JP6673634B2

JP6673634B2 - Ultrasonic bonding method

Info

Publication number: JP6673634B2
Application number: JP2014226731A
Authority: JP
Inventors: 泰元金
Original assignee: Envision AESC Japan Ltd
Current assignee: Envision AESC Japan Ltd
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: JP2016087666A

Description

本発明は、超音波接合方法に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic bonding method.

超音波振動を用いて、上流側プラスチック光ファイバ素線（以下、ＰＯＦ素線と称する。）と下流側ＰＯＦ素線を溶着して接合させる接合方法が特許文献１に開示されている。この接合方法では、上流側ＰＯＦ素線がガイド部のスリットから挿入されて保持溝で保持される。下流側ＰＯＦ素線が、ガイド部のスリットから挿入されて、上流側ＰＯＦ素線の切断面の上に重ねてセットされる。保持部及びガイド部に上流側ＰＯＦ素線及び下流側ＰＯＦ素線がセットされると、押さえ部材が移動して保持部の上面の押さえ位置に取り付けられて、上流側ＰＯＦ素線及び下流側ＰＯＦ素線が上方から押さえ付けられる。そして、超音波振動子が溶着位置まで移動し、高周波で振動して下流側ＰＯＦ素線を溶着させて、上流側ＰＯＦ素線及び下流側ＰＯＦ素線が１本のＰＯＦ素線に接合される。 Patent Document 1 discloses a joining method in which an upstream plastic optical fiber (hereinafter, referred to as a POF strand) and a downstream POF strand are welded and joined by using ultrasonic vibration. In this joining method, the upstream POF strand is inserted from the slit of the guide portion and held by the holding groove. The downstream-side POF strand is inserted from the slit of the guide portion, and is set on the cut surface of the upstream-side POF strand. When the upstream POF strand and the downstream POF strand are set on the holding part and the guide part, the pressing member moves and is attached to the holding position on the upper surface of the holding part, and the upstream POF strand and the downstream POF are set. The strand is pressed down from above. Then, the ultrasonic vibrator moves to the welding position, vibrates at a high frequency to weld the downstream POF strand, and the upstream POF strand and the downstream POF strand are joined to one POF strand. .

特開２００６−１１９１６０号公報JP 2006-119160 A

しかしながら、上記の接合方法では、超音波振動によりＰＯＦ素線を振動させる際に、押さえ部材によりＰＯＦ素線を押さえている。そのため、超音波振動子の振動と共にＰＯＦ素線が振動し、押さえ部材の周囲に位置するＰＯＦ素線の一部が損傷した場合には、製品として完成した後も傷が残ってしまう、という問題があった。 However, in the above joining method, when the POF wire is vibrated by the ultrasonic vibration, the POF wire is pressed by the pressing member. Therefore, when the POF wire vibrates together with the vibration of the ultrasonic vibrator, and a part of the POF wire located around the pressing member is damaged, the scar remains after the product is completed. was there.

本発明が解決しようとする課題は、製品の完成後に、損傷箇所が製品に残る可能性を低減できる超音波接合方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an ultrasonic bonding method that can reduce the possibility that a damaged portion remains in a product after the product is completed.

本発明は、被接合部材に対して複数のホーンにより圧力を加えることで、アンビルと複数のホーンとの間で被接合部材を保持した後に、複数のホーンのうち一のホーンを超音波で振動させて、被接合部材を接合し、一のホーンの超音波振動による接合の後に、複数のホーンのうち他のホーンを超音波で振動させて、被接合部材を接合することによって上記課題を解決する。 According to the present invention, by applying pressure to a member to be joined by a plurality of horns, after holding the member to be joined between the anvil and the plurality of horns, one of the horns is ultrasonically vibrated. The above-described problem is solved by joining the members to be joined, joining the one horn by ultrasonic vibration, and then vibrating the other horns of the plurality of horns with ultrasonic waves to join the members to be joined. I do.

本発明によれば、超音波振動で接合する部分がホーンにより保持されており、一のホーンの超音波振動により、他のホーンで保持している被接合部材の一部で摩擦が生じたとしても、他のホーンで保持された部分は、他のホーンの超音波振動によって接合される。そのため、本発明は、製品の完成後、当該摩擦が生じた部分に損傷が残る可能性を低減できる。 According to the present invention, the part to be joined by ultrasonic vibration is held by the horn, and the ultrasonic vibration of one horn causes friction in a part of the member to be joined held by another horn. The part held by the other horn is also joined by the ultrasonic vibration of the other horn. Therefore, the present invention can reduce the possibility that damage is left in the portion where the friction has occurred after the product is completed.

