JPH09168876A - 超音波溶接装置 - Google Patents
超音波溶接装置Info
- Publication number
- JPH09168876A JPH09168876A JP31796295A JP31796295A JPH09168876A JP H09168876 A JPH09168876 A JP H09168876A JP 31796295 A JP31796295 A JP 31796295A JP 31796295 A JP31796295 A JP 31796295A JP H09168876 A JPH09168876 A JP H09168876A
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- JP
- Japan
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- welding
- welded
- anvil
- cartridge heater
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波溶接における被溶接物の接合状態のバ
ラツキをなくし、融点の高い金属や表面にメッキが施さ
れた金属に対しても強い溶接強度が得られ、溶接時間が
短縮できるようにすることである。 【解決手段】 アンビル２に所定の大きさの挿入孔４を
形成し、ここに調温器６に接続したカートリッジヒータ
ー５を挿入する。このカートリッジヒーター５でアンビ
ル２を強制的に加熱し、この加熱されたアンビル２の熱
を被溶接物３に与えるようにする。このようにすれば、
超音波による振動熱だけでなく、強制的な加熱作用が被
溶接物３に加わる。
ラツキをなくし、融点の高い金属や表面にメッキが施さ
れた金属に対しても強い溶接強度が得られ、溶接時間が
短縮できるようにすることである。 【解決手段】 アンビル２に所定の大きさの挿入孔４を
形成し、ここに調温器６に接続したカートリッジヒータ
ー５を挿入する。このカートリッジヒーター５でアンビ
ル２を強制的に加熱し、この加熱されたアンビル２の熱
を被溶接物３に与えるようにする。このようにすれば、
超音波による振動熱だけでなく、強制的な加熱作用が被
溶接物３に加わる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は超音波溶接装置に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属部品の接合方法の一つとし
て、抵抗溶接とともに超音波溶接が行われている。この
超音波溶接装置の一般的なものは、図５および図６に示
すように、起振ユニットＵの前方に突出するホーン１の
先端に溶接ヘッド１２が下方に突設されており、その先
端が溶接チップ（音極）１１となっている。その溶接チ
ップ１１に対向してアンビル２が設けられており、両者
１１、２の間に被溶接物３を挟んだ状態で加圧するとと
もに、溶接チップ１１に超音波による振動エネルギーを
与えて振動させ、その時の溶接チップ１１と被溶接物３
との間に発生する振動熱（摩擦熱）によって溶接を行っ
ている。超音波溶接は抵抗溶接に比較して接合温度が低
いので母材を痛めにくく、異種金属との接合部にももろ
い生成物がみられず、低コストであるという利点があ
る。
て、抵抗溶接とともに超音波溶接が行われている。この
超音波溶接装置の一般的なものは、図５および図６に示
すように、起振ユニットＵの前方に突出するホーン１の
先端に溶接ヘッド１２が下方に突設されており、その先
端が溶接チップ（音極）１１となっている。その溶接チ
ップ１１に対向してアンビル２が設けられており、両者
１１、２の間に被溶接物３を挟んだ状態で加圧するとと
もに、溶接チップ１１に超音波による振動エネルギーを
与えて振動させ、その時の溶接チップ１１と被溶接物３
との間に発生する振動熱（摩擦熱）によって溶接を行っ
ている。超音波溶接は抵抗溶接に比較して接合温度が低
いので母材を痛めにくく、異種金属との接合部にももろ
い生成物がみられず、低コストであるという利点があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
溶接は、熱の発生が局部的であるため、周囲の温度環境
に左右されて溶融温度が一定せず、接合状態にバラツキ
が生ずるという欠点がある。
溶接は、熱の発生が局部的であるため、周囲の温度環境
