JP6779591B1 - 超音波接合方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、接合対象物の複数の接合箇所に対し、効率的、かつ精度良く超音波接合できる超音波接合方法を提供することを目的とする。そして、本発明である超音波接合方法は、ステップＳ２において、接合対象物の上方に３つの超音波接合用ヘッド部（６１〜６３）を配置する。この際、３つの超音波接合用ヘッド部（６１〜６３）における初期高さｈ１〜ｈ３は互いに異なる高さに設定される。その後、ステップＳ４において、昇降用サーボモータ（２Ｘ）による複数一括下降動作、及び３つの超音波接合用ヘッド部（６１〜６３）による超音波振動動作が実行される。この際、上記複数一括下降動作の下降速度Ｖ６、超音波振動動作の動作時間Ｔ６（min）、及び初期高さｈ１〜ｈ３間の調整ギャップ長Δｇは、｛Ｔ６＜Δｇ／Ｖ６｝を満足するように設定される。

Description

この発明は、超音波接合方法に関するものであり、特に、太陽電池で用いられる導電性部材を接合対象物とした超音波接合方法に関する。

従来、薄膜系太陽電池用の基板上面に、導電性部材である集電用の電極線を配置した後、基板に電極線を接合する工程において、基板上に配置された電極線に圧力を加えながら超音波を印加する超音波接合処理を実行する超音波振動接合装置を用いていた。

超音波振動接合装置を用いて行う超音波接合方法として例えば特許文献１で開示された部材接合方法がある。

特開２０１２−４２８０号公報

一方、太陽電池用基板の大型化により接合点数が増加し、また、太陽電池の量産が進む中、生産タクトの短縮が必須となっている。

そこで、各々が超音波接合部を有する複数の超音波振動接合装置を用い、太陽電池の電極線等の接合対象物に対し、複数の超音波接合部によって複数の接合箇所において同時に超音波接合を行う複数箇所超音波接合方法が考えられる。

しかしながら、従来の複数箇所超音波接合方法は、複数の超音波接合部から複数の接合箇所に対し同時に複数の超音波振動を印加される。このため、複数の超音波振動のうち一の超音波振動に伴う波動が、他の超音波振動の波動を打ち消すことにより、適切に超音波振動を印加できない接合不良現象が生じる。

上記接合不良現象が生じると、複数の接合箇所のうち、適切な超音波振動が印加されなかった箇所では精度良く接合ができないという問題点があった。

本発明では、上記のような問題点を解決し、接合対象物の複数の接合箇所に対し、効率的、かつ精度良く超音波接合できる超音波接合方法を提供することを目的とする。

この発明における超音波接合方法は、超音波振動接合装置を用いて行う超音波接合方法であって、前記超音波振動接合装置は、各々が超音波接合部を有し、複数の超音波接合部から超音波振動を印加することにより、複数の超音波振動動作を実行する複数の超音波接合用ヘッド部を備え、前記超音波接合方法は、(a) 接合対象物をテーブル上に配置するステップと、(b) 前記接合対象物を超音波接合対象として、前記複数の超音波接合用ヘッド部を制御して前記複数の超音波振動動作を実行させるステップとを備え、前記ステップ(b) は、前記複数の超音波接合用ヘッド部間で前記超音波振動動作が時間的に重複しない超音波時間条件を満足するように、前記複数の超音波振動動作を実行させ、前記超音波振動接合装置は、前記複数の超音波接合用ヘッド部を一括して下降させ下降動作を実行するヘッド部移動機構（２Ｘ）をさらに備え、前記ステップ(b) は、(b-1) 前記接合対象物の上方に前記複数の超音波接合用ヘッド部を配置するステップと、(b-2) 前記ヘッド部移動機構を制御して、前記下降動作を実行させ、前記複数の超音波接合部それぞれの前記接合対象物への接触タイミングを、前記複数の超音波振動動作の実行開始タイミングとして、前記複数の超音波振動動作を実行させるステップとを含み、前記ステップ(b-1)は、前記接合対象物から前記複数の超音波接合部への高さである複数の初期接合高さが互いに異なる高さになるように、前記複数の超音波接合用ヘッド部を初期設定状態で配置し、前記ステップ(b-2)は、前記複数の超音波接合用ヘッド部間で前記接合対象物への接触タイミングが重複することなく、前記複数の超音波振動動作を実行させることを特徴とする。

請求項１記載の本願発明は上記特徴を有することにより、複数の超音波振動動作のうち一の超音波振動動作の実行時に生じる超音波の波動が、他の超音波振動動作に悪影響を与えることがないため、接続対象物の複数の接合箇所における超音波接合を効率的かつ高精度に行うことができる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

