JP6389646B2 - 超音波接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波接合装置に関するものである。

従来より、被覆電線の導体と金属製の接合対象物とを、超音波接合装置を用いて接合することが行われている。また、特許文献１には、二つのフレキシブルフラットケーブルの導体同士を接合するために用いられる超音波接合装置が開示されている。図１３は、当該超音波接合装置５０１のホーンに取り付けられたチップ５１４の斜視図である。

図１３に示すように、チップ５１４には、アンビルに相対する平らな先端面５１７と、この先端面５１７から凹に形成された複数の溝５１８と、が設けられている。複数の溝５１８は、チップ５１４の振動方向Ｗと直交する方向に直線状に延びている。

上記チップ５１４を備えた超音波接合装置５０１は、チップ５１４とアンビルとの間に二つのフレキシブルフラットケーブルを挟んだ状態で、チップ５１４をアンビルに近付けながら方向Ｗに超音波振動させて、チップ５１４側のフレキシブルフラットケーブルを振動させる。このことにより二つのフレキシブルフラットケーブルの導体間の被覆部が溶けて該被覆部が溝５１８内に進入し、導体同士が接触して固相接合される。

特開２００９−４３５３８号公報

上述した超音波接合装置５０１においては、溶けた被覆部が溝５１８内に滞留し、チップ５１４の外側に排出され難い構造であるがゆえに、接合される導体間に被覆部の一部が残留し、導体同士の接合強度が低下してしまうことがあるという問題があった。

したがって、本発明は、被覆電線の導体と接合対象物とを互いに接合する超音波接合装置において、導体と接合対象物との接合強度を高めることができる超音波接合装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、ホーンに取り付けられたチップと、該チップと第１方向に相対するアンビルと、の間に被覆電線と接合対象物とを挟むとともに前記被覆電線を前記チップ側に配置し、前記チップを前記アンビルに近付けながら前記第１方向と直交する第２方向に振動させて前記被覆電線を振動させることで、前記被覆電線の被覆部を溶かして、当該被覆電線の導体と接合対象物とを互いに接合する超音波接合装置において、前記チップに、前記アンビルに相対する平らな先端面と、該先端面から凹に形成された凹部と、が設けられ、前記凹部が、前記第１方向に対して傾斜したテーパ面を有しており、前記チップに、前記第２方向に並んだ複数の前記凹部が設けられていることを特徴とする超音波接合装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記チップは、前記第２方向の外寸が、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向の外寸よりも長く形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記テーパ面が、前記アンビルから遠ざかるにしたがって前記チップの前記第３方向外側に向かう方向に傾斜していることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記先端面が、前記チップの前記第３方向中央において前記第２方向に直線状に延びた第１直線部と、前記第３方向に直線状に延びて前記第１直線部と交差した複数の第２直線部と、で構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記テーパ面が、前記アンビルから遠ざかるにしたがって前記チップの前記第２方向中央に向かう方向に傾斜していることを特徴とするものである。

請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明において、前記凹部が、前記テーパ面に相対しかつ前記第１方向に延びた垂直面を有していることを特徴とするものである。

請求項７に記載された発明は、請求項５又は請求項６に記載された発明において、前記凹部が、前記先端面と前記テーパ面とを滑らかにつないだ曲面を有していることを特徴とするものである。

請求項１，２に記載された発明によれば、前記チップに、前記アンビルに相対する平らな先端面と、該先端面から凹に形成された凹部と、が設けられ、前記凹部が、前記第１方向に対して傾斜したテーパ面を有している。このような形状のチップを用いることにより、溶けた被覆部をチップ外側に排出し易くでき、導体と接合対象物との間に残留する被覆部の量を少なくすることができる。よって、導体と接合対象物との接合強度を高めることができる。

請求項３，４に記載された発明によれば、前記テーパ面が、前記アンビルから遠ざかるにしたがって前記チップの前記第３方向外側に向かう方向に傾斜しているので、溶けた被覆部をチップの第３方向外側に排出し易くできる。

請求項５に記載された発明によれば、前記テーパ面が、前記アンビルから遠ざかるにしたがって前記チップの前記第２方向中央に向かう方向に傾斜しているので、溶けた被覆部をチップの第２方向中央側から第２方向外側に排出し易くできる。

請求項６に記載された発明によれば、前記凹部が、前記テーパ面に相対しかつ前記第１方向に延びた垂直面を有しているので、垂直面によって、溶けた被覆部の排出をさらに促進することができる。

