KR100342113B1 - 초음파접합장치및공진기 - Google Patents

Abstract

공진기를 양단 지지상태로 가로놓기 또는 세로놓기로 설치한 초음파 접합장치 및 그것에 사용하는 공진기를 제공한다.

전후 좌우로 개방된 작업공간(2)내의 하부에 정지상태로 배치된 받이대(13)에 피접합부분(Wa)을 탑재하고, 윗쪽으로 부터 공진기(7)를 가압기구(3)로 하강시켜 접합작용부(11)와 받이대(13)로 피접합부분(Wa)을 정지한채로 적절히 가압지지하여 종파의 초음파 진동의 에너지로 접합한다.

공진기(7)는 접합작용부(11)를 가진 초음파 호온과 지지부를 가진 2개의 부우스터를 나사로 동축상태에서 일체로 결합하여 각 부분마다 교환하기 쉽게하고 있다. 또, 공진기를 장치본체의 앞면에 양단 지지상태로 세로로 놓인 상태로 배치할 수도 있다.

Description

초음파 접합장치 및 공진기{ULTRASONIC BONDING MACHINE AND RESONATOR THEREOF}

본 발명은 복수의 피접합부재의 서로 겹쳐진 피접합부분을 소정 주파수를 가진 종파의 초음파 진동으로 접합하는 초음파 접합장치에 관한 것이다.

제 14 도는 일본국 특허공 소 54-23349 호 공보 및 미국 USP 3,752,380호 공보에 개시된 초음파 접합장치를 도시한 측면도이다. 이 제 14 도에 있어서, 기대(200)는 그 중앙에 가압기구를 구성하는 유압잭과 같은 유압실린더(201)를 기지고 있다. 이 유압실린더(201)의 기대(200)의 윗면에서 윗쪽으로 돌출하는 피스톤로드(202)의 윗면에는 복수의 피접합재(W1, W2)의 서로 겹처진 피접합부분(Wa)을 탑재하기 위한 받침대(203)를 일체로 설치하고 있다. 진동자(204)는 도시하지 않은초음파 발생기로 부터 전선(205)을 통하여 받을 전기적인 에너지에 의하여 소정 주파수를 가진 종파의 초음파 진동을 발생하여 출력하는, 이른바 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 압전소자 또는 자왜 자기변형 소자(magnetostrictor)등으로 된 전기음향 변환기 또는 전기진동 변환기이다. 이 진동자(204)의 출력단(206)에는 막대기 형상의 공진기(207)를 동축상에 기계적으로 일체로 결합하고 있다.

공진기(207)의 중앙에 위치하는 최대 진동진폭점에는 접합작용부(208)를 공진기(207)의 외주면으로 부터 직경방향 바깥쪽으로 돌출한 상태로 설치하고 있다. 공진기(207)의 양쪽의 2 개의 최대 진동진폭점에는 지지부재(209, 210)의 일단을 개별적으로 결합하고 있다. 이들 지지부재(209, 210)의 타단은 기대(200)의 좌우양측면에 결합되어 있다. 이 지지부재(209, 210)에 의한 공진기(207)와 기대(200)와의 결합관계에 의하며 접합작용부(208)의 하면과 받침대(203)의 윗면이 진동자(204)로 부터 공진기(207)로의 초음파 진동의 전달방향과 직교하는 방향에서 서로 대향하는 상태로 배치되어 있다.

따라서, 진동자(204)를 포함한 공진기(207)가 2 개의 지지부재(209, 210)에 의하여 기대(200)의 윗쪽에 소정간격으로 병렬로 설치되어 있기 때문에, 유압실린더(201)의 피스톤로드(202)가 하강한도 위치에 정지한 상태에서 받침대(203)의 윗면에 피접합부분(Wa)을 탑재하고, 피스톤로드(202)를 신장동작하여 상승한도 위치에 정지하면, 이 피스톤로드(202)가 하강 한도 위치로 부터 상승한도 위치에 정지하는 과정에 있어서, 받침대(203)의 윗면에 탑재된 피접합부분(Wa)의 윗면이 접합작용부(208)의 하면에 압압되어 접촉함과 동시에, 피접합부분(Wa)의 하면이반침대(203)의 윗면에 압압되어 접촉하고, 피접합부분(Wa)이 받침대(203)와 접합작용부(208)에서 그들의 사이에 가압된 상태로 유지된다.

이 가압유지후, 또는 가압유지 이전중의 어느 하나에 있어서, 도시하지 않은 초음파 발진기로 부터 진동자(204)에 전기적인 에너지를 공급하여 진동자(204)에 초음파 진동을 발생시킨다. 이 진동자(204)에서 발생된 초음파 진동은 상기 피접합부분(Wa)의 가압유지상태 하에서, 공진기(207)를 경유하여 접합작용부(208)에 전달하여 접합작용부(208)를 유압실린더(201)에 의한 가압방향과 직교하는 방향으로 진동하고, 시간의 경과에 따라 피접합부분(Wa)의 겹쳐진 면 사이에, 예를 들면 미국 USP 2,946,119호에 개시되어 있는 바와 같은 비용해 접합을 가져온다.

[발명이 해결하려 하는 과제]

상기 종래의 초음파 접합장치는 공진기(207)를 따로따로 형성된 지지부재(209, 210)로 기대(200)에 부착하고 있기 때문에, 공진기(207)를 별도의 공진기와 교환하는 경우, 지지부재(210)와 공진기(207)와의 체결을 해제함과 동시에 지지부재(210)를 기대(200)로 부터 떼내거나, 또는 지지부재(210)은 상단을 제 14 도의 지면 바로 앞쪽 또는 저쪽으로 퇴피시키고, 또한 지지부재(209)와 공진기(207)와의 체결을 해제하여 공진기(207)를 기대(200)로부터 떼낼 필요가 있어서, 공진기의 교환이 번잡하였다. 또, 받침대(203)를 유압실린더(201)로 상승시켜 피접합부분(Wa)을 가압유지하기 때문에, 피접합부분(Wa)이 상승중에 옆으로 어긋난채로 접합작용부(208)와의 사이에 유지되는 문제점이 내재하고 있다.

제 1 도는 공진기를 가로 놓인 상태로한 초음파 접합장치를 도시한 사시도,제 2도는 제 1도의 A-A선에 따른 단면도이다. 이들 제 1도 및 제 2도에 있어서, 장치본체(1)는 그 앞쪽 하부에 있어서, 앞쪽 및 좌우로 개방된 작업 공간(2)을 형성하고 있고, 이 작업공간(2)의 상부를 구획한 장치본체(1)의 윗부분의 내부에는 가압기구로서의 에어실린더(3)를 장착하고 있다. 에어 실린더(3)의 아래쪽에 돌출한 피스톤로드(4)의 하단에는 지지부재(5)가 연결부재(6)(제 2 도 참조)를 통하여 장착되어 있다.

지지부재(5)는 작업중간(2)의 윗쪽내부에 양호한 음향특성을 가진 티탄 등의 합금으로 된 막대기 형상의 공진기(7)를 양단지지의 가로놓인 상태로 지지하고 있고, 공진기(7)의 일단에는 초음파 발진기(8)(제 2 도 참조)로 부터 전선(9)(제 2 도 참조)을 통하여 받은 전기적인 에너지에 의하여 소정 주파수를 가진 종파의 초음파 진동을 발생하여 출력하는 전기진동 변환기로서의 진동자(10)의 출력단을 동축상태에서 기계적으로 일체로 결합하고 있다. 공진기(7)는 축방향의 중앙에 일체로 돌출된 상태로 설치된 접합작용부(11)를 가짐과 동시에 진동자(10)로 부터 전달된 초음파 진동과 소정의 주파수로 공진한다.

또, 작업공간(2)의 배부(背部)를 구획한 장치본체(1)의 아래부분은 초음파 접합장치를, 예를 들면 제조라인 등에 조립하기 위한 베이스를 구성하는 정반(12)치 위에 설치되어 있고, 이 작업공간(2)의 하부에 구획한 정반(12)의 윗면에는 복수의 피접합부재(W1, W2)의 서로 겹쳐진 피접합부분(Wa)을 탑재하기 위한 받침대(13)를 설치하고 있다. 받침대(13)는 피스톤로드(4)및 접합작용부(11)와 상하방향에서 동축상태로 되어 작업공간(2)의 내부의 하부에 배치되어 있고,받침대(13)의 윗면은 피스톤로드(4)의 상승한도위치에 정지한 상태에서는 접합작용부(11)의 하면과 상하로 소정간격을 가지고 평행으로 대치하고 있다.

또, 제 2 도에 도시한 바와 같이, 에어실린더(3)의 양쪽에서, 장치본체(1)의 내부에는 좌우 1 쌍의 스프링 시이트(14)를 가지며, 이들 스프링 시이트(14)에는 코일 스프링과 같은 탄성부재(15)의 일단을 고정시키고 있으며, 이들 탄성부재(15)의 타단은 지지부재(5)에 고정시키고 있다. 이들 탄성부재(15)는 지지부재(5)에 상향의 탄성력을 주는 것으로서, 특히 에어실린더(3)에 도시하지 않은 압력공기 공급회로로 부터 상승작동용의 압력공기가 미공급상태인 경우에, 상기 탄성력에 의하여 지지부재(5)의 자중 낙하를 방지하고, 지지부재(5)를 상승한도 위치에 지지한다.

또, 종래의 초음파 접합장치는 받침대(203)를 상승시켜 피접합부분(Wa)을 가압유지하기 때문에, 피접합부분(Wa)이 상승중에 옆으로 어긋난채 접합작용부(208)와의 사이에 유지되는 문제점이 내재하고 있다.

그 문제점을 해소하고자, 받침대(203)를 정지한 상태로 설치하고, 공진기(207)를 가로놓인 상태로서 승강구동하는 것도 생각할 수 있지만, 이것을 제조 라인에 조립하는 경우, 접합공정의 앞공정과 후공정과의 관계, 또는 피접합 부재(W)의 형상과의 관계 등 때문에, 공진기(207)와 받침대(203)가 배치 되는 작업공간을 상하방향으로 넓게해야 하는 문제가 있고, 작업공간을 상하방향으로 넓게한 경우에는 공진기(207)를 승강구동하기 위한 가압기구(201)를 격납하는 장치부분의 높이가 높아져서, 장치전체의 소형화 및 경량화 뿐만아니라 에너지 절약화에 역행하게 되어 즉시 채용하기 어려운 것이다.

