JP2016031906A - フラットケーブルと接合対象物との接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラットケーブルと接合対象物とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法において、フラットケーブルの導体破断を防止できて良好な超音波接合を行うことができるフラットケーブルと接合対象物との接合方法を提供する。
【解決手段】超音波接合装置１を用いてフラットケーブル２と端子３とを接合する際、ホーンに設けられたチップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子３を挟んでフラットケーブル２及び端子３を押圧しつつ、チップ４の振動によりフラットケーブル２を超音波振動させ、導体２１と端子３との間の被覆部２２が除去されて導体２１と端子３とが接触する時点で、フラットケーブル２及び端子３に加えられる圧力を下げて導体２１と端子３とを接合する。
【選択図】図４

Description

本発明は、フラットケーブルと接合対象物とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法に関するものである。

特許文献１には、フラットケーブルの導体と端子等の接合対象物とを接合するために用いられる超音波接合装置が開示されている。図１０は、当該超音波接合装置５０１のホーンに設けられたチップ５１４の斜視図である。図１０に示すように、チップ５１４には、アンビルに相対する平らな先端面５１７と、この先端面５１７から凹に形成された複数の溝５１８と、が設けられている。複数の溝５１８は、チップ５１４の振動方向Ｗと直交する方向に直線状に延びている。

上記超音波接合装置５０１を用いてフラットケーブルと接合対象物とを接合する方法を説明する。まず、アンビルの上に接合対象物をセットし、その上にフラットケーブルを重ねる。そして、チップ５１４をアンビルに近付けてこれらチップ５１４とアンビルとでフラットケーブルと接合対象物とを互いに近付く方向に加圧しながら、チップ５１４を方向Ｗに超音波振動させてフラットケーブルを振動させる。このことにより、フラットケーブルの被覆部が溶けて該被覆部が溝５１８内に進入し、フラットケーブルの導体と接合対象物とが接触して固相接合される。

特開２００９−４３５３８号公報

上記超音波接合装置５０１を用いたフラットケーブルと接合対象物との接合方法においては、圧力と振動をかけてフラットケーブルの被覆部を除去しているが、フラットケーブルの導体が薄い場合には、導体破断を引き起こしてしまうおそれがあるという問題があった。

したがって、本発明は、フラットケーブルと接合対象物とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法において、フラットケーブルの導体破断を防止できて良好な超音波接合を行うことができるフラットケーブルと接合対象物との接合方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、導体が被覆部で被覆されたフラットケーブルと接合対象物とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法において、ホーンに設けられたチップとアンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記接合対象物を挟んで前記フラットケーブル及び前記接合対象物を押圧しつつ、前記チップの振動により前記フラットケーブル又は前記接合対象物を超音波振動させ、前記導体と前記接合対象物との間の前記被覆部が除去されて前記導体と前記接合対象物とが接触する時点で、前記フラットケーブル及び前記接合対象物に加えられる圧力を下げて前記導体と前記接合対象物とを接合することを特徴とするフラットケーブルと接合対象物との接合方法である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記チップと前記アンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記接合対象物を挟む際、前記フラットケーブルを前記接合対象物の上側に位置させることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２に記載された発明において、前記チップを前記接合対象物に接触させることにより当該接合対象物を超音波振動させることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載された発明において、前記導体と前記接合対象物との間の前記被覆部が除去されて前記導体と前記接合対象物とが接触したことを検知することを特徴とするものである。

請求項１，４に記載された発明によれば、前記導体と前記接合対象物との間の前記被覆部が除去されて前記導体と前記接合対象物とが接触する時点で、前記フラットケーブル及び前記接合対象物に加えられる圧力を下げて前記導体と前記接合対象物とを接合するので、導体と接合対象物との間に残留する被覆部の量を少なくすることができ、かつ、導体の破断を防止できて良好な超音波接合を行うことができる。これにより、超音波接合を行う前処理として被覆部を除去しておく必要がなく、作業性がよい。

