(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホーンチップの先端面が被接合材に接触して、前記被接合材に超音波振動を伝播することで、前記被接合材を超音波接合する超音波接合装置であって、
超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子に連結され、前記振動子で発生した超音波振動が伝播される超音波ホーンと、
前記超音波ホーンにおける前記振動子とは反対側に設けられた取付面に、接続部材を介して取り付けられたホーンチップと、を備え、
前記超音波ホーンの前記取付面に、第１ねじ部が形成され、
前記ホーンチップの基端側の取付面に、第２ねじ部が形成され、
前記接続部材の一方側に、前記第１ねじ部に螺合する第３ねじ部が形成され、
前記接続部材の他方側に、前記第２ねじ部に螺合する第４ねじ部が形成され、
前記接続部材は、前記第３ねじ部と前記第４ねじ部のみからなるナット形状の筒状部材で構成され、
前記超音波ホーンの先端部に、前記第３ねじ部の軸方向の長さと等しい深さであって、前記第３ねじ部が形成された接続部材の断面積と等しい断面積を有する第１凹部が形成され、
前記ホーンチップの基端部に、前記第４ねじ部の軸方向の長さと等しい深さであって、前記第４ねじ部が形成された接続部材の断面積と等しい断面積を有する第２凹部が形成され、
前記超音波ホーンの前記取付面と前記ホーンチップの前記取付面とが互いに押圧されるように、前記超音波ホーンと前記ホーンチップとが、前記接続部材を介して取り付けられ、
前記振動子から伝播される超音波振動は、前記ホーンチップの先端面において最大振幅となり、前記超音波ホーンの前記取付面と前記ホーンチップの前記取付面とが互いに押圧される位置において振動波の節となるように設定されている超音波接合装置。
【請求項２】
前記第１ねじ部及び前記第２ねじ部が雄ねじで構成され、前記第３ねじ部及び前記第４ねじ部が雌ねじで構成されている請求項１に記載の超音波接合装置。
【請求項３】
前記第１ねじ部の長さは、前記第３ねじ部の長さより長く形成され、
前記第２ねじ部の長さは、前記第４ねじ部の長さより長く形成されている請求項１又は２に記載の超音波接合装置。
【請求項４】
前記ホーンチップの先端面は、円形に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波接合装置。
【請求項５】
前記超音波ホーンを支持するとともに、当該超音波ホーンの前記取付面に直交する方向に、前記超音波ホーンを移動させる加圧装置をさらに備え、
前記超音波ホーンの移動にともない、前記ホーンチップが前記被接合材を押圧する請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被接合材を超音波接合するための超音波接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  超音波振動を発生させる振動子を有し、当該振動子に連結される超音波ホーンの外側面に、その内周面に雌ねじが形成された円形の凹部を設け、ホーンチップのチップベースを挟んだ状態で当該凹部の雌ねじに接続部材を嵌合させるように構成した超音波接合装置が知られている。これにより、ホーンチップを着脱可能な状態で超音波ホーンに固定することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−５２７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上記従来技術では、ホーンチップの基端とチップベースとの境界に、超音波振動による応力が集中するため、高価なホーンチップにクラックが発生し、その交換頻度が高くなるという問題がある。【０００５】  本発明が解決しようとする課題は、超音波ホーンとホーンチップとが着脱可能なものにおいて、ホーンチップの耐久性が高い超音波接合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、超音波ホーンとホーンチップとの間にこれらを接続するナット形状の筒状部材で構成された接続部材を設け、
接続部材の一方側に、超音波ホーンの第１ねじ部に螺合する第３ねじ部を形成し、接続部材の他方側に、ホーンチップの第２ねじ部に螺合する第４ねじ部を形成し、
