JP3456921B2 - 金属箔の接合方法並びに超音波溶接具 - Google Patents
金属箔の接合方法並びに超音波溶接具Info
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Description
法並びに超音波溶接具に係り、特に、金属箔同士の接合
箇所を樹脂同士の溶着力で補強することにより接合強度
を向上させた超音波溶接技術を利用した金属箔の接合方
法並びにそれに好適な超音波溶接具に関する。
野等においては、同種若しくは異種の金属箔同士を接合
させたいとする要望がある。金属箔を接合する方法に
は、従来、概ね次のような方法がある。
接着する方法である。正確に定義するならば、「接着剤
を媒介として、化学的もしくは物理的な力又はその両者
によって2つの界面を接合させる方法」となるであろ
う。この方法では、接合する両金属箔の表面をサンドペ
ーパー等の機械的方法で研磨した後、適合する接着剤を
塗布、さらに接合界面を重ね合わせた後、適当な圧力負
荷と熱を加えて両者を接合させる。
系の接着剤の代わりに無機質系、例えば金属を用いて接
合する方法である。この方法では、接合したい両金属よ
りも融点の低い金属(純金属または合金)を両金属の界
面で溶融させ、さらに冷却、凝固させて継ぎ手を作る。
一般的には、無機質系接着剤の融点が450℃より高い
場合をろう付け、低い場合をハンダ付けと呼んでいる。
第1の方法に比べ高熱強度が高い、電気的導通特性をも
った接続継ぎ手が得られる。
大電流を流し、抵抗発熱を利用して接合界面を溶融また
は高温加熱し、同時に加圧して接合する方法である。作
業速度が大であり、接合に際し別途に接合材料を必要と
しないため、装置コスト、材料コストの削減による製造
単価の低下が可能となる。
の方法にあっては、以下に記すような問題がある。すな
わち、第1,第2の方法にあっては、接合のために接着
剤等の材料が別途に必要であるため、これを接合部に供
給する、あるいは加熱、硬化させるという作業が不可欠
で工程が長くなり、さらに接着剤分の材料コストによっ
て、製造コストが上昇する問題がある。加えて、接着剤
を硬化させるための熱処理によって被接合材である金属
の表面が酸化される問題がある。
によって箔金属面が塑性変形する問題があり、また、ア
ルミ等表面に強固な絶縁性の酸化膜をもった金属には適
応できない問題がある。
方法として、超音波振動を応用した超音波接合法があ
る。
表面の原子相互間に引力が働き合うような距離(数オン
グストローム)に原子を接近させ、しかも面全体の原子
が秩序ある配列をとって接触することによって生じる現
象を言う。ところが通常、金属の表面は酸化物、吸着ガ
ス等の薄い表面層によって覆われているため、その下地
の清浄な金属原子の接近が妨げられ、十分は結合力を生
じない。
って金属表面層を除去し、さらに圧力負荷等によって原
子振動を盛んにして、金属箔の接触界面近傍の原子を拡
散させることで、金属箔間の接合を実現している。
必要とせず、また加工処理時間も0.5秒と極短時間で
あるため、接続加工の大幅なコストダウンが実現でき、
さらに負荷圧力も小さいため金属箔の変形も小さい。ま
た、上記原理に基づく接合法であるため、表面が酸化膜
という絶縁物で覆われたアルミ等の金属接合にも適応で
きるという利点がある。
厚さ50μm以下の金属箔同士の接合では十分な機械的
強度が得られないという問題点がある。
なされたもので、その目的とするところは、極薄の金属
箔同士を十分に高い機械的強度で接合することができる
超音波接合方法並びにそれに好適な超音波溶接具を提供
することにある。
は、上記の目的を達成するために、接合対象となる2枚
の金属箔を接合予定部位同士が整合するようにして重ね
合わせ、これをその接合部位の両側に樹脂製フィルムを
介在させかつ少なくともいずれか一方の表面に複数の突
部が整列配置された一対の超音波溶接具で挟み付け、し
かるのち、超音波溶接具に超音波振動を与えて金属箔同
士を融着させ、さらに、超音波振動を継続して金属の塑
性流動により前記突部に対応する部分の金属箔を除去し
て窓を明け、該窓から臨む樹脂フィルム同士を融着させ
るようにしている。
合箇所は樹脂同士の溶着力で補強されることとなるた
め、高い接合強度が得られる。ここで、樹脂フィルム
は、金属箔と別体として、超音波溶接具で挟み込む際に
介在させてもよいし、金属箔の片面に予め被着させてお
いてもよい。
しては、接合対象物を挟んで対向配置される超音波ホー
ンとアンビルとからなり、それら超音波ホーン若しくは
アンビルの対向面のいずれか一方若しくは双方には、複
数の突部が整列配置されているものを使用することがで
きる。
複数の突部と対応する部分において、超音波振動による
金属箔の塑性流動が促進されて窓明け加工がなされる結
果、樹脂製フィルム同士の溶着が確実に行われる。
形態を添付図面を参照して詳細に説明する。この実施形
態においては、図1に示されるように、9μm厚の銅箔
1の片面に有機質系膜として25μmのPET(ポリエ
チレンテレフタレート)製フィルム2を接合箇所に対応
させて部分的に積層被着させた樹脂フィルム被着銅箔3
と、20μm厚のアルミ箔4の片面に25μmのPET
(ポリエチレンテレフタレート)製フィルム5を接合箇
所に対応させて部分的に積層被着させた樹脂フィルム被
着アルミ6とを、各金属箔1,4同士が対面する状態で
接合しようとするものである。
フィルム被着銅箔3並びに樹脂フィルム被着アルミ箔6
を用意する。一例として、9μm厚の銅箔1若しくは2
0μm厚のアルミ箔4の片面に、ウレタン系接着剤を介
して25μm厚のPETフィルムを重ね、これを150
℃、圧力5kg/cm2の条件で熱ラミネートを経て積
