の接続対象物が被駆動側部材となる。

前述したように、駆動側部材には機械フレーム１、ロードセル３及び加圧用シリンダ４（ピストンロッド２３）が含まれ、被駆動側部材には昇降フレーム５、超音波接合用ヘッド部６、及び取付治具７が含まれる。

そして、加圧用シリンダ４のピストンロッド２３の先端部は、駆動側連結部２０の軸本体２１に取り付けられ、昇降フレーム５の取り付け領域５ａはフレーム本体３１に取り付けられる。

したがって、駆動側部材における加圧用シリンダ４のピストンロッド２３の伸縮動作に追従して、超音波接合用ヘッド部６を含む被駆動側部材が移動する。

図７は実施の形態２の超音波振動接合装置１００の使用時における先端荷重の経時変化を示すグラフである。なお、先端荷重とは、前述したように、超音波接合部１６ａの先端部が太陽電池パネル６１を押圧する力(Ｎ)を意味する。

同図において、荷重変動Ｌ１が実施の形態２の超音波振動接合装置１００における荷重変動であり、荷重変動Ｌ２がフローティングジョイント１０に代えて従来のフローティングジョイントを用いた従来の超音波接合装置の荷重変動である。以下、説明の都合上、従来のフローティングジョイントを図８及び図９で示したフローティングジョイント２００とする。

また、図７では、加圧用シリンダ４の加圧動作によって１４７Ｎの先端荷重が設定されている場合を示している。

なお、図７において、加圧開始時刻ｔ１（時間０（msec））に、超音波接合部１６ａの先端が太陽電池パネル６１の表面への接触を開始した時刻となる。加圧開始時刻ｔ１から接合開始時刻ｔ２（時間２０（msec））に至る期間が加圧区間Ｔ１０となり、接合開始時刻ｔ２以降の所定期間が接合処理区間Ｔ２０となっている。加圧区間Ｔ１０では加圧用シリンダ４による加圧動作のみ実行され、接合処理区間Ｔ２０では加圧用シリンダ４による加圧動作と、超音波接合用ヘッド部６による超音波振動動作とが並行して行われる。

図７の荷重オーバー・アンダーシュート範囲Ｒ１の荷重変動Ｌ２に示すように、従来の超音波振動接合装置では、適正荷重範囲Ｒ１０を上回るオーバーシュート荷重が発生している。

荷重オーバー・アンダーシュート範囲Ｒ１内の荷重変動Ｌ２から、従来の超音波振動接合装置で用いられるフローティングジョイント２００に関し、加圧区間Ｔ１０において、第１及び第２の球面接触関係における第１及び第２の接触不安定状態のうち、少なくとも一つが発生していると推測される。

一方、実施の形態２の超音波振動接合装置１００では、荷重オーバー・アンダーシュート範囲Ｒ１内の荷重変動Ｌ１は全て適正荷重範囲Ｒ１０内にある。

図７で示す荷重変動Ｌ１から、超音波振動接合装置１００で用いられるフローティングジョイント１０に関し、加圧区間Ｔ１０において、片側球面接触関係が解除される接触解除状態が発生していないと推測される。

すなわち、加圧区間Ｔ１０において、フローティングジョイント１０に接触用球面部２２の頂部領域の表面とフレーム本体３１の底面部３１ａの一部との片側球面接触関係が解除される接触解除状態が発生していないと推測される。

図７の超音波接合オーバー・アンダーシュート範囲Ｒ２の荷重変動Ｌ２に示すように、従来の超音波振動接合装置では、適正荷重範囲Ｒ１０を下回るアンダーシュート荷重が発生している。

超音波接合オーバー・アンダーシュート範囲Ｒ２内の荷重変動Ｌ２から、フローティングジョイント２００に関し、接合処理区間Ｔ２０において、第１及び第２の球面接触関係における第１及び第２の接触不安定状態のうち、少なくとも一つが発生していると推測される。さらに、荷重変動Ｌ２の原因として、フローティングジョイント２００の構成部品（接触用球面部７２、接触用球面構造部材８３等）の剛性の影響も考えられる。

一方、実施の形態２の超音波振動接合装置１００では、超音波接合オーバー・アンダーシュート範囲Ｒ２は全て適正荷重範囲Ｒ１０内にある。

図７で示す荷重変動Ｌ１から、接合処理区間Ｔ２０においても、フローティングジョイント１０に関し、片側球面接触関係が解除される接触解除状態が発生していないと推測される。