그래서, 본 발명의 제 1 의 목적은 공진기의 교환이 용이하고, 피접합부분을 적절히 지지하여, 신뢰성를 향상시킬 수 있는 초음파 접합장치, 또 접합작용부의 마모에 대한 교환성, 피접합부재의 물리적성질에 적합시키는 호환성, 제작불량에 대한 제작용이성 등, 실용성이 높은 공진기를 제공하려고 하는 것이다.

제 1 도는 공진기를 가로놓인 상태로 한 초음파 접합장치를 도시한 사시도, 제 2도는 제 1도의 A-A선에 따른 단면도이다. 이들 제 1도 및 제 2 도에 있어서, 장치본체(1)는 그 앞쪽 하부에 있어서 앞쪽 및 좌우로 개방된 작업공간(2)을 형성하고 있고, 이 작업공간(2)의 상부를 구획한 장치본체(1)의 윗부분의 내부에는 가압기구로서의 에어실린더(3)를 장착하고 있다. 에어실린더(3)의 아래쪽에 돌출하는 피스톤로드(4)의 하단에는 지지부재(5)가 연결부재(6)(제 2 도 참조)를 통하여 장착되어 있다.

지지부재(5)는 작업공간(2)의 윗쪽내부에 양호한 음향특성을 가진 티탄 등의 합금으로 된 막대기 형상의 공진기(7)를 양단지지의 가로놓인 상태로 지지 하고 있고, 공진기(7)의 일단에는 초음파 발진기(8)(제 2 도 참조)로 부터 전선(9)(제 2 도 참조)을 통하여 받은 전기적인 에너지에 의하여 소정 주파수를 가진 종파의 초음파 진동을 발생하여 출력하는 전기진동 변환기로서의 진동자(10)의 출력단을 동축상태에서 기계적으로 일체로 결합하고 있다. 공진기(7)는 축방향의 중앙에 일체로 돌출된 상태로 설치된 접합작용부(11)를 가짐과 동시에, 진동자(10)로 부터 전달된 초음파 진동과 소정의 주파수로 공진한다.

또, 작업공간(2)의 배부를 구획한 장치본체(1)의 아래부분은 초음파 접합장치를 예를 들면 제조라인 등에 조립하기 위한 베이스를 구성하는 정반(12)위에 설치되어 있고, 이 작업공간(2)의 하부를 구획한 정반(12)의 윗면에는 복수 피접합부재(W1, W2)의 서로 겹쳐 맞추에진 피접합부분(Wa)을 탑재하기 위한 받침대(13)를 설치하고 있다. 받침대(13)는 피스톤로드(4)및 접합작용부(11)와 상하방향에서 동축상태로 되어 작업공간(2)의 내부의 하부에 배치되어 있고, 받침대(13)의 윗면은 피스톤로드(4)의 상승한도 위치에 정지한 상태에서는 접합작용부(11)의 하면과 상하에 소정간격을 가지고 평행으로 대치하고 있다.

또, 제 2 도에 도시한 바와 같이 에어실린더(3)의 양쪽에 있어서, 장치본체(1)의 내부에는 좌우 한쌍의 스프링 시이트(14)를 가지며, 이들의 스프링 시이트(14)에는 코일 스프링과 같은 탄성부재(15)의 일단을 고정시키고 있고, 이들 탄성부재(15)의 타단은 지지부재(5)에 고정시키고 있다. 이들 탄성 부재(15)는 지지부재(5)에 상향의 탄성력을 주는 것으로서, 특히 에어실린더(3)에 도시하지 않은 압력공기 공급회로로부터 상승작동용의 압력공기가 미공급 상태인 경우에 상기 탄성력에 의하여 지지부재(5)의 자중낙하를 방지하고, 지지부재(5)를 상승한도 위치에 지지한다.

본 발명의 제 2 의 목적은 공진기를 장치본체의 앞면에 가로놓인 상태로 배치한 초음파 접합장치를 제공하려는 것이다.

청구항 1 의 발명은 장치본체가 앞쪽 및 좌우로 개방된 작업공간을 형성하고, 이 작업공간의 하부에 받침대를 배치하며, 이 작업공간의 상부를 구획하는 장치 본체의 윗부분의 내부에 가압기구를 장착하여, 이 가압기구의 출력단에 지지 부재를 부착하고, 이 지지부재로 공진기를 받침대보다 윗쪽의 작업공간내에 접합 작용부의 양쪽에서 지지부를 통하여 양단지지한 가로놓인 상태로 지지하고, 이 공진기를 가압기구에서 받침대 위에 탑재된 피접합부재의 서로겹쳐 맞추어진 피접합부분에 접근하는 방향으로 소정거리 하강함으로써 받침대와 공진기의 접합 작용부에서 그들 사이에 상기 피접합부분을 가압한 상태로 지지하고, 진동자로부터 공진기의 접합작용부에 초음파 진동을 전달함으로써 피접합부틀의 겹쳐 맞추는 면 사이를 접합하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 1 의 구성에 의하면, 공진기를 교환하는 경우 지지부재를 상승한도 위치에 정지시킴으로써, 공진기가 작업공간내의 상부에 가로놓인 상태로 지지된 상태가 되기 때문에, 공진기를 작업공간의 옆방향에서 쉽게 교환할 수 있다. 또, 작업공간내의 하부에 배치된 받침대에 피접합부분을 탑재하고, 그 윗쪽으로 부터 공진기를 가압기구로 하강동작하여, 접합작용부와 받침대에서 피접합부분을 정지상태인채로 적절히 가압지지하여 종파의 초음파 진동의 에너지로 접합할 수 있다.

제 1 도는 공진기를 가로 놓인 상태로 한 초음과 접합장치를 도시한 사시도, 제 2도는 제 1도의 A-A선에 따른 단면도이다. 이들 제 1 도 및 제 2도에 있어서, 장치본체(1)는 그 앞쪽하부에 있어서, 앞쪽 및 좌우로 개방된 작업공간(2)을 형성하고 있고, 이 작업공간(2)의 상부를 구획한 장치본체(1)의 윗부분의 내부에는 가압기구로서의 에어실린더(3)를 장착하고 있다. 에어실린더(3)의 아래쪽에 돌출하는 피스톤로드(4)의 하단에는 지지부재(5)가 연결부재(6)(제 2 도 참조)를 통하여 장착되고 있다.

지지부재(5)는 작업공간(2)의 윗쪽내부에 양호한 음향특성을 가진 티탄 등의 합금으로된 막대기 형상의 공진기(7)를 양단지지의 가로놓인 상태로 지지 하고 있고, 공진기(7)의 일단에는 초음파 발진기(8)(제 2 도 참조)로 부터 전선(9)(제 2 도 참조)을 통하여 받은 전기적인 에너지에 의하여 소정 주파수를 가진 종파의 초음파 진동을 발생하여 출력하는 전기진동 변환기로서의 진동자(10)의 출력단을 동축상태에서 기계적으로 일체로 결합하고 있다. 공진기(7)는 축방향의 중앙에 일체로 돌출된 상태로 설치된 접합작용부(11)를 가짐과 동시에, 진동자(10)로 부터 전달된 초음파 진동과 소정의 주파수로 공진한다.

또, 작업공간(2)의 배부를 구획한 장치본체(1)의 아래부분은 초음파 접합 장치를 예를 들면 제조라인 등에 조립하기 위한 베이스를 구성하는 정반(12)위에 설치되어 있고, 이 작업공간(2)의 하부를 구획한 정반(12)의 윗면에는 복수의 피접찹부재(W1, W2)의 서로 겹쳐 맞추어진 피접합부분(Wa)을 탑재하기 위한 받침대(13)를 설치하고 있다. 받침대(13)는 피스톤로드(14)및 접합 작용부(11)와 상하방향에서 동축상태로되어 작업공간(2)의 내부의 하부에 배치되어 있고, 받침대(13)의 윗면은 피스톤로드(4)의 상승한도 위치에 정지한 상태에서는 접합작용부(11)의 하면과 상하에 소정간격을 가지고 평행으로 대치하고 있다.

또, 제 2 도에 도시한 바와 같이, 에어실린더(3)의 양쪽에 있어서, 장치 본체(1)의 내에는 좌우 한쌍의 스프링 시이트(14)를 가지며, 이들의 스프링 시이트(14)에는 코일 스프링과 같은 탄성부재(15)의 일단을 고정시키고 있고, 이들 탄성부재(15)의 타단은 지지부재(5)에 고정시키고 있다. 이들 탄성 부재(15)는 지지부재(5)에 상향의 탄성력을 주는 것으로서, 특히 에어실린더(3)에 도시하지 않은 압력공기 공급회로로 부터 상승작동용의 압력공기가 미공급 상태인 경우에 상기 탄성력에 의하여 지지부재(5)의 자중낙하를 방지하고, 지지부재(5)를 상승한도 위치에 지지한다.

제 3 도는 상기 진동자와 공진기와 초음파 진동과 응력과의 위치관계를 도시한 모식도이다. 이 제 3 도에 있어서, 공진기(7)는 진동자(10)로 부터 종파로써 전달된 초음파 진동에 공진하여 5 개의 최대 진동진폭점(f1, f3, f5, f7, f9)과 이들의 최대 진동진폭점(f1∼f9)의 각각의 사이의 2 등분 위치의 4개의 최소 진동진폭점(f2, f4, f6, f8)을 제공하는 길이로 형성되어 있다. 즉, 공진기(7)의 전길이는 공진 주파수의 2 파장분의 치수로 설정되어 있다. 이 공진기(7)가 발생하는 초음파 진동의 순간적인 변위로서는 실선으로 그린 파형으로 표시하고 있다. 이 초음파 진동의 변위에 따라 공진기(7)의 내부에 발생하는 응력의 변위는 점선으로 그린 파형으로 표시하고 있다. 이들의 응력의 변위와 초음파 진동의 변위와의 관계에 있어서, 최대 진동진폭점(f1∼f9)이 최소 응력점이 되고, 최소 진동진폭점(f2∼f8)이 최대 응력점이 되는 것은 초음파 이론에서 이미 해명되어 있다.