層接着させる。これにより、銅箔あるいはアルミ箔の片
面にPETフィルムが部分的に接着された樹脂フィルム
被着銅箔3並びに樹脂フィルム被着アルミ箔6が完成す
る。
フィルム被着銅箔3並びに樹脂フィルム被着アルミ箔6
上のPETフィルム2,5とを相対する(両者が整合す
る)位置に配置し、銅箔1とアルミ箔4とを接触界面7
を介して重ね合わせて接触させる。
界面7を挟み込むように超音波溶接具である超音波ホー
ン8及び超音波アンビル9を配し、接触界面7に負荷圧
力(矢印10,11で示す)を0.2kg/mm2、超
音波振動(矢印12で示す)を振動数40kHzで付加
しながら時間0.5秒間押し当てる。このとき、超音波
ホーン8若しくは超音波アンビル9の少なくともいずれ
か一方の表面には、複数の突部が整列配置されている。
この例では、図3に示されるように、超音波アンビル9
の表面には、多数の突部9aが整列配置されており、こ
れにより網目状の接合痕が残されるようになっている。
同士の接合が完成する。すなわち、金属箔同士の接触界
面7に超音波振動を加えると、先に説明したような超音
波接合の原理に従って、まず金属間の接合が行われる。
その後、さらに振動が加わると、図2(B)に矢印13
で示されるように、金属の塑性流動が起こり、金属がア
ンビル9の凸部(図3に符号9aで示す)に相当する位
置から凹部(図3に符号9bで示す)に相当する位置に
移動し、金属箔1,4内にアンビル9の凸部9a上面形
状に相当する金属の空隙部(窓)14が形成される。
合する金属箔の厚さ、材質によって決定され、銅箔9μ
m厚、アルミ箔20μm厚の場合、凸部9aの上面面積
0.5mm2、凸部9aの溝幅0.3mm、溝深さ0.
3mmとされる。
属の塑性流動によって生じた金属箔1、4内の空隙部
(窓)14に位置する有機質膜(PET)2,5接触点
では、超音波振動によってさらに樹脂材同士の融着が起
こる。
成されるが、この完成状態を図2(C)に示す。同図に
示されるように、本発明による接合構造では、機械的接
合強度が高い樹脂材同士の融着部15と、電気伝導性の
金属接合部16が同時に存在し、接合強度が高い電気接
続が得られる。すなわち、このような構成によれば、金
属箔同士の接合箇所は樹脂同士の溶着力で補強されるこ
ととなるため、高い接合強度が得られる。なお、樹脂フ
ィルム2,5は、金属箔と別体として、超音波溶接具で
挟み込む際に介在させてもよいし、金属箔の片面に予め
被着させておいてもよい。
しては、接合対象物を挟んで対向配置される超音波ホー
ンとアンビルとからなり、それら超音波ホーン若しくは
アンビルの対向面のいずれか一方若しくは双方には、複
数の突部が整列配置されているものを使用することがで
きる。
複数の突部と対応する部分において、超音波振動による
金属箔の塑性流動が促進されて窓明け加工がなされる結
果、樹脂製フィルム同士の溶着が確実に行われる。
を用いたが、これにポリイミド、ポリエチレンナフタレ
ート(PEN)、ポリフェニレンサルファイト(PP
S)等を用いてもよい。
されるように、接続部形状が網目状に形成されるものを
例示したが、この形態は超音波ホーン8あるいはアンビ
ル9の表面に形成する凹凸の形状を変えることで、多様
なものを選択することができる。
方法は、金属箔を超音波振動によって融着した後、さら
に超音波振動による金属の塑性流動を用いて導体である
金属箔を部分的に除去し、金属箔の接合界面とは逆側に
あらかじめ設けられた有機質系材料膜を露出させ、しか
るのち、接触した樹脂同士を融着させる方法であるた
め、電気伝導性を有する金属箔同士の接続点に、有機質
系材料同士の融着による十分な機械的強度を付与するこ
とができる、と言う効果が得られる。
重ね合わせ状態を示す斜視図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 接合対象となる2枚の金属箔を接合予定
部位同士が整合するようにして重ね合わせ、これを、接
合予定部位を挟むようにそれぞれの金属箔の外側に樹脂
製フィルムを介在させて、少なくともいずれか一方の表
面に複数の突部が整列配置された一対の超音波溶接具で
挟み付け、しかるのち、超音波溶接具に超音波振動を与
えて金属箔同士を融着させ、さらに、超音波振動を継続
して金属の塑性流動により前記突部に対応する部分の金
属箔を除去して窓を明け、該窓から臨む樹脂フィルム同
士を融着させる、ことを特徴とする金属箔の接合方法。 - 【請求項2】 樹脂フィルムがそれぞれの金属箔の片面
に予め被着されていることを特徴とする請求項1に記載
の金属箔の接合方法。 - 【請求項3】 超音波接合用具は、接合対象物を挟んで
対向配置される超音波ホーンとアンビルとからなり、そ
れら超音波ホーン若しくはアンビルの対向面のいずれか
一方若しくは双方には、複数の突部が整列配置されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の金属箔の接合方
法。
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JP11706299A JP3456921B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 金属箔の接合方法並びに超音波溶接具 |
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-
1999
- 1999-04-23 JP JP11706299A patent/JP3456921B2/ja not_active Expired - Lifetime
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