超音波振動動作は、数十ｍｓｅｃ単位の短い時間で実行されるため、先端荷重の変動を小さくして適正荷重範囲Ｒ１０内に収めることが重要となる。

図７に示すように、実施の形態２の超音波振動接合装置１００は、使用時における先端荷重の変動を抑制して、適正荷重範囲Ｒ１０内に収めることにより、超音波接合処理を精度良く行うことができる。

一方、従来の超音波振動接合装置は、使用時における先端荷重の変動を適切に抑制することができず、適正荷重範囲Ｒ１０を超えて先端荷重が変動するため、超音波接合処理を精度良く行うことができない。

また、従来の超音波振動接合装置内で荷重変動Ｌ２を補正することはできないため、荷重変動Ｌ２を補正するには、フローティングジョイント２００とは独立した、カウンタバランスウエイト等の加重制御機構を設ける必要がある。

なお、超音波振動接合装置１００の使用中にフローティングジョイント１０に接触解除状態の発生を確実に回避すべく、加圧調整用構造物４０は、第２の接続対象物である被駆動側部材の重量の２倍以上の弾性力を有することが望ましい。

ここで、被駆動側部材の重量とは、昇降フレーム５、取付治具７、超音波接合用ヘッド部６（超音波ホーン１６及びコンバータ８を含む）の全重量を意味する。

また、超音波振動接合装置１００の使用中にフローティングジョイント１０に接触解除状態の発生を確実に回避するためには、第２の接続対象物である被駆動側部材の重量は５００Ｎ以下であることが望ましい。

（効果）
実施の形態２の超音波振動接合装置１００は、実施の形態１のフローティングジョイント１０を用いて、加圧用シリンダ４を含む駆動側部材と超音波接合用ヘッド部６を含む被駆動側部材とを連結している。

実施の形態１のフローティングジョイント１０は、超音波振動接合装置１００の使用中に、接触用球面部２２の頂部領域の表面と底面部３１ａの一部との片側球面接触関係が解除される接触解除状態が発生することがない。このため、実施の形態のフローティングジョイント１０の上記片側球面接触関係において、接触解除状態と接触状態とを繰り返す接触不安定状態が発生することはない。

したがって、実施の形態２の超音波振動接合装置１００の超音波振動動作の実行期間中に、加圧機構である加圧用シリンダ４による加圧動作を実行する際、従来の超音波振動接合装置と比較して、超音波接合部１６ａの先端にかかる先端荷重の変動を効果的に抑制することができる。

その結果、実施の形態２の超音波振動接合装置１００は、加圧用シリンダ４による加圧動作を実行しつつ、超音波接合用ヘッド部６による超音波振動動作を実行することにより、接合対象物となる太陽電池パネル６１に対する超音波接合処理を精度良く行うことができる。

実施の形態２の超音波振動接合装置１００に用いられるフローティングジョイント１０の加圧調整用構造物４０の弾性力は、超音波接合用ヘッド部６を含む被駆動側部材（第２の接続対象物）の重量の２倍以上を満足するように設定されているため、超音波接合部１６ａの先端にかかる先端荷重の変動を確実に低減化することができる。

実施の形態２の超音波振動接合装置１００に用いられる超音波接合用ヘッド部を含む被駆動側部材の重量は５００Ｎ以下であるため、超音波接合部１６ａの先端にかかる先端荷重の変動の低減化を安定して図ることができる。

＜その他＞
なお、上述した実施の形態では、フローティングジョイント１０の駆動側連結部２０に連結する第１の接続対象物を加圧用シリンダ４を含む駆動側部材とし、フローティングジョイント１０の従動側連結部３０に連結する第２の接続対象物を、超音波接合用ヘッド部６を含む被駆動側部材として説明したが、逆にしても同様な効果を奏する。

すなわち、フローティングジョイント１０の駆動側連結部２０に連結する第１の接続対象物を被駆動側部材とし、フローティングジョイント１０の従動側連結部３０に連結する第２の接続対象物を駆動側部材としても良い。

ただし、被駆動側部材の外周領域の少なくとも一部に雄ネジ構造を設け、雄ネジ構造の形態をフローティングジョイント１０のねじ止め用空間２１ｓに合わせる等の種々の変更が必要となる。

なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 機械フレーム
３ ロードセル
４ 加圧用シリンダ
５ 昇降フレーム
６ 超音波接合用ヘッド部
７ 取付治具
１０ フローティングジョイント
１６ 超音波ホーン
１６ａ 超音波接合部
２０ 駆動側連結部
２１ 軸本体
２２ 接触用球面部
３０ 従動側連結部
３１ フレーム本体
３２ ネジ穴
４０ 加圧調整用構造物
４２ 固定リング
４４ 固定用止めネジ
６０ テーブル
６１ 太陽電池パネル
Ｓ３１ 凹部空間

Claims (8)

1. 第１の接続部と第２の接続部とが連結されてなるフローティングジョイントであって、
   前記第１の接続部は
   軸本体と、
   底面が前記軸本体の先端に連結され、表面が球面状の接触用球面部とを含み、前記接触用球面部は底面の一部が前記軸本体の先端の外周から外側に突出した底面露出領域を有し、
   前記第２の接続部は、
   前記接触用球面部を受ける凹部空間を有するフレーム本体を含み、前記凹部空間は前記接触用球面部を収容し、前記フレーム本体は前記凹部空間の底面となる平板形状の底面部と前記凹部空間の側面となる側面部を有し、前記底面部は、前記底面部の一部において前記接触用球面部の表面の一部と接触する片側球面接触関係を有し、前記側面部は前記軸本体と対向する軸本体対向領域を有し、
   前記軸本体は第１の接続対象物を取付可能であり、前記フレーム本体は第２の接続対象物を取付可能であり、
   前記フローティングジョイントは、
   前記フレーム本体と前記軸本体対向領域で連結され、前記底面露出領域に対向する底面対向領域を有する固定部材と、
   前記接触用球面部の前記底面露出領域と前記固定部材の前記底面対向領域との間に隙間なく設けられ、弾性を有する加圧調整部材とをさらに備え、
   前記加圧調整部材の弾性力によって、前記接触用球面部の表面が前記底面部の一部に接触する接触状態が維持され、
   前記接触用球面部の表面は前記片側球面接触関係以外の接触関係を有さないことを特徴とする、
   フローティングジョイント。
2. 請求項１記載のフローティングジョイントであって、
   前記固定部材は雄ネジ構造の外周領域を有し、前記軸本体対向領域は雌ネジ構造の内周領域を有し、前記フレーム本体と前記固定部材とは、前記外周領域と前記内周領域との間の第１のネジ止めによって固定されている、
   フローティングジョイント。
3. 請求項２記載のフローティングジョイントであって、
   前記フレーム本体と前記固定部材とは、前記フレーム本体を貫通する固定用止めネジによる第２のネジ止めによって固定されている、
   フローティングジョイント。
4. 請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載のフローティングジョイントであって、
   前記第１の接続部の前記軸本体は、
   内部に前記第１の接続対象物がネジ止め固定可能なネジ止め用空間を有する、
   フローティングジョイント。
5. 請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載のフローティングジョイントであって、
   前記第２の接続部における前記フレーム本体の前記底面部は、
   前記第２の接続対象物を取り付けるための、少なくとも一つのネジ穴を有する、
   フローティングジョイント。
6. 接合対象物を載置するテーブルと、
   超音波接合部から超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する超音波接合用ヘッド部と、
   フローティングジョイントを介して前記超音波接合用ヘッド部に連結され、前記超音波接合用ヘッド部に対し前記テーブル側に向けて加圧する加圧動作を実行する加圧機構とを備え、
   前記フローティングジョイントは、
   請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載のフローティングジョイントを含み、
   前記第１の接続対象物は前記加圧機構を含み、前記第１の接続対象物は前記第１の接続部の前記軸本体に取り付けられ、
   前記第２の接続対象物は前記超音波接合用ヘッド部を含み、前記第２の接続対象物は前記第２の接続部の前記フレーム本体に取り付けられる、
   超音波振動接合装置。
7. 請求項６記載の超音波振動接合装置であって、
   前記フローティングジョイントにおいて、
   前記加圧調整部材の弾性力は、前記第２の接続対象物の重量の２倍以上を満足するように設定される、
   超音波振動接合装置。
8. 請求項７記載の超音波振動接合装置であって、
   前記超音波接合用ヘッド部の重量は５００（Ｎ）以下である、
   超音波振動接合装置。

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