JP2005129244A - 超音波接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電線を接合対象物と繰り返し接合しても、該電線を十分な強度で接合対象物に確実に接合できる超音波接合装置を提供する。
【解決手段】超音波接合装置１は電線と接合対象物としての第２の電線とを挟むチップ１４とアンビルとを備えている。チップ１４のアンビルに相対する端面１７には複数の溝１８が形成されている。溝１８は直線状に形成され互いに平行に配されている。互いに隣り合う溝１８間は断面山形に形成され尖っている。溝１８の内面１９は曲面状に形成されている。溝１８の幅ｄは電線の芯線の素線の外径の１００％以上でかつ１５０％以下である。溝１８の深さｈは電線の芯線の素線の外径の１／２の５％以上でかつ８０％以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、被覆電線と、例えば他の被覆電線などの接合対象物とを接合する超音波接合装置に関する。

移動体としての自動車には、種々の電子機器が搭載される。前記自動車は、前記電子機器にバッテリなどの電源から電力や制御装置から制御信号などを伝えるためにワイヤハーネスを配索している。前述したワイヤハーネスは、複数の電線と、電線同士を電気的に接続したジョイント部などを備えている。

前記電線は、それぞれ、導電性の芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えている。前記ジョイント部は、前記電線の所定箇所の被覆部が除去されて、露出した芯線をジョイント端子などで加締めて構成される。このため、ワイヤハーネスは、電線同士を電気的に接続するためにジョイント端子を用いている。このため、ワイヤハーネスは、部品点数が増加するとともに大型化する傾向であった。

本発明の出願人は、前述した問題点を解決するために、電線同士を近づける方向に加圧した状態で、一方の電線に超音波振動エネルギを付与することで、前記電線の芯線同士を接合（金属結合）することを提案している（特許文献１参照）。

また、前述したワイヤハーネスの電線には、それぞれの芯線に外部からのノイズが侵入することがある。このノイズの侵入を防止するために、シールド電線を用いることがある。シールド電線は、導電性を有する編組からなるシールド部を備えている。このシールド部が、前記芯線内にノイズが侵入することを防止する。

ここで、近年、前述したワイヤハーネスの低コスト化を図ることが望まれている。このために、前記シールド部を備えない電線を複数本束ね、これらの複数本の電線に薄膜の導体層を有する導体薄膜シートを巻き付けて、ワイヤハーネスを構成することが提案されている。このような構成にすることによって、低コスト化とノイズの侵入防止とを図ることができる。

また、このような構成においても、前記ノイズを取り出すために、前記導体層にアース電線または端子などを取り付ける必要がある。アース電線は、導電性の芯線と、絶縁性の被覆部とを備えている。芯線は、複数の素線からなる。被覆部は絶縁性の合成樹脂からなり、前記芯線を被覆している。

前記導体層にアース電線などを取り付けるために、導体薄膜シートに孔を開けて、該孔に前述したアース電線などの端部を通した後、ワッシャ、ボルト、ナットなどを用いて導体薄膜シートとアース電線とを固定することが考えられる。

この場合、前記アース電線の被覆部の一部を除去するなどの皮むき作業が必要となり、組み立てにかかる工数が増加することが考えられる。また、ワッシャ、ボルト、ナットなどの部品が必要になるので、部品点数が増加する。したがって、コストが高騰することが考えられる。さらに、前述したボルトとナットなどを締め付ける際に、導体層が破損して、確実に前述したアース電線を導体層に接続できないことが考えられる。このため、電線の芯線に侵入しようとするノイズを、外部に逃がすことが困難となる。

前述した課題を解決するために、本発明の出願人は、導体薄膜シートとアース電線とを重ねて、これらを近づける方向に加圧した状態で、超音波振動エネルギを付与することを提案している（特許文献２参照）。超音波振動エネルギを付与することにより、前記導体薄膜シートの導体層とアース電線の芯線とを金属結合（接合）する。こうして、導体薄膜シートの導体層とアース電線とを電気的に接続する。

