(57)【要約】【課題】接合対象物同士の接合を繰り返しても、十分な強度で接合対象物同士を確実に接合でき、かつ低コスト化を図ることができる超音波接合装置を提供する。【解決手段】超音波接合装置１は接合対象物としての金属板２と被覆電線３とを互いの間に位置付けるチップ１４とアンビル１５を備えている。アンビル１５には位置決め部１７と挟持部１６が取り付けられている。位置決め部１７はチップ１４とアンビル１５とが相対する方向に交差する方向に沿って金属板２が位置ずれすることを防止する。挟持部１６は端面３ａを位置決め部１７に位置決めされた金属板２の表面に接触させて被覆電線３を挟んで固定する一対の挟持部材１９，２０を備えている。超音波接合装置１は位置決め部１７により位置決めされた金属板２と挟持部１６により固定された被覆電線３とを互いに近づける方向に加圧して超音波振動を付与する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に一対の接合対象物を位置付けて、前記駆動源によりチップを振動させて該振動を前記接合対象物に伝えることで、前記接合対象物同士を接合する超音波接合装置において、
前記一対の接合対象物のうち一方の接合対象物が、前記チップとアンビルとが相対する方向に対し交差する方向に沿って位置ずれすることを防止する位置決め部と、
前記一対の接合対象物のうち他方の接合対象物を互いの間に挟む一対の挟持部材を備え、前記一方の接合対象物に接触した状態で前記他方の接合対象物を前記一対の挟持部材間に挟んで固定する挟持部と、を備え、
前記位置決め部と前記挟持部との双方を、前記チップとアンビルとのうち一方に取り付けたことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項２】
前記位置決め部と前記挟持部とは、前記アンビルに取り付けられ、前記チップの前記接合対象物に接触する面は、前記チップとアンビルとが相対する方向に対し交差する方向に沿って平坦に形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波接合装置。
【請求項３】
前記一方の接合対象物が金属板であり、前記他方の接合対象物が電線であり、
前記挟持部が、前記位置決め部が位置決めした金属板の表面に端面を接触させ、かつ前記金属板の表面に対し長手方向が交差する状態で前記挟持部材間に前記電線を挟んで固定することを特徴とする請求項２記載の超音波接合装置。
【請求項４】
金属板の表面に電線の端面を接触させ、これら金属板の表面と電線の端面とを互いに近づける方向に加圧した状態で、超音波振動を付与することにより、前記金属板と電線とを接合することを特徴とする超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板や電線などの接合対象物同士を接合する超音波接合装置及び超音波接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体としての自動車には、種々の電子機器が搭載される。前記自動車は、前記電子機器にバッテリなどの電源から電力や制御装置から制御信号などを伝えるためにワイヤハーネスを配索している。前述したワイヤハーネスは、複数の電線と、電線同士を電気的に接続したジョイント部などを備えている。
【０００３】
前記電線は、それぞれ、導電性の芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えている。前記ジョイント部は、前記電線の所定箇所の被覆部が除去されて、露出した芯線をジョイント端子などで加締めて構成される。このため、ワイヤハーネスは、電線同士を電気的に接続するためにジョイント端子を用いている。このため、ワイヤハーネスは、部品点数が増加するとともに大型化する傾向であった。
【０００４】
本発明の出願人は、前述した問題点を解決するために、電線同士を近づける方向に加圧した状態で、一方の電線に超音波振動エネルギを付与することで、前記電線の芯線同士を接合（金属結合）することを提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