본 실시형태의 경우, 공진기(7)는 진동자(10)로 부터 공진기(7)로의 초음파 진동의 전달방향의 중앙에 위치하는 최대 진동진폭점(f5)에 접합작용부(11)를 가지고 있다. 이 접합작용부(11)의 하면(11a)은 피접합부분(Wa)익 접촉유지를 좋게 하기 위하여 피접합부재(W1)의 소재에 맞추어 그물눈, 세로홈, 가로홈 또는 평활 등의 면성상(面性狀)으로 형성되어 있기 때문에, 피접합부분(Wa)을 받침대(13)와의공동으로 가압(압압)할때, 피접합부분(Wa)의 겹쳐진 위치가 옆으로 어긋나는 일없이 적절히 견지된다. 상기 공진기(7)는 최대 진동진폭점(f5)으로 부터 진동자(10)에 가장 가까운 부분에 위치하는 최소 진동진폭점(f2)에 지지용 돌기(16)를 가지며, 최대 진동진폭점(f5)으로 부터 진동자(10)에 가장 가까운 부분에 위치하는 최소 진동진폭점(f8)에 지지용 돌기(17)를 가지고 있다.

또, 공진기(7)는 중앙부의 초음파 호온(18)과 그 양쪽에 동축 상태에서 기계적으로 일체로 결합된 2개의 부우스터(19, 20)로 구성되어 있다, 이 초음파 호온(18)은 최대 진동진폭점(f3)으로 부터 최대 진동진폭점(f7)까지의 1 파장분의 길이를 가지며, 초음파 호온(18)의 중앙부에는 접합작용부(11)가 최대 진동진폭점(f5)에 위치하여 초음파 호온(18)의 외주면으로 부터 직경방향 바깥쪽으로 돌출하면서 동축상태에서 일체로 설치되어 있다. 상기 2 개의 부우스터(19, 20)중의 한쪽의 부우스터(19)는 최대 진동진폭점(f1)으로 부터 최대 진동진폭점(f3)까지의 1/2 파장분의 길이를 가지며, 다른쪽의 부우스터(20)는 최대 진동진폭점(f7)으로 부터 최대 진동진폭점(f9)까지의 1/2파장분의 길이를 가지고 있다. 이들 부우스터(19, 20)의 초음파 호온(18)과의 결합면(21, 22)의 각각은 최대 진동진폭점(f3, f7)에 위치하고 있다. 이들 부우스터(19, 20)의 중앙부 각각에는 지지용 돌기(16, 17)가 최소 진동진폭점(f2, f8)에 위치하여 부우스터(19, 20)의 외주면으로 부터 직경방향 바깥쪽으로 돌출하면서 동축상태에서 일체로 설치되어 있다.

청구항 2 의 발명은 장치본체의 내부에 설치한 가압기구의 승강구동에 의하여 복수의 피접합부재의 서로겹쳐 맞추어진 피접합부분을 공진기의 피접합작용부와 받침대로 가압지지함과 동시에, 진동자로 부터 공진기에 초음파 진동을 전달함으로써 피접합부분을 접합하는 한편, 공진기의 진동자로 부터 전달된 초음파 진동의 최소 진동진폭점에 십자형의 진동변환부를 일체로 형성하고, 이 진동 변환부의 십자형의 가로방향 단부에 접합작용부를 일체로 설치함과 동시에, 이 공진기를 그 지지부를 통하여 지지재로 양단지지한 상태로 장치본체의 앞면에 세로 놓기로 배치하고, 이 장치본체의 앞면에 복수의 승강 가이드 부재를 좌우 방향으로 소정간격을 가지고 평행으로 되는 상태로 배치하며, 이들 승강 가이드 부재에 미끄럼 접촉 걸어 맞추어지는 피가이드 부재를 지지부재의 배면에 설치한것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 2 의 구성에 의하면, 공진기를 장치본체의 엎면에서 가압기구의 승강방향과 평행한 세로로놓인 상태로 배치함으로써, 장치본체의 소형화·경량화 및 에너지 절약화를 꾀할 수 있다. 또, 가압지지시에 호울더가 받는 반력을 장치본체의 앞벽이 가이드 기구를 통하여 부담함으로써, 접합작용부의 하면과 받칟대의 윗면과의 평행도를 확보하여, 피접합부분의 접합강도를 안정시킬 수 있다.

청구항 3 의 발명은 초음파 접합장치에 사용되는 공진기로서, 접합작용부를 가진 초음파 호온의 양단에 지지부를 가진 2 개의 부우스터를 동축상태로 일체로 나사로 통하여 결합한 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 3 의 구성에 의하면, 초음파 호온의 접합작용부가 마모되었을 때에는, 공진기의 전부를 교체하지 않고 초음파 호온만을 교체하고, 여러가지 초음파호온 중에서 피접합 부재의 재질이나 피접합부분의 면적이나 두께 등에 의한 물리적 성질에 최적의 초음파 호온을 선택하여 사용하고, 초음파 호온이나 부우스터를 제조하는 과정에서 설계도와 다른 치수가 된 경우라도 그 부품만을 다시 제조할 수 있다.

제 1 도는 공진기를 가로놓인 상태로 한 초음파 접합장치를 도시한 사시도, 제 2도는 제 1도의 A-A선에 따른 단면도이다. 이들 제 1도 및 제 2 도에 있어서, 장치본체(1)는 그 앞쪽 하부에 있어서 앞쪽 및 좌우로 개방된 작업 공간(2)을 형성하고 있고, 이 작업공간(2)의 상부를 구획한 장치본체(1)의 윗부분의 내부에는 가압기구로서의 에어실린더(3)를 장착하고 있다. 에어실린더(3)의 아래쪽에 돌출하는 피스톤로드(4)의 하단에는 지지부재(5)가 연결부재(6)(제 2 도 참조)를 통하여 장착되고 있다.

지지부재(5)는 작업공간(2) 윗쪽내부에 양호한 음향특성을 가진 티탄 등의 합금으로 된 막대기 형상의 공진기(7)를 양단지지의 가로놓인 상태로 지지하고 있고, 공진기(7)의 일단에는 초음파 발진기(8)(제 2 도 참조)로 부터 전선(9)(제 2도 참조)을 통하여 받은 전기적인 에너지에 의하여 소정 주파수를 가진 종파의 초음파 진동을 발생하여 출력하는 전기 진동 변환기로서의 진동자(10)의 출력단을 동축상태에서 기계적으로 일체로 결합하고 있다. 공진기(7)는 축방향의 중앙에 일체로 돌출된 상태로 설치된 접합작용부(11)를 가짐과 동시에, 진동자(10)로 부터 전달된 초음파 진동과 소정의 주파수조 공진한다.

또, 작업공간(2)의 배부를 구획한 장치본체(1)의 아래부분은 초음파 접합 장치를, 예를 들면 제조라인 등에 조립하기 위한 베이스를 구성하는 정반(12)위에 설치되어 있고, 이 작업공간(2)의 하부를 구획한 정반(12)의 윗면에는 복수의 피접합부재(W1, W2)의 서로 겹쳐 맞추어진 피접합부분(Wa)을 탑재하기 위한 받침대(13)를 설치하고 있다. 받침대(13)는 피스톤로드(4)및 접합작용부(11)와 상하방향에서 동축상태로 되어 작업공간(2)의 내부의 하부에 배치되어 있고, 받침대(13)의 윗면은 피스톤로드(4)치 상승한도 위치에 정지한 상태에서는 접합작용부(11)의 하면과 상하에 소정간격을 가지고 평행으로 대치히고 있다.

또, 제 2 도에 도시한 바와 같이, 에어실린더(3)의 양쪽에 있어서, 장치본체(1)의 내부에는 좌우 한쌍의 스프링 시이트(14)를 가지며, 이들의 스프링 시이트(14)에는 코일 스프링과 같은 탄성부재(15)의 일단을 고정시키고 있고, 이들 탄성부재(15)의 타단은 지지부재(5)에 고정시키고 있다. 이들 탄성 부재(15)는 지지부재(5)에 상향의 탄성력을 주는 것으로서, 특히 에어실린더(3)에 도시하지 않은 압력공기 공급회로로부터 상승 작동용의 압력공기가 미공급 상태인 경우에 상기 탄성력에 의하여 지지부재(5)의 자중낙하를 방지하고, 지지부재(5)를 상승한도 위치에 지지한다.

제 3 도는 상기 진동자와 공진기와 초음파 진동과 응력과의 위치관계를 도시한 모식도이다. 이 제 3 도에 있이서, 공진기(7)는 진동자(10)로 부터 종파로서 전달된 초음파 진동에 공진하여 5 개의 최대 진동진폭점(f1, f3, f5, f7, f9)과 이들의 최대 진동진폭점(f1∼f9)의 각각의 사이의 2 등분 위치의 4 개의 최소 진동진폭점(f2, f4, f6, f8)을 제공하는 길이로 형성 되어있다. 즉, 공진기(7)의 전길이는공진주파수 2파장분의 치수로 설정되어 있다. 이 공진기(7)가 발생하는 초음파 진동의 순간적인 변위로서는 실선으로 그린 파형으로 표시하고 있다. 이 초음파 진동의 변위에 따라 공진기(7)의 내부에 발생하는 응력의 변위는 점선으로 그린 파형으로 표시하고 있다. 이들의 응력의 변위와 초음파 진동의 변위와의 관계에 있어서, 최대 진동진폭점(f1∼f9)이 최소 응력점이 되고, 최소 진동진폭점(f2∼f8)이 최대 응력점이 되는 것은 초음파 이론에서 이미 해명되어 있다.

