专利名称：超声波接合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用超声波振动把多个加工对象物品的重合部分接合起来的超声波接合装置。
背景技术：
日本专利第2934602号说明书中公开了一种共振器支撑装置。该共振器支撑结构，被螺母固定安装时，在楔外筒从托架挤压的力和楔内筒与楔外筒的楔作用下，固定支撑共振器，形成共振器的加工对象物品接触的接合作用面和与搭载台上的加工对象物品接触的面的平行度。并且，超声波接合装置的加工动作反复进行，与共振器上的加工对象物品接触的接合作用面渐渐磨耗，同时，夹在加工对象物品与接合作用面间的细微异物损伤接合作用面的情况下，产生接合不良或加工对象物品损伤等不良现象。为了防止这种情况，可以在接合作用面受损时更换新的共振器，但不经济。为此，在一个共振器上以振动传递方向轴心为中心在周向上分开安装多个接合作用面，以便能够在一个接合作用面受伤时使用别的接合作用面。
日本专利第2712592号说明书中公开了一种搭载装置。该搭载装置是用球状凸部与球状凹部相配合构成的轴承组合搭载台，另一方面，在把加压空气供应给球状凸部与球状凹部配合面间形成润滑空气层的状态中，搭载台上面压装着加工工具的加工作业面，使搭载台仿形运动到粘合工具的加工作用面后，从上述球状凸部与球状凹部的配合面间吸引润滑空气层的加压空气，把上述仿形操作的搭载台固定在基座上，保持仿形操作搭载台的姿势。
日本专利第2841334号说明书中公开的搭载装置，与上述日本专利第2712592号中公开的搭载装置类似，也是在粘合工具上设置有仿形机构。
发明要解决的技术问题日本专利第2934602号中记载的搭载装置，由于是把共振器固定支撑在托架上结构，所以在从一个接合作用面起开始使用别的接合作用面的情况下，在松动螺母相对托架解除共振器固定支撑的状态中，以振动传递方向轴心为转动中心的周向上转动共振器，获得新使用接合作用面和与搭载台上的加工对象物品接触的面的平行度。随后，必须要再次拧紧螺母把共振器固定支撑在托架上，由于再次拧紧螺母时的拧紧力变化时共振器的振动平衡也变化，存在的问题是，把要使用的接合作用面从一个接合作用面切换为别的接合作用面的作业中需要较多的劳力和时间。
日本专利第2712592号中记载的搭载装置，由于是在球状凸部与球状凹部配合面间以共同的通路供给加压空气，并且从球状凸部与球状凹部配合面间吸引加压空气的结构，用一个共同的通路空气供给系统和空气吸引系统的开关阀必须具有对应于加压和真空两方面的功能，存在开关阀的结构变复杂的问题。另外，因该搭载装置是把仿形操作的搭载台利用空气的吸引固定在基座上的结构，以超声波振动为例，在加工中，在把超声波振动这种振动从粘合工具传递给搭载台的情况下，球状凸部与球状凹部配合面间的吸引力下降，仿形操作的搭载台的姿势产生微妙变化，存在加工受到不良影响的问题。
日本专利第2841334号说明书中记载的搭载装置，除了上述日本专利第2712592号中记载的搭载装置中的问题外，由于是在粘合工具上设置有仿形机构的结构，以超声波振动为例，因在把粘合工具作为接合加工对象物品的工具使用时，仿形机构的质量失衡会对粘合工具中的超声波振动产生不良影响，不能立即采用。
本发明的一个目的是对超声波接合装置使用接合作用面的切换进行简化。本发明的另一个目的是使超声波接合装置中共振器接合作用面与搭载台的上面仿形操作搭载台的姿势保持更为适当。
发明内容
本发明的超声波接合装置，共振器支撑装置具有把托架设置在加压装置上的转动支撑机构和角度分配机构，转动支撑机构以振动传递方向轴心为转动中心转动可转动安装的共振器，并把角度分配机构以由上述转动支撑机构转动的共振器中的多个接合作用面的振动传递方向轴心为中心按周向分配角度进行固定，可以简单地对使用的接合作用面进行切换。如果角度分配机构具有设置在托架上的且在与振动传递方向轴心交叉方向中可移动的角度分配体、设置在角度分配体上的弹簧、按设置在转动支撑机构上的多个接合作用面分配角度与挡块插入配合的挂钩固定部，就能手动操作进行角度分配。如果角度分配机构具有设置在托架上的可转动操作的操作体、固定在操作体上的凸轮、把角度分配体与托架滑动连接配合固定的导引体，就能简单地进行角度分配作用。如果角度分配机构具有安装在托架上的步进马达和在转动支撑机构上传递步进马达转动的齿轮组，就能电动操作进行角度分配。如果齿轮组具有设置在步进马达上的小径齿轮和设置在转动支撑机构上的大径齿轮，就能更准确地电动时行角度分配。本发明的超声波接合装置，搭载装置具有基座、搭载台、能把搭载台仿形操作组合在基座上的且由球状凸部和球状凹部成对构成的轴承、在球状凸部和球状凹部配合面间形成润滑空气层的空气供给部件、与该空气供给部件独立的且把仿形操作的搭载台固定在基座上并具有机械定位器的固定部件；或者，在把共振器装在加压机构上的部分上配置有仿形操作机构，仿形操作机构具有能把共振器仿形操作组合在搭载台上的且由球状凸部和球状凹部成对构成的轴承、在球状凸部和球状凹部配合面间形成润滑空气层的空气供给部件、与该空气供给部件独立的且把仿形操作的搭载台固定在基座上并具有机械定位器的固定部件；从而，在把加压空气从加压空气供给系统供给球状凸部和球状凹部配合面间形成润滑空气层后，托架在加压机构的作用沿直线下降，随着共振器上没有加工对象物品的接合作用面接触到搭载台的上面，利用由球状凸部和球状凹部成对构成的轴承，相对基座向任意适当方向仿形操作搭载台，就能把没有加工对象物品的搭载台上面与接合作用面变平行；在这种状态下，机械定位器相对球状凹部夹固球状凸部，就能在上述上面与接合作用面相互平行原样状态下，保持搭载台的姿势。如果固定部件具有用空气使机械定位器进行夹固或松开操作的气动机构，与用机械零件使机械定位器进行夹固或松开操作的情况相比，能简化结构。如果固定部件具有使机械定位器进行夹固操作的弹簧，在使机械定位器进行夹固或松开操作的空气被阻断的情况下，弹簧也能确保机械定位器的夹固操作。
