JP5465195B2 - Ultrasonic bonding method - Google Patents
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Description
本発明は超音波接合方法に関し、更に詳細には狭隘部分のある加工材における該狭隘部分の両対向部の夫々において部材同士の接合を行う際に実施する超音波接合方法に係わる。 The present invention relates to an ultrasonic bonding method, and more particularly to an ultrasonic bonding method performed when members are bonded to each other at both opposing portions of a workpiece having a narrow portion.
狭隘部分のある金属或いはプラスチック加工材における該狭隘部分の両対向部の夫々において部材同士の接合を行う場合がある。例えば、加工材が金属加工材であってそれが電池である場合において、該電池の製造においては、アルミニウム等の金属箔からなる正負の電極シートとセパレータとが積層された電極ユニットを対向状態とし、夫々の電極ユニットに銅からなる正負の集電端子を接合する工程がある。 In some cases, the members are joined to each other at both opposing portions of the narrow portion of the metal or plastic processed material having the narrow portion. For example, when the processed material is a metal processed material and it is a battery, in manufacturing the battery, an electrode unit in which a positive and negative electrode sheet made of a metal foil such as aluminum and a separator are laminated is placed in an opposing state. There is a step of joining positive and negative current collecting terminals made of copper to each electrode unit.
そして、従来において斯かる接合は、ホーン、又はホーンと一体加工或いは銀ロー付け、ネジ止め等の手段でホーンに取り付けられ、求める振動モードで超音波振動する接合チップによって加圧した状態で超音波振動を接合部に与えることによって行われる。 Conventionally, such bonding is performed by ultrasonic waves in a state where the horn or the horn is integrally processed, attached to the horn by means of silver brazing, screwing or the like, and pressurized by a bonding tip that vibrates ultrasonically in a desired vibration mode. This is done by applying vibration to the joint.
そして、この場合には、ホーン又は接合チップの加圧力値及び振動振幅値を適切に設定することで安定した接合が可能となる。また、一般的に加圧力値及び振動振幅値の双方又はどちらか一方の値を大きくすることにより接合部へ供給される単位時間あたりの超音波エネルギーを大きくすることが可能となり、結果として接合に要する超音波振動の時間を短縮することができることが知られている。 In this case, stable bonding is possible by appropriately setting the pressure value and the vibration amplitude value of the horn or the bonding tip. In general, it is possible to increase the ultrasonic energy per unit time supplied to the joint by increasing both or either of the pressure value and the vibration amplitude value. It is known that the time required for ultrasonic vibration can be shortened.
また、上記接合において、ホーンそのものによって超音波振動を附与する場合には、相当に間隔の狭い狭隘部分の中に入り込ませるようにすると、それにおける箆状の先端部の厚味を相当薄くしなければならず、そのようになした場合には加圧時にその先端部が撓み、それが原因で接合不良を起こす。そのため、上記の如き手段でホーンに取り付けられ、ホーンの先端部よりも加工面が突出する接合チップによって超音波振動の附与を行うようにすることが多くなっている。 In addition, when ultrasonic vibration is applied by the horn itself in the above-mentioned joining, if it is made to enter into a narrow part with a considerably narrow interval, the thickness of the bowl-shaped tip part thereof is considerably reduced. In such a case, the tip portion is bent at the time of pressurization, which causes poor bonding. For this reason, ultrasonic vibration is often applied by a joining tip that is attached to the horn by the above-described means and has a processed surface protruding from the tip of the horn.
