JP3971280B2 - 超音波接合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆電線と、例えば金属箔などの接合対象物とを接合する超音波接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体としての自動車には、種々の電子機器が搭載される。前記自動車は、前記電子機器にバッテリなどの電源から電力や制御装置から制御信号などを伝えるためにワイヤハーネスを配索している。前述したワイヤハーネスは、複数の電線と、電線同士を電気的に接続したジョイント部などを備えている。
【０００３】
前記電線は、それぞれ、導電性の芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えている。前記ジョイント部は、前記電線の所定箇所の被覆部が除去されて、露出した芯線をジョイント端子などで加締めて構成される。このため、ワイヤハーネスは、電線同士を電気的に接続するためにジョイント端子を用いている。このため、ワイヤハーネスは、部品点数が増加するとともに大型化する傾向であった。
【０００４】
このため、本発明の出願人は、電線同士を近づける方向に加圧した状態で、超音波振動エネルギを付与することで、前記電線の芯線同士を接合（金属結合）することを提案している。
【０００５】
また、前述したワイヤハーネスの電線には、それぞれの芯線に外部からのノイズが侵入することがある。このノイズの侵入を防止するために、シールド電線を用いることがある。シールド電線は、導電性を有する編組からなるシールド部を備えている。このシールド部が、前記芯線内にノイズが侵入することを防止する。
【０００６】
ここで、近年、前述したワイヤハーネスの低コスト化を図ることが望まれている。このために、前記シールド部を備えない電線を複数本束ね、これらの複数本の電線に薄膜の導体層を有する導体薄膜シートを巻き付けて、ワイヤハーネスを構成することが提案されている。このような構成にすることによって、低コスト化とノイズの侵入防止とを図ることができる。
【０００７】
また、このような構成においても、前記ノイズを取り出すために、前記導体層にアース電線または端子などを取り付ける必要がある。アース電線は、導電性の芯線と、絶縁性の被覆部とを備えている。芯線は、複数の素線からなる。被覆部は絶縁性の合成樹脂からなり、前記芯線を被覆している。
【０００８】
前記導体層にアース電線などを取り付けるために、導体薄膜シートに孔を開けて、該孔に前述したアース電線などの端部を通した後、ワッシャ、ボルト、ナットなどを用いて導体薄膜シートとアース電線とを固定することが考えられる。
【０００９】
この場合、前記アース電線の被覆部の一部を除去するなどの皮むき作業が必要となり、組み立てにかかる工数が増加することが考えられる。また、ワッシャ、ボルト、ナットなどの部品が必要になるので、部品点数が増加する。したがって、コストが高騰することが考えられる。さらに、前述したボルトとナットなどを締め付ける際に、導体層が破損して、確実に前述したアース電線を導体層に接続できないことが考えられる。このため、電線の芯線に侵入しようとするノイズを、外部に逃がすことが困難となる。
【００１０】
前述した課題を解決するために、本発明の出願人は、導体薄膜シートとアース電線とを重ねて、これらを近づける方向に加圧した状態で、超音波振動エネルギを付与することを提案している。超音波振動エネルギを付与することにより、前記導体薄膜シートの導体層とアース電線の芯線とを金属結合（接合）する。こうして、導体薄膜シートの導体層とアース電線とを電気的に接続する。前述した電線同士の接合及び電線と導体薄膜シートとの接合の際には、周知の超音波接合装置を用いる。
【００１１】
前記超音波接合装置は、図２３に示すように、チップ（工具ホーンともいう）１００と、このチップ１００に相対するアンビル１０１と、を備えている。超音波接合装置は、前記チップ１００とアンビル１０１との間に接合対象物としての電線などを挟んで、これらを接合する。これらのチップ１００とアンビル１０１は、互いに相対する端面間に前述した接合対象物を挟む。
【００１２】
また、図２３に例示されたチップ１００とアンビル１０１とは、互いに相対する端面それぞれに格子状に溝１００ａ，１０１ａを形成している。溝１００ａ，１０１ａを形成することにより、チップ１００とアンビル１０１との間に前述した電線などの接合対象物を位置付けている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、チップ１００とアンビル１０１に溝１００ａ，１０１ａを設け、これら溝１００ａ，１０１ａ間の間隔が狭すぎると、超音波振動エネルギを付与している間にチップ１００とアンビル１０１との間から接合対象物が抜け出ることがあった。このため、勿論、接合対象物を十分な接合強度で接合できなかった。
【００１４】