图1是第一种实施方式中共振器支撑装置纵剖面图；图2是表示第一种实施方式中共振器支撑装置角度分配动作的示图；图3是第一种实施方式中转动指示机构分解外观示图；图4是第一种实施方式中角度分配机构分解外示观；图5是第一种实施方式中超声波接合装置外观示图；
图6是第二种实施方式中角度分配机构侧面示图；图7是第二种实施方式中角度分配机构内部结构的剖面示图；图8是第三种实施方式中搭载装置的剖面示图；图9是第三种实施方式中超声波接合装置模式图；图10是表示第四种实施方式中操作盘机构的剖面示图；图11是第五种实施方式中在共振器安装部分上设置的仿形机构的剖面示图；图12是第六种实施方式中共振器的正面示图；图13是第六种实施方式中共振器纵剖面示图。
具体实施例方式
图1至图5是涉及超声波接合装置的共振器支撑装置的第一种实施方式。图1表示共振器支撑装置纵剖面；图2表示共振器支撑装置角度割出动作；图3表示共振器支撑装置中转动支撑机构5的分解外观；图4表示共振器支撑装置中角度割出机构12的分解外观；图5表示超声波接合装置的外观。
参照图5，对使用共振器支撑装置的超声波接合装置进行说明。超声波接合装置在装置主体1上设置有在前方和左右开放的作业空间2，在作业空间2中配置有托架3，在托架3上用左右配置的同一形状的转动支撑机构5两面支撑且可转动地装载着共振器4，在共振器4的一端上结合有振动子6，该振动子6利用未图示的超声波发生器供给的电力产生输入规定频率的超声波振动，在作业空间2的底部设置有搭载台7，在搭载台7上搭载着多个加工对象物品重合的被接合部分W，通过利用设置在装置主体1内的、具有未图示的气压缸这种加压机能的促动器下降托架3，在共振器4的中央具有被接合部分W的接合作用面8与搭载台7之间保持加压，利用振动子6产生的超声波振动，共振器4振动着把加工对象物品重合面接合后，促动器上升托架3就能停止作业。
参照图1和图2，以共振器4两面支撑在臂11的实施方式为例，对共振器支撑装置进行说明，其中，托架3按左右间隔连接多个臂11成相对，把多个接合作用面8以共振器4的振动传送方向轴心L1为中心周向分开装配。如图1所示，多个接合作用面8位于与托架3的升降中心线L2同轴的圆周上，并且在共振器4的周向上分开装配。共振器支撑装置在支架3上具有转动支撑机构5和角度分配机构12，转动支撑机构5以振动传送方向轴心L1为转动中心能转动共振器4的方式装在臂11上，角度分配机构12按照以接合作用面8的振动传送方向轴心L1为中心的周向分配角度形式，把共振器4固定在臂11。面向共振器4下方的一个接合作用面8与在搭载台7上载置的被接合部分W(参照图5)的上面13相互平行对置的同时，形成与托架3的升降中心线L2垂直的平坦面。在搭载台7上设置有表示其左右方向中心的未图示的标记，与托架3的升降中心线L2同轴。
共振器4的形态为在轴式凹模14两侧用未图示的螺孔(内螺纹部形成的孔)和未图示的无头螺栓同轴结合着加速器15。在一方的加速器15的一端面上用未图示的螺孔和未图示的无头螺栓同轴结合着振动子6。轴式凹模14例如具有从振动子6传递的超声波振动中进行共振的最大振动振幅点f3到最大振动振幅点f7的1个波长的长度，在位于其中央最大振动振幅点f5处的轴式凹模14的外侧面配置有接合作用面8。一方加速器15具有从振动子6传递的超声波振动中进行共振的最大振动振幅点f1到最大振动振幅点f3的1/2波长的长度，在其中央最小振动振幅点f2部分的外侧配置有弯曲环状突出着的支撑部16。另一方的加速器15具有从振动子6传递的超声波振动中进行共振的最大振动振幅点f7到最大振动振幅点f9的1/2波长的长度，在其中央最小振动振幅点f8部分的外侧配置有弯曲环状突出着的支撑部16。支撑部16的外侧面是位于以振动传递方向轴心为中心的一个圆周上的圆面。
如图2所示，多个接合作用面8a、8b、8c、8d是定位在共振器4周面上按90度四等分设置的，能位于通过振动传送方向轴心L1的二条相正交直线上，且形成二条直线正交的平坦面；接合作用面8a-8d也可以是从共振器4周面突出或凹入状，或者，在设计共振器4的接合作用面8a-8d部分是方形剖面的情况下，接合作用面8a-8d与共振器4的周面是同一面也是可以实施的。例如，如图2a至图2d所示，在把接合中使用的接合作用面8a-8d中的一个接合作用面8a切换成另一接合作用面8b的情况下，能再次工作。首先，如图2a所示，角度分配机构12与转动支撑机构5相互结合，在一个接合作用面8a位于下部的状态中，如图2b所示，人工操作使角度分配机构12移动到上方，解除角度分配机构12和转动支撑机构5的结合。随后，如图2c所示，人工操作使转动支撑机构5以振动传送方向轴心L1为转动中心向右方转动。并且，如图2d所示，在图2a为基准情况下，使转动支撑机构5右转90度，同时，人工操作使角度分配机构12向下方移动，并使角度分配机构12和转动支撑机构5相互结合。这样，另一接合作用面8b替换下接合作用面8a，成为接合使用中的接合作用面8。
参照图3，对托架3的臂11的内部结构和转动支撑机构5的内部结构进行说明。在臂11上形成有其外侧面开口的正圆形凹部21，在各凹部21的底部形成有比凹部21直径小的穿通孔22，在穿通孔22和凹部21的范围内形成有环状档级部23，围绕穿通孔22周边具有螺纹孔D，用于对固定镙钉B进行紧固。档级部23是能压住轴承A内环的环状结构。这些凹部21、穿通孔22、档级部23是以与托架3升降中心线L2正交的水平的一条直线(与共振器4中振动传送方向的(振动传送方向轴心L1)相同的直线)为中心形成的同轴状。在托架3一方臂11的上方具有向平于于振动传送方向轴心L1方向外侧突出的台座24，能位置前后位置。在位于前后位置的台座24间具有向上下方向伸展导引的导引槽26，在导引槽26中具有螺孔27，用于安装图4所示的角度分配机构12的凸轮轴75。
