JP7407475B2 - Ultrasonic bonding method - Google Patents

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Description

本発明は、超音波振動により金属、プラスチック等のワークを接合する超音波接合方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic bonding method for bonding metal, plastic, and other workpieces using ultrasonic vibration.

従来、食品パック等に用いられるプラスチック、電池部品等の金属を接合するため、溶接技術が利用されている。また、溶接技術の1つとして、接合用チップの先端を超音波振動させ、接合対象物に繰り返し圧力を加えることにより接合する超音波接合が知られている。 Conventionally, welding technology has been used to join plastics used in food packs and the like, and metals such as battery parts. Moreover, as one of the welding techniques, ultrasonic bonding is known, in which the tip of a bonding tip is ultrasonically vibrated and pressure is repeatedly applied to the objects to be bonded.

特許文献1の電極カテーテルは、体内に挿入された金属リングをX線画像等により視認できるようにするため、造影性(X画像等による視認性)に優れた電極を有している。そして、この電極の取付けに溶接が利用されている。 The electrode catheter of Patent Document 1 has an electrode with excellent contrast performance (visibility in X-ray images, etc.) so that the metal ring inserted into the body can be visually recognized in X-ray images, etc. Welding is used to attach the electrodes.

電極部において、リード線の先端部分は、被服樹脂を剥離して金属芯線を露出させ、金属芯線を金属リングの内周面に抵抗溶接されている。これにより、9個の金属リングの各々にリード線を接続している(特許文献1/段落0056、図5)。 In the electrode section, the resin coating is peeled off from the tip of the lead wire to expose the metal core wire, and the metal core wire is resistance welded to the inner peripheral surface of the metal ring. Thereby, a lead wire is connected to each of the nine metal rings (Patent Document 1/Paragraph 0056, FIG. 5).

特開2012-034852号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-034852

しかしながら、特許文献1では、微小領域での溶接となるため、接合位置が視認し難く、確実な接合が難しいという問題があった。 However, in Patent Document 1, since welding is performed in a minute area, there is a problem that the joining position is difficult to visually recognize and reliable joining is difficult.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、視認し難い局所的な接合を容易に行うことができる超音波接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic bonding method that can easily perform localized bonding that is difficult to visually recognize.

第1発明は、接合用チップが押圧する方向に垂直な第1方向の振動成分と当該第1方向に直交する第2方向の振動成分とを複合させた超音波振動によって当該接合用チップを振動させることにより、ワークを接合する超音波接合方法であって、円筒状ワークの内部に、当該円筒状ワークの内径よりも直径が小なる円柱状又は円筒状のアンビルを挿入する工程と、前記円筒状ワークと前記アンビルとの隙間に、直径が当該隙間より小なる線状ワークを挿入し、当該線状ワークの先端部を当該円筒状ワークの内周面の接合位置に移動させる工程と、前記接合位置に対応する前記円筒状ワークの外周面の位置に前記接合用チップを接触させて、前記超音波振動を付与する工程と、を備え、前記アンビルの外周面に、前記線状ワークを沿わせて前記接合位置まで誘導する、長軸方向の誘導溝が設けられていることを特徴とする。 The first invention vibrates the bonding tip by ultrasonic vibration that is a combination of a vibration component in a first direction perpendicular to the direction in which the bonding tip presses and a vibration component in a second direction orthogonal to the first direction. An ultrasonic welding method for joining workpieces by inserting a cylindrical or cylindrical anvil having a smaller diameter than the inner diameter of the cylindrical workpiece into the inside of the cylindrical workpiece; a step of inserting a linear workpiece having a diameter smaller than the gap into the gap between the shaped workpiece and the anvil, and moving the tip of the linear workpiece to a joining position on the inner peripheral surface of the cylindrical workpiece; applying the ultrasonic vibration by bringing the welding tip into contact with a position on the outer circumferential surface of the cylindrical workpiece corresponding to the welding position, the linear workpiece being placed along the outer circumference surface of the anvil; It is also characterized in that a guiding groove in the longitudinal direction is provided for guiding to the joining position.

本発明の超音波接合方法では、接合用チップの先端をワークに押し当てて、ワーク上の第1方向の成分と第1方向に垂直な第2方向の成分を複合させた超音波振動(複合振動)により接合用チップを振動させる。これにより、ワーク表面の不純物を除去しつつ接合を行う。 In the ultrasonic bonding method of the present invention, the tip of the bonding tip is pressed against the workpiece, and ultrasonic vibration (compound vibrate) to vibrate the bonding tip. In this way, bonding is performed while removing impurities from the surface of the workpiece.

まず、円筒状ワークの内側に円柱状又は円筒状のアンビルを挿入し、その後、それらの隙間に線状ワークを挿入する。その後、線状ワークの先端部を円筒状ワークの内周面の接合位置まで移動させる必要があるが、アンビルの外周面に誘導溝が設けられているので、当該線状ワークを当該誘導溝に沿わせて当該接合位置まで誘導する。さらに、円筒状ワークの外周面の位置に接合用チップを接触させて、超音波振動を付与して接合する。これにより、視認し難い局所的な接合を容易に行うことができる。 First, a cylindrical or cylindrical anvil is inserted inside a cylindrical workpiece, and then a linear workpiece is inserted into the gap between them. After that, it is necessary to move the tip of the linear workpiece to the joining position on the inner circumferential surface of the cylindrical workpiece, but since a guide groove is provided on the outer circumferential surface of the anvil, the linear workpiece must be moved into the guide groove. along the same line and guide it to the joining position. Further, a joining tip is brought into contact with the outer circumferential surface of the cylindrical workpiece, and ultrasonic vibration is applied to join the workpiece. Thereby, local joining that is difficult to visually recognize can be easily performed.

