JP3877016B2 - 樹脂ケースの超音波溶着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば、電磁音響変換器の樹脂ケースを構成する上ケースと下ケースを溶着・固定する際に適用される樹脂ケースの超音波溶着方法に係り、特に、溶着時の振動の伝播を抑制して、振動に起因した各種不具合を無くすことができるように工夫したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁音響変換器は、例えば、図１２及び図１３に示すような構成になっている。まず、上ケース２０１があり、この上ケース２０１の図１３中左側端面の中央位置には放音孔２０３が形成されている。上記上ケース２０１の図１３中右側には下ケース２０２が超音波溶着によって溶着・固定されている。上記下ケース２０２の図１３中右側端は開口部２０７となっている。上記開口部２０７には、ベース２０９と鉄心２１１が予め一体化されてポールピースとして実装されているとともに、基板２１３が取り付けられている。
【０００３】
上記鉄心２１１の外周にはコイル２１５が巻回されていて、そのコイル２１５の両コイル端２１５ａ、２１５ｂは、上記基板２１３に取り付けられたリード端子２１７、２１９に、例えば、半田付けによって接続されている。上記コイル２１５の外周には、環状隙間２２１を存した状態で、マグネット２２３が配置されている。上記下ケース２０２の内周には、段付部２２５が形成されていて、該段付部２２５には、振動板２２７が設置されている。この振動板２２７はその中央位置に、付加質量としての磁片２２９を備えている。
【０００４】
上記構成をなす電磁音響変換器において、磁片２２９を一体に備えた振動板２２７は、マグネット２２３によって吸引された状態にあり、それによって、ある一定の極性を持った状態でセットされている。その状態で、リード端子２１７、２１９を介してコイル２１５に電流を流すと、鉄心２１１が電磁石化されて、その先端に磁界が発生する。その際、鉄心２１１に発生したコイル２１５による磁極と振動板２２７が有するマグネット２２３による磁極とが異なる極性のものである場合には、振動板２２７は鉄心２１１に吸引されることになる。又、鉄心２１１に発生したコイル２１５による磁極と振動板２２７が有するマグネット２２３による磁極とが同じ極性のものである場合には、振動板２２７は鉄心２１１に対して反発することになる。よって、何れかの方向をもって電流を断続的に流すことにより、振動板２２７は上記したような動作を繰り返すことになる。つまり、振動板２２７が所定の周波数で振動することになり、その振動によって音が発生するものである。
【０００５】
又、別の構成をなす電磁音響変換器を図１４に示す。この図１４に示す電磁音響変換器は、ターミナルを樹脂ケースにインサート成形するタイプのものである。まず、リードフレーム３０１があり、このリードフレーム３０１は、複数個の電磁音響変換器の製造に対応するように、複数個のリードフレーム要素３０１ａを連結した構成になっていて、図１４ではその内の１個のリードフレーム要素３０１ａを示している。このリードフレーム要素３０１ａは、一対の外枠ガイドレール３０３、３０３を備えており、又、４個のガイド穴３０４を備えている。又、上記一対の外枠ガイドレール３０３、３０３の間には、空間部３０５が形成されている。上記空間部３０５内には、突出片３０７、３０９、３１１、３１３が突設されていて、これら突出片３０７、３０９、３１１、３１３の先端部３０７ａ、３０９ａ、３１１ａ、３１３ａが、完成品としての電磁音響変換器においてリード端子として機能することになる。すなわち、後々、各突出片３０７、３０９、３１１、３１３を、図１４に示す切断線Ａに沿って切断することになり、その結果、リード端子３０７ａ、３０９ａ、３１１ａ、３１３ａとなる。
【０００６】
そして、上記リードフレーム３０１上にベース部３１５を形成する。すなわち、図示しない成形型内にリードフレーム３０１を設置し、図示しないヨーク（ベース）とリード端子３０７ａ、３０９ａ、３１１ａ、３１３ａをインサート成形する（尚、この時点では、図１４に示した切断線Ａに沿った切断は行われていない）。次に、ポール部に図示しないコイルを巻回する。次に、ベース部３１５の内部に支持リング３２３を設置し、その内側に、図示しないマグネットを設置する。そして、上記支持リング３２３上に付加質量としての磁片３２７を備えた振動板３２９を設置する。次いで、巻回したコイルの両コイル端３２９ａ、３２９ｂをリード端子３０７ａ、３０９ａのランド部上に引き出して半田付けを施す。尚、上記コイル、マグネットは、図１４においては、振動板３２９の下側に位置されている。
【０００７】
一方、ケース３３１を別途合成樹脂により成形しておき、各リードフレーム要素３０１ａにおけるベース部３１５上に配置する。そして、超音波溶着によって、ケース３３１をベース部３１５に溶着・固定する。ここまでの作業によって、リードフレーム３０１上に複数個の電磁音響変換器が構成されることになる。そして、最後に、各リードフレーム要素３０１ａの突出片３０７、３０９、３１１、３１３を、切断線Ａに沿って切断することにより、各電磁音響変換器を独立させる。後は、各電磁音響変換器のリード端子３０７ａ、３０９ａ、３１１ａ、３１３ａにフォーミング加工を施すことにより、完成品としての電磁音響変換器を得ることができる。
図１４中符号３３３は放音孔を示している。
【０００８】
