專利名稱：超聲波振動金屬接合用共振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種即使接合對象部件存在于具有接合對象部件的物品的深入位置 時(shí)，仍可將接合對象部件接合的超聲波振動金屬接合用共振器。
背景技術(shù)：
圖9表示專利文獻(xiàn)1中所公開的超聲波振動金屬接合裝置45。使用于超聲波振動 金屬接合裝置45的超聲波振動金屬接合用共振器41為利用超聲波振動來將金屬彼此接合 時(shí)所使用的共振器41，以下將超聲波振動金屬接合用共振器41僅稱為”共振器41”。圖9 中，共振器41為將接合工具43接合于超聲波焊頭42的一端部的結(jié)構(gòu)。超聲波焊頭42的 另一端部上則安裝有振動器44。次之，對超聲波振動金屬接合裝置45的動作進(jìn)行說明。例如，將超聲波焊頭42裝 接于超聲波振動金屬接合裝置45的塊體46上，且在較接合工具43的位置更靠下方的承受 臺47上承載多個(gè)金屬所重迭的接合對象部件48。其后，超聲波振動金屬接合裝置45對承 受臺47進(jìn)行相對性移動，接合對象部件48則在從接合工具43與承受臺47兩者進(jìn)行加壓 的狀態(tài)下，將接合工具43的下端部在橫向的超聲波振動傳遞至接合對象部件48，以將接合 對象部件48中的多個(gè)金屬所重迭的接觸面彼此接合。然而，圖9中的接合工具43其接合對象部件48側(cè)的工具頭49在橫向的外形小于 超聲波焊頭42側(cè)的上部。因此，在對圖10所示的物品50的接合上便會有如下的不方便。 缺點(diǎn)為在將物品50的突出部51配置于較接合對象部件48的位置更靠上方處，且接合對象 部件48與突出部51之間的空隙Hl小于接合工具43的下面與超聲波焊頭42的上面之間 的尺寸H2時(shí)，亦即Hl < H2時(shí)，換言之，在深入位置具有接合對象部件48的物品50的場合 下，共振器41便無法進(jìn)入接合對象部件48與突出部51之間的空隙H1，而無法將接合對象 部件48接合。專利文獻(xiàn)1 日本國特開2009-113083號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所欲解決的問題點(diǎn)在于，當(dāng)接合對象部件存在于具有接合對象部件的物品的 深入位置時(shí)，便無法將接合對象部件接合。本發(fā)明最主要的特征在于將接合工具構(gòu)成為由音響特性良好的素材所形成的直 線型棒狀，且設(shè)置成在接合工具的前端部使工具頭向橫向突出。其中該接合工具是以在超 聲波焊頭的最大振動振幅點(diǎn)的位置，突出于與超聲波焊頭的振動傳遞方向正交的方向的方 式來設(shè)置于超聲波焊頭上。由于本發(fā)明的工具頭是由接合工具的前端部向橫向突出，因此即使當(dāng)接合對象部 件存在于具有接合對象部件的物品的深入位置時(shí)，只要將形成于該部件中的接合對象部件 與其上方的突出部之間的空隙，形成為可將自接合工具的前端部向橫向突出的工具頭插入 的尺寸，再通過將該工具頭向橫向突出的部分插入于空隙中，即具有可將接合對象部件適
3當(dāng)?shù)亟雍系男Ч１景l(fā)明中，只要使接合工具的前端部的橫向?qū)挾缺冉雍瞎ぞ叩纳喜康臋M向?qū)挾?細(xì)，再使接合工具的前端部的橫向?qū)挾扰c超聲波焊頭的振動方向一致，相較于接合工具的 前端部的橫向?qū)挾任幢惹岸瞬考吧喜康臋M向?qū)挾燃?xì)的場合，藉此能使接合工具的前端部的 振動與接合變?yōu)榱己?。本發(fā)明中，只要在工具頭將凹部設(shè)置成向下方及橫向敞開的形狀，即可使其作為 與防止接合對象部件干涉的逃孔而發(fā)揮功能。本發(fā)明中，只要在工具頭將用以獲得良好振動的狹縫設(shè)置成向下方及橫向敞開的 形狀，并調(diào)整狹縫的深度及橫向?qū)挾?，即可在接合工具獲得良好的振動。本發(fā)明中，只要以接合劑將工具頭接合于接合工具的前端部，再通過將接合劑熔 解即可對工具頭進(jìn)行交換。


