(57)【要約】  超音波溶接システムが提供される。超音波溶接システムは、ワークピースを支持するための支持構造を含む。超音波溶接システムは、ソノトロードを搭載する超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリも含む。溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能である。ソノトロードは、溶接作業中に５〜５００ｋｇの結合力と、５〜１５０ミクロンのソノトロードの先端の運動振幅で動作するように構成されている。  【選択図】      図
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波溶接システムであって、
ワークピースを支持するための支持構造と、
ソノトロードを搭載した超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリであって、この溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能であり、前記ソノトロードは、５〜５００ｋｇの接合力と５〜１５０ミクロンのソノトロード先端運動振幅で溶接作業中に動作するように構成されている、溶接ヘッドアセンブリと、
を有する、システム。
【請求項２】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、
前記ソノトロードは、直線超音波運動及びねじれ超音波運動の少なくとも一方を使用して、前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接するように構成されているものである。
【請求項３】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、
前記ワークピースを提供するための入力ワークピース供給部をさらに有し、前記入力ワークピース供給部は、複数のワークピースを搬送するように構成されているものである。
【請求項４】
請求項３記載の超音波溶接システムはさらに、
前記ワークピースを前記入力ワークピース供給部から前記支持構造に移動させるマテリアルハンドリングシステムを有するものである。
【請求項５】
請求項１記載の超音波溶接システムはさらに、
前記ソノトロードによる処理の後に前記ワークピースを受け取る出力ワークピース供給部を有するものである。
【請求項６】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、
前記ワークピースはパワーモジュール、リードフレーム、およびバッテリーモジュールからなる群から選択されるものである。
【請求項７】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、
前記ワークピースは、コンタクト要素およびベース構造を含み、前記ソノトロードは、前記コンタクト要素の少なくとも１つの導電性コンタクトを前記ベース構造のそれぞれの導電性領域に超音波溶接するように構成されているものである。
【請求項８】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、
前記複数の実質的に水平な軸は、前記超音波溶接システムのｘ軸及びｙ軸を含むものである。
【請求項９】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードによる超音波溶接中に前記ワークピースを前記支持構造に固定するワークピースクランプシステムをさらに有すものである。
【請求項１０】
請求項１記載の超音波溶接システムは、前記ソノトロードによる前記ワークピースの超音波溶接の前に前記ワークピースを組み立てるように構成されたワークピース組立ステーションをさらに有し、このワークピース組立ステーションは、前記ワークピースのコンタクト要素を前記ワークピースのベース構造に位置合わせするように構成されているものである。
【請求項１１】
請求項１０記載の超音波溶接システムにおいて、前記ワークピース組立ステーションでのワークピースの組立後、前記ソノトロードは、前記コンタクト要素の少なくとも１つの導電性コンタクトを前記ベース構造のそれぞれの導電性領域に超音波溶接するように構成されているものである。
【請求項１２】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、前記ワークピースの前記第１の部分と前記ワークピースの前記第２の部分との間に１．５〜３０ｍｍ２の範囲の面積を有する超音波溶接を形成するように構成されているものである。
【請求項１３】
請求項１記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、１５−４０ｋＨｚの範囲の周波数で動作するように構成されているものである。
【請求項１４】
