JP2018051629A

JP2018051629A - 接合用共振器又は接合用受け治具

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Publication number: JP2018051629A
Application number: JP2017181849A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　茂; Shigeru Sato; 茂佐藤
Original assignee: Altecs Co Ltd
Current assignee: Altecs Co Ltd
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】接合対象体を押し付ける先端部の形状に工夫を凝らし、金属箔を保護部材で保護することなく、超音波振動又は音波振動で金属箔の接合が可能な接合用共振器又は接合用受け治具の提供。【解決手段】共振器１及び受け治具のうちの一方の接合対象体を押し付ける先端部８が蒲鉾形又は半球形のように外面に角張ったシャープエッジの存在しない突起部１１又は２１として構成され、接合時において、突起部１１又は２１が重ね合わされた金属箔を強引に押さえ込むのではなく共振器１からの横方向の振動で重ね合わされた金属箔を横方向に薄く伸ばしながら金属箔の原子を横方向に移動させながら伸びた体積分の金属量を曲面に沿って円滑に外へ排出し重ね合わされた金属箔を破壊することなく、接合対象体として重ね合わされた金属箔を用いても、接合時に金属箔に破壊が発生しなくなるので、金属箔を保護部材で保護する工程が不要になる。【選択図】図１

Description

本発明は、接合用共振器の接合対象体を押し付ける先端部の形状又は接合用受け治具の接合対象体を押し付ける先端部の形状に工夫を凝らし、少なくとも、前記先端部から金属箔を保護部材で保護することなく、超音波振動又は音波振動で金属箔の接合が可能な接合用共振器又は接合用受け治具に関する。

図２１及び２２を用いて、非特許文献１で開示された金属接合について説明する。図２１に示した金属接合は、複数の重ね合わされた金属部材５１からなる接合対象体５２を共振器５３とアンビル５４とで加重しながら共振器５３で横方向の超音波振動を接合対象体５２に与えることで、複数の重ね合わされた金属部材５１同士の境界面において摩擦が発生し、この摩擦熱による加熱から金属原子の運動が盛んになり、拡散による金属原子の移動が発生し、金属原子相互間に発生する引力で金属原子相互間が結び付き、複数の重ね合わされた金属部材５１同士が接合する。共振器５３の金属部材５１を押し付ける先端部５５及びアンビル５４の金属部材５１を押し付ける先端部５６は、図２２に示したように、共振器５３又はアンビル５４の側から突出する方向に徐々に細くなる角錐形又は截頭角錐形の突起部として構成され、図２１に示した接合対象体５２をグリップするようなっている。

近年、リチウムイオン電池等にあっては、金属箔の１枚ずつの厚みが薄くなり、金属箔の接合枚数が多くなる傾向にある。このように金属箔の厚みが薄くかつ接合枚数が多くなると、接合中において、前記角錐形又は截頭角錐形の突起部からなる先端部５５及び５６が金属箔に刺さるに連れて先端部５５及び５６における隣接する面同士の交差するエッジに角が立ち、金属箔に破壊が発生することがあった。

前記角錐形又は截頭角錐形になった突起部からなる先端部５５及び５６による金属箔の破壊を防止することから、特許文献１の段落［００２７］から段落［００３０］及び図５で開示された金属箔を超音波振動で接合する発明を利用することが考えられる。

図２３を用いて、特許文献１の段落［００２７］から段落［００３０］及び図５で開示された発明を利用して、複数の金属箔６１を超音波振動で接合する場合について説明する。図２３に示したように、複数の重ね合わされた金属箔６１を金属板からなる保護部材６２及び６３で上下より挟み、保護部材６２及６３を共振器５３の先端部５５とアンビル５４の先端部５６とで上下より挟み、共振器５３で金属箔６１と保護部材６２及６３とに加重及び超音波振動をかけ、先端部５５及び５６が保護部材６２及６３並びに金属箔６１を破壊することなく金属箔６１と保護部材６２及６３とを互いに超音波振動で接合する。

しかしならが、図２３に示した金属接合は、複数の重ね合わされた金属箔６１を保護部材６２及６３で保護する工程が増加するので、にわかに採用しがたい。

ＷＯ２０１４／２４８０２号公報

超音波金属接合の原理（技術説明）コスモシステム株式会社、［平成２８年９月７日検索、インターネット＜URL:http://www.cosmo-stm.com/usmetal/about-us-metal-welding.html＞］

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、接合用共振器の接合対象体を押
し付ける先端部の形状又は接合用受け治具の接合対象体を押し付ける先端部の形状に工夫
を凝らし、少なくとも、前記先端部から金属箔を保護部材で保護することなく、超音波振
動又は音波振動で金属箔の接合が可能な接合用共振器又は接合用受け治具の提供を目的と
する。

