JPH07124761A - アルミニウム板等の超音波溶接方法 - Google Patents
アルミニウム板等の超音波溶接方法Info
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- JPH07124761A JPH07124761A JP30082293A JP30082293A JPH07124761A JP H07124761 A JPH07124761 A JP H07124761A JP 30082293 A JP30082293 A JP 30082293A JP 30082293 A JP30082293 A JP 30082293A JP H07124761 A JPH07124761 A JP H07124761A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造用アルミニウム板の超音波溶接を実用可
能にするため、障害となっていたホーンチップとアルミ
ニウム板の張り付き現象を解消する。 【構成】 被溶接物を挟圧するホーンチップ、アンビル
の一方又は双方の加圧面の滑り防止用凹凸模様面に、模
様の凸部が被溶接物に食込むのを妨げない有機物層を塗
るか載せて、挟圧し溶接する。
能にするため、障害となっていたホーンチップとアルミ
ニウム板の張り付き現象を解消する。 【構成】 被溶接物を挟圧するホーンチップ、アンビル
の一方又は双方の加圧面の滑り防止用凹凸模様面に、模
様の凸部が被溶接物に食込むのを妨げない有機物層を塗
るか載せて、挟圧し溶接する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はアルミニウム板を主と
する金属、合金類の板と板、又は板と非板材の超音波溶
接方法に関する。
する金属、合金類の板と板、又は板と非板材の超音波溶
接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波溶接法は電気発振器により振動子
に超音波振動を与え、その振動子に嵌めた増幅用ホーン
の先のチップ（又はツール）によりアンビル上の被溶接
物の重なり部分を加圧、加振して溶接するものである。
被溶接物の重なり面は超音波振動により原子間接合又は
原子間拡散接合により溶接（冶金的接合）される。この
超音波溶接法は多くの長所を持ちながら現在、限られた
分野でしか使われていない。まずその長所を挙げると、 １）溶接時、熱の発生少なく、物性の変化、脆化が少な
い。 ２）融接では不可能な異種材料間の接合が可能。 ３）溶剤（フラックス）や補給材（インサート材）が不
要。 ４）脆弱な金属間化合物でも接合可能。 ５）アモルファ合金を結晶化なしで接合可能。 ６）接合面に酸化被膜、有機被膜等があっても接合可
能。 ７）被溶接材の導電率、熱伝導率に関係なく接合可能。
に超音波振動を与え、その振動子に嵌めた増幅用ホーン
の先のチップ（又はツール）によりアンビル上の被溶接
物の重なり部分を加圧、加振して溶接するものである。
被溶接物の重なり面は超音波振動により原子間接合又は
原子間拡散接合により溶接（冶金的接合）される。この
超音波溶接法は多くの長所を持ちながら現在、限られた
分野でしか使われていない。まずその長所を挙げると、 １）溶接時、熱の発生少なく、物性の変化、脆化が少な
い。 ２）融接では不可能な異種材料間の接合が可能。 ３）溶剤（フラックス）や補給材（インサート材）が不
要。 ４）脆弱な金属間化合物でも接合可能。 ５）アモルファ合金を結晶化なしで接合可能。 ６）接合面に酸化被膜、有機被膜等があっても接合可
能。 ７）被溶接材の導電率、熱伝導率に関係なく接合可能。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような数々の長
所にかゝわらず従来、超音波溶接の構造用アルミニウム
板材への適用を妨げていた最大の原因は張り付き（チッ
プスティック）現象、つまり、被溶接物がこれを加圧し
たチップやアンビルに固着する現象である。超音波溶接
の原理は、前述のホーンチップにより加圧力と超音波振
動を接合面に伝えて接合させるもので、チップ、アンビ
ルと被溶接物との接触面でも同様な接合が生じないよ
う、チップ、アンビルの加圧面には滑り防止用凹凸模様
を付けている。凹凸模様によりチップ、アンビルの加圧
面は被溶接物を滑らないように捕らえ、被溶接物相互の
滑り可能な接合面だけに振動摩擦による超音波接合を生
ぜしめるのである。しかし現在実用されている被溶接物
