(57)【要約】【課題】押圧面に設けられた複数の突起の被接合物への食い込みを促進することができると共に、被接合物にバリや破れが生じるのを防止することができる共振器を提供する。【解決手段】断面ひし形の錐体台状の複数の突起２６が、押圧面２４の周縁部を除く位置に押圧面２４の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列され、各突起２６それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの稜線２６ａ，２６ｂが共振する共振器本体の振動方向（Ｘ方向）に配置されている。したがって、対向する２つの稜線２６ａ，２６ｂそれぞれにより形成され当該振動方向に配置される各エッジが被接合物に食い込むので、押圧面２４に設けられた複数の突起２６の被接合物への食い込みを促進することができる。また、押圧面２４の周縁部には突起２６が形成されていないので、被接合物にバリや破れが生じるのを防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結された振動子の超音波振動に共振する共振器本体を備え、被接合物を接合する超音波振動接合装置に使用される共振器において、
前記被接合物を押圧する矩形状の押圧面と、
前記押圧面の周縁部を除く位置に設けられ、断面ひし形の角錐台状の複数の突起が前記押圧面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されて成る突起部とを有する押圧部を備え、
前記各突起それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの前記稜線が共振する前記共振器本体の振動方向に配置されていることを特徴とする共振器。
【請求項２】
超音波振動接合装置に使用される共振器の製造方法において、
矩形状の平面が設けられた押圧部を有する共振器本体を準備する準備工程と、
矩形状の前記平面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝を前記平面に形成する溝形成工程と、
前記各溝間に形成された複数の突起のうち、断面ひし形状でない突起を除去する除去工程と
を備えることを特徴とする共振器の製造方法。
【請求項３】
超音波振動接合装置に使用される共振器の製造方法において、
矩形状の平面が設けられた押圧部を有する共振器本体を準備する準備工程と、
前記矩形状の平面の周縁部を研削して該平面の周縁部を除く位置にテーブル状の凸部を形成する凸部形成工程と、
矩形状の前記平面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝を前記凸部に形成する溝形成工程と
を備えることを特徴とする共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連結された振動子の超音波振動に共振する共振器本体を備え、被接合物を接合する超音波振動接合装置に使用される共振器およびこの共振器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連結された振動子の超音波振動に共振する共振器本体を備える共振器の加圧面（押圧面）には、被接合物との滑りを防止するために複数の溝や複数の突起が設けられている。例えば、特許文献１に開示されている共振器では、矩形状の加圧面に碁盤目状に縦溝および横溝が形成されると共に、縦溝と横溝とに囲まれるように断面正方形の角錐台状の複数の突起が設けられている。また、この共振器の加圧面には、該加圧面の端縁部分において被接合物にバリや破れが生じるのを防止するため、振動方向における両端部分に、突起の先端より低く、縦溝および横溝よりも高い位置に平面部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５２７９２号公報（段落００１１，００１２、図１など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した共振器では、振動子の超音波振動に共振する共振器本体の振動方向に平行および直角の溝が押圧面に複数形成されることにより、断面正方形の角錐台状の複数の突起が押圧面の対辺２辺に対して平行および直角な碁盤目状に配列されている。そのため、各突起それぞれの４つの斜面のうち、対向する２つの斜面が共振器の振動方向にほぼ直交して配置される。したがって、押圧面が被接合物に押し付けられて各突起の先端が被接合物に若干食い込んだ状態で共振器が振動すると、当該振動方向に直交して配置される各突起の斜面により共振器の振動が阻害されると共に、各突起の被接合物への食い込みが抑制されるという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、押圧面に設けられた複数の突起の被接合物への食い込みを促進することができると共に、被接合物にバリや破れが生じるのを防止することができる共振器を提供することを目的とする。また、この共振器を簡単に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明にかかる共振器は、連結された振動子の超音波振動に共振する共振器本体を備え、被接合物を接合する超音波振動接合装置に使用される共振器において、前記被接合物を押圧する矩形状の押圧面と、前記押圧面の周縁部を除く位置に設けられ、断面ひし形の角錐台状の複数の突起が前記押圧面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されて成る突起部とを有する押圧部を備え、前記各突起部それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの前記稜線が共振する前記共振器本体の振動方向に配置されていることを特徴としている（請求項１）。