超音波ホーンの先端部に、前記第３ねじ部の軸方向の長さと等しい深さであって、前記第３ねじ部が形成された接続部材の断面積と等しい断面積を有する第１凹部を形成するとともに、前記ホーンチップの基端部に、前記第４ねじ部の軸方向の長さと等しい深さであって、前記第４ねじ部が形成された接続部材の断面積と等しい断面積を有する第２凹部を形成し、
超音波ホーンの取付面とホーンチップの取付面とが互いに押圧されるように、超音波ホーンとホーンチップとを接続部材を介して接続し、
前記振動子から伝播される超音波振動が、前記ホーンチップの先端面において最大振幅となり、前記超音波ホーンの前記取付面と前記ホーンチップの前記取付面とが互いに押圧される位置において振動波の節となるように設定することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、第１ねじ部、第２ねじ部、第３ねじ部及び第４ねじ部を用い、接続部材を介して超音波ホーンとホーンチップとを接続するので、超音波振動による応力は、これら第１〜第４ねじ部の螺合面全体で受けることになる。したがって、応力集中を分散させることができ、ホーンチップの耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る超音波接合装置の一実施の形態を示す全体正面図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係る超音波ホーンとホーンチップの取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの組付断面図である。
【図２Ｃ】図２ＡのIIC矢視図（底面図）である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に係る超音波ホーンとホーンチップの取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの組付断面図である。
【図３Ｃ】図３ＢのIIIC部の拡大断面図である。
【図４Ａ】本発明の第３実施形態に係る超音波ホーンとホーンチップの取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの組付断面図である。
【図５Ａ】本発明の第４実施形態に係る超音波ホーンとホーンチップの取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの組付断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、本発明に係る超音波接合装置を具現化した幾つかの実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る超音波接合装置の一実施の形態を示す全体正面図である。最初に、後述する第１実施形態〜第４実施形態の超音波接合装置１に共通する構成を、図１を参照して説明する。図１に示す超音波接合装置１は、第１の被接合材Ｗ１の上に第２の被接合材Ｗ２を重ねた状態で超音波振動を加えることにより、これら第１及び第２の被接合材Ｗ１，Ｗ２が接合部で相互に接合された超音波接合体を形成するための装置であり、アルミニウム、銅などの金属材料からなる２つの被接合材Ｗ１，Ｗ２を超音波接合する場合を例に本発明の実施形態を説明する。
【００１０】  本実施形態の超音波接合装置１は、たとえば薄型二次電池の出力端子同士や、出力端子と集電体などを接合する場合に用いられるが、特に被接合材Ｗ１，Ｗ２の用途は限定されない。また以下の実施形態では２つの被接合体Ｗ１，Ｗ２を接合する場合を例に挙げて本発明を説明するが、必要に応じて３つ以上の被接合材を接合する場合に用いてもよい。また本実施形態では、同一材質の被接合材Ｗ１Ｗ２同士を相互に接合させる例について説明するが、特にこれに限定されず、異種材料からなる被接合部材Ｗ１，Ｗ２を相互に接合させてもよい。
【００１１】  本実施形態の超音波接合装置１は、図１に示すように、被接合材Ｗ１，Ｗ２が載置されるアンビル（anvil）２と、超音波ホーン３と、この超音波ホーン３に取り付けられるホーンチップ４と、振動子５と、加圧装置６と、を備える。アンビル２は、第１及び第２の被接合材Ｗ１，Ｗ２が載置される受け金具であり、接合する２枚の被接合材Ｗ１，Ｗ２をホーンチップ４との間で挟んだ状態で、ホーンチップ４から伝わる超音波振動及び押圧力を受け止める。