また、前記溝１００ａ，１０１ａ間の間隔が広すぎても、特に電線を接合する際に、芯線を構成する素線全てを加圧することが困難となり、各素線を確実に接合することが困難であった。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、電線などを接合対象物と十分な強度で確実に接合できる超音波接合装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の超音波接合装置は、駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源により前記チップを振動させて該振動を前記電線に伝えることで、前記電線と接合対象物を互いに接合する超音波接合装置において、前記電線は、複数の素線からなる芯線と該芯線を被覆する被覆部とを備えており、前記チップの前記アンビルに相対する端面には格子状に溝が形成され、かつ、互いに隣り合う溝間は断面山形の凸部が形成され、そして、前記端面とアンビルとの間に前記電線と接合対象物とが挟まれて接合されるとともに、互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の一本の外径の２５％以上２１０％以下であることを特徴とする超音波接合装置。
【００１７】
請求項２に記載の本発明の超音波接合装置は、駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源により前記チップを振動させて該振動を前記電線に伝えることで、前記電線と接合対象物を互いに接合する超音波接合装置において、前記電線は、複数の素線からなる芯線と該芯線を被覆する被覆部とを備えており、前記チップの前記アンビルに相対する端面と前記アンビルの前記チップに相対する端面との双方には格子状に溝が形成され、かつ、互いに隣り合う溝間は断面山形の凸部が形成され、そして、前記端面間に前記電線と接合対象物とが挟まれて接合されるとともに、互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の一本の外径の２５％以上１２０％以下であることを特徴とする超音波接合装置。
【００１８】
請求項３に記載の本発明の超音波接合装置は、請求項１または請求項２に記載の超音波接合装置において、前記電線と接合対象物とを接合する際に、互いの間に電線を位置付けて、接合対象物に接合するように前記電線の各素線を案内する一対の電線ガイドを備えたことを特徴としている。
【００１９】
請求項４に記載の本発明の超音波接合装置は、請求項３に記載の超音波接合装置において、前記素線の外径をＲ、前記電線の素線の数をＮとすると、一対の電線ガイド間の間隔Ｄは、Ｒ×（Ｎ−０．５）＜Ｄ＜Ｒ×（Ｎ＋０．５）を満たしていることを特徴としている。
【００２０】
請求項１に記載した本発明の超音波接合装置によれば、チップの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の２５％以上で２１０％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。
【００２１】
請求項１に記載の本発明では、互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の外径の５５％以上１２０％以下であっても良い。
【００２２】
この場合、チップの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の５５％以上で１２０％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【００２３】
さらに、請求項１に記載の本発明では、互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の外径の８０％以上１０６％以下であっても良い。
【００２４】
この場合、チップの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の８０％以上で１０６％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【００２５】
請求項２に記載した本発明の超音波接合装置によれば、チップとアンビルの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の２５％以上で１２０％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。
【００２６】
請求項２に記載の本発明では、互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の外径の５０％以上１１５％以下であっても良い。
【００２７】
この場合、チップとアンビルの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の５０％以上で１１５％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【００２８】
さらに、請求項２に記載の本発明では、互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の外径の８０％以上１０５％以下であっても良い。
【００２９】
この場合、チップとアンビルの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の８０％以上で１０５％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【００３０】
請求項３に記載した本発明の超音波接合装置によれば、一対の電線ガイドが接合対象物と接合するように電線の各素線を案内する。このため、電線の各素線は、確実に接合対象物と接合する。
【００３１】