また、前述したワイヤハーネスの電線には、それぞれの芯線に外部からのノイズが侵入することがある。このノイズの侵入を防止するために、シールド電線を用いることがある。シールド電線は、導電性を有する編組からなるシールド部を備えている。このシールド部が、前記芯線内にノイズが侵入することを防止する。
【０００６】
ここで、近年、前述したワイヤハーネスの低コスト化を図ることが望まれている。このために、前記シールド部を備えない電線を複数本束ね、これらの複数本の電線に薄膜の導体層を有する導体薄膜シートを巻き付けて、ワイヤハーネスを構成することが提案されている。このような構成にすることによって、低コスト化とノイズの侵入防止とを図ることができる。
【０００７】
また、このような構成においても、前記ノイズを取り出すために、前記導体層にアース電線または端子などを取り付ける必要がある。アース電線は、導電性の芯線と、絶縁性の被覆部とを備えている。芯線は、複数の素線からなる。被覆部は絶縁性の合成樹脂からなり、前記芯線を被覆している。
【０００８】
前記導体層にアース電線などを取り付けるために、導体薄膜シートに孔を開けて、該孔に前述したアース電線などの端部を通した後、ワッシャ、ボルト、ナットなどを用いて導体薄膜シートとアース電線とを固定することが考えられる。
【０００９】
この場合、前記アース電線の被覆部の一部を除去するなどの皮むき作業が必要となり、組み立てにかかる工数が増加することが考えられる。また、ワッシャ、ボルト、ナットなどの部品が必要になるので、部品点数が増加する。したがって、コストが高騰することが考えられる。さらに、前述したボルトとナットなどを締め付ける際に、導体層が破損して、確実に前述したアース電線を導体層に接続できないことが考えられる。このため、電線の芯線に侵入しようとするノイズを、外部に逃がすことが困難となる。
【００１０】
前述した課題を解決するために、本発明の出願人は、導体薄膜シートとアース電線とを重ねて、これらを近づける方向に加圧した状態で、超音波振動エネルギを付与することを提案している（特許文献２参照）。超音波振動エネルギを付与することにより、前記導体薄膜シートの導体層とアース電線の芯線とを金属結合（接合）する。こうして、導体薄膜シートの導体層とアース電線とを電気的に接続する。
【００１１】
特許文献１及び特許文献２では、前述した電線同士の接合及び電線と導体薄膜シートとの接合の際には、周知の超音波接合装置を用いる。
【００１２】
前記超音波接合装置は、駆動源としての圧電振動子により振動（超音波振動）されるチップ（工具ホーンともいう）と、このチップに相対するアンビルと、を備えている。超音波接合装置は、前記チップとアンビルとの間に接合対象物としての電線などを挟み、チップとアンビルとを互いに近づける方向に加圧して、前記圧電振動子により前記チップを振動させて、接合対象物を接合する。
【００１３】
前述した特許文献１に示された超音波接合装置では、チップのアンビルに相対する面を凹凸に形成し、アンビルのチップに相対する面を凹凸に形成して、これら凹凸に形成された面間に前述した接合対象物を挟んでいる。そして、凹凸に形成された面間に前述した接合対象物を挟むことで、前述したチップとアンビルとの間で接合対象物が位置ずれすることを防止して、接合対象物同士を確実に接合できるようにしている。
【００１４】
また、前述したワイヤハーネスは、電線と、該電線の端部に取り付けられる端子金具とを備えている。電線は、銅などの金属からなる芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の合成樹脂からなる被覆部とを備えている。前記端子金具は、黄銅などの導電性の金属からなる母材と、該母材の表面に形成された錫などからなる鍍金層とを備えた板金からなる。
【００１５】
