JP2012115842A - 超音波シーム溶接装置および超音波シーム溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、接合不良の発生を防止することができる超音波シーム溶接装置および超音波シーム溶接方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る超音波シーム溶接装置は、リード線３を載置・固定することができる載置面５ｂを有し、載置面５ｂの一部に穿設された貫通溝５ｃを有する、リード線治具５と、円盤状の当接部７ａを有し、当接部７ａに対して超音波振動を印加する超音波溶接部７とを、備えている。超音波溶接部７は、リード線３が載置・固定されている状態のリード線治具５において、リード線３の非載置側の面５Ｎから、貫通溝５ｃを介してリード線３に対して当接部７ａの外周端を接触させる。さらに、超音波溶接部７は、当接部７ａに超音波振動を印加させながら、貫通溝５ｃの延設方向に沿って、当接部７ａを移動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波シーム溶接装置および超音波シーム溶接方法に関する発明であり、基板上に線状のリード線を超音波振動接合する際に利用される。

従来より、超音波シーム溶接という技術が存在する（たとえば、特許文献１参照）。超音波シーム溶接では、円盤形状の当接部の外周側面を、基板上に配置されたリード線に押圧する。そして、当該押圧を行いながら、当接部に超音波振動を印加させると共に、上記当接部を外周側面に沿って転がす。これにより、基板上にリード線を連続的に接合することができる。

特開２００１−２５８８３号公報

従来の超音波シーム溶接では、基板上にリード線を直接配置し、当該配置状態のリード線に対して、超音波シーム溶接を直接施していた。しかしながら、このような超音波シーム溶接を行った場合には、当接部の転がしによりリード線によれ・しわが生じ、接合不良が生じることがあった。

そこで、本発明は、接合不良の発生を防止することができる超音波シーム溶接装置および超音波シーム溶接方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る超音波シーム溶接装置は、リード線を載置し、固定することができる載置面を有し、前記載置面の一部に穿設された貫通溝を有する、リード線治具と、円盤状の当接部を有し、前記当接部に対して超音波振動を印加する超音波溶接部とを、備えており、前記超音波溶接部は、前記リード線が載置、固定されている状態の前記リード線治具において、前記リード線の非載置側の面から、前記貫通溝を介して前記リード線に対して前記当接部の外周端を接触させ、前記当接部に超音波振動を印加させながら、前記貫通溝の延設方向に沿って、前記当接部を移動させる。

また、本発明に係る超音波シーム溶接方法は、リード線を載置し、固定することができる載置面を有し、前記載置面の一部に穿設された貫通溝を有するリード線治具と、円盤状の当接部を有し、前記当接部に対して超音波振動を印加する超音波溶接部とを、備える超音波シーム溶接装置における、超音波シーム溶接方法であって、（Ａ）所定の長さのリード線を、前記リード線治具の前記載置面に、載置、固定する工程と、（Ｂ）前記工程（Ａ）の後に、前記載置面を上下反転させることにより、前記リード線を、基板上の所定位置に接触させる工程と、（Ｃ）前記工程（Ｂ）の後に、前記リード線の非載置側の面から、前記貫通溝を介して前記リード線に対して前記当接部の外周端を接触させ、前記当接部に超音波振動を印加させながら、前記貫通溝の延設方向に沿って、前記当接部を移動させる工程とを、備えている。

本発明では、超音波溶接部は、リード線が載置、固定されている状態のリード線治具において、リード線の非載置側の面から、貫通溝を介してリード線に対して当接部の外周端を接触させ、当接部に超音波振動を印加させながら、貫通溝の延設方向に沿って、当接部を移動させている。

したがって、当接部の転がりにより、リード線によれ・しわが生じることを防止できる。よって、本発明では、超音波シーム溶接を実施したとしても、接合不良の発生を防止することができる。