請求項４に記載した本発明の超音波接合装置によれば、一対の電線ガイド間の間隔Ｄは、素線数から０．５を引いて素線の外径をかけて得た値より大きい。このため、素線を重ねずに一対の電線ガイド間に位置付けることができる。また、一対の電線ガイド間の間隔Ｄは、素線数に０．５を足して素線の外径をかけて得た値より小さい。このため、一対の電線ガイド間に位置付けられた電線の芯線の各素線は、確実に格子状に形成された溝間の凸部に接触する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる超音波接合装置１を図１ないし図１４を参照して説明する。図１などに示す超音波接合装置１は、図８及び図９に示すように、電線２と第２の電線３とを互いに電気的に接続するために用いられる。なお、第２の電線３は、本明細書に記した接合対象物をなしている。
【００３３】
電線２は、断面形状が丸形に形成されている。電線２は、導電性の芯線４と、絶縁性の被覆部５とを備えている。芯線４は、複数の素線６からなる。素線６は、銅、銅合金などの導電性の金属からなる。複数の素線６が撚り合わされて、芯線４が構成されている。図示例では、芯線４は、７本の素線６からなる。被覆部５は、絶縁性の合成樹脂からなり、前記芯線４を被覆している。
【００３４】
第２の電線３は、前記電線２と構成が同一である。このため、第２の電線３の電線２と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。前記電線２と第２の電線３には、前記芯線４の素線６同士が接合（金属結合）した接合箇所Ｓが形成されている。接合箇所Ｓの近傍では、被覆部５同士が溶着している。
【００３５】
図１に示す超音波接合装置１は、電線２と第２の電線３を重ねて、これらを互いに近づける方向に加圧して、これらの電線２と第２の電線３に超音波振動エネルギを付与することにより、芯線４の素線６同士を接合する。また、本明細書でいう超音波振動エネルギとは、超音波接合装置１が接合対象物を接合させる際に、該接合対象物に与えるエネルギを示している。超音波振動エネルギとは、例えば、後述の電源１０が発振器１１に印加する際の電力値（Ｗ：ワット数）に、前記電源１０が発振器１１に印加する時間を、かけて得られるエネルギである。
【００３６】
超音波接合装置１は、図１に示すように、電源１０と、発振器１１と、駆動源としての振動子１２と、ホーン１３と、チップ１４（工具ホーンともいう）と、このチップ１４に相対するアンビル１５と、ばらけ防止部材１６などを備えている。電源１０は、前記発振器１１に印加する。
【００３７】
発振器１１は、電源１０によって印加させると振動子１２を振動させる。振動子１２には、ホーン１３が取り付けられている。ホーン１３の先端部には、チップ１４が取り付けられている。このため、振動子１２は、ホーン１３などを介してチップ１４を振動させる。チップ１４とアンビル１５は、互いの間に電線２と接合対象物としての第２の電線３を挟むことができる。ばらけ防止部材１６は、アンビル１５に取り付けられており、電線２の素線６全てが第２の電線３の芯線４の素線６と接合するように、前記電線２の素線６を案内する。なお、チップ１４とアンビル１５とばらけ防止部材１６の詳細構成は、後ほど説明する。
【００３８】
超音波接合装置１は、チップ１４とアンビル１５との間に互いに接合する接合対象物を挟み、これらのチップ１４とアンビル１５とを互いに近づける方向に加圧した状態で、発振器１１で振動子１２を振動させてこの振動をホーン１３経由でチップ１４に伝える。そして、超音波接合装置１は、チップ１４とアンビル１５との間に挟んだ接合対象物に超音波振動エネルギを与えて該対象物を接合する。
【００３９】
チップ１４は、四角柱状に形成されており、図２ないし図５に示すように、アンビル１５と相対する端面１７を備えている。チップ１４は、更に、前記端面１７に複数の第１の溝１８と複数の第２の溝１９を形成している。第１の溝１８は、それぞれ端面１７から凹に形成されている。第１の溝１８は、それそれ直線状に延びている。複数の第１の溝１８は、互いに平行である。第１の溝１８は、図５に示すように、断面逆Ｖ字状に形成されている。互いに隣り合う第１の溝１８間は、断面山形に形成されている。
【００４０】
第２の溝１９は、それぞれ端面１７から凹に形成されている。第２の溝１９は、それそれ直線状に延びている。複数の第２の溝１９は、互いに平行である。第２の溝１９は、第１の溝１８に交差している。図示例では、第１の溝１８と第２の溝１９とは、互いに直交している。第２の溝１９は、断面逆Ｖ字状に形成されている。互いに隣り合う第２の溝１９間は、断面山形に形成されている。
【００４１】
前述した複数の第１の溝１８と第２の溝１９により、端面１７には、複数の第１の溝１８が並ぶ方向と複数の第２の溝１９が並ぶ方向との双方に沿って、凹部２０と凸部２１とが交互に配されている。凹部２０は、断面逆Ｖ字状に形成されている。
【００４２】
凸部２１は、図５に示すように、断面Ｖ字状に形成されている。互いに隣り合う凹部２０の内面と凸部２１の表面とは、連続している。こうして、複数の第１の溝１８と第２の溝１９により、端面１７の断面形は鋸歯状に形成されている。
【００４３】
さらに、前述した第１の溝１８と第２の溝１９は、本明細書に記した溝をなしている、このため、チップ１４のアンビル１５に相対する端面１７に、格子状に溝１８，１９が形成されている。また、互いに隣り合う溝１８，１９間は、断面山形に形成されている。
【００４４】