本発明の出願人は、前述した板金に芯線の一部を重ねて超音波接合を行って、前記鍍金層を溶融させて、前記芯線の一部を板金の母材に超音波接合する第１の工程と、母材に接合した芯線の一部に芯線を重ねて超音波接合する第２の工程とを行い、前述した端子金具に前記電線の芯線を接合することを提案している（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に記載された方法では、第１の工程で、超音波接合を行って、鍍金層を溶融させかつ前記芯線の一部を芯線から破断させる。こうすることで、鍍金層が形成された板金に電線の芯線などを超音波接合できるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２８０１３９号公報
【特許文献２】特開２００２−５０２３６号公報
【特許文献３】特開２００２−２３１４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述した特許文献１に記載の超音波接合装置では、接合対象物同士の接合を繰り返すと、前述したチップとアンビルの面に形成された凹凸が徐々に摩耗して、該凹凸が徐々になだらかになる。
【００１７】
このため、前述した特許文献１に示された超音波接合装置では、前述した接合対象物の超音波接合を繰り返し行うと、チップとアンビルの凹凸が徐々になだらかになり、超音波接合中に接合対象物を徐々に十分に加圧出来なくなり、該接合対象物に前述した超音波振動を徐々に十分に伝えることができなくなる傾向であった。したがって、前述した特許文献１に示された超音波接合装置では、接合対象物の超音波接合を繰り返し行うと、接合対象物同士を徐々に接合できなくなる傾向であった。
【００１８】
また、前述した特許文献１に記載の超音波接合装置では、チップとアンビルに前述した凹凸を形成するため、これらのチップとアンビルの加工にかかる工数などが増加する傾向であった。このため、チップとアンビルのコストが高騰して、超音波接合装置自体のコストが高騰する傾向でった。
【００１９】
一方、前述した特許文献３に記載された超音波接合方法では、第１の工程で、超音波接合を行って、鍍金層を溶融させかつ前記芯線の一部を芯線から破断させる。このため、第１の工程で、鍍金層を溶融させかつ前記芯線の一部を芯線から破断させるほど超音波振動エネルギを付与するので、母材を破損させる虞があった。また、前述した特許文献３に記載された超音波接合方法では、第１の工程と第２の工程との双方で超音波接合を行うため、接合にかかる工数が増加する傾向であった。
【００２０】
したがって、本発明の第１の目的は、接合対象物同士の接合を繰り返しても、十分な強度で接合対象物同士を確実に接合できるとともに、低コスト化を図ることができる超音波接合装置を提供することにある。第２の目的は、鍍金層付きの金属板の母材を破損することなく、電線と母材とを接合でき、接合にかかる工数を抑制できる超音波接合装置及び超音波接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の超音波接合装置は、駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に一対の接合対象物を位置付けて、前記駆動源によりチップを振動させて該振動を前記接合対象物に伝えることで、前記接合対象物同士を接合する超音波接合装置において、前記一対の接合対象物のうち一方の接合対象物が、前記チップとアンビルとが相対する方向に対し交差する方向に沿って位置ずれすることを防止する位置決め部と、前記一対の接合対象物のうち他方の接合対象物を互いの間に挟む一対の挟持部材を備え、前記一方の接合対象物に接触した状態で前記他方の接合対象物を前記一対の挟持部材間に挟んで固定する挟持部と、を備え、前記位置決め部と前記挟持部との双方を、前記チップとアンビルとのうち一方に取り付けたことを特徴としている。
【００２２】
請求項２に記載の本発明の超音波接合装置は、請求項１に記載の超音波接合装置において、前記位置決め部と前記挟持部とは、前記アンビルに取り付けられ、前記チップの前記接合対象物に接触する面は、前記チップとアンビルとが相対する方向に対し交差する方向に沿って平坦に形成されていることを特徴としている。
【００２３】
前記第１の目的にくわえ、第２の目的を達成するために、請求項３に記載の本発明の超音波接合装置は、請求項２に記載の超音波接合装置において、前記一方の接合対象物が金属板であり、前記他方の接合対象物が電線であり、前記挟持部が、前記位置決め部が位置決めした金属板の表面に端面を接触させ、かつ前記金属板の表面に対し長手方向が交差する状態で前記挟持部材間に前記電線を挟んで固定することを特徴としている。