本発明は、超音波振動又は音波振動を利用して接合対象体を接合する場合に用いられる
接合用共振器又は接合用受け治具であって、前記接合用共振器の接合対象体を押し付ける
先端部又は前記接合用受け治具の接合対象体を押し付ける先端部が外面に角張ったシャープエッジの存在しない突起部として構成されたことを特徴とする。

本発明は、接合用共振器の接合対象体を押し付ける先端部又は接合用受け治具の接合対象体を押し付ける先端部が外面に角張ったシャープエッジの存在しない突起部として構成されたことにより、接合対象体として複数の重ね合わされた金属箔を用いても、前記先端部が接合時に金属箔を破壊しないので、前記先端部から金属箔を保護部材で保護することなく、複数の重ね合わされた金属箔を超音波振動又は音波振動で接合することができる効果を奏する。又、本発明において、前記突起部の共振器の側における根元部が外側から共振器の側に窪む凹弧状面部になっていれば、前記突起部の根元部にクラックが入ることがなく、接合の仕上りを前記根元部の凹弧状面部の反映された綺麗な形に見せることができる。

発明を実施するための形態に係る接合用共振器を示した斜視図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の半球形の突起部を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の半球形の突起部と周辺突部とを示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の半球形の突起部の図２と異なる構造を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の半球形の突起部と周辺突部とにおける図３と異なる構造を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の半球形の突起部と周辺突部とにおける図５と異なる構造を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の半球形の突起部の周囲における切断された周辺突部を下から見た底面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の蒲鉾形の突起部を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の蒲鉾形の突起部と周辺突部とを示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の蒲鉾形の突起部の図８と異なる構造を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の蒲鉾形の突起部と周辺突部とにおける図９と異なる構造を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合用共振器の蒲鉾形の突起部と周辺突部とにおける図１１と異なる構造を示し、Ａ図は底面図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ図はＡ図のＣ−Ｃ線断面図。発明を実施するための形態に係る接合装置を示した正面図。発明を実施するための形態に係る箔積層体に対する接合の態様を示した摸式図。発明を実施するための形態に係る箔積層体に対する接合の態様を示した摸式図。発明を実施するための形態に係る箔積層体に対する接合の態様を示した摸式図。発明を実施するための形態に係る箔積層体に対する接合の態様を示した摸式図。発明を実施するための形態に係る箔積層体に対する接合の態様を示した摸式図。発明を実施するための形態に係る箔積層体に対する接合の態様を示した摸式図。発明を実施するための形態に係る箔積層体に対する接合の態様を示した摸式図。非特許文献１で開示された金属接合を示した模式図。従来の共振器及びアンビルの接合対象体を押し付ける先端部としての截頭角錐形の突起部を示した斜視図。特許文献１で開示された発明を利用した金属接合を示した模式図。

図１を用いて、発明を実施するための形態に係る接合用共振器１の構造について説明する。以下、接合用共振器１を共振器１と表現する。図１に示した共振器１は、超音波振動又は音波振動を利用して接合対象体を接合するものであって、共振器１の接合対象体を押し付ける先端部８が図２に示した外面に角張ったシャープエッジの存在しない半球形の突起部１１又は図８に示した外面に角張ったシャープエッジの存在しない蒲鉾形の突起部２１又は図２に示した半球形の突起部１１と図８に示した蒲鉾形の突起部２１との混在した態様として構成されたことより、接合対象体として複数の重ね合わされた金属箔を用いても、先端部８が接合時に金属箔を破壊しないので、複数の重ね合わされた金属箔を保護部材で保護する工程が不要になる。先端部８の個数は、１個又は複数のどちらかでよい。先端部８が複数の場合、それぞれの先端部８が異なる大きさ又は同じ大きさでもよい。

共振器１は、接合目的に応じて、アルミ合金又はチタン合金又は鉄合金等から構成され、共振主体部２と支持部３と接合ツール部４とを備える。接合ツール部４のワーク側の面５は、接合時に接合対象体に対向する面となり、接合ツール部４の縦方向に延びる中心線に直交する横方向の平面を構成する。ワーク側の面５には、先端部８が図２に示した半球形の突起部１１又は図８に示した蒲鉾形の突起部２１又は図２に示した半球形の突起部１１と図８に示した蒲鉾形の突起部２１との混在した態様として設けられる。接合対象体は、図１３に示した接合対象体４１と同義語である。金属箔は、図１４から２０に示した金属箔４２と同義語である。尚、共振器１としては、接合ツール部４から横方向の両側に支持部３を備えた両支持タイプを図示したが、接合ツール部４から横方向の片側に支持部を備えた片支持タイプでもよい。しかしながら、共振器１としては、片支持タイプよりも両支持タイプの方が、接合ツール部４で接合対象体に加重を掛けたときに、接合対象体への加重の偏りがない。