转动支撑机构5具有楔内筒31、楔外筒32、楔侧螺母33、轴承A、楔被覆体34、挂钩固定部35、轴承支撑体36、轴承承受固定体37、轴承侧螺母38。楔内筒31外周面一半设置为外螺纹部39，另一半具有从外螺纹部39侧开始向相对侧沿伸渐渐扩大的楔部40，楔部40的大径侧端具有锷部41。楔内筒31具有与图1所示加速器15的支撑部16的外径近同一直径的正圆形内孔42，通过在形成有缝43的一个切口处分离，在该楔内筒3 1的弹性作用下，在内孔42的直径张开到能接触且收容其内部支撑部16的程度的同时，楔部40大径开口侧端部的外径大小张开成比轴承支撑体36的内径更小的形式。外螺纹部39、楔部40和内孔42是同轴状的。
楔外筒32具有楔部45，楔部45上形成与楔被覆体34中的楔支撑部49的内径近同一直径的正圆形的外周面一端的环状锷部44向径向外侧突出，从内周面的上的锷部44侧向相对侧沿伸的内径渐渐变大。楔外筒32是贯通楔部45的形状，具有与楔内筒31的楔部40相同的倾斜角度，在其直径部分可以是二等分分配的形状，但楔外筒32也可以类似楔内筒31用缝隙在周壁一个地方进行开口分离，使内径变小。锷部44、楔部45是同轴状的。楔侧螺母33具有与内部楔内筒31的外螺纹部39进行螺纹配合的内螺纹部46，另一端具有能把楔外筒32的锷部44以外外周部插入的插入孔47，插入孔47和内螺纹部46间具有收容楔外筒32的锷部44的环槽48。楔被覆体34具有在一半部分内部内接配合楔外筒32的楔部45的楔支撑部49，另一端部具有与轴承支撑体36的内螺纹部52螺纹配合的外螺纹部50。挂钩固定部35是进行固定的主要部件，在以多个接合作用面8的振动传送方向轴心L1为中心的周向，按分配安装角度(第一种实施方式中采用90度)，对与角度分配机构12的脱模器72共同的共振器4进行固定，在楔被覆体34的外周面上按90度四等分的位置设置有凹部。
轴承支撑体36一端部具有与楔内筒3 1的锷部41的外径相同直径的正圆形形成的凹部51，凹部51的内周面上具有与楔被覆体34的外螺纹部50进行螺纹配合的内螺纹部52；在另一半部上具有与轴承A的外环外周面内接配合的筒状轴承支撑部53，在围绕凹部51的周壁和围绕轴承支撑部53的周壁间的连接部分具有凸起54；轴承支撑部53的另一端部上配置有与轴承侧螺母38的内螺纹部58插入配合的外螺纹部55。轴承承受固定体37具有直径比轴承A的内环大且比外环小的穿通孔56，以及外径比外环大的环状的位于周边部的贯通孔C，将固定螺钉B插入贯通孔C，用于把轴承承受固定体37安装在臂11上。轴承侧螺母38具有内螺纹部58；内螺纹部58是环状，具有直径比托架3上的穿通孔22更小的外径，与内部轴承支撑体36的外螺纹部55进行插入配合；轴承侧螺母38一端面具有环状凸起59，用于按压轴承A的内环；另一端面具有工具用凹部60(参照图1)，用于插入对轴承侧的螺母3 8进行拧紧和松开操作的工具。
参照图1和图3，对用转动支撑机构5把共振器4安装在托架3上的情况进行说明。把轴承A从外侧插入托架3中的臂11的凹部21，轴承承受固定体37对臂11中的凹部21环绕开口的端面以及轴承A的外环端面进行接触后，从轴承承受固定体37的贯通孔C在臂11的螺纹孔D中拧紧固定螺钉B；在把轴承A安装在臂11上的状态中，把轴承支撑体36的轴承支撑部53从臂11的振动传递方向外侧插入轴承A的内部；在从轴承支撑体36的轴承A伸向振动传递方向内侧的外螺纹部55处，插入配合上轴承侧螺母38的内螺纹部58，用装在工具用凹部60中的未图示的紧固工具对轴承侧螺母38进行紧固操作，所以，臂11上的档级部23和轴承承受固定体37能很好地从振动传递方向两侧夹持着轴承A的外环进行支撑，轴承支撑体36的凸起54和轴承侧螺母38的凸起59能很好地从振动传递方向两侧夹持着轴承A的内环进行支撑，分别把轴承A安装在托架3的臂11上。
一方面，把楔外筒32的锷部44安装在楔侧螺母33的环槽48中，把从楔侧螺母33伸出的楔外筒32的楔部45和楔被覆体34的楔支撑部49相互插入配合，把楔外筒32的楔部45和楔内筒31的楔部40相互插入配合，把从楔被覆体34的外螺纹部50伸出的楔内筒31的锷部41经由轴承支撑体36的内螺纹部52装在凹部51的底部；另一方面，把楔被覆体34的外螺纹部50与轴承支撑体36的内螺纹部52螺纹配合，把楔侧螺母33的内螺纹部46与楔内筒31的外螺纹部39螺纹配合；从而把由楔内筒31、楔外筒32、楔侧螺母33、轴承A、轴承承受固定体37、轴承支撑体36、楔被覆体34、挂钩固定部35、轴承侧螺母38构成二组转动支撑机构5组装在托架3的各臂11上。
随后，拧入楔侧螺母33，从而，楔内筒31的楔部40和楔外筒32的楔部45相互接触，楔外筒32的外周面与楔被覆体34的贯通孔内周面相互接触，利用楔外筒32从楔被覆体34承受的挤压方向的外力和双方楔部40、45的楔作用，楔内筒31的内孔42直径成张开能接触收容其内部加速器15的支撑部16的程度。在这种状态中，如图1所示，在楔外筒32的大径开口侧的端部与楔内筒31的锷部41间形成间隙61，楔侧螺母33脱离楔被覆体34。
接着，如图1所示，把位于共振器4的振动子6相对侧的加速器15经由左侧转动支撑机构5中的楔内筒31的内孔42插入右侧转动支撑机构5的内孔42中，同时，把位于振动子6侧的加速器15插入左侧转动支撑机构5的内孔42中。随后，在搭载台7上载置上保持与加工对象物品的被接合部分W同样厚度的部材，或者，不把该部材载置在搭载台7上，下降托架3，使朝向共振器4下方的一个接合作用面8正好接触到搭载台7上的部材或搭载台7，从而朝向共振器4的一个接合作用面8与搭载台7的上面13获得平行度。在这种情况下，升降托架3的气缸中的空气压降低到带有共振器4、振动子6等有重量的托架3靠自重不能落下的程度。用手左右移动共振器4，把朝向共振器4下方的一个接合作用面8放到搭载台7上未图示的标记处，从而对正对的接合作用面8以能位于托架3的升降中心线L2上进行定位。
接下来，使朝向共振器4下方的一个接合作用面8接触到搭载台7上部材或搭载台7的上面13处，原样保持朝向共振器4下方的一个接合作用面8和搭载台7上面13的平行度，拧入楔侧螺母33；从而，楔侧螺母33把楔外筒32按压到托架3的档级部23侧，利用楔外筒32承受来自托架3的凹部21的挤压方向外力以及双方楔部40、45的楔作用，楔内筒31的缝43的间隔变狭，同时，楔内筒31的内孔42缩小成正圆，由径向外侧紧固共振器4的支撑部16的外周面。这样，在托架3上，用转动支撑机构5把带有多个接合作用面8的共振器4安装成能以振动传送方向轴心L1为转动中心进行转动的状态。