【００１２】  超音波ホーン３は、図１中の＋Ｘ方向に向かって延在するアーム部３１と、チップ取付部３２とを有する。アーム部３１は、延在方向に沿って略一定の径を有する円柱形状の部材であり、当該アーム部３１の基端（図１の左側端部）は振動子５に連結されている。これにより、振動子５で発生した±Ｘ方向の超音波振動（往復単振動）がホーンチップ４に伝達される。チップ取付部３２は、アーム部３１の先端（図１の右側端部）の近傍の下方に設けられ、当該チップ取付部３２にはホーンチップ４が取り付けられる。この超音波ホーン３は、振動子５が発生する超音波振動の伝達を可能とするため、適切な硬度を有する材料から形成されている。このような材料として、例えば、タングステン等の超硬合金を挙げることができる。なお、本実施形態のチップ取付部３２の断面形状は、円形のほか矩形であってもよい。
【００１３】  本実施形態の振動子５は、例えば圧電素子から構成される振動子であり、超音波ホーン３の基端に接続されている。この振動子５は、図１のＸＹ平面に沿った所定の振幅及び周波数で超音波振動を発生し、当該超音波振動を、超音波ホーン３及びホーンチップ４を介して被接合材Ｗ１，Ｗ２に伝播させる。
【００１４】  加圧装置６は、２つの被接合材Ｗ１，Ｗ２を接合させる際に、アンビル２上に載置された被接合材Ｗ１，Ｗ２に対して押圧力を印加させるための装置であり、例えばエアシリンダや油圧シリンダ等から構成されている。超音波ホーン３の基端側は、支持部材６１に固定され、さらに支持部材６１を介してレール６２上に、当該レール６２に沿って上下動可能な状態で取り付けられている。加圧装置６と支持部材６１とはシャフト６４で連結され、これにより、加圧装置６によって印加される加圧力は、シャフト６４及び支持部材６１を介して超音波ホーン３に伝達される。
【００１５】  ホーンチップ４は、超音波ホーン３のチップ取付部３２に取り付けられて、超音波ホーン３を介して伝わる振動子５からの超音波振動を、被接合材Ｗ１，Ｗ２に伝播させる。このホーンチップ４は、タングステン等の超硬合金から構成され、被接合材Ｗ１，Ｗ２側に向かって縮径するテーパ部４０を有する（図２Ａ参照）。このため、ホーンチップ４の先端面（被接合材Ｗ１と対向する面）４１の外径が、ホーンチップ４の最小外径となる。
【００１６】  ホーンチップ４の先端面４１には、必要に応じて窒化処理やダイヤモンドコーティングが施されてもよい。本実施形態のホーンチップ４の先端面４１は、図２Ｃに示すように円形状とされ、これにより、被接合材Ｗ１，Ｗ２に超音波振動を伝播させる際に、超音波振動の応力が当該被接合材Ｗ１，Ｗ２上で局所的に集中することが抑制され、これによる被接合材Ｗ１，Ｗ２の損傷を防止することができる。また、ホーンチップ４を超音波ホーン３のチップ取付部３２に取り付ける際に、捩じ込み方向の異方性が解消される。すなわち、ホーンチップ４の先端面４１を円形に形成することで、ホーンチップ４を捩じ込む際にどこで止めても常に被接合材Ｗ１，Ｗ２との接触面が円形になるから、装着作業性を高めることができる。
【００１７】  なお、本実施形態のホーンチップ４は、その先端面４１が円形であればよく、先端面以外の断面形状は円形のほか矩形であってもよい。また本実施形態のホーンチップ４のテーパ部４０は、先端面４１に向かって直線的に外径が縮径する形状であるが、特にこれに限定されない。例えば、テーパ部４０が、先端面４１に向かって曲線的に外径が縮径する形状であってもよい。また、円形状の先端面４１を有すると共に角柱形状のテーパ部４０を有する形状であってもよく、ホーンチップ４の全体が略一定の径を有する円柱形状等であってもよい。
【００１８】  以上が、後述する第１〜第４実施形態に共通する構成である。以下、本発明に係る超音波接合装置１の超音波ホーン３とホーンチップ４との取付構造に関する実施形態を説明する。《第１実施形態》  図２Ａは、本発明の第１実施形態に係る超音波ホーン３とホーンチップ４の取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図、図２Ｂは、図２Ａの組付断面図、図２Ｃは、図２ＡのIIC矢視図（底面図）である。本実施形態の超音波ホーン３とホーンチップ４の取付構造は接続部材７を含んで構成されている。
【００１９】  本実施形態においては、図２Ａに示すように、超音波ホーン３の先端部であるチップ取付部３２に取付面３５が形成され、この取付面３５に、所定の径を有する第１ねじ部３３が形成されている。また、ホーンチップ４の基端部に取付面４２が形成され、この取付面４２に、所定の径を有する第２ねじ部４３が形成されている。本実施形態の第１ねじ部３３及び第２ねじ部４３は共に雌ねじからなる。