請求項２に記載された発明によれば、前記チップと前記アンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記接合対象物を挟む際、前記フラットケーブルを前記接合対象物の上側に位置させるので、溶けた被覆部を超音波接合装置に付着し難くすることができる。

請求項３に記載された発明によれば、前記チップを前記接合対象物に接触させることにより当該接合対象物を超音波振動させるので、前記接合対象物が超音波振動することにより発する熱によって前記導体と前記接合対象物との間の前記被覆部を短時間で効率よく溶かして除去することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる接合方法により接合されるフラットケーブル及び端子の斜視図である。 図１に示されたフラットケーブル及び端子を超音波接合装置により接合する様子を示す斜視図である。 図２に示されたチップの斜視図である。 図２に示されたチップがフラットケーブルに接触し、超音波接合が開始した状態を示す正面図である。 図４に示されたフラットケーブルの導体と端子とが接触した状態を示す正面図である。 図５に示されたフラットケーブルの導体と端子とが接合され、超音波接合が終了した状態を示す正面図である。 図４〜７に示された超音波接合装置がフラットケーブル及び端子に加える圧力の時間ごとの変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態にかかる接合方法に用いられる超音波接合装置の正面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる接合方法に用いられる超音波接合装置の正面図である。 従来の超音波接合装置に設けられたチップの斜視図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる「フラットケーブルと接合対象物との接合方法」を図１〜７を参照して説明する。本実施形態の「フラットケーブルと接合対象物との接合方法」は、図１に示すフラットケーブル２と端子（請求項の「接合対象物」に相当する。）３とを、図２，３に示す超音波接合装置１を用いて接合する接合方法である。

フラットケーブル２は、平型の導体２１が絶縁性の合成樹脂からなる被覆部２２で被覆された平型の被覆電線であり、可撓性を有している。このフラットケーブル２は、フレキシブルフラットケーブルとも呼ばれる。

端子３は、金属板にプレス加工等が施されて得られるものであり、フラットケーブル２と電気接続される接続部３０を有している。この接続部３０は、フラットケーブル２と重ねられる平板部３１と、該平板部３１の幅方向両端部から立設するとともに互いの間にフラットケーブル２を位置付ける一対の壁部３２と、を有している。

超音波接合装置１は、ホーンと、該ホーンに設けられたチップ４と、該チップ４と矢印Ｙ方向に相対するアンビル５と、ホーンを介してチップ４を矢印Ｙ方向に移動させ、かつ、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる駆動機構と、を備えている。

図３に示すように、チップ４の先端には複数の凸部４１が設けられている。隣り合う凸部４１間には断面Ｖ字状の溝が形成されている。チップ４は、アンビル５の直上に配置されている。

次に、フラットケーブル２と端子３とを超音波接合装置１を用いて接合する接合方法を説明する。

まず、図２に示すようにチップ４をアンビル５から離した状態で、フラットケーブル２及び端子３をアンビル５にセットする。この際、平板部３１の上にフラットケーブル２を重ねるとともに一対の壁部３２間にフラットケーブル２を位置付ける。このことによって、フラットケーブル２と端子３の位置ずれを少なくすることができ、導体２１と端子３との接合するべき箇所を正確に接合することができる。また、接合時に溶ける被覆部２２を超音波接合装置１に付着し難くすることができる。

続いて、チップ４をアンビル５に近付けて凸部４１をフラットケーブル２に接触させるとともにチップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子３を挟む。そして、図４に示すように、チップ４をアンビル５にさらに近付けることによりフラットケーブル２及び端子３を互いに近付く方向に押圧しつつ、チップ４を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる。