図１に戻り、ワーク側の面５並びに突起部１１又は２１が矢印６で示した横方向に最大の振動振幅で振動する最大振動振幅点を構成するように、接合ツール部４の共振主体部２の外面から突出した寸法は設定される。共振主体部２における横方向の一端から他端までの長さ７は、振動子３８（図１３参照）から伝達された超音波振動又は音波振動の共振周波数の少なくとも半波長の長さを有すればよいが、１波長の長さになったものを例示した。共振主体部２は、丸棒状であってもよいが、角棒状になったものを例示した。共振主体部２の長さ方向の両端部及び中央部には、最大振動振幅点が位置する。

共振主体部２の長さ方向の中央部おける最大振動振幅点の位置には、接合ツール部４が共振主体部２の外面から下側に突出して設けられる。接合ツール部４の共振主体部２の外面からの突出寸法が少ない場合は、接合ツール部４が共振主体部２の外面から上側又は前側又は後側の少なくとも１つの側にも突出して設けられてもよい。

共振主体部２の長さ方向の中央部と両端部との間における最小振動振幅点の位置には、支持部３が共振主体部２の外面から外側に突出して設けられる。最小振動振幅点は、ノーダルポイントとも称される。支持部３が共振主体部２の外面から外側に突出する態様は、特許第４５６４５４８号公報の段落［００１３］及び図２を参照すれば、明確になる。

共振主体部２が丸棒状の場合、支持部３は共振主体部２を円周方向に囲む態様であってもよい。支持部３が共振主体部２を円周方向に囲む態様は、特許第２９１１３９４号公報の図５または図１８を参照すれば、明確になる。

共振主体部２は、構造は複雑になるが、接合ツール部４を有する中央部と支持部３を有する両端部とを無頭ねじ又はねじ棒のような連結具で同軸状に連結した構造でもよい。

共振主体部２の接合ツール部４を有する中央部がホーンと表現され、共振主体部２の支持部３を有する両端部がブースタと表現される。

接合ツール部４は、共振主体部２に一体に設けられた構造でも、共振主体部２と別体になったものを無頭ねじ又はねじ棒のような連結具で共振主体部２に連結した構造でもよい。接合ツール部４が共振主体部２に連結される構造の場合、無頭ねじ又はねじ棒のような連結具を使用することなく、共振主体部２に接合ツール部４をろう付け材のような接合剤で結合させてもよい。接合ツール部４の全体形状としては、丸棒状、角棒状等の形が適用可能である。

図２を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の先端部８として構成された半球形の突起部１１について説明する。図２のＡ図に示したように、突起部１１を底面より見た場合における突起部１１の形状は、円形に限定されるものではなく、楕円形でもよい。図２のＢ図及びＣ図に示したように、突起部１１の外面は、凸弧状面部１２として構成される。凸弧状面部１２は、突起部１１の外面の縦方向に延びる中心線を中心とし、ワーク側の面５に平行な水平面内において突起部を一周する態様で、共振器１の側から突起部１１の外面の中心部の側に行くに従って滑らかな凸状の円弧を描き、ワーク側の面５に到達する。即ち、突起部１１の外面は、凸弧状面部１２により、角張ったシャープエッジが存在しない、共振器１の側から外側に突出した凸状の円弧面を構成する。凸弧状面部１２における凸状の円弧面を描く中心部の上下方向の位置は、ワーク側の面５と同じ位置又は異なる位置のどちらの位置でもよい。図２のＢ図及びＣ図に示したように、突起部１１における共振器１の側の根元部は、突起部１１の凸弧状面部１２になった外面がワーク側の面５に到達した構造になっている。

図３を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の先端部８として構成された半球形の突起部１１の周囲における周辺突部１３について説明する。図３に示した発明を実施するための形態としては、突起部１１の凸弧状面部１２と周辺突部１３の凸弧状面部１４とがワーク側の面５に到達した構造を例示した。

図３のＡ図に示したように、周辺突部１３は、半球形の突起部１１の周囲に突起部１１から間隔をあけて共振器１に設けられる。図３のＢ図及びＣ図に示したように、周辺突部１３の外面は、凸弧状面部１４として構成される。凸弧状面部１４は、周辺突部１３の外面の縦方向に延びる中心線を中心とし、ワーク側の面５に直交な水平面内において周辺突部１３を一周する態様で、共振器１の側から周辺突部１３の外面の中心部の側に行くに従って滑らかな凸状の円弧を描き、ワーク側の面５に到達する。即ち、周辺突部１３の外面は、凸弧状面部１４により、角張ったシャープエッジが存在しない、共振器１の側から外側に突出した凸状の円弧面を構成する。周辺突部１３は、１個の突起部１１を中心とした１個の環状に限定されるものはなく複数の環状でもよい。凸弧状面部１４における凸状の円弧面を描く中心部の上下方向の位置は、ワーク側の面５と同じ位置又は異なる位置のどちらの位置でもよい。周辺突部１３のワーク側の面５から下方に突出した寸法は、突起部１１のワーク側の面５から下方に突出した寸法よりも小さくなっている。