圖1為表示實(shí)施方式1的共振器的分解圖；圖2為表示實(shí)施方式1的共振器所使用的超聲波振動金屬接合裝置的立體圖；圖3為表示將實(shí)施方式1的工具頭插入于接合對象部件與突出部之間的空隙的型 態(tài)的側(cè)面圖方式的模式圖；圖4為表示實(shí)施方式2的接合工具的前端部的側(cè)面圖；圖5A圖為表示實(shí)施方式3的接合工具的前端部的立體圖、B圖為從箭頭B方向觀 看A圖的仰視圖；圖6A圖及B圖為表示實(shí)施方式4的接合工具的前端部的側(cè)面圖；圖7為表示實(shí)施方式5的接合工具的前端部側(cè)面圖；圖8為表示實(shí)施方式5的共振器的側(cè)面圖方式的模式圖；圖9為表示習(xí)知共振器所使用的超聲波振動金屬接合裝置的模式圖；以及圖10為表示用來補(bǔ)足課題說明的物品的模式圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1本發(fā)明中的方向前、后、左、右、上、下為從將超聲波振動金屬接合裝置25放置成 圖2的狀態(tài)并以箭頭S表示的前側(cè)觀看時(shí)所特別指定的方向。參照圖1，對實(shí)施方式1的作為超聲波振動金屬接合用共振器的共振器1的結(jié)構(gòu)進(jìn) 行說明。共振器1備有超聲波焊頭2與接合工具3。從超聲波焊頭2的一端起至另一端為 止的長度Ll雖較佳具有自振動器4所傳遞的超聲波振動的共振頻率的至少半波長的長度， 但設(shè)為一波長的長度。超聲波焊頭2為由鋁或鈦之類的合金、或如已進(jìn)行淬火的鐵等般音 響特性良好的素材所構(gòu)成的直線型棒狀。最大振動振幅點(diǎn)是位于超聲波焊頭2的長度方向 的兩端部及中央部。在超聲波焊頭2的長度方向的中央部的最大振動振幅點(diǎn)的位置處，設(shè) 置有工具連接部6作為形成有母螺絲的螺絲孔。在超聲波焊頭2的長度方向的兩端部上設(shè)置有部件連接部7作為形成有母螺絲的 螺絲孔。在超聲波焊頭2的長度方向的中央部與兩端部之間的最小振動振幅點(diǎn)的位置處，設(shè)置成支撐部8從超聲波焊頭2的外面向外側(cè)突出。最小振動振幅點(diǎn)也稱為節(jié)點(diǎn)。超聲波 焊頭2亦可為圓棒狀，但因制成角棒狀，雖亦可設(shè)置工具嵌合部但并未設(shè)置。當(dāng)超聲波焊頭2為圓棒狀時(shí)，亦可為支撐部8在圓周方向?qū)⒊暡ê割^2包圍 的型態(tài)。關(guān)于支撐部8在圓周方向?qū)⒊暡ê割^2包圍的型態(tài)，只要參照日本國專利第 2911394號公報(bào)的圖4或圖8即可明了。超聲波焊頭2其結(jié)構(gòu)雖趨于復(fù)雜，但亦可為以無頭 螺絲之類的固定工具將具有工具連接部6的中央部與具有支撐部8的兩端部呈同軸狀連接 的結(jié)構(gòu)。即，超聲波焊頭2并非限于圖1所示的結(jié)構(gòu)。接合工具3為由鋁或鈦之類的合金、或如已進(jìn)行淬火的鐵等般音響特性良好的素 材所構(gòu)成的直線型棒狀。在接合工具3的基部上設(shè)置焊頭連接部10作為形成有母螺絲的 螺絲孔。接合工具3的基部相當(dāng)于將接合工具3安裝于超聲波焊頭2時(shí)接合工具3的上部 的部分。