超音波溶接システムであって、
ワークピースを支持するための支持構造と、
ソノトロードを搭載する超音波コンバータを含む溶接ヘッドアセンブリであって、
この溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能であり、前記超音波溶接システムに提供される前記ワークピースはコンタクト要素とベース構造を含み、前記ソノトロードは前記コンタクト要素の少なくとも１つの導電性コンタクトを前記ベース構造のそれぞれの導電性領域に超音波溶接する、溶接ヘッドアセンブリと、
を有する、超音波溶接システム。
【請求項１５】
請求項１４記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、直線超音波運動およびねじれ超音波運動の少なくとも一方を使用して、前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接するように構成されているものである。
【請求項１６】
請求項１４記載の超音波溶接システムは、前記ワークピースを提供するための入力ワークピース供給部をさらに有し、前記入力ワークピース供給部は、複数のワークピースを搬送するように構成されるものである。
【請求項１７】
請求項１６記載の超音波溶接システムは、さらに、
前記ワークピースを前記入力ワークピース供給部から前記支持構造に移動させるマテリアルハンドリングシステムを有するものである。
【請求項１８】
請求項１４記載の超音波溶接システムは、はさらに、
前記ソノトロードによる処理の後に前記ワークピースを受け取る出力ワークピース供給部を有するものである。
【請求項１９】
請求項１４記載の超音波溶接システムにおいて、
前記ワークピースはパワーモジュール、リードフレーム、およびバッテリーモジュールからなる群から選択されるものである。
【請求項２０】
請求項１４記載の超音波溶接システムにおいて、
前記複数の実質的に水平な軸は、前記超音波溶接システムのｘ軸およびｙ軸である。
【請求項２１】
請求項１４記載の超音波溶接システムは、前記ソノトロードによる超音波溶接中に前記ワークピースを前記支持構造に固定するワークピースクランプシステムをさらに有すものである。
【請求項２２】
請求項１４記載の超音波溶接システムは、前記ソノトロードによる前記ワークピースの超音波溶接の前に前記ワークピースを組み立てるように構成されたワークピース組立ステーションをさらに有し、前記ワークピース組立ステーションは、前記ワークピースのコンタクト要素を前記ワークピースのベース構造に位置合わせするように構成されているものである。
【請求項２３】
請求項２２記載の超音波溶接システムにおいて、前記ワークピース組立ステーションでの前記ワークピースの組立後、前記ソノトロードは、前記コンタクト要素の少なくとも１つの導電性コンタクトを前記ベース構造のそれぞれの導電性領域に超音波溶接するように構成されているものである
【請求項２４】
請求項１４記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、溶接作業中に５〜５００ｋｇの接合力と、５〜１５０ミクロンのソノトロード先端運動振幅で動作するように構成されているものである。
【請求項２５】
請求項１４記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、前記ワークピースの前記第１の部分と前記ワークピースの前記第２の部分との間に１．５〜３０ｍｍ２の範囲の面積を有する超音波溶接を形成するように構成されるものである。
【請求項２６】
請求項１４記載の超音波溶接システムにおいて、前記ソノトロードは、１５−４０ｋＨｚの範囲の周波数で動作するように構成されているものである。
【請求項２７】
超音波溶接システムを操作する方法であって、この方法は、
前記超音波溶接システムの支持構造上でワークピースを支持する工程と、
ソノトロードを搭載する超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリを使用して、前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接する工程であって、前記溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能であり、前記ソノトロードは５〜５００ｋｇの接合力と、５〜１５０ミクロンのソノトロード先端運動振幅で溶接作業中に前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接するように構成されるものである、溶接する工程と、