特許文献１及び特許文献２では、前述した電線同士の接合及び電線と導体薄膜シートとの接合の際には、周知の超音波接合装置を用いる。

前記超音波接合装置は、駆動源としての圧電振動子により振動（超音波振動）されるチップ（工具ホーンともいう）と、このチップに相対するアンビルと、を備えている。超音波接合装置は、前記チップとアンビルとの間に接合対象物としての電線などを挟み、チップとアンビルとを互いに近づける方向に加圧して、前記圧電振動子により前記チップを振動させて、接合対象物を接合する。

前述した超音波接合装置で接合対象物としての電線を接合する際には、チップを振動させると、電線の被覆部が溶けて、該電線の芯線を構成する複数の素線がばらばらになって、これらの素線それぞれに前述した超音波振動が十分に伝わらないことがあった。このため、従来から周知の超音波接合装置では、電線の芯線を他の接合対象物と確実に接合することが困難である傾向であった。

この種の問題を解決するために、本発明の出願人は、チップとアンビルの互いに相対する端面の少なくとも一方に格子状の溝を形成することを提案している（図１５ないし図１８にチップ１００に溝１０１を設けた例を示し、特許文献３参照）。この特許文献３に示された超音波接合装置は、超音波接合中にチップ１００とアンビルとの間で電線の各素線が位置ずれすることを防止して、電線の各素線を接合対象物と確実に接合できるようにしている。
特開２００２−５０４４３号公報 特開２００２−５０２３６号公報 特願２００２−２８０７３０号

図１５ないし図１８に例示された超音波接合装置のチップ１００では、前述した溝１０１が断面Ｖ字状に形成されているとともに、互いに隣り合う溝１０１間が逆Ｖ字状の突起１０２に形成されている。このため、前述した電線などの超音波接合を繰り返し行うと、前述したチップ１００とアンビルとが前述した端面から徐々に摩耗して、前述した溝１０１間の尖った突起１０２が特に摩耗する。

このため、前述した特許文献３に示された超音波接合装置では、前述した電線などを繰り返し超音波接合すると、前述した溝１０１間の突起１０２が徐々に摩耗して、超音波接合中に電線の各素線を徐々に十分に加圧出来なくなり、該素線それぞれに前述した超音波振動を徐々に十分に伝えることができなくなる傾向であった。したがって、前述した特許文献３に示された超音波接合装置では、電線を繰り返し超音波接合すると、電線の各素線を接合対象物と徐々に接合できなくなる傾向であった。

したがって、本発明の目的は、電線を接合対象物と繰り返し接合しても、該電線を十分な強度で接合対象物に確実に接合できる超音波接合装置を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の超音波接合装置は、駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源によりチップを振動させて該振動を前記電線に伝えることで、前記電線と接合対象物とを互いに接合する超音波接合装置において、前記電線は、複数の素線からなる芯線と該芯線を被覆する被覆部とを備えており、前記チップの前記アンビルに相対する端面と、前記アンビルの前記チップに相対する端面とのうち少なくとも一方に、互いに平行な直線状の溝を複数形成し、かつそれぞれの溝の内面を曲面状に形成するとともに、互いに隣り合う溝間を断面山形に形成し、各溝内に前記素線を位置付けて、前記チップとアンビルとの間に前記電線と接合対象物とを挟んでこれらを接合することを特徴としている。

請求項２に記載の本発明の超音波接合装置は、請求項１に記載の超音波接合装置において、前記溝を、前記電線の素線と同数設けたことを特徴としている。

請求項３に記載の本発明の超音波接合装置は、請求項１または請求項２に記載の超音波接合装置において、前記溝の幅は、前記素線の外径の１００％以上でかつ１５０％以下であり、前記溝の前記端面からの深さは、前記素線の外径の１／２の５％以上でかつ８０％以下であることを特徴としている。

請求項１に記載した本発明の超音波接合装置によれば、内面が曲面状の溝が形成されているとともに超音波接合中に溝内に素線を位置付けるので、超音波接合中に各素線が位置ずれすることを防止できる。