【００２４】
前記第２の目的を達成するために、請求項４に記載の本発明の超音波接合方法は、金属板の表面に電線の端面を接触させ、これら金属板の表面と電線の端面とを互いに近づける方向に加圧した状態で、超音波振動を付与することにより、前記金属板と電線とを接合することを特徴としている。
【００２５】
請求項１に記載した本発明の超音波接合装置によれば、位置決め部が一方の接合対象物を位置決めする。挟持部が他方の接合対象物を挟んで固定する。位置決め部と挟持部が、チップとアンビルのうち同一の一方に取り付けられる。このため、超音波接合中に位置決め部に位置決めされた一方の接合対象物と、挟持部に固定された他方の接合対象物とが位置ずれすることを防止できる。
【００２６】
請求項２に記載した本発明の超音波接合装置によれば、位置決め部と挟持部との双方がアンビルに取り付けられている。このため、超音波接合中に位置決め部に位置決めされた一方の接合対象物と、挟持部に固定された他方の接合対象物とが位置ずれすることをより確実に防止できる。
【００２７】
また、チップの接合対象物に接触する面が平坦に形成されている。このため、チップの加工にかかる工数即ちコストを抑制できる。
【００２８】
請求項３に記載した本発明の超音波接合装置によれば、長手方向が金属板の表面に交差しかつ端面を金属板に接触した状態で電線を固定する。このため、金属板の表面に鍍金層が形成されている場合に、電線と金属板との接触面積が小さくなり、これらを互いに近づける方向に加圧して超音波振動を付与すると、電線が金属板の表面に形成された鍍金層を容易に貫く。そして、電線と金属板の母材との間から鍍金層が除去されて、電線と金属板の母材とを確実に接合できる。
【００２９】
請求項４に記載した本発明の超音波接合方法によれば、長手方向が金属板の表面に交差しかつ端面を金属板に接触させて、これらを互いに近づける方向に加圧して超音波振動を付与する。このため、金属板の表面に鍍金層が形成されている場合に、電線と金属板との接触面積が小さくなり、電線が金属板の表面に形成された鍍金層を容易に貫く。そして、電線と金属板の母材との間から鍍金層が除去されて、電線と金属板の母材とを確実に接合できる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明は、超音波接合中に一方の接合対象物と他方の接合対象物とが位置ずれすることを防止できるので、これらの接合対象物を確実に接合できる。また、接合対象物を位置決め部と挟持部が位置決めすることとなるので、チップとアンビルの接合対象物と接触する面を凹凸に形成する必要がない。
【００３１】
このため、接合対象物の超音波接合を繰り返しても、チップとアンビルなどが摩耗する事を防止でき、接合対象物を互いに近づく方向に十分に加圧できる。したがって、十分な強度で接合対象物同士を確実に接合できる。また、チップとアンビルの接合対象物と接触する面を凹凸に形成する必要がないので、チップとアンビルの加工にかかる工数を抑制でき、これらのチップとアンビルの低コスト化を図ることができて、超音波接合装置自体の低コスト化を図ることができる。
【００３２】
さらに、位置決め部が一方の接合対象物を位置決めし、挟持部が他方の接合対象物を挟んで固定するので、接合対象物を様々な姿勢で互いに接合できる。
【００３３】
請求項２に記載の本発明は、超音波接合中に一方の接合対象物と他方の接合対象物とが位置ずれすることをより確実に防止できるので、これらの接合対象物を確実に接合できる。また、チップの接合対象物に接触する面が平坦に形成されている。このため、チップの加工にかかる工数即ちコストを抑制できるとともに、超音波接合を繰り返し行っても、チップが摩耗することが無い。このため、接合対象物の超音波接合を繰り返しても、接合対象物を互いに近づく方向に十分に加圧でき、十分な強度で接合対象物同士を確実に接合できる。
【００３４】