を有するものである、方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、前記溶接工程は、ソノトロードの直線超音波運動およびねじれ超音波運動の少なくとも一方を使用して、前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接することを含むものである。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法は、さらに
前記ワークピースを入力ワークピース提供部から提供する工程を有し、前記入力ワークピース供給部は複数のワークピースを搬送するように構成されているものである。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法は、さらに
前記入力ワークピース供給部から前記支持構造に前記ワークピースを移動させる工程を有するものである。
【請求項３１】
請求項２７記載の方法は、さらに
前記ソノトロードによる処理の後に前記ワークピースを出力ワークピース供給部で受け取る工程をさらに有するものである。
【請求項３２】
請求項２７記載の方法において、前記ワークピースは、パワーモジュール、リードフレーム、およびバッテリーモジュールからなる群から選択されるものである。
【請求項３３】
請求項２７記載の方法において、前記ワークピースはコンタクト要素とベース構造を含み、前記ソノトロードは溶接工程の間に、前記コンタクト要素の少なくとも１つの導電性コンタクトを前記ベース構造のそれぞれの導電性領域に超音波溶接するものである。
【請求項３４】
請求項２７記載の方法において、
前記複数の実質的に水平な軸は、前記超音波溶接システムのｘ軸およびｙ軸である。
【請求項３５】
請求項２７記載の方法は、さらに
前記溶接工程の間に、前記超音波溶接システムのワークピースクランプシステムを使用して前記ワークピースを前記支持構造に固定する工程をさらに有すものである。
【請求項３６】
請求項２７記載の方法は、さらに
前記溶接工程の前に前記超音波溶接システムのワークピース組立ステーションを使用して前記ワークピースを組み立てる工程をさらに有し、前記ワークピースの前記第１の部分は前記ワークピースのコンタクト要素の導電性コンタクトであり、前記第２の部分は前記ワークピースのベース構造の導電性領域であり、前記組み立て工程は、前記ワークピースのコンタクト要素を前記ワークピースのベース構造に位置合わせすることを含むものである。
【請求項３７】
請求項３６記載の方法において、前記組み立てる工程の後に、前記ソノトロードは、溶接工程の間に前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に超音波溶接するものである。
【請求項３８】
請求項２７記載の方法において、前記ソノトロードは、前記ワークピースの前記第１の部分と前記ワークピースの前記第２の部分との間に１．５〜３０ｍｍ２の範囲の面積を有する超音波溶接を形成するように構成されるものである。
【請求項３９】
請求項２７記載の方法において、前記ソノトロードは、１５−４０ｋＨｚの範囲の周波数で動作するように構成されているものである。
【請求項４０】
超音波溶接システムを操作する方法であって、この方法は、
前記超音波溶接システムの支持構造上でワークピースを支持する工程と、
ソノトロードを搭載した超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリを使用して、（ｉ）前記ワークピースのコンタクト要素の導電性コンタクトを（ｉｉ）前記ワークピースのベース構造のそれぞれの導電性領域に溶接する工程であって、前記溶接ヘッドアセンブリは複数の実質的に水平な軸を沿って移動可能なものである、溶接する工程と、
を有する、方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の方法において、前記溶接工程は、前記ソノトロードの直線超音波運動およびねじれ超音波運動の少なくとも一方を使用して、前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接することを含むものである。
【請求項４２】
請求項４０記載の方法は、さらに
前記ワークピースを入力ワークピース提供部から提供する工程を有し、前記入力ワークピース供給部は複数のワークピースを搬送するように構成されているものである。
【請求項４３】
請求項４２記載の方法は、さらに
前記入力ワークピース供給部から前記支持構造に前記ワークピースを移動させる工程を有するものである。
【請求項４４】
請求項４０記載の方法は、さらに
前記ソノトロードによる処理の後に前記ワークピースを出力ワークピース供給部で受け取る工程をさらに有するものである。
【請求項４５】
請求項４０記載の方法ワークピースにおいて、前記ワークピースは、電源モジュール、リードフレーム、バッテリーモジュールからなる群から選択されるものである。
【請求項４６】
請求項４０記載の方法において、
前記複数の実質的に水平な軸は、前記超音波溶接システムのｘ軸およびｙ軸である。
【請求項４７】