この発明の実施の形態である超音波接合方法で用いる超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。 図１で示した超音波振動接合装置の構造の一部を模式的に示す説明図である。 図１及び図２で示した超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。 図１で示したエアシリンダの内部状態を模式的に示す説明図（その１）である。 図１で示したエアシリンダの内部状態を模式的に示す説明図（その２）である。 接合対象物の具体的構成を示す説明図である。 実施の形態の超音波接合方法の処理手順を示すフローチャートである。 ３つの超音波接合用ヘッド部の初期設定状態を模式的に示す説明図である。 初期設定状態の設定方法を模式的に示す説明図（その１）である。 初期設定状態の設定方法を模式的に示す説明図（その２）である。 ピストンロッドによる押圧力を考察するための説明図（その１）である。 ピストンロッドによる押圧力を考察するための説明図（その２）である。

＜実施の形態＞
（超音波振動接合装置）
図１はこの発明の実施の形態である超音波接合方法で用いる超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図１にＸＹＺ直交座標系を記している。

図１に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な３ヘッド走行フレーム１１において、ＸＺ平面を有する側面に昇降用サーボモータ２Ｘが固定される。

ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降用サーボモータ２Ｘに取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して共通昇降用スライダ１３に接続する態様で、共通昇降用スライダ１３に取り付けられる。

このような構成において、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、共通昇降用スライダ１３を下方（−Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。

一方、昇降用サーボモータ２Ｘによってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、共通昇降用スライダ１３を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。

このように、昇降用サーボモータ２Ｘは、上述した下降動作を行う下降機構と、上述した上昇動作を行う上昇機構とを兼ねたヘッド部移動機構として機能する。

共通昇降用スライダ１３のＸＺ平面を有する側面に３つのエアシリンダ４１〜４３が取り付けられる。

３つのエアシリンダ４１〜４３に対応して３つの加圧用スライダ５１〜５３が設けられ、エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）のピストンロッド２３の先端部に加圧用スライダ５ｉに連結される。また、エアシリンダ４１〜４３はそれぞれ内部に位置検出部７を有している。なお、（ｉ＝１〜３のいずれか）は、正確には、（ｉ＝１〜３のうち、任意のいずれか）を意味する。

３つの加圧用スライダ５１〜５３に対応して３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３が設けられ、加圧用スライダ５ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の下方領域に超音波接合用ヘッド部６ｉが取り付けられる。超音波接合用ヘッド部６１〜６３は、それぞれ、超音波ホーン１６（超音波接合部１６ａ）及び超音波振動子１７を主要構成部として含んでいる。

図２は図１で示した超音波振動接合装置の構造の一部を模式的に示す説明図である。図１はＸＺ平面から視た正面図に相当し、図２はＹＺ平面から視た側面図に相当する。

図２に示すように、共通昇降用スライダ１３のＸＺ平面を有する側面にエアシリンダ４３が直接取り付けられる。なお、以下では、エアシリンダ４１〜４３のうち、エアシリンダ４３及びエアシリンダ４３に関連する部位（加圧用スライダ５３，超音波接合用ヘッド部６３等）を代表して説明する。

エアシリンダ４３のピストンロッド２３の先端部に加圧用スライダ５３が連結される。具体的には、ピストンロッド２３の先端部分の先端領域に設けられた、後述する取付金具７５を介して、ピストンロッド２３と加圧用スライダ５３とが連結される。また、エアシリンダ４３は内部に後に詳述する位置検出部７を有している。

そして、加圧用スライダ５３の下方領域に超音波接合用ヘッド部６３が取り付けられる。超音波接合用ヘッド部６３は、超音波ホーン１６及び超音波振動子１７を主要構成部として含んでおり、超音波ホーン１６の先端部分が超音波接合部１６ａとなっている。

超音波接合用ヘッド部６３は、超音波振動子１７及び超音波ホーン１６の順でヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、超音波ホーン１６の先端部に超音波接合部１６ａを有している。

超音波接合用ヘッド部６３は、超音波振動子１７に超音波振動ＵＶを発生させ、超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを伝達することにより、超音波接合部１６ａから超音波振動を接合対象物の印加部（接合箇所）に印加する超音波振動動作を実行する。

なお、超音波接合対象となる接合対象物としては、例えば、図２に示すように、テーブル３０上に載置された、ガラス基板３１と、ガラス基板３１の上面上に配置された線状の（集電）電極３３とが考えられる。導電性部材である電極３３の上面の所定箇所が印加部となり、超音波接合用ヘッド部６３による超音波振動動作により、電極３３の印加部（接合領域）にて、電極３３とガラス基板３１との超音波接合を図ることができる。なお、ガラス基板３１は内部に太陽電池機能を有する太陽電池パネル等の基板として用いられる。