第1発明の超音波接合方法において、前記誘導溝は、前記アンビルの端部に近づくにつれて溝が浅くなるように形成されていることが好ましい。 In the ultrasonic bonding method of the first invention, it is preferable that the guide groove is formed so that the groove becomes shallower as it approaches the end of the anvil.

線状ワークを、本発明の誘導溝に沿わせて、その先端部を接合位置まで移動させると、接合位置で当該線状ワークの位置が高くなり、当該線状ワークと円筒状ワークとの隙間が減少する。これにより、円筒状ワークと線状ワークとを確実に接合することができる。 When the linear workpiece is moved along the guide groove of the present invention with its tip end to the joining position, the position of the linear workpiece becomes higher at the joining position, and the gap between the linear workpiece and the cylindrical workpiece increases. decreases. Thereby, the cylindrical workpiece and the linear workpiece can be reliably joined.

また、第1発明の超音波接合方法において、前記円筒状ワークを長軸方向の両端部から押圧する工程を備えることが好ましい。 Moreover, in the ultrasonic bonding method of the first invention, it is preferable to include a step of pressing the cylindrical workpiece from both ends in the longitudinal direction.

円筒状ワークを長軸方向の両端部から押圧して抑えることにより、接合時における円筒状ワークの回転を防止し、接合品質を向上させることができる。 By pressing and restraining the cylindrical workpiece from both ends in the longitudinal direction, it is possible to prevent rotation of the cylindrical workpiece during welding and improve welding quality.

第2発明は、接合用チップが押圧する方向に垂直な第1方向の振動成分と当該第1方向に直交する第2方向の振動成分とを複合させた超音波振動によって当該接合用チップを振動させることにより、ワークを接合する超音波接合方法であって、円筒状ワークの内部に、前記接合用チップが有する、当該円筒状ワークよりも直径が小なる突起部を挿入する工程と、前記円筒状ワークの内部に線状ワークを挿入し、当該線状ワークの先端部を当該円筒状ワークの内周面の接合位置に移動させる工程と、前記突起部を前記接合位置に移動させて、前記超音波振動を付与する工程と、を備え、前記線状ワークを挿入する工程において、当該線状ワークを案内ブロックに固定し、前記円筒状ワークに対する前記案内ブロックの相対位置を変化させることを特徴とする。 The second invention vibrates the bonding tip by ultrasonic vibration that is a combination of a vibration component in a first direction perpendicular to the direction in which the bonding tip presses and a vibration component in a second direction orthogonal to the first direction. An ultrasonic welding method for joining workpieces by inserting into the inside of a cylindrical workpiece a protrusion having a diameter smaller than that of the cylindrical workpiece, which the welding tip has; a step of inserting a linear workpiece into the inside of the linear workpiece and moving the tip of the linear workpiece to a joining position on the inner peripheral surface of the cylindrical workpiece; moving the protrusion to the joining position; applying ultrasonic vibration, and in the step of inserting the linear work, the linear work is fixed to a guide block, and the relative position of the guide block with respect to the cylindrical work is changed. shall be.

本発明の超音波接合方法では、接合用チップが円筒状ワークよりも直径が小なる突起部を有しており、当該突起部を円筒状ワークの内部に挿入する。その後、円筒状ワークの内部に線状ワークを挿入し、接合位置に移動させる。このとき、線状ワークを案内ブロックに固定し、案内ブロックの相対位置を変化させて、接合位置に到達するようにする。その後、接合用チップの突起部を接合位置に移動させて、超音波振動を付与して接合する。これにより、視認できないような局所的な接合を容易に行うことができる。 In the ultrasonic bonding method of the present invention, the bonding tip has a protrusion smaller in diameter than the cylindrical workpiece, and the protrusion is inserted into the cylindrical workpiece. Thereafter, a linear workpiece is inserted into the cylindrical workpiece and moved to a joining position. At this time, the linear workpiece is fixed to the guide block and the relative position of the guide block is changed so that the linear workpiece reaches the joining position. Thereafter, the protrusion of the bonding chip is moved to the bonding position, and ultrasonic vibration is applied to bond the chips. Thereby, local joining that cannot be visually recognized can be easily performed.

第2発明の超音波接合方法において、前記突起部は、前記接合用チップに着脱可能であることが好ましい。 In the ultrasonic bonding method of the second invention, it is preferable that the protrusion is removable from the bonding chip.

この構成によれば、突起部を既存の接合用チップに取り付けて使用することができるため、接合用途に応じて突起部の形状を変更することができる。 According to this configuration, since the protrusion can be attached to an existing bonding chip and used, the shape of the protrusion can be changed depending on the bonding purpose.