は極細線材か極薄板材に限られ、最も実用化が望まれる
厚み１ｍｍ前後から上の構造用アルミニウム板は上記張
り付き現象により超音波溶接は不可能であった。本発明
者等はその構造用アルミニウム板の超音波溶接実現のた
め、障害になっている上記張り付き現象の解消方法を探
求した。
所にかゝわらず従来、超音波溶接の構造用アルミニウム
板材への適用を妨げていた最大の原因は張り付き（チッ
プスティック）現象、つまり、被溶接物がこれを加圧し
たチップやアンビルに固着する現象である。超音波溶接
の原理は、前述のホーンチップにより加圧力と超音波振
動を接合面に伝えて接合させるもので、チップ、アンビ
ルと被溶接物との接触面でも同様な接合が生じないよ
う、チップ、アンビルの加圧面には滑り防止用凹凸模様
を付けている。凹凸模様によりチップ、アンビルの加圧
面は被溶接物を滑らないように捕らえ、被溶接物相互の
滑り可能な接合面だけに振動摩擦による超音波接合を生
ぜしめるのである。しかし現在実用されている被溶接物
は極細線材か極薄板材に限られ、最も実用化が望まれる
厚み１ｍｍ前後から上の構造用アルミニウム板は上記張
り付き現象により超音波溶接は不可能であった。本発明
者等はその構造用アルミニウム板の超音波溶接実現のた
め、障害になっている上記張り付き現象の解消方法を探
求した。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明のアルミニウム
板等の超音波溶接方法は、超音波溶接機の被溶接物を挟
圧するホーンチップ、アンビルの一方又は双方の加圧面
を滑り防止用凹凸模様面とし、その模様の凸部が被溶接
物に食込むのを妨げない有機物層を上記凹凸模様面に塗
るか載せて被溶接物を挟圧することを特徴とする。その
有機物層は油を塗布したものか、又は有機物フィルムを
載せたものとすることが勧められる。
板等の超音波溶接方法は、超音波溶接機の被溶接物を挟
圧するホーンチップ、アンビルの一方又は双方の加圧面
を滑り防止用凹凸模様面とし、その模様の凸部が被溶接
物に食込むのを妨げない有機物層を上記凹凸模様面に塗
るか載せて被溶接物を挟圧することを特徴とする。その
有機物層は油を塗布したものか、又は有機物フィルムを
載せたものとすることが勧められる。
【０００５】
【作用】本発明者等は張り付き現象研究のため、高速度
鋼、超硬合金等各種のホーンチップと被溶接物の材質上
のなじみ良さ、つまり張り付き易さを調べ、また上述の
チップ加圧面の滑り防止用凹凸模様各種形状の張り付き
防止効果を、アルミ系各種板材について調べた。数多く
の実験の結果は全て否定的で、材質面でも形状面でも張
り付き防止に有効な手段は見出せなかった。しかしなが
ら数多くの実験中、機械加工で作ったばかりのチップで
は３〜４打点までは張り付きを生じないことに気付い
た。新しいチップは研削油や防錆油が表面に残っている
からでないかと考え、念のため手近な潤滑油をチップ表
面に塗って試みたところ、顕著な張り付き防止効果を示
した。本格的に試験を続け、少なくとも４００点ぐらい
まで張り付き無しで連続溶接できることを確認した。チ
ップの加圧面に滑り防止用凹凸模様を刻み込むのは、チ
ップと被溶接物との相対滑りを無くして超音波振動によ
る接合を防ぐのが目的であるのに、相対滑りを良くする
潤滑油を塗るのは逆効果のように思えたが、現実にはそ
れで著効を得た。チップ表面に付ける有機物層は油を塗
るか、有機物フィルムを載せるだけでよい。無論、有機
物層の厚さ、強さは凹凸模様の凸部が被溶接物に食込む
のを妨げないものとする。
鋼、超硬合金等各種のホーンチップと被溶接物の材質上
のなじみ良さ、つまり張り付き易さを調べ、また上述の
チップ加圧面の滑り防止用凹凸模様各種形状の張り付き
防止効果を、アルミ系各種板材について調べた。数多く
の実験の結果は全て否定的で、材質面でも形状面でも張
り付き防止に有効な手段は見出せなかった。しかしなが
ら数多くの実験中、機械加工で作ったばかりのチップで
は３〜４打点までは張り付きを生じないことに気付い
た。新しいチップは研削油や防錆油が表面に残っている
からでないかと考え、念のため手近な潤滑油をチップ表
面に塗って試みたところ、顕著な張り付き防止効果を示
した。本格的に試験を続け、少なくとも４００点ぐらい
まで張り付き無しで連続溶接できることを確認した。チ
ップの加圧面に滑り防止用凹凸模様を刻み込むのは、チ
ップと被溶接物との相対滑りを無くして超音波振動によ
る接合を防ぐのが目的であるのに、相対滑りを良くする