본 실시형태의 경우, 공진기(7)는 진동자(10)로 부티 공진기(7)로의 초음파 진동의 전달방향의 중앙에 위치하는 최대 진동진폭점(f5)에 적합작용부(11)를 가지고 있다. 이 접합작용부(11)의 하면(11a)은 피접합부분(Wa)의 접촉유지를 좋게하기 위하여 피접합 부재(W1)의 소재에 맞추어, 그물눈, 세로홈, 가로홈, 또는 평활 등의 면성상으로 형성되어 있기 때문에, 피접합부분(Wa)을 받침대(13)와의 공동으로 가압(압압)할때, 피접합부분 (Wa)의 겹쳐진 위치가 옆으로 어긋나는 일없이 적절히 견지된다.

상기 공진기(7)는 최대 진동진폭점(f5)으로 부터 진동자(10)에 가장 가까운 부분에 위치하는 최소 진동진폭점(f2)에 지지용 돌기(16)를 가지며, 최대 진동진폭점(f5)으로 부터 진동자(10)에 가장가까운 부분에 위치하는 최소 진동진폭점(f8)에 지지용 돌기(17)를 가지고 있다.

또, 공진기(7)는 중앙부의 초음파 호온(18)과 그 양쪽에 동축상태에서 기계적으로 일체로 결합된 2 개의 부우스터(19, 20)로 구성되어 있다. 이 초음파 호온(18)은 최대 진동진폭점(f3)으로 부터 최대 진동진폭점(f7)까지의 1 파장분의길이를 가지며, 초음파 호온(18)의 중앙부에는 접합작용부(11)가 최대 진동진폭점(f5)에 위치하여 초음파 호온(18)의 외주면으로부터 직경방향 바깥쪽으로 돌출하면서 동축상태에서 일체로 설치되어 있다. 상기 2 개의 부우스터(19, 20)중의 한쪽의 부우스터(19)는 최대 진동진폭점(f1)으로 부터 최대 진동진폭점(f3)까지의 1/2 파장분의 길이를 가지며, 다른쪽은 부우스터(20)는 최대 진동진폭점(f7)으로 부터 최대 진동진폭점(f9)까지의 1/2파장분의 길이를 가지고 있다. 이들 부우스터(19, 20)의 초음파 호온(18)과의 결합면(21, 22)의 각각은 최대 진동진폭점(f3, f7)에 위치하고 있다. 이들 부우스터(19, 20)의 중앙부의 각각에는 지지용 돌기(16, 17)가 최소 진동진폭점(f2, f8)에 위치하여 부우스터(19, 20)의 외주면으로부터 직경방향 바깥쪽으로 돌출하면서 동축상태에서 일체로 설치되어 있다.

제 4 도 상기 진동자와 공진기를 분해한 상태에서 도시한 사시도이다. 이 제 4 도에 있어서, 초음파 호온(18)의 축방향의 양단면에는 그 단면의 외경보다 작은 외경의 단원주 형상이 되도록 동축상태에서 일체로 돌출된 끼워맞춤 돌기(23, 24)를 형성하고, 끼워맞춤 돌기(23, 24)의 단면의 중심에는 나사 구멍(25, 26)(제 8 도 참조)을 축방향 안쪽을 향하여 형성하고, 부우스터(19, 20)의 외주면에는 공구용 구멍(27, 28)을 직경방향을 향하여 형성하고 있다. 이 공진기(7)에 설치된 접합작용부(11)는 공진기(7)의 외주면에 둘레방향으로 예컨대 4 개라는 복수를 가지고 등분으로 배치되어 있다.

2 개의 부우스터(19, 20)는 제작비를 저감하기 위하여, 또 진동분포의 조정이 용이하도록 하기 위하여, 동일 구조로 형성되어 좌우대칭이 되는 상태로 사용되고 있으므로, 제4도에 있어서 오른쪽에 도시한 부우스터(19)를 예로 들어 설명한다. 이 부우스터(19)의 축방향의 1 단면에는 끼워맞춤 오목부(30)를 그 1 단면의 외경보다 작은 내경의 원형구멍이 되도록 동축상에서 일체로 형성하고, 이 끼워맞춤부(30)의 바닥면의 중심에는 나사구멍(31)을 축방항 안쪽을 향하여 형성하고, 부우스터(19)의 외주면에는 공구용 구멍(32, 33)을 직경방향 안쪽을 향하여 형성하고, 부우스터(19)의 타단면의 중심에는 나사구멍(34)(제 8 도 참조)을 축방향 안쪽을 향하여 형성하고 있다.

또, 부우스터(19)에 설치된 지지용 돌기(16)는 부우스터(19)의 외주면으로 부터 직경방향 바깥쪽을 향하여 일체로 돌출된 환상벽 형상으로 형성되어 있음과 동시에, 부우스터(19)와 동축상태로 되어 있다. 이 지지용 돌기(16)의 외주면에는 제 8 도에 도시한 바와 같이 부우스터(19)보다 큰 안지름을 가진 완충통체(35)를 일체로 연접하고 있다. 완충통체(35)는 부우스터(19)와 동축상태로 되어 있음과 동시에, 공구용 구멍(33)에의 도시하지 않은 체결공구의 끼워맞춤을 방해하지 않은 상태로, 부우스터(19)의 외주면과의 사이에 틈새를 개재시킨 상태에서, 부우스터(19)의 외주면을 덮고 있다. 완충통체(35)의 지지용 돌기(15)의 반대쪽에 위치하는 단부에는 직경방향 바깥쪽을 향하여 일체로 돌출된 환상 연결벽(36)을 일체로 연접하고 있다. 환상 연결벽(36)은 부우스터(19)와 동축상태로 되어 있다. 환상 연결벽(36)의 외주면에는 완충통체(35)보다 큰 내경을 가진 환상의 플랜지(37)를 일체로 연접하고 있다. 플랜지(37)는 부우스터(19)와 동축상태로 되어 있음과,동시에 완충통체(35)의 외주면과의 사이에 틈새를 개재시킨 상태로 완충통체(35)의 외주면을 덮고 있다.

다시, 제 4 도에 돌아가서, 왼쪽에 도시한 부우스터(20)의 끼워맞춤부, 나사구멍, 공구용 구멍, 완충통체, 환상 연결벽 및 플랜지의 각각에는 상기 오른쪽의 부우스터(19)끼워맞춤부(30), 나사구멍(31, 34), 공구용구멍(32, 33), 완충통체(35), 환상연결벽(36) 및 플랜지(37)의 각각에 있어서의 「산용숫자」 에 영문자의 「L」을 첨부하고 있다. 또, 완충통체(35, 35L)의 두께는 지지용 돌기(16, 17), 환상연결벽(36, 36L)및 플랜지(37, 37L)의 두께보다도 얇게 되어 있다.

또, 제 4 도에 있어서의 부호 38 은 진동자(10)의 출력단의 단면의 중심보다 축방향 안쪽을 향하여 형성된 나사구멍을 표시한 것이고, 39 는 진동자(10)의 출력단의 외주면보다 직경방향 안쪽을 향하며 형성된 공구용 구멍을 표시하며, 40 은 초음파 호온(18)과 부우스터(19)를 결합하기 위한 머리없는 보울트를 표시하고, 41 은 초음파 호온(18)과 부우스터(20)를 결합하기 위한 머리없는 보울트를 표시하며, 42 는 부우스터(19)와 진동자(10)의 출력단을 결합하기 위한 머리없는 보울트를 표시하고 있다. 이들 머리없는 보울트(40∼42)는 각각의 후단면에 도시하지 않은 6각 렌치와 같은 체결공구의 단면 6각 형상으로 형성된 선단부를 내접 끼워맞춤 하기 위한 공구용 구멍을 가지고 있다.

초음파 호온(18)과 부우스터(19)는 제 8 도에 도시한 바와 같이, 머리없는 보울트(40)로 기계적으로 접속된다. 구체적으로는 머리없는 보울트(40)의 도면외의 공구용 구멍에 삽입한 체결공구를 이용하여, 머리없는 보울트(40)의 선단부를 초음파 호온(19)의 나사구멍(25)에 강고히 체결한 후에, 머리없는 보울트(40)의 공구용 구멍으로 부터 체결공구를 빼내고, 초음파 호온(18)으로 부터 축방항 바깥쪽으로 돌출하는 머리없는 보울트(40)의 후단부에 부우스터(19)의 나사구멍(31)을 체결하고, 다시 초음파 호온(18)의 공구용 구멍(27)에 도시하지 않은 상기와는 별도의 체결공구를 삽입하는 한편, 부우스터(19)의 공구용 구멍(32)에 상기와는 별도의 체결공구를 삽입한 상태에서, 예를 들면, 체결공구로 초음파 호온(18)을 회전하지 않도록 지지하면서, 체결공구로 부우스터(19)를 둘레방향의 1 방향으로 회전조작하여 부우스터(19)의 나사 구멍(31)을 머리없는 보울트(40)의 후단부에 강고히 체결한다.

이 체결에 의하여 부우스터(19) 끼워맞춤부(30)가 초음파 호온(18)의 끼워 맞춤 돌기(23)에 외접 끼워 맞추어져서 머리 없는 보울트(40)와 나사구멍(31)과의 사이의 미소한 덜그럭거림을 해소하여, 초음파 호온(18)과 부우스터(19)가 일체불가분의 상태로 정확히 동축상태로 결합하여, 초음파 진동이 초음파 호온(18)과 부우스터(19)와의 사이에서 적절히 전달되는 상태가 된다.

요컨대, 초음파 호온(18)과 부우스터(19)를 머리없는 보울트(40)로 체결한 상태에서, 끼워맞춤 오목부(30)와 끼워맞춤 돌기(23)기 정합한 상태로 끼워맞추어 짐으로써 초음파 호온(13)과 부우스터(19)가 정확히 동축상태로 결합하여, 끼워맞춤부(30)와 끼워맞춤 돌기(23)와의 단면끼리 맞닿는 상태로 면접촉함으로써, 초음파 진동의 전달이 효율적으로 행하여 진다.

