超声波接合装置的制作方法

本发明涉及用于将被接合材超声波接合的超声波接合装置。

背景技术：

公知有一种超声波接合装置，其构成为，具有产生超声波振动的振子，在与该振子连结的超声波变幅杆的外侧面设置有圆形的凹部，该圆形的凹部在其内周面形成有内螺纹，以隔着变幅杆头的头基座的状态使连接构件与该凹部的内螺纹嵌合。由此，能够将变幅杆头以可装卸的状态固定于超声波变幅杆(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-52768号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在上述现有技术中，由超声波振动产生的应力集中于变幅杆头的基端与头基座之间的边界，因此，存在裂纹产生于昂贵的变幅杆头、变幅杆头的更换频度变高这样的问题。

本发明要解决的问题在于提供一种超声波变幅杆和变幅杆头能够装卸的超声波接合装置，其中，变幅杆头的耐久性较高。

用于解决问题的方案

本发明通过如下手段来解决上述问题：

在超声波变幅杆与变幅杆头之间设置有将超声波变幅杆与变幅杆头连接起来的连接构件，

在连接构件的一侧形成有用于与超声波变幅杆的第1螺纹部螺纹结合的第3螺纹部，在连接构件的另一侧形成有用于与变幅杆头的第2螺纹部螺纹结合的第4螺纹部，

以超声波变幅杆的安装面和变幅杆头的安装面彼此被按压的方式借助连接构件将超声波变幅杆和变幅杆头连接起来。

发明的效果

根据本发明，使用第1螺纹部、第2螺纹部、第3螺纹部和第4螺纹部并借助连接构件将超声波变幅杆和变幅杆头连接起来，因此，由超声波振动产生的应力由这些第1螺纹部～第4螺纹部的螺纹结合面整体承受。因而，能够使应力集中分散，能够提高变幅杆头的耐久性。

附图说明

图1是表示本发明的超声波接合装置的一实施方式的整体主视图。

图2a是表示本发明的第1实施方式的超声波变幅杆和变幅杆头的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图。

图2b是图2a的组装剖视图。

图2c是图2a的iic向视图(仰视图)。

图3a是表示本发明的第2实施方式的超声波变幅杆和变幅杆头的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图。

图3b是图3a的组装剖视图。

图3c是图3b的iiic部的放大剖视图。

图4a是表示本发明的第3实施方式的超声波变幅杆和变幅杆头的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图。

图4b是图4a的组装剖视图。

图5a是表示本发明的第4实施方式的超声波变幅杆和变幅杆头的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图。

图5b是图5a的组装剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对将本发明的超声波接合装置具体化的几个实施方式进行说明。图1是表示本发明的超声波接合装置的一实施方式的整体主视图。最初，参照图1对通用于随后论述的第1实施方式～第4实施方式的超声波接合装置1的结构进行说明。图1所示的超声波接合装置1是用于在将第2被接合材w2重叠于第1被接合材w1之上的状态下施加超声波振动、从而形成这些第1被接合材w1和第2被接合材w2在接合部相互接合而成的超声波接合体的装置，以对由铝、铜等金属材料形成的两个被接合材w1、w2进行超声波接合的情况为例来说明本发明的实施方式。

本实施方式的超声波接合装置1用于将例如薄型二次电池的输出端子彼此接合、将输出端子和集电体等接合的情况，被接合材w1、w2的用途并没有特别限定。另外，在以下的实施方式中，列举将两个被接合体w1、w2接合的情况为例来说明本发明，但也可以根据需要用于将3个以上的被接合材接合的情况。另外，在本实施方式中，对使相同材质的被接合材w1、w2彼此相互接合的例子进行说明，但不特别限定于此，也可以使由不同种材料形成的被接合构件w1、w2相互接合。

如图1所示，本实施方式的超声波接合装置1具备供被接合材w1、w2载置的砧座(anvil)2、超声波变幅杆3、安装于该超声波变幅杆3的变幅杆头4、振子5、以及加压装置6。砧座2是供第1被接合材w1和第2被接合材w2载置的支承配件，在将要接合的两张被接合材w1、w2夹在其与变幅杆头4之间状态下，承接从变幅杆头4传递的超声波振动和按压力。