また、互いに隣り合う第１の溝１８の中心間の間隔と互いに隣り合う第２の溝１９の中心間の間隔とは等しい。以下第２の溝１９の中心間の間隔を代表して符号ｄ（図５に示す）で示す。これらの間隔ｄは、前記素線６の外径Ｒ（図１０に示す）の２５％以上２１０％以下に形成されている。
【００４５】
アンビル１５は、図１に示すように、ベース板２２と、柱部２３とを備えている。ベース板２２は、チップ１４とアンビル１５とが相対する方向に対し直交に沿って平坦である。柱部２３は、ベース板２２からチップ１４に向かって突出している。柱部２３は、四角柱状に形成されている。また、柱部２３は、チップ１４と相対する端面２４を備えている。端面２４は、アンビル１５の端面をなしている。端面２４は、チップ１４とアンビル１５とが相対する方向に対し直交に沿って平坦である。
【００４６】
ばらけ防止部材１６は、図６及び図７に示すように、部材本体２５と、一対の電線保持溝２６，２７と、四つのばらけ防止突起２８と、を備えている。部材本体２５は、平板状に形成されている。部材本体２５は、図１に示すように、ベース板２２に取り付けられている。部材本体２５には、内側にアンビル１５を収容できる孔２９が形成されている。孔２９は、部材本体２５を貫通している。部材本体２５は、ベース板２２に取り付けられると、孔２９内にアンビル１５を収容する。すると、孔２９を通して端面２４即ちアンビル１５は、端面１７即ちチップ１４と相対する。
【００４７】
電線保持溝２６，２７は、ベース板２２に取り付けられると部材本体２５のチップ１４と相対する表面２５ａに設けられている。電線保持溝２６，２７は、表面２５ａから凹にでかつ直線状に形成されている。電線保持溝２６，２７は、断面円弧状に形成されている。電線保持溝２６，２７は、互いに交差している。図示例では、電線保持溝２６，２７は、互いに直交している。電線保持溝２６，２７のうち一方は、第２の電線３を収容し、他方は電線２を収容する。また、電線保持溝２６，２７の内面の前記表面２５ａから最も離れた底２６ａ，２７ａは、前記端面２４と同一平面に位置している。
【００４８】
ばらけ防止突起２８は、部材本体２５の表面２５ａから突出している。ばらけ防止突起２８は、電線保持溝２６，２７が互いに交差した交差部３０の近傍に配されている。四つのばらけ防止突起２８は、四方から前記交差部３０を囲むように、前記部材本体２５の表面２５ａに設けられている。四つのばらけ防止突起２８の互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄ（図２に示す）は、前記素線６の外径をＲ（図１０に示す）、前記電線２の素線６の数をＮとすると、Ｒ×（Ｎ−０．５）＜Ｄ＜Ｒ×（Ｎ＋０．５）を満たしている。なお、ばらけ防止突起２８は、本明細書に記した電線ガイドをなしている。
【００４９】
本実施形態では、Ｎ＝７であるので、一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄは、６．５Ｒ＜Ｄ＜７．５Ｒを満たしている。なお、前記一対のばらけ防止突起２８は、互いの間に一方の電線保持溝２６を位置させている。また、互いに隣り合いかつ互いの間に他方の電線保持溝２７を位置させる一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄも上記関係を満たしている。
【００５０】
前述した構成の超音波接合装置１を用いて、電線２と第２の電線３の芯線４の素線６同士を接合する際は、まず、一方の電線保持溝２６内に第２の電線３を収容して、他方の電線保持溝２７に電線２を収容する。このとき、電線２と第２の電線３とを重ねるとともに、第２の電線３をアンビル１５側に配し、電線２をチップ１４側に配す。そして、図１０に示すように、チップ１４とアンビル１５との間に電線２と第２の電線３とを挟む。
【００５１】
電線２，３が互いに近づく方向（密着する方向）に、チップ１４とアンビル１５とを加圧した状態で、発振器１１で振動子１２を振動する。この振動は、ホーン１３を経由してチップ１４に伝わる。チップ１４が、アンビル１５に対して振動して、チップ１４の振動が電線２に伝わる。すると、チップ１４とアンビル１５との間に位置する電線２，３の被覆部５が溶ける。
【００５２】
チップ１４とアンビル１５とが互いに近づく方向に加圧されているため、溶けた電線２，３の被覆部５が、電線２の芯線４と第２の電線３の芯線４との間から除去される。そして、電線２の複数の素線６が端面１７，２４に沿って並ぶとともに、第２の電線３の複数の素線６が端面１７，２４に沿って並ぶ。そして、図１１に示すように、電線２の各素線６が、第２の電線３の各素線６に接触する。接触すると、電線２の各素線６と第２の電線３の各素線６とが溶融しない状態で固相のまま互いに金属結合する。その後、振動子１２の振動を止める。すると、電線２，３の溶けた被覆部５は、互いに溶着する。こうして、接合箇所Ｓで、芯線４の素線６同士が接合し、被覆部５同士が溶着する。
【００５３】
こうして、電線２，３の芯線４を構成する複数の素線６同士は、いわゆる超音波接合（超音波溶接または超音波溶着ともいう）によって互いに接合される。こうして、電線２，３同士を接合する。
【００５４】