に左右されて溶融温度が一定せず、接合状態にバラツキ
が生ずるという欠点がある。
【０００４】また、熱量が小さいので、被溶接物そのも
のの溶接温度が上昇しにくく、大きな溶接強度が得られ
にくいという問題もある。この点に関しては、例えば、
電子部品で使用されているメッキ部品には錫メッキが多
用されているが、錫はその融点が２３２℃であり、周囲
が常温の状態ではこの錫メッキ層が内部の金属を覆って
溶接作用を妨げるので、溶接が困難になる。錫はまだ比
較的融点の低い金属であるが、融点の高い金属同士等の
溶接の場合には、さらに接合強度が得られにくい。
のの溶接温度が上昇しにくく、大きな溶接強度が得られ
にくいという問題もある。この点に関しては、例えば、
電子部品で使用されているメッキ部品には錫メッキが多
用されているが、錫はその融点が２３２℃であり、周囲
が常温の状態ではこの錫メッキ層が内部の金属を覆って
溶接作用を妨げるので、溶接が困難になる。錫はまだ比
較的融点の低い金属であるが、融点の高い金属同士等の
溶接の場合には、さらに接合強度が得られにくい。
【０００５】また、熱量が小さいと、溶接に時間がかか
るということにもなる。
るということにもなる。
【０００６】そこで、この発明の課題は、上述の超音波
溶接装置において、周囲の温度環境によって接合状態に
バラツキが生じることのないように、また、表面にメッ
キが施された金属や、融点の高い金属に対しても接合強
度に優れた溶接物が得られるように、そして、溶接時間
も短縮できるようにすることにある。
溶接装置において、周囲の温度環境によって接合状態に
バラツキが生じることのないように、また、表面にメッ
キが施された金属や、融点の高い金属に対しても接合強
度に優れた溶接物が得られるように、そして、溶接時間
も短縮できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明は、起振ユニット前方に突出するホーン
の先端から下方に突設した溶接ヘッド先端に溶接チップ
を備え、この溶接チップを、アンビル上に置かれた被溶
接物に上方から当接させた状態で、ホーンを介して前記
起振ユニットより超音波振動させて被溶接物を溶接する
超音波溶接装置において、前記被溶接物の周囲に加熱手
段を設けたのである。
に、第１の発明は、起振ユニット前方に突出するホーン
の先端から下方に突設した溶接ヘッド先端に溶接チップ
を備え、この溶接チップを、アンビル上に置かれた被溶
接物に上方から当接させた状態で、ホーンを介して前記
起振ユニットより超音波振動させて被溶接物を溶接する
超音波溶接装置において、前記被溶接物の周囲に加熱手
段を設けたのである。
【０００８】第２の発明は、第１の発明における上記加
熱手段を溶接ヘッドに設けたのである。
熱手段を溶接ヘッドに設けたのである。
【０００９】第３の発明は、第１の発明における上記加
熱手段をアンビルに設けたのである。
熱手段をアンビルに設けたのである。
【００１０】第４の発明は、第１の発明における上記加
熱手段をアンビルと溶接ヘッドの両方に設けたのであ
る。
熱手段をアンビルと溶接ヘッドの両方に設けたのであ
る。
【００１１】第５の発明は、第１の発明から第４の発明
のいずれか一つに記載の上記加熱手段をカートリッジヒ
ーターにしたのである。
のいずれか一つに記載の上記加熱手段をカートリッジヒ
ーターにしたのである。
【００１２】以上のようにすることにより、超音波によ
る振動熱だけでなく、上記した強制的な加熱作用が被溶
接物に加わるので、周囲の温度環境に左右されずに被溶
接物が十分に加熱される。
る振動熱だけでなく、上記した強制的な加熱作用が被溶
接物に加わるので、周囲の温度環境に左右されずに被溶
接物が十分に加熱される。
【００１３】従って、例えば、メッキが被溶接金属表面
に施されている場合でも、メッキ金属が十分な熱により
軟化あるいは溶融し、加圧力により溶接界面からメッキ
金属が押し出されるので、接合部においては、被溶接金
属の地肌が露出し、この部分に溶接作用が加えられる。
に施されている場合でも、メッキ金属が十分な熱により
軟化あるいは溶融し、加圧力により溶接界面からメッキ
金属が押し出されるので、接合部においては、被溶接金
属の地肌が露出し、この部分に溶接作用が加えられる。
【００１４】第６の発明は、上記第３の発明から第５の
発明のいずれか一つに記載のアンビルに挿入孔を形成
し、その挿入孔にカートリッジヒーターを挿入したので
ある。