【０００７】
また、本発明にかかる共振器の製造方法は、超音波振動接合装置に使用される共振器の製造方法において、矩形状の平面が設けられた押圧部を有する共振器本体を準備する準備工程と、矩形状の前記平面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝を前記平面に形成する溝形成工程と、前記各溝間に形成された複数の突起のうち、断面ひし形状でない突起を除去する除去工程とを備えることを特徴としている（請求項２）。
【０００８】
また、超音波振動接合装置に使用される共振器の製造方法において、矩形状の平面が設けられた押圧部を有する共振器本体を準備する準備工程と、前記矩形状の平面の周縁部を研削して該平面の周縁部を除く位置にテーブル状の凸部を形成する凸部形成工程と、矩形状の前記平面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝を前記凸部に形成する溝形成工程とを備えることを特徴としている（請求項３）。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、連結された振動子の超音波振動に共振する共振器本体を備える共振器の押圧部が、被接合物を押圧する矩形状の押圧面と、押圧面の周縁部を除く位置に設けられ、断面ひし形の角錐台状の複数の突起が押圧面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されて成る突起部とを備えている。また、突起部に設けられた各突起それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの稜線が共振する共振器本体の振動方向に配置されている。したがって、押圧面が被接合物に押し付けられて各突起の先端が被接合物に若干食い込んだ状態で共振器が振動すると、対向する２つの稜線それぞれにより形成され当該振動方向に配置される各エッジが被接合物に食い込むので、押圧面に設けられた複数の突起の被接合物への食い込みを促進することができる。
【００１０】
また、断面ひし形の角錐台状の複数の突起が、共振器の押圧面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されているが、押圧面の周縁部には突起が形成されていないので、押圧面の端縁位置において、例えば、突起が押圧面の端縁に沿って縦に切断されることによるエッジが形成されるおそれがない。したがって、共振器の押圧面の端縁部分において被接合物にバリや破れが生じるのを防止することができる共振器を提供することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、共振器本体の押圧部に設けられた矩形状の平面に、該平面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝が溝形成工程において形成される。そして、各溝間に形成された複数の突起のうち、平面の周縁部に形成された断面ひし形状でない突起が除去工程において除去されることにより、平面の周縁部を除く位置に断面ひし形の角錐台状の複数の突起から成る突起部が形成されると共に該突起部の周辺に押圧面が形成される。したがって、押圧面の周縁部に突起が形成されておらず、被接合物にバリや破れが生じるのを防止することができる共振器を簡単に製造することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、共振器本体の押圧部に設けられた矩形状の平面の周縁部が凸部形成工程において研削され、平面の周縁部を除く位置にテーブル状の凸部が形成されることにより、凸部周辺に押圧面が形成される。そして、溝形成工程において、矩形状の平面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝が凸部に形成されることにより、断面ひし形の錐体台状の複数の突起から成る突起部が形成される。したがって、押圧面の周縁部に突起が形成されておらず、被接合物にバリや破れが生じるのを防止することができる共振器を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる共振器を備える超音波振動接合装置を示す図である。
【図２】図１に示す共振器を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】図２の要部拡大図であって、（ａ）は押圧面、（ｂ）は（ａ）の部分断面図である。
【図４】共振器の製造方法の一例を示す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【図５】共振器の製造方法の他の例を示す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる状態を示す。
