JPH115178A - 凹凸を有する金属材料の超音波接合 - Google Patents

凹凸を有する金属材料の超音波接合

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JPH115178A
JPH115178A JP17296997A JP17296997A JPH115178A JP H115178 A JPH115178 A JP H115178A JP 17296997 A JP17296997 A JP 17296997A JP 17296997 A JP17296997 A JP 17296997A JP H115178 A JPH115178 A JP H115178A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合面の少なくとも一方の面に凹凸がある複
数の金属材料、特に厚薄の厚さの異なる金属材料等の場
合においても、薄い金属材料であっても未接合箇所を発
生させずに接合できる超音波接合方法及び超音波接合機
の提供。 【解決手段】 超音波接合する金属材料等の、少なくと
も一方の金属材料の厚さが30〜500ミクロンであ
り、かつ接合面の少なくとも一方の面に凹凸がある複数
の金属材料を重ね、その上から該アンビルの加工面に対
してほぼ平行に振動する超音波ホーンの加工面を押し当
てて金属材料同士を超音波接合する方法において、アン
ビル1の加工面1aは一定のピッチで加工された凹凸の
面であり、超音波ホーン4の加工面4aは平滑な平面で
ある超音波接合機を用い、薄い金属材料3側に超音波ホ
ーンの加工面4aを押し当てて金属材料等を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品、熱交換
機、NRTなどにおいて必要とされる、メッシュ状ある
いはピン突起状などの凹凸を有する厚薄の差がある金属
材料などを超音波接合するのに適した超音波接合方法及
びそのための超音波接合機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、金属板同士の溶接方法としては、
超音波接合法が広く用いられていた。これは、アンビル
の加工面上で金属材料などを重ね、その上からこのアン
ビルの加工面に対してほぼ平行に振動する超音波ホーン
の加工面を押し当てて、金属材料同士を超音波接合する
方法である。
【0003】一般に超音波の振動を金属材料に確実に伝
えるために、アンビル及び超音波ホーンの加工面は通常
一定のピッチで、ピラミッド型等に加工された凹凸面が
使用されている。この場合に金属材料の厚さが適当にあ
り、かつその接合面が両者とも平面である時はさほど問
題はなく実施できる。しかしこの金属材料の厚さが薄い
時には、金属材料の超音波接合における振動による破れ
の問題があり、この改善のためにアンビル及び超音波ホ
ーンの加工面にいくつかの提案(特開平6−15505
1号公報、特願平9−28675号など)がなされてお
り、比較的薄い金属材料においても超音波接合が可能と
なってきた。しかし、金属材料等において厚薄の差があ
り、かつその接合面において一方に凹凸がある場合ある
いはメッシュ(金網)状または突起状等の凹凸を有する
材料の場合には、アンビル及び超音波ホーンの加工面の
凹凸と共に金属材料の凹凸とが相互に干渉して、全体と
しては加圧されて超音波接合されても、接合ができない
箇所の発生が避けられず、更に接合できない箇所をなく
そうと加圧力を高めると薄い方の金属材料がちぎれる箇
所、穴が明く箇所ができる等の問題があり、薄い金属材
料を接合する場合で、接合面に凹凸を有する時でも破れ
ず強い接合強度を得る方法の開発が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、接合面の少
なくとも一方の面に凹凸がある複数の金属材料を、未接
合箇所を発生させずに接合できる超音波接合方法及び超
音波接合機、特に厚薄の厚さの異なる金属材料等の場合
においても、薄い金属材料であっても破れずに超音波接
合可能な技術の開発を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1) 超音
波接合する金属材料等の、少なくとも一方の金属材料の
厚さが30〜500ミクロンであり、かつ接合面の少な
くとも一方の面に凹凸がある複数の金属材料を重ね、そ
の上から該アンビルの加工面に対してほぼ平行に振動す
る超音波ホーンの加工面を押し当てて金属材料同士を超
音波接合する方法において、アンビルの加工面は一定の
ピッチで加工された凹凸の面であり、超音波ホーンの加
工面は平滑な平面である超音波接合機を用い、薄い金属
材料側に超音波ホーンの加工面を押し当てて金属材料等
を接合する超音波接合方法、(2) 金属材料がアルミ
ニウム、アルミニウム合金材または銅である(1)記載
の超音波接合方法、(3) 金属材料がアルミニウムで
ある時、加圧力1〜10kg/cm2 、周波数20〜4
0KHz、振幅3〜80ミクロンで行う(1)記載の超