図１は、本発明の実施形態に係る超音波接合装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 図２は、被接合部材を接合する部分を拡大した超音波接合装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an ultrasonic bonding apparatus in which a portion for bonding members to be bonded is enlarged. 図３は、比較例に係る接合方法で用いられる超音波接合装置の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of an ultrasonic bonding apparatus used in the bonding method according to the comparative example. 図４（ａ）から図４（ｄ）は、比較例において、接合の開始から終了までの各段階を順に示した、超音波接合装置の斜視図である。4 (a) to 4 (d) are perspective views of the ultrasonic bonding apparatus showing the respective stages from the start to the end of the bonding in the comparative example in order. 図５（ａ）から図５（ｃ）は、本実施形態において、接合の開始から終了までの各段階を順に示した、超音波接合装置の斜視図である。FIG. 5A to FIG. 5C are perspective views of the ultrasonic bonding apparatus showing the respective stages from the start to the end of the bonding in this embodiment. 図６（ａ）から図６（ｃ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）のVI−VI線に沿う各断面図を示している。FIGS. 6A to 6C show cross-sectional views taken along lines VI-VI in FIGS. 5A and 5B. 図７は、比較例の接合時間と、本発明の接合時間とを示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the joining time of the comparative example and the joining time of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係る超音波接合方法で用いられる超音波接合装置のブロック図である。超音波接合装置は、超音波振動により、被接合部材を加熱しつつ圧着させる装置である。被接合部材は、積層された複数の金属箔とタブである。本実施形態に係る超音波接合方法は、例えば、電池モジュールの製造工程において、積層された単電池の集電箔とタブとを接合する際に適用される。なお、被接合部材は、複数の金属箔に限らず他の部材でよい。また、超音波接合方法は、電池モジュールに限らず他のデバイスを製造する際の接合工程に適用されてもよい。 FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic bonding apparatus used in the ultrasonic bonding method according to the embodiment of the present invention. The ultrasonic bonding apparatus is an apparatus that presses a member to be bonded while heating it by ultrasonic vibration. The members to be joined are a plurality of laminated metal foils and tabs. The ultrasonic bonding method according to the present embodiment is applied, for example, when bonding a current collecting foil and a tab of a stacked unit cell in a manufacturing process of a battery module. The member to be joined is not limited to a plurality of metal foils, and may be another member. In addition, the ultrasonic bonding method may be applied to a bonding step when manufacturing other devices besides the battery module.

図１に示すように、超音波接合装置は、本体１０、アンビル２０、ホーン３０、電源４０、発振器５０、ブースター６０、エンコーダ７０、及びコントローラ８０を備えている。本体１０は、図１に図示されていない超音波接合装置の各種部品及び当該各種部品を主要する筐体を有している。アンビル２０は、被接合部材９０を支持する支持台である。 As shown in FIG. 1, the ultrasonic bonding apparatus includes a main body 10, an anvil 20, a horn 30, a power supply 40, an oscillator 50, a booster 60, an encoder 70, and a controller 80. The main body 10 includes various parts of the ultrasonic bonding apparatus not shown in FIG. 1 and a housing that mainly includes the various parts. The anvil 20 is a support that supports the member to be joined 90.

ホーン３０は、アンビル２０とホーン３０との間に被接合部材９０を狭持させた状態で、超音波振動により被接合部材９０を接合する。ホーン３０は、ブースター６０により増幅されたエネルギーよって、振動する。また、ホーン３０は、アンビル２０に近づくように下降し、被接合部材９０に対して圧力を加える。そして、ホーン３０が加圧した状態で下降し、超音波振動より被接合部材９０を振動させる。そして、被接合部材９０の界面（接触面）の摩擦により、被接合部材９０は接合される。なお、後述するように、超音波振動装置は、ホーン３０を複数有しており、コントローラ８０は、ホーン３０の移動、振動、加圧等を複数のホーン３０毎に独立して制御することができる。 The horn 30 joins the joined members 90 by ultrasonic vibration while holding the joined members 90 between the anvil 20 and the horn 30. The horn 30 vibrates by the energy amplified by the booster 60. The horn 30 descends so as to approach the anvil 20, and applies pressure to the member 90 to be joined. Then, the horn 30 descends in a pressurized state, and vibrates the member to be joined 90 by ultrasonic vibration. Then, the members to be joined 90 are joined by friction at the interface (contact surface) of the members to be joined 90. As described later, the ultrasonic vibration device has a plurality of horns 30, and the controller 80 can independently control the movement, vibration, pressurization, and the like of the horn 30 for each of the plurality of horns 30. it can.

電源４０は、超音波振動装置の電力源であり、外部電源である。発振器５０は、電源４０から供給される電気エネルギーを、振動子を介して運動エネルギーに変換する装置である。発振器５０は、振動子を数μｍオーダで振動させる。発振器５０で発振した振動はブースター６０に出力される。 The power supply 40 is a power source of the ultrasonic vibration device, and is an external power supply. The oscillator 50 is a device that converts electric energy supplied from the power supply 40 into kinetic energy via a vibrator. The oscillator 50 vibrates the vibrator on the order of several μm. The vibration oscillated by the oscillator 50 is output to the booster 60.

ブースター６０は、発振器５０から出力された振動を増幅させて、数十μｍの振幅をもつ振動にする。ブースター６０は、増幅した振動をホーン３０に伝える。エンコーダ７０は、ホーン３０の位置を検出することで、ホーン３０が下降したときのホーン３０の変位量を検出する。エンコーダ７０の検出結果は、コントローラ８０に出力される。 The booster 60 amplifies the vibration output from the oscillator 50 to generate a vibration having an amplitude of several tens of μm. The booster 60 transmits the amplified vibration to the horn 30. The encoder 70 detects the displacement of the horn 30 when the horn 30 moves down by detecting the position of the horn 30. The detection result of the encoder 70 is output to the controller 80.