リード線３を引出す構成および引出されたリード線３をリード線治具５上方に配置させる構成を示す図である。 治具駆動部６により、リード線治具５を回動運動させる構成を示す図である。 超音波溶接部７により、リード線治具５に固定されているリード線３を超音波シーム溶接することができる構成を示す図である。 リード線治具５の構成を示す平面図である。 リード線治具５の構成を示す断面図である。 超音波溶接部７が有する当接部７ａの構成を示す図である。 本発明に係る超音波シーム溶接方法の工程を説明するための図である。 本発明に係る超音波シーム溶接方法の工程を説明するための図である。 本発明に係る超音波シーム溶接方法の工程を説明するための図である。 本発明に係る超音波シーム溶接方法の工程を説明するための図である。 本発明に係る超音波シーム溶接方法の工程を説明するための図である。 本発明に係る超音波シーム溶接方法の工程を説明するための図である。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態＞
本実施の形態に係る超音波シーム溶接装置の構成を図１，２，３に示す。ここで、超音波シーム溶接装置の構成は、当該装置が利用される３つの場面に即して、図１，２，３に図示されている。各場面で特に利用されていない構成は、図面簡略化のために各図において図示を省略している。

なお、図面の方向性を特定するために、各図面にはＸ−Ｙ−Ｚの座標軸も併記している。

図１は、リード線治具５にリード線３を設置する場面の超音波シーム溶接装置の構成を示す側面図である。図２は、リード線治具５の上下反転運動を行う場面の超音波シーム溶接装置の構成を示す側面図である。また、図３は、超音波シーム溶接の場面の超音波シーム溶接装置の構成を示す正面図である。

たとえば、図１では、図面簡略化のために、治具駆動部６および超音波溶接部７などの構成の図示を省略している。図２では、図面簡略化のために、リード線ストック部２、リード線引出部４および超音波溶接部７などの構成の図示を省略している。また、図３では、図面簡略化のために、リード線ストック部２、リード線引出部４および治具駆動部６などの構成の図示を省略している。なお、図１〜３に共通して、リード線切断部の図示を省略している。

図１〜３に示すように、超音波シーム溶接装置は、リード線ストック部２、リード線引出部４、リード線治具５、リード線切断部、治具駆動部６および超音波溶接部７を、含んでいる。

まず、図１に示されている構成について説明する。

リード線ストック部２には、基板１上にシーム溶接されることとなる線状のリード線３が、何重にも巻回されて収納されている。リード線引出部４は、リード線３を把持することができる。リード線引出部４は、リード線３を把持した状態で、図１のＸ方向に移動できる。当該移動により、所望の長さのリード線３が、リード線ストック部２から引出される。

リード線治具５は、基板１上にリード線３をシーム溶接する際に使用され、リード線３が載置・固定される。図４は、リード線治具５の構成を示す平面図（図１の上方向から見た図）である。また、図５は、図４のＡ−Ａ断面の構成を示す断面図である。

図４，５に示すように、リード線治具５は、Ｘ方向に延びる線状の平面形状を有し、Ｚ方向に所定の厚さを有する。線状のリード線治具５の線幅（Ｙ方向の寸法）は、線状のリード線３の線幅より大きく、リード線治具５の厚さ（Ｚ方向の寸法）は、リード線３の厚さよりも厚い。

図４，５に示すように、リード線治具５の一方の主面５Ｍには、凹部５ａが形成されている。当該凹部５ａは、図４に示すように、リード線治具５においてＸ方向に沿って、形成されている。当該凹部５ａの溝の幅（Ｙ方向の寸法）は、リード線３の線幅と同じ程度である。当該凹部５ａの深さ（Ｚ方向の寸法）は、リード線３の厚さ程度である。当該凹部５ａの底面が、リード線３が載置される載置面５ｂとなる。

図４，５に示すように、リード線治具５の他方の主面５Ｎから、載置面（凹部５ａの底面）５ｂにかけて、貫通溝５ｃが形成されている。したがって、載置面５ｂにリード線３が載置されたとき、当該貫通溝５ｃを介して他方の主面５Ｎ側から、リード線３を望むことができる。当該貫通溝５ｃは、図４に示すように、リード線治具５においてＸ方向に沿って、形成されている。貫通溝５ｃは、Ｙ方向において、載置面５ｂの略中央部に穿設されている。

