专利名称：超声波焊接构造及超声波焊接方法
技术领域：
本发明涉及用于由超声波的振动能量进行焊接的超声波焊接构造及超声波焊接方法，尤其涉及在由树脂形成的柱状的被加热体上按压共振体，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上的超声波焊接构造及超声波焊接方法。
背景技术：
以往，采用的超声波焊接为通过由超声波的振动能量加热，将由热塑性树脂构成的被加热体固定在其他的树脂或金属等被接合体上。在该超声波焊接中，将称为角状物(horn)的共振体按压在被加热体上，并且由该共振体施加高频的机械的振动。受到该机械的振动的被加热体因振动能量在其内部转换为摩擦热而温度上升并熔融，从而固着在被接合体上(参照例如，专利文献1)。
这种超声波焊接广泛采用于各种工业领域。例如，在汽车使用的执行机构中，为了相互地固定各结构部件，采用了超声波焊接。图26是用于表示执行机构的超声波焊接的使用例的立体图，图27是焊接部的焊接前的放大立体图，图28是焊接部的焊接后的放大立体图。如这些图26～28所示，扫描用的可动部100经由板簧101固定在固定部102上。
在这些可动部100及固定部102上作为被加热体设有柱状的树脂(凸起)103。另外，通过在板簧101的端部由固定用树脂104夹持该板簧101构成了被接合体。在该固定用树脂104上形成有用于插通被加热体的插通孔。并且，如图27所示，将树脂103插通于插通孔内后，由超声波焊接使树脂103的端部熔融，如图28所示，将树脂103固着在固定用树脂104上。
图29、图30分别表示焊接部周边的焊接前的纵剖面图、焊接部周边的焊接后的纵剖面图。如该图29所示，在角状物106的底面设有与树脂103接触的凹部106a，进而在凹部106a的内侧形成有朝向树脂103突出的突起部106b。这是由于，将角状物106的整体按压在软化前的树脂103上时，为了不希望因来自角状物106的振动能量而导致树脂103上产生裂口等，首先只将突起部106b按压在树脂103上，由此只软化该树脂103的一部分，之后逐渐软化树脂103的其他部分，由此防止产生裂口等。
再有，作为构成被加热体的树脂103，一般采用非晶性树脂。这是由于，非晶性树脂的分子排列不一致，软化温度的范围广，所以树脂103逐渐软化及熔融，且超声波传导特性良好。
专利文献1特开2000-79638号公报然而，在这种以往的超声波焊接中存在各种问题。即存在，超声波焊接后，作为被加热体的树脂103上产生空隙(气泡)、隆起(焊接部与非焊接部的界面剥离)，或裂口(龟裂)。例如，如图30的纵剖面图所示，存在焊接后的树脂103上分别产生空隙107、隆起108、裂口109的情况。
这样产生空隙107等的主要原因从某一程度阐明。图31是表示以往的超声波焊接中产生的现象与其主要原因的关系的图。如该图31所示，认为空隙107产生的原因是施加于树脂103的振动能量过大。该情况下，认为只有树脂103的一部分熔融并变形，导致在与树脂103的其他的非熔融部分之间卷入空气，或者使含于树脂103的内部的空气变化为气泡状。
另外，认为隆起108产生的原因是由于熔化的树脂103的变形量过大，所以树脂103变形时其表面积变化表现为褶皱，或者由于熔化的树脂103的变形方向差，所以熔化的树脂103与未熔化的树脂103接触，在二者之间形成边界。
另外，认为裂口109产生的原因是由于施加于树脂103的振动能量过大，或者熔化的树脂103的变形量过大，所以在如树脂103的基部等容易引起应力集中的部分，树脂103被极小地破坏。
然而，尽管这样从某一程度特定了问题的主要原因，但还未提案用于去除其主要原因的具体的超声波焊接构造或超声波焊接方法。
尤其如汽车部件那样，在振动、湿度以及温度环境苛刻场所，存在显著地产生如上述的问题的可能性，从而要求超声波焊接构造及超声波焊接方法的改进。
发明内容
本发明鉴于上述而实现，目的在于提供能够通过减少焊接部分的空隙、隆起或裂口的产生而提高其耐久性的超声波焊接构造及超声波焊接方法的改进。
为了解决上述的课题并达到目的，第一发明的超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述被接合体具备插通孔，该插通孔用于插通所述被加热体，所述被接合体的插通孔在与所述共振体对向的一侧的内缘具备切口部。
另外，第二发明根据第一发明，其特征在于，所述插通孔的切口部作为容纳熔融状态的所述被加热体的容纳部。
另外，第三发明根据第一发明，其特征在于，所述插通孔的切口部作为用于缓和由于与该插通孔的内缘的接触而在所述被接合体的内部产生的应力的应力缓和部。
另外，第四发明的超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体的与所述被加热体接触的接触面形成为近似平面状，所述被加热体具备共振体连接部，该共振体连接部相对于所述共振体形成为突出状。
另外，第五发明的超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，该共振突起部从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出，所述共振体的所述共振突起部形成为近似半球状或近似圆锥状。
另外，第六发明的超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，该共振突起部从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出，所述共振体形成有从所述共振体的底面至所述共振突起部的基部的倾斜面。