コントローラ８０は、発振器５０を制御することで、ホーン３０による超音波振動の出力を制御する。また、コントローラ８０は、ホーン３０を制御する。また、コントローラ８０は、被接合部材９０の接合の完了時に、被接合部材９０の沈み込み量から、被接合部材９０の接合の状態を判定する。 The controller 80 controls the output of the ultrasonic vibration by the horn 30 by controlling the oscillator 50. Further, the controller 80 controls the horn 30. Further, when the joining of the members to be joined 90 is completed, the controller 80 determines the state of joining of the members to be joined 90 from the sinking amount of the members to be joined 90.

図２は、超音波接合装置の構成のうち、被接合部材９０を接合する部分を拡大した超音波接合装置の斜視図である。図２に示すように、超音波接合装置は、ホーン３１、３２を備えている。ホーン３１、３２の下面（底面）は、アンビル２０の上面と平行になっている。ホーン３１、３２の下面及びアンビル２０の上面は、被接合部材９０と接触する接触面である。 FIG. 2 is a perspective view of the ultrasonic bonding apparatus in which a portion for bonding the members to be bonded 90 is enlarged in the configuration of the ultrasonic bonding apparatus. As shown in FIG. 2, the ultrasonic bonding apparatus includes horns 31 and 32. The lower surfaces (bottom surfaces) of the horns 31 and 32 are parallel to the upper surface of the anvil 20. The lower surfaces of the horns 31 and 32 and the upper surface of the anvil 20 are contact surfaces that come into contact with the member 90 to be joined.

被接合部材９０は、複数の金属箔９１と、タブ９２である。タブ９２は、複数の金属箔９１の間に狭持された状態で、ホーン３１、３２からの超音波振動により、複数の金属箔９１に接合される。また、複数の金属箔９１同士も、ホーン３１、３２からの超音波振動により接合される。 The member to be joined 90 is a plurality of metal foils 91 and tabs 92. The tab 92 is joined to the plurality of metal foils 91 by ultrasonic vibration from the horns 31 and 32 while being held between the plurality of metal foils 91. Further, the plurality of metal foils 91 are also joined by the ultrasonic vibration from the horns 31 and 32.

ところで、従来の超音波接合方法では、製品の完成後、金属箔に損傷が残るという問題があった。また、従来の超音波接合方法では、接合時間が長いという問題もあった。まず、従来の超音波接合方法を、本発明に対する比較例として上げつつ、これらの問題点を説明する。 By the way, the conventional ultrasonic bonding method has a problem that the metal foil is damaged after the product is completed. Further, the conventional ultrasonic bonding method has a problem that the bonding time is long. First, these problems will be described using a conventional ultrasonic bonding method as a comparative example with respect to the present invention.

図３は、比較例に係る接合方法で用いられる超音波接合装置の斜視図である。なお、図３では、比較例に係る超音波接合装置の構成のうち、被接合部材９０を接合する部分の構成をブロック図で示している。図３に示した構成以外の構成については、図１と同様である。 FIG. 3 is a perspective view of an ultrasonic bonding apparatus used in the bonding method according to the comparative example. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a portion of the ultrasonic bonding apparatus according to the comparative example that bonds the members 90 to be bonded. Configurations other than the configuration shown in FIG. 3 are the same as those in FIG.

比較例に係る超音波接合装置は、本発明と異なり、１つのホーン３３を備えている。また、比較例に係る超音波接合装置は、本発明と異なり、クランプ３４を別途備えている。クランプ３４は、被接合部材９０を接合する際に、被接合部材９０を押さえつけるための機構である。図３の例では、４つのクランプ３４を有している。 The ultrasonic bonding apparatus according to the comparative example includes one horn 33 unlike the present invention. Further, the ultrasonic bonding apparatus according to the comparative example differs from the present invention in that a separate clamp 34 is provided. The clamp 34 is a mechanism for pressing the member 90 to be joined when the member 90 is joined. In the example of FIG. 3, four clamps 34 are provided.

次に、比較例に係る超音波接合方法について、図４を用いて説明する。図４は、比較例に係る超音波接合方法を説明するための概要図である。図４（ａ）から図４（ｄ）は、接合の開始から終了までの各段階を順に示した図である。 Next, an ultrasonic bonding method according to a comparative example will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an ultrasonic bonding method according to a comparative example. FIG. 4A to FIG. 4D are diagrams sequentially showing each stage from the start to the end of the joining.