超声波变幅杆3具有朝向图1中的+x方向延伸的臂部31和头安装部32。臂部31是沿着延伸方向具有大致恒定的直径的圆柱形状的构件，该臂部31的基端(图1的左侧端部)与振子5连结。由此，由振子5产生的±x方向的超声波振动(往复单振动)向变幅杆头4传递。头安装部32设置于臂部31的顶端(图1的右侧端部)的附近的下方，在该头安装部32安装变幅杆头4。该超声波变幅杆3能够进行振子5所产生的超声波振动的传递，因此，由具有恰当的硬度的材料形成。作为这样的材料，能够列举出例如钨等超硬合金。此外，本实施方式的头安装部32的截面形状除了是圆形之外，也可以是矩形。

本实施方式的振子5是由例如压电元件构成的振子，与超声波变幅杆3的基端连接。该振子5以沿着图1的xy平面的预定的振幅和频率产生超声波振动，使该超声波振动经由超声波变幅杆3和变幅杆头4向被接合材w1、w2传播。

加压装置6是用于在使两个被接合材w1、w2接合之际、对载置到砧座2上的被接合材w1、w2施加按压力的装置，由例如气缸、液压缸等构成。超声波变幅杆3的基端侧固定于支承构件61，还借助支承构件61以沿着轨道62能够上下运动的状态安装于该轨道62上。加压装置6和支承构件61由轴64连结，由此，被加压装置6施加的加压力经由轴64和支承构件61向超声波变幅杆3传递。

变幅杆头4安装于超声波变幅杆3的头安装部32，使经由超声波变幅杆3传递的来自振子5的超声波振动向被接合材w1、w2传播。该变幅杆头4由钨等超硬合金构成，具有朝向被接合材w1、w2侧缩径的锥形部40(参照图2a)。因此，变幅杆头4的顶端面(与被接合材w1相对的面)41的外径成为变幅杆头4的最小外径。

也可以根据需要对变幅杆头4的顶端面41实施氮化处理、金刚石涂敷。本实施方式的变幅杆头4的顶端面41如图2c所示那样设为圆形状，由此，在使超声波振动向被接合材w1、w2传播之际抑制超声波振动的应力在该被接合材w1、w2上局部地集中，能够防止由应力的局部集中导致的被接合材w1、w2的损伤。另外，在将变幅杆头4安装于超声波变幅杆3的头安装部32之际，拧入方向的各向异性被消除。即、通过将变幅杆头4的顶端面41形成为圆形，在将变幅杆头4拧入之际，无论在哪里停留都始终使与被接合材w1、w2之间的接触面成为圆形，因此，能够提高安装操作性。

此外，对于本实施方式的变幅杆头4，只要顶端面41是圆形即可，顶端面以外的截面形状除了圆形之外，也可以是矩形。另外，本实施方式的变幅杆头4的锥形部40是外径朝向顶端面41呈直线状缩径的形状，但并不特别限定于此。例如、锥形部40也可以是外径朝向顶端面41呈曲线状缩径的形状。另外，也可以是具有圆形状的顶端面41并且具有棱柱形状的锥形部40的形状，变幅杆头4的整体也可以是具有大致恒定的直径的圆柱形状等。

以上是通用于后述的第1实施方式～第4实施方式的结构。以下，对与本发明的超声波接合装置1的超声波变幅杆3和变幅杆头4的安装构造有关的实施方式进行说明。

《第1实施方式》

图2a是表示本发明的第1实施方式的超声波变幅杆3和变幅杆头4的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图，图2b是图2a的组装剖视图，图2c是图2a的iic向视图(仰视图)。本实施方式的超声波变幅杆3和变幅杆头4的安装构造包括连接构件7而构成。