請求項７に記載された発明によれば、前記凹部が、前記先端面と前記テーパ面とを滑らかにつないだ曲面を有しているので、曲面によって、溶けた被覆部の排出をさらに促進することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる超音波接合装置が被覆電線と接合対象物とを接合している様子を示す斜視図である。 図１に示された超音波接合装置の要部拡大図である。 図１に示された超音波接合装置の正面図である。 図１に示された超音波接合装置のホーンに取り付けられたチップの斜視図である。 図４に示されたチップの底面図である。 図４に示されたチップの正面図である。 図６に示されたチップのＡ−Ａ線に沿った断面斜視図である。 本発明の第２の実施形態にかかる超音波接合装置が被覆電線と接合対象物とを接合している様子を示す正面図である。 図８に示された超音波接合装置のホーンに取り付けられたチップの斜視図である。 図９に示されたチップの底面図である。 図９に示されたチップの正面図である。 図９に示されたチップの側面図である。 従来の超音波接合装置に設けられたチップの斜視図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる「超音波接合装置」を図１〜７を参照して説明する。図１〜３に示す超音波接合装置１は、被覆電線４の導体４１と接合対象物５とを互いに接合するために用いられる装置である。

被覆電線４は、平型の複数の導体４１と、これら複数の導体４１を被覆した絶縁性合成樹脂から成る被覆部４２と、を有している。複数の導体４１は、当該導体４１の幅方向に互いに間をあけて平行に配置されている。この被覆電線４は、一般的にフレキシブルフラットケーブルと呼ばれるものである。また、本実施形態では、複数の導体４１うちの一つが接合対象物５と接合される。接合対象物５は、細長い板状の金属板である。

超音波接合装置１は、ホーンと、該ホーンに取り付けられたチップ３と、該チップ３と第１方向に相対するアンビル２と、ホーンを介してチップ３を第１方向に移動させ、かつ、第１方向と直交する第２方向に超音波振動させる駆動機構と、を備えている。図１〜３の符号２０は、アンビル２の載置面である。この載置面２０には、凹凸が形成されている。前記「第１方向」は、図１の矢印Ｙと平行な方向である。前記「第２方向」は、図１の矢印Ｘと平行な方向である。

超音波接合装置１を用いて被覆電線４の導体４１と接合対象物５とを接合する手順を説明する。まず、チップ３をアンビル２から離した状態で、アンビル２の載置面２０に接合対象物５をセットし、その上に被覆電線４を重ねる。この際、接合対象物５を、その長手方向が矢印Ｘ方向となる向きで載置面２０にセットする。また、被覆電線４を、導体４１の長手方向が矢印Ｘ方向となる向きで接合対象物５の上に重ねるとともに、接合対象物５と接合される導体４１が接合対象物５の直上に位置するように重ねる。

そして、チップ３をアンビル２に近付けてチップ３とアンビル２との間に被覆電線４と接合対象物５とを挟み、チップ３をさらにアンビル２に近付けながら（すなわち被覆電線４及び接合対象物５をチップ３とアンビル２とで加圧しながら）第２方向に超音波振動させて被覆電線４を振動させる。このことにより、チップ３と接合対象物５との間に位置する被覆部４２が溶けるとともに溶けた被覆部４２がチップ３の外側に排出され、チップ３が導体４１に接触する。そして、チップ３をさらにアンビル２に近付けながら超音波振動させることにより、導体４１と接合対象物５とが接触して固相接合される。

上記超音波接合装置１においては、溶けた被覆部４２のチップ３外側への排出を促進して導体４１と接合対象物５との間に残留する被覆部４２の量を少なくするために、チップ３を以下に示す形状としている。なお、導体４１と接合対象物５との間に残留する被覆部４２の量を少なくすることにより、導体４１と接合対象物５との接合強度を高くすることができる。

上記チップ３は、図４〜７に示すように、アンビル２に相対する平らな先端面３０と、先端面３０に垂直な四つの側面３３，３４，３５，３６と、を有する四角柱状に形成されている。側面３３，３４は、前記第２方向（矢印Ｘ方向であり、チップ３の振動方向である。）の両端に位置している。側面３５，３６は、前記第１方向（矢印Ｙ方向であり、チップ３とアンビル２が相対する方向である。）及び前記第２方向と直交する第３方向の両端に位置している。前記「第３方向」は、図４の矢印Ｚと平行な方向である。また、チップ３は、第２方向の外寸（すなわち側面３５，３６の矢印Ｘ方向の寸法である。）が、第３方向の外寸（すなわち側面３３，３４の矢印Ｚ方向の寸法である。）よりも長く形成されている。