まず、複数の金属箔９１及びタブ９２を積層した状態で、金属箔９１及びタブ９２がアンビル２０の上に支持される。また、最上層の金属箔９１の上面のうち、ホーン３３から圧力を受ける部分を覆うように、当て板９３が配置される。そして、クランプ３４が、当て板９３を介して金属箔９１及びタブ９２に圧力を加えることで、金属箔９１とタブ９２を押さえつける。これにより、被接合部材９０のズレを防ぐ。このとき、金属箔９１及びタブ９２に加わる圧力は、クランプ３４で加える圧力に依存しており、最大でも８０Ｎ程度の圧力が限界である。 First, the metal foil 91 and the tab 92 are supported on the anvil 20 in a state where the plurality of metal foils 91 and the tabs 92 are stacked. A contact plate 93 is arranged so as to cover a portion of the upper surface of the uppermost metal foil 91 that receives pressure from the horn 33. Then, the clamp 34 presses the metal foil 91 and the tab 92 by applying pressure to the metal foil 91 and the tab 92 via the backing plate 93. Thereby, the displacement of the member to be joined 90 is prevented. At this time, the pressure applied to the metal foil 91 and the tab 92 depends on the pressure applied by the clamp 34, and the maximum pressure is about 80N.

次に、ホーン３３が、下降し、当て板９３の表面に接する。図４（ａ）に示すように、ホーン３３は、当て板９３を介して金属箔９１及びタブ９２に圧力を加えると同時に、振動することで、超音波振動が金属箔９１及びタブ９２に加わる。これにより、超音波振動を受けている部分が接合する。比較例では、接合箇所は３打点設けている。図４（ａ）は１打点目の接合を示している。 Next, the horn 33 descends and comes into contact with the surface of the backing plate 93. As shown in FIG. 4A, the horn 33 applies pressure to the metal foil 91 and the tab 92 via the backing plate 93 and simultaneously vibrates, so that ultrasonic vibration is applied to the metal foil 91 and the tab 92. . Thereby, the parts receiving the ultrasonic vibration are joined. In the comparative example, three joint points are provided. FIG. 4A shows the joining at the first hit point.

１打点目の接合が終わると、ホーン３３は上昇する。次に、ホーン３３は、金属箔９１の表面に沿う方向に動き、ホーン３３は２打点目の位置に移動する。ホーン３３は下降する。ホーン３３は、被接合部材９０に圧力を加えると同時に、超音波振動を被接合部材９０に加える。これにより、２打点目の接合が終了する。図４（ｂ）は、２打点目の接合を示している。 When the joining at the first hit point is completed, the horn 33 is raised. Next, the horn 33 moves in a direction along the surface of the metal foil 91, and the horn 33 moves to the position of the second hit point. Horn 33 descends. The horn 33 applies ultrasonic pressure to the member to be joined 90 while applying pressure to the member to be joined 90. Thereby, the joining at the second hit point is completed. FIG. 4B shows the joining at the second hit point.

２打点目の接合が終わると、ホーン３３は上昇し、３打点目の位置に移動する。ホーン３３は、下降し、被接合部材９０に圧力を加えると同時に、超音波振動を被接合部材９０に加える。これにより、３打点目の接合が終了する。図４（ｃ）は、３打点目の接合を示している。 When the joining at the second hit point is completed, the horn 33 rises and moves to the position at the third hit point. The horn 33 descends to apply pressure to the member to be joined 90 and simultaneously apply ultrasonic vibration to the member to be joined 90. Thereby, the joining at the third spot is completed. FIG. 4C shows the joining at the third hit point.

そして、ホーン３３が初期の位置に戻り、接合が終了する。図４（ｄ）は接合終了時の状態を示している。 Then, the horn 33 returns to the initial position, and the joining is completed. FIG. 4D shows a state at the time of completion of the joining.

上記のように、比較例に係る接合方法では、クランプ３４により加圧された部分（以下、加圧部分とも称する）は、接合部分にならない。そのため、クランプ３４の加圧部分が、ホーン３３の超音波振動によって、振動した場合には、クランプ３４の加圧部分又は加圧部分の周囲が損傷する可能性がある。そして、加圧部分は接合されないため、一度損傷すると、傷が残ってしまう。また比較例において、クランプ３４による圧力は、上記のとおり８０Ｎ程度にすぎず、大きな圧力で金属箔９１及びタブ９２を押さえ付けることができない。そのため、超音波振動が金属箔９１及びタブ９２に加わったときに、加圧部分が、振動し損傷する可能性が高くなる。 As described above, in the bonding method according to the comparative example, a portion pressed by the clamp 34 (hereinafter, also referred to as a pressed portion) does not become a bonded portion. Therefore, when the pressurized portion of the clamp 34 vibrates due to the ultrasonic vibration of the horn 33, the pressurized portion of the clamp 34 or the periphery of the pressurized portion may be damaged. And since a pressurization part is not joined, if it damages once, a wound will remain. Further, in the comparative example, the pressure by the clamp 34 is only about 80 N as described above, and the metal foil 91 and the tab 92 cannot be pressed with a large pressure. Therefore, when the ultrasonic vibration is applied to the metal foil 91 and the tab 92, the possibility of the pressurized portion being vibrated and damaged increases.

また、比較例に係る接合方法は、１つのホーン３３を移動させて、接合を行っている。そのため、ホーン３３を移動させる分、接合時間が長くなるという問題もある。 Further, in the bonding method according to the comparative example, the bonding is performed by moving one horn 33. For this reason, there is also a problem that the joining time becomes long by moving the horn 33.