また、図４に示すように、リード線治具５の載置面５ｂにおいて、Ｘ方向に沿って、所定のピッチで、複数の穴５ｄが穿設されている。図４に示すように、貫通溝５ｃを挟んで、両側の載置面５ｂに、穴５ｄが形成されている。当該穴５ｄは、図示していない真空ポンプと接続されている。したがって、載置面５ｂにリード線３が載置されている状態で、当該真空ポンプによる真空引きを実施すると、穴５ｄを介して、リード線３が載置面５ｂに真空吸着される。換言すると、載置面５ｂに載置されているリード線３が、当該載置面５ｂに固定される。

図２に示す治具駆動部６は、回転駆動を発生することができるモータ等である。当該治具駆動部６の駆動力により、リード線治具５は、Ｘ方向を軸として、Ｚ−Ｙ平面上において回動する。治具駆動部６による当該回動により、リード線治具５の載置面５ｂを上下反転させることができる（後述する図９参照）。なお、リード線治具５は、連結部材を介して、治具駆動部６と一体構成となっている。

図３に示す超音波溶接部７は、図６に示すように、円盤状の当接部７ａを有している。さらに、図３に示すように、超音波溶接部７は、支持部７ｂおよび振動器７ｃも備えている。

円盤状当接部７ａの円中心に、支持部７ｂの一方端が接続されている。また、支持部７ｂの他方端は、振動器７ｃに接続されている。振動器７ｃは、超音波振動を発生する。支持部７ｂは、振動器７ｃの超音波振動を当接部７ａに伝達する。当接部７ａは、支持部７ｂから伝達された超音波振動に従って、図３のＹ方向に振動する。さらに、当接部７ａは、支持部７ｂを軸として、当該当接部７ａの円周方向に沿って転がることができる。超音波溶接部７では、さらに、当接部７ａに対して、図３の下方向に所定の押圧を印加することもできる。

したがって、超音波溶接部７は、当接部７ａの外周側面を、基板１上に配置されたリード線３に押圧し、当該押圧を行いながら、当接部７ａに超音波振動を印加させると共に、上記当接部７ａを外周側面に沿って転がす。これにより、超音波溶接部７は、基板１上にリード線３を連続的に接合することができる。なお、本発明では、リード線治具５に載置・固定されている状態でリード線３は、超音波シーム溶接処理が実施される。

なお、図示を省略しているリード線切断部は、リード線引出部４により引出されたリード線３を、所定の長さで切断することができる。具体的に、リード線切断部は、リード線引出部４側でなく、リード線ストック部２側のリード線３を切断する。したがって、リード線切断部は、リード線ストック部２のリード線引出口付近に配設されていても良い。

次に、本実施の形態に係る超音波シーム溶接装置を利用した、超音波シーム溶接方法を図面を用いて具体的に説明する。

リード線３の端部をリード線引出部４が把持し、図１に示すように、Ｘ方向に沿って当該リード線引出部４を移動させる。これにより、リード線ストック部２から、所定の長さのリード線３が引出される。図１に示すように、引出されたリード線３は、リード線治具５の上方に配置される。図７は、引出されたリード線３がリード線治具５の上方に配置されている状態を示す断面図である。

次に、図７に図示するように、リード線３を、リード線治具５に形成された載置面５ｂに載置させるため、図面下方向に移動させる。リード線３が載置面５ｂに載置されている状態を、図８に示す。ここで、リード線治具５の他方の主面５Ｎから、貫通溝５ｃを介してリード線３の下面が露出される。また、図８に示すように、リード線３の下面が載置面５ｂに載置されている状態において、リード線３の上面とリード線治具５の一方の主面５Ｍとは、面一となる。

