JP3460995B2 - 接続体及びその生産に用いる接合ツール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は接続体及びそれの生
産に用いる接合ツールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の端子１と帯導体２とより成
る接続体の一例として、コンデンサや電池等のような電
気部品における端子１と複数の薄い帯状の帯導体が重ね
合わされた積層状の帯導体２とより成る接続体を示す。
端子１と帯導体２とが接続される前において、端子１は
インサート成形により電気部品のキャップ９に一体に組
付けられている。即ち、端子１は、電気抵抗の小さい金
属材料により、ベース１ａの表面より細いスタッド１ｂ
を突出し、ベース１ａの裏面より細い外部電極１ｃをス
タッド１ｂと同軸状に突出している。インサート成形
は、上記形態の端子１をキャップ成形型にインサート部
材として格納し、端子１を含むキャップ成形型の内部に
形成された成形空間にキャップ９の成形材料である合成
樹脂を充填して端子１とキャップ９とが一体となった成
形品を成形した後に、同成形品をキャップ成形型より離
型することにより、端子１のベース１ａが成形されたキ
ャップ９と一体に結合された成形品を得る成形方法であ
る。又、端子１と帯導体２とが接続される前において、
帯導体２は端子１との接続部分として定められた部分に
スタッド１ｂの挿入可能な貫通孔２ａを有する。そし
て、接続体は上記形態の端子１と帯導体２とをかしめ付
けることにより形成される。それには、先ず、端子１の
スタッド１ｂと帯導体２の貫通孔２ａとが互いに挿入し
合されることにより、端子１と帯導体２とがスタッド１
ｂと貫通孔２ａとを介して嵌合装着する。次に、スタッ
ド１ｂの帯導体２より突出した部分にワッシャのような
形態の押え部材１０を嵌合装着する。この状態におい
て、スタッド１ｂの押え部材１０より突出した部分が押
し潰されることにより、端子１と帯導体２とがかしめ付
けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のかしめ付け
による端子１と帯導体２とより成る接続体、及び、端子
１と帯導体２との接続方法では、機械的な強度は比較的
あるものの、電気的な伝導性に欠ける可能性がある。そ
れは、スタッド１ｂを押し潰したかしめ付けでは、端子
１と帯導体２との合せ部分が互いに強く接触しただけの
形態であり、それらの接触面間を微視的に観察すると、
同接触面間に微細な隙間が多数存在するからである。

【０００４】そこで、本発明は機械的及び電気的の双方
に信頼性の高い接続体、及び、それの生産用接合ツール
を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る接続体は、
金属材料よりなる端子のベースよりも細くてベースの表
面より突出するスタッドが帯導体に表裏に貫通するよう
に嵌合装着され、スタッド周りのベースと帯導体との合
せ部がスタッドの中心線と直交する横方向の超音波振動
により接合され、スタッドの帯導体より突出した部分が
かしめ付けによる塑性変形により潰れ部として上記帯導
体に嵌合装着されたスタッドよりも横に広がって大きく
形成され、当該潰れ部とベースとが上記超音波振動によ
り接合された帯導体とベースとの合せ部を挟持したこと
によって、機械的及び電気的に高い接続信頼性をより長
期に渡り適切に発揮できる。又、本発明に係る接合ツー
ルは、金属材料よりなる端子のベースよりも細くてベー
スの表面より突出するスタッドが帯導体に表裏に貫通す
るように嵌合装着され、スタッド周りのベースと帯導体
との合せ部をスタッドの中心線と直交する横方向の超音
波振動により接合する超音波振動接合装置の接合ツール
において、先端面にベースの表面より突出するスタッド
を未接触に取込む逃げ穴を設けたことによって、接合ツ
ールがスタッドに接触することなく、逃げ穴周りのスタ
ッド先端面がスタッド周りの帯導体と接触し、当該スタ
ッド周りの帯導体とスタッド周りのベースとを環状に横
方向の超音波振動で接合することができ、接合部分にお
ける電気伝導性を一層向上することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１を参照し、本発明の第１実施
形態に係る接続体及び接続方法について説明する。端子
１と帯導体２とが接続される前において、端子１は、電
気抵抗の小さい金属材料により、ベース１ａが細いスタ
ッド１ｂの全周に存在するように、スタッド１ｂがベー
ス１ａの表面より突出している。又、端子１と帯導体２
とが接続される前において、帯導体２は、電気抵抗の小
さい複数の薄い帯状の帯導体が重ね合わされて互いに結
合した積層状であって、端子１との接続部分として定め
られた部分にスタッド１ｂの挿入可能な貫通孔２ａを有
する。