또, 제 8 도를 참조하면, 제 4 도에 도시한 초음파 호온(18)과 부우스터(20)를 머리없는 보울트(41)로 일체불가분으로 결합하는 수순, 부우스터(19)와 진동자(10) 출력단을 머리없는 보울트(42)로 결합하는 수순을 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이 제 4 도에 도시한 공진기(7)에 의하면, 초음파 호온(18), 부우스터(19, 20)및 진동자(10)의 각각이 공구용 구멍(27, 28, 32, 32L, 33, 33L, 39)을 구비하고 있으므로, 상기 초음파 호온(18), 부우스터(19, 20)및 진동자(10)상호의 머리없는 보울트(40∼42)에 의한 조립작업, 조립해제 작업 및 재조립 작업 등을 간단히 그리고 적절하게 행할 수 있다. 더욱이 체결공구에 의한 긁힌 자욱이나 벗겨짐 등의 손상이 초음파 호온(18), 부우스터(19, 20)및 진동자(10)의 외주면에 생기는 것을 저지할 수 있어서, 진동분포 및 공진주파수의 동조를 확보할 수 있다. 환언하면, 공진기에 긁힌 자욱이나 벗겨짐 등이 생긴 경우에는 공진기(7)의 전체의 중량 균형이 무너져서, 진동분포 및 공진주파수의 동조가 흐트러져 버린다.

제 5 도는 상기 지지부재를 도시한 사시도이다. 이 제 5 도에 있어서, 지지부재(5)는 베이스 플레이트부(51)와, 이 베이스 플레이트부(51)의 좌우양단에 아래쪽으로 돌출된 상태로 설치된 한쌍의 지지부(52, 53)를 구비하고 있다. 이들 지지부(52, 53)에는 진동자(10)를 포함한 공진기(7)를 부착하기 위한 관통구멍(54, 55)을 좌우방향에서 동축상태로 형성하고 있다. 이들 관통구멍(54, 55)의 직경은 관통구멍(54, 55)의 둘레벽을 형성하는 부분에 형성된 팽창 홈(56, 57)에 의하여 가변적인 상태로 되어 있다. 팽창홈(56, 57)의 아래쪽에서 지지부(52, 53)의 각각에는 제 6 도에 도시한 바와 같이 나사구멍(58)이 그 중심을 상하방향으로 향한 상태로형성되어 있다. 이 나사구멍(58)의 상부는 팽창 홈(56, 57)에 관통하고 있다. 이 나사구멍(58)의 하부에는 지지(52, 53)의 하면으로 부터 윗쪽으로 진행시킨 카운터보오링(counterboring)에 의한 카운터보더(counterbore)(59)를 형성하고 있다. 따라서, 스폿페이싱 구멍(59)으로 부터 도면외의 나사를 나사구멍(58)에 체결하고, 나사구멍(58)보다 윗쪽으로 돌출한 나사의 선단부가 지지부(52, 53)에 있어서의 팽창 홈(56, 57)의 윗쪽 둘레의 면을 압입하는 반작용으로서 지지부(52, 53)에 있어서의 팽창 홈(56, 57)의 아래쪽 둘레의 부분이 지지부(52, 53)에 있어서의 팽창 홈(56, 57)의 왼쪽에 대향하는 부분(P1)을 중심으로 하여 아래쪽으로 휘어서, 결과적으로 관통구멍(54, 55)의 직경이 확대된다.

상기 카운터보어(59)의 제 5 도에 있어서의 좌우에서, 지지부(52, 53)의 각각에는 제 7 도에 도시한 바와 같이, 나사삽입용 구멍(60)이 그 중심물 상하방향을 향한 상태로 형성되어 있다. 이 나사삽입용 구멍(60)의 상부는 팽창 홈(56, 57)에 관통되어 있다. 이 나시삽입용 구멍(60)의 하부에는 지지부(52, 53)의 하면으로 부터 윗쪽으로 진행시킨 카운터보오링에 의한 카운터보어(61)를 형성하고 있다. 나사삽입용 구멍(60)과 윗쪽에서 대향하는 위치에서 지지(52, 53)의 각각에는 나사구멍(62)을 동축상태로 형성하고 있다. 따라서, 도시하지 않은 머리있는 보울트를 카운터보어(61)로 부터 나사삽입용 구멍(60)을 경유하여 나사구멍(62)에 체결하면, 지지부(52, 53)에 있어서의 나사삽입용 구멍(60)주위의 부분이 지지부(52, 53)에 있어서의 팽창 홈(56, 57)의 왼쪽에 대향하는 부분(P2)(제 6 도의 P1 과 동일부분)을 중심으로 하여 윗쪽으로 휘어서, 결과적으로 관통구멍(54, 55)의 직경이축소되어 관통구멍(55, 54)내에 공진기(7)의 플랜지(37, 37L)를 불평형 중량화(unbalanced weighing)가 걸리게 하지 않고 동축상태로 지지할 수 있다.

즉, 본 실시형태에서는 공진기(7)및 진동자(10)로 된 구성체를 지지부재(5)에 부착하는 경우, 전술한 제 6 도의 구조에 의하여 관통구멍(54, 55)의 직경을 공진기(7)에 있어서의 플랜지(37)(제 8 도 참조)의 외경 보다 약간 확대되도록 열어두고, 그 상태에서 왼쪽의 부우스터(20)를 선두로 하여 그 부우스터(20)를 오른쪽의 지지부(52)의 관통구멍(54)으로 부터 왼쪽의 지지부(53)의 관통구멍(55)에 삽입 배치함과 동시에, 오른쪽의 부우스터(19)를 오른쪽의 지지부(52)의 관통구멍(54)에 삽입 배치한 후에, 제 6 도의 나사구멍(58)에 체결한 도시하지 않은 나사를 후퇴시켜, 그 나사의 선단을 지지부(52, 53)에서의 팽창 홈(56, 57)의 윗쪽 주위의 면으로 부터 떨어지게 하는 한편, 전술한 제 7 도의 구조에 의하여 관통구멍(54, 55)의 직경을 축소시켜 그 관통구멍(54, 55)의 내주면을 상기 플랜지(37)의 외주면에 접촉시킨다. 그후, 제 7 도에 도시한 나사구멍(62)에 도시하지 않은 머리있는 나사를 카운터 보어(61)및 나사삽입구멍(60)을 경유시켜 체결하면, 플랜지(37, 37L)가 지지부(52, 53)로 견지되어 공진기(7)와 진동자(10)로 된 구성체가 좌우의 지지부(52, 53)에 걸치는 상태로 지지부재(5)에 조립된다.

다시 제 5 도에 있어서, 베이스 플레이트부(51)는 지지부(52, 53)에 연접된 빔(62)과, 연결부재(6)(제 2 도 참조)에 지지부재(5)를 도면에 없는 머리있는 보울트로 부착하기 위한 관통구멍(63)을 구비하고 있다.

한편, 공진기(7)는 초음파 발진기(8)로 부터 진동자(10)에 전달되는 초음파진동의 주파수에 의하여 결정되는 공진주파수에 정합되도록 초음파 호온(18)과 부우스터(19, 20)의 형상을 제작하고 있다. 본 실시형태의 경우, 초음파 호온(18)을 공진주파수의 1 파장분의 길이가 되도록 형성하고, 부우스터(19, 20)를 공진주파수의 1/2 파장분의 길이가 되도록 형성하여, 동조가 잡힌 상태로 되어 있다.

다음에, 제 1 도 내지 제 8 도에 도시한 실시형태의 동작을 설명한다. 도면에 없는 압력공기 공급회로의 공기공급경로 전환에 의하여 제 1도 및 제 2도에 도시한 바와 같이, 에어실린더(3)의 피스톤로드(4)가 축소구동되어, 접합작용부(11)가 진동자(10)로 부터 공진기(7)로의 초음파 진동의 전달방향과 직교하는 방향에서 받침대(13)로 부터 윗쪽으로 떨어지는 방향으로 소정거리 이동한 후에 피스톤로드(4)의 축소구동이 정지하고, 접합작용부(11)가 상승 한도위치에 정지함으로써 접합작용부(11)의 하면과 받침대(13)의 윗면과의 사이에는 복수의 피접합부재(W1, W2)의 서로 겹쳐진 피접합부분(Wa)의 출입용의 소정공간을 형성시켜 둔다. 이 접합작용부(11)가 상승한도위치에 정지한 상태에서 받침대(13)의 윗면의 접합작업영역에 복수의 피접합부재(W1, W2)를 서로 겹쳐 맞춘 상태로 탑재한다.

이어서, 압력공기 공급회로의 공기공급경로 전환에 의하여 피스톤로드(4)가 탄성부재(15)의 탄성력에 대항하여 신장구동하여 하강한도위치에 정지하는 과정에서 받침대(13)의 윗면에 탑재된 피접합부분(Wa)의 윗면이 공진기(7)의 접합작용부(11)의 하면에 압압되어 접촉함과 동시에, 피접합부분(Wa)의 하면이 받침대(13)의 윗면에 압압되어 접촉하여 피접합부분(Wa)이 받침대(13)와 접합작용부(11)로 그들 사이에 가압지지된다.

이 피접합부분(Wa)의 가압지지 완료후, 또는 가압지지 이전중의 어느 하나에 있어서, 초음파 발진기(8)로 부터 진동자(10)에 고주파 에너지를 공급하여 진동자(10)에 초음파 진동을 발생시킨다. 이 초음파 진동에 공진기(7)가 공진하고, 접합작용부(11)가 에어실린더(3)에 의한 가압방향과 직교하는 방향으로 최대 진동진폭을 가지고 진동하여 피접합부분(Wa)의 겹쳐진 면 사이를 이용해 접합한다.

본 실시형태에 의하면, 지지용 돌기(16, 17)가 접합작용부(11)의 양쪽의 최소 진동진폭점(f2, f8)에 설치되어 있기 때문에, 진동자(10)로 부터 공진기(7)의 접합작용부(11)에 전달되는 초음파 진동의 에너지의 일부가 지지용 돌기(16, 17)에서 소비되는 일은 없고, 진동자(10)로 부터 접합작용부(11)에 효율적으로 전달된다. 따라서, 접합작용부(11)의 접합강도가 균일하게 안정되어 접합불량의 발생률이 현저히 저감된다.

또한, 제 8 도에 도시한 바와 같이, 지지용 돌기(16)에 완충통체(35) 및 환상연결벽(36)물 통하여 연접된 환상의 플랜지(37)가 지지부(52)의 관통구멍(54)에 삽입된 상태에서 결합되어 있기 때문에, 공진기(7)는 지지부(52)에 부양(浮揚)상태로 기계적으로 일체로 조립된다. 따라서, 진동자(10)로 부터 공진기(7)의 부우스터(19)에 전달된 초음파 진동의 에너지가 지지용 돌기(16), 완충통체(35) 및 환상연결벽 등에서 소비되지도 않고, 부우스터(19)로 부터 초음파 호온(18)에 효율적으로 전달된다.