参照图4，对角度分配机构12的内部结构进行说明。角度分配机构12具有角度分配器71、脱模器72、操作体73、凸轮74、凸轮轴75、导引凸起76、结合子77、销78、止动螺钉状固定螺钉79、图3所示的挂钩固定部35。角度分配器71被设置成在托架3上能沿与图3所示振动传送方向轴心L1交叉的方向(与托架3的升降方向同向，在上下方向)移动的横长板状结构，具有在左右方向中央部处平行于振动传送方向轴心L1方向上贯通的开口部81、与托架3上的导引槽26滑动相接配合的导引凸起76、位于导引凸起76左右外侧的两侧部上的纵长孔82。在把导引凸起76嵌入托架3的导引槽26中的状态下，把阶梯式螺钉状安装器83的螺纹部84从角度分配器71外侧经过纵长孔82拧固在托架3的螺纹孔25中；在把安装器83正好伸展到螺纹孔25周围的托架3上台座24处前，安装器83的头部85与台座24共同在与振动传送方向轴心L1同向的左右方向中正好能夹持住角度分配器71的纵长孔82周围；安装器83把角度分配器71固定成不能在托架3上的上下方向移动的形状。在这种固定状态下，相对螺纹孔25逐渐拧紧安装器83中的外螺纹部84，使安装器83的头部85与角度分配器71的纵长孔82周围非接触对置，安装器83能相对托架3升降角度分配器71，且成不能脱落状。
把导引凸起76以前后方向宽度大于开口部81的形态设置在角度分配器71的里面。开口部81是以经过角度分配器71和导引凸起76的方式形成的。把脱模器72以可转动状安装在从角度分配器71的左右两端部下方伸出的顺延部86上。在脱模器72被安装在顺延部86上的状态中，脱模器72外周部的一部分从顺延部86突出。挂钩固定部35是按照设置在转动支撑机构5的楔被覆体34上的多个接合作用面8分配角度、与从脱模器72的顺延部86突出的外周部一部分进行插入配合的部分。把操作体73以能转动操作状设置在托架3上，把凸轮74固定在操作体73上。在第一种实施方式的情况下，操作体73和凸轮74的结合结构如下所述。操作体73一端部具有平面四角形的异形孔89和螺纹孔90，螺纹孔90贯通异形孔89和一端部外周面。凸轮74是从基部91的外周部向径向一侧突出有凸轮部92的形状，在基部91一端部开口形成正圆形凹部93，凹部93的底部形成有直径小于凹部93的轴承孔94，并形成有贯通轴承孔94和一端部外周面的销插入孔95。
把凸轮74从安装在托架3上的角度分配器71外侧，经过开口部81配置在托架3上的导引槽26中；把凸轮轴75的外螺纹部96从凸轮74的凹部93，经过轴承孔94与托架3上的螺孔27螺纹配合，用装在头部97的工具用凹部98中的未图示的紧固工具拧紧凸轮轴75；从而，凸轮轴75与螺孔27周围的导引槽26的面接触，并被固定在托架3上；凸轮轴75和轴承孔94相互可转动状插入配合；凸轮轴75的头部97被配置在凹部93的轴承孔94侧，把凸轮74以可转动状安装在托架3上。另一方面，在操作体73的异形孔89中插入结合子77的角棒部99；固定螺钉79从操作体73的外侧被固定在螺纹孔90中，并正好突出到角棒部99上；从而使结合子77和操作体73相互组合。另外，把结合子77的圆板部100插入凸轮74的凹部93中，把销78从凸轮74外侧，经过凸轮74的销插入孔95，压入结合子77的圆板部100上的销插入孔101中，使结合子77和凸轮74相互组合。从而，通过结合子77使操作体73和凸轮74结合成一起转动状。
操作操作体73时，凸轮74相对托架3以凸轮轴75为中心进行转动，伴随着凸轮74的凸轮部92与围绕角度分配器71的开口部81的上内面接触，相对托架3上升角度分配器71，随着该角度分配器71的上升，脱模器72从图2b所示的挂钩固定部35向上方移动而被解放。
参照图2，对把接合使用的接合作用面8中朝向的接合作用面8a切换成别的接合作用面8b的情况进行说明。在图2a中，角度分配机构12中的凸轮74的凸轮部92(参照图4)从凸轮轴75向左侧移位，离开角度分配器71的开口部81内周面，角度分配机构12的脱模器72和转动支撑机构5的挂钩固定部35相互结合，一个接合作用面8a移位到下部。在这种状态中，操作者松懈图2a所示的安装器83，相对托架3解除安装器83对角度分配器71的固定后，当操作者用手转动图4所示的操作体73时，如图2b所示，角度分配机构12的凸轮74以凸轮轴75为转动中心向右转动，凸轮部92能从凸轮轴75向上侧移位，凸轮部92朝向上侧时，操作者停止相对上述操作体73向右方的转动操作。
在该凸轮部92从图2a所示向右侧的姿势变化到图2b所示向上侧的姿势的过程中，凸轮部92与开口部81的上侧内周面接触后向上方移动角度分配器71，伴随着该角度分配器71向上方移动(升降)，使上述脱模器72和挂钩固定部35的结合解除。随后，在图2c中，操作者手持如楔被覆体34向右方转动操作时，使共振器4以振动传送方向轴心L1为中心向右方转动。如图2d所示，在以a图为基准备的情况下，使共振器4右转90度时，操作者用手把图4所示操作体73向左方转动，角度分配机构12的凸轮74以凸轮轴75为转动中心向左方转动，凸轮部92能从凸轮轴75向左侧移动，凸轮部92向左侧时，操作者停止相对上述操作体73向左方的转动操作。
在这种凸轮部92从图2c所示向上侧的姿势变化到图2d所示向左侧的姿势的过程中，伴随着凸轮部92离开开口部81上侧内周面，角度分配器71靠自重移动到下方。在该角度分配器71靠自重下降不适当时，例如，操作者可以用手按压下角度分配器71中挂钩固定部35周围的部分。伴随着该角度分配器71向下方移动(下降)，使脱模器72和挂钩固定部35相互结合。这样，另一接合作用面8b替换上述接合作用面8a成为接合使用中的接合作用面8。这一个接合作用面8a被替换成另一个接合作用面8b后，操作者操作拧紧安装器83，安装器83把角度分配器71固定在托架3上，并保持脱模器72和挂钩固定部35结合，从而，新的接合作用面8b与图1所示搭载台7的上面13平行对置。