【図６】共振器の変形例を示す図である。
【図７】共振器の変形例を示す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる振動状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる共振器を備える超音波振動接合装置を示す図である。図２は図１に示す共振器を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、図３は図２の要部拡大図であって、（ａ）は押圧面、（ｂ）は（ａ）の部分断面図である。
【００１５】
図１に示す超音波振動接合装置１は、共振器２およびアンビル３を備え、第１および第２の被接合物４，５を、共振器２の押圧面２４およびアンビル３の押圧面３１により挟持して加圧した状態で超音波振動を印加し、両被接合物４，５を接合して接続するものである。超音波振動接合装置１では、被接合物４，５として、金属板や金属箔どうしが接合されたり、樹脂基板等の樹脂材料どうしが接合される。
【００１６】
また、超音波振動接合装置１には、共振器２を矢印Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ方向に駆動し、アンビル３を矢印Ｘ，Ｙ方向に駆動する駆動機構（図示省略）が設けられている。また、両被接合物４，５は図示省略された保持機構に保持されており、保持機構が駆動することにより両被接合物４，５は矢印Ｘ，Ｙ方向に位置調整される。したがって、共振器２が矢印Ｘ，Ｙ，θ方向に、アンビル３が矢印Ｘ，Ｙ方向に駆動機構によりそれぞれ駆動され、両被接合物４，５が保持機構により矢印Ｘ，Ｙ方向に位置調整されることにより、共振器２、アンビル３および両被接合物４，５の相対的な位置がアライメントされる。また、共振器２が矢印Ｚ方向に駆動機構により駆動されることによって、重ねて配置された両被接合物４，５の重合部分が共振器２の押圧面２４およびアンビル３の押圧面３１により挟持されて加圧される。
【００１７】
また、共振器２またはアンビル３に圧力センサ（図示省略）が設けられており、共振器２の押圧面２４とアンビル３の押圧面３１との間に挟持された両被接合物４，５への加圧力が圧力センサにより検出される。したがって、圧力センサにより検出された両被接合物４，５に対する加圧力に基づいて、共振器２を矢印Ｚ方向に駆動する駆動機構がフィードバック制御されることにより、両被接合物４，５に対する加圧力が制御される。
【００１８】
なお、共振器２およびアンビル３を駆動する駆動機構は、サーボモータやリニアモータ、ステッピングモータ、エアシリンダ等の周知のアクチュエータにより構成することができる。また、共振器２およびアンビル３に設けられる移動軸の構成については上記した例に限られるものではなく、アンビル３が矢印Ｚ，θ方向に駆動されるように構成されてもよく、共振器２およびアンビル３に矢印Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ方向の移動軸がどのように組み合わされて設けられていてもよい。
【００１９】
また、両被接合物４，５それぞれが共振器２およびアンビル３の押圧面２４，３１に吸着等により保持される構成としてもよい。この場合には、共振器２およびアンビル３を駆動機構により駆動することによって、共振器２の押圧面２４およびアンビル３の押圧面３１それぞれに保持された両被接合物４，５どうしの相対的な位置をアライメントすることができる。
【００２０】
次に、共振器２について説明する。
【００２１】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、共振器２は、正面視においてそのＸ方向における一端側が口ばし状に肉薄に形成された共振器本体２１と、共振器本体２１の一端側に一体的に形成された押圧部２２とを備え、共振器本体２１は、共振器本体２１の他端に連結された振動子（図示省略）の超音波振動に共振して超音波振動する。また、この実施形態では、共振器本体２１は振動方向であるＸ方向において共振周波数の半波長の長さに形成されている。
【００２２】
また、共振器本体２１の最小振幅点（ノーダルポイント）に相当するＸ方向における中央位置には、周方向に沿って凹部が形成されることにより被支持部２３が設けられている。そして、共振器２１は、共振器本体２１の被支持部２３が、共振器２１を駆動するための駆動機構に連結されたクランプ機構等を有する支持手段（図示省略）によりクランプ等されて支持される。
【００２３】
また、押圧部２２は、そのＺ方向における両側に設けられ、被接合物４，５を押圧する矩形状の押圧面２４と、両押圧面２４それぞれに設けられた突起部２５とを有している。また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各突起部２５は、それぞれ、各押圧面２４の周縁部を除く位置に設けられ、断面ひし形の角錐台状の複数の突起２６が押圧面２４の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されて構成されている。
【００２４】