また、溝の内面が曲面に形成され互いに隣り合う溝間が断面山形に形成されているとともに、超音波接合中に溝内に素線を位置付ける。このため、超音波接合中に素線と溝の内面とが接触して、これらの接触した箇所からチップが摩耗する。

請求項２に記載した本発明の超音波接合装置によれば、溝が素線と同数設けられている。このため、超音波接合中に確実に素線が溝内に位置付けられる。

請求項３に記載した本発明の超音波接合装置によれば、溝の幅が素線の外径の１００％以上でかつ１５０％以下であるため、超音波接合中に溝内に確実に素線を位置付けることができる。また、溝の深さが素線の外径の１／２の５％以上でかつ８０％以下であるため、溝内に位置付けた素線を接合対象物に確実に加圧することができる。

本発明では、溝の幅が素線の外径の１０５％以上でかつ１２０％以下であるのが望ましい。この場合、超音波接合中に溝内に確実に素線を位置付けることができる。

本発明では、溝の幅が素線の外径の１０７％以上でかつ１１５％以下であるのが望ましい。この場合、超音波接合中に溝内に確実に素線を位置付けることができる。

本発明では、溝の深さが素線の外径の１／２の７％以上でかつ７０％以下であるのが望ましい。この場合、溝内に位置付けた素線を接合対象物に確実に加圧することができる。

本発明では、溝の深さが素線の外径の１／２の３０％以上でかつ５５％以下であるのが望ましい。この場合、溝内に位置付けた素線を接合対象物に確実に加圧することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の本発明は、超音波接合中に素線に接触する溝の曲面状の内面からチップが摩耗するため、溝全体が深くなるように、チップが摩耗する。このため、チップが摩耗しても、溝が曲面状に保たれるとともに、互いに隣り合う溝間が断面山形に保たれる。したがって、チップが摩耗しても則ち超音波接合を繰り返し行っても、チップの形状を保つことができ、超音波接合中に電線の各素線を確実に加圧出来る。そして、更に、素線それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができ、電線の各素線を接合対象物と確実に十分な強度で接合することができる。

請求項２に記載の本発明は、超音波接合中に確実に素線が溝内に位置付けられるので、超音波接合中に電線の各素線を確実に加圧出来るとともに、素線それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線の各素線を接合対象物と確実に十分な強度で接合することができる。

請求項３に記載の本発明は、超音波接合中に溝内に確実に素線を位置付けることができ、溝内に位置付けた素線を接合対象物に確実に加圧することができるので、素線それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線の各素線を接合対象物と確実に十分な強度で接合することができる。

溝の幅が素線の外径の１０５％以上でかつ１２０％以下である場合には、超音波接合中に溝内に確実に素線を位置付けることができるので、素線それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線の各素線を接合対象物と確実に十分な強度で接合することができる。

溝の幅が素線の外径の１０７％以上でかつ１１５％以下である場合には、超音波接合中に溝内により確実に素線を位置付けることができるので、素線それぞれに前述した超音波振動をより確実に十分に伝えることができる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線の各素線を接合対象物とより確実に十分な強度で接合することができる。

溝の深さが素線の外径の１／２の７％以上でかつ７０％以下である場合には、溝内に位置付けた素線を接合対象物に確実に加圧することができるので、素線それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線の各素線を接合対象物と確実に十分な強度で接合することができる。

溝の深さが素線の外径の１／２の３０％以上でかつ５５％以下である場合には、溝内に位置付けた素線を接合対象物に確実に加圧することができるので、素線それぞれに前述した超音波振動をより確実に十分に伝えることができる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線の各素線を接合対象物とより確実に十分な強度で接合することができる。

以下、本発明の一実施形態にかかる超音波接合装置１を、図１ないし図１０に基づいて説明する。図１などに示す超音波接合装置１は、図５及び図６に示すように、電線２と第２の電線３とを互いに電気的に接続するために用いられる。なお、第２の電線３は、本明細書に記した接合対象物をなしている。