潤滑油を塗るのは逆効果のように思えたが、現実にはそ
れで著効を得た。チップ表面に付ける有機物層は油を塗
るか、有機物フィルムを載せるだけでよい。無論、有機
物層の厚さ、強さは凹凸模様の凸部が被溶接物に食込む
のを妨げないものとする。
【０００６】
【実施例】図１は上下に重ねたアルミニウム板Ａを普通
の超音波溶接機で溶接しようとしている。ホーン１にホ
ーンチップ２が嵌り、アンビル３が板Ａを受けている。
図２はそのチップ２の下面の凹凸模様４を示し、図３は
その下面の一部断面を拡大して示す。チップ２の下面は
加圧面となるので、凹凸模様４の山４ａと谷４ｂとが連
なり、その表面にこの発明独特の有機物層（図の実線は
塗布した油層）５が付着している。有機物フィルム６を
載せる場合も鎖線で示している。凹凸模様４の山４ａの
頂上は同一平面に揃っているが、谷４ｂは山４ａの頂上
からの深さが０．３ｍｍのもの、０．１５ｍｍのものが
交互に連なっている。その理由は、有機物層５として塗
布した油層が図のように薄くなく、浅い方の谷４ｂから
溢れるほどの場合でも、溶接の際、余分な油が深い谷の
方へ逃げられるようにしたのである。油の逃げ場が無い
と山４ａが被溶接物に十分に食込めず、油が潤滑作用を
して、凹凸模様４の滑り防止作用が失われ、溶接不良が
起きる。従って油は一度に大量に塗らないようにする。
そうすれば同じ高さで同心円の凹凸模様でも良い。
の超音波溶接機で溶接しようとしている。ホーン１にホ
ーンチップ２が嵌り、アンビル３が板Ａを受けている。
図２はそのチップ２の下面の凹凸模様４を示し、図３は
その下面の一部断面を拡大して示す。チップ２の下面は
加圧面となるので、凹凸模様４の山４ａと谷４ｂとが連
なり、その表面にこの発明独特の有機物層（図の実線は
塗布した油層）５が付着している。有機物フィルム６を
載せる場合も鎖線で示している。凹凸模様４の山４ａの
頂上は同一平面に揃っているが、谷４ｂは山４ａの頂上
からの深さが０．３ｍｍのもの、０．１５ｍｍのものが
交互に連なっている。その理由は、有機物層５として塗
布した油層が図のように薄くなく、浅い方の谷４ｂから
溢れるほどの場合でも、溶接の際、余分な油が深い谷の
方へ逃げられるようにしたのである。油の逃げ場が無い
と山４ａが被溶接物に十分に食込めず、油が潤滑作用を
して、凹凸模様４の滑り防止作用が失われ、溶接不良が
起きる。従って油は一度に大量に塗らないようにする。
そうすれば同じ高さで同心円の凹凸模様でも良い。
【０００７】油の有機物層５が凹凸模様４の山と谷の高
低差より薄ければ、油は逃げ場があるから、山４ａの頂
上が被溶接物のアルミニウム板Ａの表面に食込んで、滑
ることなく振動を伝えられる。有機物層５が有機物フィ
ルムである場合も、山４ａ、谷４ｂの高低差より薄い
か、多少厚くても柔らかければ、山４ａが被溶接物表面
に食込むのを妨げない。なお凹凸模様の形、高低差は設
計者に任せられる。有機物層５が山４ａの食込みを妨げ
ることなく、チップ２とアルミニウム板Ａとの間に介在
することにより、両者の張り付き現象が防止される。そ
のような介在物が無い従来は、凹凸模様の山４ａがアル
ミニウム板Ａに食込んではいても、構造用アルミニウム
板は質量が大きいためチップ２の超音波振動について行
けず、チップ２と板Ａとの間で相対振動を生じて張り付
き現象が生じたものと思われる。上記実施例装置により
アルミニウム板（ＪＩＳＡ５１８２Ｐ）、板厚０．９ｍ
ｍのものを図１のように超音波溶接する実験で、有機物
層を取換えてそれぞれ１０回ずつ溶接して見た。有機物
層５としては機械油、切削油、プレス油、大豆油、グリ
ース、セロハンテープ、家庭用ラップフィルム、ポリエ
チレンフィルム等を使った。
低差より薄ければ、油は逃げ場があるから、山４ａの頂
上が被溶接物のアルミニウム板Ａの表面に食込んで、滑
ることなく振動を伝えられる。有機物層５が有機物フィ
ルムである場合も、山４ａ、谷４ｂの高低差より薄い
か、多少厚くても柔らかければ、山４ａが被溶接物表面
に食込むのを妨げない。なお凹凸模様の形、高低差は設
計者に任せられる。有機物層５が山４ａの食込みを妨げ
ることなく、チップ２とアルミニウム板Ａとの間に介在
することにより、両者の張り付き現象が防止される。そ
のような介在物が無い従来は、凹凸模様の山４ａがアル
ミニウム板Ａに食込んではいても、構造用アルミニウム
板は質量が大きいためチップ２の超音波振動について行
けず、チップ２と板Ａとの間で相対振動を生じて張り付
き現象が生じたものと思われる。上記実施例装置により