接合工具3的前端部11相當(dāng)于將接合工具3安裝于超聲波焊頭2時(shí)接合工具3的 下部的部分，不細(xì)亦可，但使橫向?qū)挾萒l小于接合工具3的上部的橫向?qū)挾萒2(T1 < Τ2)。 橫向?qū)挾圈?、Τ2為與工具頭12所突出的方向呈正交的方向。亦即，由于接合工具3的前端 部11的橫向?qū)挾萒l細(xì)于接合工具3的上部的橫向?qū)挾圈?，再通過使接合工具3的前端部 11的橫向?qū)挾萒l與以超聲波焊頭2的箭頭X所表示的振動方向一致，相較于接合工具3的 前端部11的橫向?qū)挾炔⑽摧^細(xì)的場合下，接合工具的前端部的振動和接合皆會變得良好。在接合工具3的前端部11上，工具頭12從接合工具3的前端部11向橫向突出而 設(shè)置。例如，圖1中以實(shí)線所示的結(jié)構(gòu)為使前端部11的橫向?qū)挾萒l朝向左右方向的型態(tài) 中，工具頭12向前后方向突出的型態(tài)。圖1中以虛線所示的結(jié)構(gòu)為使前端部11的橫向?qū)?度Tl朝向左右方向的型態(tài)中，工具頭12向左右方向突出的型態(tài)。圖1中以假想線所示的 結(jié)構(gòu)為使前端部11的橫向?qū)挾萒l朝向前后方向的型態(tài)中，工具頭12向左右方向突出的型 態(tài)。圖1中以點(diǎn)畫線所示的結(jié)構(gòu)為使前端部11的橫向?qū)挾萒l朝向前后方向的型態(tài)中，工 具頭12向前后方向突出的型態(tài)。工具頭12所突出的方向并非限于這些，亦可使工具頭12 從前端部11向與延伸于接合工具3的上下方向的中心線正交的橫向突出。在工具頭12上將凹部13設(shè)置成向工具頭12的下方及橫向敞開的形狀，而凹部13 所敞開的橫向可為與工具頭12所突出的方向交叉的方向。凹部13是作為逃孔，其將金屬 彼此接合時(shí)防止與接合對象部件48 (參照圖3)干涉而發(fā)揮功能?；刂翀D1，較工具頭12的 凹部13至少更向某一方突出的部分為將接合對象部件48接合時(shí)作為接合作用部14而發(fā) 揮功能的部分。接合作用部14的下面15為與接合對象部件48接觸的面，作成為形成有凹 凸的形狀。較工具頭12的凹部13更向另一方突出的部分亦可僅擔(dān)負(fù)作為取得接合工具3的 振動平衡用的部分的功能，與向某一方突出的部分同樣可構(gòu)成為擔(dān)負(fù)作為將金屬彼此接合 的接合作用部16的功能的部分。在向另一方突出的部分構(gòu)成為作為接合作用部16而發(fā)揮 功能的部分時(shí)，只要將接合作用部16的下面17制成為將金屬彼此接合時(shí)作為與接合對象 部件48接觸的面而形成有凹凸的形狀，在接合作用部14的下面15作為重復(fù)將金屬彼此接 合的結(jié)果而消耗時(shí)，以使接合作用部14朝向后方，接合作用部16朝向前方的方式將接合作 用部14與接合作用部16的位置互相替換，再將接合工具3安裝于超聲波焊頭2上，藉此可 適當(dāng)?shù)厥褂媒雍献饔貌?6以取代接合作用部14。
從接合工具3的基部至前端部11為止的部分亦可為角棒狀，但作成圓棒狀，因此 在接合工具3的外面上設(shè)置一對的平行面的工具嵌合部18。亦即，在將接合工具3安裝于 超聲波焊頭2時(shí)，將扳手之類的工具嵌入至工具嵌合部18，再通過該工具的旋轉(zhuǎn)操作，即可 將接合工具3適當(dāng)?shù)毓潭ㄓ诔暡ê割^2上。當(dāng)從接合工具3的基部至前端部11為止的 部分為角棒狀時(shí)，亦可不設(shè)置工具嵌合部18。接合工具3的上面與下面15、17之間的長度L2雖較佳具有與超聲波焊頭2的振 動共振的振動頻率的至少半波長的長度，但系設(shè)為二波長的長度。