電線２は、断面形状が丸形に形成されている。電線２は、図５及び図６に示すように、導電性の芯線４と、絶縁性の被覆部５とを備えている。芯線４は、複数の素線６からなる。素線６は、断面丸形に形成され、かつ銅、銅合金などの導電性の金属からなる。複数の素線６が撚り合わされて、芯線４が構成されている。図示例では、芯線４は、７本の素線６からなる。被覆部５は、絶縁性の合成樹脂からなり、前記芯線４を被覆している。

第２の電線３は、前記電線２と構成が同一である。このため、第２の電線３の電線２と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。電線２と第２の電線３とは、互いに直交した状態で重ねられている。電線２と第２の電線３には、前記芯線４の素線６同士が接合（金属結合）した接合箇所Ｓが形成されている。接合箇所Ｓの近傍では、被覆部５同士が溶着している。

図１に示す超音波接合装置１は、電線２と第２の電線３を重ねて、これらを互いに近づける方向に加圧して、これらの電線２と第２の電線３に超音波振動エネルギを付与することにより、芯線４の素線６同士を接合する。また、本明細書でいう超音波振動エネルギとは、超音波接合装置１が接合対象物を接合させる際に、該接合対象物に与えるエネルギを示している。超音波振動エネルギとは、例えば、後述の電源１０が発振器１１に印加する際の電力値（Ｗ：ワット数）に、前記電源１０が発振器１１に印加する時間を、かけて得られるエネルギである。

超音波接合装置１は、図１に示すように、電源１０と、発振器１１と、駆動源としての圧電振動子１２と、ホーン１３と、チップ１４（工具ホーンともいう）と、このチップ１４に相対するアンビル１５を備えている。電源１０は、前記発振器１１に印加する。

発振器１１は、電源１０によって印加させると駆動源としての圧電振動子１２を振動させる。圧電振動子１２には、ホーン１３が取り付けられている。ホーン１３の先端部には、チップ１４が取り付けられている。このため、圧電振動子１２は、ホーン１３などを介してチップ１４を振動させる。このとき、チップ１４は、チップ１４とアンビル１５とが互いに接離（相対）する方向に対し直交する矢印Ｗに沿って振動する。なお、接離とは、互いに近づいたり離れたりする方向である。チップ１４とアンビル１５は、互いの間に電線２と接合対象物としての第２の電線３を挟むことができる。なお、チップ１４とアンビル１５の詳細な構成は、後ほど説明する。

超音波接合装置１は、チップ１４とアンビル１５との間に互いに接合する接合対象物を挟み、これらのチップ１４とアンビル１５とを互いに近づける方向に加圧した状態で、発振器１１で圧電振動子１２を振動させてこの振動をホーン１３経由でチップ１４に伝える。そして、超音波接合装置１は、チップ１４を矢印Ｗに沿って振動して、チップ１４とアンビル１５との間に挟んだ接合対象物に超音波振動エネルギ（振動又は超音波振動ともいう）を与えて該対象物を接合する。

チップ１４は、四角柱状に形成されており、図２ないし図４に示すように、アンビル１５と相対する平坦な端面１７を備えている。チップ１４は、更に、前記端面１７に直線状の溝１８を複数形成している。溝１８は、それぞれ端面１７から凹に形成されている。複数の溝１８は、互いに平行である。溝１８の長手方向は、電線２の長手方向と平行である。

溝１８の内面１９は、図３などに示すように、断面曲面状に形成されている。本実施形態では、溝１８の内面１９は、断面形状が楕円形状に形成されている。互いに隣り合う溝１８間は、アンビル１５に向かって凸の断面山形に形成されており、前記溝１８の長手方向に直交（交差）する断面において、その先端が尖っている。また、溝１８は、前述した電線２の素線６の数以上設けられている。本実施形態では、溝１８は、電線２の素線６と同数設けられている。