一方、本実施形態では、以下のような接合方法によって、上記のような比較例の問題点を解決している。以下、本実施形態に係る超音波接合方法を、図５及び図６を用いて説明する。図５は、本実施形態（本発明）に係る超音波接合方法を説明するための概要図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、接合の開始から終了までの各段階を順に示した図である。また、図６（ａ）〜図６（ｃ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）のVI−VI線に沿う各断面図を示している。 On the other hand, in the present embodiment, the problems of the above comparative example are solved by the following joining method. Hereinafter, the ultrasonic bonding method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the ultrasonic bonding method according to the present embodiment (the present invention). FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams sequentially illustrating each stage from the start to the end of the joining. FIGS. 6A to 6C show cross-sectional views taken along the line VI-VI in FIGS. 5A and 5B.

まず、複数の金属箔９１及びタブ９２を積層した状態で、金属箔９１及びタブ９２がアンビル２０の上に支持される。比較例と異なり、当て板９３は金属箔９１の上面に配置されていない。 First, the metal foil 91 and the tab 92 are supported on the anvil 20 in a state where the plurality of metal foils 91 and the tabs 92 are stacked. Unlike the comparative example, the backing plate 93 is not disposed on the upper surface of the metal foil 91.

次に、ホーン３１及びホーン３２が、下降して、金属箔９１の表面に接する。次に、ホーン３１及びホーン３２は被接合部材９０に圧力を加える。ホーン３１は、接合圧力で被接合部材９０に対して圧力を加える。一方、ホーン３２は、クランプ圧力で被接合部材９０に対して圧力を加える。接合圧力は、被接合部材９０を接合する時の圧力であって、クランプ圧力よりも高い。接合圧力は、例えば７４０Ｎに設定されている。クランプ圧力は、被接合部材９０を押さえつけるための圧力であって、接合圧力よりも低い。クランプ圧力は、例えば８０Ｎに設定されている。 Next, the horn 31 and the horn 32 descend and come into contact with the surface of the metal foil 91. Next, the horn 31 and the horn 32 apply pressure to the member 90 to be joined. The horn 31 applies a pressure to the member to be bonded 90 with a bonding pressure. On the other hand, the horn 32 applies a pressure to the member to be joined 90 by a clamp pressure. The joining pressure is a pressure at which the members to be joined 90 are joined, and is higher than the clamping pressure. The joining pressure is set to, for example, 740 N. The clamp pressure is a pressure for pressing the member to be joined 90, and is lower than the joining pressure. The clamp pressure is set to, for example, 80N.

そして、ホーン３１により接合圧力が被接合部材９０に加わり、かつ、ホーン３２によりクランプ圧力が被接合部材９０に加わっている状態で、ホーン３１のみが振動し、超音波振動が被接合部材９０に加わる。これにより、被接合部材９０のうち、ホーン３１と接触している部分が接合され、１打点目の接合が終了する。 Then, in a state where the joining pressure is applied to the member to be joined 90 by the horn 31 and the clamping pressure is applied to the member to be joined 90 by the horn 32, only the horn 31 vibrates, and the ultrasonic vibration is applied to the member to be joined 90. Join. As a result, the part of the member to be joined 90 that is in contact with the horn 31 is joined, and the joining at the first hit point is completed.

すなわち、ホーン３１による圧力及びホーン３２による圧力がそれぞれクランプ圧力に達したときに、被接合部材９０がアンビル２０と複数のホーン３１、３２との間で保持される。図６（ａ）は、被接合部材９０がアンビル２０と複数のホーン３１、３２との間で保持された状態の断面図を示す。 That is, when the pressure by the horn 31 and the pressure by the horn 32 reach the clamp pressure, the member 90 to be joined is held between the anvil 20 and the horns 31 and 32. FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a state in which the member to be joined 90 is held between the anvil 20 and the horns 31 and 32.

被接合部材９０が保持された後に、ホーン３１による圧力が接合圧力に達して、かつ、ホーン３１による超音波振動が被接合部材９０に加わることで、被接合部材９０が接合される。図５（ａ）及び図６（ｂ）は、被接合部材９０がホーン３１の超音波振動により接合された状態を示す。なお、図５（ａ）及び図６（ｂ）において、振動しているホーン３１は点線で示されている。 After the member to be joined 90 is held, the pressure by the horn 31 reaches the joining pressure, and the ultrasonic vibration by the horn 31 is applied to the member to be joined 90, so that the members to be joined 90 are joined. FIGS. 5A and 6B show a state in which the members to be joined 90 are joined by the ultrasonic vibration of the horn 31. In FIG. 5A and FIG. 6B, the vibrating horn 31 is indicated by a dotted line.

ホーン３１による接合が終了した後、ホーン３１による圧力は、接合圧力からクランプ圧力に下がる。ホーン３２による圧力が、クランプ圧力から接合圧力まで高まり、ホーン３２が超音波で振動することで、被接合部材９０が接合される。すなわち、被接合部材９０は、ホーン３１と接触する部分で保持され、ホーン３２と接触している部分で接合される。これにより、２打点目の接合が終了する。図５（ｂ）及び図６（ｃ）は、被接合部材９０がホーン３２の超音波振動により接合された状態を示す。なお、図５（ｂ）及び図６（ｃ）において、振動しているホーン３２は点線で示されている。 After the joining by the horn 31 is completed, the pressure by the horn 31 decreases from the joining pressure to the clamping pressure. The pressure by the horn 32 increases from the clamping pressure to the joining pressure, and the horn 32 vibrates by ultrasonic waves, so that the members to be joined 90 are joined. That is, the member to be joined 90 is held at a portion in contact with the horn 31 and is joined at a portion in contact with the horn 32. Thereby, the joining at the second hit point is completed. FIGS. 5B and 6C show a state in which the members to be joined 90 are joined by the ultrasonic vibration of the horn 32. In FIGS. 5B and 6C, the vibrating horn 32 is indicated by a dotted line.

