本发明涉及一种超声波焊头。
本申请案是基于2015年12月4日在日本提出申请的日本专利申请案2015-238059号并主张优先权，将其内容引用到本文中。
背景技术：
例如，专利文献1中公开了一种超声波复合振动装置，此超声波复合振动装置在棒(rod)的周面上具备将纵向振动变换为扭转振动的纵向-扭转振动变换狭缝部。根据此种超声波复合振动产生装置，能复合产生纵向的振动与扭转方向的振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-111508号公报
技术实现要素：
发明所要解决的问题
此外，关于超声波复合振动装置，想到通过设置握持部并在前端安装加工用头而用作超声波加工机。专利文献1所公开的超声波复合振动装置中，在棒的周面上沿圆周设有纵向-扭转振动变换狭缝部。因此，设置握持部及加工用头的位置受到纵向-扭转变换部的限制，难以在纵向-扭转变换部的附近设置握持部及加工用头。
本发明是鉴于所述问题点而成，其目的在于提供一种容易设置握持部及安装加工用头的超声波焊头。
解决问题的技术手段
为了达成所述目的，本发明的一实施方式的超声波焊头具备：振动产生部，根据从振荡器输入的具有超声波频段的频率的信号而产生具有超声波频段的频率的纵向振动；振动放大部，使来自所述振动产生部的所述纵向振动一面传递一面放大；以及纵向-扭转振动变换狭缝部，具有形成在所述振动放大部的表面上的槽状的狭缝，且将所述纵向振动变换成扭转振动。所述振动放大部俯视为多边形形状，且具有多个设有所述狭缝的面并且具有未设置狭缝的面。
所述狭缝也可相对于所述纵向振动的传递方向倾斜地形成。
所述振动放大部也可俯视为矩形形状，且所述狭缝也可设置在所述振动放大部的相向的两个面上。
所述振动产生部也可产生单一频率的所述纵向振动。
发明的效果
根据本发明的所述实施方式，振动放大部为俯视多边形形状，且在多个面上设有狭缝并且具有未设置狭缝的面。通过在多个面上设置狭缝，能将纵向振动变换成扭转振动。另外，能在未设置狭缝的面上设置握持部及加工用头。
附图说明
图1为示意性地表示本发明的一实施方式的超声波焊头的俯视图。
图2为包含本发明的一实施方式的振动放大部及纵向-扭转振动变换狭缝部的立体图。
图3a为本发明的一实施方式的超声波焊头的俯视图，且表示瞬间振动方向。
图3b为本发明的一实施方式的超声波焊头的侧视图，且表示瞬间振动方向。
图3c为本发明的一实施方式的超声波焊头的仰视图，且表示瞬间振动方向。
图3d为本发明的一实施方式的超声波焊头的纵向振动传递方向的侧视图，且表示瞬间振动方向。
图4a为表示本发明的一实施方式的振动放大部的变形例的图，且为立体图。
图4b为表示本发明的一实施方式的振动放大部的变形例的图，且为设置有纵向-扭转振动变换狭缝部的位置的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式的超声波焊头进行说明。
图1为示意性地表示本实施方式的超声波焊头1的俯视图。
超声波焊头1为根据来自振荡器2的信号输入而振动的装置。如图1所示那样，超声波焊头1具备振子(振动产生部)3、振动放大部4及纵向-扭转振动变换狭缝部5。振荡器2是以向振子3输入振子3的驱动频率的信号的方式构成。振子3能根据从振荡器2输入的具有超声波频段的频率的信号而激发例如40khz的超声波的纵向振动，且连接于振动放大部4。纵向-扭转振动变换狭缝部5是由以槽状形成在振动放大部4的表面上的多个狭缝所构成。振荡器2及振子3使超声波焊头1产生单一频率的纵向振动。再者，由振荡器2所产生的驱动频率的范围例如为10khz～200khz的超声波频段。
图2为包含本实施方式的振动放大部4及纵向-扭转振动变换狭缝部5的立体图。
如图2所示那样，振动放大部4俯视呈具有等腰梯形形状的上表面4a及底面4b且截面实心的四棱柱形状。上表面4a为与底面4b相向的面。在上表面4a及底面4b上，形成有构成纵向-扭转振动变换狭缝部5的两条上侧狭缝5a及两条下侧狭缝5b。另外，振动放大部4具有作为未形成纵向-扭转振动变换狭缝部5的面的侧面4c、侧面4d、端面4e及端面4f。