【００２０】  接続部材７は、図２Ａに示すように中実の筒状部材で構成され、筒状部材の上半分に第３ねじ部７１が形成され、下半分に第４ねじ部７２が形成されている。本実施形態の第３ねじ部７１及び第４ねじ部７２は共に雄ねじからなる。そして、第３ねじ部７１は、超音波ホーン３のチップ取付部３２に形成された第１ねじ部３３に螺合し、第４ねじ部７２は、ホーンチップ４に形成された第２ねじ部４３に螺合する。すなわち、第１ねじ部３３と第３ねじ部７１、第２ねじ部４３と第４ねじ部７２をそれぞれ螺合させることにより、ホーンチップ４は、接続部材７を介して超音波ホーン３のチップ取付部３２に取り付けられる。
【００２１】  なお、本実施形態では、接続部材７の第３ねじ部７１及び第４ねじ部７２は、略同一の長さ、径及びピッチとされているが、特にこれに限定されない。例えば、第１ねじ部３３と第３ねじ部７１、第２ねじ部４３と第４ねじ部７２がそれぞれ適切に螺合する関係である限り、第３ねじ部７１と第４ねじ部７２とは異なる長さ、異なる径又は異なるピッチであってもよい。また、図２Ａ及び図２Ｂに示す接続部材７は中実材から構成されているが、これに限定されず中空材であってもよい。
【００２２】  本実施形態では、超音波ホーン３の取付面３５は、第１ねじ部３３の捩じ込み方向（図２ＢのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（図２ＢのＸＹ平面）とされている。また、ホーンチップ４の取付面４２は、第２ねじ部４３の捩じ込み方向（図２ＢのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（図２ＢのＸＹ平面）とされている。このため、接続部材７によってホーンチップ４とチップ取付部３２とが相互に接続されると、第１ねじ部３３の周囲の取付面３５と、第２ねじ部４３の周囲の取付面４２とが互に密着することになる。
【００２３】  また、超音波ホーン３のチップ取付部３２に形成された第１ねじ部３３の軸方向の長さＤ１と、ホーンチップ４に形成された第２ねじ部４３の軸方向の長さＤ２との合計Ｄ１＋Ｄ２は、図２Ｂに示すように、接続部材７の軸方向の長さＤ３よりも大きく設定されている（（Ｄ１＋Ｄ２）＞Ｄ３）。このため、接続部材７によってホーンチップ４とチップ取付部３２とが相互に接続されると、図２Ｂに示すように、ホーンチップ４の第２ねじ部４３の下部には空隙４４が形成され、チップ取付部３２の第１ねじ部３３の上部には空隙３４が形成されることになる。
【００２４】  以上のように、本実施形態の超音波接合装置１では、まず接続部材７を用いることでホーンチップ４が超音波ホーン３に対して着脱可能に接続される。これにより、長時間の使用によりホーンチップ４が劣化しても、超音波ホーン３はそのままで、当該ホーンチップ４のみを交換すればよい。
【００２５】  また、本実施形態の超音波接合装置１では、ホーンチップ４の取付面４２には雌ねじからなる第２ねじ部４３が形成され、超音波ホーン３の取付面３５には雌ねじからなる第１ねじ部３３が形成されている。また、接続部材７の一方側には雄ねじからなる第３ねじ部７１が形成され、他方側には雄ねじからなる第４ねじ部７２が形成されている。そして、ホーンチップ４及び超音波ホーン３のチップ取付部３２は、これら第１ねじ部３３と第３ねじ部７１とが螺合すると同時に、第２ねじ部４３と第４ねじ部７２とが螺合することによって固定される。これにより、超音波ホーン３からホーンチップ４に伝達される超音波振動は、第１ねじ部３３と第３ねじ部７１との螺合部分、及び第２ねじ部４３と第４ねじ部７２との螺合部分の両方において分散される。その結果、超音波振動による応力がチップ取付部３２やホーンチップ４の一部に集中することが抑制され、これによるチップ取付部３２及びホーンチップ４の破損を防止することができる。
【００２６】  また、超音波ホーン３のチップ取付部３２とホーンチップ４とを接続部材７を介して接続すると、超音波ホーン３の取付面３５とホーンチップ４の取付面４２とが互いに押圧されるので、超音波振動の伝達効率の低下を抑制することができる。また、チップ取付部３２やホーンチップ４の強度向上を図るために当該チップ取付部３２やホーンチップ４を大型化する必要がなくなるので、この観点からも、被接合材Ｗ１，Ｗ２に対する超音波振動の伝達効率を向上させることができる。