在本实施方式中，如图2a所示，在作为超声波变幅杆3的顶端部的头安装部32形成有安装面35，在该安装面35形成有具有预定的直径的第1螺纹部33。另外，在变幅杆头4的基端部形成有安装面42，在该安装面42形成有具有预定的直径的第2螺纹部43。本实施方式的第1螺纹部33和第2螺纹部43均由内螺纹构成。

连接构件7如图2a所示那样由实心的筒状构件构成，在筒状构件的上半部分形成有第3螺纹部71，在下半部分形成有第4螺纹部72。本实施方式的第3螺纹部71和第4螺纹部72均由外螺纹构成。并且，第3螺纹部71与形成于超声波变幅杆3的头安装部32的第1螺纹部33螺纹结合，第4螺纹部72与形成于变幅杆头4的第2螺纹部43螺纹结合。即、通过使第1螺纹部33和第3螺纹部71、第2螺纹部43和第4螺纹部72分别螺纹结合，变幅杆头4借助连接构件7安装于超声波变幅杆3的头安装部32。

此外，在本实施方式中，连接构件7的第3螺纹部71和第4螺纹部72设为大致相同的长度、直径和螺距，但并不特别限定于此。例如，只要是第1螺纹部33和第3螺纹部71、第2螺纹部43和第4螺纹部72分别恰当地螺纹结合的关系，则第3螺纹部71和第4螺纹部72也可以是不同的长度、不同的直径或不同的螺距。另外，图2a和图2b所示的连接构件7由实心材料形成，但并不限定于此，也可以是空心材料。

在本实施方式中，超声波变幅杆3的安装面35设为与第1螺纹部33的拧入方向(图2b的z轴方向)实质上垂直的平坦面(图2b的xy平面)。另外，变幅杆头4的安装面42设为与第2螺纹部43的拧入方向(图2b的z轴方向)实质上垂直的平坦面(图2b的xy平面)。因此，若变幅杆头4和头安装部32被连接构件7相互连接，则第1螺纹部33的周围的安装面35与第2螺纹部43的周围的安装面42彼此密合。

另外，如图2b所示，形成于超声波变幅杆3的头安装部32的第1螺纹部33的轴向上的长度d1与形成于变幅杆头4的第2螺纹部43的轴向上的长度d2的合计d1+d2设定得比连接构件7的轴向上的长度d3大((d1+d2)>d3)。因此，若变幅杆头4和头安装部32被连接构件7相互连接，则如图2b所示，在变幅杆头4的第2螺纹部43的下部形成空隙44，在头安装部32的第1螺纹部33的上部形成空隙34。

如以上那样，在本实施方式的超声波接合装置1中，首先，通过使用连接构件7来将变幅杆头4可装卸地连接于超声波变幅杆3。由此，即使变幅杆头4由于长时间的使用而劣化，超声波变幅杆3也保持原样而仅更换该变幅杆头4即可。

另外，在本实施方式的超声波接合装置1中，在变幅杆头4的安装面42形成有由内螺纹构成的第2螺纹部43，在超声波变幅杆3的安装面35形成有由内螺纹构成的第1螺纹部33。另外，在连接构件7的一侧形成有由外螺纹构成的第3螺纹部71，在另一侧形成有由外螺纹构成的第4螺纹部72。并且，在这些第1螺纹部33和第3螺纹部71螺纹结合的同时、第2螺纹部43和第4螺纹部72螺纹结合，从而变幅杆头4和超声波变幅杆3的头安装部32被固定。由此，从超声波变幅杆3向变幅杆头4传递的超声波振动在第1螺纹部33与第3螺纹部71之间的螺纹结合部分、和第2螺纹部43与第4螺纹部72之间的螺纹结合部分这两者被分散。其结果，抑制由超声波振动产生的应力集中于头安装部32、变幅杆头4的一部分，能够防止由应力集中导致的头安装部32和变幅杆头4的破损。