本発明の実施形態に係る超音波接合装置の全体構成を説明する図。1 is a diagram illustrating the overall configuration of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 第1実施形態の超音波接合方法を説明する概要図(断面図)。FIG. 1 is a schematic diagram (cross-sectional view) illustrating the ultrasonic bonding method of the first embodiment. (a)接合位置付近を正面側から見た断面図。(b)アンビルの側面図。(a) A sectional view of the vicinity of the joining position seen from the front side. (b) Side view of the anvil. 第1実施形態の超音波接合方法のフローチャート。1 is a flowchart of the ultrasonic bonding method of the first embodiment. 第2実施形態の超音波接合方法を説明する概要図(断面図)。FIG. 6 is a schematic diagram (cross-sectional view) illustrating the ultrasonic bonding method of the second embodiment. ホーンチップの拡大図。Enlarged view of the horn tip. 第2実施形態の超音波接合方法のフローチャート。2 is a flowchart of an ultrasonic bonding method according to a second embodiment.

以下では、本発明の超音波接合装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the ultrasonic bonding apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1実施形態]
初めに、図1を参照して、本発明の超音波接合方法に用いる超音波接合装置1の全体構成を説明する。超音波接合装置1は、金属板等の接合対象物(ワーク)を後述する超音波複合振動を利用して接合(溶接)する装置である。超音波接合装置1は、主にリチウムイオン電池や半導体素子の電極、同種又は異種の金属の接合に用いられる。
[First embodiment]
First, with reference to FIG. 1, the overall configuration of an ultrasonic bonding apparatus 1 used in the ultrasonic bonding method of the present invention will be described. The ultrasonic welding apparatus 1 is an apparatus that welds (welds) objects to be welded (workpieces) such as metal plates using ultrasonic complex vibrations, which will be described later. The ultrasonic bonding apparatus 1 is mainly used for bonding electrodes of lithium ion batteries and semiconductor devices, and metals of the same or different types.

超音波接合装置1は、超音波振動子2と、超音波拡大ホーン3と、超音波LT(Langevin Type)ホーン4と、ホーンチップ6と、アンビル7とで構成されている。また、発振装置8、加圧装置10、センサ12、制御装置13、表示装置14も超音波接合装置1の一部である。 The ultrasonic bonding apparatus 1 includes an ultrasonic vibrator 2, an ultrasonic expansion horn 3, an ultrasonic LT (Langevin type) horn 4, a horn tip 6, and an anvil 7. Further, the oscillation device 8, the pressure device 10, the sensor 12, the control device 13, and the display device 14 are also part of the ultrasonic bonding device 1.

電源(図示省略)から発振装置8に電源電圧を印加すると、超音波振動子2の+電極及び-電極に電圧信号が伝達され、超音波振動子2が振動し、超音波振動(約20KHz)が発生する。超音波振動子2で発生した超音波振動は、超音波振動子2の一端部に取り付けられた円筒状の超音波拡大ホーン3に伝達され、振動振幅が拡大される。さらに、超音波振動は、超音波拡大ホーン3の一端部(超音波振動子2のない側の端部)に取り付けられた円筒状の超音波LTホーン4に伝達される。 When a power supply voltage is applied to the oscillator 8 from a power source (not shown), a voltage signal is transmitted to the + and - electrodes of the ultrasonic vibrator 2, causing the ultrasonic vibrator 2 to vibrate and generate ultrasonic vibrations (approximately 20 KHz). occurs. The ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic vibrator 2 are transmitted to a cylindrical ultrasonic amplifying horn 3 attached to one end of the ultrasonic vibrator 2, and the vibration amplitude is expanded. Further, the ultrasonic vibrations are transmitted to a cylindrical ultrasonic LT horn 4 attached to one end of the ultrasonic amplifying horn 3 (the end on the side where the ultrasonic vibrator 2 is not provided).

ここまで、超音波振動子2で発生した超音波振動は、超音波拡大ホーン3と超音波LTホーン4の長軸方向に伝達されたが(超音波の縦振動)、超音波LTホーン4の複数の斜めスリット4aにより、縦振動から横振動に変換した振動成分が生じる。そして、超音波振動(複合振動)は、超音波LTホーン4の一端部(超音波拡大ホーン3のない側の端部)にネジ止めされたホーンチップ6(本発明の「接合用チップ」に相当)に伝達される。 Up to this point, the ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic transducer 2 have been transmitted in the longitudinal direction of the ultrasonic amplifying horn 3 and the ultrasonic LT horn 4 (longitudinal vibration of the ultrasonic wave). The plurality of diagonal slits 4a generate vibration components that are converted from longitudinal vibrations to transverse vibrations. The ultrasonic vibration (complex vibration) is generated by a horn tip 6 (the "bonding tip" of the present invention) screwed to one end of the ultrasonic LT horn 4 (the end on the side where the ultrasonic amplifying horn 3 is not attached). equivalent).

ホーンチップ6は、円錐台状の基体部6aと、接合時にワークと接触する先端部6bとからなる。すなわち、発振装置8で超音波振動の位相を調整することにより、超音波LTホーン4の一端部で複合振動(例えば、楕円振動)が生じ、ホーンチップ6の先端部6bがワークの表面を楕円軌道を描いて振動する。この振動はワークの表面の不純物を排除し、さらにワークの表面の塑性変形を促進する。なお、ホーンチップ6は様々な形状があり、ワークの種類に応じて交換して使用することができる。 The horn tip 6 consists of a truncated conical base portion 6a and a tip portion 6b that comes into contact with the workpiece during welding. That is, by adjusting the phase of ultrasonic vibration with the oscillator 8, compound vibration (for example, elliptical vibration) is generated at one end of the ultrasonic LT horn 4, and the tip 6b of the horn tip 6 moves the surface of the workpiece in an elliptical shape. It vibrates in an orbit. This vibration eliminates impurities on the surface of the workpiece and further promotes plastic deformation of the surface of the workpiece. Note that the horn tip 6 has various shapes and can be used interchangeably depending on the type of workpiece.