另外，第七发明的超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，该共振突起部从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出，所述被加热体具备共振体容纳部，该共振体容纳部相对所述共振体至少形成为凹状。
另外，第八发明根据第七发明，其特征在于，所述共振体的所述共振突起部形成为近似半球状，所述被加热体的所述共振体容纳部形成为具有可包含所述近似半球状的所述共振突起部的直径的近似圆锥状。
另外，第九发明根据第七发明，其特征在于，所述共振体容纳部形成为沿所述共振体的按压方向的深孔状。
另外，第十发明根据第七发明，其特征在于，所述共振体容纳部形成为沿所述共振体的按压方向且到达所述被加热体的底面的贯通孔。
另外，第十一发明根据第七发明～第十发明的任一发明，其特征在于，所述共振体容纳部的上缘具备切口部。
另外，第十二发明的超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述被加热体具备粗径部，其位于该被加热体的基部侧；细径部，其位于比该粗径部更靠所述共振体侧，其直径比该粗径部细。
另外，第十三发明根据第十二发明，其特征在于，所述被接合体具备插通孔，其用于插通所述被加热体，所述被加热体的所述粗径部与所述细径部的边界面配置在将所述被加热体插通于所述插通孔内的状态下的所述被接合体的上表面的下方。
另外，第十四发明的超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，其为从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出的近似半球状或近似圆锥状；和从所述共振体的底面至所述共振突起部的基部的倾斜面，所述被加热体具备共振体容纳部，其为沿所述共振体的按压方向且到达所述被加热体的底面的贯通孔状。
另外，第十五发明的超声波焊接方法，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接方法的特征在于，具备预备加热工序，其对所述共振体的与所述被加热体的接合部分进行加热；加热工序，其将由所述预备加热工序加热的所述接合部分按压在所述被加热体上赋予高频振动。
(发明的效果)根据本发明的超声波焊接构造，切口部容纳熔融树脂，或缓和树脂中产生的应力，所以能够减少以往出现的裂口产生等。
根据本发明的超声波焊接构造，熔融的树脂被容纳到容纳部中，由此树脂与固定用树脂的相互接触面积增加，固着力提高，并且树脂与固定用树脂的相互的接触部分变为厚壁状，从而，强度提高。
根据本发明的超声波焊接构造，切除插通孔的内缘而形成有应力缓和部，所以插通孔的内缘不与树脂的外表面接触，或者即使接触时，也缓和树脂中产生的应力集中，所以可解除以往的所有问题或一部分。
根据本发明的超声波焊接构造，树脂由树脂的基部的两端以及共振体连接部三点固定，所以即使共振体相对于树脂的定位产生误差，由于树脂侧的三点的固定位置始终相同，所以也能够始终均衡的保持三点固定状态，从而可减少产生裂口等。
根据本发明的超声波焊接构造，使共振体的共振突起部形成为近似半球状或近似圆锥状，所以即使共振体的定位产生误差时，也能够以适当的位置关系进展焊接，从而可解除以往的所有问题或一部分。
根据本发明的超声波焊接构造，通过由倾斜面按压被加热体，使软化的树脂向外侧倾倒，所以能够以弱力进行焊接，由此能够解除由过大按压力产生的问题。
根据本发明的超声波焊接构造，即使共振体的定位产生误差时，共振突起部由共振体容纳部容纳，由该共振体容纳部产生用于向正确位置修正的修正力的作用，所以也能够以适当的位置关系进行焊接，从而可解除以往的所有问题或一部分。
根据本发明的超声波焊接构造，近似半球状的共振突起部由近似圆锥状的共振体容纳部顺利地引导，所以能够圆滑地修正共振体的定位误差。
根据本发明的超声波焊接构造，通过共振体按压深孔状的共振体容纳部，使软化的树脂向外侧倾倒，所以能够使共振体的按压力弱于以往，并能够以弱力进行焊接，由此能够解除由过大按压力产生的问题。
根据本发明的超声波焊接构造，由于共振体容纳部为贯通状，且能够由两端支撑固定该树脂型的棒状部，所以容易成型共振体容纳部。
根据本发明的超声波焊接构造，在水平方向上，即使角状物相对于树脂的位置偏移时，共振体的共振突起部被切口部导入到共振体容纳部的内侧，从而也能够缓和位置偏移。
根据本发明的超声波焊接构造，只有细径部熔融，起到与固定用树脂固着的作用，另一方面，粗径部不被熔融而维持树脂强度，所以可解除以往的所有问题或一部分。
根据本发明的超声波焊接构造，能够在由固定用树脂保持构造变化最明显的回折面的状态下进行焊接，所以能够稳定地保持回折面，可解除以往的所有问题或一部分。尤其相比于将回折面配置在固定用树脂的上表面的上方的情况，能够减少空隙或隆起的产生。
根据本发明的超声波焊接构造，通过倾斜面按压共振体容纳部，该按压力产生对应于倾斜面的倾斜的朝向外侧的分力，使软化的树脂向外侧倾倒。并且，该倾倒的树脂固着在固定用树脂的上面，由此能够进行固定。通过使用这样从按压力派生出的分力，能够使共振体的按压力弱于以往，并能够以弱力进行焊接，由此能够解除由过大按压力产生的问题。而且，由于共振体容纳部为贯通状，且能够由两端支撑固定该树脂型的棒状部，所以容易成型共振体容纳部。
根据本发明的超声波焊接方法，即使设振动行程作为整体小于以往，在树脂的杨氏模量高的焊接初期，由共振体的热使树脂软化，杨氏模量下降后，相比于以往作为整体也能够通过较小的振动行程进行超声波焊接，所以不会对树脂施加过度的振动，可减少空隙等。