図４を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の先端部８として構成された半球形の突起部１１における共振器１の側の根元部の図２と異なる形状について説明する。図４のＢ図及びＣ図に示したように、突起部１１の根元部は、凹弧状面部１５として構成される。凹弧状面部１５は、突起部１１の側からワーク側の面５に行くに従って滑らかな凹状の円弧を描き、凸弧状面部１２とワーク側の面５とに外接する。即ち、突起部１１の根元部は、凹弧状面部１５により、角張ったシャープエッジの存在しない、外側から共振器１の側に窪んだ凹状の円弧面を構成する。よって、突起部１１の根元部には、接合時の超音波振動又は音波振動に起因するクラックが発生しない。

図５を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の半球形の突起部１１と周辺突部１３とにおける共振器１側の根元部が図３と異なる構造について説明する。図５に示した発明を実施するための形態としては、凸弧状面部１４がワーク側の面５に到達し、凹弧状面部１５が凸弧状面部１２とワーク側の面５とに外接した構造になっている。

図６を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１に設けられた周辺突部１３における共振器１の側の根元部について説明する。図６のＢ図及びＣ図に示したように、周辺突部１３の根元部は、凹弧状面部１６として構成される。凹弧状面部１６は、周辺突部１３の側からワーク側の面５に行くに従って滑らかな凹状の円弧を描き、凸弧状面部１４とワーク側の面５とに外接し、かつ、凸弧状面部１４と凹弧状面部１５又はワーク側の面５とに外接する。即ち、周辺突部１３の根元部は、凹弧状面部１６により、角張ったシャープエッジの存在しない、外側から共振器１の側に窪んだ凹状の円弧面を構成する。よって、周辺突部１３の根元部には、接合時の超音波振動又は音波振動に起因するクラックが発生しない。

図７を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１に設けられた周辺突部１３について説明する。図３と５及び６のＡ図に示した周辺突部１３が連続して突起部１１を１周する環状になっているのに対し、図７に示した周辺突部１３が一箇所又は複数箇所に設けられた切れ目１７で分断されている。周辺突部１３における切れ目１７の側の端部は、図８のＡ図及びＢ図に示した凸弧状面部２２に相当する凸弧状面部として構成される。又、周辺突部１３の切れ目１７の側の端部における共振器１の側の根元部は、図８のＢ図に示した凸弧状面部２２に相当する凸弧状面部がワーク側の面５に到達した構造又は図１０に示した凹弧状面部２６に相当する凹弧状面部として構成される。

図８を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の先端部８として構成された蒲鉾形の突起部２１について説明する。図８のＡ図に示したように、突起部２１を底面より見た場合に、突起部２１の長手方向における両端部の外面は、凸弧状面部２２として構成される。凸弧状面部２２は、突起部２１の外面の長手方向に延びる中心線を中心とし、ワーク側の面５に平行な水平面内において突起部２１を半周する態様で、突起部２１の外面の長手方向に延びる中心線の側から突起部２１の外面の長手方向に延びる中心線と直交する方向の両側に行くに従って滑らかな凸状の円弧を描き、突起部２１の短手方向の両端部に外接する。突起部２１は、図２のＡ図に示した複数の半球形の突起部１１が１本の直線に沿って平行移動して１列に繋がった態様である。突起部２１を底面より見た場合における突起部２１の形状は、図８のＡ図に示した長円形に限定されるものではなく、楕円形でもよい。

図８のＢ図に示したように、凸弧状面部２２は、突起部２１の外面の縦方向に延びる中心線を中心とし、ワーク側の面５に直交な垂直平面内において突起部２１を１／４周する態様で、ワーク側の面５から突起部２１の外面の中心部の側に行くに従って滑らかな凸状の円弧を描き、突起部２１の短手方向の外面としての凸弧状面部２３と段差なく滑らかに連続し、ワーク側の面５に到達する。即ち、突起部２１の長手方向における両端部の外面は、図８のＢ図に示した凸弧状面部２２により、角張ったシャープエッジの存在しない、共振器１の側から外側に突出した凸状の円弧面を構成する。凸弧状面部２２における凸状の円弧面を描く中心部の上下方向の位置は、ワーク側の面５と同じ位置又は異なる位置のどちらの位置でもよい。