當(dāng)接合工具3與超聲波 焊頭2的振動共振時(shí)，最大振動振幅點(diǎn)則位于接合工具3的基部與接合作用部上。亦即，在 接合工具3與超聲波焊頭2的振動共振時(shí)，接合作用部以最大振動振幅向橫向振動。在振動器4的輸出端部設(shè)有部件連接部20來作為形成有母螺絲的螺絲孔。對于將超聲波焊頭2與接合工具3互相接合，是將作為固定工具的無頭螺絲22的 一端部裝接于超聲波焊頭2的工具連接部6，而將無頭螺絲22的另一端部裝接于接合工具 3的焊頭連接部10，并使接合工具3的基部與超聲波焊頭2接觸。由此，如圖2所示般構(gòu)成 共振器1?；刂翀D1，在將接合工具3接合于超聲波焊頭2時(shí)，便會有工具頭12以實(shí)線或鎖 線所示般朝向前后方向的情況、與工具頭12以虛線或假想線所示般朝向左右方向的情況。 在兩種情況下工具頭12的振動方向皆為箭頭X方向。在超聲波焊頭2的工具連接部6或接合工具3的焊頭連接部10上設(shè)置雄螺絲以 取代無頭螺絲22，通過將此雄螺絲裝接于接合工具3的焊頭連接部10或超聲波焊頭2的 工具連接部6，亦可將超聲波焊頭2與接合工具3互相接合。又，可使用螺栓之類的有頭螺 絲取代無頭螺絲22來將超聲波焊頭2與接合工具3互相接合，只是在該場合中，將超聲波 焊頭2的工具連接部6形成為例如貫通于上下方向的貫通孔，再將有頭螺絲從超聲波焊頭 2的上方經(jīng)由工具連接部6裝接于接合工具3的焊頭連接部10，藉此將超聲波焊頭2與接 合工具3互相接合。又，亦可在不使用無頭螺絲22或有頭螺絲的情況下，以蠟材之類的接 合劑將接合工具3接合于超聲波焊頭2上。在超聲波焊頭2的一端部上安裝有振動器4或圖以外的增強(qiáng)器。在超聲波焊頭2 的一端部上安裝有振動器4時(shí)，是將無頭螺絲23的一端部裝接于超聲波焊頭2的部件連接 部7，并將無頭螺絲23的另一端部裝接于振動器4的部件連接部20。由此，可將超聲波焊 頭2與振動器4如圖2所示般地呈同軸狀接合。當(dāng)在超聲波焊頭2的一端部上安裝有圖以外的增強(qiáng)器時(shí)，是將相當(dāng)于無頭螺絲23 的圖以外的無頭螺絲的一端部裝接于超聲波焊頭2的部件連接部7，將該無頭螺絲的另一 端部裝接于形成在增強(qiáng)器的一端部上作為母螺絲的螺絲孔而設(shè)置的圖以外的部件安裝部， 并將無頭螺絲23的一端部裝接于部件安裝部，該部件安裝部系形成在增強(qiáng)器的另一端部 上作為母螺絲的螺絲孔而設(shè)置的相當(dāng)于上述部件安裝部的圖以外的部件安裝部，再將無頭 螺絲23的另一端部裝接于振動器4的部件連接部20。由此，可將超聲波焊頭2、增強(qiáng)器與 振動器4呈同軸狀接合。參照圖2，對共振器1所使用的超聲波振動金屬接合裝置25的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在 超聲波振動金屬接合裝置25的裝置框架本體26上設(shè)有作業(yè)空間部27。在比裝置框架本體 26的作業(yè)空間部27的位置更靠上部處設(shè)置有加壓機(jī)構(gòu)28。加壓機(jī)構(gòu)28的輸出部件29從 裝置框架本體26的上部配置于作業(yè)空間部27。輸出部件29配置于作業(yè)空間部27的下部經(jīng)由加壓機(jī)構(gòu)28的驅(qū)動而在作業(yè)空間部27內(nèi)直線地升降。在輸出部件29配置于作業(yè)空 間部27的下部設(shè)有支撐具30。在比裝置框架本體26的作業(yè)空間部27的位置更靠下部處 設(shè)有承受臺31。承受臺31的前方上部處則設(shè)有接合作用承受部32。