そして、それを具体的に説明すると、例えば図6に示す如く、ホーン100における箆状の先端部100aの厚味を、加圧時に撓みを生じない程度の厚味とし、そして該ホーンの先端部100aの一方側(図示した例では下側)の平坦部に、加工面101aが該ホーンの先端部100aより突出する接合チップ101を取着した構成とし、該接合チップ101の加工面101aの部分を狭隘部分に差し入れ、該接合チップ101をもって対向部の先ず一方側の接合を行い、それが済んだ後でもう一方側の接合を行うようになすものである。尚、102は電池における狭隘部分であり、対向状態の電極ユニット103、103の部分である。また、104、104は正負の集電端子である。尚、前記対向する電極ユニット103、103間の間隔Sは約5mm程度である。また、103a、103aは導電材からなるクリップであり、電極ユニット103、103の夫々の端部を挟んでまとめるものである。
Then, specifically, for example, as shown in FIG. 6, the thickness of the bowl-
しかし、斯かる従来の構成の場合には、狭隘部分102の両対向部、即ち電極ユニット103、103を別々に接合処理しなければならず、作業の効率の面において問題がある。また、加工面101aが接合に適した振動モードを得るには、図6に示すA(加工面101aがホーンの先端部100aにおける下側の平坦部より突出する距離)及びB(加工面101aの先端から接合チップ101のホーンの先端部100aにおける下側の平坦部への取り付け位置までの距離)の寸法に制限があるから、狭隘部分102における開放側102aのごく限られた部分しか接合することができない。即ち、狭隘部分102における奥の方の接合を行うことはできない。また、接合チップ101は、ホーンの先端部100aに片持ち状に支持された状態であり、而も斜め下方に張り出した状態であるから、前記寸法A、Bの両方又はどちらか片方が過大になるとその加工面101aが全体的に均等に振動せず、よって接合が不安定になったり不均一になるという問題が起こる。また、張り出す長さが長くなると、接合時のホーンの先端部100aと加工面101a間の振動振幅差が大きくなり、それに伴いホーンの先端部100aと加工面101aの間に生ずる振動応力も大きくなることから、接合に使用できる加工面101aの振動振幅値は、張り出し長さがごく小さい場合に比べて1/5程度に制限されてしまう。その結果、接合時間が長くなったり、接合品質が安定しないという不具合が生ずる。
However, in the case of such a conventional configuration, both opposing portions of the
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであって、対向する部分の間隔が狭い狭隘部分の両対向部の夫々において部材同士の接合を行う場合に、従来の如く別々に行うことなく、両対向部を同時に接合処理することによる作業の効率化を図ることができるようになし、加えて狭隘部分の開放側の部分から奥にかけてどの部分においても接合することができると共に、接合部分を全体的に均一に接合することができ、更に、ホーンの先端部に取着する接合チップの図6における寸法Aに相当する部分を小さくして、ホーンの先端部と接合チップの加工面間の接合時の振動振幅差を小さくすることで、接合部へ供給される単位時間あたりの超音波エネルギーを大きくすることを可能にし、結果として接合に要する超音波振動の時間を短縮することができると共に、一層広い接合面積を得ることができるようになした超音波接合方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and when performing the joining of members at each of the opposing portions of the narrow portion where the interval between the opposing portions is narrow, without performing separately as in the past, It is possible to increase the efficiency of the work by joining both opposing parts at the same time, and in addition, it is possible to join any part from the open side part to the back part of the narrow part, and the whole joined part In addition, the portion corresponding to the dimension A in FIG. 6 of the joining tip attached to the tip of the horn can be made smaller, and the joining between the tip of the horn and the processed surface of the joining tip can be performed. By reducing the vibration amplitude difference at the time, it is possible to increase the ultrasonic energy per unit time supplied to the joint, and consequently shorten the time of ultrasonic vibration required for joining With it, it is intended to provide an ultrasonic bonding method without so as to obtain a wider bonding area.
本発明は、上記課題を解決するために、ホーンの形状を、狭い狭隘部分の対向部間に入り込ませるために、その先端部を所定の厚味の箆状に形成すると共に、該箆状の先端部の両平坦部に夫々加工面の該平坦部からの突出距離を所要の範囲内で極力小さくなした接合チップを取着すること、並びにホーンの厚味が少ないと片側から加圧したときに撓みを生じ、もって全体にわたる完全な接合をなし得ないことから、二つのアンビルによって両側からホーンに向けて同時に加圧することによってホーンの撓みを防ぐようになしたことを主要な要素とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention forms the tip of the horn into a predetermined thick hook shape so that the shape of the horn enters between the opposing portions of the narrow narrow portion. Attach a joining tip with the projection distance from the flat part of the processed surface as small as possible within the required range to both flat parts of the tip part, and when pressurizing from one side if the horn thickness is small The main element is to prevent the horn from being bent by simultaneously applying pressure to the horn from both sides with two anvils. It is.