なお、図２で図示されたエアシリンダ４３及びエアシリンダ４３に関連する部位（加圧用スライダ５３，超音波接合用ヘッド部６３等）を代表して説明した。図２で図示されていないエアシリンダ４１及びエアシリンダ４１に関連する部位（加圧用スライダ５１，超音波接合用ヘッド部６１等）、並びにエアシリンダ４２及びエアシリンダ４２に関連する部位（加圧用スライダ５２，超音波接合用ヘッド部６２等）も、エアシリンダ４３及びエアシリンダ４３に関連する部位と同様な構成を呈している。

超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａ、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａ、及び超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａは、Ｘ方向に沿って間隔ｄ６毎に均等に配置される。

前述したように、超音波接合用ヘッド部６１〜６３は、それぞれ超音波振動子１７に超音波振動ＵＶを発生させ、超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを伝達することにより、超音波接合部１６ａから超音波振動を接合対象物の印加部に印加する超音波振動動作を実行する。

したがって、超音波接合用ヘッド部６１〜６３の超音波振動動作が実行されると、電極３３等の接合対象物のＸ方向に沿った３つの接合箇所において超音波接合が行われる。

（制御部）
図３は図１及び図２で示した超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。図３に示すように、制御部１５Ｘは、昇降用サーボモータ２Ｘ、エアシリンダ４１〜４３、超音波接合用ヘッド部６１〜６３それぞれ内の超音波振動子１７及び駆動部１９Ｘの駆動を制御する制御動作を実行している。

なお、駆動部１９Ｘは３ヘッド走行フレーム１１を水平方向に移動させる移動処理を実行する。また、超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の超音波振動子１７は超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを与える超音波振動動作を実行する。

制御部１５Ｘは、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動を制御することにより、昇降用サーボモータ２Ｘによる−Ｚ方向への押圧力Ｆ１を制御することができ、エアシリンダ４１〜４３それぞれを制御することにより、エアシリンダ４１〜４３それぞれの−Ｚ方向への押圧力Ｆ２（Ｆ２１〜Ｆ２３）を制御することができる。押圧力Ｆ１及びＦ２は「Ｆ１＞Ｆ２」の関係を満足する。

超音波接合用ヘッド部６１〜６３は、加圧用スライダ５１〜５３、エアシリンダ４１〜４３のピストンロッド２３、及びエアシリンダ４１〜４３を介して共通昇降用スライダ１３と連結されている。このため、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動により実行される下降動作時に生じる−Ｚ方向の押圧力Ｆ１は、超音波接合用ヘッド部６１〜６３に共通の下降動作における下降用押圧力となる。

超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）は、加圧用スライダ５ｉ及びエアシリンダ４ｉのピストンロッド２３を介してエアシリンダ４ｉと連結されているため、押圧力Ｆ２ｉは、エアシリンダ４ｉによって超音波接合用ヘッド部６ｉに付与される加圧用押圧力となる。なお、押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３は「Ｆ２１＝Ｆ２２＝Ｆ２３（＝Ｆ２）」を満足するように設定される。

制御部１５Ｘは、駆動部１９Ｘを制御することにより３ヘッド走行フレーム１１の水平方向に沿った移動処理を制御することができる。

さらに、制御部１５Ｘは、超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の超音波振動子１７を制御して超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波振動動作を制御することができる。

このような構成の超音波振動接合装置は、制御部１５Ｘの制御下で以下のステップＳ１１〜Ｓ１４からなる超音波接合処理を実行することができる。すなわち、制御部１５ＸはステップＳ１１〜Ｓ１４からなる制御動作を実行している。

ステップＳ１１：超音波接合用ヘッド部６１〜６３の超音波接合部１６ａが、３つの上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。この際、超音波接合用ヘッド部６１〜６３の超音波接合部１６ａは、後に詳述する初期設定状態で配置される。

ステップＳ１２：エアシリンダ４１〜４３に押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３で加圧動作を実行させる。

ステップＳ１３：昇降用サーボモータ２Ｘの駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、共通昇降用スライダ１３、エアシリンダ４１〜４３、加圧用スライダ５１〜５３及び超音波接合用ヘッド部６１〜６３を一括して下方に移動させる複数一括下降動作を実行させる。この際、ヘッド部移動機構である昇降用サーボモータ２Ｘは−Ｚ方向の圧力値が押圧力Ｆ１になるように制御される。

ステップＳ１４：エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の位置検出部７によって、接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態の有無が検出される。以下、この点を詳述する。

図４及び図５はエアシリンダ４（エアシリンダ４１〜４３のいずれか）の内部状態を模式的に示す説明図である。図４は接合部無接触期間の状況、図５は接合部接触状態後の状況を示している。図４及び図５それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。