図８のＣ図に示したように、突起部２１の短手方向の外面は、凸弧状面部２３として構成される。凸弧状面部２３は、突起部２１の外面の縦方向に延びる中心線を中心とし、ワーク側の面５に直交な垂直面内において突起部２１を半周する態様で、ワーク側の面５から突起部２１の外面の中心部の側に行くに従って滑らかな凸状の円弧を描き、ワーク側の面５に到達する。即ち、突起部２１の外面は、図８のＢ図に示した凸弧状面部２２及び図８のＣ図に示した凸弧状面部２３が互いに段差なく滑らかに連続したことにより、角張ったシャープエッジの存在しない、共振器１の側から外側に突出した凸状の円弧面を構成する。

図９を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の先端部８として構成された蒲鉾形の突起部２１の周囲における周辺突部２４について説明する。図９に示した発明を実施するための形態としては、突起部２１の凸弧状面部２２および２３と周辺突部２４の凸弧状面部２５とがワーク側の面５に到達した構造を例示した。

図９のＡ図に示したように、周辺突部２４は、蒲鉾形の突起部２１の周囲に突起部２１から間隔をあけて共振器１に設けられる。図９のＢ図及びＣ図に示したように、周辺突部２４のワーク側の面５から下方に突出した寸法は、突起部２１のワーク側の面５から下方に突出した寸法よりも小さくなっている。周辺突部２４の外面は、凸弧状面部２５として構成される。凸弧状面部２５は、周辺突部２４の外面の縦方向に延びる中心線を中心とし、ワーク側の面５に直交な水平面内において周辺突部２４を一周する態様で、共振器１の側から周辺突部２４の外面の中心部の側に行くに従って滑らかな凸状の円弧を描き、ワーク側の面５に到達する。即ち、周辺突部２４の外面は、凸弧状面部２５により、共振器１の側から外側に突出した角張ったシャープエッジの存在しない凸状の円弧面を構成する。周辺突部２４は、１個の突起部２１を中心とした１個の環状に限定されるものはなく複数の環状でもよい。凸弧状面部２５における凸状の円弧面を描く中心部の上下方向の位置は、ワーク側の面５と同じ位置又は異なる位置のどちらの位置でもよい。

図１０を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の先端部８として構成された蒲鉾形の突起部２１における共振器１の側の根元部の図８と異なる形状について説明する。図１０のＢ図に示したように、突起部２１の長手方向の側の根元部は、凹弧状面部２６として構成される。凹弧状面部２６は、突起部２１の側からワーク側の面５に行くに従って滑らかな凹状の円弧を描き、凸弧状面部２２とワーク側の面５とに外接する。即ち、突起部１１の根元部は、凹弧状面部２６により、角張ったシャープエッジの存在しない、外側から共振器１の側に窪んだ凹状の円弧面を構成する。

図１０のＣ図に示したように、突起部２１の短手方向の根元部は、凹弧状面部２７として構成される。凹弧状面部２７は、突起部２１の側からワーク側の面５に行くに従って滑らかな凹状の円弧を描き、凸弧状面部２２とワーク側の面５とに外接する。即ち、突起部２１の根元部は、図１０のＢ図に示した凹弧状面部２６及び図１０のＣ図に示した凹弧状面部２７が互いに滑らかに連続したことにより、角張ったシャープエッジの存在しない、共振器１の側から外側に突出した凸状の円弧面を構成する。よって、突起部１１の根元部には、接合時の超音波振動又は音波振動に起因するクラックが発生しない。

図１１を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１の蒲鉾形の突起部２１と周辺突部２４とにおける共振器１側の根元部が図９と異なる構造について説明する。図１１のＢ図に示したように、凸弧状面部２５がワーク側の面５に到達し、凹弧状面部２６が凸弧状面部２３とワーク側の面５とに外接し、図１１のＣ図に示したように、凹弧状面部２７が凸弧状面部２３とワーク側の面５とに外接した構造になっている。

図１２を用いて、発明を実施するための形態に係る共振器１に設けられた周辺突部２４における共振器１の側の根元部について説明する。図１２のＢ図に示したように、周辺突部２４の長手方向の根元部は、凹弧状面部２８として構成される。凹弧状面部２８は、周辺突部２４の側からワーク側の面５に行くに従って滑らかな凹状の円弧を描き、凸弧状面部２５とワーク側の面５とに外接し、かつ、凸弧状面部２５と凹弧状面部２６又は突起部２１と周辺突部２４との間のワーク側の面５とに外接する。