ところで、図１２及び図１３に示した電磁音響変換器の場合には、前述したように、上ケース２０１と下ケース２０２は、超音波溶着によって溶着・固定されることになり、又、図１４に示す電磁音響変換器の場合にも、ケース３３１をベース部３１５に超音波溶着によって溶着・固定することになる。
ここで、上記超音波溶着について説明すると、超音波発振機より出力される超音波電気エネルギをホーンを介して機械的振動エネルギに変換し、それを被溶着部材、例えば、図１２、図１３に示す上ケース２０１、或いは、図１４に示すケース３３１に付与する。その振動は対向する部材、すなわち、図１２、図１３に示す下ケース２０２、或いは、図１４に示すベース部３１５にも伝達される。そような振動の付与と共に加圧を施すことにより、例えば、上ケース２０１と下ケース２０２の溶着部に設けられた図示しないエネルギ・ダイレクタに超音波振動が集中伝達し、局部的な摩擦熱が発生し、それによって、上ケース２０１と下ケース２０２が溶着・固定される。又、ケース３３１とベース部３１５も同様に溶着・固定される。
このような超音波溶着において、従来は、超音波振動を「縦振動」として、各部材、すなわち、図１２、図１３に示す上ケース２０１、或いは、図１４に示すケース３３１に付与するようにしていた。これは、縦振動の場合、溶着部におけるエネルギ・ダイレクタへの振動の伝達性が良いため、比較的低エネルギ且つ短時間での溶着が可能となるためである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、上述したように、従来においては、縦振動を用いた超音波溶着が採用されている。ところが、例えば、図１２及び図１３に示した電磁音響変換器の場合には、上ケース２０１側より縦振動を加えることによって、上ケース２０１は縦方向に振動しながら下ケース２０２に加圧されるため、上ケース２０１及び下ケース２０２の溶着部同士がぶつかり合うことになる。したがって、上ケース２０１に加えられた縦振動は、エネルギダイレクタと共に下ケース２０２にも伝達される。その際、下ケース２０２にはコイルが内装されているため、伝達した振動によって該コイル２１５の両コイル端２１５ａ、２１５ｂが断線するおそれがあった。
つまり、コイル２１５の両コイル端２１５ａ、２１５ｂはリード端子２１７、２１９に半田付けされており、その状態で振動が伝達されると、コイル端２１５ａ、２１５ｂが振動によって断線してしまうものである。このように、両コイル端２１５ａ、２１５ｂの断線が生じた場合には、当然のことながら、電磁音響変換器としての機能が損なわれてしまうことになる。
又、昨今、電磁音響変換器の小型化、薄型化が要求されており、このような小型化、薄型化においては、図１３に示す放音孔２０３、ケース２０１とケース２０２の溶着面、コイル２１５の両コイル端２１５ａ、２１５ｂの距離、すなわち、超音波振動の発信源であるホーンから該溶着面及び該コイル端２１５ａ、２１５ｂの距離が短くなることを意味しているとともに、コイル２１５自体もより細線化することを意味している。したがって、上記振動による断線の懸念はより顕著なものとなり、結局、電磁音響変換器の小型化、薄型化の大きな障害となってしまうことになる。
【００１０】
又、これは図１４に示した電磁音響変換器の場合においても同様にいえることである。図１４に示した電気音響変換器は、上記小型化、薄型化に対応したタイプのものであるが、この場合にも、コイル端３２９ａ、３２９ｂの振動による断線が懸念されるものである。又、このタイプの場合には、ベース部３１５、すなわち、上記コイル端３２９ａ、３２９ｂが振動するとともに、ターミナル、すなわち、リード端子３０７ａ、３０９ａの部分も振動することになるが、ベース部３１５及びターミナルは薄型の平板形状のため、その板厚方向に加わる縦振動に対しては、特にその影響を受け易い。さらに、質量の違いから、両者の振動モードが異なるために、細いコイル端３２９ａ、３２９ｂに応力が集中してしまい、その結果、コイル端３２９ａ、３２９ｂの部分が断線してしまうことになる。
【００１１】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、樹脂ケースを構成する部材を超音波溶着によって溶着・固定する場合に、上記部材及び部材に関連した部品への振動の伝達を抑制し、該振動に起因した各種の不具合の発生をなくしてその健全性を保持することを可能にする樹脂ケースの超音波溶着方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法は、樹脂ケース内にコイルとベース部と端子部を有し、
前記コイルは前記ベース部に対して位置が固定され、前記コイルのコイル端は前記端子部に固定され、前記ベース部は前記樹脂ケースに固定された電磁音響変換器にあって、前記樹脂ケースを溶着・固定する電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、 