JPH02130130A - 超音波を利用した加工片の組立方法 - Google Patents

超音波を利用した加工片の組立方法

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JPH02130130A
JPH02130130A JP1188714A JP18871489A JPH02130130A JP H02130130 A JPH02130130 A JP H02130130A JP 1188714 A JP1188714 A JP 1188714A JP 18871489 A JP18871489 A JP 18871489A JP H02130130 A JPH02130130 A JP H02130130A
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stud
horn
time
thermoplastic
workpiece
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ジェフリー・スコット・ウォルコット
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Emerson Electric Co
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波振動を利用して二つの加工片を組立て
ることに係り、更に詳細には第一の加工片より垂直に延
在する熱（ｊＪ塑性のスタッドを変形させて、スタッド
が貫通する孔を釘する第二の加工片を捕捉させるために
ホーンにより供給される超音波エネルギが使用される所
謂超音波かしめ又は超音波リベット締めによる二つの加
工片の組立てに係わる。この点に関し１９７９年にアメ
リカ合衆国コネチカット州ダンベリー所在のブランラン
・ソニック・パワー・カンパニー（Ｂｒａｎｓｏｎ　Ｓ
。
ｎｌｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）より出版され
たｒＵＩｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ａｓｓ
ｅｍｂｌｙＪの第４９頁乃至第５１頁を参照されたい。
従来の技術 超音波かしめは１９６８年２月６日付にて発行された米
国特許第３，３６７．８０９号及び１９７０年３月１０
日付にて発行された米国特許第３゜４９９．８０８号に
開示されている。
このプロセスは二つの熱可塑性部ヰ」又は熱可塑性部材
と非熱可塑性部材とが互いに組立てられ締結される必要
がある殆ど全ての場合に広く利用されている。電気機器
の製造、自動車のダツシュボードの製造、より最近では
時計のムーブメントの組立てやデジタルコンピュータの
構成要素の組立てにこの種のプロセスの種々の用途があ
る。
多くの場合、機械的に正確な組立てを行い、またこぎれ
いに優れた外観にて組立てを行うためには、スタッドの
変形中に軟化された熱可塑性材料の流動をより一層正確
に制御することが必要である。熱可塑性材料の制御され
ない流動は、結晶質の材料や充填材にて充填されたプラ
スチック材料が使用される場合に特に好ましくない。典
型的な充填材としてはガラス、タルク、炭酸カルシウム
、カーボン等があり、これらの充填材が使用される場合
には、砕けて組立体より脱落する粒状物質や脆い粒子が
生成し易い。非晶質のプラスチックスの場合には、軟化
された熱可塑性材料が流動し過ぎるという傾向がある。
発明の概要 軟化された材料の改善された変形、即ち良好な制御は、
直立のスタッドの自由端に押付けられたホーンにより与
えられる超音波エネルギが断続的に、即ちパルス状にて
供給される場合に認められた。換言すれば、ホーンが短
時間共振状態にされて超音波エネルギを供給し、しかる
後短時間ホーンが実質的に非作動状態にされることが繰
返される。プラスチック材料は超音波エネルギが与えら
れる間に軟化し変形せしめられるが、ホーンが非作動状
態の間はホーンはヒートシンクとして作用し、これによ
りプラスチック材料を冷却して凝固させる。
かくしてスタッドの変形は徐々に増大するよう、即ち細
かい段階状に達成され、これによりより一層小綺麗で外
観に優れた良好でより一層正確に制御された組立体が得
られる。
本発明の主要な］」的の一つは二つの加工片を超音波を
利用して互いに固定する改善された方法を提供すること
である。
本発明の他の一つの重要な目的は、二つの加工１１を互
いに締結固定する改善された超音波かしめ又はリベット
締め方法を提供することである。
本発明の更に他の一つの重要な目的は、ホーンが短時間
熱可塑性のスタッドに超音波エネルギを与え、しかる後
短時間ホーンがスタッドに実質的に超音波エネルギを与
えないことが繰返される改善された超音波かしめ方法を
提供することである。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
実施例 添付の図面、特に第１図に於て、符号１０は断面円形で
あることが好ましい直立のスタッド１４が設けられた第
二の熱可塑性の加工片１２を支持する台を示している。
熱可塑性材料よりなっていてもよくまた非熱可塑性材料
よりなっていてもよい第二の加工片１６が加工片１２上