複合振動について補足すると、これは、ホーンチップ6の先端部6b(端面6c)がワークを押圧したとき、押圧の方向に垂直な第1方向の振動成分と、第1方向に直交する第2方向の振動成分とを複合させた振動である。第1方向の振動成分と第2方向の振動成分が1:1であれば円形振動、2:1ならば楕円振動となる。 A supplementary note about compound vibration is that when the tip 6b (end surface 6c) of the horn tip 6 presses the workpiece, a vibration component is generated in a first direction perpendicular to the direction of the pressing, and a second direction perpendicular to the first direction. It is a vibration that is a combination of the vibration components of . If the vibration component in the first direction and the vibration component in the second direction are 1:1, it will be circular vibration, and if it is 2:1, it will be elliptical vibration.

また、超音波拡大ホーン3のフランジ部3aに剛性の高い加圧用ブロック(図示省略)が接触している。このため、制御装置13により加圧装置10を制御し、昇降動作する加圧用ブロックを介して超音波接合装置1を垂直方向に移動させることができる。 Further, a highly rigid pressurizing block (not shown) is in contact with the flange portion 3a of the ultrasonic amplification horn 3. Therefore, the pressure device 10 can be controlled by the control device 13, and the ultrasonic bonding device 1 can be moved in the vertical direction via the pressure block that moves up and down.

本実施形態では、金属製の円筒状ワークWaの内周面に、金属細線である線状ワークWbを接合する。このため、円筒状ワークWaの内径よりも直径の小さい円柱状又は円筒状のアンビル7を使用する。 In this embodiment, a linear workpiece Wb, which is a thin metal wire, is joined to the inner peripheral surface of a cylindrical metal workpiece Wa. For this reason, a cylindrical or cylindrical anvil 7 having a smaller diameter than the inner diameter of the cylindrical workpiece Wa is used.

ここで、線状ワークWbは、その直径が円筒状ワークWaとアンビル7との隙間より小さく、円筒状ワークWaの端部から線状ワークWbを挿入し、その先端部を接合位置まで移動させる。そして、ホーンチップ6の先端部6bを接合位置で円筒状ワークWaの外周面に接触させて、静圧力(接合時は200~800N)を加える。 Here, the linear workpiece Wb has a diameter smaller than the gap between the cylindrical workpiece Wa and the anvil 7, and the linear workpiece Wb is inserted from the end of the cylindrical workpiece Wa, and its tip is moved to the joining position. . Then, the tip 6b of the horn tip 6 is brought into contact with the outer peripheral surface of the cylindrical workpiece Wa at the joining position, and static pressure (200 to 800 N during joining) is applied.

超音波接合装置1は、加圧用ブロックの変位を検出するセンサ(ストロークセンサ)12を備え、当該センサ12は、ホーンチップ6のワーク(円筒状ワークWa)の押し込み量を取得する。また、センサ12は、接合時のホーンチップ6の垂直方向の座標変化を制御装置13にフィードバック(破線は帰還信号)することで、押し込み量が一定に保持される。このため、加圧装置10には、応答速度が速いアクチュエータが用いられている。 The ultrasonic bonding apparatus 1 includes a sensor (stroke sensor) 12 that detects the displacement of the pressurizing block, and the sensor 12 acquires the pushing amount of the workpiece (cylindrical workpiece Wa) of the horn tip 6. Further, the sensor 12 feeds back the vertical coordinate change of the horn tip 6 during welding to the control device 13 (the broken line is a feedback signal), so that the pushing amount is kept constant. For this reason, the pressurizing device 10 uses an actuator with a fast response speed.

押し込み量は、表示装置14から作業者が設定することができる。また、センサ12に加えて圧力センサを備え、静圧力を一定に保持するように制御してもよい。このように、ワークの接合時には、押し込み量や静圧力を調整しながら複合振動を与えることで確実に接合(固相接合)が促進される。 The amount of pushing can be set by the operator from the display device 14. Further, a pressure sensor may be provided in addition to the sensor 12 to control the static pressure to be kept constant. In this way, when welding workpieces, welding (solid phase welding) is reliably promoted by applying compound vibration while adjusting the pushing amount and static pressure.

固相接合について補足すると、例えば、金属原子は、その表面が油脂や酸化被膜で覆われ、原子同士の接近が妨げられた状態となっている。超音波接合では、金属に超音波振動を与えて、金属表面に強力な摩擦力を発生させる。これにより、金属表面の酸化被膜等が除去され、接合面に清浄かつ活性化した金属原子が現れる。 To add more information about solid phase bonding, for example, the surfaces of metal atoms are covered with oil or an oxide film, which prevents the atoms from coming close to each other. In ultrasonic bonding, ultrasonic vibrations are applied to metal to generate strong frictional force on the metal surface. As a result, oxide films and the like on the metal surface are removed, and clean and activated metal atoms appear on the bonding surface.