請求項４０記載の方法は、さらに
前記溶接工程の間に、前記超音波溶接システムのワークピースクランプシステムを使用して前記ワークピースを前記支持構造に固定する工程をさらに有すものである。
【請求項４８】
請求項４０記載の方法は、さらに
前記溶接工程の前に前記超音波溶接システムのワークピース組立ステーションを使用して前記ワークピースを組み立てる工程をさらに有し、この組み立てる工程は、前記ワークピースのコンタクト要素を前記ワークピースのベース構造に位置合わせすることを含むものである。
【請求項４９】
請求項４８記載の方法において、前記ワークピース組立ステーションでの前記ワークピースの組立後、前記ソノトロードは、前記コンタクト要素の少なくとも１つの導電性コンタクトを前記ベース構造のそれぞれの導電性領域に超音波溶接するように構成されているものである。
【請求項５０】
請求項４０記載の方法において、前記ソノトロードは、溶接作業中に５〜５００ｋｇの接合力と、５〜１５０ミクロンのソノトロード先端運動振幅で動作するように構成されているものである。
【請求項５１】
請求項４０記載の方法において、
前記ソノトロードは、前記ワークピースの前記第１の部分と前記ワークピースの前記第２の部分との間に１．５〜３０ｍｍ２の範囲の面積を有する超音波溶接を形成するように構成されるものである。
【請求項５２】
請求項４０記載の方法において、前記ソノトロードは、１５−４０ｋＨｚの範囲の周波数で動作するように構成されているものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２０１７年４月４日に出願された米国仮出願第６２／４８１，４０８号の利益を主張するものであり、その全文の内容がここで参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、超音波溶接に関し、より具体的には、超音波溶接操作を実行するための改善されたシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波エネルギーは、２つ以上の材料間の相互接続を形成する際に広く使用されている。たとえば、ワイヤボンディング装置（ボールボンディング装置、ウェッジボンディング装置、リボンボンディング装置など）が、ワイヤまたはリボンを接合位置に接合するために使用される。しかし、ワイヤボンディングでは、比較的低いレベルのエネルギー（例えば、接合力、超音波エネルギーなど）を使用する。例示的なワイヤボンディング装置は、ペンシルベニア州フォートワシントンのクリック  アンド  ソッファ  インダストリーズ、インク．により販売されている。
【０００４】
特定の用途では、ワイヤ以外の材料の接合を伴う。そのような用途では溶接が検討される。超音波溶接も広く使用されている技術である。超音波溶接は、電気エネルギーを機械的運動／スクラブ（たとえば、直線運動／スクラブ、ねじり運動／スクラブなど）に変換するために、超音波コンバーター（たとえば、ソノトロードを搭載）を使用する。ただし、既存の超音波溶接技術及び機器では、コスト、操作効率、柔軟性、携帯性、および関連する要素の面で市場の需要を満たすことができるソリューションを提供する能力が限られている。
【０００５】
したがって、潜在的な市場に対する既存の障壁を克服するために、超音波溶接技術を改善することが望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、超音波溶接システムが提供される。超音波溶接システムは、ワークピースを支持するための支持構造を含む。超音波溶接システムは、ソノトロードを有する超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリも含む。溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能である。ソノトロードは、溶接作業中に５〜５００ｋｇの接合力と５〜１５０ミクロンのソノトロードの先端の運動振幅で作動するように構成されている。
本発明のさらに別の例示的な実施形態によれば、超音波溶接システムが提供される。超音波溶接システムは、ワークピースを支持するための支持構造を含む。超音波溶接システムは、ソノトロードを有する超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリも含む。溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能である。超音波溶接システムに提供されるワークピースは、コンタクト要素およびベース構造を含み、ソノトロードは、前記コンタクト要素の少なくとも１つの導電性コンタクトを前記ベース構造のそれぞれの導電性領域に超音波溶接するように構成される。
【０００７】