また、溝１８の長手方向に直交する方向の幅ｄ（図２及び図３などに示す）は、前記素線６の外径ｒ（図７に示す）の１００％以上１５０％以下に形成されている。則ち、溝１８は、素線６より太く形成されている。さらに、溝１８の端面１７から内面１９の底１９ａまでの深さｈは、前記素線６の外径ｒの１／２の５％以上８０％以下に形成されている。則ち、溝１８の深さｈは、素線６の外径ｒの１／２より浅い。なお、底１９ａとは、溝１８の長手方向に直交する断面において、前記内面１９の端面１７から最も離れた箇所をなしている。また、内面１９には、電線２と第２の電線３の素線６同士の接合中に、電線２の素線６が接触する。則ち、電線２と第２の電線３の素線６同士の接合中に、電線２の素線６は、溝１８内に収容される（内に位置付けられる）。

アンビル１５は、図７及び図８に示すように、チップ１４に相対する端面２４が平坦に形成されている。アンビル１５の端面２４は、チップ１４の端面１７と平行である。

前述した構成の超音波接合装置１を用いて、電線２と第２の電線３の芯線４の素線６同士を接合する際は、まず、アンビル１５の端面２４上に第２の電線３を重ね、さらに、第２の電線３に電線２を重ねる。このとき、電線２と第２の電線３とを互いに直交した状態にする。そして、図７に示すように、チップ１４とアンビル１５との間に電線２と第２の電線３とを挟む。

電線２，３が互いに近づく方向（密着する方向）に、チップ１４とアンビル１５とを加圧する。この状態で、発振器１１で圧電振動子１２を振動する。この振動は、ホーン１３を経由してチップ１４に伝わる。チップ１４が、アンビル１５に対して矢印Ｗに沿って振動して、チップ１４の振動が電線２に伝わる。すると、チップ１４とアンビル１５との間に位置する電線２，３の被覆部５が溶ける。

チップ１４とアンビル１５とが互いに近づく方向に加圧されているため、溶けた電線２，３の被覆部５が、電線２の芯線４と第２の電線３の芯線４との間から除去される。そして、電線２の複数の素線６が端面１７，２４に沿って並ぶとともに、第２の電線３の複数の素線６が端面１７，２４に沿って並ぶ。さらに、電線２の素線６が、図８に示すように、底１９ａに接触して、溝１８内に収容される。

そして、図８に示すように、電線２の各素線６が、第２の電線３の各素線６に接触する。接触すると、電線２の各素線６と第２の電線３の各素線６とが溶融しない状態で固相のまま互いに金属結合する。その後、圧電振動子１２の振動を止める。すると、電線２，３の被覆部５が溶けているので、圧電振動子１２の振動を止めてから温度が下がるにしたがって徐々に固まり、電線２，３の被覆部５が互いに溶着する。こうして、接合箇所Ｓで、芯線４の素線６同士が接合し、被覆部５同士が溶着する。

こうして、電線２，３の芯線４を構成する複数の素線６同士は、いわゆる超音波接合（超音波溶接または超音波溶着ともいう）によって互いに接合される。こうして、電線２，３同士を接合（電気的及び機械的に接続）する。

次に、本発明の発明者らは、溝１８の幅ｄと深さｈとが互いに異なるチップ１４を複数製造した。これらのチップ１４を用いて、電線２と第２の電線３とを接合して、接合した電線２，３の接合強度を測定した。接合箇所Ｓで素線６を同士を分離するために必要な力を測定することで、前述した接合強度を測定した。結果を図９及び図１０に示す。

図９は、溝１８の幅ｄに変化に対する接合強度の変化を示している。溝１８の深さｈが異なっても、接合強度は、図９中の実線で示すように変化した。なお、図９中の縦軸の接合強度は、溝１８の幅ｄと、素線６の外径ｒとが等しい時の電線２と第２の電線３との接合強度を１００％として示している。また、図９中の横軸は、溝１８の幅ｄと素線６の外径ｒとの比をパーセントで示している。即ち、図９中の横軸は、溝１８の幅ｄを素線６の外径ｒで除して、１００を掛けて得た値を示している。