图6和图7涉及超声波接合装置上共振器支撑装置的第二种实施方式。图6是表示角度分配机构111的侧面示图；图7是表示角度分配机构111内部结构的剖面示图；相对第一种实施方式中形成的手动式角度分配机构12，第二种实施方式中形成驱动式角度分配机构111。在图6和图7中，角度分配机构111具有安装在托架3上的步进马达112和把步进马达112的转动传递给转动支撑机构5的齿轮组113。齿轮组113具有被安装成与步进马达112的输出轴114一起转动的小径齿轮组115和被安装成与转动支撑机构5的楔被覆体34一起转动的大径齿轮组116。在第二种实施方式中，大径齿轮组116被安装成能与围绕楔部45形成的筒部一起转动的形式，该楔部45是从图3中的楔被覆体34上除去挂钩固定部35的状态。
因此，在从图2所示的接合使用中的接合作用面8a替换成接合作用面8b的情况下，操作者只要一操作图6所示的角度切换操作部件121中的扣件状操作部件122，角度切换操作部件121中的转换器123就能把角度切换开始信号输出给控制装置124，控制装置124在90度转动角度运动范围内转动驱动步进马达112。伴随着该步进马达112的转动驱动，转动支撑机构5通过齿轮组113在90度转动角度运动范围内转动；随着该转动支撑机构5的转动，共振器4以振动传送方向轴心L1为转动中心转动，把接合作用面8a替换成接合作用面8b形成接合使用中的接合作用面8。因把接合作用面8a替换成接合作用面8b，上述控制装置124对步进马达112停止转动驱动。该控制装置124对步进马达112停止转动驱动后，依靠步进马达112中的永久磁铁保持转动位置的机能，因使转动支撑机构5位置保持成不转动状，且共振器4不能以振动传送方向轴心L1为转动中心转动，能确保接合作用面8b向下的姿势。
图8和图9涉及超声波接合装置中搭载装置132的第三种实施方式。图8表示搭载装置132的剖面，图9示意表示超声波接合装置。
参照图9，对超声波接合装置进行说明。超声波接合装置在装置主体1的下部具有搭载装置132，在装置主体1的上部具有加压机构133，在加压机构133的输出端具有托架3。托架3具有按左右规定间隔相对的多个臂11。在托架3上装有共振器4。这种装载形态正好是托架3的臂11被支撑在共振器4的接合作用面8的两侧。在共振器4的一端结合着振动子6，振动子6利用超声波发生器146供给的电力产生并输出超声波振动。共振器4在振动子6传递的超声波振动作用下进行共振的情况下，接合作用面8位于共振器4的超声波振动最大振动的振幅点(腹部)处，并按箭头X所示方向进行超声波振动。共振器4在振动子6传递的超声波振动作用下进行共振的情况下，相对托架3的共振器4的支撑部位于共振器4的超声波振动最小振动的振幅点(节点，节位)处，且超声波振动不能从共振器4传递给托架3。例如，把超声波接合装置中多个加工对象物品为一方的半导体接点样半导体装置138接合到多个加工对象物品为另一方的电路基板139的情况进行说明，共振器4内部具有与接合作用面8和共振器4的外侧面贯通的吸引通路140，把吸引系统141连接到吸引通路140中的共振器4外侧面部分。
在吸引系统141的真空泵样吸引源142工作状态下，吸引系统141的阀143打开，半导体装置138把半导体装置138的电极144按向下形态的方式吸引到共振器4的接合作用面8上。在搭载装置132上面搭载着电路基板139，电路基板139的电极145处于向上状态。随后，使托架3在加压机构133的作用下下降，电极144和电极145在接合作用面8和搭载装置132上保持加压，伴随着共振器4在振动子6产生的超声波振动作用下进行共振，接合作用面8在箭头X方向中振动，利用构成电极144和电极145的组合面产生的磨擦热在这些组合面使多个加工对象物品重合着的被接合部分W熔融且接合成不可分的一体。随后，上托架3在加压机构133作用下上升并停止在原始位置。
参照图8，对搭载装置132的结构进行说明。搭载装置132具有基座151、搭载台152、轴承153、空气供给装置154、固定部件155。基座151设置在图9所示装置主体1的下部；搭载台152是带有用于载置加工对象物品的上面156的板状结构；轴承153是在基座151上面以能仿形操作方式组合上搭载台152的主要部件，是由球状凸部157和球状凹部158成对构成的。在第三种实施方式中，球状凸部157设置在搭载台152的下部，球状凹部158设置在基座151上部，球状凸部157和球状凹部158嵌插配合，就能把搭载台152组合成能在基座151上仿形操作的形式。球状凸部157中的凸状半球面与球状凹部158中的凹状半球面两者的转动中心159位于搭载台152上方。如果该转动中心159位于搭载台152的上面156上，搭载装置132的高度会变大，搭载台152的仿形操作最佳。
空气供给装置154是在球状凸部157和球状凹部158的对合面间形成润滑空气层的主要部件，具有设置在球状凹部158上的槽161、设置在基座151上的加压空气通路162和与基座151或球状凹部158分体的加压空气供给系统163。槽161是从球状凹部158中的凹状半球面向球状凹部158的内部凹入且围绕着球状凹部158的中心部的环状形式。加压空气通路162设置在基座151内部且与槽161底面及基座151一侧面贯通。加压空气供给系统163与加压空气通路162中基座151一侧面部连接，加压空气供给系统163的空气压缩机式加压空气供给源164工作，打开加压空气供给系统163的开关阀165，加压空气就能从加压空气供给源164经过开关阀165、加压空气通路162以及槽161，供应给球状凸部157和球状凹部158的对合面之间，形成润滑空气层。