本発明のさらに別の例示的な実施形態によれば、超音波溶接システムを動作させる方法が提供される。この方法は、以下の工程（ａ）超音波溶接システムの支持構造上でワークピースを支持する工程、（ｂ）ソノトロードを搭載した超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリを使用して、前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接する工程を含むものであり、溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能であり、５〜５００ｋｇの接合力と、５〜１５０ミクロンのソノトロードの先端運動振幅で、溶接作業中に前記ワークピースの第１の部分を前記ワークピースの第２の部分に溶接する。
【０００８】
本発明のさらに別の例示的な実施形態によれば、超音波溶接システムを動作させる別の方法が提供される。この方法は、以下の工程：（ａ）超音波溶接システムの支持構造上でワークピースを支持する工程と、（ｂ）ソノトロードを搭載した超音波コンバーターを含む溶接ヘッドアセンブリを使用してｉ）ワークピースのコンタクト要素の導電性コンタクトを（ｉｉ）ワークピースのベース構造のそれぞれの導電性領域に溶接する工程とを含み、溶接ヘッドアセンブリは、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明は、添付の図面を参照して読まれるとき、以下の詳細な説明によって最もよく理解される。一般的な慣行において、図面のさまざまな特徴は縮尺通りではないことを強調する。それだけでなく、さまざまな特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小されている。図面には、次の図が含まれる。
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態による超音波溶接システムの側面図である。
【図２】図２は、図１の超音波溶接システムのブロック図の上面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の様々な例示的実施形態による超音波溶接システムを使用して溶接するように構成されたワークピースの上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのワークピースのブロック図の上面図であり、本発明の様々な例示的な実施形態による例示的な溶接接続を含む。
【図４】図４は、本発明の別の例示的な実施形態による別の超音波溶接システムのブロック図の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明によれば、効率的な大量生産を達成し得る溶接システム（および対応する方法）において超音波溶接能力が提供される。本発明の実施形態は、カメラ（例えば、パターン認識用）、プロセス診断、マテリアルハンドリングおよび固定／クランプシステム、クリーニング（ごみ除去）システム、（光学）検査システムなどに関係する。
【００１１】
図１は、超音波溶接システム１００を図示する。超音波溶接システム１００は、ワークピース１０２ａ１を提供するための入力ワークピース供給部１０２を含み、入力ワークピース供給部１０２は、複数のワークピース１０２ａ１を搬送するように構成されている（例えば、供給部１０２は、複数のワークピース１０２ａ１を搬送するマガジンハンドラー等のキャリア、または特定用途のワークピースに適した他の供給構造などがあり得る）。入力ワークピース供給部１０２によって運ばれる例示的なワークピース１０２ａ１は、パワーモジュール、パワーモジュールの構成要素、リードフレーム、バッテリーモジュールなどを含む。ワークピース１０２ａ１は、入力ワークピース供給部１０２からマテリアルハンドリングシステム１０４に供給される（グリッパアセンブリ等のマテリアルハンドリングシステム１０４に含まれ得る所望の搬送アセンブリによって）。マテリアルハンドリングシステム１０４は、ワークピース１０２ａ１を（例えば、コンベヤアセンブリを使用して、グリッパーアセンブリを使用して等）入力ワークピース供給部１０２から支持構造１０６に移動する。
【００１２】
支持構造１０６は、溶接作業中にワークピース（ワークピースクランプ１０８を使用して支持構造体１０６に対して固定されると、固定されたワークピース１０２ａ２と記載される）を支持する。溶接作業（溶接ヘッドアセンブリ１１２に関して以下で説明）の後、溶接されたワークピース１０２ａ３は、支持構造の下流のマテリアルハンドリング１０４の一部から（例えば、コンベヤアセンブリを使用して、グリッパアセンブリを使用して）出力ワークピース供給部１１０に移動される。出力ワークピース供給１１０は、溶接ヘッドアセンブリ１１２（ソノトロード１１２ａを運ぶ超音波コンバータ１１２ｂを含む）による処理後にワークピース１０２ａ３を受け取るように構成される。出力ワークピース供給部１１０は、複数の溶接ワークピース１０２ａ３を搬送するためのマガジンハンドラなどのキャリア、または特定用途向けワークピースに適した他の供給構造であってもよい。