図１２のＣ図に示したように、周辺突部２４の短手方向の根元部は、凹弧状面部２９として構成される。凹弧状面部２９は、周辺突部２４の側からワーク側の面５に行くに従って滑らかな凹状の円弧を描き、凸弧状面部２５とワーク側の面５とに外接し、かつ、凸弧状面部２５と凹弧状面部２７又は突起部２１と周辺突部２４との間のワーク側の面５とに外接する。即ち、周辺突部２４の根元部は、図１２のＢ図に示した凹弧状面部２８及び図１２のＣ図に示した凹弧状面部２９により、角張ったシャープエッジの存在しない、外側から共振器１の側に窪んだ凹状の円弧面を構成する。よって、周辺突部２４の根元部には、接合時の超音波振動又は音波振動に起因するクラックが発生しない。

図示は省略したが、図７の周辺突部１３を図９と１１及び１２に示した周辺突部２４と読み替えることにより、図９と１１及び１２の周辺突部２４を図７の切れ目１７で分断しても同様に適用可能である。

図１３を用いて、発明を実施するための形態に係る超音波振動又は音波振動を利用する接合装置３１について説明する。図１３に示した接合装置３１は、装置躯体３２の上部に加圧機構３３を備え、加圧機構３３の出力部材３４に保持具３５を備える。保持具３５は、前後及び下方に貫通する空間部３６の左右方向としての横方向の両側に、保持部３７を備える。保持具３５には、共振器１の長さ方向が矢印６で示した横方向に向けられ、共振器１の支持部３以外の部分が保持具３５に接触しないように空間部３６と保持具３５の外とに配置され、支持部３が保持部３７に支持され、共振器１が保持具３５に設置される。これにより、振動子３８を一端部に有する共振器１が昇降可能な保持具３５に水平状で両側支持に装着される。

共振器１の横方向の一端部には振動子３８の出力端部３９が無頭ねじ又はねじ棒のような連結具で同軸状に連結され、共振器１は振動子３８から伝達された音波振動又は超音波振動に共振する。装置躯体３２の下部には、アンビルとしての受け治具４０が、接合ツール部４の真下に位置して設けられる。

図１３に示した接合装置３１で接合対象体４１を接合する場合には、共振器１の先端部８と受け治具４０との間に接合対象体４１の挿入可能な空間を形成し、共振器１の先端部８と受け治具４０とが互いに縦方向で対向した状態において、接合対象体４１が受け治具４０の上に搭載される。次に、加圧機構３３が駆動し、出力部材３４が下降するのに伴って、接合対象体４１が共振器１の先端部８と受け治具４０とで上下から挟まれて加圧され、共振器１が振動子３８から伝達された音波振動又は超音波振動に共振し、共振器１の先端部８が矢印６で示した横方向に振動し、接合対象体４１の接合対象部位が先端部８からの加圧と振動エネルギーとを受けて接合される。その後、加圧機構３３が駆動し、出力部材３４が上昇するのに伴って、先端部８が接合対象体４１から離れ、接合対象体４１が受け治具４０の上に残される。そして、接合対象体４１が受け治具４０から取り出され、接合対象体４１に対する１回の接合動作が終了する。

図１３に示した接合装置３１に用いた接合対象体４１としては、熱可塑性合成樹脂からなる複数の合成樹脂部材を重ね合せた樹脂間接合の構成、同種又は異種の複数の金属部材を重ね合せた金属間接合の構成、同種又は異種の複数の金属部材の上方及び下方の一方又は両方にレジンパッドを重ね合せた異材料間接合の構成、金属部材とセラミック部材とを重ね合せた異材料間接合の構成、金属部材とセラミック部材と重ね合わせた上方及び下方の一方又は両方にレジンパッドを重ね合せた異材料間接合の構成、金属部材と合成樹脂部材とを重ね合わせた異材料間接合の構成、金属部材と合成樹脂部材とを重ね合わせた上方及び下方の一方又は両方にレジンパッドを重ね合せた異材料間接合の構成等を用いることが可能であることが確認できた。

特に、接合対象体４１として複数のアルミニウム又は銅等からなる金属箔が重ね合わされたものであっても、共振器１の金属箔を押し付ける先端部８が図２に示した半球形の突起部１１又は図７に示した蒲鉾形の突起部２１又は図２に示した半球形の突起部１１と図７に示した蒲鉾形の突起部２１との混在した態様として設けられたので、先端部８が接合時に金属箔を破壊しない。金属箔として、厚み１０μｍの銅箔を６０枚重ね合わせて図１３に示した接合装置３１で接合したところ、又は、厚み２０μｍのアルミニウム箔を６０枚重ねあわせて図１３に示した接合装置３１で接合したところ、銅箔及びアルミニウム箔に破壊が発生しなくことが確認できた。