前記樹脂ケースの溶着面に対し平行な方向、且つ、前記コイルの巻回方向と平行な方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２による電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法は、請求項１記載の電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、樹脂ケースの溶着面が多角形であり、各辺に対して傾斜した方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項３による電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法は、請求項１記載の電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、樹脂ケースの溶着面が四角形であり、任意の一辺に対して４５゜傾斜した方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項４による電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法は、請求項１記載の電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、樹脂ケースの溶着面が円形であり、その円周方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
すなわち、従来、縦振動による超音波溶着によって部材を溶着・固定していたのに対して、これを、溶着面に平行な方向に超音波振動を付与する横振動による超音波溶着によって部材を溶着・固定するようにしたものであり、それによって、部材及び部材に関連している部品等に対する振動の影響を軽減させようとするものである。
例えば、樹脂ケースを構成する部材が四角形や長方形の場合に、対向する辺を結ぶ線に対して傾斜した方向に超音波振動を付与することが考えられ、それによって、各辺において漏れなく均一に摩擦熱を発生させて確実な溶着・固定を行うことができる。
特に、傾斜を４５°とすることが好ましいと考えられる。
又、樹脂ケースを構成する部材が円形の場合に、円周方向に超音波振動を付与することが考えられ、その場合にも、漏れなく均一に摩擦熱を発生させて確実な溶着・固定を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による超音波溶着方法を適用する電磁音響変換器の外観を示す図であり、樹脂ケースを構成する部材としての上ケース１と下ケース３があって、上ケース１の中央部には放音孔５が形成されている。上ケース１及び下ケース３内における構成は従来のそれと同じである。上記上ケース１と下ケース３は、本実施の形態による超音波溶着方法によって溶着・固定されるわけであるが、その際、従来のような縦振動による超音波溶着方法ではなく、図２に矢印Ａで示すように、溶着面７に対して平行な方向に振動を付与する「横振動」による超音波溶着方法を採用している。
すなわち、横振動による超音波溶着方法の場合、従来の縦振動による超音波溶着方法の場合のように、溶着部材すなわち上ケースと下ケース同士がぶつかり合うのではなく、各々が平行に擦れ合いながら溶着されるため、下ケースへの振動の伝達量は格段に少なくなる。したがって、下ケースに内装されたコイルの断線が防止されるものである。
【００１５】
上記「横振動」による超音波溶着方法のメカニズムであるが、これは、図３、図４に示すように、まず、超音波発振機１１より超音波電気エネルギを出力する。上記超音波電気エネルギは、治具１３によって機械的振動エネルギに変換される。上記治具１３は、例えば、コンバータ１５、ブースタ１７、ホーン１９から構成されている。上記ホーン１９の押付面１９ａには複数の突起２１が形成されていて、そのような突起２１を備えた押付面１９ａを介して、既に説明した上ケース１を押圧・保持するものである。そして、上記機械的振動エネルギは、図４に示すように、上ケース１と下ケース３に対して溶着面７に平行な方向に横振動として付与されることになる。又、それと同時に、加圧も施される。上記横振動の付与と加圧の付与によって、上ケース１と下ケース３との溶着面７において摩擦熱が発生し、それによって、上ケース１及び下ケース３の溶着面に位置する図示しないエネルギダイレクタ部分が溶解して溶着・固定されることになる。
【００１６】
又、この実施の形態においては、横振動を付与する方向について、図２に矢印Ａで示すように、４５°の方向としている。このように、４５°の方向に横振動を付与するのは次のような理由に基づくものである。まず、仮に、図２において、左右方向に平行な方向（図２中矢印Ｂで示す方向）に横振動を付与したとする。その場合には、上ケース１の左右方向の側壁１ａ、１ｂ、下ケース３の左右方向の側壁３ａ、３ｂに大きな抵抗が作用することになり、それによって、それら側壁１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂが撓んでしまって、充分な摩擦熱が発生せず、所望の溶着・固定ができなくなってしまうことが予想される。この現象は、樹脂で形成された上ケース１及び下ケース３の板厚が薄型化される程顕著になる。これに対して、矢印Ａで示すように、４５°の方向に横振動を付与した場合には、上記側壁１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂに対する負荷が軽減され、それによって、側壁１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂの撓みを防止することができ、充分な摩擦熱を均一に発生させることができるのである。