音波接合方法、及び(4) アンビルの加工面は一定の
ピッチで加工された凹凸の面を有し、超音波ホーンの加
工面は平滑な平面を有することを特徴とする超音波接合
機を開発することにより上記の目的を達成した。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の超音波接合の対象となる
金属材料は、一般に超音波接合が行われている金属材料
であれば適用可能であるが、特に電子部品等に広く使用
されており、軟質で破れやすい銅、アルミニウムあるい
はそれらの合金などに適用することが特に適切である。
本発明の対象となる金属材料は金属箔、金属薄板または
メッシュ(金網)、ピン突起状、粗面、波板等の凹凸を
有する金属材料等であり、接合面の少なくとも一方は凹
凸がある金属材料の組み合わせた金属材料の超音波接合
に関する。その厚さは振動を確実に伝え、確実に接合さ
せるためには、超音波ホーン側のの金属材料の厚さが本
発明の場合においては約0.5mm以下であり、薄くと
も30ミクロン程度である。超音波ホーン側の金属材料
の厚さが0.5mm以上になると接合ができない箇所が
発生する危険がある。またこの厚さが30ミクロン未満
になると、銅やアルミニウム等の軟質の金属においては
破れやすくなり、接合ができたとしても製品として使用
できないものとなる。一方アンビル側の材料の厚さは、
作業が行えれば特に限定はない。これらの金属材料等に
おいて、厚さは超音波ホーン側の厚さが30〜500ミ
クロンであれば良く、接合面の少なくとも一方の面に凹
凸がある金属材料等であってよい。もちろん従来の超音
波接合のように両者の接合面がともに平滑であっても本
発明方法あるいは本発明の超音波接合機を使用して超音
波接合できる。
【0007】特に本発明の特徴としては、接合する金属
材料等の一方の材料が薄く、かつ接合面の一方の面が凹
凸を有する時でも、薄い金属材料に破れを生ぜしめず、
未接合場所を発生させることなく超音波接合することが
できる点にある。以下図面を参照して本発明を説明す
る。図1は、薄い金属材料3に凹凸がある場合である。
アンビル1の加工面1a上に、厚い金属材料2、その上
に、メッシュのような凹凸を有する金属材料3(または
ピン状の突起を有する薄い金属材料あるいは凹凸を有す
る薄い金属材料であってもよい。)を、その凹凸面が厚
い金属材料2に接するように重ね、その金属層の上(金
属材料2の反対側)からアンビル1の加工面1a及び金
属材料2に対してほぼ平行に振動する超音波ホーン4を
押し当てて金属材料2と金属材料3を超音波接合する。
この場合アンビル1の加工面1aは、超音波を確実に金
属材料に伝えるために、一定のピッチで加工された凹凸
を有する面であり、超音波ホーン4の加工面は平滑な平
面に加工されており、メッシュあるいは凹凸を有する金
属材料3を金属材料2と確実に超音波接合する。
【0008】これとは異なり、厚い金属材料に凹凸があ
るような場合であっても問題なく超音波接合できる。図
2に示すように、アンビル11の加工面11a上に、接
合面側に凹凸を有する厚い金属材料12に薄い金属材料
13(金属箔あるいは金属薄板)を重ね、その上からア
ンビル11の加工面11a及び金属材料13の面に対し
て平行に振動する超音波ホーン14の加工面14aを押
し当て、金属材料12と金属材料13とを超音波接合す
る。
【0009】この場合のアンビル及び超音波ホーンの加
圧力、超音波接合の条件は、使用する金属材料の材質
(剛性)、厚さ、接合面の凹凸の形状などにより変わる
が、両金属材料を軟質のアルミニウム箔材を用いた場
合、加圧力5〜50kg/cm2、周波数20〜40K
Hz、振幅8〜16ミクロン程度で行うとよい。金属材
料の厚さが厚いほど、剛性が高いほど、接合面の高さが
高いほどあるいは凹凸の高さが高いほど加圧力、周波
数、振幅を高くすることが必要になるが、超音波接合の
条件は2〜3回のテストで簡単に適切な条件を見いだす
ことが可能である。重要なことは、不接合箇所の発生し
ない条件であり、超音波ホーンの加工面を平滑な平面と
することにより、及び金属材料に厚薄の差がある時はこ
の面を金属材料等の薄い金属材料に接するようにしたこ
とにより、接合面に凹凸がある金属材料をうまく超音波
接合ができたことは驚くべきことである。
【0010】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、これに限定するわけではない。 (実施例1)図1に示すように、厚さ40mmの1N3
0からなるアルミニウム板材をアンビル側に、太さ25
0ミクロンの純アルミニウム製針金で編組した金網を超
音波ホーン側にして、加圧力4.0kg/cm2 、周波
数40KHz、振幅15ミクロンの条件で超音波接合を
行った。接合された材料を、金網側から引っ張って接合
状態を見たところ、接合面は全面的に完全に接合されて
おり、未接合場所は見いだせなかった。なお比較のた
め、アンビル側に金網を、超音波ホーン側にアルミニウ
ム板材を置き、同一条件で超音波接合を行ったところ、
アンビルが凹凸面であるために金網はアンビルの凸部の