そして、ホーン３１、３２が初期の位置に戻り、接合が終了する。図５（ｃ）は接合終了後の状態を示している。 Then, the horns 31 and 32 return to the initial positions, and the joining is completed. FIG. 5C shows a state after the joining is completed.

本実施形態に係る超音波接合方法では、被接合部材９０を保持する工程（保持工程）、及び、被接合部材９０を接合する工程（接合工程）が、ホーン３１及びホーン３２で実行される。そして、被接合部材９０のうち、ホーン３１、３２により保持される保持部分が、ホーン３１、３２の超音波振動により接合される接合部分に含まれる。保持部分は、ホーン３１、３２の底面の突起部分と、被接合部材９０との接触部分であり、図６（ａ）の範囲Ｘで示される部分である。また、接合部分は、接合工程において、ホーン３１、３２の底面と被接合部材９０との接触部分であり、図６（ｂ）の範囲Ｙ_１で示される部分、及び、図６（ｃ）の範囲Ｙ_２で示される部分である。例えば、図６（ｂ）に示す接合工程において、ホーン３２が、被接合部材９０の保持部分で保持した状態で、ホーン３１の超音波振動がホーン３１に加わった場合に、保持部分又は保持部分の周辺は振動して摩擦が発生したとする。そして、この摩擦が発生した箇所に傷が残ったとする。この摩擦が発生した箇所では、後の工程である図６（ｃ）に示す接合工程において、ホーン３２の超音波振動により接合が行われる。そのため、接合方法の工程の途中で、傷が発生した場合でも、製品として完成した後には、摩擦が発生した箇所に傷が残る可能性は低くなる。 In the ultrasonic bonding method according to the present embodiment, the horn 31 and the horn 32 execute the step of holding the member to be bonded 90 (holding step) and the step of bonding the member to be bonded 90 (joining step). Then, of the members to be joined 90, the holding portions held by the horns 31 and 32 are included in the joining portions joined by the ultrasonic vibrations of the horns 31 and 32. The holding portion is a contact portion between the projecting portions on the bottom surfaces of the horns 31 and 32 and the member 90 to be joined, and is a portion indicated by a range X in FIG. The joining portion, in the bonding step, a contact portion between the bottom surface and the workpieces 90 of the horn 31, the portion indicated by the range _{Y 1} of FIG. 6 (b), and, FIG. 6 (c) a portion indicated by the range Y _2. For example, in the joining step shown in FIG. 6B, when ultrasonic vibration of the horn 31 is applied to the horn 31 while the horn 32 is held by the holding portion of the member 90 to be joined, the holding portion or the holding portion Is assumed to vibrate and generate friction. Then, it is assumed that a scratch remains at the place where the friction occurs. At the place where this friction occurs, the joining is performed by the ultrasonic vibration of the horn 32 in the joining step shown in FIG. Therefore, even if a flaw occurs in the middle of the joining method, the possibility that the flaw remains at the place where friction occurs after the product is completed is reduced.

さらに、本実施形態に係る超音波接合方法は、クランプを用いることなく、ホーン３１、３２でより被接合部材９０を保持する。そのため、保持する際に被接合部材９０に加える圧力を、クランプによって加わる圧力よりも大きくすることができる。 Further, in the ultrasonic bonding method according to the present embodiment, the members to be bonded 90 are held more by the horns 31 and 32 without using a clamp. Therefore, the pressure applied to the member to be joined 90 during holding can be made larger than the pressure applied by the clamp.

さらに、本実施形態に係る超音波接合方法では、図７に示すように、接合時間も短くなる。図７は、比較例の接合時間と、本発明の接合時間とを示すグラフである。なお、図７の接合時間について、被接合部材９０がアンビル２０に支持された状態で、ホーン３１〜３２が下降し始める時を、接合時間の始点とし、被接合部材９０の接合後に、ホーン３１〜３３が上昇し終えた時を、接合時間の終点としている。 Further, in the ultrasonic bonding method according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, the bonding time is also shortened. FIG. 7 is a graph showing the joining time of the comparative example and the joining time of the present invention. 7, the time when the horns 31 to 32 start to descend in a state where the member 90 to be joined is supported by the anvil 20 is defined as the starting point of the joining time, and the horn 31 is joined after the member 90 to be joined. The end of the joining time is defined as the time point when the number of 33 has finished rising.