また、突起２６は、角錐の先端部分が横断して切り落とされた断面ひしの角錐台状に形成され、各突起２６それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの稜線２６ａ，２６ｂが共振する共振器本体２１の振動方向（Ｘ方向）に配置されている。また、各突起２６間には、断面略Ｖ字状の複数の溝２７が押圧面２４の対向二辺に対して傾斜した綾目状に形成されている。
【００２５】
そして、両被接合物４，５が共振器２の押圧面２４とアンビル３の押圧面３１との間に挟持され加圧された状態で共振器２（共振器本体２１）が超音波振動することにより、両被接合物４，５に超音波振動が印加される。
【００２６】
以上のように、この実施形態では、連結された振動子の超音波振動に共振する共振器本体２１を備える共振器２の押圧部２２が、被接合物４，５を押圧する矩形状の押圧面２４と、押圧面２４の周縁部を除く位置に設けられ、断面ひし形の角錐台状の複数の突起２６が押圧面２４の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されて成る突起部２５とを備えている。また、突起部２５に設けられた各突起２６それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの稜線２６ａ，２６ｂが共振する共振器本体２１の振動方向（Ｘ方向）に配置されている。したがって、押圧面２４が被接合物４に押し付けられて各突起２６の先端が被接合物４に若干食い込んだ状態で共振器２が振動すると、対向する２つの稜線２６ａ，２６ｂそれぞれにより形成され当該振動方向に配置される各エッジが被接合物４に食い込むので、押圧面２４に設けられた複数の突起２６の被接合物４への食い込みを促進することができる。
【００２７】
また、共振器の矩形状の押圧面に、該押圧面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝が形成されることにより、押圧面の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列された断面ひし形状の複数の突起が形成されることがある。この場合、押圧面の周縁部に形成される各突起は、押圧面の端縁位置において縦に切断された形状となる。そのため、その断面形状が、ひし形が押圧面の端縁に沿って縦に切断された形状となり、当該縦断位置において突起にエッジが形成される。したがって、押圧面よりもその面積が大きい被接合物がこの共振器を用いて接合される際に、エッジが形成された押圧面の端縁位置において被接合物にバリや破れが生じるおそれがある。
【００２８】
しかしながら、上記した実施形態では、断面ひし形の角錐台状の複数の突起２６が、共振器２の押圧面２４の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されているが、押圧面２４の周縁部には突起２６が形成されていないので、押圧面２４の端縁位置において、例えば、従来のように突起が押圧面の端縁に沿って縦に切断されることによるエッジが形成されるおそれがない。したがって、共振器の押圧面の端縁部分において被接合物４，５にバリや破れが生じるのを防止することができる。
【００２９】
（製造方法の一例）
図４を参照して共振器の製造方法の一例について説明する。図４は共振器の製造方法の一例を示す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【００３０】
まず、矩形状の平面２４ａが設けられた押圧部２２を有する共振器本体２１が準備され（準備工程）、図４（ａ）に示すように、矩形状の平面２４ａの対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の断面略Ｖ字状の溝２７がエンドミル等を用いた研削・切削加工により平面２４ａに形成される（溝形成工程）。そして、各溝２７間に形成された複数の突起２６のうち、断面ひし形状でない突起、すなわち、図４（ｂ）に示す太線で囲まれた領域の外側に形成された突起が、エンドミル等を用いた研削・切削加工や放電加工具により除去されて（除去工程）、共振器２が完成する。
【００３１】
このようにすると、共振器本体２１の押圧部２２に設けられた矩形状の平面２４ａに、該平面２４ａの対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝２７が溝形成工程において形成される。そして、各溝２７間に形成された複数の突起２６のうち、平面２４ａの周縁部に形成された断面ひし形状でない突起が除去工程において除去されることにより、平面２４ａの周縁部を除く位置に断面ひし形の角錐台状の複数の突起２６から成る突起部２５が形成されると共に該突起部２５の周辺に押圧面２４が形成される。したがって、押圧面２４の周縁部に突起２６が形成されておらず、被接合物４，５にバリや破れが生じるのを防止することができる共振器２を簡単に製造することができる。
【００３２】
（製造方法の他の例）
図５を参照して共振器の製造方法の他の例について説明する。図５は共振器の製造方法の他の例を示す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる状態を示す。
【００３３】