끝으로, 접합작용부(11)와 받침대(13)에 의한 피접합부분(Wa)에의 가압지지가 해제된 후에, 받침대(13)의 윗면과 접합작용부(11)의 하면(11a)이 상기 접합이완료된 피접합부분(Wa)으로 부터 순간적으로 떨어져서 그 접합이 완료된 피접합부분(Wa)을 통하여 일체로 된 복수의 피접합부재(W1, W2)를 받침대(13)와 접합작용부(11)와의 사이에 형성된 소정공간으로 부터 꺼냄으로써 접합 1 공정이 끝난다.

한편, 본 실시형태에 의하면, 작업공간(2)이 좌우로 개방되어 있으므로, 공진기(7)를 다른 공진기와 교환하는 경우, 제 1 도에 도시한 바와 같이 에어실린더(3)를 축소구동하여 지지부재(5)가 상승한도위치에 정지하고, 공진기(7)가 작업공간(2)의 상부에 좌우방향으로 가로놓인 상태로 지지된 상태에서 지지부재(5)의 좌우의 관통구멍(54, 55)(제 5 도 참조)의 직경을 벌리고, 진동자(10)를 손으로 잡고 옆쪽으로 빼냄으로써 공진기(7)를 지지부재(5)로 부터 떼낼 수 있다. 그후, 공진기(7)를 진동자(10)로 부터 떼내고, 그 진동자(10)에 다른 공진기를 머리없는 보울트(42)(제 4 도 참조)로 결합하여 이 진동자(10)와 일체로 된 공진기를 전술한 바와 똑같이 지지부재(5)에 옆쪽으로 부터 삽입하여 가로놓인 상태로 장착하면 되므로 공진기(7)의 교환이 쉽게 될 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 제 4 도에 도시한 바와 같이, 공진기(7)가 그 외주면에 복수의 접합작용부(11)를 가지고 있으므로, 예를 들면, 1 개의 접합작용부(11)의 하면(11a)의 면 성상을 그물눈, 다른 1 개의 접합작용부(11)의 하면(11a)의 면 성상을 세로홈, 또 다른 1 개의 접합작용부(11)의 하면(11a)의 면 성상을 가로홈, 또 다른 1 개의 접합작용부(11)의 하면(11a)의 면 성상을 평활이라는 식으로, 복수의 접합작용부(11)의 하면(11a)의 면 성상을 다른 복수의 종류로 형성해둠으로써, 복수의 피접합부재(W1, W2)의 소재가 다른 경우라도 진동자(10)를 포함한 공진기(7)를 지지부재(5)에 대하여 둘레방향으로 회전조작하여, 그 다른 소재에 맞는 접합작용부(11)를 받침대(13)와 대향하도록 배치하면 그 다른 소재의 접합에 대응할 수 있어서, 1 대의 초음파 접합장치로 복수의 종류의 접합작업을 적절히 실행할 수 있다. 또, 복수의 접합자용부(11)의 하면(11a)의 면 성상을 하나로 한 경우에는 하나의 접합작용부(11)가 마모된 경우에, 다른 접합작용부(11)를 사용함으로써 하나의 공진기(7)에서 행할 수 있는 접합작업의 횟수를 복수배로 늘릴 수 있다.

그리고, 상기 실시형태에서는 공진주파수의 1 파장분의 길이를 가진 초음파 호온(18)을 도시하여 설명하였으나, 공진주파수의 2배, 3배, 4배, 5배 등과 같이 정수배로 길게 한 초음파 호온을 사용하면 피접합부재(W1, W2)가 길어서도 접합작업의 용이성을 확보할 수 있다. 어느 경우이든, 초음파 호온(18)과 부우스터(19, 20)와의 결합면(21, 22)을 응력이 제로가 되는 최대 진동진폭점에 설정하고, 부우스터(19, 20)의 지지부로서의 지지용 돌기(16, 17)는 최소 진동진폭점에 설정하는 것은 필요하다.

또, 상기 실시형태에서는 둥근 막대기 상태로 형성한 초음파 호온(18)을 도시하고 있으나, 피접합부재의 재질이나 피접합부분의 면적이나 두께 등에 의한 물리적 성질에 접합작용부의 하면(11a)을 맞추기 때문에, 예를 들면, 모난 막대기 상태의 상하면에 복수의 접합작용부를 설치한 것등 여러가지 형태가 있으며, 그들중에서 대상으로 하는 피접합부재의 형상이나 재질 등의 물리적 성질에 가장 적합한초음파 호온을 선택하여 사용할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는 진동자(10)의 출력단에 공진기(7)를 일체로 결합한 경우를 도시하여 설명하였으나, 공진기(7)와 진동자(10)와의 사이에 1/2 파장분의 정수배의 길이를 가진, 예를 들면 티탄, 알루미늄 또는 담금질된 철 등의 어느 재질로 된 막대기 형상의 중간 부우스터를 사용하여 접합작용부(11)에 있어서의 진동진폭을 변화시키는 것도 가능하다. 이 중간 부우스터에 대하여 제 9 도를 사용하여 설명한다. 이 제 9 도에 있어서, 중간 부우스터(70)는 1/2파장분의 길이를 가지며, 그 1/4 파장분에 상당하는 1 반부를 직경이 작은 소경부(71)로 하고, 타단부를 직경이 큰 대경부(72)로 하여 대경부(72)와 소경부(71)와의 연접부(73)는 단면이 원호면을 가지고 응력 집중을 완화시키는 형상으로 대경부(72)와 소경부(71)에 원활하게 이어져 있다. 이 연접부(73)는 대경부(72)와 소경부(71)의 둘레방향의 전역에 걸쳐 형성되어 있다. 중간 부우스터(70)의 양 단면의 중심에는 나사구멍(74, 75)을 축방향 안쪽을 향하여 형성하고, 중간 부우스터(70)의 외주면에는 공구용 구멍(75)을 직경방향 안쪽을 향하여 형성하고 있다. 또, 중간 부우스터(70)는 대경부(72)와 소경부(71)의 체적비율에 따라 진동진폭의 입출력비(배율)를 변화시키는 구성이기 때문에, 예를 들면 대경부(72)의 체적이 소경부(71)의 체적의 2 배가 되도록 대경부(72)와 소경부(71)의 직경을 설정하고, 제 8 도에 도시한 머리없는 보울트(42)를 부우스터(19)에 잔존시킨 상태에서 진동자(10)를 공진기(7)의 부우스터(19)로 부터 떼내어 대경부(72)를 머리없는 보울트(42)에 상당하는 도면에 없는 나사를 사용하여 진동자(10)의 출력단에 나사구멍(75, 38)을 통하여 결합하고, 소경부(71)를 부우스터(19)에 그 부우스터(19)로 부터 돌출한 머리없는 보울트(42)의 후단부를 사용하여 나사구멍(74, 34)을 통하여 결합한 경우에는 이 중간 부우스터(70)를 사용하였을 때의 공진기의 접합작용부(11)에 있어서의 진동진폭은 중간 부우스터(70)를 사용하지 않을 때의 2배가 된다. 또, 제 8도에 도시한 머리없는 보울트(42)를 부우스터(19)에 잔존시킨 상태에서 진동자(10)를 공진기(7)의 부우스터(19)로 부터 떼내어 소경부(71)를 머리없는 보울트(42)에 상당하는 도면에 없는 나사를 사용하여 진동자(10)의 출력단에 나사구멍(74, 38)을 통하여 결합하고, 대경부(71)를 부우스터(19)에 그 부우스터(19)로 부터 돌출한 머리없는 보울트(42)의 후단부를 사용하여 나사구멍(75, 34)을 통하여 결합한 경우에는, 이 중간 부우스터(70)를 사용하였을 때의 공진기의 접합작용부(11)에 있어서의 진동진폭은 중간 부우스터(70)를 사용하지 않을 때의 2 배가 된다. 이와 같이, 중간 부우스터(70)를 사용 하는 경우에도 장치본체(1)의 작업공간(2)이 제 1 도에 도시한 바와 같이, 좌우방향으로 개방되어 있으므로 공진기(7)를 지지부재(5)에 부착한 상태에서 중간 부우스터(70)를 공진기(7)에 부착할 수 있다.

상기 실시형태에서는 최대 진동진폭점(f5)에 접합작용부(11)를 가진 공진기(7)를 사용한 경우를 도시하여 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 도시는 생략하나 예를 들면 초음파 호온의 중앙부에 최소 진동진폭점을 설정하고, 그 최소 진동진폭점을 중심으로 한 십자형의 진동변환부를 설치함과 동시에, 진동변환부의 십자형 평면에 접합작용부를 설치하고, 진동변환부에서 초음파 진동의 전달방향을 그대로 직진하는 방향과 직교하는 방향으로 변환하여 직진방항의 초음파 진동과 직교방향의 초음파 진동과의 쌍방의 합성 진동에너지를 사용하는 공진기를 장치 본체(1)쪽의 지지부재(5)에 지지용 돌기(16, 17)를 통하여 양단 지지한 가로로 놓인 상태로 지지하여 피접합부분(Wa)을 초음파 접합하는 것도 가능하다.

제 10도는 공진기를 세로로 놓인 상태로 한 초음파 접합장치의 외관을 도시한 것인데, 장치본체(100)의 앞벽(100a)의 앞면에는 호울더(102)를 가이드기구(103)를 통하여 승강되는 상태로 조립되어 있다. 이 호울더(102)는 그 좌우 방향 중앙부에 진동자(104)의 출력단에 도면에 없는 나사로 동축상태로 결합된 공진기(105)를 양단 지지한 상태로 세로로 놓인 상태로 지지되어 있다.