侧面4c及侧面4d相向，在将超声波焊头1用作超声波加工机的情况下，能在侧面4c及侧面4d上在纵向振动的波节位置设置握持部。端面4e及端面4f位于彼此平行的位置，俯视呈矩形形状。端面4e与振子3抵接。另外，端面4f是将面积设定得相较于端面4e而较小。再者，也能在端面4f上安装加工用头。即，振动放大部4呈相对于纵向振动的传递方向朝向端面4f形成锥状的前端变细形状。振动放大部4是以使从振子3传递的纵向振动的振幅放大的方式构成。
如图2所示那样，纵向-扭转振动变换狭缝部5具有形成在上表面4a上的两条上侧狭缝5a、及形成在底面4b上的两条下侧狭缝5b。这些纵向-扭转振动变换狭缝部5是以所有狭缝的深度及宽度相同的方式设定。再者，上侧狭缝5a及下侧狭缝5b并未贯穿振动放大部4。另外，所有上侧狭缝5a及下侧狭缝5b的最大深度小于振动放大部4的上下方向的厚度的1/2。另外，纵向-扭转振动变换狭缝部5理想的是设置在振动放大部4中成为纵向振动的波节的位置。
另外，两条上侧狭缝5a平行地邻接，且相对于纵向振动传递方向(图1及图2所示的箭头a方向)倾斜45°而形成。两条下侧狭缝5b平行地邻接，且相对于纵向振动传递方向朝与上侧狭缝5a的倾斜相反的方向倾斜45°而形成。即，从上表面4a侧观察，上侧狭缝5a与下侧狭缝5b是相对于通过端面4e的中心的与纵向振动的传递方向平行的线而呈线对称地配置。通过具有此构成，纵向-扭转振动变换狭缝部5将从振子3传递的纵向振动变换为扭转振动。再者，上侧狭缝5a及下侧狭缝5b理想的是相对于纵向振动传递方向以10°～80°的范围倾斜地形成。
超声波焊头1通过具有所述构成，能同时生成由振子3所生成的超声波的纵向振动、与由纵向-扭转振动变换狭缝部5所生成的超声波的扭转振动。
接下来，对本实施方式的超声波焊头1的动作进行说明。图3a～图3d为表示本实施方式的振动放大部4的瞬间振动方向的图。图3a为振动放大部4的俯视图，图3b为振动放大部4的侧视图，图3c为振动放大部4的仰视图，图3d为纵向振动传递方向的振动放大部4的端面图。再者，图3a～图3d的实线箭头表示纵向振动，虚线箭头表示扭转振动。
若驱动超声波焊头1，则从振荡器2向振子3输入信号，将振子3的超声波纵向振动激发。如图3a～图3d所示那样，纵向振动在振动放大部4中从与振子3抵接的端面4e侧开始传递。传递到振动放大部4的纵向振动经过纵向-扭转振动变换狭缝部5，由此纵向振动的传递方向变化。
此时，到达纵向-扭转上表面4a侧的上侧狭缝5a的纵向振动的传递方向因上侧狭缝5a而被弯折成朝向侧面4d的方向，被变换成弯曲振动。另外，到达底面4b侧的下侧狭缝5b的纵向振动因下侧狭缝5b而被弯折成朝向侧面4c的方向，被变换成弯曲振动。
由此，如图3a～图3d所示那样，经过上侧狭缝5a的弯曲振动及经过下侧狭缝5b的弯曲振动彼此朝向相反方向而传递。因此，振动放大部4形成以纵向振动传递方向为轴而扭转的扭转振动。即，纵向振动经过上侧狭缝5a及下侧狭缝5b，由此在端面4f中产生扭转振动。另外，未经过上侧狭缝5a及下侧狭缝5b的纵向振动在端面4f中保持纵向振动状态。这些振动在超声波焊头1整体中传播，由此成为纵向-扭转振动。因此，在振动放大部4中生成纵向振动与扭转振动此两种振动。再者，图3a～图3d所示的箭头表示瞬间振动方向，纵向振动及扭转振动的方向不断地反转。
本实施方式的超声波焊头1在振动放大部4的上表面4a上形成有上侧狭缝5a，在底面4b上形成有下侧狭缝5b。另一方面，在侧面4c及侧面4d上未形成狭缝。由此，能利用设置在两个面上的上侧狭缝5a及下侧狭缝5b将纵向振动变换为扭转振动。另外，能在未设置狭缝的侧面4c及侧面4d上固定加工用头。
另外，通过在振动放大部4中形成纵向-扭转振动变换狭缝部5，而无需设置棒。由此，本实施方式的超声波焊头1能简化结构。因此，超声波焊头1能更有效率地传递振动。
另外，根据本实施方式的超声波焊头1，振动放大部4在纵向振动传递方向上俯视为矩形形状。因此，形成纵向-扭转振动变换狭缝部5时的加工无需特殊工具。