【０００７】このような形態の端子１と帯導体２とより
成る接続体を形成するには、先ず、ステップ１０１にお
いて、スタッド１ｂと貫通孔２ａとが互いに挿入し合さ
れることにより、端子１と帯導体２とがスタッド１ｂと
貫通孔２ａとを介して嵌合装着される。次に、ステップ
１０２において、端子１とそれに装着された帯導体２と
が超音波振動により接合される。それから、ステップ１
０３において、スタッド１ｂの帯導体２より突出した部
分が押し潰され、端子１と帯導体２とがかしめ付けられ
る。

【０００８】ステップ１０２の右横に示す仮想線枠内部
を参照し、前記端子１と帯導体２との超音波振動による
接合方法について説明する。この接合方法には、例え
ば、超音波振動接合装置を使用する。先ず、帯導体２の
装着された端子１が超音波振動接合装置の接合ツール３
の真下に接合ツール３と所定間隔を置いて配置されたワ
ーク搭載台４に載せられる。その状態は、スタッド１ｂ
とは反対側に位置する端子１の裏面がワーク搭載台４の
上面に接触し、スタッド１ｂ及び帯導体２が接合ツール
３の側に向けられている。次に、先端面に逃げ穴３ａを
有する接合ツール３が超音波振動接合装置の加圧駆動機
構により下降されることにより、接合ツール３の逃げ穴
３ａがスタッド１ｂの帯導体２より突出した部分を未接
触で同軸状に取り込むと共に、接合ツール３の逃げ穴３
ａの周りに存在した環状の先端面がスタッド１ｂの周り
に存在した帯導体２に接触し、接合ツール３がワーク搭
載台４との共同により所定の圧力でベース１ａと帯導体
２とを互いに近づく方向に加圧する。

【０００９】この加圧力は超音波振動接合の対象要素で
ある帯導体２と端子１との材料や厚さ等のような物性に
より所定値に定められると共に、又、同所定値となるよ
うに定められた加圧駆動機構の下降量により定められ
る。例えば、接合ツール３がワーク搭載台４との共同に
よりベース１ａと帯導体２とを加圧する前のワーク搭載
台４の上面から帯導体２の上面（接合ツール３が接触す
る面）までの距離と、接合ツール３がワーク搭載台４と
の共同によりベース１ａと帯導体２とを加圧した後のワ
ーク搭載台４の上面から帯導体２の上面（接合ツール３
が接触する面）までの距離とを比較し、加圧後の距離が
加圧前の距離より或る値減少した場合に、ベース１ａと
帯導体２とがどの程度の圧力により加圧された状態であ
るかを調べる圧力と下降量との相関実験により、圧力と
下降量との関係を求めておき、その下降量を使用するこ
とにより、接合ツール３がワーク搭載台４との共同によ
り所定の圧力でベース１ａと帯導体２と加圧することが
できる。又、加圧駆動機構に圧力センサを設け、この圧
力センサが所定圧力を検出することにより、加圧駆動機
構の下降を停止し、その停止位置を保持するように、加
圧駆動機構を制御することにより、接合ツール３がワー
ク搭載台４との共同により所定の圧力でベース１ａと帯
導体２と加圧することもできる。

【００１０】ベース１ａと帯導体２とが接合ツール３と
ワーク搭載台４とにより挟まれて所定圧力で加圧された
状態において、超音波振動接合装置の超音波発生器から
供給された電力により所定周波数の縦波の超音波振動を
発生して出力する電気エネルギーを機械エネルギーに変
換する圧電素子又は磁歪素子等より成る電気音響変換器
又は電気振動変換器である振動子からブースタや超音波
ホーンを介して超音波振動を接合ツール３に伝達する。
すると、接合ツール３が伝達された超音波振動に共振し
その共振した振動（この振動の方向は矢印Ｘで示す横方
向である）を外側より帯導体２に所定時間与える。これ
により、接合ツール３の共振振動が、帯導体２の外側よ
り帯導体２の内部を経由し、帯導体２の構成要素である
複数の帯導体相互を接合すると共に、帯導体２とベース
１ａとの合せ部分５を接合する。その後、加圧駆動機構
が上昇し、接合ツール３が端子１とそれに接合された帯
導体２とより離れワーク搭載台４との間に所定間隔を置
いて停止する。この状態において、端子１とそれに接合
された帯導体２より成る中間品をワーク搭載台４より取
り外す。