部分のみ接合され、凹部の部分は接合が行われない結果
を得た。
【0011】(実施例2)図2に示すような、接合面に
高さ8mmの凹凸を有する、全体の厚さ10mmの純ア
ルミニウム板材をアンビルの上面に置き、これに厚さ3
00ミクロンのアルミニウム薄板を重ね、超音波ホーン
で加圧しながら超音波接合を行った。接合した結果、ア
ルミニウム板材の凸部(5mm×5mm)には、引っ張
り剪断試験を行った結果、アルミニウム薄板が完全に接
合されていることが確認できた。
【0012】(比較例1)実施例1と同様の金属材料
(アルミニウム板材とアルミニウム金網)を、アンビル
の加工面をサンドブラスト処理により粗面化し、かつ超
音波ホーンの加工面を0.5mmのピッチで凹凸の面に
加工した超音波接合機を用いて超音波ホーンを金網側に
して超音波接合を行った。接合面をチェックしたとこ
ろ、超音波ホーンの凹凸形状によりメッシュに接触して
いる部分だけしか接合しておらず、接合面全面にわたり
多数の未接合箇所が生じていた。またこれを上下逆転し
て接合を行ったところ、超音波振動がうまく伝わらず接
合不可能であった。
【0013】
【発明の効果】本発明は、超音波接合する金属材料等
の、薄い方の金属材料の厚さが30〜500ミクロンで
あり、かつ接合面の少なくとも一方の面に凹凸がある複
数の金属材料を重ね、その上から該アンビルの加工面に
対してほぼ平行に振動する超音波ホーンの加工面を押し
当てて金属材料同士を超音波接合する方法において、ア
ンビルの加工面は一定のピッチで加工された凹凸の面で
あり、超音波ホーンの加工面は平滑な平面である超音波
接合機を用い、かつ薄い金属材料側に超音波ホーンの加
工面を押し当てて金属材料等を接合することにより接合
面に凹凸を有する金属材料同士や、メッシュ(金網)、
接合面にピン突起などを有する金属材料、あるいは波板
等のような金属材料同士を未接合箇所を発生させること
なく超音波接合できる方法及びそのための超音波接合機
を開発することに成功した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄い金属材料が凹凸状である場合の超
音波接合の状態を示す斜視図。
【図2】本発明の厚い金属材料が凹凸状である場合の超
音波接合の状態を示す斜視図。
【符号の説明】
1 アンビル 1a アンビルの加工面 2 厚い金属材料 3 メッシュ(または薄い凹凸のある金属材料) 4 超音波ホーン 4a 超音波ホーン加工面 11 アンビル 11a アンビルの加工面 12 厚い金属材料 13 メッシュ(または薄い凹凸のある金属材料) 14 超音波ホーン 14a 超音波ホーン加工面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波接合する金属材料等の、少なくと
    も一方の金属材料の厚さが30〜500ミクロンであ
    り、かつ接合面の少なくとも一方の面に凹凸がある複数
    の金属材料を重ね、その上から該アンビルの加工面に対
    してほぼ平行に振動する超音波ホーンの加工面を押し当
    てて金属材料同士を超音波接合する方法において、アン
    ビルの加工面は一定のピッチで加工された凹凸の面であ
    り、超音波ホーンの加工面は平滑な平面である超音波接
    合機を用い、薄い金属材料側に超音波ホーンの加工面を
    押し当てて金属材料等を接合することを特徴とする超音
    波接合方法。
  2. 【請求項2】 金属材料がアルミニウム、アルミニウム
    合金材または銅である請求項1記載の超音波接合方法。
  3. 【請求項3】 金属材料がアルミニウムである時、加圧
    力1〜10kg/cm2 、周波数20〜40KHz、振
    幅3〜80ミクロンで行う請求項1記載の超音波接合方
    法。
  4. 【請求項4】 アンビルの加工面は一定のピッチで加工
    された凹凸の面を有し、超音波ホーンの加工面は平滑な
    平面を有することを特徴とする超音波接合機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101077995B1 (ko) 2008-12-19 2011-10-28 주식회사 포스코 초음파 용접방법
JP2013000792A (ja) * 2011-06-21 2013-01-07 Seidensha Electronics Co Ltd 超音波金属接合方法、超音波金属接合装置
JP2016034656A (ja) * 2014-08-01 2016-03-17 株式会社アドウェルズ 面接合方法
CN107511582A (zh) * 2017-10-18 2017-12-26 哈尔滨工业大学(威海) 一种提高软质金属和硬质金属异种材料超声波点焊接头强度的方法
JP2020131229A (ja) * 2019-02-18 2020-08-31 株式会社アルテクス 金属接合方法

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