JP6503165B2

JP6503165B2 - フラットケーブルと端子との接合方法、及び、超音波接合装置

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Publication number: JP6503165B2
Application number: JP2014155080A
Authority: JP
Inventors: 雅仁尾崎
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: JP2016031905A

Description

本発明は、フラットケーブルと端子とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法、及び、前記接合方法に用いられる超音波接合装置に関するものである。

特許文献１には、フラットケーブルの導体と端子等の接合対象物と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１０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１０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。

上記超音波接合装置５０１を用いてフラットケーブルと接合対象物とを接合する方法を説明する。まず、アンビルの上に接合対象物をセットし、その上にフラットケーブルを重ねる。そして、チップ５１４をアンビルに近付けてこれらチップ５１４とアンビルとでフラットケーブルと接合対象物とを互いに近付く方向に加圧しながら、チップ５１４を方向Ｗに超音波振動させてフラットケーブルを振動させる。このことにより、フラットケーブルの被覆部が溶けて該被覆部が溝５１８内に進入し、フラットケーブルの導体と接合対象物とが接触して固相接合される。

特開２００９−４３５３８号公報

上記超音波接合装置５０１を用いたフラットケーブルと接合対象物との接合方法においては、フラットケーブルの導体と接合対象物との間に被覆部の一部が残留し、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。また、上記超音波接合装置５０１を用いたフラットケーブルと接合対象物との接合方法においては、チップ５１４がフラットケーブルだけを押さえており、アンビルが接合対象物だけを押さえているので、フラットケーブル及び接合対象物が超音波接合装置５０１に対して位置ずれし易いという問題があった。

したがって、本発明は、フラットケーブルと端子とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法において、接合強度を高めることができるフラットケーブルと端子との接合方法、及び、前記接合方法に用いられ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、導体が被覆部で被覆されたフラットケーブルと端子とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法において、前記端子が、前記フラットケーブルと重ねられる平板部と、該平板部の両端部から立設するとともに互いの間に前記フラットケーブルを位置付ける一対の壁部と、を有し、ホーンに取り付けられたチップを前記平板部の前記フラットケーブルと反対側の面に接触させ、アンビルに設けられた一対のガイド部間に前記一対の壁部を位置付けかつ前記一対のガイド部を前記一対の壁部に接触させて前記端子を位置決めすることで前記チップ及び前記アンビルを前記端子に接触させ、前記アンビルにおける前記一対のガイド部間に設けられた凸部によって前記フラットケーブルを前記端子側に押圧しつつ、前記チップの振動により前記端子を超音波振動させ、前記端子が超音波振動することにより発する熱によって前記導体と前記端子との間の前記被覆部を溶かして除去し、前記導体と前記端子とを接触させてこれらを接合することを特徴とするフラットケーブルと端子との接合方法である。

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、前記チップと前記アンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記端子を挟む際、前記フラットケーブルを前記端子の上側に位置させ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、導体が被覆部で被覆されたフラットケーブルと端子とを接合する超音波接合装置において、ホーンに取り付けられ、前記端子に接触することによって前記端子を超音波振動させるチップと、前記チップとの間に前記フラットケーブル及び前記端子を挟むとともに前記端子に接触するアンビルと、を備え、前記端子が、前記フラットケーブルと重ねられる平板部と、該平板部の両端部から立設するとともに互いの間に前記フラットケーブルを位置付ける一対の壁部と、を有し、前記アンビルに、前記フラットケーブルを前記端子側に押圧する凸部が設けられており、前記アンビルにおける前記凸部の両側方に、互いの間に前記一対の壁部を位置付けて当該一対の壁部に接触することによって前記端子を位置決めする一対のガイド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１，３に記載された発明によれば、前記チップを前記端子に接触させることにより当該端子を超音波振動させるので、前記端子が超音波振動することにより発する熱によって前記導体と前記端子との間の前記被覆部を短時間で効率よく溶かして除去することができる。よって、導体と端子との間に残留する被覆部の量を少なくすることができ、導体と端子との接合強度を高めることができる。また、チップとアンビルの双方が端子に接触するので、当該端子及びフラットケーブルの超音波接合装置に対する位置ずれを少なくすることができる。
また、前記端子が、前記フラットケーブルと重ねられる平板部と、該平板部の両端部から立設するとともに互いの間に前記フラットケーブルを位置付ける一対の壁部と、を有しているので、フラットケーブルと端子の位置ずれを少なくすることができる。また、前記アンビルに設けられた一対のガイド部間に前記一対の壁部を位置付けることによって前記端子を位置決めするので、フラットケーブル及び端子の超音波接合装置に対する位置ずれを少なくすることができる。また、前記チップが前記平板部の前記フラットケーブルと反対側の面に接触することによって前記端子を超音波振動させるので、チップと前記反対側の面との摩擦によって大きな熱を発生させることができる。