比較例では、以下の工程で、被接合部材９０の接合が行われる。ステップＳ１にて、ホーン３３が下降する（所要時間：０．５秒）。ステップＳ２にて、ホーン３３による加圧と、ホーン３３の超音波振動による接合が行われる（所要時間０．５秒）。ステップＳ３にて、ホーン３３が、１打点目の位置から２打点目の位置まで移動する（所要時間：２．０秒）。ステップＳ４にて、ホーン３３による加圧と、ホーン３３の超音波振動による接合が行われる（所要時間０．５秒）。ステップＳ５にて、ホーン３３が、２打点目の位置から３打点目の位置まで移動する（所要時間：２．０秒）。ステップＳ６にて、ホーン３３による加圧と、ホーン３３の超音波振動による接合が行われる（所要時間０．５秒）。ステップＳ７にて、ホーン３３が上昇する（所要時間０．５秒）。これらの工程により、比較例に係る超音波接合方法の所要時間は６．５秒となる。 In the comparative example, the members to be joined 90 are joined in the following steps. In step S1, the horn 33 descends (required time: 0.5 seconds). In step S2, the horn 33 is pressurized and the horn 33 is joined by ultrasonic vibration (required time: 0.5 seconds). In step S3, the horn 33 moves from the position of the first strike to the position of the second strike (required time: 2.0 seconds). In step S4, the horn 33 is pressurized and the horn 33 is joined by ultrasonic vibration (required time: 0.5 seconds). In step S5, the horn 33 moves from the position of the second strike to the position of the third strike (required time: 2.0 seconds). In step S6, the horn 33 is pressurized and the horn 33 is joined by ultrasonic vibration (required time: 0.5 seconds). In step S7, the horn 33 is raised (the required time is 0.5 seconds). By these steps, the time required for the ultrasonic bonding method according to the comparative example is 6.5 seconds.

一方、本発明では、以下の工程で、被接合部材９０の接合が行われる。ステップＳ１１にて、二つのホーン３１、３２が下降する（所要時間：０．５秒）。ステップＳ１２にて、二つのホーン３１、３２による加圧と、ホーン３１の超音波振動によって、被接合部材９０の保持と、１打点目の接合が行われる（所要時間０．５秒）。ステップＳ１３にて、二つのホーン３１、３２による加圧と、ホーン３２の超音波振動によって、被接合部材９０の保持と、２打点目の接合が行われる（所要時間０．５秒）。ステップＳ１４にて、ホーン３１、３２が上昇する（所要時間０．５秒）。これらの工程により、本発明に係る超音波接合方法の所要時間は２．０秒となる。すなわち、図７に示すように、本発明の接合時間は、比較例の接合時間の３分の１程度になる。 On the other hand, in the present invention, the members to be joined 90 are joined in the following steps. In step S11, the two horns 31, 32 descend (required time: 0.5 seconds). In step S12, the holding of the member 90 to be joined and the joining of the first spot are performed by the pressurization by the two horns 31 and 32 and the ultrasonic vibration of the horn 31 (required time: 0.5 second). In step S13, the holding of the member 90 to be joined and the joining at the second spot are performed by the pressurization by the two horns 31 and 32 and the ultrasonic vibration of the horn 32 (required time: 0.5 second). In step S14, the horns 31 and 32 are raised (the required time is 0.5 seconds). By these steps, the time required for the ultrasonic bonding method according to the present invention is 2.0 seconds. That is, as shown in FIG. 7, the bonding time of the present invention is about one third of the bonding time of the comparative example.

上記のように、本実施形態では、アンビル２０に支持された被接合部材９０に対して、複数のホーン３１、３２により圧力を加えることで、アンビル２０と複数のホーン３１、３２との間で被接合部材９０を保持する。そして、アンビル２０と複数のホーン３１、３２との間に被接合部材９０を保持した後に、複数のホーン３１、３２のうちホーン３１を超音波で振動させて、被接合部材９０を接合する。ホーン３１の超音波振動による接合の後に、複数のホーン３１、３２のうち他のホーン３２を超音波で振動させて、被接合部材９０を接合する。これにより、ホーン３１の超音波振動により、ホーン３２で保持している被接合部材９０の一部で摩擦が生じたとしても、ホーン３２で保持された部分は、ホーン３２の超音波振動によって接合される。そのため、本発明は、製品の完成後、摩擦を乗じた部分に損傷が残る可能性を低減できる。 As described above, in the present embodiment, by applying pressure to the member 90 to be joined supported by the anvil 20 by the plurality of horns 31 and 32, the pressure between the anvil 20 and the plurality of horns 31 and 32 is increased. The member to be joined 90 is held. Then, after the member 90 to be joined is held between the anvil 20 and the plurality of horns 31 and 32, the horn 31 of the plurality of horns 31 and 32 is ultrasonically vibrated to join the member 90 to be joined. After the joining of the horns 31 by ultrasonic vibration, the other horns 32 of the plurality of horns 31 and 32 are vibrated by ultrasonic waves to join the members 90 to be joined. Thus, even if friction occurs in a part of the member to be welded 90 held by the horn 32 due to the ultrasonic vibration of the horn 31, the portion held by the horn 32 is joined by the ultrasonic vibration of the horn 32. Is done. Therefore, the present invention can reduce the possibility that damage is left on the portion subjected to friction after the product is completed.