另外，若借助连接构件7将超声波变幅杆3的头安装部32和变幅杆头4连接，则超声波变幅杆3的安装面35和变幅杆头4的安装面42彼此被按压，因此，能够抑制超声波振动的传递效率的降低。另外，无需为了谋求头安装部32、变幅杆头4的强度提高而使该头安装部32、变幅杆头4大型化，因此，出于该观点考虑，也能够提高超声波振动相对于被接合材w1、w2的传递效率。

而且，在本实施方式中，形成于超声波变幅杆3的头安装部32的第1螺纹33的长度d1与形成于变幅杆头4的第2螺纹部43的长度d2的合计d1+d2设定得比连接构件7的长度d3大((d1+d2)>d3)。因此，若进一步拧入变幅杆头4，则变幅杆头4的安装面42与超声波变幅杆3的头安装部32的安装面35必然接触而彼此按压。因而，能够使从超声波变幅杆3向变幅杆头4传递的超声波振动在该接触部分进一步分散。

另外，本实施方式中的变幅杆头4的安装面42是与第2螺纹部43的拧入方向实质上垂直的平坦面，同样地，超声波变幅杆3的头安装部32的安装面35也设为与第1螺纹部33的拧入方向实质上垂直的平坦面。因此，若变幅杆头4和头安装部32被连接构件7相互紧固而固定，则在第1螺纹部33和第2螺纹部43的周围，安装面35和安装面42以与平坦性相应的接触面积相互密合。由此，能够使从超声波变幅杆3向变幅杆头4传递的超声波振动在该密合部分可靠地分散，因此，能够进一步提高上述的效果。

另外，本实施方式中的变幅杆头4的顶端面41呈圆形状。因此，在将变幅杆头4安装于超声波变幅杆3的头安装部32之际拧入方向的各向异性被消除。即、通过将变幅杆头4的顶端面41形成为圆形，在拧入变幅杆头4之际，无论在哪里停留都始终使与被接合材w1、w2之间的接触面成为圆形，因此，能够提高安装操作性。另外，通过将变幅杆头4的顶端面41设为圆形，从而能够抑制由向被接合材w传播的超声波振动所产生的应力相对于该被接合材w局部地传播而导致被接合材w损伤。

而且，本实施方式中的变幅杆头4具有锥形部40，因此，能够防止超声波振动在该变幅杆头4内传播之际作用的应力局部地蓄积于变幅杆头4内。因此，提高变幅杆头4的耐久性。

《第2实施方式》

图3a是表示本发明的第2实施方式的超声波变幅杆和变幅杆头的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图，图3b是图3a的组装剖视图，图3c是图3b的iiic部的放大剖视图。本实施方式的超声波变幅杆3和变幅杆头4的安装构造与第1实施方式同样包括连接构件7而构成，但其形状不同。

即、本实施方式的连接构件7不像第1实施方式的连接构件7那样是筒状构件，而是在形成于一侧的第3螺纹部71与形成于另一侧的第4螺纹部72之间包括具有一对面74、75的板状的板部73而构成。本实施方式的第1螺纹部33和第2螺纹部43均由内螺纹构成这点、以及第3螺纹部71和第4螺纹部72均由外螺纹构成这点与第1实施方式相同。

本实施方式的连接构件7的板部73的一个面74(以下称为第1主面74)设为与第3螺纹部71的轴向(图3a的z轴方向)实质上垂直的平坦面(该图3a的xy平面)。另外，连接构件7的板部73的另一个面75(以下称为第2主面75)设为与第4螺纹部72的轴向(该图3a的z轴方向)实质上垂直的平坦面(该图3a的xy平面)。因此，若变幅杆头4和头安装部32被连接构件7相互连接，则板部73的第1主面74和超声波变幅杆3的安装面35密合，板部73的第2主面75和变幅杆头4的安装面42密合。由此，超声波变幅杆3的安装面35和变幅杆头4的安装面42隔着板部73彼此被间接地按压。