次に、本発明の発明者らは、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄが異なるチップ１４を複数製造した。これらのチップ１４を用いて、電線２と第２の電線３とを接合して、接合強度を測定した。結果を図１２に示す。なお、図１２中の縦軸の接合強度は、前記端面１７に溝１８，１９を形成しないときの電線２と第２の電線３との接合強度を１００％として示している。また、図１２中の横軸は、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄと素線６の外径Ｒとの比を示している。即ち、図１２中の横軸は、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄを素線６の外径Ｒで除した値を示している。
【００５５】
図１２によれば、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄと素線６の外径Ｒとの比を、０から１に近づけていくと、接合強度が徐々に向上することが明らかとなった。また、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄと素線６の外径Ｒとの比を１から１．２５まで大きくすると、接合強度が徐々に低下することが明らかとなった。さらに、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄと素線６の外径Ｒとの比を１．２５から１．６まで大きくすると、接合強度が若干向上し、１．６より大きくすると接合強度が徐々に低下することがあきらかとなった。
【００５６】
本実施形態によれば、チップ１４の端面１７に形成された複数の溝１８，１９のうち互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄが、素線６の外径Ｒの２５％以上で２１０％以下である。このため、図１２に示す実験結果によると、溝１８，１９を形成していないものの１５０％以上の接合強度を得ることができる。このため、電線２，３の素線６同士を確実に接合出来る。したがって、十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００５７】
また、ばらけ防止部材１６の互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄは、素線６の数から０．５を引いて素線６の外径Ｒをかけて得た値より大きい。なお、前記間隔Ｄが、素線６の数から０．５を引いて素線６の外径Ｒをかけて得た値以下となると、図１３に示すように、電線２の素線６同士が重なり、電線２の素線６のうち少なくとも一つが、第２の電線３の素線６と接合できない。このとき、図１３に示す場合は、前記間隔Ｄを素線６の数から０．５を引いて素線６の外径Ｒをかけて得た値と等しくしている。このため、前述した実施形態では、電線２の素線６を重ねずに互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８間に位置付けることができる。
【００５８】
また、互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄは、素線６の数に０．５を足して素線６の外径Ｒをかけて得た値より小さい。なお、前記間隔Ｄが、素線６の数に０．５を足して素線６の外径Ｒをかけて得た値以上となると、図１４に示すように、チップ１４で十分に電線２の全ての素線６を、第２の電線３に近づける方向に加圧することが困難となる。この場合、勿論、電線２の各素線６を第２の電線３の素線６と十分に接合できない。図１４に示す場合は、前記間隔Ｄを素線６の数に０．５を加えて素線６の外径Ｒをかけて得たと等しい場合を示している。
【００５９】
このように、互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄが、前述した関係を満たしているので、一対のばらけ防止突起２８間に位置付けられらた電線２の各素線６は、確実に溝１８，１９間の凸部２１に接触する。このため、芯線４の各素線６を、確実に第２の電線３の各素線６と接合できる。したがって、十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００６０】
このように、一対のばらけ防止突起２８が第２の電線３と接合するように電線２の各素線６を案内する。このため、電線２の各素線６は、確実に第２の電線３の素線６と接合する。したがって、十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００６１】
なお、前述した実施形態では、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄが、素線６の外径Ｒの２５％以上で２１０％以下である。しかしながら、本発明では、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄを、素線６の外径Ｒの５５％以上で１２０％以下としても良い。この場合、図１２に示す実験結果によると、溝１８，１９を形成していないものの２００％以上の接合強度が得られる。このため、電線２，３の素線６同士をより確実に接合出来る。したがって、より十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００６２】
また、本発明では、互いに隣り合う溝１８，１９の中心間の間隔ｄを、素線６の外径Ｒの８０％以上で１０６％以下としても良い。この場合、図１２に示す実験結果によると、溝１８，１９を形成していないものの２３０％以上の接合強度が得られる。このため、電線２，３の素線６同士をより一層確実に接合出来る。したがって、より一層十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施形態にかかる超音波接合装置１を図１５ないし図１９を参照して説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６４】