固定部件155与空气供给装置154分体构成的，且是具有能把搭载台152固定在基座151上的机械定位器171的结构。当机械定位器171把存放在搭载台152内部的定位体172在基座151上设置的可动体173作用下向下方移动时，定位体172按压下球状凸部157，凸部157从球状凸部157和球状凹部158球状对合面间挤压出形成空气层的加压空气，被夹固在球状凹部158中，使仿形操作的搭载台152固定在基座151上，保持该搭载台1 52的姿势。定位体172被存放在定位体存放室174中。定位体存放室174是从球状凸部157的中心部处结合上搭载台152的球状凸部157的上面开始向内部凹入的形状。存放在定位体存放室174中的定位体172的下面与定位体存放室174的底面相互接触。定位体172的下面与定位体存放室174形成以轴承153的转动中心159为中心的一个半球面，该半球面的曲率半径比球状凸部157凸状半球面及球状凹部158的凹状半球面小。
定位体172在中央部具有承受部176和插入孔177。承受部176是从定位体172上面向内部凹入的形状。定位体172的上面位于通过承受部176半球状中心的一个面内。插入孔177贯通承受部176的半球面和定位体172的半球面。球状凸部157在中央部具有后孔178。后孔178贯通定位体存放室174的底面和球状凸部157的半球面。可动体173具有从球体179直线伸出到下方的棒体180。棒体180具有从下面到内部形成的螺纹孔(形成内螺纹部的孔)。在搭载台152没有被安装在球状凸部157上的状态下，可动体173的棒体180从定位体172的承受部176被插在插入孔177和后孔178中，球体179可转动地插配进承受部176上。随后，搭载台152封闭用未图示的螺栓与球状凸部157结合的定位体存放室174的上面。
固定部件155具有用空气对机械定位器171进行夹固(固定)和松动(解除固定)的气动机构181。气动机构181具有夹固室182和松开室183。夹固室182与松开室183是在基座151的中央部处内部形成的，并以环状隔膜184和圆板186、187为隔壁上下分开的。具体来说，在基座151的中央部，形成有从下面到内部的凹口，一方面在凹口处基座151下面周围形成有直径大于凹口的螺纹孔，另一方面形成有贯通球状凹部158的凹状半球面和凹口上面的纵孔188。从球状凸部157的后孔178向下方伸出的可动体173的棒体180的下部，从球状凹部158的上方经过纵孔188在凹口处伸出；盘簧状弹簧189从基座151的下方以围绕棒体180下部的形式被插入凹口，在棒体180下面从下方与一块圆板186重合。
之后，隔膜184从基座151的下方插入凹口，隔膜184的内周边部与和棒体180重合的一块圆板186的外周边部重合，使隔膜184的外周边部与连接螺孔和凹口的阶梯面191重合。随后，使与上述圆板独立的另一圆板187从基座151下方经过螺纹孔与隔膜184的内周边部重合，把螺拴192从下方经过在二块圆板186、187中心部形成的贯通孔，在棒体180的螺纹孔中拧紧。当把这二块圆板186、187与棒体180结合时，弹簧189的上端部接触到凹口的上面，弹簧189的下端部接触到上侧圆板186上；沿上下方向压缩弹簧189，弹簧189把用于夹固机械定位器171的弹力施加给可动体173。另外，把隔膜支撑体193从基座151下方在螺纹孔中拧紧，使隔膜184的外周边部利用隔膜支撑体193和阶梯面191结合到基座151上。这样，利用隔膜184和二块圆板186、187就能在基座151内部形成上下分开的夹固室182和松开室183。
在基座151的内部具有夹固空气通路195和松动空气通路196。夹固空气通路195与夹固室182及基座151的另一侧面贯通，松动空气通路196与松开室183及基座151的另一侧面贯通。气动机构181内的加压空气供给系统201中空气压缩机式加压空气供给源202工作，当加压空气供给系统201的通路切换阀203从通路闭锁位置打开到夹固位置时，加压空气从加压空气供给源202经过通路切换阀203和夹固空气通路195，供应给夹固室182并按压下隔膜184，从而可动体173按压下定位体172，定位体172把球状凸部157夹固在球状凹部158上。在该隔膜184由夹固室182的加压空气按压下时，松开室183的空气利用示图示的泄漏阀从松开室183中排向外部。当通路切换阀203从通路闭锁位置打开到松开位置时，加压空气从加压空气供给源202经过通路切换阀203和松动空气通路196，供应给松开室183并把隔膜184压向上方，从可动体173作用给定位体172的压下力解除，定位体172对球状凸部157上的球状凹部158的夹固松开。在隔膜184由松开室183的加压空气压向上方时，夹固室182的空气利用未图示的泄漏阀从夹固室182中排向外部。
对于搭载装置132来说，作为用超声波接合装置对多个加工对象物品进行接合的准备作业，搭载台152上面156上载置加工对象物品的部分要与装在超声波接合装置上的共振器4的接合作用面8成相互平行的面，下面，以共振器4的接合作用面8上没有装载半导体装置138、搭载台152上没有搭载电路基板139状态下进行作业的情况为例，对仿形搭载台152的作业进行说明。
首先，气动机构181中的加压空气供给系统201的通路切换阀203从通路闭锁位置打开到松开位置，使相对球状凹部158的球状凸部157的机械定位器171松开，相对机械定位器171的弹簧189也松开，在球状凸部157和球状凹部158的结合面间形成从加压空气供给系统163供给的润滑空气层。在超声波接合装置中，一方面振动子6停止超声波振动，另一方把加压机构133的加压力调整成不破坏上述润滑空气层的压力。在这种状态下，伴随着托架3在加压机构133作用下沿直线L2下降，共振器4的接合作用面8接触到搭载台152的上面156上。与此同时，上面156能与接合作用面8平行，搭载台152通过轴承153能相对基座151向任意适合的方向进行仿形操作。
其次，上述加压机构133下降停止，保持该停止状态原样，关闭加压空气供给系统163的开关阀165，停止从加压空气供给系统163向球状凸部157和球状凹部158的结合面间供给加压空气，通路切换阀203从松开位置经过通路闭锁位置打开到夹固位置，相对球状凹部158使球状凸部157的机械定位器171夹固操作，从而相对机械定位器171的弹簧189也进行夹固操作。这样，由于球状凸部157和球状凹部158相互接触，且上述仿形操作的搭载台152被固定在基座151上，所以，相对前述搭载台152的基座151，能保持任意适当方向中仿形操作的姿势。