【００１７】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、従来の縦振動による超音波溶着方法と違って、横振動による超音波溶着方法を採用しているので、コイル端に伝達される振動は大幅に軽減されることになり、それによって、コイル端の断線を防止することができ、電磁音響変換器としての機能の喪失を防止することができる。
又、上ケース１、下ケース３における溶着面７が四角形であることに基づいて、横振動を付与する方向を４５°の方向に設定しているので、側壁１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂの撓みを防止して、各四辺において均一に摩擦熱を発生させることができ、確実に溶着・固定することができる。従って、コイル線の細線化、樹脂ケースの小型化、薄型化が可能となり、結果的に、電磁音響変換器の小型化、薄型化に寄与することができる。
【００１８】
次に、図５乃至図９を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。この実施の形態の場合にも、基本的には前記第１の実施の形態と同じであり、ケース３１とベース部３３における溶着面３５が長方形をなしているので、図６に示すように、溶着面３５に平行であって４５°の方向に横振動を付与するようにしている。
因に、上ケース１と下ケース３内の構造は、図７に示すようになっている。ベース部３３上であってケース３１の内側には、ベース３７と鉄心３９が一体化されたポールピースが実装されている。上記鉄心３９の外周にはコイル４１が巻回されていて、このコイル４１の外周には支持リング４３が配置されている。この支持リング４３の内側にはマグネット４５が配置されていて、このマグネット４５とコイル４１との間には環状空間４７が形成されている。又、支持リング４３の段付部４９には付加質量としての磁片５１を備えた振動板５３が設置されている。
尚、この図７に示すタイプの電磁音響変換器は、従来例の説明で使用した図１４に示すものと同じタイプのものである。
【００１９】
次に、横振動による超音波溶着方法によって溶着・固定されるケース３１とベース部３３の溶着面３５近傍の構成をみてみると、図８に示すようになっている。すなわち、ケース３１側には段付部３１ａが形成されていて、一方、ベース部３３側にも段付部３３ａが形成されている。そして、横振動による超音波溶着方法によって溶着・固定する前の段階では、図８に示すように、上記両段付部３１ａ、３３ａが突き合わされた状態になっている。その状態で、前記第１の実施の形態で説明したと同様の横振動による超音波溶着方法を実施することにより、上記段付部３１ａ、３３ａの一部が摩擦熱によって溶融し、それによって、ケース３１とベース部３３が溶着・固定されることになる。
よって、この実施の形態においても、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００２０】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。この場合には、上ケース６１と下ケース６３における溶着面６５が円形をなしており、そこで、図１１に示すように、溶着面６５に平行であって円周方向（回転方向）に横振動を付与するようにしている。
これは、次のような理由に基づくものである。図１０及び図１１に示すような溶着面６５が円形の部材同士を横振動による超音波溶着方法により溶着する場合、前記第１及び第２の実施の形態の場合のように、溶着面に対し平行な方向に付与される横振動が、所定方向への往復動作によるものであると、上ケース６１の側壁に大きな抵抗が作用することになり、それによって、側壁が撓み、充分な摩擦熱が発生せず、所望の溶着・固定ができなくなってしまうことが予想される。これに対して、図１１に示すように、円周方向（回転方向）に横振動を付与した場合には、上ケース６１の側壁に対する負荷が軽減されることによって、側壁の撓みが防止される。したがって、充分な摩擦熱を均一に発生させることができ、全周均一な溶着状態が得られるのである。
尚、図１０中符号６７は放音孔である。又、横振動を付与するメカニズムは、前記第１及び第２の実施の形態の場合と同様であるが、回転方向に横振動を付与する関係上、図４に示した治具１３において、横方向の往復動を回転運動に変換する構成を付加することになる。
【００２１】
尚、本発明は前記第１乃至第３の実施の形態に限定されるものではない。
前記各実施の形態においては、樹脂ケースとして電磁音響変換器のケースを例にとって説明しているが、それに限定されることはなく、様々な樹脂ケースに適用可能である。
又、超音波振動を発生・付与させるための構造は公知のあらゆるものの適用が可能である。
又、樹脂ケースの形状等はあくまで一例である。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による樹脂ケースの超音波溶着方法によると、まず、従来の縦振動による超音波溶着方法と違って、横振動による超音波溶着方法を採用しているので、樹脂ケースを構成する部材及びそれに関連した部品に伝達される振動は大幅に軽減されることになり、それによって、部品の損傷を防止することができる。
又、コイルを有する電磁音響変換器における樹脂ケースの超音波溶着方法において、横振動を付与した場合には、コイル端に伝達される振動は大幅に軽減されるため、コイルの断線を防止することができる。