発明のいずれか一つに記載のアンビルに挿入孔を形成
し、その挿入孔にカートリッジヒーターを挿入したので
ある。
【００１５】こうすると、カートリッジヒーターの取り
替えが簡単に行える。
替えが簡単に行える。
【００１６】第７の発明は、上記第１の発明から第６の
発明のいずれか一つに記載の被溶接物を錫メッキが施さ
れた金属としたのである。
発明のいずれか一つに記載の被溶接物を錫メッキが施さ
れた金属としたのである。
【００１７】
【実施の形態】図１にこの発明の第１の実施形態を示
し、従来例と同一部分については同一符号を付して説明
を省略する。この実施形態では、同図に示すように、図
６に示した前述の超音波溶接装置１０のアンビル２に所
定の大きさの挿入孔４を設け、この挿入孔４にカートリ
ッジヒーター５を挿入し、このカートリッジヒーター５
でアンビル２を強制的に加熱できるようにし、この加熱
されたアンビル２の熱を被溶接物３に与えるようにして
いる。
し、従来例と同一部分については同一符号を付して説明
を省略する。この実施形態では、同図に示すように、図
６に示した前述の超音波溶接装置１０のアンビル２に所
定の大きさの挿入孔４を設け、この挿入孔４にカートリ
ッジヒーター５を挿入し、このカートリッジヒーター５
でアンビル２を強制的に加熱できるようにし、この加熱
されたアンビル２の熱を被溶接物３に与えるようにして
いる。
【００１８】また、カートリッジヒーター５には調温器
６を接続し、アンビル２の加熱温度を任意に設定できる
ようにしている。
６を接続し、アンビル２の加熱温度を任意に設定できる
ようにしている。
【００１９】被溶接物３として幅１０mm、長さ５０mm、
暑さ０．２５mmの黄銅板と、同じ形状でそれに１μｍの
錫メッキを施した黄銅板を作成した。
暑さ０．２５mmの黄銅板と、同じ形状でそれに１μｍの
錫メッキを施した黄銅板を作成した。
【００２０】この実施形態の超音波溶接装置で接合した
黄銅板に対し、図２に示すような矢印の方向に荷重を加
え、黄銅板３の剥離強度を試験した。Ｄは固定用治具で
ある。剥離強度は黄銅板３が剥がれる際の限界荷重で示
す。その結果を、カートリッジヒーター５を設けた場合
と、設けない場合、およびそれぞれについて、錫メッキ
を施したものと施さないものについて標準偏差σととも
に表１に示す。この実施形態では加熱温度を２５０℃と
した。また、各条件とも、それぞれ５０回の試験を行っ
た。
黄銅板に対し、図２に示すような矢印の方向に荷重を加
え、黄銅板３の剥離強度を試験した。Ｄは固定用治具で
ある。剥離強度は黄銅板３が剥がれる際の限界荷重で示
す。その結果を、カートリッジヒーター５を設けた場合
と、設けない場合、およびそれぞれについて、錫メッキ
を施したものと施さないものについて標準偏差σととも
に表１に示す。この実施形態では加熱温度を２５０℃と
した。また、各条件とも、それぞれ５０回の試験を行っ
た。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から明らかなように、常温では、錫メ
ッキを施したものは剥離強度が０．６ｋｇｆしかない
が、カートリッジヒーター５で加熱しながら溶接する
と、錫メッキを施したものでも施さないものでもそれぞ
れ６．０ｋｇｆの剥離強度を示し、メッキの有無にかか
わらず大きな剥離強度が得られることが確認された。
ッキを施したものは剥離強度が０．６ｋｇｆしかない
が、カートリッジヒーター５で加熱しながら溶接する
と、錫メッキを施したものでも施さないものでもそれぞ
れ６．０ｋｇｆの剥離強度を示し、メッキの有無にかか
わらず大きな剥離強度が得られることが確認された。
【００２３】また、各条件下の標準偏差σについても、
カートリッジヒーター５で加熱しながら溶接した場合に
は、錫メッキが施されていないものの場合にはσ＝０．
１６、錫メッキが施されたものでもσ＝０．１１であ
り、常温下で錫メッキを施したものを溶接した場合にσ
＝０．５４であるのに比べてバラツキが小さく、安定し
た結果が得られている。
カートリッジヒーター５で加熱しながら溶接した場合に
は、錫メッキが施されていないものの場合にはσ＝０．
１６、錫メッキが施されたものでもσ＝０．１１であ
り、常温下で錫メッキを施したものを溶接した場合にσ
＝０．５４であるのに比べてバラツキが小さく、安定し
た結果が得られている。
【００２４】このように、この実施形態の超音波溶接装
置で行った溶接で大きな剥離強度が得られるのは、超音