【００２７】  さらに、本実施形態では、超音波ホーン３のチップ取付部３２に形成された第１ねじ３３の長さＤ１と、ホーンチップ４に形成された第２ねじ部４３の長さＤ２との合計Ｄ１＋Ｄ２が、接続部材７の長さＤ３よりも大きく設定されている（（Ｄ１＋Ｄ２）＞Ｄ３）。このため、ホーンチップ４を捩じ込んでいくと、ホーンチップ４の取付面４２と、超音波ホーン３のチップ取付部３２の取付面３５とが必ず接触して互いに押圧し合う。したがって、超音波ホーン３からホーンチップ４に伝達される超音波振動を当該接触部分においてさらに分散させることができる。
【００２８】  また、本実施形態におけるホーンチップ４の取付面４２は、第２ねじ部４３の捩じ込み方向に対して実質的に垂直な平坦面であり、同じく超音波ホーン３のチップ取付部３２の取付面３５も、第１ねじ部３３の捩じ込み方向に対して実質的に垂直な平坦面とされている。このため、ホーンチップ４とチップ取付部３２とが接続部材７によって相互に締結されて固定されると、第１及び第２ねじ部３３、４３の周囲において取付面３５と取付面４２とは、平坦性に応じた接触面積で相互に密着する。これにより、超音波ホーン３からホーンチップ４に伝達される超音波振動を当該密着部分において確実に分散させることができるため、上記の効果をさらに向上することができる。
【００２９】  また、本実施形態におけるホーンチップ４の先端面４１は、円形状となっている。このため、ホーンチップ４を超音波ホーン３のチップ取付部３２に取り付ける際に、捩じ込み方向の異方性が解消される。すなわち、ホーンチップ４の先端面４１を円形に形成することで、ホーンチップ４を捩じ込む際にどこで止めても常に被接合材Ｗ１，Ｗ２との接触面が円形になるから、装着作業性を高めることができる。また、ホーンチップ４の先端面４１を円形にすることで、被接合材Ｗに伝播される超音波振動による応力が、当該被接合材Ｗに対して局所的に伝播されることにより被接合材Ｗが損傷することを抑制することができる。
【００３０】  さらに、本実施形態におけるホーンチップ４はテーパ部４０を有するので、超音波振動が当該ホーンチップ４内を伝播する際に働く応力が、ホーンチップ４内において局所的に蓄積するのを防ぐことができる。このため、ホーンチップ４の耐久性が向上する。
【００３１】《第２実施形態》  図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る超音波ホーンとホーンチップの取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図、図３Ｂは、図３Ａの組付断面図、図３Ｃは、図３ＢのIIIC部の拡大断面図である。本実施形態の超音波ホーン３とホーンチップ４の取付構造は、第１実施形態と同様に接続部材７を含んで構成されているが、その形状が相違する。
【００３２】  すなわち、本実施形態の接続部材７は、第１実施形態の接続部材７のように筒状部材ではなく、一方側に形成された第３ねじ部７１と、他方側に形成された第４ねじ部７２との間に、一対の面７４，７５を有する板状の板部７３を含んで構成されている。本実施形態の第１ねじ部３３及び第２ねじ部４３が共に雌ねじからなる点、及び第３ねじ部７１及び第４ねじ部７２が共に雄ねじからなる点は第１実施形態と同じである。
【００３３】  本実施形態の接続部材７の板部７３の一方の面７４（以下、第１主面７４）は、第３ねじ部７１の軸方向（図３ＡのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（同図のＸＹ平面）とされている。また、接続部材７の板部７３の他方の面７５（以下、第２主面７５）は、第４ねじ部７２の軸方向（図３ＡのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（同図のＸＹ平面）とされている。このため、接続部材７によってホーンチップ４とチップ取付部３２とが相互に接続されると、板部７３の第１主面７４と超音波ホーン３の取付面３５とが密着し、板部７３の第２主面７５とホーンチップ４の取付面４２とが密着する。これにより、超音波ホーン３の取付面３５とホーンチップ４の取付面４２とが、板部７３を介して互いに間接的に押圧されることになる。
【００３４】  また本実施形態の接続部材７は、図３Ｂに示すように、第１ねじ部３３の長さＤ１を第３ねじ７１の長さＤ４よりも長くするとことにより（Ｄ１＞Ｄ４）、第３ねじ部７１の上部に空隙３４が形成される。同様に、第２ねじ部４３の長さＤ２を第４ねじ部７２の長さＤ５よりも長くすることにより（Ｄ２＞Ｄ５）、第４ねじ部７２の下部に空隙４４が形成される。こうすることで、接続部材７をホーンチップ４及び超音波ホーン３のチップ取付部３２にそれぞれ接続した場合に、板部７３の第１主面７４はチップ取付部３２の取付面３５に必ず密着すると共に、板部７３の第２主面７５はホーンチップ４の取付面４２に密着することになる。