而して、本発明の要旨とするところは、先端部を所定の厚味の箆状に形成すると共に両平坦部に夫々加工面の該平坦部からの突出距離を所要の範囲内で極力小さくなした接合チップを取着したホーンを、対向部の夫々において部材を接合する加工材の狭隘部分の中心に位置せしめると共に、該狭隘部分の両対向部の夫々の外側に、前記ホーンに取着した接合チップと対向するアンビルを配設し、前記ホーンと前記アンビルとの間で所定の圧力で前記狭隘部分の両対向部の夫々を挟んだ状態において前記ホーンにより超音波振動を附与し、狭隘部分の両対向部の夫々において部材同士の接合を行うようになしたことを特徴とする超音波接合方法にある。 Thus, the gist of the present invention is that the tip end portion is formed in a bowl shape with a predetermined thickness, and the protruding distance of the processed surface from the flat portion is made as small as possible within the required range on both flat portions. The horn with the joined chip attached is positioned at the center of the narrow portion of the workpiece to which the member is joined at each of the opposing portions, and is attached to the horn on the outside of the opposing portions of the narrow portion. An anvil facing the bonded tip is disposed, and ultrasonic vibration is applied by the horn in a state in which each of the opposed portions of the narrow portion is sandwiched between the horn and the anvil with a predetermined pressure, The ultrasonic bonding method is characterized in that members are bonded to each other at both opposing portions of the narrow portion.
また、上記方法において、アンビルの両方をホーンと接離する方向に可動となし、同時に且つ同一の圧力で加圧するようになしてもよい。 Further, in the above method, both the anvils may be movable in the direction of contacting and separating from the horn and may be pressurized at the same pressure at the same time.
また、上記方法において、対向するアンビルの一方をホーンと接離する方向に可動となすと共に、もう一方のアンビルを固定となしてもよい。 Further, in the above method, one of the opposing anvils may be movable in a direction in which the anvil is moved toward and away from the horn, and the other anvil may be fixed.
また、上記方法における加工材としては電池を挙げることができる。 Moreover, a battery can be mentioned as a processed material in the said method.
本発明によれば、対向する部分の間隔が狭い狭隘部分の両対向部の夫々において部材同士の接合を行う場合に、従来の如く別々に行うことなく、両対向部を同時に接合処理することによる作業の効率化を図ることができるものである。加えて、狭隘部分の開放側の部分から奥にかけてどの部分においても接合することができると共に、接合部分を全体的に均一に接合することができるものである。更に、ホーンの箆状の先端部に取着する接合チップを、その加工面のホーンの先端の平坦部からの突出距離を所要の範囲内で極力小さくして、ホーンの先端部と接合チップの加工面間の接合時の振動振幅差を小さくすることで、接合部へ供給される単位時間あたりの超音波エネルギーを大きくすることを可能にし、結果として接合に要する超音波振動の時間を短縮することができると共に、一層広い接合面積を得ることができるものである。 According to the present invention, when the members are joined to each other in the opposing portions of the narrow portion where the interval between the opposing portions is narrow, the opposing portions are joined at the same time without separately performing the conventional methods. Work efficiency can be improved. In addition, it can be joined at any part from the open side part to the back part of the narrow part, and the joined part can be joined uniformly throughout. Further, the bonding tip attached to the horn-shaped tip of the horn is made as small as possible within the required range of the processed surface from the flat portion of the horn tip, and the tip of the horn and the bonding tip are connected. By reducing the difference in vibration amplitude at the time of joining between processed surfaces, it is possible to increase the ultrasonic energy per unit time supplied to the joint, resulting in a reduction in the time of ultrasonic vibration required for joining. In addition to this, a wider bonding area can be obtained.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図中、1は超音波振動用のホーンであり、先端部1aを所定の厚味の箆状に形成すると共に両平坦部に夫々接合チップ2、2を取着している。また、該接合チップ2、2は、夫々その加工面2aのホーンの先端の平坦部からの突出距離A′を所要の範囲内で極力小さくしている。また、該接合チップ2、2のホーンの先端部1aへの取着は、一体加工、銀ロー付け、ネジ止め等の適宜の手段で行う。また、該接合チップ2、2の加工面2aには細かい凹凸を多数設けている。尚、該ホーン1を含む超音波接合装置としては、従来公知のものと同様であるから説明は省略する。