共振器１における接合ツール部４を有する中央部と支持部３を有する両端部との間に、又は、共振器１と接合ツール部４との間に、共振器１と振動子３８の出力端部３９との間に、図示のされていない中間ブースタを無頭ねじ又はねじ棒からなる連結具により横方向に同軸状態に一体に結合しても良い。中間ブースタは、共振器１の振幅を調整するためのものである。中間ブースタの倍率（形状）を変えることで、共振器１の振幅を大きくも小さくもすることができる。中間ブースタを使用しない場合は、共振器１の振幅は、振動子３８の振幅と同じ、つまり、１倍である。但し、１倍の中間ブースタを使用する場合もある。

接合装置３１としては、特許第２９１１３９５号公報で開示された共振器を縦置き状態に配置した接合装置でも適用可能である。

図示は省略したが、受け治具４０の接合対象体４１を押し付ける先端部に対し、図２から１２に示した突起部１１又は２１、突起部１１及び２１の混在した態様、周辺突部１３又は２４を備えた態様を用いてもよい。尚、図１３において、保持具３５を出力部材３４から取り外し、受け治具４０を装置躯体３２から取り外し、先端部６が上に向くように前記取り外した保持具３５を装置躯体３２の下部に設置し、受け治具４０の先端部が下に向くように前記取り外した受け治具４０を出力部材３４に取り付けるというように、受け治具４０を装置躯体３２の上部に設け、共振器１及び保持具３５を装置躯体３２の下部に設けて接合対象体４１を接合してもよい。

図１４から２０を用いて、複数の重ね合わされた金属箔４２からなる箔積層体４３に対する接合の幾つかの態様について説明する。

図１４では、図２に示した突起部１１及び凸弧状面部１２を備えた共振器１を例示し、突起部１１の箔積層体４３に対する接合を完了した位置が浅く、突起部１１及び凸弧状面部１２が金属箔４２を強引に押さえ込むのではなく、共振器１からの矢印６で示した横方向の振動で金属箔４２を横方向に薄く伸ばしながら、つまり、金属箔４２の原子を横方向に移動させながら伸びた体積分の金属量を凸弧状面部１２による曲面に沿って円滑に外へ排出し、金属箔４２に破壊が発生しなくなる。このように、金属箔４２の原子が円滑に動くことで、複数の重ね合わされた金属箔４２同士がインゴット接合又は拡散接合となる。

図１５では、図４に示した突起部１１と凸弧状面部１２及び凹弧状面部１５を備えた共振器１を例示し、突起部１１の箔積層体４３に対する接合を完了した位置が図１４よりも深く、突起部１１と凸弧状面部１２及び凹弧状面部１５が金属箔４２を破壊することなく金属箔４２に深く押し込まれ、金属箔４２同士がインゴット接合又は拡散接合となる一方、凹弧状面部１５が金属箔４２を押さえ込み、接合の仕上りが凹弧状面部１５の反映した形で綺麗に見せることができる。

図１６では、図６に示した突起部１１と凸弧状面部１２と周辺突部１３と凸弧状面部１４及び凹弧状面部１５並びに１６を備えた共振器１を例示し、突起部１１の箔積層体４３に対する接合を完了した位置が図１５よりも深く、突起部１１と凸弧状面部１２と周辺突部１３と凸弧状面部１４及び凹弧状面部１５並びに１６が金属箔４２を破壊することなく金属箔４２に深く押し込まれ、金属箔４２同士がインゴット接合又は拡散接合となる一方、凹弧状面部１５及び１６が金属箔４２を押さえ込み、接合の仕上りが凹弧状面部１５及び１６の反映した形で綺麗に見せることができる。つまり、突起部１１及び周辺突部１３の協同で金属箔４２を破壊することなく押さえかつ接合することができる。

図１７では、図２に示した突起部１１及び凸弧状面部１２を備えた共振器１、金属板からなる保護部材４４、角錐形又は截頭角錐形の突起部からなる先端部４５を備えた受け治具４０を例示し、保護部材４４が先端部４５の上に載せられ、箔積層体４３が保護部材４４の上に載せられ、突起部１１と先端部４５が箔積層体４３及び保護部材４４を上下より挟み、共振器１で箔積層体４３と保護部材４４とに加重をかけて超音波振動又は音波振動をかけ、凸弧状面部１２及び先端部４５が保護部材４４並びに金属箔４２を破壊することなく金属箔４２と保護部材４４とを互いに超音波振動又は音波振動で接合する。保護部材４４が合成樹脂板からなる場合は、金属箔４２と保護部材４４とが互いに接合しない。