図９によれば、溝１８の幅ｄを素線６の外径ｒの１００％以上でかつ１５０％以下とすると、電線２，３同士の接合強度は、溝１８の幅ｄと素線６の外径ｒとが等しい時の接合強度以上になることが明らかとなった。また、溝１８の幅ｄを素線６の外径ｒの１００％未満または１５０％を越えるようにすると、電線２，３同士の接合強度は、溝１８の幅ｄと素線６の外径ｒとを等しい時の接合強度より低くなることが明らかとなった。さらに、溝１８の幅ｄを素線６の外径ｒの１００％より徐々に小さくする又は１５０％より徐々に大きくすると、電線２，３同士の接合強度は、溝１８の幅ｄと素線６の外径ｒとを等しい時の接合強度より徐々に低くなることが明らかとなった。

図１０は、溝１８の深さｈに変化に対する接合強度の変化を示している。溝１８の幅ｄが異なっても、接合強度は、図１０中の実線で示すように変化した。なお、図１０中の縦軸の接合強度は、溝１８の深さｈと、素線６の外径ｒの１／２とが等しい時の電線２と第２の電線３との接合強度を１００％として示している。また、図１０中の横軸は、溝１８の深さｈと素線６の外径ｒの１／２との比をパーセントで示している。即ち、図１０中の横軸は、溝１８の深さｈを素線６の外径ｒの１／２で除して、１００を掛けて得た値を示している。

図１０によれば、溝１８の深さｈを素線６の外径ｒの１／２の５％以上でかつ８０％以下とすると、電線２，３同士の接合強度は、溝１８の深さｈと素線６の外径ｒの１／２とが等しい時の接合強度の１２５％以上になることが明らかとなった。また、溝１８の深さｈを素線６の外径ｒの１／２の５％より徐々に小さくする又は８０％より徐々に大きくすると、電線２，３同士の接合強度は、溝１８の深さｈを素線６の外径ｒの１／２の５％以上でかつ８０％以下にした時の接合強度より徐々に低くなることが明らかとなった。

次に、本発明の発明者らは、比較例として図１５などに示した従来のチップ１００と、本発明品として前述した溝１８を形成したチップ１４とを製造し、これらのチップ１４，１００などを用いて、電線２と第２の電線３との接合を繰り返し複数実施した。結果を以下の表１に示す。

上記表１は、１回目に接合した電線２，３の接合強度を１００％として、接合強度を示している。図１５などに示した比較例では、電線２と第２の電線３との接合を行うのにしたがって、互いに隣り合う溝１０１間の突起１０２が徐々に摩耗することが明らかとなった。さらに、表１によると、比較例は、突起１０２の摩耗にしたがって、電線２，３同士の接合強度が徐々に低下することが明らかとなった。さらに、比較例は、電線２，３同士の接合を２５００回行うと、摩耗して前述した突起１０２が消滅してしまうことが明らかとなった。

上記した比較例に対し、本発明品は、溝１８の底１９ａなどに素線６が接触することで、電線２と第２の電線３との接合を行って摩耗する際に、図３中の点線から一点線、二点鎖線に順に示すように、溝１８の底１９ａを含む内面１９全体が摩耗する。このため、本発明品は、電線２，３同士の接合を繰り返し行ってチップ１４が摩耗しても、溝１８の形状が電線２，３同士を接合する前の形状に保たれることとなる。さらに、表１によると、本発明品は、電線２，３同士の接合を繰り返し行っても、電線２，３同士の接合強度が殆ど低下しないことが明らかとなった。

本実施形態によれば、内面１９が曲面状に溝１８が形成されているとともに超音波接合中に溝１８内に素線６を位置付けるので、超音波接合中に各素線６が位置ずれすることを防止できる。