この状態で、さらにワーク(円筒状ワークWaの外周面)の金属表面に超音波振動を付与することにより、摩擦熱による温度上昇で原子の運動が活発となり、原子間の相互引力が発生し、固相接合の状態が生成される。 In this state, by further applying ultrasonic vibration to the metal surface of the workpiece (the outer peripheral surface of the cylindrical workpiece Wa), the temperature rise due to frictional heat activates the movement of atoms, and mutual attraction between atoms is generated. A state of solid phase junction is created.

次に、図2A、図2Bを参照して、本発明の第1実施形態(第1の超音波接合方法)の具体例を説明する。 Next, a specific example of the first embodiment (first ultrasonic bonding method) of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.

まず、図2Aは、接合位置X付近の断面図を示している。円筒状ワークWaは直径がa、肉厚がb(内径a-2b)の金属パイプである。なお、直径aは2.0~3.0[mm]程度、肉厚bは0.05~0.08[mm]程度である。また、線状ワークWbは直径d(0.05~0.10[mm]程度)の金属細線であり、先端部は被覆樹脂を剥離して芯線を露出させている。 First, FIG. 2A shows a cross-sectional view near the joining position X. The cylindrical workpiece Wa is a metal pipe with a diameter of a and a wall thickness of b (inner diameter a-2b). Note that the diameter a is approximately 2.0 to 3.0 [mm], and the wall thickness b is approximately 0.05 to 0.08 [mm]. Further, the linear workpiece Wb is a thin metal wire with a diameter d (approximately 0.05 to 0.10 [mm]), and the coating resin is peeled off at the tip to expose the core wire.

また、アンビル7は直径がc(c<a-2b)の円柱形状を有し、円筒状ワークWaの内部に挿入すると、接合時に台座となる。円筒状ワークWaとアンビル7の隙間(=a-2b-c)は、0.20~0.25[mm]程度であるため、この隙間に線状ワークWbを通過させ、線状ワークWbの先端部が接合位置Xにセットされるようにする。 Further, the anvil 7 has a cylindrical shape with a diameter of c (c<a-2b), and when inserted into the inside of the cylindrical workpiece Wa, it becomes a pedestal during joining. Since the gap (=a-2b-c) between the cylindrical workpiece Wa and the anvil 7 is about 0.20 to 0.25 [mm], the linear workpiece Wb is passed through this gap, and the linear workpiece Wb is Make sure that the tip is set at joining position X.

アンビル7の外周面(接合位置Xと対向する位置)には、線状ワークWbを誘導するための誘導溝7aが形成されている(図2B(b)参照)。線状ワークWbを誘導溝7aに沿わせて接合位置Xまで移動させるか、又は線状ワークWbを誘導溝7aに嵌合させた状態で、線状ワークWbの先端部が接合位置Xに到達するようにアンビル7を移動させる。 A guide groove 7a for guiding the linear workpiece Wb is formed on the outer peripheral surface of the anvil 7 (a position facing the joining position X) (see FIG. 2B(b)). The linear workpiece Wb is moved along the guide groove 7a to the joining position X, or the leading end of the linear workpiece Wb reaches the joining position X while the linear workpiece Wb is fitted into the guiding groove 7a. Move the anvil 7 so that

その後、円筒状ワークWaの接合位置Xの外周面にホーンチップ6の先端部を接触させて超音波振動を付与し、接合する。なお、超音波振動の振幅は、最大で5.0[μm]程度である。作業者は、外側から接合部を視認することはできないが、線状ワークWbを円筒状ワークWaの内周面側に確実に接合することができる。 Thereafter, the tip of the horn tip 6 is brought into contact with the outer circumferential surface of the cylindrical workpiece Wa at the joining position X, and ultrasonic vibration is applied to the workpiece Wa to join the workpiece. Note that the amplitude of the ultrasonic vibration is approximately 5.0 [μm] at maximum. Although the worker cannot visually recognize the joint from the outside, the linear workpiece Wb can be reliably joined to the inner peripheral surface of the cylindrical workpiece Wa.

図2B(a)は、接合位置X付近を正面側から見た断面図である。図示するように、線状ワークWbは誘導溝7aに少なくともその一部分が嵌合した状態であり、接合位置Xにおいて、円筒状ワークWaの内周面にほぼ隙間なくセットされる。なお、ホーンチップ6の先端部6bは、接合位置Xの外側に位置する。 FIG. 2B(a) is a sectional view of the vicinity of the joining position X seen from the front side. As shown in the figure, the linear workpiece Wb is at least partially fitted into the guide groove 7a, and is set on the inner circumferential surface of the cylindrical workpiece Wa at the joining position X with almost no gap. Note that the tip portion 6b of the horn tip 6 is located outside the joining position X.

図2B(b)は、アンビル7のみを側面側から見た図である。アンビル7には、誘導溝7aと最浅部7bとからなる、左端部に近づくにつれて溝が浅くなる2段溝が形成されている。アンビル7の左端部を接合位置X付近に移動させ、後にアンビル7の右端側から線状ワークWbを挿入すれば、接合位置Xで線状ワークWbの位置が高くなり、隙間が減少する(或いは、線状ワークWbが円筒状ワークWaの内周面に当接する)。 FIG. 2B(b) is a diagram of only the anvil 7 viewed from the side. The anvil 7 is formed with a two-step groove that becomes shallower toward the left end, consisting of a guide groove 7a and a shallowest portion 7b. If the left end of the anvil 7 is moved to the vicinity of the welding position , the linear workpiece Wb comes into contact with the inner peripheral surface of the cylindrical workpiece Wa).