图1是概略表示本发明的实施例1的超声波焊接装置的立体图；图2是表示针对产生以往的问题的原因的对策与其效果的关系的图；图3是树脂的纵剖面图；图4是实施例1的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图5是实施例1的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图6是实施例2的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图7是实施例2的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图8是实施例3的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图9是实施例3的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图10是实施例4的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图11是实施例4的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图12是实施例5的角状物的共振突起部的纵剖面图；图13是实施例5的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图14是实施例5的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图15是实施例6的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图16是实施例6的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图17是实施例7的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图18是实施例7的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图19是概略地表示实施例8的超声波焊接装置的立体图；图20是实施例8的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图21是实施例8的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图22是实施例9的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图23是实施例9的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；图24是实施例10的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图；图25是实施例10的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图；
图26是用于表示执行机构的超声波焊接的使用例的立体图；图27是焊接部的焊接前的放大立体图；图28是焊接部的焊接后的放大立体图；图29是焊接部周边的焊接前的纵剖面图；图30是焊接部周边的焊接后的纵剖面图；图31是表示以往的超声波焊接中产生的现象与其主要原因的关系的图。
图中，1-超声波焊接机；2-增压器；3-角状物；3a-凹部；3b-突起部；3c、3f-共振突起部；3e-倾斜面；4-支撑夹具；5-加热器；10-树脂；14-共振体连接部；15-粗径部；16-细径部；17、19-共振体容纳部；19a-切口部；20-板簧；21-固定用树脂；23-插通孔；24-容纳部；P-回折面。
具体实施例方式
以下，基于附图对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的各实施例详细地进行说明。再有，该发明并不限定于该实施例。
实施例1对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例1进行说明。本实施例1示意地表征，在被接合体的插通孔的与共振体对向的一侧的内缘形成有切口部的情况等，尤其表征将该切口部设为容纳熔融状态的被加热体的容纳部的情况等。
图1是概略地表示本实施例1的超声波焊接装置的立体图。如该图1所示，超声波焊接机1具备增压器(booster)2、设于该增压器2的端部的作为共振体的角状物3、以及与该角状物3对向地配置的支撑夹具4而构成。在该增压器2的内部设有未图示的振子，该振子的振动被传递到角状物3。另外，增压器2由未图示的加压源加压，沿朝向支撑夹具4的方向(图示中的下方，按压方向)移动，由此将其前端的角状物3按压在固定于支撑夹具4的上面的作为被加热体的树脂10上。由此，振子的振动经由角状物3传达到树脂10中，由角状物3赋予树脂10高频振动。再有，图2是本案申请人阐明的，表示对产生以往的问题的原因的对策与其效果的关系的图，其一部分或全部的对策在本实施例1～10中实现。
下面，对本实施例1中使用的作为被加热体的树脂10进行说明。图3是树脂的纵剖面图。如该图3所示，树脂10一体地具备平板状的基部11和从该基部11向角状物侧立起的柱状部12而构成。更加具体为，基部11的壁厚T＝2mm，柱状部12的直径W1＝2.72mm，柱状部12的上端缘的倒角部的半径R1＝0.2mm，柱状部12的整体高度H1＝2.7mm，从柱状部12到基部11的接合部13的半径R2＝0.5，一对接合部13形成的角度R3＝43.6度。该树脂10由非晶性树脂形成，可使用聚碳酸盐或ABS(丙稀腈-丁二烯-苯乙烯Acrylonitrile Butadiene Styrene)，可更优选使用三菱工程塑料株式会社制的产品编号“S2000R”的高流动性树脂。但是，该树脂10的形状可任意地变更。