請求項２に記載された発明によれば、前記チップと前記アンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記端子を挟む際、前記フラットケーブルを前記端子の上側に位置させるので、溶けた被覆部を超音波接合装置に付着し難くすることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる接合方法により接合されるフラットケーブル及び端子の斜視図である。本発明の第１の実施形態にかかる超音波接合装置の斜視図である。図２に示された超音波接合装置の正面図である。本発明の第２の実施形態にかかる超音波接合装置の斜視図である。図４に示された超音波接合装置の正面図である。図４に示されたチップの斜視図である。参考例の超音波接合装置の正面図である。他の参考例の超音波接合装置の斜視図である。図８に示された超音波接合装置の正面図である。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「フラットケーブルと端子との接合方法」、該接合方法に用いられる「超音波接合装置」、該接合方法が用いられて得られる「端子付きケーブル」を図１〜３を参照して説明する。

本発明の第１の実施形態にかかる「フラットケーブルと端子との接合方法」は、図１に示すフラットケーブル２と端子３とを、図２，３に示す超音波接合装置１を用いて接合する接合方法である。

フラットケーブル２は、平型の導体２１が絶縁性の合成樹脂からなる被覆部２２で被覆された平型の被覆電線であり、可撓性を有している。このフラットケーブル２は、フレキシブルフラットケーブルとも呼ばれる。

端子３は、金属板にプレス加工等が施されて得られるものであり、フラットケーブル２と電気接続される接続部を有している。この接続部３０は、フラットケーブル２と重ねられる平板部３１と、該平板部３１の幅方向両端部から立設するとともに互いの間にフラットケーブル２を位置付ける一対の壁部３２と、を有している。

また、上記「端子付きケーブル」は、後述する接合方法によりフラットケーブル２の導体２１と端子３の平板部３１とが接合されたものである。

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４と、該チップ４と矢印Ｙ方向に相対するアンビル５と、ホーンを介してチップ４を矢印Ｙ方向に移動させ、かつ、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる駆動機構と、を備えている。

チップ４は、アンビル５に相対する平らな端面４０と、端面４０に垂直な四つの側面と、を有する四角柱状に形成されている。チップ４の矢印Ｘ方向の寸法は、矢印Ｙ，矢印Ｘと直交する矢印Ｚ方向の寸法よりも大きい。また、チップ４は、アンビル５の直下に配置されている。

アンビル５には、フラットケーブル２を端子３側に押圧する凸部５１と、互いの間に一対の壁部３２を位置付けることによって端子３を位置決めする一対のガイド部５２と、が設けられている。凸部５１は、チップ４と相対する側の矢印Ｚ方向の中央に設けられている。一対のガイド部５２は、矢印Ｚ方向の凸部５１の両側方に設けられている。

続いて、フラットケーブル２と端子３とを超音波接合装置１を用いて接合する接合方法を説明する。まず、チップ４をアンビル５から離した状態で、フラットケーブル２及び端子３をアンビル５にセットする。この際、図１に示すようにフラットケーブル２を端子３の上に重ねた状態で、一対のガイド部５２間に一対の壁部３２を位置付けることによって端子３及びフラットケーブル２を位置決めする。この状態で、アンビル５の凸部５１がフラットケーブル２に接触しており、アンビル５の一対のガイド部５２が端子３の一対の壁部３２に接触している。

そして、チップ４をアンビル５に近付けてチップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子３を挟むとともにチップ４及びアンビル５を端子３に接触させ、フラットケーブル２及び端子３を互いに近付く方向に押圧しつつ、チップ４を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる。この状態で、チップ４の端面４０は平板部３１のフラットケーブル２と反対側の面に接触しているので、チップ４が超音波振動すると該チップ４の振動が端子３に伝わり、端子３が超音波振動する。

端子３が超音波振動すると、チップ４と平板部３１との摩擦によって平板部３１に熱が生じて接続部３０全域に伝導し、この熱によって導体２１と平板部３１との間の被覆部２２が溶ける。また、フラットケーブル２は、凸部５１により端子３側に押圧されていることから、導体２１と平板部３１との間の被覆部２２は、溶けると導体２１と平板部３１との間から外側に押し出される（すなわち除去される。）。このことにより、導体２１と平板部３１とが接触して固相接合される。