図４に示すように、接合部無接触期間では、エアシリンダ４は昇降用サーボモータ２Ｘより押圧力Ｆ１で下降されながら、エアシリンダ４自身による押圧力Ｆ２の加圧動作が可能な状態となっている。このとき、超音波接合部１６ａは接続対象物と接触していないため、エアシリンダ４の下方の所定位置でピストン２５の位置が固定される。

したがって、エアシリンダ４の側面に設けられた位置検出部７によって、ピストン２５が上記所定位置に存在することが検出されている期間が接合部無接触期間となる。

図５に示すように、接合部接触状態となった後は、超音波接合部１６ａの下方先端部が接合対象物と当接するため、エアシリンダ４は下降することなく停止する。

この時、押圧力Ｆ１＞押圧力Ｆ２であるため、この圧力差（Ｆ１−Ｆ２）によってピストン２５が所定位置から上昇する。

したがって、エアシリンダ４の側面に設けられた位置検出部７によって、ピストン２５が上記所定位置から上昇したことを検出されると、接合部接触状態になったことを認識することができる。

超音波接合用ヘッド部６１〜６３のうち、接合部接触状態が認識された超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）に対し、単独で超音波振動動作を実行させる。

以降、全ての超音波接合用ヘッド部６１〜６３において接合部接触状態が検出される全体接合部接触状態が認識され、かつ、全ての超音波接合用ヘッド部６１〜６３による超音波振動動作の実行が完了すると、ステップＳ１４の処理は終了する。

さらに、図１〜図５で示した超音波振動接合装置は、複数の超音波接合用ヘッド部として３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３を有しているため、超音波接合対象となる接合対象物において複数の接合箇所が存在する場合、複数の接合箇所に対する超音波接合処理を早期に完了することができる。

以下、この点を詳述する。図６は接合対象物の具体的構成を示す説明図である。同図に示すように、ガラス基板３１の上面上にＸ方向に沿って２つの線状の（集電）電極３３が配置される。２つの電極３３において複数の接合箇所である複数の超音波印加領域３５が設定される。複数の超音波印加領域３５はＸ方向に沿って間隔ｄ３５で均等に設けられる。

ここで、超音波接合用ヘッド部６１〜６３間の形成間隔ｄ６と複数の超音波印加領域３５間の間隔ｄ３５との間に「ｄ６＝３×ｄ３５」の関係が成立すると仮定する。

この場合、上述したステップＳ１１において、図６に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ３の上方に位置するように配置する。

印加位置Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は、３つの超音波印加領域３５毎の間隔で配置される印加位置であるため、印加位置Ｐ１〜Ｐ２，Ｐ２〜Ｐ３間はそれぞれ形成間隔ｄ６となる。

その後、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１〜Ｓ１４からなる１回の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ１〜Ｐ３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。

次の超音波接合処理の際、昇降用サーボモータ２Ｘを駆動して上昇動作を行い、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を上昇させて全体接合部接触状態から開放する。その後、新たに実行されるステップＳ１１において、駆動部１９Ｘを制御して３ヘッド走行フレーム１１を＋Ｘ方向に沿って間隔ｄ３５分、移動させる。

すると、図６に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１３の上方に位置するように配置される。

その後、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１〜Ｓ１４からなる２回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ１１〜Ｐ１３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。

さらに、次の超音波接合処理の際、昇降用サーボモータ２Ｘを駆動して上昇動作を行い、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を上昇させて全体接合部接触状態から開放する。その後、新たに実行されるステップＳ１１において、３ヘッド走行フレーム１１を＋Ｘ方向に沿って間隔ｄ３５分、移動させる。

すると、図６に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２３の上方に位置するように配置される。

その後、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１〜Ｓ１４からなる３回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ２１〜Ｐ２３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。

その結果、３回の超音波接合処理によって、間隔ｄ３５で連続して設けられた９箇所の超音波印加領域３５に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。

このように、図１〜図５で示した超音波振動接合装置は、ヘッド部起動機構である昇降用サーボモータ２Ｘを１単位に抑制した比較的簡単で安価な構成で実質的に３倍の速度で超音波接合処理を実行することができる効果を奏する。

＜超音波接合方法＞
以下、実施の形態である超音波接合方法について説明する。本実施の形態の超音波接合方法は、図１〜図６を用いて説明した超音波振動接合装置を用い、制御部１５Ｘの制御下で実行される。

図７は実施の形態の超音波接合方法の処理手順を示すフローチャートである。以下、同図を参照して、実施の形態の超音波接合方法を説明する。

まず、ステップＳ１において、テーブル３０上に、ガラス基板３１、及びガラス基板３１の上面上に線状の（集電）電極３３を配置する（図２，図６等参照）。したがって、テーブル３０上に載置された、ガラス基板３１と、ガラス基板３１の上面上に配置された電極３３とが、超音波接合対象としての接合対象物となる。