【００１３】
超音波溶接システム１００は、溶接ヘッドアセンブリ１１２を含む。溶接ヘッドアセンブリは、ソノトロード１１２ａを担持する超音波コンバータ１１２ｂを含み、複数の実質的に水平な軸に沿って移動可能である。図１に示す例では、溶接ヘッドアセンブリ１１２は、超音波溶接システム１００のｘ軸およびｙ軸に沿って移動するように構成される（図２のｘ軸およびｙ軸の例を参照）。図１に示す例では、溶接ヘッドアセンブリ１１２はまた、超音波溶接システム１００のｚ軸に沿って、および超音波溶接システム１００のシータ軸（φ軸）周りに移動するように構成される。ソノトロード１１２ａは、溶接ヘッドアセンブリ１１２の運動軸を使って、固定されたワークピース１０２ａ２に対して適切な溶接位置に移動することができる。また、ソノトロード１１２ａと固定されたワークピース１０２ａ２との間の位置合わせ、固定されたワークピース１０２ａ２自体の構成要素の位置合わせ、溶接操作後の溶接部の光学検査などに関連する撮像動作のためのカメラ１１４が提供され（カメラはオプションで溶接ヘッドアセンブリ１１２によって運ばれるか、超音波溶接システム１００の別の部分によって運ばれる）。
【００１４】
本発明の特定の例示的な実施形態によれば、溶接作業中、例示的な技術仕様は以下を含む。（ｉ）５〜５００ｋｇの間の接合力で動作するように構成されたソノトロード、または５〜３００ｋｇの間の接合力で動作するように構成されたソノトロード、または５〜１００ｋｇの間の接合力で動作するように構成されたソノトロード；（ｉｉ）ソノトロードの先端の運動振幅が５〜１５０ミクロン、またはソノトロードの先端の運動振幅が５〜１２０ミクロン、またはソノトロードの先端の運動振幅が５〜１００ミクロン；（ｉｉｉ）ソノトロードは、ワークピースの第１の部分とワークピースの第２の部分の間で形成される超音波溶接が１．５〜３０ｍｍ２の範囲の面積を有するように構成される；または、ソノトロードはワークピースの第１の部分とワークピースの第２の部分との間に形成される超音波溶接が１．５〜２０ｍｍ２の範囲の面積を有するように構成される；または、ソノトロードは、ワークピースの第１の部分とワークピースの第２の部分の間に形成される超音波溶接が１．５〜１６ｍｍ２の範囲の面積を有するように構成される（ｉｖ）ソノトロードは１５〜４０ｋＨｚの範囲の周波数で動作するように構成されている、またはソノトロードが２０〜３５ｋＨｚの範囲の周波数で動作するように構成されている、またはソノトロードが２０〜３０ｋＨｚの範囲の周波数で動作するように構成されている。コンタクト要素（ソノトロードと接触するワークピースの部分）の導電性コンタクトの例示的な厚さには、０．２〜３ｍｍの間、０．２〜１．５ｍｍの間、０．２〜１．２ｍｍの間を含む。
【００１５】
図２は、図１に示す超音波溶接システム１００の要素の俯瞰図である。
【００１６】
超音波溶接システム１００（または本発明の範囲内の他のシステム）を使用して、様々なタイプのワークピースを溶接することができる。そのようなワークピースは、ワークピースの第２の部分に溶接されるように構成されたワークピースの第１の部分を含むことができる。図３Ａ〜３Ｂは、そのようなワークピースの例を示している。図３Ａのワークピース３００は、図１のワークピース１０２ａ１の例である。図３Ａの例では、ワークピース３００の第１の部分は、複数の導電性コンタクト３０４ａを含むコンタクト要素３０４であり（コンタクト要素３０４は、外部回路への接続用に構成された外部コンタクト３０４ｂも含む）、ワークピースの第２の部分は複数の導電性領域３０２ａを含むベース構造３０２である。図３Ａの例では、コンタクト要素３０４は、ベース構造３０２にすでに備えられている。具体的には、導電性コンタクト３０４ａは導電性領域３０２ａと位置合わせされ、溶接の準備ができる。
【００１７】
ワークピース３００を支持構造（例えば、図１の超音波溶接システム１００の支持構造１０６）上に配置した後、ソノトロードを使用して超音波溶接を形成する。図３Ｂは、図３Ａのワークピース３００を示すものであるが、異なる超音波溶接の４つの例が形成されている。第１の超音波溶接３０４ａ１は、導電性コンタクト３０４ａと各導電性領域３０２ａとの間に形成され、超音波溶接３０４ａ１は、超音波ねじり運動を使用して形成される（それにより、実質的に丸い超音波溶接３０４ａ１を形成する）。もちろん、他のタイプの超音波運動（ねじれ運動以外）が考えられる。たとえば、図３Ｂは、第２の超音波溶接３０４ａ２（例えば、ｘ軸に沿った直線超音波運動を使用して形成される）および第３の超音波溶接３０４ａ３（例えば、ｘ軸にほぼ垂直のｙ軸に沿った線形超音波運動を使用して形成される）を示す。超音波溶接３０４ａ２および３０４ａ３は、ねじれ超音波運動によって形成することもできる（例えば、ねじれ超音波運動。もちろん、非円形超音波溶接を形成するために使用可能である）。直線運動またはねじり運動を使用して形成された第４の超音波溶接３０４ａ４は、その端の３つまでの導電性接触領域を覆う。線形およびねじれの超音波運動に加えて、両方の組み合わせを使用できる。