下面，对本实施例1的超声波焊接构造进行说明。图4是实施例1的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图5是实施例1的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如图4所示，角状物3基本上形成与图29所示的以往的角状物相同的形状。即，在角状物3的底面设有与树脂接触的凹部3a，在该凹部3a内形成有朝向树脂侧突出的突起部3b。
如图4所示，被接合体与图29所示的以往例同样地由固定用树脂21夹持板簧20而构成，在该固定用树脂21的平面的大致中央形成有用于插通树脂的插通孔23。
在此，固定用树脂21的插通孔23在与角状物3对向的一侧的内缘，具有容纳熔融状态的树脂的容纳部24。即，插通孔23的内缘被遍及其全周切除，由此在该插通孔23的上缘形成作为具有近似圆锥状的斜面的空间的容纳部24。
该容纳部24的功能如以下所述。即，如图5所示，因角状物3的振动能量熔融的树脂10容纳于容纳部24中，由此树脂10与固定用树脂21相互的接触面积增大，固着力提高，并且树脂10与固定用树脂21相互的接触部分变为厚壁状，强度提高。由此，可解除以往的所有问题或一部分。再有，只要能够起到该作用，容纳部24的形成角度或直径可任意地确定。例如，本实施例1中具有圆锥状的倾斜面地形成了容纳部24，但也可形成为方形状或半球状的空间部。
实施例2下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例2进行说明。本实施例2示意地表征，使共振体的与被加热体的接触面形成为近似平面状，被加热体具备相对于共振体形成为突出状的共振体连接部。另外，本实施例2示意地表征，被加热体具备位于该被加热体的基部侧的粗径部和比粗径部更靠共振体侧的直径比粗径部细的细径部。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例1相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图6是实施例2的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图7是实施例2的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如图6所示，作为与树脂10的接触面的凹部3a没有形成突起而是形成为近似平面状。另一方面，在树脂10上形成有相对于角状物3形成为突出状的共振体连接部14。该共振体连接部14由与树脂10相同的材料一体地成形，在树脂10的上面的大致中央位置形成为朝向角状物3近似圆锥状地立起。
该共振体连接部14的功能如以下所述。即，在图29所示的以往例中，角状物3的底面形成有突起部106b。该情况下，在将突起部106b按压于软化前的树脂10上的状态下，树脂10由其基部的两端以及突起部106b三点固定。因此，水平方向上角状物3相对于树脂10的定位产生误差时，该三点固定状态变为不均衡，对树脂10施加过度的应力等，可成为裂口等的原因。另一方面，在如本实施例2的结构中，树脂10由其基部的两端以及共振体连接部14三点固定。该情况下，即使角状物3相对于树脂10的定位产生误差，树脂10侧的三点的固定位置也始终相同，所以能够始终均衡地保持三点固定状态，从而能够减少产生裂口等。由此，可解除以往的所有问题或一部分。
再有，只要能够起到该作用，共振体连接部14的形成角度或直径可任意地确定。例如，本实施例2中圆锥状地形成了共振体连接部14，但也可形成为圆柱状。
另外，树脂10一体地具备粗径部15及细径部16而构成。其中，粗径部15位于树脂10的基部侧，经由直径随着朝向该基部而逐渐变粗的倾斜部与基部接合。另外，细径部16比粗径部15更靠角状物3侧，形成为直径小于粗径部15的细径状。再有，若将粗径部15与细径部16的边界面定义为回折面P，则在本实施例2中，回折面P比固定用树脂21的上表面更靠角状物侧地形成了树脂10。
这些粗径部15及细径部16的功能如以上所述。即，在图29所示的以往例中，由大致相同的直径形成了树脂10的圆柱部分。该情况下，因来自角状物3的振动能量，不仅树脂10的上部，下部也熔融，成为裂口等的原因。另一方面，在如本实施例3的结构中，只有细径部16熔融，起到与固定用树脂21固着的作用，另一方面，粗径部15不被熔融而维持树脂强度，所以可解除以往的所有问题或一部分。
再有，只要能够起到该作用，粗径部15及细径部16的直径或形状可任意地确定。例如，可变更细径部16相对于粗径部15的长度或直径的比率。另外，并不限于粗径部15与细径部16的两段结构，也可进一步形成直径不同的部分设为三段以上的结构。
实施例3下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例3进行说明。本实施例3示意地表征，共振体具备从其底面向被加热体侧突出的共振突起部，被加热体具备相对于共振体至少形成为凹状的共振体容纳部。另外，本实施例3示意地表征，被加热体具备位于该被加热体的基部侧的粗径部和比粗径部更靠共振体侧的直径比粗径部细的细径部。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例2相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图8是实施例3的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图9是实施例3的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如图8所示，角状物3具备共振突起部3c而构成。该共振突起部3c从角状物3的底面的凹部3a的大致中央朝向树脂10突出，如图示，设纵剖面形状为近似半球状。