本実施形態では、図１５ないし図１８に示すようにチップ１４の端面１７にくわえ、アンビル１５の柱部２３の端面２４にも、複数の第１の溝３１と第２の溝３２を形成している。第１の溝３１は、それぞれ端面２４から凹に形成されている。第１の溝３１は、それそれ直線状に延びている。複数の第１の溝３１は、互いに平行である。第１の溝３１は、断面Ｖ字状に形成されている。互いに隣り合う第１の溝３１間は、断面山形に形成されている。
【００６５】
第２の溝３２は、それぞれ端面２４から凹に形成されている。第２の溝３２は、それそれ直線状に延びている。複数の第２の溝３２は、互いに平行である。第２の溝３２は、第１の溝３１に交差している。図示例では、第１の溝３１と第２の溝３２とは、互いに直交している。第２の溝３２は、断面Ｖ字状に形成されている。互いに隣り合う第２の溝３２間は、断面山形に形成されている。
【００６６】
前述した複数の第１の溝３１と第２の溝３２により、端面２４には、複数の第１の溝３１が並ぶ方向と複数の第２の溝３２が並ぶ方向との双方に沿って、凹部３３と凸部３４とが交互に配されている。凹部３３は、断面Ｖ字状に形成されている。凸部３４は、断面逆Ｖ字状に形成されている。互いに隣り合う凹部３３の内面と凸部３４の表面とは、連続している。こうして、複数の第１の溝３１と第２の溝３２により、端面２４の断面形は鋸歯状に形成されている。
【００６７】
さらに、前述した第１の溝３１と第２の溝３２は、本明細書に記した溝をなしている、このため、アンビル１５のチップ１４に相対する端面２４に、格子状に溝３１，３２が形成されている。また、互いに隣り合う溝３１，３２間は、断面山形に形成されている。
【００６８】
また、互いに隣り合う第１の溝３１の中心間の間隔と互いに隣り合う第２の溝３２の中心間の間隔とは等しい。以下、第２の溝３２の中心間の間隔を代表して符号ｄ１（図１８に示す）で示す。間隔ｄ１は前記間隔ｄと等しい。間隔ｄ１は、前記素線６の外径Ｒの２５％以上１２０％以下に形成されている。
【００６９】
さらに、互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄは、前述した第１の実施形態と同様に、前記素線６の外径をＲ、前記電線２の素線６の数をＮとすると、Ｒ×（Ｎ−０．５）＜Ｄ＜Ｒ×（Ｎ＋０．５）を満たしている。
【００７０】
本実施形態の超音波接合装置１を用いて、電線２と第２の電線３とを接合する際には、前述した第１の実施形態と同様に、チップ１４の端面１７とアンビル１５の端面２４との間に電線２と第２の電線３とを挟む。これらの電線２，３を互いに近づく方向に加圧して、チップ１４により電線２を振動させて、これらの電線２，３に超音波振動エネルギを付与する。そして、電線２の各素線６を第２の電線３の素線６と接合する。
【００７１】
次に、本発明の発明者らは、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１が異なるチップ１４とアンビル１５を複数製造した。これらのチップ１４とアンビル１５を用いて、電線２と第２の電線３とを接合して、接合強度を測定した。結果を図１９に示す。なお、図１９中の縦軸の接合強度は、前記端面１７，２４に溝１８，１９，３１，３２を形成しないときの電線２と第２の電線３との接合強度を１００％として示している。また、図１９中の横軸は、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１と素線６の外径Ｒとの比を示している。即ち、図１９中の横軸は、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１を素線６の外径Ｒで除した値を示している。
【００７２】
図１９によれば、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１と素線６の外径Ｒとの比を、０から１に近づけていくと、接合強度が徐々に向上することが明らかとなった。また、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１と素線６の外径Ｒとの比を１から１．６７まで大きくすると、接合強度が徐々に低下することが明らかとなった。
【００７３】
本実施形態によれば、チップ１４とアンビル１５の端面１７，２４に形成された互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１が、素線６の外径Ｒの２５％以上で１２０％以下である。このため、図１９に示す実験結果によると、溝１８，１９，３１，３２を形成していないものの１２５％以上の接合強度を得ることができる。このため、電線２の各素線６を第２の電線３と確実に接合出来る。したがって、十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００７４】