そして、リード線３がリード線治具５に載置されている状態で、上述した真空ポンプによる真空引きを開始する。これにより、穴５ｄを介してリード線３が真空吸着され、載置面５ｂにリード線３が固定される。

次に、リード線引出部４によるリード線３の把持を解消すると共に、リード線ストック部２のリード線引出口付近において、リード線切断部はリード線３を切断する。

次に、図２に示した治具駆動部６による駆動力により、図９に示すように、リード線治具５は時計回りに半回転程、回動させられる。当該回動の機構を、図１０を用いて具体的に説明する。ここで、図１０は、図２を−Ｘ方向から（図２の右側から左側に向かって）眺めた図である。

モータである治具駆動部６と歯車６ｂとは、ローラチェーン６ａにより接続されている。つまり、治具駆動部６の回転動力が、ローラチェーン６ａを介して歯車６ｂに伝達され、回転動力により歯車６ｂは、Ｘ方向を軸として回転する。歯車６ｂの回転軸ＡＸには、連結部６ｃの一方が固定されおり、連結部６ｃの他方にはリード線治具５が接続されている。歯車６ｂの回転に伴い、当該歯車に固定されているリード線治具５も、回転軸ＡＸを軸として、当該回転軸ＡＸの回りを回動する（図９参照）。ここで、回転軸ＡＸは、図面のＸ方向と平行である。

リード線治具５の上記回動動作により、図９に示すように、リード線治具５の載置面５ｂの上下方向が反転する。具体的には、回動前において、一方の主面５Ｍおよび載置面５ｂは、図面上方向であり、他方の主面５Ｎは、図面の下方向である。ところが、回動後には、一方の主面５Ｍおよび載置面５ｂは、図面下方向であり、他方の主面５Ｎは、図面の上方向である。

さらに、図９に示すように、治具駆動部６によるリード線治具５の回動動作により、リード線治具５の一方の主面は、基板１上に接触する。さらに、図９に示すように、リード線治具５の固定されているリード線３も、基板１上に接触する。ここで、基板１のシーム溶接個所の基板１上に、リード線３は接触する。

次に、図３に示すように、超音波溶接部７は、リード線３が載置、固定されている状態のリード線治具５において、リード線の他方の主面（非載置側の面）５Ｎから、貫通溝５ｃを介して当該リード線３に対して、当接部７ａの外周端を接触させる。ここで、図１１は、図３に示す状態を、上方向から眺めた平面図であり、図１２は、図３に示す状態を、振動器７ｃ側から眺めた側面図である。

図１２に示すように、超音波溶接部７は、当接部７ａに対して、基板１方向に向けて（図１２の下方向に向けて）、所定の圧力で押圧力を印加する。さらに、超音波溶接部７は、振動器７ｃで生成された超音波振動を支持部７ｂを介して、当接部７ａに伝達する。これにより、図１１に示すように、当接部７ａはＹ方向に超音波振動する。そして、当接部７ａに上記押圧力および上記超音波振動が印加されている状態において、図１１，１２に示すように、超音波溶接部７は、貫通溝５ｃの延設方向に沿って（つまり、シーム溶接方向に）、当接部７ａを移動させる。

以上の工程により、リード線治具５に固定されている状態で、リード線３は基板１上に超音波シーム溶接される。

その後、図示しない真空ポンプの真空引きを解消することにより、穴５ｄを介したリード線３の真空吸着を解除する。これにより、リード線治具５からリード線３を取り外すことができる。そして、治具駆動部６の駆動力により、図１０を用いて説明した回動運動と逆の方向（反時計回り）に、リード線治具５を回動させる。これにより、リード線３が載置されていない載置面５ｂが上方向に露出した状態で、リード線治具５が元の状態に戻る。

以上のように、本発明では、リード線３をリード線治具５に載置・固定させた、当該状態において、超音波溶接部７は、当該リード線治具５に穿設された貫通溝５ｃを介して、リード線３に対して超音波シーム溶接を実施する。

したがって、当接部７ａの転がりにより、リード線３によれ・しわが生じることを防止できる。よって、本発明では、超音波シーム溶接を施したとしても、リード線３の接合不良の発生を防止することができる。