又、溶着面が多角形の場合において、横振動を各辺に対して傾斜した方向に付与した場合には、各辺において均一に摩擦熱を発生させることができ、確実に溶着・固定することができ、特に、溶着面が四角形の場合には、任意の一辺に対して傾斜を４５°にした場合に効果的である。
又、溶着面が円形の場合に円周方向に横振動を付与することにより、均一に摩擦熱を発生させることができ、確実に溶着・固定することができる。
以上のような効果が得られることによって、樹脂ケースの小型化、薄型化、コイル線の細線化が可能となり、結果的に電磁音響変換器の小型化、薄型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、電電磁響変換器の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、上ケースと下ケースの溶着面に対して４５°の方向に横振動を付与することを示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、超音波溶着方法の原理を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、超音波溶着方法のメカニズムを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、電磁音響変換器の外観を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、上ケースと下ケースの溶着面に対して４５°の方向に横振動を付与することを示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す図で、電磁音響変換器の内部構造の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図で、溶着前のケースとベース部の溶着面及び近傍の状態を示す一部断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示す図で、溶着後のケースとベース部の溶着面及び近傍の構成を示す一部断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す図で、電磁音響変換器の外観を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態を示す図で、上ケースと下ケースの溶着面に対して回転方向に横振動を付与することを示す平面図である。
【図１２】従来例を示す図で、電磁音響変換器の裏面側の構成を示す底面図である。
【図１３】従来例を示す図で、図１２のXIII-XIII 断面図である。
【図１４】従来例を示す図で、電磁音響変換器の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 上ケース（部材）
１ａ，１ｂ 上ケースの相互に対向する辺
３ 下ケース（部材）
３ａ，３ｂ 下ケースの相互に対向する辺
７ 溶着面
１１ 超音波発振機
１３ エネルギーダイレクタ
１９ ホーン
１９ａ ホーンの押付面
２１ 突起
３１ ケース（部材）
３１ａ 段付部
３３ ベース部（部材）
３３ａ 段付部
３５ 溶着面
６１ 上ケース（部材）
６３ 下ケース（部材）
６５ 溶着面

Claims (4)

1. 樹脂ケース内にコイルとベース部と端子部を有し、
   前記コイルは前記ベース部に対して位置が固定され、
   前記コイルのコイル端は前記端子部に固定され、
   前記ベース部は前記樹脂ケースに固定された電磁音響変換器にあって、
   前記樹脂ケースを溶着・固定する電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、
   前記樹脂ケースの溶着面に対し平行な方向、且つ、前記コイルの巻回方向と平行な方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とする電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法。
2. 請求項１記載の電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、
   樹脂ケースの溶着面が多角形であり、各辺に対して傾斜した方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とする電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法。
3. 請求項１記載の電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、
   樹脂ケースの溶着面が四角形であり、任意の一辺に対して４５゜傾斜した方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とする電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法。
4. 請求項１記載の電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法において、
   樹脂ケースの溶着面が円形であり、その円周方向に超音波振動を付与するようにしたことを特徴とする電磁音響変換器用樹脂ケースの超音波溶着方法。

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