【００３５】  また本実施形態の接続部材７は、筒状部材ではなく軸方向の中央に板部７３を有する形状であるため、第３ねじ部７１と板部７３との境界部及び第４ねじ部７２と板部７３との境界部に応力集中が生じる可能性がある。このため、図３Ａ及び図３Ｂ、並びにその一箇所を代表して図３Ｃに拡大して示すように、板部７３と第３ねじ部７１との境界部の全周に第１湾曲面７６が形成され、板部７３と第４ねじ部７２との境界部の全周に第２湾曲面７７が形成されている。また、超音波ホーン３の取付面３５の第１ねじ部３３の縁部に、先端に向かって拡開する第１環状傾斜面３６が形成され、ホーンチップ４の取付面４２の第２ねじ部４３の縁部に、先端に向かって拡開する第２環状傾斜面４５が形成されている。このように、応力集中する可能性が高い部分を鋭利な形状ではなく湾曲形状又はテーパ形状にすることで、応力集中を抑制することができる。  その他の構成は第１実施形態と基本的に同一であるため、図３Ａ〜図３Ｃに同一の符号を付し、その説明をここに援用する。
【００３６】《第３実施形態》  図４Ａは、本発明の第３実施形態に係る超音波ホーンとホーンチップの取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図、図４Ｂは、図４Ａの組付断面図である。本実施形態の超音波ホーン３とホーンチップ４の取付構造は、第１実施形態と同様に接続部材７を含んで構成されているが、その形状が相違するとともに、第１ねじ部３３、第２ねじ部４３、第３ねじ部７１及び第４ねじ部７２の構成が相違する。
【００３７】  すなわち、本実施形態の接続部材７は、第１実施形態の接続部材７のよう筒状部材であるが、中空状の筒状部材とされ、さらに第３ねじ部７１及び第４ねじ部７２が共に雌ねじからなる。つまり、本実施形態の接続部材７はナット形状とされている。さらに、チップ取付部３２に形成された第１ねじ部３３と、ホーンチップ４の基端に形成された第２ねじ部４３が共に雄ねじからなる。本実施形態の第１ねじ部３３が第３ねじ部７１に螺合する点及び第２ねじ部４３が第４ねじ部７２に螺合する点は第１実施形態と同じである。
【００３８】  また、超音波ホーン３の取付面３５は、第１ねじ部３３の捩じ込み方向（図４ＡのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（図４ＡのＸＹ平面）とされている。また、ホーンチップ４の取付面４２は、第２ねじ部４３の捩じ込み方向（図４ＡのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（図４ＡのＸＹ平面）とされている。このため、接続部材７によってホーンチップ４とチップ取付部３２とが相互に接続されると、チップ取付部３２の取付面３５と、ホーンチップ４の取付面４２とが互に密着することになる。
【００３９】  これに加え、本実施形態では、チップ取付部３２の先端の中央に第１凹部３７が形成され、ホーンチップ４の基端の中央に第２凹部４６が形成されている。第１凹部３７は、第３ねじ部７１の軸方向の長さと等しい深さであって、第３ねじ部７１が形成された接続部材７の断面積と等しい断面積を有する。また、第２凹部４６は、第４ねじ部７２の軸方向の長さと等しい深さであって、第４ねじ部７２が形成された接続部材７の断面積と等しい断面積を有する。すなわち、この第１凹部３７及び第２凹部４６は、図４Ｂに示すように接続部材７を用いてホーンチップ４をチップ取付部３２に組み付けた場合に、同図にＡ−Ａ線で示す断面の断面積、すなわち接続部材７が存在する部分の断面積が、同図にＢ−Ｂ線で示す断面の断面積、すなわち接続部材７が存在しない部分の断面積と等しいか近似するような大きさとされている。
【００４０】  振動子５からの超音波振動がアーム部３１に伝わり、これがホーンチップ４の先端面４１に伝わる場合に、ホーンチップ４の先端面４１において最大振幅となるようにチップ取付部３２及びホーンチップ４の形状を設定することが好ましい。この場合に、チップ取付部３２及びホーンチップ４の断面積を全範囲にわたって等しくしておくと、図４Ｂにに点鎖線で示す振動波の節の位置を正確に設定し易くなる。このため、本実施形態では第１凹部３７及び第２凹部４６が設けられている。ただし、これら第１凹部３７及び第２凹部４６は本実施形態に必須の構成ではない。