アルミニウム板（ＪＩＳＡ５１８２Ｐ）、板厚０．９ｍ
ｍのものを図１のように超音波溶接する実験で、有機物
層を取換えてそれぞれ１０回ずつ溶接して見た。有機物
層５としては機械油、切削油、プレス油、大豆油、グリ
ース、セロハンテープ、家庭用ラップフィルム、ポリエ
チレンフィルム等を使った。
【０００８】その結果、張り付き現象防止効果、つまり
溶接後、チップ２下面に付いたアルミニウム板Ａが簡単
に離れるか、やゝ力が必要か、又は余程力を加えねば離
れないか、に分けると、簡単に離れるのは大豆油、プレ
ス油、セロハンテープ、余程力が必要なのはポリエチレ
ンフィルムで、他はその中間であった。また溶接部の剥
離試験で大きな強度を示したのは家庭用ラップフィル
ム、大豆油、グリースで、ポリエチレンフィルムは最も
弱かった。以上、一実施例について説明したが、この発
明はその要旨を変えることなく変化、応用し得ること言
うまでもなく、アルミニウム以外の酸化皮膜を持った難
溶接金属板への応用も可とする。
溶接後、チップ２下面に付いたアルミニウム板Ａが簡単
に離れるか、やゝ力が必要か、又は余程力を加えねば離
れないか、に分けると、簡単に離れるのは大豆油、プレ
ス油、セロハンテープ、余程力が必要なのはポリエチレ
ンフィルムで、他はその中間であった。また溶接部の剥
離試験で大きな強度を示したのは家庭用ラップフィル
ム、大豆油、グリースで、ポリエチレンフィルムは最も
弱かった。以上、一実施例について説明したが、この発
明はその要旨を変えることなく変化、応用し得ること言
うまでもなく、アルミニウム以外の酸化皮膜を持った難
溶接金属板への応用も可とする。
【０００９】
【発明の効果】この発明は従来、構造用として広く使用
される厚み１ｍｍ前後から上のアルミニウム板は超音波
溶接の対象外とされた常識を打破し得た。構造用アルミ
ニウム板が対象外とされた原因は超音波溶接機のホーン
チップとアルミニウム板との張り付き現象であるが、こ
の発明はチップ加圧面の滑り防止用凹凸模様に有機物層
を塗るか載せるだけで張り付き現象を解消した。有機物
層は凹凸模様の凸部がアルミニウム板に食込むのを妨げ
ずに、両者の間に介在してチップとアルミニウム板との
張り付きを遮断するのである。この発明によって構造用
アルミニウム板やその合金金属板に、前述の多くの長所
を持つ超音波溶接が適用可能になる効果は画期的で、例
えば従来、点溶接用電極チップでアルミニウム板を溶接
する場合、連続３００点が限度であったのが、この発明
によれば１００００点以上、支障なく溶接を続けられ
た。
される厚み１ｍｍ前後から上のアルミニウム板は超音波
溶接の対象外とされた常識を打破し得た。構造用アルミ
ニウム板が対象外とされた原因は超音波溶接機のホーン
チップとアルミニウム板との張り付き現象であるが、こ
の発明はチップ加圧面の滑り防止用凹凸模様に有機物層
を塗るか載せるだけで張り付き現象を解消した。有機物
層は凹凸模様の凸部がアルミニウム板に食込むのを妨げ
ずに、両者の間に介在してチップとアルミニウム板との
張り付きを遮断するのである。この発明によって構造用
アルミニウム板やその合金金属板に、前述の多くの長所
を持つ超音波溶接が適用可能になる効果は画期的で、例
えば従来、点溶接用電極チップでアルミニウム板を溶接
する場合、連続３００点が限度であったのが、この発明
によれば１００００点以上、支障なく溶接を続けられ
た。
【図１】超音波溶接機の要部説明図。
【図２】図１のホーンチップ下面の説明図。
【図３】この発明を適用した図２のチップ下面の断面説
明図。
明図。
４ 凹凸模様 ５ 有機物層（油層） ６ 有機物層（フィルム）
フロントページの続き (72)発明者 松岡 久雄 東京都千代田区外神田二丁目15番５号 株 式会社ナカタニ内 (72)発明者 須栗 宏 東京都千代田区外神田二丁目15番５号 株 式会社ナカタニ内 (72)発明者 神武 均 東京都千代田区外神田二丁目15番５号 株 式会社ナカタニ内
Claims (3)
- 【請求項１】 超音波溶接機の被溶接物を挟圧するホー
ンチップ、アンビルの一方又は双方の加圧面を滑り防止
用凹凸模様面とし、その模様の凸部が被溶接物に食込む
のを妨げない有機物層を上記凹凸模様面に塗るか載せて
被溶接物を挟圧することを特徴とするアルミニウム板等
の超音波溶接方法。 - 【請求項２】 請求項１の溶接方法において、 その有機物層は油を塗布したものであることを特徴とす
るアルミニウム板等の超音波溶接方法。 - 【請求項３】 請求項１の溶接方法において、 その有機物層は有機物フィルムを載せたものであること