在使这种搭载台152的姿势保持后，就能在前述超声波接合装置上进行把半导体装置138接合到电路基板139上的加工，在这种情况下，在利用搭载台152的姿势使上面156和接合作用面8成相互平行的状态中，一方面电路基板139内用于安装半导体装置138的区域中心能与搭载台152上面156的直线L2交叉点中心一致，把电路基板139定位且搭载在上面156上；另一方面，电路基板139内用于在半导体装置138上进行安装的中心能与接合作用面8的直线L2交叉点中心一致，通过把半导体装置138吸引到接合作用面8上，半导体装置138的电极144与电路基板139的电极145相互对置。随后，如前所述，由于在加压机构133的作用下使共振器4下降，电极144和电极145的相互全面加压接触并利用共振器4的超声波振动而被接合，所以，电极144和电极145的接合成全面最适当状态。
在这种超声波接合加工中，因搭载装置132中仿形操作的搭载台152至少是靠固定部件155固定在基座151上，该固定部件155具有由定位体172和可动体173构成的机械定位器171，即使加工中从作为粘合工具的共振器4把超声波振动传递给搭载台152，也不会降低球状凸部157和球状凹部158结合面间的固定支撑力，适当地保持仿形操作搭载台152的姿势，使多个加工对象物品重合部分即电极144和电极145适当粘合。另外，因具有轴承153和空气供给装置154及固定部件155的仿形机构是设置在搭载装置132上的结构，仿形机构也不会对共振器4的超声波振动的振动产生不良影响。
如果图9中的搭载台152横向宽度或球状凸部157的横向宽度比球状凹部158的横向宽度大，搭载台152或球状凸部157就能对球状凹部158进行保护，不会落上异物。
图10表示第四种实施方式中的搭载装置132的剖面。相对把球状凸部157设置在搭载台152上且把球状凹部158设置在基座151上的第三种实施方式来说，在第四种实施方式中，采用把球状凸部157设置在基座151上而把球状凹部158设置在搭载台152上的结构。具体来说，如图10所示，在球状凸部157侧配置定位体存放室174、定位体172、承受部176、插入孔177、后孔178和球体179；在球状凹部158侧配置空气供给装置154(槽161、加压空气通路162)、固定部件155(机械定位器171、可动体173、棒体180气动机构181、夹固室182、松开室183、隔膜184、圆板186和187、纵孔188、弹簧189、隔膜支撑体193、阶梯面191、夹固空气通路195、松动空气通路196)。加压空气供给系统163(加压空气供给源164、开关阀165)和加压空气供给系统201(加压空气供给源202、通路切换阀203)设置在球状凸部157或球状凹部158的外部，类似图8。
与此相对应，与图8不同之处包括基座151由球状凸部157和基座主体211构成的情况，其中球状凸部157具有定位体存放室174、定位体172、球体179以及后孔178，以及，以设置在球状凹部158上的配管及配线等重量不会从球状凹部158附加到球状凸部157上形式，把负担这些配管及配线等的解除机构212进行附加的情况。在定位体存放室174上装入定位体172和球体179后，用未图示的螺栓使球状凸部157和基座主体211相互结合。
在图10所示的情况下，解除机构212配置有盘簧状弹簧213、螺杆214、固定螺母215、调节螺母216、弹簧承受凹部217。把螺杆214螺纹配合到从搭载台152的球状凹部158突出到侧方的延长部，并固定装配成不转动状。从搭载台152的延长部突出到下方的螺杆214离开球状凹部158、球状凸部157及基座主体211；在该螺杆214的下部螺纹配合装上固定螺母215和调节螺母216成可转动状。弹簧213的上端部以围绕突出的螺杆214的下端部的形式插入调节螺母216下部，并接触到调节螺母216的下面；把弹簧213的下端部放在承受凹部217并接触到承受凹部217的底面，该承受凹部217是在从球状凸部157突出到侧方的延伸部上形成的。
在固定螺母215相对螺杆214向上方移动离开调节螺母216的状态中，通过人工转动操作调节螺母216，就能变化调节螺母216和基座主体211间的距离；利用调节螺母2来压缩或伸展弹簧213，就能由解除机构212来负担配管和配线等重量，而不会从球状凹部158附加到球状凸部157上。进行这种调节后，调节螺母216处于人工按压状态而不会相对螺杆214转动，人工操作使固定螺母215在接近调节螺母216的方向中相对调节螺母216被定位，就能保持上述调节后弹簧213的弹力。这样，就能适当地保持由解除机构212负担配管和配线等重量。
即使替换掉图10所示解除机构212中由机械弹簧213、螺杆214、固定螺母215、调节螺母216、承受凹部217等机械零件构成的部件，利用加压空气和橡胶也能形成解除机构212。如果解除机构212采用图10所示机械零件构成的结构，能长时间地保持由调节后解除机构212来负担配管和配线等重量的形态。
在图10中，如果相对球状凸部157和球状凹部158反向配置固定部件155和空气供给装置154，就可以省略掉解除机构212。在这种情况下，在球状凹部158侧配置定位体存放室174、定位体172、承受部176、插入孔177、后孔178、球体179。在球状凸部157侧配置空气供给装置154(槽161、加压空气通路162)、固定部件155(机械定位器171、可动体173、棒体180、气动机构181、夹固室182、松开室183、隔膜184、圆板186、圆板187、纵孔188、弹簧189、隔膜支撑体193、阶梯面191、夹固空气通路195、松动空气通路196)。