チップ４が超音波振動すると、該チップ４の振動が凸部４１を介してフラットケーブル２に伝わり、フラットケーブル２が超音波振動する。フラットケーブル２が超音波振動すると、チップ４との接触部分に摩擦熱が生じ、この熱によって被覆部２２が溶け始める。また、フラットケーブル２は、凸部４１により端子３側に押圧されていることから、導体２１と平板部３１との間の被覆部２２は、溶けると導体２１と平板部３１との間から外側に押し出される。また、チップ４の隣り合う凸部４１間には断面Ｖ字状の溝が形成されているので、溶けた被覆部２２は前記溝内に進入した後チップ４の外側に掻き出される。このようにして導体２１と平板部３１との間の被覆部２２が除去されると、図５に示すように、導体２１と平板部３１とが接触する。

さらに、本実施形態においては、導体２１と平板部３１との間の被覆部２２が除去されて導体２１と平板部３１とが接触したことを検知し、導体２１と平板部３１とが接触したことを検知した時点で、フラットケーブル２及び端子３に加えられる圧力（チップ４による押圧力）を下げる。その後、圧力を下げた状態でチップ４を所定時間、超音波振動させることにより、図６に示すように、導体２１と平板部３１とが固相接合される。本発明者が鋭意研究したところ、被覆部２２を除去するのに必要な圧力と金属結合に必要な圧力に差があるため、被覆部除去時の圧力よりも小さい圧力であっても、導体２１と平板部３１とは固相接合されることが判明したのである。

図７は、図４〜７に示された超音波接合装置１がフラットケーブル２及び端子３に加える圧力の時間ごとの変化を示すグラフである。図中のｔ１は、図４に示すように、チップ４がフラットケーブル２に接触し、超音波接合が開始したタイミングである。ｔ２は、図５に示すように、導体２１と平板部３１とが接触したタイミングである。ｔ３は、図６に示すように、導体２１と平板部３１とが接合され、超音波接合が終了したタイミングである。すなわち、ｔ１からｔ２までの間は被覆部２２の除去が行われる時間であり、当該時間は、超音波接合装置１がフラットケーブル２及び端子３に加える圧力が高く設定されている。また、ｔ２からｔ３までの間は、導体２１と平板部３１とが金属結合される時間であり、当該時間は、超音波接合装置１がフラットケーブル２及び端子３に加える圧力が、ｔ１からｔ２までの値よりも低く設定されている。

また、本実施形態では、ホーンから発生する超音波エネルギーが導体２１及び端子３に伝導したことによって導体２１と平板部３１とが接触したことを検知している。これ以外の接触検知方法として、例えば、超音波接合開始にあわせて導体２１と端子３とに電圧を印加し、変化する電気抵抗値に基づき導体２１と平板部３１とが接触したことを検知するようにしてもよい。さらに、予め、超音波接合開始から導体２１と平板部３１とが接触するまでの時間を求めておき、その時間を設定することで超音波接合装置１を制御するようにしてもよい。

上述した接合方法によれば、導体２１と平板部３１との間の被覆部２２が除去されて導体２１と平板部３１とが接触する時点で、フラットケーブル２及び端子３に加えられる圧力を下げて導体２１と平板部３１とを接合するので、導体２１と平板部３１との間に残留する被覆部２２の量を少なくすることができ、かつ、導体２１の破断を防止できて良好な超音波接合を行うことができる。これにより、超音波接合を行う前処理として被覆部２１を除去しておく必要がなく、作業性がよい。

また、上述した接合方法によれば、チップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子３を挟む際、フラットケーブル２を端子３の上側に位置させるので、接合時に溶けた被覆部２２を超音波接合装置１に付着し難くすることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態にかかる「フラットケーブルと接合対象物との接合方法」を図８を参照して説明する。本実施形態の「フラットケーブルと接合対象物との接合方法」は、図８に示すフラットケーブル２と端子（請求項の「接合対象物」に相当する。）１０３とを、同図に示す超音波接合装置１０１を用いて接合する接合方法である。また、図８において、前述した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態において、フラットケーブル２は第１の実施形態と同じものであるが、端子１０３は、平板状の接続部１３０を有している。すなわち、接続部１３０は、第１の実施形態で説明した一対の壁部３２を有していない平板部３１のみの構成と等しい。