次に、ステップＳ２において、電極３３の上方に超音波接合用ヘッド部６１〜６３を配置して初期設定状態に設定する。

ここで、図６に示すように、平面視して、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ３の上方に位置するように配置する。

図８は超音波接合用ヘッド部６１〜６３の初期設定状態を模式的に示す説明図である。同図において、接合基準位置Ｈ３３は接合対象物となる電極３３の表面高さに設定されている。

ここで、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａの中心から接合基準位置Ｈ３３に至る高さは初期高さｈ１に設定される。すなわち、接合対象物となる電極３３の表面から超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａへの高さは初期高さｈ１（ｍ）に設定される。

同様にして、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａの中心から接合基準位置Ｈ３３に至る高さは初期高さｈ２（ｍ）に設定される。すなわち、電極３３の表面から超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａへの高さは初期高さｈ２に設定される。

同様にして、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａの中心から接合基準位置Ｈ３３に至る高さは初期高さｈ３（ｍ）に設定される。すなわち、電極３３の表面から超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａへの高さは初期高さｈ３に設定される。

初期高さｈ１〜ｈ３は、以下の式(1)及び式(2)を満足するように設定される。なお、式(1)及び式(2)においてΔｇ（ｍ）は調整ギャップ長である。

ｈ１＝ｈ２＋Δｇ…(1)
ｈ２＝ｈ３＋Δｇ…(2)

このように、ステップＳ２の実行により、超音波接合用ヘッド部６１〜６３における初期高さｈ１〜ｈ３は、式(1)及び式(2)を満足し互いに異なる高さになる初期設定状態で配置される。

なお、初期高さｈ１〜ｈ３間で異なる高さに設定すべく、エアシリンダ４ｉ〜加圧用スライダ５ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）間のピストンロッド２３の長さを、エアシリンダ４１〜４３間で変化させている。

図９及び図１０は初期設定状態の設定方法を模式的に示す説明図である。これらの図に示すように、ピストンロッド２３は先端部分に長さＬＳのネジ状の先端領域を有している。この先端領域に取付金具７５を上下で挟みこむ態様で、上方にナット７１、下方にナット７２が取り付けられている。このため、取付金具７５はピストンロッド２３の先端領域においてナット７１及び７２間で固定されている。

取付金具７５は加圧用スライダ５ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）を所定位置で取り付けるための治具である。したがって、取付金具７５の位置が基準位置より高くなる（＋Ｚ方向側に位置する）場合、加圧用スライダ５１はより高い位置に取り付けられる結果、加圧用スライダ５ｉに取り付けられる超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波接合部１６ａの位置が相対的に高くなる。

逆に、取付金具７５の位置が基準位置より低くなる（−Ｚ方向側に位置する）場合、加圧用スライダ５ｉはより低い位置に取り付けられる結果、加圧用スライダ５ｉに取り付けられる超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波接合部１６ａの位置が相対的に高くなる。

図９(a) に示すように、エアシリンダ４は基準状態の場合、ピストンロッド２３の取付金具７５の上面までの長さは基準距離ＬＡに設定されている。

図９(b) に示すように、基準状態から、ナット７１及び７２を第１の回転方向で回転させると、ナット７１及び７２はピストンロッド２３の先端領域の上方に移動する。ナット７１及び７２の上方移動に伴い、ナット７１及び７２で挟まれている取付金具７５も上方に移動する。その結果、ピストンロッド２３の取付金具７５の上面までの長さＬＢを基準距離ＬＡから変位量Δ１分、短くすることができる。

図１０(a) に示すように、エアシリンダ４は基準状態の場合、ピストンロッド２３の取付金具７５の上面までの長さは基準距離ＬＡに設定されている。

図１０(b) に示すように、基準状態から、ナット７１及び７２を第２の回転方向（第１の回転方向と反対方向）で回転させると、ナット７１及び７２がピストンロッド２３の先端領域の下方に移動する。ナット７１及び７２の下方移動に伴い、取付金具７５も下方に移動する。その結果、ピストンロッド２３の取付金具７５の上面までの長さＬＣを基準距離ＬＡから変位量Δ２分、長くすることができる。

例えば、変位量Δ１及び変位量Δ２を調整ギャップ長Δｇに一致させ、エアシリンダ４１〜４３のピストンロッド２３の取付金具７５の上面までの長さをＬＢ，ＬＡ，ＬＣに設定することにより、超音波接合用ヘッド部６１〜６３の超音波接合部１６ａの接合基準位置Ｈ３３からの高さを、式(1)及び式(2)を満足する初期高さｈ１〜ｈ３に設定することができる。

このように、図９及び図１０で示したピストンロッド２３の長さ調整を予め行うことにより、単純に電極３３の上方に超音波接合用ヘッド部６１〜６３を配置するだけで、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を初期設定状態で配置することができる。