본 실시형태에서는 진동자(104)는 도면에 없는 초음파 발진기로 부터 전선(106)을 통하여 받은 전기적인 에너지에 의하여 소정 주파수를 가진 종파의 초음파 진동을 발생하여 출력하는, 이른바 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 역압전소자 또는 자기변형 소자 등으로 된 전기음향변환기 또는 전기진동변환기로 되어 있다. 공진기(105)는 양호한 음향특성을 가진 티탄 등의 합금으로 진동자로 부터 출력된 초음파 진동과 소정의 공진주파수로 공진는 막대기 형상으로 되어 있고, 초음파 호온(105a)의 축방향 양쪽에 도면에 없는 나사에 의하여 동축상태로 일체로 결합된 2개의 부우스터(105b)를 구비하고 있다. 초음파 호온(105a)은 십자형의 진동변환부(105c)와, 진동변환부(105c)의 십자형의 가로방향 단부에 일체로 설치된 접합작용부(105d)를 가지고 있다. 2 개의 부우스터(105b)는 공진기(105)를 호울더(102)에 양단 지지의 상태로 지지하기 위한 지지부(105c)를 일체로 구비하고 있다.

호울더(102) 상하 지지부(102a)는 공진기(105)를 부착하기 위한 상하 방향에 동축상태로 형성된 관통구멍(102b)의 직경을 가변으로 하기 위한 팽창 홈(102c)과, 지지부(102a)의 앞면으로 부터 팽창 홈(102c)을 거쳐 지지부(102a)에 장착된 나사(102d)를 구비하고 있고, 공진기(105)가 호울더(102)에 관통 구멍(102b)을 통하여 상하방향으로 관장된 상태에서, 나사(102d)를 장치본체(100)의 앞면쪽에서 체결하여 관통구멍(102b)의 직경을 축소시킴으로써 호울더(102)가 공진기(105)의 지지부(105c)를 견지하여 공진기(105)를 양단 지지 하고 있다. 이 공진기(105)를 호울더(102)에 부착할 때, 진동변환부(105c)가 관통구멍(102a)을 통과할 수 없는 경우에는 공진기(105)의 진동자(104)와의 결합을 해제하여, 예를 들면 공진기(105)의 상단을 윗쪽의 관통구멍(102b)에 아래쪽으로 부터 윗쪽으로 삽입한 채, 공진기(105)의 하단을 아래쪽 관통구멍(102b)에 윗쪽으로 부터 아래쪽으로 삽입한 후, 공진기(105)의 상단에 진동자(104)를 도면에 없는 나사로 결합함과 동시에, 상기 나사(102d)의 체결로 공진기(105)를 호울더(102)에 양단 지지상태로 지지시킨다.

또, 호울더(102)는 그 좌우 앞면에 브래킷(107)을 가진다. 이둘 브래킷 (107)에는 로드(108)를 아래쪽으로 부터 윗쪽으로 관장하고, 브래킷(107)으로 부터 아래쪽으로 돌출한 로드(108)의 하단에는 브래킷(107)의 하면에 맞닿는 칼라(109)를 고정적으로 부착하고 있다. 로드(108)의 브래킷(107)으로부터 윗쪽으로 돌출한 상단은 장치본체(100)의 윗벽(100e)을 관통하고, 이 장치본체(100)의 윗벽(100e)으로 부터 윗쪽으로 돌출한 로드(108)에는 코일 스프링과 같은 탄성부재(110)를 밖으로 끼워장착하고 있음과 동시에, 조작부재(111)로 부터 윗쪽으로 돌출한 로드(108)의 상단에는 도면에 없는 수나사를 형성하고 있다. 이 로드(108)의 수나사를 가진 부분에는 도면에 없는 나사구멍이 형성된 조작부재(111)를 상기 수나사와 나사구멍의 암나사로 나사 끼워맞춤되어 있고, 이 조작부재(111)의 아래면과 장치본체(100)의 윗변(100e)의 윗면이 탄성부재(110)의 상하단을 보지한 상태로 되어 있고, 특히 후술하는 에어실린더(114)에 도면에 없는 압력공기 공급회로로 부터 상승동작용의 압력공기가 미공급 상태인 경우에, 탄성부재(110)가 호울더(102)를 자중으로 낙하하는 것을 방지함과 동시에, 상승한도위치에 유지한다. 조작부재(111)는 측면에 나사(112)를 가지며, 이 나사(112)를 로드(108)에 체결함으로써 조작부재(111)가 로드(108)에 회전방지된 상태로 장착되어 있다.

제 11 도는 상기 공진기를 승강하는 구동계를 도시한 것인데, 장치본체(100)는 전후 좌우 상하의 벽(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)으로 둘러 싸인 내부공간(113)을 가지고 있으며, 내부공간(113)에는 가압기구로서의 에어실린더(114)를 격납하고 있다. 에어실린더(114)는 그 피스톤로드(114a)를 아래쪽으로 향한 상태에서 장치본체(100)의 윗벽(100e)에 장착되어 있다. 장치본체(100)의 앞벽(100a)에는 퇴피구멍(100g)이 형성되어 있고, 이 퇴피구멍(100g)에는 호울더(102)의 좌우방향 중앙부의 배면으로 부터 돌출한 부착부(102e)를 앞벽(100a)의 앞면으로 부터 내부공간(113)의 내부에 삽입하고 있다. 이 내부공간(113)에 삽입된 부착부(102e)가 피스톤로드(114a)의 하단에 커플링기구(115)를 통하여 연결됨으로써 공진기(105)가 호울더(102)로 장치본체(100)의 앞벽(100a)의 앞면에서 양단 지지된 상태로 세로로놓인 상태로 배치된다. 또, 장치본체(100)의 앞벽(100a)으로 부터 앞쪽으로 뻗은 아래벽(100f)위에는 받침대(116)를 공진기(105)의 가장 앞부분 에서 아래쪽에 위치하는 접합작용부(105d)보다도 아래쪽에서 그 접합작용부(105d)와 대향하는 상태로 설치되어 있다.

제 12 도는 상기 호울더의 일부를 노치한 상태에서의 초음파 접합장치의 정면을 도시한 것인데, 가이드기구(103)는 장치본체(100)의 앞벽(100a)의 앞면에 좌우로 배치된 상태에서 나사(117)로 부착된 가이드부재로서의 가이드레일(113a)과 이들 가이드레일(103a)에 상하방향으로 미끄럼 접촉 걸어맞추는 상태로 장착된 피가이드부재로서의 슬라이더(103b)로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 1 개의 가이드레일(103a)에 3 개의 슬라이더(103b)를 가지고 있으며, 그들 슬라이더(103b)는 공진기(105)보다 좌우 양쪽에 위치하는 호울더(102)의 좌우 벽부의 배면에 나사(118)로 부착되어 있다.

제 13 도는 상기 진동자와 초음파 진동과의 관계를 도시한 것인데, 진동자(104)로 부터 종파로서 전달된 초음파 진동과 소정의 주파수로 공진하는 5 개의 최대 진동진폭점(f11, f13, f15, f17, f19)과, 이들 최대 진동진폭점(f11∼f19)의 각각의 사이의 2 등분 위치의 4 개의 최소 진동진폭점(f12, f14, f18)을 제공하는 길이로 형성되고 있다. 즉, 공진기(105)의 전체 길이는 공진주파수의 2 파장분의 치수로 설정되어 있다.

본 실시형태에서는 초음파 호온(105a)은 최대 진동진폭점(f13)으로 부터 최대 진동진폭점(f17)까지의 1 파장분의 길이를 가지며, 그 진동변환부(105c)는 최소진동진폭점(f14)을 중심으로 하는 十자형을 나타내며, 진동변환부(105c)가 진동자(104)로 부터 전달된 초음파 진동을 그대로 직진하는 방향과 직교하는 방향으로 변환한다. 한쪽의 부우스터(105b)는 최대 진동진폭점(f11)으로 부터 최대 진동진폭점(f13)까지의 1/2 파장분의 길이를 가지며, 다른쪽의 부우스터(105b)는 최대 진동진폭점(f17)으로 부터 최대 진동진폭점(f19)까지의 1/2 파장분의 길이를 가지고 있다. 이들 부우스터(105b)의 초음파 호온(105a)과의 2 개의 결합면(105f)은 최대 진동진폭점(f13, fl7)에 위치하고 있다. 이 공진기(105)가 발생하는 초음파 진동의 순간적인 변위는 실선(L1, L2)으로 그린 파형으로 표시하고 있다. 실선(L1)의 파형은 진동자(104)로 부터 전달됨과 동시에, 진동변환부(105c)에서 직진하는 초음파 진동을 표시하고, 실선(L2)의 파형은 진동변환부(105c)에서 직교하는 방향으르 변환된 초음파 진동을 표시하고 있다.

따라서, 제 10 도 내지 제 13 도에 도시한 실시형태의 구조에 의하면, 도면에 없는 압력공기 공급회로의 공기공급경로 전환에 의하여, 에어실린더(114)의 피스톤로드(114a)가 축소구동되어 접합작용부(105d)가 진동자(104)로 부터 공진기(105)로의 초음파 진동의 전달방향과 직교하는 방향에서 받침대(116)로 부터 윗쪽으로 떨어지는 방향으로 소정거리 상승하여 피스톤로드(114a)의 축소 구동이 정지하고, 접합작용부(105d)가 상승한도 위치에 정지함으로써 접합작용(105d)의 아래면과 받침대(116)의 윗면과의 사이에 피접합부분(Wa)출입용의 소정공간을 형성시켜 둔다. 이 상태에서, 받침대(116)의 윗면의 접합작업 영역에 복수의 피접합부재(W1, W2)의 서로 겹쳐진 피접합부분(Wa)을 겹쳐진 상태로 탑재한다.

이어서, 압력공기 공급회로의 공기공급경로 전환에 의하여, 피스톤로드(114a)가 신장구동하여 하강한도위치에 정지하는 과정에서 받침대(116)의 윗면에 탑재된 피접합부분(Wa)의 윗면이 공진기(105)의 접합작용부(105d)의 하면에 압압되어 접촉함과 동시에, 피접합부분(Wa)의 하면이 받침대(116)의 윗면에 압압되어 접촉하고, 피접합부분(Wa)이 받침대(116)와 접합작용부(105d)로 그들 나이에 가압된 상태로 지지된다.