また、溝１８の内面１９が曲面状に形成され互いに隣り合う溝１８間が断面山形に形成されているとともに、超音波接合中に溝１８内に素線６を位置付ける。このため、超音波接合中に素線６と溝１８の内面１９とが接触して、これらの接触した箇所からチップ１４が摩耗する。このため、溝１８全体が深くなるように、チップ１４が摩耗する。このため、チップ１４が摩耗しても、溝１８が曲面状に保たれるとともに、互いに隣り合う溝１８間が断面山形に保たれる。

したがって、チップ１４が摩耗しても則ち超音波接合を繰り返し行っても、チップ１４の形状を保つことができ、超音波接合中に電線２の各素線６を確実に加圧出来る。そして、更に、素線６それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができ、電線２の各素線６同士を確実に十分な強度で接合することができる。

また、前述した実施形態では、溝１８が電線２の素線６と同数設けられている。このため、超音波接合中に確実に素線６が溝１８内に位置付けられる。このため、超音波接合中に電線２の各素線６を確実に加圧出来るとともに、素線６それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線２，３の素線６同士を確実に十分な強度で接合することができる。

溝１８の幅ｄが素線６の外径ｒの１００％以上でかつ１５０％以下であるため、超音波接合中に溝１８内に確実に素線６を位置付けることができる。また、溝１８の深さｈが素線６の外径ｒの１／２の５％以上でかつ８０％以下であるため、溝１８内に位置付けた素線６を第２の電線３の素線６に確実に加圧することができる。これにより、素線６それぞれに前述した超音波振動を確実に十分に伝えることができる。したがって、図９に示す実験結果によると、溝１８の幅ｄが素線６の外径ｒと等しい場合より強い接合強度で電線２，３の素線６同士を接合できる。さらに、図１０に示す実験結果によると、溝１８の深さｈが素線６の外径ｒの１／２と等しい場合の１２５％以上の接合強度で電線２，３の素線６同士を接合できる。

本実施形態では、溝１８の幅ｄを素線６の外径ｒの１０５％以上でかつ１２０％以下としても良い。この場合、図９に示す実験結果によると、溝１８の幅ｄが素線６の外径ｒと等しい場合の１２５％以上の接合強度で電線２，３の素線６同士を接合できる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線２，３同士の素線６を確実に十分な強度で接合することができる。

また、本実施形態では、溝１８の幅ｄを素線６の外径ｒの１０７％以上でかつ１１５％以下としても良い。この場合、図９に示す実験結果によると、溝１８の幅ｄが素線６の外径ｒと等しい場合の１３０％以上の接合強度で電線２，３の素線６同士を接合できる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線２，３同士の素線６を確実に十分な強度で接合することができる。

本実施形態では、溝１８の深さｈを素線６の外径ｒの１／２の７％以上でかつ７０％以下としても良い。この場合、図１０に示す実験結果によると、溝１８の深さｈが素線６の外径ｒの１／２と等しい場合の１３０％以上の接合強度で電線２，３の素線６同士を接合できる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線２，３同士の素線６を確実に十分な強度で接合することができる。

本実施形態では、溝１８の深さｈを素線６の外径ｒの１／２の３０％以上でかつ５５％以下としても良い。この場合、図１０に示す実験結果によると、溝１８の深さｈが素線６の外径ｒの１／２と等しい場合の１４０％以上の接合強度で電線２，３の素線６同士を接合できる。したがって、超音波接合を繰り返し行っても、電線２，３同士の素線６を確実に十分な強度で接合することができる。

前述した実施形態では、溝１８の内面１９の断面形状を、楕円形状に形成している。しかしながら、本発明では、図１１及び図１２に示すように、溝１８の内面１９の断面形状を、円弧状に形成しても良い。図１１及び図１２に示す例では、溝１８の長手方向に直交する断面形状を円弧状にしている。なお、図１１及び図１２に示す例において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

さらに、前述した実施形態では、電線２，３同士を接合している。しかしながら、本発明では、図１３に示すように、電線２を、接合対象物としての導体薄膜シート４０に接合しても良い。なお、図１３において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