したがって、ステップＳ２において、電極３３の上方に超音波接合用ヘッド部６１〜６３を配置して、初期高さｈ１〜ｈ３が上述した式(1)及び式(2)を満足する初期設定状態に設定することができる。

図７に戻って、ステップＳ３において、エアシリンダ４１〜４３に押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３で加圧動作を実行させる。

なお、ステップＳ２において、エアシリンダ４１〜４３の超音波接合部１６ａの初期高さｈ１〜ｈ３が異なる初期設定状態に設定されている。このため、エアシリンダ４１〜４３間で初期状態におけるピストンロッド２３が下方に延びているロッドストロークＬ２３が異なる。

図１１及び図１２はピストンロッド２３の押圧力Ｆ２を考察するための説明図であり、図１１はエアシリンダ４のＸＺ平面構造を示し、図１２はエアシリンダ４のＸＹ平面構造を示している。エアシリンダ４の主要部となるシリンダチューブ４８内のシリンダ内圧力空間ＳＰ４に所定圧力Ｐ４がかけられている場合を想定する。

断面積Ｓ２５のピストン２５に均一に圧力が作用する。したがって、エアシリンダ４の押圧力Ｆ２は以下の式(3)で表される。

Ｆ２＝Ｐ４×Ｓ３５…(3)

所定圧力Ｐ４を一定にすると、押圧力Ｆ２はピストンロッド２３のロッドストロークＬ２３に関係無く一定である。

したがって、エアシリンダ４１〜４３間でピストンロッド２３のロッドストロークＬ２３が異なっていても、エアシリンダ４１〜４３の押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３に影響が生じることはない。

図７に戻って、ステップＳ４において、昇降用サーボモータ２Ｘによる下降動作、及び超音波接合用ヘッド部６１〜６３による超音波振動動作が実行される。

昇降用サーボモータ２Ｘによる下降動作は複数一括下降動作として実行される。すなわち、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、共通昇降用スライダ１３、エアシリンダ４１〜４３、加圧用スライダ５１〜５３及び超音波接合用ヘッド部６１〜６３を一括して下方に移動させる複数一括下降動作が実行される。この際、昇降用サーボモータ２Ｘは−Ｚ方向の圧力値が押圧力Ｆ１になるように制御される。

ここで、上記複数一括下降動作の下降速度Ｖ６（ｍ／min）であり、超音波接合用ヘッド部６１〜６３それぞれの超音波振動動作の動作時間Ｔ６（min）とすると、式(1)及び式(2)のパラメータである調整ギャップ長Δｇと下降速度Ｖ６とは以下の式(4)を満足するように設定される。なお、動作時間Ｔ６は超音波接合用ヘッド部６１〜６３間で同一に設定されている。

Ｔ６＜Δｇ／Ｖ６…(4)

上記複数一括下降動作の実行中に、まず、エアシリンダ４３の位置検出部７によって、接合対象物の印加部（接合箇所）に超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態が検出される。

超音波接合用ヘッド部６３における接合対象部の印加部への接触タイミングを実行開始タイミングとして、接合部接触状態が検出された超音波接合用ヘッド部６３が単独で超音波振動動作を実行する。

式(4)を満足しているため、超音波接合用ヘッド部６３の超音波振動動作の実行中において、超音波接合用ヘッド部６１及び６２は接合部無接触状態であり、接合部接触状態が検出されることはない。

したがって、超音波接合用ヘッド部６３の超音波振動動作の実行期間中に、超音波接合用ヘッド部６１及び６２が超音波振動動作を実行することはない。

超音波接合用ヘッド部６３の超音波振動動作の終了後、上記複数一括下降動作の実行中に、エアシリンダ４２の位置検出部７によって、超音波接合用ヘッド部６２における接合部接触状態が検出される。

超音波接合用ヘッド部６２における接合対象部の印加部への接触タイミングを実行開始タイミングとして、接合部接触状態が検出された超音波接合用ヘッド部６２が単独で超音波振動動作を実行する。

超音波接合用ヘッド部６３の超音波振動動作は既に終了している。そして、式(4)を満足しているため、超音波接合用ヘッド部６２の超音波振動動作の実行中において、超音波接合用ヘッド部６１は接合部無接触状態であり、接合部接触状態が検出されることはない。

したがって、超音波接合用ヘッド部６２の超音波振動動作の実行期間中に、超音波接合用ヘッド部６１及び６３が超音波振動動作を実行することはない。

超音波接合用ヘッド部６２の超音波振動動作の終了後、上記複数一括下降動作の実行中に、エアシリンダ４１の位置検出部７によって、超音波接合用ヘッド部６１における接合部接触状態が検出される。

超音波接合用ヘッド部６１における接合対象部の印加部への接触タイミングを実行開始タイミングとして、接合部接触状態が検出された超音波接合用ヘッド部６１が単独で超音波振動動作を実行する。