另一方面，树脂10具备共振体容纳部17而构成。该共振体容纳部17形成在树脂10的上面中央，且形成为如可包含上述近似半球状的共振突起部3c的近似圆锥状(凹状)。即，共振体容纳部17的开口上部形成为稍许大于共振突起部3c的最大径，随着向树脂10的基部延伸而逐渐缩小其直径。
这些共振突起部3c及共振体容纳部17的功能如以上所述。即，在图29所示的以往例中，在角状物3的底面形成有突起部106b。另一方面，树脂10的上表面只形成为平面状。在这种构造中，水平方向上角状物3相对于树脂10的定位产生误差时，修正力对于该误差不起作用，所以不容许有误差地进行焊接。另一方面，在本实施例3的结构中，即使角状物3的定位产生误差时，共振突起部3c由共振体容纳部17容纳，通过该共振体容纳部17用于向正确位置修正的修正力产生作用，所以也能够以适当的位置关系进行焊接，从而可解除以往的所有问题或一部分。尤其在本实施例3中，近似半球状的共振突起部3c由近似圆锥状的共振体容纳部17顺利地引导，所以能够圆滑地修正角状物3的定位误差。再有，只要能够起到该作用，共振突起部3c及共振体容纳部17的形状可任意地确定。例如，可设共振突起部3c为近似圆锥状。
实施例4下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例4进行说明。本实施例4示意地表征，被接合体具备用于插通被加热体的插通孔，将被加热体的粗径部与细径部的边界面配置在将该被加热体插通到插通孔中的状态下的被接合体的上表面的下方。另外，本实施例4示意地表征，被接合体的插通孔在与共振体对向的一侧的内缘具备切口部，将该切口部设为，用于缓和由于与该插通孔的内缘接触而在上述被接合体的内部产生的应力的应力缓和部。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例3相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图10是实施例4的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图11是实施例4的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如图10所示，在角状物3的底面与以往相同地设有与树脂10接触的凹部3b，在该凹部3b内形成有朝向树脂侧突出的突起部3b。
另外，树脂10一体地具备粗径部15及细径部16而构成。尤其作为粗径部15与细径部16的边界面的回折面P配置在固定用树脂21的上表面的下方侧。即，相比于实施例2～3的情况，通过增长细径部16相对于粗径部15的长度，降低回折面P。
这种回折面P的功能如以下所述。即，能够在由固定用树脂21保持构造变化最明显的回折面P的状态下进行焊接，所以能够稳定地保持回折面P，可解除以往的所有问题或一部分。尤其相比于将回折面P配置在固定用树脂21的上表面的上方的情况(实施例2～3的情况)，能够减少空隙或隆起的产生。
再有，只要能够起到该作用，粗径部15及细径部16的直径或形状可任意地确定。例如，可变更细径部16相对于粗径部15的长度或直径的比率。另外，并不限于粗径部15与细径部16的两段结构，也可进一步形成直径不同的部分设为三段以上的结构。另外，回折面P优选处于固定用树脂21的上表面与下表面之间，但也可配置在固定用树脂21的下表面的下方侧。
另外，在固定用树脂21的插通孔23中设有应力缓和部25。该应力缓和部25与实施例1相同地通过切除插通孔23的与共振体对向的一侧的内缘形成。但是，该应力缓和部25小于实施例1的容纳部，例如R0.2mm左右。
该应力缓和部25的功能如以下所述。即，在实施例2～3中，树脂10熔化后，在插通孔23的内缘没有切口，所以该内缘与树脂10的表面接触。因此，树脂10的插通孔23的周边部产生应力集中，可成为产生裂口等的原因。另一方面，在本实施例4中，切除内缘形成有应力缓和部25，所以树脂10熔化后，该内缘不与树脂10的表面接触。或者，即使在接触的情况下，由该接触产生的应力也小于以往。因此，能够回避树脂10的插通孔23的周边部上的应力集中，从而可减少裂口等。再有，只要能够起到该作用，应力缓和部25的直径或形状可任意地确定。
实施例5下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例5进行说明。本实施例5示意地表征，共振体具备从其底面向被加热体侧突出的共振突起部，将该上述共振突起部形成为近似半球状或近似圆锥状。此外，本实施例5示意地表征，共振体上形成有从其底面至共振突起部的基部的倾斜面。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例4相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图12是本实施例5的角状物3的共振突起部的纵剖面图，图13是实施例5的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图14是实施例5的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如图12所示，在角状物3上形成有凹部3a，在该凹部3a内设有将纵截面形状设为近似半球状的共振突起部3d。该共振突起部3d不同于图8的共振突起部3c，形成为使其底面比凹部3a的底面更向下方突出。另外，在角状物3上形成有倾斜面3e。该倾斜面3e用于一体地形成角状物3及共振突起部3d，是从角状物3的凹部的底面至共振突起部3d的基部的缓和的连续面。该共振突起部3d的具体的尺寸例如图12所示，设其球面状的半径R4为0.3mm，设图示的高度H1和H2分别为0.7mm及0.5mm。