線状ワークWbを図中の右側から挿入すると、最浅部7bにて線状ワークWbの先端部(被覆樹脂)が引っ掛かり、止まる構造となっている。最浅部7bは、線状ワークWbの直径dの約70%がアンビル7の上方側に突出する深さである。なお、誘導溝7a及び最浅部7bを形成する肉厚があれば、アンビル7は円筒形状であってもよい。 When the linear workpiece Wb is inserted from the right side in the figure, the tip (covering resin) of the linear workpiece Wb is caught and stopped at the shallowest portion 7b. The shallowest portion 7b has a depth such that approximately 70% of the diameter d of the linear workpiece Wb protrudes above the anvil 7. Note that the anvil 7 may have a cylindrical shape as long as the anvil 7 has a wall thickness sufficient to form the guide groove 7a and the shallowest portion 7b.

また、線状ワークWbが誘導溝7a(最浅部7b)に嵌合した状態のアンビル7を、接合位置Xまで(図中の左方向に)移動させるようにしてもよい。この方法によっても、円筒状ワークWaと線状ワークWbとを確実に接合することができる。 Alternatively, the anvil 7 with the linear workpiece Wb fitted into the guide groove 7a (the shallowest portion 7b) may be moved to the joining position X (toward the left in the figure). Also by this method, the cylindrical workpiece Wa and the linear workpiece Wb can be reliably joined.

次に、図3を参照して、第1の超音波接合方法のフローチャートを説明する。 Next, a flowchart of the first ultrasonic bonding method will be described with reference to FIG.

まず、円筒状ワークWaを固定する(ステップS01)。具体的には、円筒状ワークWaを両端部から押圧し、固定する。これにより、線状ワークWbを接合位置Xまで移動させるとき位置ズレが生じず、さらに、接合時に円筒状ワークWaの回転を防止することができる。 First, the cylindrical workpiece Wa is fixed (step S01). Specifically, the cylindrical workpiece Wa is pressed and fixed from both ends. Thereby, no positional shift occurs when moving the linear workpiece Wb to the joining position X, and furthermore, it is possible to prevent rotation of the cylindrical workpiece Wa during joining.

次に、円筒状ワークWaの内部にアンビル7を挿入し、接合位置Xまで移動させ(ステップS02)、線状ワークWbをアンビル7の誘導溝7aに沿って挿入する(ステップS03)。誘導溝7aの溝形状により、線状ワークWbは、接合位置Xで円筒状ワークWaの内周面にほぼ当接する。 Next, the anvil 7 is inserted into the cylindrical workpiece Wa and moved to the joining position X (step S02), and the linear workpiece Wb is inserted along the guide groove 7a of the anvil 7 (step S03). Due to the groove shape of the guide groove 7a, the linear workpiece Wb substantially comes into contact with the inner circumferential surface of the cylindrical workpiece Wa at the joining position X.

次に、接合位置Xの上方(円筒状ワークWaの外周面)にホーンチップ6の先端部6bがくるようにセットする(ステップS04)。ホーンチップ6は、XYテーブルを使用して位置決めする等、確実に接合位置X上に移動させることが好ましい。 Next, the horn tip 6 is set so that the tip 6b is located above the joining position X (the outer peripheral surface of the cylindrical workpiece Wa) (step S04). It is preferable to move the horn tip 6 reliably onto the joining position X by positioning it using an XY table or the like.

最後に、ホーンチップ6を接触させ、超音波振動を付与してワークを接合する(ステップS05)。これにより、作業者は、外側から接合位置Xが視認できない状態ではあるが、円筒状ワークWaの内周面に、線状ワークWbを接合することができる。 Finally, the horn tip 6 is brought into contact and ultrasonic vibration is applied to join the workpieces (step S05). Thereby, the operator can join the linear workpiece Wb to the inner circumferential surface of the cylindrical workpiece Wa, although the joining position X cannot be visually recognized from the outside.

[第2実施形態]
次に、図4A、図4Bを参照して、本発明の第2実施形態(第2の超音波接合方法)の具体例を説明する。
[Second embodiment]
Next, a specific example of the second embodiment (second ultrasonic bonding method) of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.

まず、図4Aは、接合位置Y付近の断面図を示している。円筒状ワークWa及び線状ワークWbは、第1実施形態を同じものを使用する。なお、線状ワークWbと後述する案内ブロック20は立体的に示した。 First, FIG. 4A shows a cross-sectional view near the joining position Y. The same cylindrical work Wa and the linear work Wb of the first embodiment are used. Note that the linear workpiece Wb and the guide block 20 described later are shown three-dimensionally.

本実施形態において、ホーンチップ16は、先端部16bに突起部16cが設けられた構造となっている。図示するように、突起部16cは直径がeの円柱形状であり、その長さがfである。なお、直径eは1.5~3.0[mm]程度、長さfは2.0~4.0[mm]程度である。ホーンチップ16を円筒状ワークWaの端部から挿入して接合位置Yに到達させるため、接合位置Yは、当該端部から比較的近い位置であることが好ましい。 In this embodiment, the horn tip 16 has a structure in which a protrusion 16c is provided at the tip 16b. As shown in the figure, the protrusion 16c has a cylindrical shape with a diameter of e and a length of f. Note that the diameter e is approximately 1.5 to 3.0 [mm], and the length f is approximately 2.0 to 4.0 [mm]. Since the horn tip 16 is inserted from the end of the cylindrical workpiece Wa to reach the joining position Y, it is preferable that the joining position Y is a position relatively close to the end.