超音波接合用ヘッド部６２及び６３の超音波振動動作は既に終了しているため、超音波接合用ヘッド部６１の超音波振動動作の実行期間中に、超音波接合用ヘッド部６２及び６３が超音波振動動作を実行することはない。

このように、実施の形態の超音波接合方法は、上述した式(1)及び式(2)を満足する初期設定状態を設定するステップＳ２を実行し、式(1)及び式(2)の重要パラメータである調整ギャップ長Δｇは式(4)を満足する長さに設定されている。

このため、実施の形態の超音波接合方法は、ステップＳ４において、複数の超音波接合用ヘッド部である超音波接合用ヘッド部６１〜６３間で３つの超音波振動動作（複数の超音波振動動作）が時間的に重複しない超音波時間条件を満足するように、３つの超音波振動動作を実行させることができる。

すなわち、式(1)、式(2)及び式(4)を満足させることは、上記超音波時間条件を満足させることと等価となる。

その結果、実施の形態の超音波接合方法は、３つの超音波振動動作のうち一の超音波振動動作の実行時に生じる超音波の波動が、他の２つの超音波振動動作に悪影響を与えることがないため、接続対象物の３つの接合箇所（複数の接合箇所）において超音波接合を高精度に行うことができる。

実施の形態の超音波接合方法は、ステップＳ４において、調整ギャップ長Δｇ及び超音波振動動作の動作時間Ｔ６をパラメータとした式(4)を満足する下降速度Ｖ６で複数一括下降動作を実行している。

このため、実施の形態の超音波接合方法は、ステップＳ４において、昇降用サーボモータ２Ｘによる複数一括下降動作の実行中に、必ず上記超音波時間条件を満足するように、超音波接合用ヘッド部６１〜６３による３つの超音波振動動作を自動的に実行させることができる。

接合対象物として、ガラス基板３１と、ガラス基板３１上に配置される電極３３とが該当する。したがって、本実施の形態の超音波接合方法は、太陽電池用基板であるガラス基板３１上に集合電極である電極３３を精度良く接合することができる。

太陽電池用基板となるガラス基板３１に太陽電気機能を持たせる構造としては、例えば、ガラス上に、表面電極層、発電層、裏面電極層及び保護膜を積層した構造を有するガラス基板３１が考えられる。

さらに、図１に示す様に、実施の形態で用いる超音波振動接合装置において、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａ、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａ、及び超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａは、Ｘ方向に沿って間隔ｄ６毎に均等に配置される。

したがって、１回のステップＳ２〜Ｓ４の実行により、接合対象物に対し、平面視してＸ方向（所定方向）に沿った３つ（少なくとも２つ）の印加部（接合箇所）で一括して超音波接合を行うことができる。

上述したように、本実施の形態では、初期高さｈ１〜ｈ３間の調整ギャップ長Δｇ、昇降用サーボモータ２Ｘによる複数一括下降動作の下降速度Ｖ６、及び超音波接合用ヘッド部６１〜６３それぞれの超音波振動動作の動作時間Ｔ６は、超音波時間条件となる式(4)を満足するように設定されている。

本実施の形態の超音波接合方法では、式(4)を満足するように、調整ギャップ長Δｇ、下降速度Ｖ６及び動作時間Ｔ６を設定することにより、超音波振動接合装置側に特別な機能を持たせることなく、比較的簡単に上記超音波時間条件を満足させることができる。

図７に戻って、ステップＳ５において、昇降用サーボモータ２Ｘによる上昇動作が行われる。

昇降用サーボモータ２Ｘを駆動して上昇動作を行い、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を上昇させて、超音波接合用ヘッド部６１〜６３全てにおいて接合部接触状態から解放し、接合無接触状態にする。

すると、超音波接合用ヘッド部６１〜６３の超音波接合部１６ａの接合基準位置Ｈ３３からの（初期）高さｈ１〜ｈ３が式(1)及び式(2)を満足する初期設定状態に戻る。なぜなら、式(4)を満足するように図９及び図１０で示したピストンロッド２３の長さ調整が既に行われているからである。

その後、ステップＳ６において、駆動部１９Ｘを制御して３ヘッド走行フレーム１１を＋Ｘ方向に沿って間隔ｄ３５分、移動させる。

すると、図６に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１３の上方に位置するように配置される。

その後、ステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３〜Ｓ４を再度実行することにより、ステップＳ３〜Ｓ４からなる２回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ１１〜Ｐ１３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。

その後、ステップＳ５，Ｓ６を経て、ステップＳ３〜Ｓ４を実行することにより、ステップＳ３〜Ｓ４からなる３回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ２１〜Ｐ２３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。