に重ねて配置されており、スタッド１４が貫通して延在
する円形の孔１８を有している。加工片１６には面取り
２０が設けられており、照面取りはスタッド１４の変形
中に該スタッドより溶融され変形された材料を受は且こ
れにて充填されるリセスを形成するようになっている。
所定の超音波振動数（典型的には１６〜６０ｋＨｚ）の
振動を与えるよう長手方向軸線に沿って機械的に共振状
態にされるよう構成された共振器、機械的増幅器等とし
ても知られるホーン２２がスタッド１４の自由端に接触
せしめられ、これにより７ホーン２２の平坦な出力面２
４がスタッド１４の自由端とエネルギ伝達関係に置かれ
る。
ホーン２２がスタッドに押付けられた状態にて共振状態
になると、超音波エネルギの消散に起因してスタッド１
４の熱可塑性材料が軟化し、面取り２０により形成され
たリセス内へ流動する。ホーンの出力面２４がスタッド
に接触した状態のままホーンよりの超音波エネルギの伝
達が停止されると、軟化し変位した熱可塑性材料は凝固
し、第２図に示された完成した組立体が得られる。
スタッド１４の変形が第３図に示されている如く徐々に
行われる場合に熱可塑性材料のより一層制御された流動
が達成されることが解った。ホーンが共振状態、即ち作
動状態にされる時間３０と、ホーン２２がスタッド１４
に接触したまま非作動状態にされる時間３２とが交互に
継続する。非作動状態の時間３２に於てはホーン２２は
ヒートシンクとして作用し、これにより軟化したスタッ
ドの材料を冷却し、これによりプラスチック材料の制御
された流動を達成し、その結果熱可塑性のスタッドの次
第に増大する変形が達成されるものと考えられる。
第３図のパターンは一つの典型的な例として５０％のデ
ユーティ−サイクルのパルス状のエネルギパターンを示
しているが、他のデユーティ−サイクルのパターンも同
様に有効である。
パワーのオン−オフを達成する他のタイミング手段が１
９７２年１０月２４日付にて発行された米国特許第３，
６９９，７１９号に記載されている。現代の超音波組立
装置にはマイクロプロセッサが組込まれており、従って
デユーティ−サイクルは適当なソフトウェアのプログラ
ムにより極めて容易にプログラム化され得る。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は互いに締結されるべき二つの加工片のための超
音波かしめ方法を示す解図である。 第２図は第１図に示されたかしめ方法により締結が完了
した後に於ける二つの加工片を示す断面図である。 第３図はパルス状にて供給される超音波エネルギを示す
タイムチャートである。 １０・・・台、１２・・・加工片、１４・・・スタッド
、１６・・・加工片、１８・・・孔、２０・・・面取り
、２２・・・ホーン、２４・・・出力面 特許出願人　　エマーツン・エレクトリック・カンパニ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）超音波振動により熱可塑性の加工片の一部を軟化
    させ変形させる方法にして、超音波振動数の範囲内の或
    る所定の振動数にて共振するよう構成されたホーンと前
    記一部とを強制的に係合させ、第一の時間中前記ホーン
    を共振状態にし、しかる後第二の時間中前記ホーンを実
    質的に非作動状態にすることを繰返し行い、これにより
    前記第一の時間中に於ける前記一部による超音波エネル
    ギの消散及び第二の時間中の前記一部の冷却により前記
    一部を徐々に大きく変形させる方法。
  2. （２）二つの加工片を超音波かしめにより組立てる方法
    であって、直立のスタッドを有する第一の熱可塑性の加
    工片を用意し、孔を有する第二の加工片を用意し、前記
    スタッドが前記第二の加工片の前記孔を貫通して前記第
    二の加工片の露呈面より高い位置まで延在するよう前記
    第二の加工片を前記第一の加工片上に配置し、超音波振
    動数にて機械的に共振するよう構成されたホーンを前記
    スタッドの端部に押付け、これにより前記スタッドに超
    音波振動が与えられること及び超音波エネルギの消散に
    よって前記スタッドの熱可塑性材料を軟化させ変位せし
    めて前記スタッドの前記端部を変形させる方法にして、
    第一の時間中前記ホーンが前記スタッドと接触している
    間に前記ホーンを共振させ、しかる後第二の時間中前記
    ホーンを実質的に非作動状態にもたらすことを繰返すこ
    とを特徴とする方法。
JP1188714A 1988-10-28 1989-07-20 超音波を利用した加工片の組立方法 Pending JPH02130130A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US07/263,864 US4859378A (en) 1988-10-28 1988-10-28 Method of ultrasonically assembling workpieces
US263,864 1988-10-28

Publications (1)

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