このように、チップ４を端子３に接触させて当該端子３を超音波振動させることにより端子３が熱を発し、この熱によって導体２１と平板部３１との間の被覆部２２を短時間で効率よく溶かして除去することができる。よって、導体２１と平板部３１との間に残留する被覆部２２の量を少なくすることができ、導体２１と端子３との接合強度を高めることができる。

また、一対の壁部３２間にフラットケーブル２を位置付け、この一対の壁部３２を一対のガイド部５２間に位置付け、さらに、チップ４とアンビル５の双方を端子３に接触させることによって、フラットケーブル２と端子３の位置ずれを少なくすることができるとともに、フラットケーブル２及び端子３の超音波接合装置１に対する位置ずれを少なくすることができる。よって、導体２１と端子３との接合するべき箇所を正確に接合することができ、接合強度を高めることができる。

さらに、チップ４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子３を挟む際、フラットケーブル２を端子３の上側に位置させるので、溶けた被覆部２２を超音波接合装置１に付着し難くすることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態にかかる「フラットケーブルと端子との接合方法」、該接合方法に用いられる「超音波接合装置」、該接合方法が用いられて得られる「端子付きケーブル」を図４〜６を参照して説明する。また、図４〜６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。

本発明の第２の実施形態にかかる「フラットケーブルと端子との接合方法」は、前述したフラットケーブル２と端子３とを、図４，５に示す超音波接合装置１０１を用いて接合する接合方法である。また、上記「端子付きケーブル」は、後述する接合方法によりフラットケーブル２の導体２１と端子３の平板部３１とが接合されたものである。

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のチップ４の代わりに図６に示すチップ１０４を備えている。これ以外の構成は、第１の実施形態の超音波接合装置１と同一である。

チップ１０４は、アンビル５に相対する平らな端面１４０有する四角柱状に形成されており、端面１４０から突出した複数の凸部１４１を有している。各凸部１４１は、先端部１４２が平らな面とされている。また、隣り合う凸部１４１間には、断面Ｖ字状の溝が形成されている。また、チップ１０４は、金属材料で構成されており、凸部１４１がその他の部分と一体成形されている。

これ以外に、本発明では、凸部１４１がその他の部分と別体で成形された後、端面１４０に取り付けられる構成であってもよい。その場合、凸部１４１がその他の部分と異なる材料で構成されていてもよい。凸部１４１を構成する材料は、金属であってもよいし、シリコーン等の合成樹脂であってもよい。シリコーンを用いると、金属を用いる場合と比べて凸部１４１が摩耗し難く、振動による耐久性が高い。

フラットケーブル２と端子３とを超音波接合装置１０１を用いて接合する接合方法は、第１の実施形態と同様である。まず、フラットケーブル２及び端子３をアンビル５にセットし、チップ１０４とアンビル５との間にフラットケーブル２及び端子３を挟むとともにチップ１０４及びアンビル５を端子３に接触させ、フラットケーブル２及び端子３を互いに近付く方向に押圧しつつ、チップ１０４を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる。この状態で、チップ１０４の凸部１４１は平板部３１のフラットケーブル２と反対側の面に接触しているので、チップ１０４が超音波振動すると該チップ１０４の振動が凸部１４１を介して端子３に伝わり、端子３が超音波振動する。端子３が超音波振動すると、チップ１０４との接触部分に摩擦熱が生じ、この熱によって導体２１と平板部３１との間の被覆部２２が溶けて除去され、導体２１と平板部３１とが接触して固相接合される。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、チップ１０４を端子３に接触させて当該端子３を超音波振動させることにより導体２１と端子３との接合強度を高めることができる。また、チップ１０４とアンビル５の双方を端子３に接触させることによって、位置ずれを少なくすることができ、導体２１と端子３との接合するべき箇所を正確に接合することができる。

（参考例）
参考例の「フラットケーブルと端子との接合方法」、該接合方法に用いられる「超音波接合装置」、該接合方法が用いられて得られる「端子付きケーブル」を図７を参照して説明する。また、図７において、前述した第１〜２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。

本例の「フラットケーブルと端子との接合方法」は、図７に示すように、フラットケーブル２と端子２０３とを、超音波接合装置２０１を用いて接合する接合方法である。また、上記「端子付きケーブル」は、後述する接合方法によりフラットケーブル２の導体２１と端子２０３とが接合されたものである。端子２０３は、フラットケーブル２の導体２１と接合される部分が平らな板状に形成されている。