を特徴とするアルミニウム板等の超音波溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5300822A JP2799335B2 (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | アルミニウム系板材の超音波接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5300822A JP2799335B2 (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | アルミニウム系板材の超音波接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07124761A true JPH07124761A (ja) | 1995-05-16 |
| JP2799335B2 JP2799335B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=17889530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5300822A Expired - Fee Related JP2799335B2 (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | アルミニウム系板材の超音波接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2799335B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005088067A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | ホーンと該ホーンを含む超音波接合装置、及び超音波接合方法 |
| JP2005223054A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Fujikura Ltd | フレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法 |
| JP2006297407A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | 超音波接合方法 |
| JP2007237201A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co Ltd | 接合良否判定方法及び接合装置 |
| JP2013031869A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Nissan Motor Co Ltd | 超音波溶接装置及び超音波溶接装置で使用される超音波接合工具のローレット面加工方法 |
| JP2018079504A (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 矢崎総業株式会社 | 超音波接合方法および接合体 |
| JP2019034316A (ja) * | 2017-08-15 | 2019-03-07 | イーグル工業株式会社 | 超音波接合治具、超音波接合方法および接合構造 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56142890U (ja) * | 1980-03-21 | 1981-10-28 | ||
| JPH0447880U (ja) * | 1990-08-29 | 1992-04-23 |
-
1993
- 1993-11-08 JP JP5300822A patent/JP2799335B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS56142890U (ja) * | 1980-03-21 | 1981-10-28 | ||
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2799335B2 (ja) | 1998-09-17 |
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