【００１１】ステップ１０３の右横に示す仮想線枠内部
を参照し、超音波振動接合装置より取り外した中間品に
おけるスタッド１ｂの帯導体２より突出した部分を押し
潰して端子１と帯導体２とをかしめ付ける方法について
説明する。このかしめ付けは、手作業で行うか、又は、
プレス機械により行うことが可能であるが、何れの場合
でも、中間品をかしめ付け用のワーク搭載台６に載せ
る。この中間品がワーク搭載台６に載せられた状態は、
スタッド１ｂとは反対側に位置する端子１の裏面がワー
ク搭載台６の上面に接触し、スタッド１ｂ及び帯導体２
がかしめツール７の側に向けられている。この状態にお
いて、スタッド１ｂの帯導体２より突出した部分をかし
めツール７により押し潰す。このかしめツール７として
は、手作業の場合はハンマーでも代用できるが、かしめ
ツール７をハンマーで叩いても良い。又、プレス機械の
場合は、かしめツール７がプレス機械のラムに装着さ
れ、ラムの下降によりかしめツール７がスタッド１ｂを
押し潰すようにすれば良い。つまり、中間品がワーク搭
載台４に載せられた状態において、かしめツール７の先
端面がスタッド１ｂの帯導体２より突出した部分の上面
をベース１ａの側に向けて所定の鍛造力で叩くことによ
り、スタッド１ｂの帯導体２より突出した部分がかしめ
ツール７により押し潰されると共に、スタッド１ｂがワ
ーク搭載台６とかしめツール７との間で塑性変形を生
じ、スタッド１ｂの一部が帯導体２の貫通孔２ａの全体
に広がって貫通孔２ａと隙間なく接触し、他の部分が帯
導体２の貫通孔２ａの周りに広がって貫通孔２ａの周囲
の帯導体２の上面（かしめツール７の側に位置する面）
を隙間なく接触しつつ覆い、端子１と帯導体２とがかし
め付けられる。以下、帯導体２の上面を覆うスタッド１
ｂの部分は潰れ部８と言う。このかしめ付けの完了によ
り、ステップ１０４に示す形態の端子１と帯導体２とよ
り成る接続体が得られる。

【００１２】第１実施形態によれば、帯導体２の構成要
素である複数の帯導体相互が超音波振動により接合され
たと共に、合せ部分５が超音波振動により接合されたの
で、帯導体２の構成要素である複数の帯導体相互並びに
合せ部分５ではそれぞれの合せ面側の成分どうしが超音
波振動を受けた際に相互間で発生した摩擦熱により互い
に融合した接続形態となり、端子１と帯導体２とより成
る接続体の電気的な伝導性が良好となる。又、帯導体２
がベース１ａとかしめ付けによる潰れ部８とにより挟持
されたので、端子１と帯導体２とより成る接続体の機械
的な強度が良好となる。又、超音波振動による接合後
に、かしめ付けを行う方法により、合せ部分５をベース
１ａと潰れ部８とにより挟持し、電気的に良好な伝導性
の有る部分を機械的に良好な強度の有る状態で接続した
ので、機械的及び電気的な高い信頼性をより長期に渡り
適切に発揮できる。又、帯導体２が端子１との接続部分
として定められた部分にスタッド１ｂの挿入可能な貫通
孔２ａを有したので、スタッド１ｂと貫通孔２ａとの嵌
合により、端子１と帯導体２との接続位置が正確に決ま
る。

【００１３】図２を参照し、本発明の第２実施形態に係
るに接続体及び接続方法について説明する。第２実施形
態では、端子１の一部形状、ワーク搭載台４，６の一部
形状、端子１と帯導体２とをかしめ付ける際にワッシャ
のような押え部材１０を用いたこと等が第１実施形態と
異なるが、帯導体２及び接合ツール３は第１実施形態と
同じである。帯導体２と接続される前において、ベース
１ａの裏面より細い外部電極１ｃをスタッド１ｂと同軸
状に突出した端子１がインサート成形によりコンデンサ
や電池等のような電気部品の合成樹脂製のキャップ９に
一体に組付けられた形態である。ワーク搭載台４，６は
上面に外部電極１ｃを未接触で同軸状に取り込む逃げ穴
４ａ，５ａを有する。