さらに、ばらけ防止部材１６の互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８間の間隔Ｄが、前述した関係を満たしている。このため、互いに隣り合う一対のばらけ防止突起２８が第２の電線３の素線６と接合するように電線２の各素線６を案内する。このため、電線２の各素線６は、確実に第２の電線３の素線６と接合する。したがって、十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００７５】
なお、前述した実施形態では、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１が、素線６の外径Ｒの２５％以上で１２０％以下である。しかしながら、本発明では、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１を、素線６の外径Ｒの５０％以上で１１５％以下としても良い。この場合、図１９に示す実験結果によると、溝１８，１９，３１，３２を形成していないものの１５０％以上の接合強度が得られた。このため、電線２，３の素線６同士をより確実に接合出来る。したがって、より十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００７６】
また、本発明では、互いに隣り合う溝１８，１９，３１，３２の中心間の間隔ｄ，ｄ１を、素線６の外径Ｒの８０％以上で１０５％以下としても良い。この場合、図１９に示す実験結果によると、溝１８，１９，３１，３２を形成していないものの１７５％以上の接合強度が得られた。このため、電線２，３の素線６同士をより一層確実に接合出来る。したがって、より一層十分な接合強度で、電線２と第２の電線３とを接合できる。
【００７７】
さらに、前述した第１及び第２の実施形態では、電線２，３同士を接合している。しかしながら、本発明では、図２０に示すように、電線２を、接合対象物としての導体薄膜シート４０に接合しても良い。なお、図２０において、前述した第１及び第２の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７８】
導体薄膜シート４０は、アルミニウムやアルミニウム合金などの導電性の金属からなりシート状に形成されている。前記電線２の芯線４の各素線６と導体薄膜シート４０とが接合（金属結合）した接合箇所Ｓが設けられている。この場合、ばらけ防止突起２８を四つ設けなくても良い。ばらけ防止突起２８を一対設ければ良い。
【００７９】
また、本発明の超音波接合装置１では、ばらけ防止部材１６の代わりに図２１に示すばらけ防止治具４１を用いてもよい。図２１に示すばらけ防止治具４１は、帯板状の金属からなる治具本体４２と、複数のスリット４３を備えている。スリット４３は、治具本体４２の長手方向の両端部を切り欠いている。スリット４３は、治具本体４２の長手方向の両端から該治具本体４２の中央に向かって、治具本体４２を切り欠いている。
【００８０】
治具本体４２の幅方向に沿って互いの間にスリット４３を位置付ける治具本体４２の一対の部分４２ａは、本明細書に記した電線ガイドをなしている。前記スリット４３の幅即ち前記一対の部分４２ａ間の間隔Ｄ１は、前記素線６の外径をＲ、前記電線２の素線６の数をＮとすると、Ｒ×（Ｎ−０．５）＜Ｄ＜Ｒ×（Ｎ＋０．５）を満たすようになっている。また、複数のスリット４３の幅即ち前記一対の部分４２ａ間の間隔Ｄ１は、スリット４３毎に異なる。
【００８１】
前述したばらけ防止治具４１を用いる際には、図２２に示すように、前記スリット４３間に電線２を挿入して、超音波接合を行う。なお、電線２の素線６の外径Ｒに応じて、前記関係を満たすスリット４３を用いるとともに、図２２では電線２を導体薄膜シート４０に接合する例を示している。図２２に示すばらけ防止治具４１を用いても、電線２の素線６を確実に導体薄膜シート４０などの接合対象物に接合できる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明は、チップの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の２５％以上で２１０％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【００８３】
請求項２に記載の本発明は、チップとアンビルの端面に形成された複数の溝の互いに隣り合う溝の中心間の間隔が、素線の外径の２５％以上で１２０％以下であるので、各素線を接合対象物と確実に出来る。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【００８４】
請求項３に記載の本発明は、一対の電線ガイドが接合対象物と接合するように芯線の各素線を案内する。このため、芯線の各素線は、確実に接合対象物と接合する。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【００８５】
請求項４に記載の本発明は、一対の電線ガイド間の間隔Ｄは、素線数から０．５を引いて素線の外径をかけて得た値より大きい。このため、一対の電線ガイド間に重なることなく、素線を位置付けることができる。また、一対の電線ガイド間の間隔Ｄは、素線数に０．５を足して素線の外径をかけて得た値より小さい。このため、一対の電線ガイド間に位置付けられらた電線の芯線の各素線は、確実に端面に格子状に形成された溝間の凸部に接触する。このため、芯線の各素線を、確実に接合対象物と接合できる。したがって、十分な接合強度で、電線と接合対象物とを接合できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる超音波接合装置の概略の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示された超音波接合装置のチップとアンビルとの一部を拡大して示す説明図である。