また、本発明では、治具駆動部６は、リード線治具５の載置面５ｂを上下反転可能に、リード線治具５を動かすことができる。したがって、リード線３の載置が容易な方向に向いているリード線治具５を、リード線治具５に固定されているリード線３が基板１上に接触するような向きへと、自動的に移動させることができる。

また、本発明では、上記構成である、リードストック部２およびリード線引出部４を備えている。したがって、リードストック部２からリード線３を自動的に引出すことができ、当該引出したリード線３を、リード線治具５上方に配置させることも可能である。

なお、本発明では、リード線切断部も備えているので、自動的に、所定の長さにリード線３を切断することもできる。

また、本発明に係るリード線治具５では、載置面５ｂには穴５ｄが設けられており、リード線治具５は、当該穴を５ｄ介した真空吸着により、リード線３を載置面５ｂに固定している。したがって、簡単な構成により、強固にかつ安定して、リード線治具５にリード線を固定させることができる。

１ 基板
２ リード線ストック部
３ リード線
４ リード線引出部
５ リード線治具
５ａ 凹部
５ｂ 載置面
５ｃ 貫通溝
５ｄ 穴
５Ｍ 一方の主面
５Ｎ 他方の主面
６ 治具駆動部
６ａ ローラチェーン
６ｂ 歯車
６ｃ 連結部
７ 超音波接合部
７ａ 当接部
７ｂ 支持部、
７ｃ 振動器
ＡＸ 回転軸

Claims (7)

1. リード線を載置し、固定することができる載置面を有し、前記載置面の一部に穿設された貫通溝を有する、リード線治具と、
   円盤状の当接部を有し、前記当接部に対して超音波振動を印加する超音波溶接部とを、備えており、
   前記超音波溶接部は、
   前記リード線が載置、固定されている状態の前記リード線治具において、前記リード線の非載置側の面から、前記貫通溝を介して前記リード線に対して前記当接部の外周端を接触させ、前記当接部に超音波振動を印加させながら、前記貫通溝の延設方向に沿って、前記当接部を移動させる、
   ことを特徴とする超音波シーム溶接装置。
2. 前記リード線治具の前記載置面を上下反転可能に、前記リード線治具を動かすことができる治具駆動部を、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波シーム溶接装置。
3. 前記リード線が収納されている、リード線ストック部と、
   前記リード線ストック部から、前記リード線を引出すリード線引出部とを、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波シーム溶接装置。
4. 前記リード線引出部により引出された前記リード線を、所定の長さで切断することができる、リード線切断部を、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波シーム溶接装置。
5. 前記載置面は、
   前記リード線治具の主面に設けられた凹部の底面であり、
   前記貫通溝は、
   前記凹部の前記底面を貫通している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波シーム溶接装置。
6. 前記載置面には、
   穴が設けられており、
   前記リード線治具は、
   前記穴を介した真空吸着により、前記リード線を前記載置面に固定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波シーム溶接装置。
7. リード線を載置し、固定することができる載置面を有し、前記載置面の一部に穿設された貫通溝を有するリード線治具と、円盤状の当接部を有し、前記当接部に対して超音波振動を印加する超音波溶接部とを、備える超音波シーム溶接装置における、超音波シーム溶接方法であって、
   （Ａ）所定の長さのリード線を、前記リード線治具の前記載置面に、載置、固定する工程と、
   （Ｂ）前記工程（Ａ）の後に、前記載置面を上下反転させることにより、前記リード線を、基板上の所定位置に接触させる工程と、
   （Ｃ）前記工程（Ｂ）の後に、前記リード線の非載置側の面から、前記貫通溝を介して前記リード線に対して前記当接部の外周端を接触させ、前記当接部に超音波振動を印加させながら、前記貫通溝の延設方向に沿って、前記当接部を移動させる工程とを、備えている、
   ことを特徴とする超音波シーム溶接方法。

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