【００１８】
再び図１を参照すると、入力ワークピース供給部１０２は、既に一緒に組み立てられ、溶接の準備ができた第１の部分および第２の部分のそれぞれを含むワークピース１０２ａ１を含む。  例えば、ワークピース１０２ａ１は、第２の部分（ベース構造３０２）と既に一緒に組み立てられ、溶接の準備ができた第１の部分（コンタクト要素３０４）を含む、図３Ａのワークピース３００であってもよい。しかし、本発明の特定の実施形態によれば、超音波溶接システムによる処理の開始時に、ワークピースの第１の部分（例えば、コンタクト要素）を第２の部分（例えば、ベース構造）と一緒に組み立てることはできない。図４は、そのようなシステムを示している。
【００１９】
図４に示されるように、超音波溶接システム４００は、コンタクト要素供給部４５０（例えば、複数のコンタクト要素３０４を含むマガジンまたは他の供給部）およびベース構造供給部４５２（例えば、複数のベース構造３０２を含むマガジンまたは他の供給部）を含む。超音波溶接システム４００は、接触要素３０４をそれぞれのベース構造４５２と組み立てるためのワークピース組立ステーション４５４も含む。より具体的には、ベース構造取外ツール４５２ａは、ベース構造３０２をベース構造供給部４５２から取り外し、ベース構造３０２を動かしてワークピース組立ステーション４５４の構造４５４ａを支持する。例えば、ベース構造取外ツール４５２ａは、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿って移動するように構成されたグリッパータイプのツールであってもよい。同様に、コンタクト要素除去ツール４５０ａは、コンタクト要素３０４をコンタクト要素供給４５０から取外し、コンタクト要素３０４を支持構造４５４ａ（ベース構造３０２の上部）に移動させる。例えば、コンタクト要素取外ツール４５０ａは、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿って移動するように構成されたグリッパータイプのツールであってもよい。位置合わせ／組立て後、組み立てリクランプ４５４ｂを使用して、コンタクト要素３００をベース構造３０２に対して位置決めする。カメラ４５８を使用して、コンタクト要素３０４のベース構造３０２への適切な位置合わせを補助する。アセンブリツール４５６は、更なる組み立て機能を提供する（例：プレス、接着剤分布など）。
【００２０】
ワークピース組立ステーション４５４での処理（および組み立て）の後、組み立てられたワークピース３００（図４ではワークピース３００ａ１とラベル付けされている）は、マテリアルハンドリングシステム４０４（図１のマテリアルハンドリングシステム１０４とほぼ同様）に提供される。次いで、ワークピース３００は、支持構造体４０６（図１の支持構造体１０６と実質的に同様）に移動される。ソノトロード４１２ａ（図１のソノトロード１１２ａと実質的に同様）は、超音波変換器４１２ｂ（変換器４１２ｂは溶接ヘッドアセンブリ４１２に含まれる）によって運ばれ、位置合わせのためにカメラ４１４（図１のカメラ１１４と実質的に同様）を使用して、（ワークピース３００ａ２の接触要素３００の）導電性コンタクトを導電性領域（ワークピース３００ａ２のベース構造３０２の２）に超音波溶接する。溶接後、溶接されたワークピース３００ａ３は、出力ワークピース供給部４１０（図１の出力ワークピース供給部１１０と実質的に同様）に移動される。
【００２１】
超音波溶接システム４００の溶接ヘッドアセンブリ４１２の動作は、図１〜図２の超音波溶接システム１００の溶接ヘッドアセンブリ１１２に関して上述したものと実質的に同様である。さらに、本明細書で説明される例示的な技術仕様（例えば、ソノトロードの動作接合力、ソノトロード先端運動振幅、超音波溶接面積、ソノトロードの動作周波数、導電性コンタクトの厚さなどの各例示的な範囲）も図１〜図２及び図４の超音波溶接システム、また本願の請求の範囲内の他の超音波溶接システムに対して等しく適用可能である。
【００２２】
本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書に例示および説明されているが、本発明は、示された詳細に限定されることを意図するものではない。むしろ、本発明から逸脱することなく、特許請求の範囲の均等物の範囲および範囲内で細部にさまざまな修正を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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