该共振突起部3d及倾斜面3e的功能如下述所述。即，通过最初将共振突起部3d按压在树脂10上，能够只软化树脂10的一部分逐渐地进展焊接。尤其通过倾斜面3e按压共振体容纳部18，该按压力产生对应于倾斜面3e的倾斜的朝向外侧的分力，使软化的树脂10向外侧倾倒。并且，该倾倒的树脂10固着在固定用树脂21的上面，由此能够进行固定。通过使用这样从按压力派生出的分力，能够使角状物3的按压力弱于以往，并能够以弱力进行焊接，由此能够解除由过大按压力产生的问题。
实施例6下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例6进行说明。本实施例6示意地表征，共振体具备从其底面向被加热体侧突出的共振突起部，被加热体具备相对于共振体至少形成为凹状的共振体容纳部。尤其使该共振体容纳部形成为沿共振体的按压方向的深孔状。此外，本实施例6示意地表征，共振体上形成有从其底面至共振突起部的基部的倾斜面。另外，本实施例6示意地表征，被接合体的插通孔的与共振体对向的一侧的内缘具备切口部，设该切口部作为用于缓和由于与插通孔的内缘的接触而在上述被接合体的内部产生的应力的应力缓和部。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例5相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图15是实施例6的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图16是实施例6的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如图15所示，在树脂10上与实施例3的情况相同地形成有相对于角状物3至少形成为凹状的共振体容纳部18。但是，该共振体容纳部18不同于实施例3的情况，如图13所示，形成为大致沿角状物3的按压方向(图示的上下方向)的深孔状(圆柱空间状)。再有，该共振体容纳部18的底部位于固定用树脂21的上表面的稍微上方。
这些共振突起部3d、共振体容纳部18及倾斜面3e的功能如下述所述。即，通过最初将共振突起部3d按压在树脂10上，能够只软化树脂10的一部分逐渐地进展焊接。尤其通过倾斜面3e按压共振体容纳部18，该按压力产生对应于倾斜面3e的倾斜的朝向外侧的分力，使软化的树脂10向外侧倾倒。另外，由于共振体容纳部18为深孔状，所以更加容易使软化的树脂10倾倒。并且，该倾倒的树脂10固着在固定用树脂21的上面，由此能够进行固定。通过使用这样从按压力派生出的分力，能够使角状物3的按压力弱于以往，并能够以弱力进行焊接，由此能够解除由过大按压力产生的问题。再有，形成了共振体容纳部18，所以树脂10的总量减少，但通过树脂10倾倒，树脂10的大部分载置在固定用树脂21的上表面，能够获得需要的固定力。
再有，只要能够起到该作用，共振体突起部3d、共振体容纳部18及倾斜面3e的形状可任意地确定。例如，共振体容纳部18也可形成为角柱状的空间部。另外，也可将共振体容纳部18的底部配置在固定用树脂21的上表面的下方。另外，在本实施例6中，进而在固定用树脂21的下部设有沉孔部16a，由此增大树脂10的基部的曲率，能够避免过度的应力集中等。
实施例7下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例7进行说明。本实施例7示意地表征，与实施例6相同，但使共振体容纳部形成为沿共振体的按压方向且到达被加热体的底面的贯通孔。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例6相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图17是实施例7的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图18是实施例7的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如图17所示，在树脂10上与实施例6的情况相同地形成有相对于角状物3至少形成为凹状的共振体容纳部19。但是，该共振体容纳部19不同于实施例6的情况，形成为沿角状物3的按压方向且到达树脂10的底面的贯通孔。
这些共振突起部3d、共振体容纳部19及倾斜面3e的功能如下述所述。即，与实施例6的情况相同，通过从按压力派生出的分力使树脂3向固定用树脂21的一方倾倒，由此能够进行固着。在此，如实施例6，使共振体容纳部19形成为如实施例6那样的深孔状时，需要在树脂型上设置对应于共振体容纳部19的棒状部，尤其需要由一端支撑并固定该棒状部。然而，这种一端支撑构造抗外力能力差，棒状部容易弯曲等，所以难以形成共振体容纳部19。另一方面，在本实施例7中，由于共振体容纳部19为贯通状，且能够由两端支撑固定该树脂型的棒状部，所以容易成型共振体容纳部19。