図１７では、図２に示した突起部１１及び凸弧状面部１２を備えた共振器１、１組の箔積層体４３、金属板からなる保護部材４４、角錐形又は截頭角錐形の突起部からなる先端部４５を備えた受け治具４０を例示し、突起部１１及び先端部４５が箔積層体４３と箔積層体４３に重ね合わされた保護部材４４とを上下より挟み、共振器１で箔積層体４３と保護部材４４とに加重及び超音波振動又は音波振動をかけ、凸弧状面部１２及び先端部４５が金属箔４２及び保護部材４４を破壊することなく金属箔４２と保護部材４４とを互いに超音波振動又は音波振動で接合する。保護部材４４が合成樹脂板からなる場合は、金属箔４２と保護部材４４とが互いに接合しない。

図１８では、図２に示した突起部１１及び凸弧状面部１２を備えた共振器１、１組の箔積層体４３、図２に示した突起部１１に相当する突起部４６及び図２に示した凸弧状面部１２に相当する凸弧状面部４７を備えた受け治具４０を例示し、突起部１１及び４６が箔積層体４３を上下より挟み、共振器１で箔積層体４３に加重及び超音波振動又は音波振動をかけ、凸弧状面部１２及び４７が金属箔４２を破壊することなく金属箔４２を互いに超音波振動又は音波振動で接合する。

図１９では、角錐形又は截頭角錐形の突起部からなる先端部４８を備えた共振器１、１組の箔積層体４３、金属板からなる保護部材４４、突起部４６及び凸弧状面部４７を備えた受け治具４０を例示し、突起部４６及び先端部４８が箔積層体４３と箔積層体４３に重ね合わされた保護部材４４とを上下より挟み、共振器１で箔積層体４３と保護部材４４とに加重及び超音波振動又は音波振動をかけ、凸弧状面部４７及び先端部４８が金属箔４２及び保護部材４４を破壊することなく金属箔４２と保護部材４４とを互いに超音波振動又は音波振動で接合する。保護部材４４が合成樹脂板からなる場合は、金属箔４２と保護部材４４とが互いに接合しない。

図２０では、図２に示した突起部１１及び凸弧状面部１２を備えた共振器１、突起部４６及び凸弧状面部４７を備えた受け治具４０、２組の箔積層体４３、金属部材４９を例示し、突起部１１及び４６が板状の金属部材４９を間に挟んだ２組の箔積層体４３を上下より挟み、共振器１で箔積層体４３と保護部材４４とに加重及び超音波振動又は音波振動をかけ、凸弧状面部１２及び４７が２組の箔積層体４３を破壊することなく金属箔４２と金属部材４９とを互いに超音波振動又は音波振動で接合する。

１共振器
２共振主体部
３支持部
４接合ツール部
５ワーク側の面
６横方向を示した矢印
７共振器３の横方向の一端から他端までの長さ
８共振器３の接合対象体を押し付ける先端部
１１半球形の突起部
１２突起部１１の凸弧状面部
１３突起部１１の周囲に設けられた周辺突部
１４周辺突部１３の外面としての凸弧状面部
１５突起部１１の根元部としての凹弧状面部
１６周辺突部１３の根元部としての凹弧状面部
１７周辺突部１３を分断する切れ目
２１蒲鉾形の突起部
２２突起部２１の長手方向の両端部の外面としての凸弧状面部
２３突起部２１の短手方向の外面としての凸弧状面部
２４突起部２１の周囲に設けられた周辺突部
２５周辺突部２４の外面としての凸弧状面部
２６突起部２１の長手方向の両端部の根元部としての凹弧状面部
２７突起部２１の短手方向の両端部の根元部としての凹弧状面部
２８周辺突部２４の長手方向の根元部としての凹弧状面部
２９周辺突部２４の短手方向の根元部としての凹弧状面部
３１接合装置
３２装置躯体
３３加圧機構
３４加圧機構３３の出力部材
３５保持具
３６保持具３５の空間部
３７保持具３５の保持部
３８振動子
３９振動子３８の出力端部
４０受け治具
４１接合対象体
４２金属箔
４３金属箔４３の重ね合わされた箔積層体
４４保護部材
４５受け治具４０の角錐形又は截頭角錐形の突起部からなる先端部
４６受け治具４０の突起部
４７突起部４６の外面としての凸弧状面部
４８共振器１の角錐形又は截頭角錐形の突起部からなる先端部
４９金属部材

Claims

超音波振動又は音波振動を利用して接合対象体を接合する接合用共振器又は接合用受け治具であって、前記接合用共振器の接合対象体を押し付ける先端部又は接合用受け治具の接合対象体を押し付ける先端部が外面に角張ったシャープエッジの存在しない突起部として構成されたことを特徴とする接合用共振器。
前記突起部の共振器の側における根元部が外側から共振器の側に窪む凹弧状面部になったことを特徴とする請求項１記載の接合用共振器又は接合用受け治具。