チップ３には、先端面３０から凹に形成された凹部６が複数設けられている。凹部６は前記第２方向（矢印Ｘ方向）に七つ並んでおり、この七つ並んだ凹部６が前記第３方向（矢印Ｚ方向）に２列に配列されている。各凹部６は、一つのテーパ面６１（請求項の「テーパ面」である。）と、前記第２方向に互いに相対する二つの対向面６２と、の三つの面を有している。テーパ面６１は、前記第１方向（矢印Ｙ方向）に対して傾斜し、かつ、アンビル２から遠ざかるにしたがってチップ３の前記第３方向（矢印Ｚ方向）外側に向かう方向に傾斜している。

また、側面３５側の列の凹部６は、先端面３０及び側面３５の二方向に開口している。当該凹部６のテーパ面６１は、アンビル２から遠ざかるにしたがって側面３５側に向かう方向に傾斜している。また、側面３６側の列の凹部６は、先端面３０及び側面３６の二方向に開口している。当該凹部６のテーパ面６１は、アンビル２から遠ざかるにしたがって側面３６側に向かう方向に傾斜している。

上記複数の凹部６が設けられていることから、先端面３０は、チップ３の第３方向中央において第２方向に直線状に延びた第１直線部３１と、第３方向に直線状に延びて第１直線部３１と交差した複数の第２直線部３２と、で構成されている。

このような形状のチップ３は、上記被覆電線４の被覆部４２が溶けている状態でアンビル２側に移動することにより、側面３５側のテーパ面６１が溶けた被覆部４２を側面側３５に押し出し、側面３６側のテーパ面６１が溶けた被覆部４２を側面側３６に押し出すので、溶けた被覆部４２がチップ３の第３方向外側に排出される。

以上、説明したように、超音波接合装置１は、上記チップ３を用いることにより、被覆電線４と接合対象物５との接合時において、溶けた被覆部４２をチップ３の第３方向外側に排出し易くでき、導体４１と接合対象物５との間に残留する被覆部４２の量を少なくすることができる。よって、導体４１と接合対象物５との接合強度を高めることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態にかかる「超音波接合装置」を図８〜１２を参照して説明する。また、図８〜１２において、前述した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図８に示す超音波接合装置１０１は、第１の実施形態の超音波接合装置１と同様に、被覆電線４の導体４１と接合対象物５とを互いに接合するために用いられる装置である。本実施形態の超音波接合装置１０１は、第１の実施形態のチップ３の代わりにチップ１０３を備えており、それ以外は第１の実施形態の超音波接合装置１と同一の構成である。

上記チップ１０３は、図９〜１２に示すように、アンビル２に相対する平らな先端面１３０と、先端面１３０に垂直な四つの側面１３３，１３４，１３５，１３６と、を有する四角柱状に形成されている。側面１３３，１３４は、チップ１０３の振動方向である第２方向（矢印Ｘ方向）の両端に位置している。側面１３５，１３６は、チップ１０３とアンビル２が相対する方向である第１方向（矢印Ｙ方向）及び前記第２方向と直交する第３方向の両端に位置している。また、チップ１０３は、第２方向の外寸（すなわち側面１３５，１３６の矢印Ｘ方向の寸法である。）が、第３方向の外寸（すなわち側面１３３，１３４の矢印Ｚ方向の寸法である。）よりも長く形成されている。

チップ１０３には、先端面１３０から凹に形成された凹部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが複数設けられている。これら複数の凹部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、前記第２方向（矢印Ｘ方向）に七つ並んでいる。図１１に示すように、凹部１０６ａは、一つ設けられており、チップ１０３における第２方向の中央に位置している。また、図１１中の一点鎖線Ｂは、チップ１０３における第２方向の中央線である。凹部１０６ｂは、三つ設けられており、前記凹部１０６ａよりも側面１３３側に位置している。凹部１０６ｃは、三つ設けられており、前記凹部１０６ａよりも側面１３４側に位置している。これら凹部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、先端面１３０及び側面１３５，１３６の三方向に開口している。

また、チップ１０３には、図１２に示すように、先端面１３０から凹に形成され、チップ１０３の第３方向中央において第２方向に直線状に延びた溝１０７が設けられている。この溝１０７により、上記複数の凹部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃがつながっている。

上記各凹部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、前記第１方向（矢印Ｙ方向）に対して傾斜し、かつ、アンビル２から遠ざかるにしたがってチップ１０３の前記第２方向（矢印Ｘ方向）中央に向かう方向に傾斜したテーパ面１６１ｂ，１６１ｃ（請求項の「テーパ面」である。）を有している。各凹部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃごとの詳細な形状を以下に説明する。