实施例8下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例8进行说明。本实施例8示意地表征，与实施例7相同，但包括将共振体的与被加热体接合的接合部分加热的预备加热工序和将由加热工序加热的接合部分按压在被加热体上赋予高频振动的加热工序。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例7相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图19是示意地表示本实施例8的超声波焊接装置的立体图，图20是实施例8的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图21是实施例8的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如这些各图所示，超声波焊接机1具备加热器5而构成。该加热器5是用于加热角状物3的加热机构。具体为，加热器5优选为进行远红外线加热的间接加热的加热机构，例如可使用陶瓷加热器。这是由于，通过设为远红外线加热，容易控制加热部分，且通过设为间接加热，不会不经意地妨碍角状物3的振动。
在本实施例8中，首先最初由加热器5对角状物3进行加热(预备加热工序)。该加热温度的上限值设定为低于树脂10的玻璃转位温度(转位点)。这是由于，加热到玻璃转位温度以上时，树脂10处于熔融，振动能量不再传导，反而会损害所谓超声波能量的熔融的原有的超声波焊接的功能。另外，加热温度的下限值是使树脂10的杨氏模量降低20％左右所必须的最低温度。这是由于，使杨氏模量降低20％以上时，树脂10的软化开始发生，从经验上可发挥后述的本实施例8的效果。作为具体的数值例，树脂10的熔融点是140度时，将角状物3加热到100～110度。再有，未必需要加热角状物3的整体，至少加热与树脂10的接合部分即可。
然后，将加热后的角状物3按压在树脂10上赋予高频振动，由此进行热焊接(加热工序)。由此，由角状物3的热使树脂10软化，且进行高频振动的加热，由此可进行如图21的焊接。
在此，施加高频振动由角状物3的热进行焊接的效果如以下所述。即，以往，在加热的前后，将角状物3的振动行程设为恒定，且将振动行程设为较大。该情况下，初期由于树脂10的杨氏模量较高，所以没有问题，但杨氏模量下降后，由于振动行程较大而不减小，所以过度地对树脂10加热，树脂10过于熔化成为劣化的原因。对此，在本实施例8中，角状物3的振动行程还是设为一定，但将振动行程设为整体上小于以往。并且，在树脂10的杨氏模量高的焊接初期，由角状物3的热使树脂10软化，杨氏模量下降后，相比于以往，通过整体上较小的振动行程进行超声波焊接。即，在杨氏模量下降之前，为了加热树脂10赋予较大的振动行程，杨氏模量一旦下降后，不需要树脂10更高的加热，只赋予用于使树脂10变形的振动能量。因此，树脂10不会被过度地加热，可减少空隙等。
另外，在本实施例8中，增加发振频率，只将树脂上方限定为加热对象。这是由于，只软化树脂10的上部的细径部即可。具体为，一般发振频率为28～40kHz左右，但在本实施例8中，将角状物3的发振频率设为40kHz左右。
另外，角状物3的控制一般由加压力与振动时间管理或振动行程管理的两个控制条件进行，但在本实施例8中，由加压力与振动行程管理进行管理。这是由于，相比于振动时间管理，进行振动行程管理更能够直接地进行用于防止对树脂10施加过大的振动的冲程控制。
另外，作为角状物3的发振时序，具有使角状物3与树脂10接触之前开始发振的前发振和使角状物3与树脂10接触之后开始发振的后发振，但在本实施例8中，采用了后发振。这是由于，在使角状物3与树脂10接触的时点，可对该角状物3产生反作用(反弹)，所以等到该反作用消失之后开始振动，由此将稳定的振动能量传达到树脂10中。
实施例9下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例9进行说明。本实施例9示意地表征，与实施例8相同，在共振体容纳部的上缘具备切口部。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例8相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图22是实施例9的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图23是实施例9的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如这些各图所示，在树脂10的形成为贯通状的共振体容纳部19的上缘，遍及其全周形成有切口部19a。因此，在水平方向上，即使角状物3相对于树脂10的位置偏移时，角状物3的共振突起部3d被切口部19a导入到共振体容纳部19的内侧，从而也能够缓和位置偏移。再有，只要能够起到该功能，切口部19a的形状为任意。
实施例10下面，对本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法的实施例10进行说明。本实施例10示意地表征，与实施例9相同，使角状物3的共振突起部形成为近似半球状。再有，对于无特殊说明的构造及方法与上述的实施例9相同，同一结构标注同一符号进行说明。
图24是实施例10的超声波焊接构造的焊接前的纵剖面图，图25是实施例10的超声波焊接构造的焊接后的纵剖面图。如这些各图所示，在角状物3的凹部3a内形成有共振突起部3f。该共振突起部3f具有从其基部至下方的倾斜面上连续的缓和的圆锥形状的顶部。因此，在水平方向上，即使角状物3相对于树脂10的位置偏移时，角状物3的共振突起部3f的广阔的顶部的任意部分与共振体容纳部19接触，该顶部被切口部19a导入到共振体容纳部19的内侧，从而也能够缓和位置偏移。再有，只要能够起到该作用，共振突起部3f的详细形状为任意。