まず、矩形状の平面２４ａが設けられた押圧部２２を有する共振器本体２１が準備され（準備工程）、矩形状の平面２４ａの周縁部、すなわち、図５（ａ）に示す太線で囲まれた領域の外側がエンドミル等を用いて研削・切削されて平面２４ａの周縁部を除く位置にテーブル上の凸部２５ａが形成される（凸部形成工程）。そして、図５（ｂ）に示すように、矩形状の平面２４ａの対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝２７がエンドミル等の研削・切削加工により凸部２５ａに形成されて（溝形成工程）、共振器２が完成する。
【００３４】
このようにすると、共振器本体２１の押圧部２２に設けられた矩形状の平面２４ａの周縁部が凸部形成工程において研削され、平面２４ａの周縁部を除く位置にテーブル状の凸部２５ａが形成されることにより、凸部２５ａ周辺に押圧面２４が形成される。そして、溝形成工程において、矩形状の平面２４ａの対向二辺に対して傾斜した綾目状に複数の溝２７が凸部２５ａに形成されることにより、断面ひし形の錐体台状の複数の突起２６から成る突起部２５が形成される。したがって、押圧面２４の周縁部に突起２６が形成されておらず、被接合物４，５にバリや破れが生じるのを防止することができる共振器２を簡単に製造することができる。
【００３５】
（変形例）
図６および図７を参照して共振器の変形例について説明する。図６および図７はそれぞれ共振器の変形例を示す図である。また、図７の（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる振動状態を示す図である。
【００３６】
図６に示す変形例では、共振器２に、ほぼ正方形状の押圧面２４が設けられ、複数の突起２６が押圧面２４の対角線上に配置されることにより、上記した例と同様に、各突起２６が振動方向（Ｘ方向）に平行な押圧面２４の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されて成る押圧部２５が形成されている。また、各突起２６それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの稜線２６ａ，２６ｂが共振する共振器本体２１の振動方向（Ｘ方向）に配置されている。
【００３７】
図７（ａ），（ｂ）に示す例では、同図に点線で示すように、平面視で略十字状に共振器本体２１が形成されている。このように共振器本体２１を構成すると、共振器本体２１は連結された振動子の超音波振動に共振して、図７（ａ）に示すＸ方向に縮み、Ｙ方向に伸びた状態と、図７（ｂ）に示すＸ方向に伸び、Ｙ方向に縮んだ状態との間でＸ、Ｙ方向に振動する。
【００３８】
また、共振器本体２１のＸ方向における両端部およびＹ方向における両端部に、それぞれ、押圧面２４が設けられている。また、上記した例と同様に、各押圧面２４には、それぞれ、複数の突起２６が振動方向（Ｘ、Ｙ方向）に平行な押圧面２４の対向二辺に対して傾斜した綾目状に配列されて成る押圧部２５が形成されている。また、各突起２６それぞれは、４つの稜線のうち、対向する２つの稜線２６ａ，２６ｂが共振する共振器本体２１の振動方向（Ｘ方向）に配置されている。
【００３９】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、共振器２の長さや形状等は上記した例に限らず、超音波接合装置の構成や使用目的に応じて、適宜、最適な形状および大きさに共振器が形成されていればよい。
【００４０】
また、上記した製造方法において、共振器本体２１の平面２４ａに形成される複数の溝２７は、共振器２１の振動方向（Ｘ方向）に平行に配置される矩形状の平面２４ａの対向二辺に対して約４５°傾斜して平面２４ａに形成されるとよい。
【００４１】
また、被接合物は上記した例に限定されるものではなく、剛性を有するガラスエポキシ基板や可撓性を有するポリイミド製のフレキシブル基板などの有機基板、セラミック基板、ウエハなどの基板に形成された金属接合部どうしがを超音波振動により接合されるようにしてもよい。また、セラミック基板やウエハなど、超音波振動により接合を行うことができる材質であれば、どのようなものを被接合物として超音波振動による接合を行ってもよい。また、被接合物として、リードフレームやフレキシブル基板、リード線や同軸ケーブルなどの芯線、電子部品、チップ部品が接合されるようにしてもよい。
【００４２】
そして、超音波振動接合に使用される共振器およびこの共振器の製造方法に本発明を広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…超音波振動接合装置
２…共振器
２１…共振器本体
２２…押圧部
２４…押圧面
２４ａ…平面
２５…突起部
２５ａ…凸部
２６…突起
２６ａ，２６ｂ…稜線
４，５…被接合物
【図１】
2015139780.tif 000003
【図２】
2015139780.tif 000004
【図３】
2015139780.tif 000005
【図４】
2015139780.tif 000006
【図５】
2015139780.tif 000007
【図６】
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【図７】
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