【図３】図２中の矢印ＩＩＩ方向からみたチップの端面の平面図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図３中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図２中の矢印ＶＩ方向からみたばらけ防止部材の一部の平面図である。
【図７】図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】図１に示された超音波接合装置で接合された電線と第２の電線を示す斜視図である。
【図９】図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】図２に示されたチップとアンビルとの間に電線と第２の電線を挟んだ状態を示す説明図である。
【図１１】図１０に示された状態から電線と第２の電線の素線同士を接合した状態を示す説明図である。
【図１２】図２に示されたチップの溝間の間隔と接合強度との関係を示す説明図である。
【図１３】図２に示された超音波接合装置のばらけ防止突起間の間隔が狭すぎる場合を示す説明図である。
【図１４】図２に示された超音波接合装置のばらけ防止突起間の間隔が広すぎる場合を示す説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態にかかる超音波接合装置のチップとアンビルとの一部を拡大して示す説明図である。
【図１６】図１５中の矢印ＸＶＩ方向からみたアンビルの端面の平面図である。
【図１７】図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図１８】図１６中のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１９】図１５に示されたチップとアンビルの溝間の間隔と接合強度との関係を示す説明図である。
【図２０】本発明の超音波接合装置で接合された電線と導体薄膜シートを示す斜視図である。
【図２１】本発明の超音波接合装置の変形例のばらけ防止治具の斜視図である。
【図２２】図２１に示されたばらけ防止治具を用いる状態を示す斜視図である。
【図２３】従来の超音波接合装置のチップとアンビルとの一部を拡大して示す説明図である。
【符号の説明】
１ 超音波接合装置
２ 電線
３ 第２の電線（接合対象物）
４ 芯線
５ 被覆部
６ 素線
１２ 振動子（駆動源）
１４ チップ
１５ アンビル
１７ 端面
１８ 第１の溝（溝）
１９ 第２の溝（溝）
２４ 端面
２８ ばらけ防止突起（電線ガイド）
３１ 第１の溝（溝）
３２ 第２の溝（溝）
４０ 導体薄膜シート（接合対象物）
ｄ，ｄ１ 互いに隣り合う溝の中心間の間隔
Ｄ ばらけ防止突起間の間隔（電線ガイド間の間隔）
Ｄ１ 一部分間の間隔（電線ガイド間の間隔）
Ｒ 素線の外径

Claims (4)

1. 駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源により前記チップを振動させて該振動を前記電線に伝えることで、前記電線と接合対象物を互いに接合する超音波接合装置において、
   前記電線は、複数の素線からなる芯線と該芯線を被覆する被覆部とを備えており、
   前記チップの前記アンビルに相対する端面には格子状に溝が形成され、かつ、互いに隣り合う溝間は断面山形の凸部が形成され、
   そして、前記端面とアンビルとの間に前記電線と接合対象物とが挟まれて接合されるとともに、
   互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の一本の外径の２５％以上２１０％以下である
   ことを特徴とする超音波接合装置。
2. 駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源により前記チップを振動させて該振動を前記電線に伝えることで、前記電線と接合対象物を互いに接合する超音波接合装置において、
   前記電線は、複数の素線からなる芯線と該芯線を被覆する被覆部とを備えており、
   前記チップの前記アンビルに相対する端面と前記アンビルの前記チップに相対する端面との双方には格子状に溝が形成され、かつ、互いに隣り合う溝間は断面山形の凸部が形成され、
   そして、前記端面間に前記電線と接合対象物とが挟まれて接合されるとともに、
   互いに隣り合う溝の中心間の間隔は、前記素線の一本の外径の２５％以上１２０％以下である
   ことを特徴とする超音波接合装置。
3. 前記電線と接合対象物とを接合する際に、互いの間に電線を位置付けて、接合対象物に接合するように前記電線の各素線を案内する一対の電線ガイドを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波接合装置。
4. 前記素線の外径をＲ、前記電線の素線の数をＮとすると、一対の電線ガイド間の感覚Ｄは、Ｒ×（Ｎ−０．５）＜Ｄ＜Ｒ×（Ｎ＋０．５）を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の超音波接合装置。

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