In the figure,
3は金属加工材における狭隘部分であり、本実施形態では電池を構成する対向状態の電極ユニット4、4の部分である。また、該電極ユニット4、4は、アルミニウム等の金属箔からなる正負の電極シートとセパレータとが積層されたものである。尚、4a、4aは導電材からなるクリップであり、電極ユニット4、4の夫々の端部を挟んでまとめるものである。また、5、5は銅からなる正負の集電端子であり、前記電極ユニット4、4の夫々に接合するものである。尚、本実施形態において、前記対向する電極ユニット4、4間の間隔Sは5mmであり、また前記ホーン1の先端部1aの厚味Wは4mmである。また、各接合チップ2、2の加工面2aのホーンの先端の平坦部からの突出距離A′は0.2mmである。
6、6はアンビルであり、両方共に前記ホーン1と接離する方向に可動となし、同時に且つ同一の圧力で加圧するようになしている。また、該アンビル6、6の加工材との接触面には凹凸を多数設けている。尚、該アンビル6、6を移動せしめるには、従来公知の適宜の機構を採用して行えばよい。
本実施形態に係る超音波接合方法は、前記ホーン1を、対向する電極ユニット4、4間の中心に位置せしめると共に、該電極ユニット4、4及びこれらの外面に重合した集電端子5、5の夫々の外側に、前記ホーン1に取着した接合チップ2、2と対向するようにアンビル6、6を配設し、該アンビル6、6を同時に移動せしめて、ホーン1とアンビル6、6の夫々との間で所定の圧力で電極ユニット4、4及び集電端子5、5の夫々を挟んだ状態とし、そしてこの状態においてホーン1により超音波振動を附与し、両電極ユニット4、4の夫々において集電端子5、5と接合するようになしたものである。
In the ultrasonic bonding method according to the present embodiment, the
而して、本実施形態は、上記の如く、ホーン1の形状を、狭い狭隘部分3、本実施形態では電極ユニット4、4の対向部間に入り込ませるために、その先端部1aを所定の厚味の箆状に形成すると共に、該箆状の先端部の両平坦部に夫々加工面2aの該平坦部からの突出距離A′を所要の範囲内で極力小さくした接合チップ2、2を取着すること、並びにホーン1の厚味が少ないと片側から加圧したときに撓みを生じ、もって全体にわたる完全な接合をなし得ないことから、二つのアンビル6、6によって両側からホーン1に向けて同時に加圧することによってホーン1の撓みを防ぐようになしたことを主要な要素とするものである。
Thus, in the present embodiment, as described above, in order to allow the shape of the
これにより、対向する部分の間隔が狭い狭隘部分3、本実施形態では電極ユニット4、4の両対向部の夫々において部材同士、本実施形態では電極ユニット4と集電端子5の接合を行う場合に、従来の如く別々に行うことなく、両対向部を同時に接合処理することによる作業の効率化を図ることができるものである。加えて、狭隘部分3の開放側の部分から奥にかけてどの部分においても接合することができると共に、接合部分を全体的に均一に接合することができるものである。更に、ホーンの箆状の先端部1aに取着する接合チップ2を、その加工面2aのホーンの先端の平坦部からの突出距離A′を所要の範囲内で極力小さくして、ホーンの先端部1aと接合チップ2の加工面2a間の接合時の振動振幅差を小さくすることで、接合部へ供給される単位時間あたりの超音波エネルギーを大きくすることを可能にし、結果として接合に要する超音波振動の時間を短縮することができると共に、一層広い接合面積を得ることができるものである。
Thereby, in the
次に、図5に示した本発明の第2実施形態に係る超音波接合方法について説明する。 Next, an ultrasonic bonding method according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 will be described.
本実施形態は、対向するアンビル6、6の一方をホーン1と接離する方向に可動となすと共に、もう一方のアンビル6を固定となしたものである。尚、その他の構成は前記第1実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
In the present embodiment, one of the
本実施形態は、ホーン1を、対向する電極ユニット4、4間に位置せしめた状態において可動側のアンビル6を固定側のアンビル6に向けて移動させることにより、ホーン1とアンビル6、6の夫々との間で所定の圧力で電極ユニット4、4及び集電端子5、5の夫々を挟み、この状態においてホーン1により超音波振動を附与し、両電極ユニット4、4の夫々において集電端子5、5と接合するようになしたものである。
In this embodiment, the
これにより、本実施形態も前記第1実施形態と同様の効果を奏するものである。 Thereby, this embodiment also has the same effect as the first embodiment.
また、以上の実施形態においては加工材として金属加工材を示したが、プラスチック加工材にも同様に実施することができるものである。 Moreover, in the above embodiment, although the metal processed material was shown as a processed material, it can implement similarly to a plastic processed material.
1 ホーン
1a ホーンの先端部
2、2 接合チップ
3 加工材の狭隘部分
4、4 電極ユニット
5、5 集電端子
6、6 アンビル
DESCRIPTION OF
Claims (4)
The ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the processed material is a battery.
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