超音波接合装置２０１は、ホーンと、該ホーンに取り付けられたチップ４と、該チップ４と矢印Ｙ方向に相対するアンビル２０５と、ホーンを介してチップ４を矢印Ｙ方向に移動させ、かつ、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる駆動機構と、を備えている。

アンビル２０５には、フラットケーブル２を端子２０３側に押圧する凸部５１と、互いの間にフラットケーブル２を位置付けかつ端子２０３に接触する一対の押さえ部２５２と、が設けられている。一対の押さえ部２５２は、矢印Ｚ方向の凸部５１の両側方に設けられている。

続いて、フラットケーブル２と端子２０３とを超音波接合装置２０１を用いて接合する接合方法を説明する。まず、チップ４をアンビル２０５から離した状態で、フラットケーブル２及び端子２０３をアンビル２０５にセットする。この際、フラットケーブル２を端子２０３の上に重ねた状態でアンビル２０５にセットする。

そして、チップ４をアンビル２０５に近付けてチップ４とアンビル２０５との間にフラットケーブル２及び端子２０３を挟むとともにチップ４及びアンビル２０５を端子２０３に接触させ、フラットケーブル２及び端子２０３を互いに近付く方向に押圧しつつ、チップ４を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる。この状態で、チップ４の端面４０は端子２０３のフラットケーブル２と反対側の面に接触しているので、チップ４が超音波振動すると該チップ４の振動が端子２０３に伝わり、端子２０３が超音波振動する。端子２０３が超音波振動すると、チップ４との接触部分に摩擦熱が生じ、この熱によって導体２１と端子２０３との間の被覆部２２が溶けて除去され、導体２１と端子２０３とが接触して固相接合される。

本例においても、チップ４を端子２０３に接触させて当該端子２０３を超音波振動させることにより端子２０３が熱を発し、この熱によって導体２１と端子２０３との間の被覆部２２を短時間で効率よく溶かして除去することができる。よって、導体２１と端子２０３との間に残留する被覆部２２の量を少なくすることができ、導体２１と端子２０３との接合強度を高めることができる。また、一対の押さえ部２５２間にフラットケーブル２を位置付け、チップ４とアンビル２０５の双方を端子２０３に接触させることによって、フラットケーブル２と端子２０３の位置ずれを少なくすることができるとともに、フラットケーブル２及び端子２０３の超音波接合装置２０１に対する位置ずれを少なくすることができる。よって、導体２１と端子２０３との接合するべき箇所を正確に接合することができ、接合強度を高めることができる。

（他の参考例）
他の参考例の「フラットケーブルと端子との接合方法」、該接合方法に用いられる「超音波接合装置」、該接合方法が用いられて得られる「端子付きケーブル」を図８〜９を参照して説明する。また、図８〜９において、前述した第１，２の実施形態及び参考例と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

本例の「フラットケーブルと端子との接合方法」は、前述したフラットケーブル２と端子３とを、図８，９に示す超音波接合装置３０１を用いて接合する接合方法である。また、上記「端子付きケーブル」は、後述する接合方法によりフラットケーブル２の導体２１と端子３の平板部３１とが接合されたものである。

超音波接合装置３０１は、ホーンと、該ホーンに取り付けられたチップ３０４と、該チップ３０４と矢印Ｙ方向に相対するアンビル３０５と、ホーンを介してチップ３０４を矢印Ｙ方向に移動させ、かつ、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる駆動機構と、を備えている。本例では、チップ３０４は、アンビル３０５の直上に配置されている。アンビル３０５には、チップ３０４に相対する平らな載置面３５０が設けられている。

チップ３０４は、アンビル３０５に相対する平らな端面３４０有する四角柱状に形成されており、端面３４０から突出した複数の凸部３４１を有している。各凸部３４１は、先端部が平らな面とされている。また、隣り合う凸部３４１間には、断面Ｖ字状の溝が形成されている。また、チップ３０４は、金属材料で構成されており、凸部３４１がその他の部分と一体成形されている。これ以外に、凸部３４１がその他の部分と別体で成形された後、端面３４０に取り付けられる構成であってもよい。その場合、凸部３４１がその他の部分と異なる材料で構成されていてもよい。凸部３４１を構成する材料は、金属であってもよいし、シリコーン等の合成樹脂であってもよい。

続いて、フラットケーブル２と端子３とを超音波接合装置３０１を用いて接合する接合方法を説明する。まず、チップ３０４をアンビル３０５から離した状態で、フラットケーブル２及び端子３をアンビル３０５にセットする。この際、フラットケーブル２を端子３の上に重ねた状態で、アンビル３０５にセットする。