另外，根据本实施方式的超声波焊头1，纵向-扭转振动变换狭缝部5的狭缝5a、狭缝5b是设置在上表面4a、及与上表面4a相向的底面4b上。由此，上表面4a侧的弯曲振动与底面4b侧的弯曲成分成为相同程度的强度。因此，能稳定地产生扭转振动。
进而，本实施方式的纵向-扭转振动变换狭缝部5的狭缝5a、狭缝5b是相对于纵向振动传递方向倾斜45°而形成。由此，到达上侧狭缝5a及下侧狭缝5b的纵向振动被垂直地弯曲而成为弯曲振动，所以弯曲振动成分的强度大。因此，纵向-扭转振动变换狭缝部5能将纵向振动有效率地变换成扭转振动。
另外，能在作为未形成狭缝5a、狭缝5b的面的侧面4c及侧面4d上设置握持部，并固定加工用头。侧面4c与侧面4d是设置在相向的位置，因此能通过在两个面上固定加工用头而稳定地支持加工用头。
另外，根据本实施方式的超声波焊头1，振荡器2及振子3产生单一频率的纵向振动。即，超声波焊头1能利用单一频率的纵向振动而产生纵向振动及扭转振动。因此，无需依振动的种类而分别设置振荡器2及振子3，能简化超声波焊头1的结构。
再者，本发明不限定于所述实施方式，例如能想到以下那样的变形例。
(1)所述实施方式中，纵向-扭转振动变换狭缝部5是由形成在上表面4a及底面4b上的狭缝5a、狭缝5b所构成，但本发明不限定于此。
图4a及4b为表示实施方式的振动放大部4的变形例的图，图4a为立体图，图4b为设置有纵向-扭转振动变换狭缝部5的位置的截面图。如图4a所示那样，构成纵向-扭转振动变换狭缝部5的狭缝也可设置在侧面4c及侧面4d上。
再者，在侧面4c及侧面4d上形成狭缝的情况下，可想到如图4b的实线所示那样相对于侧面4c及侧面4d而朝向垂直方向形成的情况、与如图4b的虚线所示那样相对于纵向振动的传递方向而垂直地形成的情况。
(2)另外，所述实施方式中，将振动放大部4设为四棱柱，将端面4e及端面4f设为矩形形状，但本发明不限定于此。端面4e及端面4f例如也可为三角形或五边形等多边形。
(3)另外，所述实施方式中，构成纵向-扭转振动变换狭缝部5的狭缝是形成在侧面4c及侧面4d此两个面上，但本发明不限定于此。在端面4e及端面4f为四边形以上的多边形的情况下，只要除了端面4e及端面4f以外具有未设置狭缝的面，则纵向-扭转振动变换狭缝部5也可由形成在两个面以上的狭缝所构成。
(4)另外，所述实施方式中，构成纵向-扭转振动变换狭缝部5的狭缝是相对于纵向振动的传递方向倾斜45°而形成，但本发明不限定于此。
构成纵向-扭转振动变换狭缝部5的狭缝也可相对于纵向振动的传递方向倾斜例如30°而形成。此情况下，上侧狭缝5a是相对于纵向振动传递方向(图2所示的箭头a)朝顺时针方向倾斜30°而形成，下侧狭缝5b是相对于纵向振动传递方向(图2所示的箭头a)朝逆时针方向倾斜30°而形成。由此，弯曲振动的强度成为相同程度，因此能获得稳定的扭转振动。
(5)另外，所述实施方式中，能对未设置狭缝的面(侧面4c及侧面4d)设置握持部，并安装加工用头，但本发明不限定于此。也能在设有狭缝的面(上表面4a及底面4b)中在不与狭缝抵接的位置设置握持部，并安装加工用头。
(6)另外，所述实施方式中，对于振动放大部4的一个面，将上侧狭缝5a及下侧狭缝5b在上表面4a及底面4b中分别设有各两条，但本发明不限定于此。上侧狭缝5a及下侧狭缝5b可分别为各一条，也可分别为三条以上。
(7)另外，所述实施方式的纵向-扭转振动变换狭缝部5中，将所有狭缝的深度及宽度设为相同，但本发明不限定于此。狭缝的深度、宽度及形状能根据振动放大部4的形状等而变更。
(8)另外，所述实施方式中，仅设有一个振荡器2，但本发明不限定于此。也可设置多个振荡器2而对振子3施加多个频率。再者，在设置多个振荡器2的情况下，也可在振荡器2与振子3之间设置加法器或乘法器。
工业可利用性
本发明适合作为打线接合(wirebonding)装置中所用的超声波焊头。进而，本发明也能用于焊接装置等向对象物赋予超声波振动的装置。
符号的说明
1：超声波焊头
2：振荡器
3：振子
4：振动放大部
4a：上表面
4b：底面
4c：侧面
4d：侧面
4e：端面
4f：端面
5：纵向-扭转振动变换狭缝部
5a：上侧狭缝
5b：下侧狭缝