線状ワークWbの先端部を接合位置Yに移動させる場合には、線状ワークWbを円柱状の案内ブロック20にセットし、所定距離だけ移動させるようにする。線状ワークWbは、円筒状ワークWaの両端部のうち、ホーンチップ16を挿入する端部とは反対側の端部から挿入することが好ましい。 When moving the leading end of the linear workpiece Wb to the joining position Y, the linear workpiece Wb is set on the cylindrical guide block 20 and moved by a predetermined distance. It is preferable that the linear workpiece Wb is inserted from the end opposite to the end into which the horn tip 16 is inserted, of both ends of the cylindrical workpiece Wa.

移動時において、線状ワークWbの先端部は、案内ブロック20の端部から0.25~0.50[mm]程度突出させた状態である。円筒状ワークWaを移動させてもよく、円筒状ワークWaと案内ブロック20の相対位置が変化すればよい。 During movement, the leading end of the linear workpiece Wb projects from the end of the guide block 20 by about 0.25 to 0.50 [mm]. The cylindrical workpiece Wa may be moved, and the relative position between the cylindrical workpiece Wa and the guide block 20 may be changed.

そして、線状ワークWbをホーンチップ16の突起部16cで上方から押さえるようにして超音波振動を付与する(振幅は、最大で5.0[μm]程度)ことで、線状ワークWbを円筒状ワークWaの内周面に接合することができる。 Then, by pressing the linear work Wb from above with the protrusion 16c of the horn tip 16 and applying ultrasonic vibration (amplitude is about 5.0 [μm] at maximum), the linear work Wb is shaped into a cylindrical shape. It can be joined to the inner circumferential surface of the shaped workpiece Wa.

また、本実施形態では、円筒状ワークWaを上下方向から挟み込む形の治具9a,9bにより固定する。下方の治具9aは、接合位置Yの下面側に位置するため、超音波接合時のアンビルの役割も担う。 Further, in this embodiment, the cylindrical workpiece Wa is fixed by jigs 9a and 9b that sandwich it from above and below. Since the lower jig 9a is located on the lower surface side of the bonding position Y, it also plays the role of an anvil during ultrasonic bonding.

突起部16cは、先端部16bに少なくとも1つ設けられる。突起部16cは極小部品であるため、ホーンチップ16と一体成型されることが好ましい。 At least one protrusion 16c is provided on the tip 16b. Since the protrusion 16c is a very small component, it is preferably molded integrally with the horn tip 16.

一方、図4Bに示すように、突起部16cが先端部16bに着脱自在に構成されてもよい。突起部16cをホーンチップ16の先端部16bに取り付ける場合、予め先端部16bに螺子穴を設けておく必要がある。また、突起部16cの一端に螺子山を設けておく必要がある。この方式により、接合用途やワークの材料に応じて、適切な突起部を選択することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 4B, the projection 16c may be configured to be detachable from the tip 16b. When attaching the projection 16c to the tip 16b of the horn tip 16, it is necessary to provide a screw hole in the tip 16b in advance. Further, it is necessary to provide a screw thread at one end of the protrusion 16c. With this method, an appropriate protrusion can be selected depending on the joining purpose and the material of the workpiece.

最後に、図5を参照して、第2の超音波接合方法のフローチャートを説明する。 Finally, a flowchart of the second ultrasonic bonding method will be described with reference to FIG.

まず、円筒状ワークWaを固定する(ステップS11)。本実施形態では、治具9a,9bにより円筒状ワークWaを固定するが、線状ワークWbを接合位置Yまで移動させるとき位置ズレが生じず、さらに、接合時に円筒状ワークWaの回転を防止することができる。 First, the cylindrical workpiece Wa is fixed (step S11). In this embodiment, the cylindrical workpiece Wa is fixed by the jigs 9a and 9b, but when the linear workpiece Wb is moved to the joining position Y, no displacement occurs, and furthermore, rotation of the cylindrical workpiece Wa is prevented during joining. can do.

次に、線状ワークWbを接合位置Yまで移動させる(ステップS12)。具体的には、線状ワークWbが固定された案内ブロック20を、例えば、xyステージ装置を使用して、接合位置Yまで移動させる。 Next, the linear workpiece Wb is moved to the joining position Y (step S12). Specifically, the guide block 20 to which the linear workpiece Wb is fixed is moved to the joining position Y using, for example, an xy stage device.

次に、ホーンチップ16の突起部16cを円筒状ワークWa内に挿入し、突起部16cが接合位置Yの上方にくるようにセットする(ステップS13)。 Next, the protrusion 16c of the horn tip 16 is inserted into the cylindrical workpiece Wa, and set so that the protrusion 16c is above the joining position Y (step S13).

さらに、ホーンチップ16を接触させ、超音波振動を付与してワークを接合する(ステップS14)。これにより、作業者は、外側から接合部が視認できない状態ではあるが、円筒状ワークWaの内周面に、線状ワークWbを接合することができる。 Furthermore, the workpieces are joined by bringing the horn tip 16 into contact and applying ultrasonic vibrations (step S14). Thereby, the operator can join the linear workpiece Wb to the inner circumferential surface of the cylindrical workpiece Wa, although the joining part cannot be seen from the outside.