另外，如图3b所示，对于本实施方式的连接构件7，通过使第1螺纹部33的长度d1比第3螺纹71的长度d4长(d1>d4)，从而在第3螺纹部71的上部形成空隙34。同样地，通过使第2螺纹部43的长度d2比第4螺纹部72的长度d5长(d2>d5)，从而在第4螺纹部72的下部形成空隙44。这样一来，在将连接构件7分别连接到变幅杆头4和超声波变幅杆3的头安装部32的情况下，板部73的第1主面74必然与头安装部32的安装面35密合，并且，板部73的第2主面75与变幅杆头4的安装面42密合。

另外，本实施方式的连接构件7不是筒状构件而是在轴向的中央具有板部73的形状，因此，存在应力集中产生于第3螺纹部71与板部73之间的边界部和第4螺纹部72与板部73之间的边界部的可能性。因此，如图3a和图3b、以及以其一部位为代表而在图3c中放大地表示那样，在板部73与第3螺纹部71之间的边界部的整周形成有第1弯曲面76，在板部73与第4螺纹部72之间的边界部的整周形成有第2弯曲面77。另外，在超声波变幅杆3的安装面35的第1螺纹部33的边缘部形成有朝向顶端扩开的第1环状倾斜面36，在变幅杆头4的安装面42的第2螺纹部43的边缘部形成有朝向顶端扩开的第2环状倾斜面45。这样，使应力集中的可能性较高的部分不是锐利的形状而是设为弯曲形状或锥形形状，从而能够抑制应力集中。

其他结构与第1实施方式基本上相同，因此，在图3a～图3c标注相同的附图标记，将其说明引用于此。

《第3实施方式》

图4a是表示本发明的第3实施方式的超声波变幅杆和变幅杆头的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图，图4b是图4a的组装剖视图。本实施方式的超声波变幅杆3和变幅杆头4的安装构造与第1实施方式同样地包括连接构件7而构成，但其形状不同，并且第1螺纹部33、第2螺纹部43、第3螺纹部71以及第4螺纹部72的结构不同。

即、本实施方式的连接构件7像第1实施方式的连接构件7那样是筒状构件，但设为空心状的筒状构件，而且，第3螺纹部71和第4螺纹部72均由内螺纹构成。也就是说，本实施方式的连接构件7设为螺母形状。而且，形成于头安装部32的第1螺纹部33和形成于变幅杆头4的基端的第2螺纹部43均由外螺纹构成。本实施方式的第1螺纹部33与第3螺纹部71螺纹结合这点和第2螺纹部43与第4螺纹部72螺纹结合这点与第1实施方式相同。

另外，超声波变幅杆3的安装面35设为与第1螺纹部33的拧入方向(图4a的z轴方向)实质上垂直的平坦面(图4a的xy平面)。另外，变幅杆头4的安装面42设为与第2螺纹部43的拧入方向(图4a的z轴方向)实质上垂直的平坦面(图4a的xy平面)。因此，若变幅杆头4和头安装部32被连接构件7相互连接，则头安装部32的安装面35和变幅杆头4的安装面42彼此密合。

此外，在本实施方式中，在头安装部32的顶端的中央形成有第1凹部37，在变幅杆头4的基端的中央形成有第2凹部46。第1凹部37具有与第3螺纹部71的轴向上的长度相等的深度，并且具有与形成有第3螺纹部71的连接构件7的截面积相等的截面积。另外，第2凹部46具有与第4螺纹部72的轴向上的长度相等的深度，并且具有与形成有第4螺纹部72的连接构件7的截面积相等的截面积。即、该第1凹部37和第2凹部46设为这样的大小：在如图4b所示那样使用连接构件7来将变幅杆头4组装于头安装部32的情况下，在图4b中以a-a线所示的截面的截面积、即存在连接构件7的部分的截面积与在图4b中以b-b线所示的截面的截面积、即不存在连接构件7的部分的截面积相等或近似。

优选以这样的方式设定头安装部32和变幅杆头4的形状：在来自振子5的超声波振动向臂部31传递、该超声波振动向变幅杆头4的顶端面41传递的情况下，在变幅杆头4的顶端面41成为最大振幅。在该情况下，若预先使头安装部32和变幅杆头4的截面积在整个范围内相等，则易于准确地设定图4b中以点划线所示的振动的波节的位置。因此，在本实施方式中，设置有第1凹部37和第2凹部46。不过，这些第1凹部37和第2凹部46在本实施方式并不是必须的结构。