波による振動熱だけでなく、上記した強制的な加熱作用
が被溶接物３に加わるので、被溶接物３が十分に加熱さ
れるからである。
置で行った溶接で大きな剥離強度が得られるのは、超音
波による振動熱だけでなく、上記した強制的な加熱作用
が被溶接物３に加わるので、被溶接物３が十分に加熱さ
れるからである。
【００２５】また、十分に加熱されるので、周囲の温度
環境に左右されることなく温度が一定に保たれ、接合状
態のバラツキの少ない安定した結果を得ることができ
る。
環境に左右されることなく温度が一定に保たれ、接合状
態のバラツキの少ない安定した結果を得ることができ
る。
【００２６】そして、この実施形態のように、錫メッキ
が被溶接金属表面に施されている場合でも、十分に加熱
されることにより、錫が軟化あるいは溶融し、加圧力に
より溶接界面から錫が押し出されるので、接合部におい
ては被溶接金属の地肌が露出し、この部分に溶接作用が
加えられる。従って、溶接作用が効果的に作用し、剥離
強度の大きな溶接物を得ることができる。
が被溶接金属表面に施されている場合でも、十分に加熱
されることにより、錫が軟化あるいは溶融し、加圧力に
より溶接界面から錫が押し出されるので、接合部におい
ては被溶接金属の地肌が露出し、この部分に溶接作用が
加えられる。従って、溶接作用が効果的に作用し、剥離
強度の大きな溶接物を得ることができる。
【００２７】また、十分に加熱されるということは、溶
接時間が短縮されることにもなる。
接時間が短縮されることにもなる。
【００２８】この実施形態の超音波溶接装置によれば、
従来の振動熱のみの方法では良好な溶接結果が得られな
かったバスバーの溶接、電線同士、電線と端子の間の溶
接も効果的に行えるようになった。
従来の振動熱のみの方法では良好な溶接結果が得られな
かったバスバーの溶接、電線同士、電線と端子の間の溶
接も効果的に行えるようになった。
【００２９】なお、アンビル２の挿入孔４を接合点に近
い位置に設け、カートリッジヒーター５から被溶接物３
への熱の伝達を効率良く行うようにすることが好まし
い。
い位置に設け、カートリッジヒーター５から被溶接物３
への熱の伝達を効率良く行うようにすることが好まし
い。
【００３０】この実施形態では、カートリッジヒーター
５を挿入式にしてアンビル２に取り付けたので、例え
ば、ネジ止め等にした場合に比べ、取り外しが容易であ
るという利点がある。
５を挿入式にしてアンビル２に取り付けたので、例え
ば、ネジ止め等にした場合に比べ、取り外しが容易であ
るという利点がある。
【００３１】また、同様の態様で複数のカートリッジヒ
ーター５を設けて加熱容量を増大させ、さらに溶接時間
の短縮を図ることができる。
ーター５を設けて加熱容量を増大させ、さらに溶接時間
の短縮を図ることができる。
【００３２】さらにまた、他の実施形態として、図３に
示すように、カートリッジヒーター５を溶接ヘッド１２
に設けたり、図４に示すように、溶接ヘッド１２とアン
ビル２の両方にカートリッジヒーター５を設けたりして
もよい。
示すように、カートリッジヒーター５を溶接ヘッド１２
に設けたり、図４に示すように、溶接ヘッド１２とアン
ビル２の両方にカートリッジヒーター５を設けたりして
もよい。
【００３３】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、超音波による振動熱だけでなく、強制的な加熱作用
により、被溶接物が十分に、かつ一定に加熱されるの
で、周囲の温度環境に左右されることなく、接合状態の
バラツキの少ない溶接物が得られ、融点の高い金属につ
いても、剥離強度に優れた溶接物を得ることができる。
ば、超音波による振動熱だけでなく、強制的な加熱作用
により、被溶接物が十分に、かつ一定に加熱されるの
で、周囲の温度環境に左右されることなく、接合状態の
バラツキの少ない溶接物が得られ、融点の高い金属につ
いても、剥離強度に優れた溶接物を得ることができる。
【００３４】また、表面にメッキの施されているものに
ついても、剥離強度に優れた溶接物を得ることができ
る。
ついても、剥離強度に優れた溶接物を得ることができ
る。
【００３５】そして、十分に加熱されるので、溶接時間
も短縮できるという効果がある。
も短縮できるという効果がある。
【図１】第１の実施形態を示す図
【図２】溶接物の強度試験を示す模式図
【図３】他の実施形態を示す図
【図４】他の実施形態を示す図
【図５】従来例を示す斜視図
【図６】従来例の要部を示す図