凹部１０６ａは、アンビル２から遠ざかるにしたがって側面１３３側から側面１３４側に向かう方向に傾斜したテーパ面１６１ｂと、アンビル２から遠ざかるにしたがって側面１３４側から側面１３３側に向かう方向に傾斜したテーパ面１６１ｃと、を有している。テーパ面１６１ｂとテーパ面１６１ｃとは第２方向に相対している。さらに、凹部１０６ａは、先端面１３０とテーパ面１６１ｂとを滑らかにつないだ曲面１６３及び先端面１３０とテーパ面１６１ｃとを滑らかにつないだ曲面１６３を有している。

凹部１０６ｂは、アンビル２から遠ざかるにしたがって側面１３３側から側面１３４側に向かう方向に傾斜したテーパ面１６１ｂと、テーパ面１６１ｂに相対しかつ第１方向に延びた垂直面１６２と、先端面１３０とテーパ面１６１ｂとを滑らかにつないだ曲面１６３と、を有している。

凹部１０６ｃは、アンビル２から遠ざかるにしたがって側面１３４側から側面１３３側に向かう方向に傾斜したテーパ面１６１ｃと、テーパ面１６１ｃに相対しかつ第１方向に延びた垂直面１６２と、先端面１３０とテーパ面１６１ｃとを滑らかにつないだ曲面１６３と、を有している。

このように、複数の凹部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、前記中央線Ｂ（図１１を参照。）に関して面対称に形成されている。

このような形状のチップ１０３は、上記被覆電線４の被覆部４２が溶けている状態でアンビル２側に移動することにより、垂直面１６２が溶けた被覆部４２を中央線Ｂから離れる側、すなわち相対するテーパ面１６１ｂ，１６１ｃ側、に押出すように作用して、溶けた被覆部４２がチップ１０３の第２方向外側に排出される。すなわち、垂直面１６２により相対するテーパ面１６１ｂ，１６１ｃ側に押し出された被覆部４２は、曲面１６３上を通過し、前記垂直面１６２よりもさらに第２方向外側に位置する垂直面１６２によって、チップ１０３の第２方向外側に押し出される。

以上、説明したように、超音波接合装置１０１は、上記チップ１０３を用いることにより、被覆電線４と接合対象物５との接合時において、溶けた被覆部４２をチップ１０３の第２方向外側に排出し易くでき、導体４１と接合対象物５との間に残留する被覆部４２の量を少なくすることができる。よって、導体４１と接合対象物５との接合強度を高めることができる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１，１０１ 超音波接合装置
２ アンビル
３，１０３ チップ
４ 被覆電線
５ 接合対象物
６，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ 凹部
３０，１３０ 先端面
４１ 導体
４２ 被覆部
６１，１６１ｂ，１６１ｃ テーパ面

Claims (7)

1. ホーンに取り付けられたチップと、該チップと第１方向に相対するアンビルと、の間に被覆電線と接合対象物とを挟むとともに前記被覆電線を前記チップ側に配置し、前記チップを前記アンビルに近付けながら前記第１方向と直交する第２方向に振動させて前記被覆電線を振動させることで、前記被覆電線の被覆部を溶かして、当該被覆電線の導体と接合対象物とを互いに接合する超音波接合装置において、
   前記チップに、前記アンビルに相対する平らな先端面と、該先端面から凹に形成された凹部と、が設けられ、
   前記凹部が、前記第１方向に対して傾斜したテーパ面を有しており、
   前記チップに、前記第２方向に並んだ複数の前記凹部が設けられている
   ことを特徴とする超音波接合装置。
2. 前記チップは、前記第２方向の外寸が、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向の外寸よりも長く形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合装置。
3. 前記テーパ面が、前記アンビルから遠ざかるにしたがって前記チップの前記第３方向外側に向かう方向に傾斜している
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波接合装置。
4. 前記先端面が、前記チップの前記第３方向中央において前記第２方向に直線状に延びた第１直線部と、前記第３方向に直線状に延びて前記第１直線部と交差した複数の第２直線部と、で構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波接合装置。
5. 前記テーパ面が、前記アンビルから遠ざかるにしたがって前記チップの前記第２方向中央に向かう方向に傾斜している
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波接合装置。
6. 前記凹部が、前記テーパ面に相対しかつ前記第１方向に延びた垂直面を有している
   ことを特徴とする請求項５に記載の超音波接合装置。
7. 前記凹部が、前記先端面と前記テーパ面とを滑らかにつないだ曲面を有している
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の超音波接合装置。

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