超音波接合装置１０１は、チップ４とアンビル５の位置関係が第１の実施形態と上下逆になっている。すなわち、チップ４は、アンビル５の直下に配置されている。

次に、フラットケーブル２と端子１０３とを超音波接合装置１０１を用いて接合する接合方法を説明する。

まず、チップ４をアンビル５から離した状態で、フラットケーブル２及び端子１０３をアンビル５の直下にセットする。この際、接続部１３０の上にフラットケーブル２を重ねる。このことによって、接合時に溶ける被覆部２２を超音波接合装置１０１に付着し難くすることができる。

続いて、チップ４をアンビル５に近付けて凸部４１を接続部１３０に接触させるとともにチップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子１０３を挟む。そして、チップ４をアンビル５にさらに近付けることによりフラットケーブル２及び端子１０３を互いに近付く方向に押圧しつつ、チップ４を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる。

チップ４が超音波振動すると、該チップ４の振動が凸部４１を介して接続部１３０に伝わり、端子１０３が超音波振動する。端子１０３が超音波振動すると、チップ４と接続部１３０との摩擦によって接続部１３０に熱が生じて接続部１３０全域に伝導し、この熱によって被覆部２２が溶け始める。また、フラットケーブル２は端子１０３側に押圧されていることから、導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２は、溶けると導体２１と接続部１３０との間から外側に押し出される。このようにして導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２が除去されると、導体２１と接続部１３０とが接触する。

そして、導体２１と接続部１３０とが接触した時点で、フラットケーブル２及び端子１０３に加えられる圧力（チップ４による押圧力）を下げる。その後、圧力を下げた状態でチップ４を所定時間、超音波振動させることにより、導体２１と接続部１３０とが固相接合される。

このように、本実施形態の接合方法によれば、チップ４を端子１０３に接触させて当該端子１０３を超音波振動させることにより端子１０３が熱を発し、この熱によって導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２を短時間で効率よく溶かして除去することができる。よって、導体２１と接続部１３０との間に残留する被覆部２２の量を少なくすることができ、導体２１と端子１０３との接合強度を高めることができる。

なお、第１の実施形態の接合方法においては、チップ４をフラットケーブル２に接触させて当該フラットケーブル２を超音波振動させることにより、フラットケーブル２の被覆部２２におけるチップ４との接触面に摩擦熱が生じ、この熱が導体２１と平板部３１との間の部分の被覆部２２に伝導して当該部分の被覆部２２が溶ける仕組みであったが、本実施形態の接合方法においては、チップ４を端子１０３に接触させて当該端子１０３を超音波振動させることにより、端子１０３の接続部１３０におけるチップ４との接触面に摩擦熱が生じ、この熱が導体２１と接続部１３０との間の部分の被覆部２２に伝導して当該部分の被覆部２２が溶ける仕組みである。この端子１０３は金属であり、フラットケーブル２の被覆部２２よりも熱伝導率が高い。よって、本実施形態の接合方法では、第１の実施形態の接合方法と比較して、導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２をより短時間で効率よく溶かして除去することができる。

また、上述した接合方法によれば、チップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子１０３を挟む際、フラットケーブル２を端子１０３の上側に位置させるので、接合時に溶けた被覆部２２を超音波接合装置１０１に付着し難くすることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態にかかる「フラットケーブルと接合対象物との接合方法」を図９を参照して説明する。本実施形態の「フラットケーブルと接合対象物との接合方法」は、図９に示すフラットケーブル２と端子（請求項の「接合対象物」に相当する。）１０３とを、同図に示す超音波接合装置１を用いて接合する接合方法である。また、図９において、前述した第１，第２の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態において、フラットケーブル２は第１，第２の実施形態と同じものであり、端子１０３は、第２の実施形態と同じものである。超音波接合装置１は、第１の実施形態と同じものである。