接合作用承受部32 的上面33作為將金屬彼此接合時(shí)與接合對象部件48接觸的面，且制成為形成有凹凸的形 狀。在貫通于支撐具30左右的內(nèi)部空間34使超聲波焊頭2的長度方向朝向以箭頭X 所示的左右方向，并以勿使超聲波焊頭2的支撐部8以外的部分與支撐具30接觸的方式來 配置超聲波焊頭2，且將支撐部8支撐于支撐具30的支撐部件35。如此一來，在將超聲波 焊頭2裝接于支撐具30時(shí)，由于將支撐部8支撐于支撐具30，該支撐部8以使其位于較接 合工具3的位置更靠兩側(cè)存在的最小振動振幅點(diǎn)的方式而設(shè)置，且將超聲波焊頭2經(jīng)由支 撐部8以兩邊支撐的方式來支撐于支撐具30上，因此振動器4及圖以外的增強(qiáng)器亦未與支 撐具30接觸。又，將超聲波焊頭2裝接于支撐具30上且使輸出部件29停止于上升位置時(shí)，接合 工具3的接合作用部14的下面15與接合作用承受部32的上面33則殘留至少可將重迭多 個(gè)金屬的接合對象部件48插入的空間，并在上下方向相對向。對以超聲波振動金屬接合裝置25將金屬彼此接合的動作進(jìn)行說明時(shí)，首先，在接 合作用部14與接合作用受部32呈對向的狀態(tài)下，在承受臺31的接合作用承受部32的上 面33承載重迭有多個(gè)金屬的接合對象部件48。次之，驅(qū)動加壓機(jī)構(gòu)28，并隨著輸出部件29 的下降，共振器1及振動器4或圖以外的增強(qiáng)器便會下降。因此，例如以接合工具3與承受臺31包夾接合對象部件48后，振動器4便產(chǎn)生超 聲波振動，超聲波焊頭2則與從振動器4所傳遞的超聲波振動共振，而接合工具3與從超聲 波焊頭2所傳遞的振動來共振。由此，作為接合工具的最大振動振幅點(diǎn)的接合作用部14在 橫向的振動便傳遞至接合對象部件48，接合對象部件48中的多個(gè)金屬所重迭的接觸面彼 此即受到摩擦而接合。如圖3所示，使在超聲波振動金屬接合裝置25中所使用的共振器1的工具頭12 從接合工具3的前端部11起向橫向突出，并在工具頭12向橫向突出的部分的下部上設(shè)有 接合作用部14。因此即使接合對象部件48存在于物品50的深入位置處時(shí)，只要接合對象 部件48與其上方的突出部51之間的空隙HI為可將工具頭12向橫向突出的部分及接合作 用部14插入的尺寸，并將工具頭12向橫向突出的部分及接合作用部14插入于上述空隙HI 中，因此接合作用部14可將接合對象部件48適當(dāng)?shù)亟雍?。?shí)施方式2參照圖4，就實(shí)施方式2的接合工具3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。接合工具3上設(shè)有狹縫 37，此與圖1的接合工具3不同。狹縫37設(shè)置成向工具頭12的凹部13的下方及橫向敞開 的形狀。狹縫37所敞開的橫向?yàn)榍岸瞬?1的橫向?qū)挾萒l(參照圖1)的方向。經(jīng)調(diào)整狹 縫37的深度及橫向?qū)挾龋稍诮雍瞎ぞ?上得到良好的振動。狹縫37的橫向?qū)挾葹楣ぞ?頭12所突出的方向的寬度。實(shí)施方式3參照圖5，就實(shí)施方式3的接合工具3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。與圖1的接合工具3不同 的是，此形成為使接合工具3的接合作用部14及接合作用部16大于前端部11的橫向?qū)挾萒1。實(shí)施方式4參照圖6，就實(shí)施方式4有關(guān)的接合工具3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。A圖表示將接合作用 部14、16以蠟材之類的接合劑38接合于工具頭12的結(jié)構(gòu)。