上記実施形態においては、線状ワークWbを確実に接合位置X(接合位置Y)まで移動させることが重要となる。このため、例えば、xyステージ装置を利用して、精密な位置合せを行うとよい。 In the embodiment described above, it is important to reliably move the linear workpiece Wb to the joining position X (joining position Y). For this reason, it is preferable to perform precise positioning using, for example, an xy stage device.

第2実施形態のホーンチップ16は、突起部16cの形状が円柱状である必要はなく、例えば、接合面が平面状となっているものを用いることができる。また、接合面に凸部や凹部を形成して、接合効率を向上させるようにしてもよい。 In the horn tip 16 of the second embodiment, the protrusion 16c does not need to have a cylindrical shape, and for example, a protrusion 16c having a planar joint surface may be used. Further, a convex portion or a concave portion may be formed on the bonding surface to improve the bonding efficiency.

1…超音波接合装置、2…超音波振動子、3…超音波拡大ホーン、3a…フランジ部、4…超音波LTホーン、4a…斜めスリット、6,16…ホーンチップ、6a…基体部、6b,16b…先端部、6c…端面、7…アンビル、7a…誘導溝、7b…最浅部、8…発振装置、9a,9b…治具、10…加圧装置、12…センサ、13…制御装置、14…表示装置、16c…突起部、20…案内ブロック、Wa…円筒状ワーク、Wb…線状ワーク。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ultrasonic bonding device, 2... Ultrasonic vibrator, 3... Ultrasonic expansion horn, 3a... Flange part, 4... Ultrasonic LT horn, 4a... Diagonal slit, 6, 16... Horn chip, 6a... Base part, 6b, 16b... Tip portion, 6c... End face, 7... Anvil, 7a... Guide groove, 7b... Shallowest part, 8... Oscillator, 9a, 9b... Jig, 10... Pressure device, 12... Sensor, 13... Control device, 14... Display device, 16c... Projection, 20... Guide block, Wa... Cylindrical workpiece, Wb... Linear workpiece.

Claims (2)

超音波複合振動を用いた超音波接合方法であって、
細長ワークと、長手方向に延びる溝が外周面に設けられている案内ブロックと、を筒状ワークの内部に挿入する工程と、
前記案内ブロックの前記溝に沿わせて前記細長ワークの先端部を前記筒状ワークの内周面の接合位置に位置決めする工程と、
前記接合位置に対応する位置で前記筒状ワークに対して前記接合用チップを接触させて、前記超音波複合振動を付与する工程と、を含んでいる
超音波接合方法。
An ultrasonic bonding method using ultrasonic complex vibration,
inserting an elongated workpiece and a guide block having a longitudinally extending groove on its outer peripheral surface into the cylindrical workpiece ;
positioning the tip of the elongated workpiece along the groove of the guide block at a joining position on the inner peripheral surface of the cylindrical workpiece;
the step of applying the ultrasonic complex vibration by bringing the bonding tip into contact with the cylindrical workpiece at a position corresponding to the bonding position;
Ultrasonic bonding method.
超音波複合振動を用いた超音波接合装置であって、
接合用チップと、
前記接合用チップに超音波複合振動を付与する超音波複合振動系と、
筒状ワークを保持する保持機構と、
前記筒状ワークの内部に挿入可能であり、当該筒状部材の外周面に長手方向の溝を有している案内ブロックと、
前記案内ブロックの前記溝に沿わせた前記細長ワークの先端部を前記筒状ワークの内周面の接合位置に位置決めする位置決め機構と、を備えている
超音波接合装置
An ultrasonic bonding device using ultrasonic complex vibration,
A joining chip,
an ultrasonic complex vibration system that applies ultrasonic complex vibration to the bonding chip;
a holding mechanism that holds a cylindrical workpiece;
a guide block that can be inserted into the cylindrical workpiece and has a longitudinal groove on the outer peripheral surface of the cylindrical member;
a positioning mechanism that positions the tip of the elongated workpiece along the groove of the guide block to a joining position on the inner circumferential surface of the cylindrical workpiece.
Ultrasonic bonding equipment.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005222849A (en) 2004-02-06 2005-08-18 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk Manufacturing method of electric wire with terminal
JP2012034852A (en) 2010-08-06 2012-02-23 Japan Lifeline Co Ltd Electrode catheter
JP2017064779A (en) 2015-09-28 2017-04-06 辻野 次郎丸 Ultrasonic complex vibration processing device
US20180036832A1 (en) 2016-08-04 2018-02-08 GM Global Technology Operations LLC Vibration welding system and method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2400986A1 (en) * 1977-08-26 1979-03-23 Motorola Automobile IMPROVEMENT OF THE ULTRASONIC WELDING PROCESS OF A METAL WIRE ON A METAL PART
JPH10211590A (en) * 1997-01-28 1998-08-11 Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk Ultrasonic welding

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005222849A (en) 2004-02-06 2005-08-18 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk Manufacturing method of electric wire with terminal
JP2012034852A (en) 2010-08-06 2012-02-23 Japan Lifeline Co Ltd Electrode catheter
JP2017064779A (en) 2015-09-28 2017-04-06 辻野 次郎丸 Ultrasonic complex vibration processing device
US20180036832A1 (en) 2016-08-04 2018-02-08 GM Global Technology Operations LLC Vibration welding system and method

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