請求項３に記載の本発明は、長手方向が金属板の表面に交差しかつ端面を金属板に接触した状態で電線を固定する。このため、金属板の表面に鍍金層が形成されている場合に、電線と金属板との接触面積が小さくなるので、これらを互いに近づける方向に加圧して超音波振動を付与すると、電線が金属板の表面に形成された溶融した鍍金層を容易に貫くので、容易で確実に電線と金属板の母材とを接合できる。また、電線と金属板との接触面積を小さくできるので、これらを互いに近づける方向に加圧する力を弱くしても、電線が溶融した鍍金層を貫くことができる。したがって、鍍金層付きの金属板の母材を破損することなく、電線と母材とを接合できる。
【００３５】
請求項４に記載の本発明は、長手方向が金属板の表面に交差しかつ端面を金属板に接触した状態で、これらを互いに近づける方向に加圧して超音波振動を付与する。このため、金属板の表面に鍍金層が形成されている場合に、電線と金属板との接触面積が小さくなるので、電線が金属板の表面に形成された溶融した鍍金層を容易に貫き、容易で確実に電線と金属板の母材とを接合できる。また、電線と金属板との接触面積を小さくできるので、これらを互いに近づける方向に加圧する力を弱くしても、電線が溶融した鍍金層を貫くことができる。したがって、鍍金層付きの金属板の母材を破損することなく、電線と母材とを接合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態にかかる超音波接合装置及び方法を、図１ないし図１３を参照して説明する。超音波接合装置１は、図２に示す一方の接合対象物としての金属板２と、他方の接合対象物としての被覆電線３とを接合する。金属板２は、図２に示すように、板状の母材７と、この母材７の両表面に形成された鍍金層８とを備えて、板状に形成されている。母材７は、黄銅などの導電性の金属からなる。鍍金層８は、すず、すず合金、すずと亜鉛の合金であるはんだ、亜鉛などの金属からなる。
【００３７】
被覆電線３は、本明細書に記した電線をなしている。被覆電線３は、図２に示すように、芯線４と被覆部５とを備えている。芯線４は、複数の素線が撚られて形成されている。素線は、導電性の金属からなる。このため、芯線４は、銅又は銅合金などの導電性の金属からなる。芯線４は、断面丸形に形成されている。また、芯線４は、一本の素線から構成されても良い。被覆部５は、円管状に形成されており、絶縁性の合成樹脂からなり、芯線４を被覆している（収容している）。被覆電線３は、前述した芯線４と被覆部５とを備えて、断面丸形に形成されている。また、被覆電線３は、可撓性を有している。
【００３８】
前述した構成の金属板２と、被覆電線３とは、被覆電線３の端面３ａが金属板２の表面上に重なりかつ被覆電線３の長手方向が金属板２の表面上に対し直交（交差）した状態で配され、接合箇所Ｓで、被覆電線３の端面３ａから露出した芯線４と母材７とが互いに接合（金属結合）している。なお、端面３ａは、被覆電線３の長手方向に直交（交差）する方向に沿って平坦に形成されている。
【００３９】
接合箇所Ｓでは、図３に示すように、芯線４と、母材７との間から鍍金層８が除去されている。接合箇所Ｓでは、芯線４と母材７とが、直接接触しており、これらの間に鍍金層８と被覆部５とが位置していない。図１に示す超音波接合装置１は、被覆電線３の長手方向が金属板２の表面上に対し直交（交差）した状態で端面３ａを金属板２に重ね、芯線４と母材７とを接合（金属結合）して、前述した接合箇所Ｓを形成する装置である。
【００４０】
図１に示す超音波接合装置１は、前述した格好で、被覆電線３の端面３ａに金属板２を重ねて、これらを互いに近づける方向に加圧して、これらの金属板２及び被覆電線３に超音波振動エネルギ（超音波振動又は単に振動といもいう）を付与することにより、芯線４と母材７との間から鍍金層８などを除去して、芯線４と母材７とを接合する。また、本明細書でいう超音波振動エネルギとは、超音波接合装置１が接合対象物を接合させる際に、該接合対象物に与えるエネルギを示している。超音波振動エネルギとは、例えば、後述の電源１０が発振器１１に印加する際の電力値（Ｗ：ワット数）に、前記電源１０が発振器１１に印加する時間を、かけて得られるエネルギである。
【００４１】