B圖則表示將工具頭12以接 合劑38接合于接合工具3的前端部11的結(jié)構(gòu)。與圖1的接合工具3不同的是，在A圖及 B圖中通過將接合劑38熔解即可將接合作用部14、16或工具頭12交換。實(shí)施方式5參照圖7，就實(shí)施方式5的接合工具3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。與圖1的接合工具3不同 的是，在工具頭12上并未形成有凹部13。實(shí)施方式6參照圖8，就實(shí)施方式6的共振器1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。與圖1的共振器1不同的 是，在超聲波焊頭2的一端部上設(shè)置有接合工具3。圖8的超聲波焊頭2的另一端部上則接 合有振動器4。并且，當(dāng)使超聲波焊頭2與從振動器4所傳遞的超聲波振動共振時(shí)，在超聲 波焊頭2的兩端部上配置最大振動振幅點(diǎn)，并在這些最大振動振幅點(diǎn)之間配置至少一個(gè)最 小振動振幅點(diǎn)，且在此一個(gè)最小振動振幅點(diǎn)的位置，于超聲波焊頭2上設(shè)置成使支撐部8從 超聲波焊頭2的外面向外側(cè)突出。因此，圖8所示的共振器1即成為單獨(dú)支撐安裝于設(shè)置 在圖2的超聲波振動金屬接合裝置25的輸出部件29的圖以外的支撐具上的型態(tài)。
權(quán)利要求
超聲波振動金屬接合用共振器，包括超聲波焊頭，具有從振動器所傳遞的超聲波振動的共振頻率的至少半波長的長度；以及接合工具，以在超聲波焊頭的最大振動振幅點(diǎn)的位置，向與超聲波焊頭的振動傳遞方向正交的方向突出的方式設(shè)置于超聲波焊頭上，其特征在于，將接合工具構(gòu)成為由音響特性良好的素材所形成的直線型棒狀，且設(shè)置成在接合工具的前端部使工具頭向橫向突出。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波振動金屬接合用共振器，其特征在于，使接合工具的前 端部的橫向?qū)挾燃?xì)于接合工具的上部的橫向?qū)挾取?br> 3.如權(quán)利要求1所述的超聲波振動金屬接合用共振器，其特征在于，在工具頭上設(shè)置 成使凹部向下方及橫向敞開的形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波振動金屬接合用共振器，其特征在于，在工具頭上設(shè)置 成使用以獲得良好振動的狹縫向下方及橫向敞開的形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波振動金屬接合用共振器，其特征在于，以接合劑將工具 頭接合于接合工具的前端部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波振動金屬接合用共振器。由于工具頭12從接合工具3的前端部11起向橫向突出，且在工具頭12向橫向突出的部分的下部上設(shè)有接合作用部14，因此即使當(dāng)接合對象部件48存在于物品50的深入位置時(shí)，仍可將工具頭12向橫向突出的部分以及接合作用部14插入于接合對象部件48與其上方的突出部51之間的空隙H1，藉此適當(dāng)?shù)貙⒔雍蠈ο蟛考?8接合。
文檔編號B06B1/00GK101927399SQ20101020168
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者伊藤宜広, 佐藤茂, 石井亮一, 神谷真由美, 勝見貢 申請人:株式會社厄泰克斯