導体薄膜シート４０は、アルミニウムやアルミニウム合金などの導電性の金属からなりシート状に形成されている。前記電線２の芯線４の各素線６と導体薄膜シート４０とが接合（金属結合）した接合箇所Ｓが設けられている。この場合、導体薄膜シート４０をアンビル１５の平坦な端面２４に重ね、更に電線２を重ねて、チップ１４とアンビル１５とで導体薄膜シート４０と電線２とを挟んで超音波接合する。

また、前述した実施形態では、チップ１４に複数の溝１８を設けている。しかしながら、本発明では、特に電線２と接合対象物としての第２の電線３とを接合する際に、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、アンビル１５に前述した構成の溝１８を複数設けても良い。この場合、勿論、アンビル１５の端面２４に溝１８を設ける。図１４（ａ）及び（ｂ）に示す例では、チップ１４とアンビル１５との双方に溝１８を設けている。しかしながら、本発明では、チップ１４とアンビル１５との少なくとも一方に溝１８を複数設ければよい。則ち、チップ１４に溝１８を設けずに、アンビル１５のみに溝１８を設けても良い。なお、図１４（ａ）及び（ｂ）に示す例において、溝１８の長手方向は、電線２，３の長手方向と平行であり、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態にかかる超音波接合装置の概略の構成を示す説明図である。 図１に示された超音波接合装置のチップの一部を拡大して示す斜視図である。 図２に示されたチップの正面図である。 図３中の矢印ＩＶ方向からみたチップの端面の平面図である。 図１に示された超音波接合装置で接合された電線と第２の電線を示す斜視図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図１に示された超音波接合装置のチップとアンビルとの間に電線と第２の電線を挟んだ状態を示す説明図である。 図７に示された状態から電線と第２の電線の素線同士を接合した状態を示す説明図である。 図２に示されたチップの溝の幅と接合強度との関係を示す説明図である。 図２に示されたチップの溝の深さと接合強度との関係を示す説明図である。 図２に示されたチップの変形例を拡大して示す斜視図である。 図１１に示されたチップの正面図である。 本発明の超音波接合装置で接合された電線と導体薄膜シートを示す斜視図である。 図１に示された超音波接合装置のチップとアンビルの変形例を示す説明図である。（ａ）は、図１に示された超音波接合装置のチップとアンビルの変形例を示す断面図である。（ｂ）は、図１４（ａ）中のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿う断面図である。 従来の超音波接合装置のチップの一例を示す正面図である。 図１５中の矢印ＸＶＩ方向からみたチップの平面図である。 図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面図である。 図１６中のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 超音波接合装置
２ 電線
３ 第２の電線（接合対象物）
４ 芯線
５ 被覆部
６ 素線
１２ 圧電振動子（駆動源）
１４ チップ
１５ アンビル
１７ 端面
１８ 溝
１９ 内面
２４ 端面
４０ 導体薄膜シート（接合対象物）
ｄ 溝の幅
ｈ 溝の深さ
ｒ 素線の外径

Claims (3)

1. 駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源によりチップを振動させて該振動を前記電線に伝えることで、前記電線と接合対象物とを互いに接合する超音波接合装置において、
   前記電線は、複数の素線からなる芯線と該芯線を被覆する被覆部とを備えており、
   前記チップの前記アンビルに相対する端面と、前記アンビルの前記チップに相対する端面とのうち少なくとも一方に、互いに平行な直線状の溝を複数形成し、かつそれぞれの溝の内面を曲面状に形成するとともに、互いに隣り合う溝間を断面山形に形成し、
   各溝内に前記素線を位置付けて、前記チップとアンビルとの間に前記電線と接合対象物とを挟んでこれらを接合することを特徴とする超音波接合装置。
2. 前記溝を、前記電線の素線と同数設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波接合装置。
3. 前記溝の幅は、前記素線の外径の１００％以上でかつ１５０％以下であり、
   前記溝の前記端面からの深さは、前記素線の外径の１／２の５％以上でかつ８０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波接合装置。

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