また、比較的、面積の広い被接合部材９０を超音波振動により接合する場合に、ホーンの接触面積には限界がある。そのため接合面が広い場合には、比較例のように、ホーンを移動させつつ、移動毎に接合を行うことも考えられる。しかしながら、本実施形態では、複数のホーンを用いつつ、ホーンを平行方向（金属箔９１の表面に沿った方向）に移動させていない。そのため、本実施形態に係る接合方法では、接合時間を短縮できる。 In addition, when joining members 90 having a relatively large area by ultrasonic vibration, the contact area of the horn is limited. Therefore, when the joining surface is large, it is conceivable to perform joining each time the horn is moved, as in the comparative example. However, in the present embodiment, the horn is not moved in a parallel direction (a direction along the surface of the metal foil 91) while using a plurality of horns. Therefore, in the bonding method according to the present embodiment, the bonding time can be reduced.

また本実施形態では、ホーン３２により被接合部材９０を接合する工程（２打点目の接合工程に相当）では、ホーン３１により圧力を加えることで、アンビル２０とホーン３１との間に被接合部材９０を保持した状態で、ホーン３２を超音波で振動させる。これにより、接合後のホーン３１を、被接合部材９０の保持に用いることができるため、被接合部材９０を保持する面積を確保することができ、ホーン３２による接合時に、保持部分又は保持部分の周辺で、被接合部材９０の振動を抑制できる。 In the present embodiment, in the step of joining the member 90 to be joined by the horn 32 (corresponding to the joining step at the second hitting point), pressure is applied by the horn 31 so that the member to be joined is While holding 90, the horn 32 is vibrated by ultrasonic waves. Thereby, the horn 31 after joining can be used for holding the member 90 to be joined, so that an area for holding the member 90 to be joined can be secured, and when the horn 32 is joined, the holding portion or the holding portion can be used. At the periphery, vibration of the member to be joined 90 can be suppressed.

なお、本実施形態の変形例として、被接合部材９０と接触するホーン３２の接触面積は、被接合部材９０と接触するホーン３１の接触面積よりも大きくしてもよい。接触面積は、ホーン３１、３２の底面に相当する。これにより、１打点目の接合工程において、被接合部材９０は、より接触面積の大きい方のホーン３２で保持できるため、保持する際の圧力が小さくても、被接合部材９０を確実に保持できる。その結果として、１打点目の接合工程において、保持部分又は保持部分の周囲での損傷の可能性を抑制できる。 As a modification of the present embodiment, the contact area of the horn 32 that contacts the member 90 to be joined may be larger than the contact area of the horn 31 that contacts the member 90 to be joined. The contact area corresponds to the bottom surfaces of the horns 31 and 32. Thereby, in the joining process of the first hitting point, the member to be joined 90 can be held by the horn 32 having a larger contact area, so that the member to be joined 90 can be securely held even if the pressure at the time of holding is small. . As a result, it is possible to suppress the possibility of damage around the holding portion or around the holding portion in the bonding process at the first hitting point.

１０…本体
２０…アンビル
３０、３１〜３３…ホーン
３４…クランプ
４０…電源
５０…発振器
６０…ブースター
７０…エンコーダ
８０…コントローラ
９０…被接合部材
９１…金属箔
９２…タブ
９３…板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Body 20 ... Anvil 30, 31-33 ... Horn 34 ... Clamp 40 ... Power supply 50 ... Oscillator 60 ... Booster 70 ... Encoder 80 ... Controller 90 ... Member to be joined 91 ... Metal foil 92 ... Tab 93 ... Plate

Claims

By an ultrasonic bonding apparatus having an anvil and a plurality of horns, in an ultrasonic bonding method of bonding members to be bonded,
By applying pressure by the plurality of horns to the member to be joined supported by the anvil, the member to be joined is held between the anvil and the plurality of horns,
After holding the member to be joined between the anvil and the plurality of horns, one of the plurality of horns is vibrated by ultrasonic waves to join the members to be joined,
After joining by ultrasonic vibration of the one horn, the other horn of the plurality of horns is caused to vibrate by ultrasonic waves to join the members to be joined,
The ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein a contact area of the other horn that contacts the member to be joined is larger than a contact area of the one horn that contacts the member to be joined.

By an ultrasonic bonding apparatus having an anvil and a plurality of horns, in an ultrasonic bonding method of bonding members to be bonded,
By applying a clamping pressure to the member to be joined supported by the anvil by the plurality of horns, the protrusion provided on the horn and the member to be joined come into contact with each other, and the anvil and the plurality of horns are contacted. Holding the member to be joined between
After holding the member to be joined between the anvil and the plurality of horns, one of the plurality of horns is vibrated by ultrasonic waves to join the members to be joined,
After joining of the one horn by ultrasonic vibration, the pressure of the other horn of the plurality of horns is increased from the clamp pressure to the joining pressure, and the other horn is ultrasonically vibrated to form the horn. An ultrasonic joining method comprising joining joining members.

The ultrasonic bonding method according to claim 2 ,
In the step of joining the member to be joined by the other horn, by applying the clamping pressure by the one horn, while holding the member to be joined between the anvil and the one horn, An ultrasonic bonding method, wherein another horn is vibrated by ultrasonic waves.