次に、フラットケーブル２と端子１０３とを超音波接合装置１を用いて接合する接合方法を説明する。

まず、チップ４をアンビル５から離した状態で、フラットケーブル２及び端子１０３をアンビル５にセットする。この際、フラットケーブル２の上に接続部１３０を重ねる。 続いて、チップ４をアンビル５に近付けて凸部４１を接続部１３０に接触させるとともにチップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子１０３を挟む。そして、チップ４をアンビル５にさらに近付けることによりフラットケーブル２及び端子１０３を互いに近付く方向に押圧しつつ、チップ４を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる。

チップ４が超音波振動すると、該チップ４の振動が凸部４１を介して接続部１３０に伝わり、端子１０３が超音波振動する。端子１０３が超音波振動すると、チップ４と接続部１３０との摩擦によって接続部１３０に熱が生じて接続部１３０全域に伝導し、この熱によって被覆部２２が溶け始める。また、フラットケーブル２は端子１０３側に押圧されていることから、導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２は、溶けると導体２１と接続部１３０との間から外側に押し出される。このようにして導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２が除去されると、導体２１と接続部１３０とが接触する。

そして、導体２１と接続部１３０とが接触した時点で、フラットケーブル２及び端子１０３に加えられる圧力（チップ４による押圧力）を下げる。その後、圧力を下げた状態でチップ４を所定時間、超音波振動させることにより、導体２１と接続部１３０とが固相接合される。

このように、本実施形態の接合方法によれば、第２の実施形態と同様に、チップ４を端子１０３に接触させて当該端子１０３を超音波振動させることにより端子１０３が熱を発し、この熱によって導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２を短時間で効率よく溶かして除去することができる。よって、導体２１と接続部１３０との間に残留する被覆部２２の量を少なくすることができ、導体２１と端子１０３との接合強度を高めることができる。

また、本実施形態の接合方法においても、第２の実施形態と同様に、チップ４を、フラットケーブル２の被覆部２２よりも熱伝導率が高い端子１０３の接続部１３０に接触させて当該端子１０３を超音波振動させるので、第１の実施形態の接合方法と比較して、導体２１と接続部１３０との間の被覆部２２をより短時間で効率よく溶かして除去することができる。

また、上述した第１〜第３の実施形態では、接合対象物として、端子３，１０３を例に挙げて説明したが、前記接合対象物は、端子３，１０３以外の金属構造物でもよい。

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。

１，１０１ 超音波接合装置
２ フラットケーブル
３，１０３ 端子（接合対象物）
４ チップ
５ アンビル
２１ 導体
２２ 被覆部

Claims (4)

1. 導体が被覆部で被覆されたフラットケーブルと接合対象物とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法において、
   ホーンに設けられたチップとアンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記接合対象物を挟んで前記フラットケーブル及び前記接合対象物を押圧しつつ、前記チップの振動により前記フラットケーブル又は前記接合対象物を超音波振動させ、
   前記導体と前記接合対象物との間の前記被覆部が除去されて前記導体と前記接合対象物とが接触する時点で、前記フラットケーブル及び前記接合対象物に加えられる圧力を下げて前記導体と前記接合対象物とを接合する
   ことを特徴とするフラットケーブルと接合対象物との接合方法。
2. 前記チップと前記アンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記接合対象物を挟む際、前記フラットケーブルを前記接合対象物の上側に位置させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のフラットケーブルと接合対象物との接合方法。
3. 前記チップを前記接合対象物に接触させることにより当該接合対象物を超音波振動させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフラットケーブルと接合対象物との接合方法。
4. 前記導体と前記接合対象物との間の前記被覆部が除去されて前記導体と前記接合対象物とが接触したことを検知する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のフラットケーブルと接合対象物との接合方法。

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