１ ホーン ２ アンビル ３ 被溶接物（黄銅板） ４ 挿入孔 ５ カートリッジヒーター ６ 調温器 １０ 超音波溶接装置 １１ 溶接チップ １２ 溶接ヘッド
Claims (7)
- 【請求項１】 起振ユニット前方に突出するホーンの先
端から下方に突設した溶接ヘッド先端に溶接チップを備
え、この溶接チップを、アンビル上に置かれた被溶接物
に上方から当接させた状態で、ホーンを介して前記起振
ユニットより超音波振動させて被溶接物を溶接する超音
波溶接装置において、 上記被溶接物の周囲に加熱手段を設けたことを特徴とす
る超音波溶接装置。 - 【請求項２】 上記加熱手段を溶接ヘッドに設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。 - 【請求項３】 上記加熱手段をアンビルに設けたことを
特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。 - 【請求項４】 上記加熱手段をアンビルと溶接ヘッドの
両方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波
溶接装置。 - 【請求項５】 上記加熱手段がカートリッジヒーターで
あることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに
記載の超音波溶接装置。 - 【請求項６】 上記アンビルに挿入孔を形成し、その挿
入孔にカートリッジヒーターを挿入したことを特徴とす
る請求項３から５のいずれか一つに記載の超音波溶接装
置。 - 【請求項７】 上記被溶接物が錫メッキを施された金属
であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つ
に記載の超音波溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31796295A JPH09168876A (ja) | 1995-10-20 | 1995-12-06 | 超音波溶接装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27242695 | 1995-10-20 | ||
| JP7-272426 | 1995-10-20 | ||
| JP31796295A JPH09168876A (ja) | 1995-10-20 | 1995-12-06 | 超音波溶接装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09168876A true JPH09168876A (ja) | 1997-06-30 |
Family
ID=26550189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31796295A Pending JPH09168876A (ja) | 1995-10-20 | 1995-12-06 | 超音波溶接装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09168876A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014103807A1 (ja) * | 2012-12-26 | 2014-07-03 | 矢崎総業株式会社 | 超音波接合装置 |
| CN109079361A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-25 | 中国化学工程第六建设有限公司 | 不锈钢管道免氩气焊接工艺 |
-
1995
- 1995-12-06 JP JP31796295A patent/JPH09168876A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014103807A1 (ja) * | 2012-12-26 | 2014-07-03 | 矢崎総業株式会社 | 超音波接合装置 |
| CN109079361A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-25 | 中国化学工程第六建设有限公司 | 不锈钢管道免氩气焊接工艺 |
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