そして、チップ３０４をアンビル３０５に近付けてチップ３０４とアンビル３０５との間にフラットケーブル２及び端子３を挟むとともにチップ３０４及びアンビル３０５を端子３に接触させ、フラットケーブル２及び端子３を互いに近付く方向に押圧しつつ、チップ３０４を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に超音波振動させる。この状態で、チップ３０４の端面３４０は一対の壁部３２の端面に接触しているので、チップ３０４が超音波振動すると該チップ３０４の振動が端子３に伝わり、端子３が超音波振動する。

端子３が超音波振動すると、チップ３０４と一対の壁部３２との摩擦によって一対の壁部３２に熱が生じて接続部３０全域に伝導し、この熱によって導体２１と平板部３１との間の被覆部２２が溶ける。また、フラットケーブル２は、複数の凸部３４１により端子３側に押圧されていることから、導体２１と平板部３１との間の被覆部２２は、溶けると導体２１と平板部３１との間から外側に押し出される（すなわち除去される。）。このことにより、導体２１と平板部３１とが接触して固相接合される。

本例においても、チップ３０４を端子３に接触させて当該端子３を超音波振動させることにより端子３が熱を発し、この熱によって導体２１と平板部３１との間の被覆部２２を短時間で効率よく溶かして除去することができる。よって、導体２１と平板部３１との間に残留する被覆部２２の量を少なくすることができ、導体２１と端子３との接合強度を高めることができる。また、一対の壁部３２間にフラットケーブル２を位置付け、チップ３０４とアンビル３０５の双方を端子３に接触させることによって、フラットケーブル２と端子３の位置ずれを少なくすることができるとともに、フラットケーブル２及び端子３の超音波接合装置３０１に対する位置ずれを少なくすることができる。よって、導体２１と端子３との接合するべき箇所を正確に接合することができ、接合強度を高めることができる。また、チップ３０４は、隣り合う凸部３４１間に断面Ｖ字状の溝が形成されているので、溶けた被覆部２２を前記溝によってチップ３０４の外側に逃がすことができる。

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。

１，１０１，２０１，３０１超音波接合装置
３，２０３端子
４，１０４，３０４チップ
５，２０５，３０５アンビル
２１導体
２２被覆部
３１平板部
３２壁部

Claims

導体が被覆部で被覆されたフラットケーブルと端子とを超音波接合装置を用いて接合する接合方法において、
前記端子が、前記フラットケーブルと重ねられる平板部と、該平板部の両端部から立設するとともに互いの間に前記フラットケーブルを位置付ける一対の壁部と、を有し、
ホーンに取り付けられたチップを前記平板部の前記フラットケーブルと反対側の面に接触させ、アンビルに設けられた一対のガイド部間に前記一対の壁部を位置付けかつ前記一対のガイド部を前記一対の壁部に接触させて前記端子を位置決めすることで前記チップ及び前記アンビルを前記端子に接触させ、
前記アンビルにおける前記一対のガイド部間に設けられた凸部によって前記フラットケーブルを前記端子側に押圧しつつ、前記チップの振動により前記端子を超音波振動させ、
前記端子が超音波振動することにより発する熱によって前記導体と前記端子との間の前記被覆部を溶かして除去し、前記導体と前記端子とを接触させてこれらを接合する
ことを特徴とするフラットケーブルと端子との接合方法。
前記チップと前記アンビルとの間に前記フラットケーブル及び前記端子を挟む際、前記フラットケーブルを前記端子の上側に位置させる
ことを特徴とする請求項１に記載のフラットケーブルと端子との接合方法。
導体が被覆部で被覆されたフラットケーブルと端子とを接合する超音波接合装置において、
ホーンに取り付けられ、前記端子に接触することによって前記端子を超音波振動させるチップと、前記チップとの間に前記フラットケーブル及び前記端子を挟むとともに前記端子に接触するアンビルと、を備え、
前記端子が、前記フラットケーブルと重ねられる平板部と、該平板部の両端部から立設するとともに互いの間に前記フラットケーブルを位置付ける一対の壁部と、を有し、
前記アンビルに、前記フラットケーブルを前記端子側に押圧する凸部が設けられており、
前記アンビルにおける前記凸部の両側方に、互いの間に前記一対の壁部を位置付けて当該一対の壁部に接触することによって前記端子を位置決めする一対のガイド部が設けられている
ことを特徴とする超音波接合装置。