이때, 공진기(105)와 에어실린더(114)가 서로 전후 배치되어 있기 때문에, 접합작용부(105d)의 피접합부분(Wa)을 가압유지하였을 때의 반동력으로 호울더(102)가 부착부(102)를 받침점으로 하여 전후방향으로 비스듬히 휘어지려고 하지만, 그 반동력을 장치본체(100)의 앞벽(100a)이 가이드기구(103)를 통하여 부담하므로, 예를 들면 호울더(102)를 알루미늄 등의 경금속으로 작성하였다 하더라도 호울더(102)가 휘어지는 일은 없다. 따라서, 접합작용부 (105d)의 하면과 받침대(116)의 윗면과의 평행도가 확보되어 피접합부분(Wa)에 진동 에너지가 집중하여 접합강도가 안정된다.

한편, 피접합부분(Wa)의 가압유지 완료후, 또는 가압유지 이전중의 어느 하나에 있어서, 도면에 없는 초음파 발진기로 부터 진동자(104)에 전기적인 에너지를 공급하여 진동자(104)에 초음파 진동을 발생시킨다. 이 초음파 진동에 공진기(105)가 공진하여 접합작용부(105d)가 에어실린더(114)에 의한 가압방향과 직교하는 방향으로 최대 진동진폭을 가지고 진동하여 피접합부분(Wa)을 비용해 접합한다.

이 피접합부분(Wa)의 접합완료 후에 있어서, 공기공급회로의 공기공급경로의전환에 의하여 에어실린더(114)가 축소 구동되어 접합작용부(105d)가 하강 한도위치로 부터 상승한도 위치에 정지하는 과정에서는 도면에 없는 초음파 발진기로 부터 진동자(104)에의 전기적인 에너지의 공급을 정지하는 한편, 탄성부재(110)의 신장하려고 하는 탄성력이 호울더(102)에 작용하여 이 탄성력이 에어실린더(114)의 상승동작을 어시스트한다. 따라서, 에어실린더(114)의 상승동작의 압력이 높지 않더라도 에어실린더(114)의 초기상승동작이 신속하게 되어 접합작용부(105d)가 피접합부분(Wa)으로 부터 즉시 떨어짐과 동시에 상승시간이 단축된다.

끝으로, 접합작용부(105d)와 받침대(116)에 의한 피접합부분(Wa)에의 가압유지가 해제된 후에, 받침대(116)의 윗면과 접합작용부(105d)의 하면이 상기 접합이 완료된 피접합부분(Wa)으로 부터 순간적으로 떨어져서 그 접합이 받침대 완료된 피접합부분(Wa)을 통하여 일체로 된 복수의 피접합부재(W1, W2)를(116)와 접합작용부(105d)와의 사이에 형성된 소정공간으로 부터 꺼냄으로써 접합의 1 공정이 끝난다.

또, 상기 실시형태에서는 1 파장분의 길이를 가진 초음파 호온(105a)을 예시하였으나, 초음파 호온(105a)을 제 13 도에 도시한 최대 진동진폭점(f23)으로 부터 최대 진동진폭점(f15)까지의 1/2 파장분의 길이로 형성하여, 그 양단에 부우스터(105b)를 개별적으로 나사로 동축상태로 결합함으로써 공진기(105)를 3/2 파장분의 길이로 형성하여도 똑같이 실시할 수 있다.

상기 실시형태에서는 진동자(104)은 출력단에 공진기(105)를 직접 결합한 경우를 도시하여 설명하였으나, 공진기(105)와 진동자(104)와의 사이에 중간 부우스터를 사용하여 접합작용부(105d)에서의 진동진폭을 변화시키는 것도 가능하다. 이 중간 부우스터는 1/2 파장분의 정수배의 길이를 가진, 예를 들면 티탄, 알루미늄 또는 담금질된 철 등의 어느 한 재질로 된 막대기 형상의 대직경부분과 소직경부분과의 체적비율로 진동진폭의 입출력비(배율)를 변화시키는 구성으로 되어 있다.

제 1 도는 실시형태 1 의 초음파 접합장치를 도시한 사시도.

제 2 도는 제 1 도의 A-A 선 단면도.

제 3 도는 동 실시형태 1 의 진동자와 공진기와 초음파 진동과 응력과의 위치 관계를 도시한 모식도.

제 4 도는 동 실시형태 1 의 진동자와 공진기를 분해한 상태로 도시한 사시도.

제 5 도는 동 실시형태 1 의 지지부재를 도시한 사시도.

제 6 도는 제 5 도의 B-B 선 단면도.

젝 7 도는 제 5 도의 C-C 선 단면도 사시도.

제 8 도는 제 5 도의 D-D 선에 상당하는 지지부에의 공진기의 부착상태를 도시한 단면도.

제 9 는 동 실시형태 1 의 중간 부우스터를 도시한 종단면도.

제 10 도는 실시형태 2 의 초음파 접합장치를 도시한 사시도.

저 11 도는 동 실시형태 2 의 일부를 노치한 측면도.

제 12 도는 동 실시형태 2 의 정면도.

제 13 도는 동 실시형태 2 의 진동자와 초음파 진동과의 위치관계를 도시한 것으로서, a도는 진동자와 공진기의 평면도, b도는 초음파 진동의 파형도.

제 14 도는 종래의 초음파 접합장치를 도시한 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 장치본체 2 : 작업공간

3 : 에어실린더(가압기구) 5 : 지지부재

7 : 공진기 18 : 초음파 호온(horn)

19, 20 : 부우스터 40∼42 : 머리없는 보울트

W1, W2 : 피접합부재 Wa 피접합부재

Claims (3)

1. 복수의 피접합부재의 서로 겹쳐진 피접합부분을 종파의 초음파 진동으로 접합하는 초음파 접합장치로서, 앞쪽 및 좌우로 개방된 작업공간을 형성한 장치 본체와, 작업공간내의 하부에 배치되어 상기 피접합부분을 탑재하기 위한 받침대와, 상기 초음파 진동을 발생하는 진동자와, 이 진동자의 출력단에 일체로 결합되어 그 진동자로 부터의 초음파진동과, 초음파 발진기로 부터 진동자에 전달되는 초음파 진동의 주파수에 의해 결정되는 공진주파수로공진함과 동시에, 외주면에 일체로 돌출된 상태로 설치된 접합작용부 및 접합작용부로 부터 양쪽으로 떨어진 위치에서 외주면에 일체로 돌출된 상태로 설치된 지지부를 가진 공진기와, 이 진동자를 포함한 공진기를 진동자로 부터 공진기로의 초음파 진동자의 전달방향과 직교하는 방향에서 받침대로 부터 떨어지는 방향으로상승시킴으로써 받침대와 접합작용부와의 사이에 피접합부분의 출입용 공간을 형성함과 동시에, 공진기를 진동자로 부터 공진기로의 초음파 진동자의 전달방향과 직교하는 방향에서 받침대에 접근하는 방향으로하강시킴으로써받침대와 접합작용부로 그들 사이에 피접합부분을 가압한 상태로 지지하기 위하여 장치본체의 작업공간의 상부를 구획한 부분의 내부에 장치된 가압기구와, 이 가압기구의 출력단에 부착되어 받침대보다 윗쪽의 작업공간내에 공진기를 지지부를 통하여 양단 지지한 가로로 놓인 상태로 지지하는 지지부재를 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 접합장치.
2. 복수의 피접합부재의 서로 겹쳐진 피접합부분을 종파의 초음파 진동으로 접합하는 초음파 접합장치로서, 장치본체의 내부에 승강구동용의 가압기구를 배치하고, 초음파 진동을 발생하는 진동자의 출력단에 초음파진동과, 초음파 발진기로부터 진동자에 전달되는 초음파 진동의 주파수에 의해 결정되는 공진주파수로공진함과 동시에, 접합작용부 및 이 접합작용부로 부터 초음파 진동의 전달방향으로 떨어진 위치에 지지부를 가진 공진기를 결합하고, 이 공진기를 그 지지부를 통하여 지지부재로 양단 지지한 상태로 유지함과 동시에, 이 지지부재를 가압 기구의 출력단에 결합한 공진기를 그 접합작용부와 서로 대치하여 배치된 받침대에 접근하는 방향으로가압기구에 의해 이동시킴으로써공진기의 접합작용부와 받침대로 그들 사이에 복수의 피접합부재의 서로 겹쳐진 피접합부분을 가압한 상태로 유지하고, 진동자로 부터 공진기의 접합작용부에 초음파 진동을 전달하여 피접합부분을 접합하는 한편, 초음파 접합장치에 상기 공진기의 진동자로 부터 전달된 초음파 진동의 최소 진동진폭점에 십자형의 진동변환부를 일체로 형성하여, 이 진동변환부의 십자형 가로방향 단부에 상기 피접합부를 일체로 설치함과 동시에, 이 공진기를 그 지지부를 통하여 지지부재로 양단 지지한 상태로 장치본체의 앞면에 세로로 놓인 상태로 배치하고, 이 장치본체의 앞면에 복수의 승강 가이드부재를 좌우방향으로간격을가지고 평행이 되는 상태로 배치하고, 이들 승강 가이드부재에 미끄럼 접촉, 걸어 맞추어지는 피가이드 부재를 지지부재의 배면에 설치한 것을 특징으로 하는 초음파 접합장치.
3. 복수의 피접합부재의 서로 겹쳐진 피접합부분을 종파의 초음파 진동으로 접합하는 초음파 접합장치에 사용되는 진동자로 부터의 초음파진동과, 초음파 발진기로 부터 진동자에 전달되는 초음파 진동의 주파수에 의해 결정되는 공진 주파수로공진함과 동시에, 외주면에 일체로 돌출된 상태로 설치된 접합작용부 및 접합작용부로 부터 양쪽으로 동일 간격 떨어진 위치에서 외주면에 일체로 돌출된 상태로 설치된 지지부를 가진 공진기로서, 접합작용부를 가진 초음파 호온과 지지부를 가진 2개의 부우스터의 적어도 3 체(three part)로 분할하여 초음파 호온의 양단에 부우스터의 각각을 나사를 통하여 동축상태에서 일체로 결합한 것을 특징으로 하는 공진기.