【００４１】《第４実施形態》  図５Ａは、本発明の第４実施形態に係る超音波ホーンとホーンチップの取付構造を示す分解断面図であり、図１のII部に相当する断面図、図５Ｂは、図５Ａの組付断面図である。本実施形態の超音波ホーン３とホーンチップ４の取付構造は、第３実施形態と同様に接続部材７を含んで構成されているが、その形状が相違する。
【００４２】  すなわち、本実施形態の接続部材７は、第３実施形態の接続部材７のように筒状部材ではなく、一方側に形成された第３ねじ部７１と、他方側に形成された第４ねじ部７２との間に、一対の面７４，７５を有する板状の板部７３を含んで構成されている。本実施形態の第１ねじ部３３及び第２ねじ部４３が共に雄ねじからなる点、及び第３ねじ部７１及び第４ねじ部７２が共に雌ねじからなる点は第３実施形態と同じである。
【００４３】  本実施形態の接続部材７の板部７３の一方の面７４（以下、第１主面７４）は、第３ねじ部７１の軸方向（図５ＡのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（同図のＸＹ平面）とされている。また、接続部材７の板部７３の他方の面７５（以下、第２主面７５）は、第４ねじ部７２の軸方向（図５ＡのＺ軸方向）に対して実質的に垂直な平坦面（同図のＸＹ平面）とされている。このため、接続部材７によってホーンチップ４とチップ取付部３２とが相互に接続されると、板部７３の第１主面７４と超音波ホーン３の取付面３５とが密着し、板部７３の第２主面７５とホーンチップ４の取付面４２とが密着する。これにより、超音波ホーン３の取付面３５とホーンチップ４の取付面４２とが、板部７３を介して互いに間接的に押圧されることになる。
【００４４】  また本実施形態の接続部材７は、図５Ｂに示すように、第１ねじ部３３の長さＤ１を第３ねじ７１の長さＤ４よりも長くするとことにより（Ｄ１＞Ｄ４）、第３ねじ部７１の上部に空隙３４が形成される。同様に、第２ねじ部４３の長さＤ２を第４ねじ部７２の長さＤ５よりも長くすることにより（Ｄ２＞Ｄ５）、第４ねじ部７２の下部に空隙４４が形成される。こうすることで、接続部材７をホーンチップ４及び超音波ホーン３のチップ取付部３２にそれぞれ接続した場合に、板部７３の第１主面７４はチップ取付部３２の取付面３５に必ず密着すると共に、板部７３の第２主面７５はホーンチップ４の取付面４２に密着することになる。
【００４５】  また本実施形態の接続部材７は、筒状部材ではなく軸方向の中央に板部７３を有する形状であるため、第３ねじ部７１と板部７３との境界部及び第４ねじ部７２と板部７３との境界部に応力集中が生じる可能性がある。このため、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、板部７３と第３ねじ部７１との境界部の全周に第１湾曲面７６が形成され、板部７３と第４ねじ部７２との境界部の全周に第２湾曲面７７が形成されている。また、超音波ホーン３の取付面３５の第１ねじ部３３の縁部に、先端に向かって縮径する第１環状傾斜面３６が形成され、ホーンチップ４の取付面４２の第２ねじ部４３の縁部に、先端に向かって縮径する第２環状傾斜面４５が形成されている。このように、応力集中する可能性が高い部分を鋭利な形状ではなく湾曲形状又はテーパ形状にすることで、応力集中を抑制することができる。その他の構成は第３実施形態と基本的に同一であるため、図５Ａ〜図５Ｂに同一の符号を付し、その説明をここに援用する。
【符号の説明】
【００４６】１…超音波接合装置  ２…アンビル  ３…超音波ホーン    ３１…アーム部    ３２…チップ取付部    ３３…第１ねじ部    ３４…空隙    ３５…取付面    ３６…第１環状傾斜面    ３７…第１凹部  ４…ホーンチップ    ４０…テーパ部    ４１…先端面    ４２…取付面    ４３…第２ねじ部    ４４…空隙    ４５…第２環状傾斜面    ４６…第２凹部  ５…振動子  ６…加圧装置    ６１…支持部材    ６２…レール  ７…接続部材    ７１…第３ねじ部    ７２…第４ねじ部    ７３…板部    ７４…第１主面（一方の面）    ７５…第２主面（他方の面）    ７６…第１湾曲面    ７７…第２湾曲面Ｗ１，Ｗ２…被接合材
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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