【００１４】このような形態の端子１と帯導体２とより
成る接続体を形成するには、先ず、ステップ２０１にお
いて端子１と帯導体２とがスタッド１ｂと貫通孔２ａと
を介して嵌合装着され、ステップ１０２において端子１
と帯導体２とが超音波振動により接合される。この接合
に際しては、外部電極１ｃがワーク搭載台４の逃げ穴４
ａに収容され、スタッド１ｂが接合ツール３の逃げ穴３
ａに収容され、ベース１ａと帯導体２とが接合ツール３
とワーク搭載台４とにより挟まれて所定圧力で加圧され
る。この状態において、超音波振動接合装置の振動子よ
り発生した超音波振動に共振した接合ツール３の共振振
動が、帯導体２の外側より帯導体２の内部を経由し、帯
導体２の構成要素である複数の帯導体相互並びに合せ部
分５を接合する。そして、接合ツール３が端子１と帯導
体２とより取り外された後、端子１と帯導体２とより成
る中間品がワーク搭載台４より取り外される。次に、ス
テップ２０３において、押え部材１０がスタッド１ｂの
帯導体２より突出した部分に嵌合装着され、外部電極１
ｃがワーク搭載台６の逃げ穴６ａに収容され、ベース１
ａの裏面がワーク搭載台６の上面に接触した状態におい
て、スタッド１ｂの帯導体２より突出した部分をかしめ
ツール７により押し潰すことにより、端子１と帯導体２
とがかしめ付けられる。このかしめ付けの完了により、
ステップ２０４に示す形態の端子１と帯導体２とより成
る接続体が得られる。

【００１５】第２実施形態によれば、潰れ部８と帯導体
２との間に介在された押え部材１０が帯導体２をベース
１ａとの共同により挟持しているので、前記第１実施形
態の作用効果に加え、潰れ部８の外径が小さくても、端
子１と帯導体２とより成る接続体の機械的及び電気的な
信頼性を高めることができる。

【００１６】図３を参照し、本発明の第３実施形態に係
る接続体及び接続方法について説明する。第３実施形態
では第１実施形態の接合とかしめ付けとの順序を逆にし
た場合を例として示す。接合ツール３が潰れ部８の収容
可能な逃げ穴３ｂを有する。そして、スタッド１ｂの帯
導体２より突出した部分が押し潰され、潰れ部８がベー
ス１ａとの共同により帯導体２挟持したかしめ付けの完
了した状態において、潰れ部８を逃げ穴３ｂに未接触に
取り込むと共に、接合ツール３の逃げ穴３ａ周りの環状
の先端面が潰れ部８の周りの帯導体２を所定圧力で加圧
する。この状態において、接合ツール３の共振振動が帯
導体２の外側より内部を経由して合せ部５を接合する。

【００１７】第１，第３実施形態において第２実施形態
と同様に押え部材９を用いても良く、逆に、第２実施形
態において第１，第３実施形態と同様に抑え部材９を省
いても良い。

【００１８】第１〜第３実施形態において、端子１のベ
ース１ａは棒状であっても、帯状であっても、同様に適
用できる。

【００１９】第１〜第３実施形態において、帯導体２よ
り貫通孔２ａを省き、帯導体２の端子１との接続部分と
して定められた部分をスタッド１ｂに突き刺すことによ
り、スタッド１ｂと帯導体２とを嵌合装着しても良い。

【００２０】第１，第２，第４実施形態において端子１
と帯導体２とが超音波振動による接合と押し潰しによる
かしめ付けとにより結合された後、第３実施形態と類似
するように、帯導体２の一部が折り返されて潰れ部８の
上面に超音波振動により接合されれば、接合ツール３と
して逃げ穴３ａ，３ｂが有るものと無いものとの２種類
を必要とするが、超音波振動による接合部分が増加し、
電気的な信頼性を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態を示すフローチャー
ト。

【図２】 本発明の第２実施形態を示すフローチャー
ト。

【図３】 本発明の第４実施形態を示す断面図。

【図４】 従来の接続体を示す断面図。

【符号の説明】

１ 端子 １ａ ベース １ｂ スタッド ２ 帯導体 ２ａ 貫通孔 ３ 接合ツール ３ａ 逃げ穴 ５，１１ 合せ部 ８ 潰れ部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属材料よりなる端子のベースよりも細
   くてベースの表面より突出するスタッドが帯導体に表裏
   に貫通するように嵌合装着され、スタッド周りのベース
   と帯導体との合せ部がスタッドの中心線と直交する横方
   向の超音波振動により接合され、スタッドの帯導体より
   突出した部分がかしめ付けによる塑性変形により潰れ部
   として上記帯導体に嵌合装着されたスタッドよりも横に
   広がって大きく形成され、当該潰れ部とベースとが上記
   超音波振動により接合された帯導体とベースとの合せ部
   を挟持したことを特徴とする接続体。
2. 【請求項２】 金属材料よりなる端子のベースよりも細
   くてベースの表面より突出するスタッドが帯導体に表裏
   に貫通するように嵌合装着され、スタッド周りのベース
   と帯導体との合せ部をスタッドの中心線と直交する横方
   向の超音波振動により接合する超音波振動接合装置の接
   合ツールにおいて、先端面にベースの表面より突出する
   スタッドを未接触に取込む逃げ穴を設けたことを特徴と
   する接合ツール。