至此，对本发明的各实施例进行了说明，但这些各实施例的具体的结构及方法，在专利申请的范围记载的各发明的技术性思想的范围内，可任意地改变及改良。例如，说明中或图示表示的具体的数值为估算值，可取其他值。
如以上所述，本发明的超声波焊接构造及超声波焊接方法有用于将柱状的被加热体加热并焊接到被接合体上，尤其适用于通过减少焊接部分的空隙、隆起或裂口的产生，从而用于提高其耐久性的超声波焊接构造及超声波焊接方法。
权利要求
1.一种超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述被接合体具备插通孔，该插通孔用于插通所述被加热体，所述被接合体的插通孔在与所述共振体对向的一侧的内缘具备切口部。
2.根据权利要求1所述的超声波焊接构造，其特征在于，所述插通孔的切口部作为容纳熔融状态的所述被加热体的容纳部。
3.根据权利要求1所述的超声波焊接构造，其特征在于，所述插通孔的切口部作为用于缓和由于与该插通孔的内缘的接触而在所述被接合体的内部产生的应力的应力缓和部。
4.一种超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体的与所述被加热体的接触的接触面形成为近似平面状，所述被加热体具备共振体连接部，该共振体连接部相对于所述共振体形成为突出状。
5.一种超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，该共振突起部从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出，所述共振体的所述共振突起部形成为近似半球状或近似圆锥状。
6.一种超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，该共振突起部从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出，所述共振体形成有从所述共振体的底面至所述共振突起部的基部的倾斜面。
7.一种超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，该共振突起部从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出，所述被加热体具备共振体容纳部，该共振体容纳部相对于所述共振体至少形成为凹状。
8.根据权利要求7所述的超声波焊接构造，其特征在于，所述共振体的所述共振突起部形成为近似半球状，所述被加热体的所述共振体容纳部形成为具有可包含所述近似半球状的所述共振突起部的直径的近似圆锥状。
9.根据权利要求7所述的超声波焊接构造，其特征在于，所述共振体容纳部形成为沿所述共振体的按压方向的深孔状。
10.根据权利要求7所述的超声波焊接构造，其特征在于，所述共振体容纳部形成为沿所述共振体的按压方向且到达所述被加热体的底面的贯通孔。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的超声波焊接构造，其特征在于，所述共振体容纳部的上缘具备切口部。
12.一种超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述被加热体具备粗径部，其位于该被加热体的基部侧；细径部，其位于比该粗径部更靠所述共振体侧，其直径比该粗径部细。
13.根据权利要求12所述的超声波焊接构造，其特征在于，所述被接合体具备用于插通所述被加热体的插通孔，所述被加热体的所述粗径部与所述细径部的边界面配置在将所述被加热体插通于所述插通孔内的状态下的所述被接合体的上表面的下方。
14.一种超声波焊接构造，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接构造的特征在于，所述共振体具备共振突起部，其为从所述共振体的底面向所述被加热体侧突出的近似半球状或近似圆锥状；和从所述共振体的底面至所述共振突起部的基部的倾斜面，所述被加热体具备共振体容纳部，该共振体容纳部为沿所述共振体的按压方向且到达所述被加热体的底面的贯通孔状。
15.一种超声波焊接方法，将共振体按压在由树脂形成的柱状的被加热体上，并且由该共振体赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，该超声波焊接方法的特征在于，包括预备加热工序，其对所述共振体的与所述被加热体接合的接合部分进行加热；加热工序，其将由所述预备加热工序加热的所述接合部分按压在所述被加热体上赋予高频振动。
全文摘要
一种超声波焊接构造，将角状物(3)按压在由树脂(10)形成的柱状的被加热体上，并且由该角状物(3)赋予该被加热体高频振动，由此将该被加热体加热并焊接于规定的被接合体上，其中，被接合体具备用于插通被加热体的插通孔(23)，被接合体的插通孔(23)的与共振体对向的一侧的内缘具备切口部。另外，也可将插通孔(23)的切口部作为容纳熔融状态的被加热体的容纳部(24)。或者，也可将插通孔(23)的切口部作为用于缓和由于与该插通孔(23)的内缘的接触而在被接合体的内部产生的应力的应力缓和部(25)。
文档编号B29C65/56GK1914026SQ20058000402
公开日2007年2月14日 申请日期2005年2月3日 优先权日2004年2月3日
发明者富永润, 重松良平, 古川和夫 申请人:日本发条株式会社