图11表示第五种实施方式中在把共振器4装在加压机构133上的部分上设置的仿形机构221的剖面。图11中的仿形机构22可以类似于图10中的搭载装置132，或者类似于图10中没有解除机构212的搭载装置132，以类似于图10中的搭载装置132的结构为例进行说明。把仿形机构221设置在加压机构133和托架3之间。具体来说，使加压机构133的输出端与仿形机构221内隔膜支撑体193的中央部相互结合，使托架3的上面与仿形机构221内相对图10所示基座主体211的安装件223相互配合。在把这种共振器4通过仿形机构221和托架3安装在加压机构133输出端的情况下，在仿形机构221上把可动体173上的球体179阻挡在定位体172的承受部176中，适当保持加压机构133和共振器4的装配。
图11中的搭载台222是相当于图9中搭载装置132的部件，不具有仿形功能，具有相当于图8中上面156的上面。
前述各种实施方式是以接合作用面8把多个加工对象物品重合的部分在相互磨擦接合方向即图9所示箭头X方向的横向中进行振动的金属间接合为例进行说明的，接合作用面8也能适用于把多个加工对象物品重合的部分在相互压合方向中进行振动(在与上述箭头X方向垂直的纵向中振动)的树脂间接合使用的超声波接合装置。
图12和图13是表示把图8所示共振器4用在图1所示转动支撑机构5和角度分配机构12中的情况下共振器4的第六种实施方式。图12表示共振器4的正面，图13是表示沿图12中F-F线纵切共振器4的中心形成的剖面。如图12和图13所示，把共振器4的接合作用面8设置在共振器4的上下面上。在共振器4下面上设置的接合作用面8用符号8a表示，在共振器4上面上设置的接合作用面8用符号8c表示，以下进行说明。共振器4具有吸引通路140和吸引通路224；吸引通路140贯通着接合作用面8a以及构成共振器4一个外侧面的前面4a；吸引通路224贯通着接合作用面8c以及构成共振器4一个外侧的后面4b。吸引通路140和吸引通路224是相互分别作为通路构成的。贯通共振器4前面4a的吸引通路140的孔部140a和贯通共振器4后面4b的吸引通路224的孔部224a距离共振器4振动传送方向伸展中心线L1上下只分开相同大小的间隔H。从而用图1所示转动支撑机构5和角度分配机构12把共振器4支撑在托架3，以中心线L1为中心把共振器4转动180度，把一方接合作用面8a换成另一方接合作用面8c，在使用另一方接合作用面8c对多个加工对象物品进行接合的情况下，由于孔部224a在共振器4前面4a侧的高度配置的与孔部140a的高度相同，所以容易进行把吸引系统141从吸引通路140替换连接到吸引通路224上的作业。
也可以把图8所示搭载装置132装在图5所示搭载台7上使用，而把图11所示仿形机构221装在图1所示托架3上使用。
权利要求
1.一种超声波接合装置，用设置在加压机构上的托架上安装的共振器和搭载装置夹持多个加工对象物品重合部分，并用共振器产生的超声波振动接合该重合部分，其特征在于，托架具有转动支撑机构和角度分配机构；转动支撑机构以振动传递方向轴心为转动中心可转动安装有共振器，共振器具有多个接合作用面；角度分配机构按上述共振器的多个接合作用面的振动传递方向轴心为中心的周向分配角度被固定。
2.根据权利要求1所述的超声波接合装置，其特征在于，角度分配机构具有设置在托架上的且在与振动传递方向轴心交叉方向中可移动的角度分配体、设置在角度分配体上的挡块、按设置在转动支撑机构上的多个接合作用面的分配角度而与挡块嵌合的挂钩固定部。
3.根据权利要求2所述的超声波接合装置，其特征在于，角度分配机构具有设置在托架上的可转动操作的操作体、固定在操作体上的凸轮、把角度分配体与托架滑动连接配合固定的导引体。
4.根据权利要求1所述的超声波接合装置，其特征在于，角度分配机构具有安装在托架上的步进马达和把步进马达的转动传递给转动支撑机构的齿轮组
5.根据权利要求4所述的超声波接合装置，其特征在于，齿轮组具有设置在步进马达上的小径齿轮和设置在转动支撑机构上的大径齿轮。
6.一种超声波接合装置，用安装在加压机构上的共振器和搭载装置夹持多个加工对象物品重合部分，并用共振器产生的超声波振动接合该重合部分，其特征在于，搭载装置具有基座、搭载台、在基座上能仿形搭载台操作组合的由球状凸部和球状凹部成对构成的轴承、在球状凸部和球状凹部配合面间形成润滑空气层的空气供给部件、以及固定部件，该固定部件含有将与该空气供给部件独立进行仿形动作的搭载台固定在基座上的机械定位器。
7.一种超声波接合装置，用安装在加压机构上的共振器和搭载台夹持多个加工对象物品重合部分，并用共振器产生的超声波振动接合该重合部分，其特征在于，在把共振器装在加压机构上的部分上配置有仿形操作机构，仿形操作机构具有能把共振器仿形操作组合在搭载台上且由球状凸部和球状凹部成对构成的轴承、在球状凸部和球状凹部配合面间形成润滑空气层的空气供给部件、与该空气供给部件独立且把仿形操作的搭载台固定在基座上并具有机械定位器的固定部件。
8.根据权利要求6或7所述的超声波接合装置，其特征在于，固定部件具有用空气使机械定位器夹紧或松开操作的气动机构。
9.根据权利要求6或7所述的超声波接合装置，其特征在于，固定部件具有使机械定位器进行夹紧操作的弹簧。
全文摘要
松动安装工具并由安装工具相对托架解除对角度分配体的固定后，操纵角度分配体以振动传递方向轴心为转动中心转动共振器，把接合作用面切换成另一接合作用面后，安装工具把角度分配体固定在托架上，一方面，由于新的接合作用面与搭载台的上面平行对置，达到简化了使用的接合作用面的切换；另一方面，因共振器的接合作用面和搭载台夹持着其间重合的加工对象物品，利用由球状凸部和球状凹部成对构成的轴承，搭载台仿形操作，接合作用面与搭载台上面能变平行，达到了适当保持夹持加工对象物品姿势的目的。
文档编号B23K20/10GK1496777SQ0312729
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月29日 优先权日2002年10月3日
发明者佐藤茂, 中居诚也, 也 申请人:株式会社厄泰克斯