《第4实施方式》

图5a是表示本发明的第4实施方式的超声波变幅杆和变幅杆头的安装构造的分解剖视图，是与图1的ii部相当的剖视图，图5b是图5a的组装剖视图。本实施方式的超声波变幅杆3和变幅杆头4的安装构造与第3实施方式同样地包括连接构件7而构成，但其形状不同。

即、本实施方式的连接构件7不像第3实施方式的连接构件7那样是筒状构件，而是在形成于一侧的第3螺纹部71与形成于另一侧的第4螺纹部72之间包括具有一对面74、75的板状的板部73而构成。本实施方式的第1螺纹部33和第2螺纹部43均由外螺纹构成这点、以及第3螺纹部71和第4螺纹部72均由内螺纹构成这点与第3实施方式相同。

本实施方式的连接构件7的板部73的一个面74(以下称为第1主面74)设为与第3螺纹部71的轴向(图5a的z轴方向)实质上垂直的平坦面(该图5a的xy平面)。另外，连接构件7的板部73的另一个面75(以下称为第2主面75)设为与第4螺纹部72的轴向(该图5a的z轴方向)实质上垂直的平坦面(该图5a的xy平面)。因此，若变幅杆头4和头安装部32被连接构件7相互连接，则板部73的第1主面74和超声波变幅杆3的安装面35密合，板部73的第2主面75和变幅杆头4的安装面42密合。由此，超声波变幅杆3的安装面35和变幅杆头4的安装面42隔着板部73彼此被间接地按压。

另外，对于本实施方式的连接构件7，如图5b所示，通过使第1螺纹部33的长度d1比第3螺纹71的长度d4长(d1>d4)，从而在第3螺纹部71的上部形成有空隙34。同样地，通过使第2螺纹部43的长度d2比第4螺纹部72的长度d5长(d2>d5)，从而在第4螺纹部72的下部形成有空隙44。这样一来，在将连接构件7分别连接到变幅杆头4和超声波变幅杆3的头安装部32的情况下，板部73的第1主面74必然与头安装部32的安装面35密合，并且板部73的第2主面75与变幅杆头4的安装面42密合。

另外，本实施方式的连接构件7不是筒状构件，而是在轴向的中央具有板部73的形状，因此，存在应力集中产生于第3螺纹部71与板部73之间的边界部和第4螺纹部72与板部73之间的边界部的可能性。因此，如图5a和图5b所示，在板部73与第3螺纹部71之间的边界部的整周形成有第1弯曲面76，在板部73与第4螺纹部72之间的边界部的整周形成有第2弯曲面77。另外，在超声波变幅杆3的安装面35的第1螺纹部33的边缘部形成有朝向顶端缩径的第1环状倾斜面36，在变幅杆头4的安装面42的第2螺纹部43的边缘部形成有朝向顶端缩径的第2环状倾斜面45。这样，应力集中的可能性较高的部分不是锐利的形状而是设为弯曲形状或锥形形状，从而能够抑制应力集中。其他结构与第3实施方式基本上相同，因此，在图5a～图5b标注相同的附图标记，将其说明引用于此。

附图标记说明

1、超声波接合装置；2、砧座；3、超声波变幅杆；31、臂部；32、头安装部；33、第1螺纹部；34、空隙；35、安装面；36、第1环状倾斜面；37、第1凹部；4、变幅杆头；40、锥形部；41、顶端面；42、安装面；43、第2螺纹部；44、空隙；45、第2环状倾斜面；46、第2凹部；5、振子；6、加压装置；61、支承构件；62、轨道；7、连接构件；71、第3螺纹部；72、第4螺纹部；73、板部；74、第1主面(一个面)；75、第2主面(另一个面)；76、第1弯曲面；77、第2弯曲面；w1、w2、被接合材。