このように、実施の形態の超音波接合方法は、ステップＳ３〜Ｓ６からなる基準処理を複数回繰り返すことにより、接合対象物におけるＸ方向（所定方向）に沿った比較的長い電極３３（接合領域）に対する超音波接合を精度良く行うことができる。

＜その他＞
なお、本実施の形態では、３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３の超音波接合部１６ａをＸ方向（所定方向）に沿って一列に配置したが、この態様に限定されず、所定方向に沿って複数列配置する変形例も考えられる。具体的には、６つの超音波接合用ヘッド部の超音波接合部をマトリクス状に３（Ｘ方向）×２（Ｙ方向）の構成で配置し、Ｙ方向に沿って２列構成として、列毎にＸ方向に沿って３つ配置するようにしても良い。

上記具体例の場合、１回のステップＳ２〜Ｓ４の実行により、接合対象物に対し、平面視して、Ｙ方向に沿った２列構成でＸ方向（所定方向）に沿った３つ（少なくとも２つ）の印加部（接合箇所）、総計６つの印加部で一括して超音波接合を行うことができる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

２Ｘ 昇降用サーボモータ
４，４１〜４３ エアシリンダ
７ 位置検出部
１１ ３ヘッド走行フレーム
１３ 共通昇降用スライダ
１６ 超音波ホーン
１６ａ 超音波接合部
１７ 超音波振動子
３０ テーブル
３１ ガラス基板
３３ 電極
５１〜５３ 加圧用スライダ
６１〜６３ 超音波接合用ヘッド部
７１，７２ ナット
７５ 取付金具

Claims (5)

1. 超音波振動接合装置を用いて行う超音波接合方法であって、
   前記超音波振動接合装置は、
   各々が超音波接合部（１６ａ）を有し、複数の超音波接合部から超音波振動を印加することにより、複数の超音波振動動作を実行する複数の超音波接合用ヘッド部（６１〜６３）を備え、
   前記超音波接合方法は、
   (a) 接合対象物（３１，３３）をテーブル（３０）上に配置するステップと、
   (b) 前記接合対象物を超音波接合対象として、前記複数の超音波接合用ヘッド部を制御して前記複数の超音波振動動作を実行させるステップとを備え、
   前記ステップ(b) は、前記複数の超音波接合用ヘッド部間で前記超音波振動動作が時間的に重複しない超音波時間条件を満足するように、前記複数の超音波振動動作を実行させ、
   前記超音波振動接合装置は、
   前記複数の超音波接合用ヘッド部を一括して下降させ下降動作を実行するヘッド部移動機構（２Ｘ）をさらに備え、
   前記ステップ(b) は、
   (b-1) 前記接合対象物の上方に前記複数の超音波接合用ヘッド部を配置するステップと、
   (b-2) 前記ヘッド部移動機構を制御して、前記下降動作を実行させ、前記複数の超音波接合部それぞれの前記接合対象物への接触タイミングを、前記複数の超音波振動動作の実行開始タイミングとして、前記複数の超音波振動動作を実行させるステップとを含み、
   前記ステップ(b-1)は、前記接合対象物から前記複数の超音波接合部への高さである複数の初期接合高さが互いに異なる高さになるように、前記複数の超音波接合用ヘッド部を初期設定状態で配置し、
   前記ステップ(b-2)は、前記複数の超音波接合用ヘッド部間で前記接合対象物への接触タイミングが重複することなく、前記複数の超音波振動動作を実行させることを特徴とする、
   超音波接合方法。
2. 請求項１記載の超音波接合方法であって、
   前記ステップ(b-1)の実行後、前記複数の超音波接合部のうち少なくとも２つの超音波接合部が平面視して所定方向に沿って配置される、
   超音波接合方法。
3. 請求項２記載の超音波接合方法であって、
   前記超音波振動接合装置は前記所定方向に沿って移動可能であり、
   前記ヘッド部移動機構は前記複数の超音波接合用ヘッド部を一括して上昇させる上昇動作をさらに実行し、
   前記超音波接合方法は、
   (c) 前記ステップ(b) の実行後、前記ヘッド部移動機構を制御して、前記上昇動作を実行させ、前記複数の超音波接合部を前記初期設定状態に戻すステップと、
   (d) 前記ステップ(c)の実行後、前記超音波振動接合装置を前記所定方向に沿って移動させるステップとをさらに備える、
   超音波接合方法。
4. 請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載の超音波接合方法であって、
   前記複数の初期接合高さ、前記ヘッド部移動機構による前記下降動作における下降速度、及び前記複数の超音波振動動作の動作時間は、前記超音波時間条件を満足するように設定される、
   超音波接合方法。
5. 請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載の超音波接合方法であって、
   前記接合対象物は、
   内部に太陽電池機能を有する太陽電池用基板上に選択的に配置された電極である、
   超音波接合方法。

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