超音波接合装置１は、図１に示すように、電源１０と、発振器１１と、駆動源としての圧電振動子１２と、ホーン１３と、チップ１４（工具ホーンともいう）と、このチップ１４に相対するアンビル１５と、挟持部１６と、位置決め部１７とを備えている。電源１０は、前記発振器１１に印加する。
【００４２】
発振器１１は、電源１０によって印加させると駆動源としての圧電振動子１２を振動させる。圧電振動子１２には、ホーン１３が取り付けられている。ホーン１３の先端部には、チップ１４が取り付けられている。チップ１４は、柱状に形成されており、図１に示すように、アンビル１５と相対する平坦な端面１４ａを備えている。端面１４ａは、接合対象物としての金属板２に接触する面をなしている。アンビル１５は、チップ１４の端面１４ａと相対する平坦な平坦面１５ａと、被覆電線３を通すことのできる通し孔１８を備えている。通し孔１８は、チップ１４とアンビル１５とが相対する方向に沿って、延びている。
【００４３】
圧電振動子１２は、ホーン１３などを介してチップ１４を振動させる。このとき、チップ１４は、チップ１４とアンビル１５とが互いに接離（相対）する方向に対し直交する矢印Ｗに沿って振動（超音波振動ともいう）する。なお、接離する方向とは、互いに近づいたり離れたりする方向である。
【００４４】
チップ１４は、挟持部１６に固定された被覆電線３と位置決め部１７に位置決めされた金属板２とを、アンビル１５との間に位置付けて、挟持部１６及び位置決め部１７との間に挟むことができる。チップ１４は、端面１４ａに前述した金属板２の表面が接触した状態で、前述した挟持部１６及び位置決め部１７との間に、前述した接合対象物としての金属板２と被覆電線３を挟む。
【００４５】
挟持部１６は、図４及び図５に示すように、一対の挟持部材１９，２０を備えている。一方の挟持部材１９は、アンビル１５に固定されている。他方の挟持部材２０は、前記チップ１４とアンビル１５とが相対する方向に対し直交（交差）する方向に沿って、前述した一方の挟持部材１９に接離するように、アンビル１５にスライド自在に支持されている。このため、一対の挟持部材１９，２０は、チップ１４とアンビル１５とが相対する方向に対し直交（交差）する方向に沿って、互いに接離自在にアンビル１５に支持されている。
【００４６】
また、一対の挟持部材１９，２０の互いに相対しかつ接離する表面１９ａ，２０ａは、チップ１４とアンビル１５とが相対する方向に沿って平坦に形成されている。一対の挟持部材１９，２０は、前記表面１９ａ，２０ａが通し孔１８内に露出する状態に配されている。さらに、他方の挟持部材２０は、アンビル１５に螺合するボルト２１により押圧されて、一方の挟持部材１９に近づくようになっている。ボルト２１は、アンビル１５へのねじ込み量が調整されることで、他方の挟持部材２０を一方の挟持部材１９に近づける。なお、図示例では、ボルト２１の長手方向は、チップ１４とアンビル１５とが相対する方向に対し直交する方向と平行である。
【００４７】
さらに、図示例では、他方の挟持部材２０は、前述した表面２０ａが通し孔１８と面一となる図５に示す一方の挟持部材１９から最も離れた位置と、前述した表面２０ａが一方の挟持部材１９の表面１９ａと接触する図４に示す一方の挟持部材１９に最も近づいた位置と、に亘って移動可能である。
【００４８】
挟持部１６は、一対の挟持部材１９，２０間に通し孔１８内を通された被覆電線３を挟んで、該被覆電線３をアンビル１５に固定する。このとき、一対の挟持部材１９，２０即ち挟持部１６は、端面３ａが位置決め部１７に位置決めされる金属板２の表面に接触する状態で、被覆電線３を固定する。
【００４９】
位置決め部１７は、アンビル１５の平坦面１５ａ上に固定されている。位置決め部１７は、凹部２２と、連通孔２３とを備えている。凹部２２は、位置決め部１７のチップ１４の端面１４ａに相対する上面から凹に形成されている。凹部２２は、金属板２の外形に沿って形成されている。凹部２２は、内側に金属板２を位置付けて（収容して）、該金属板２がチップ１４とアンビル１５とが相対する方向に対し直交（交差）する方向に沿って位置ずれすることを防止する。凹部２２即ち位置決め部１７は、金属板２を位置決めする。連通孔２３は、位置決め部１７を貫通しており、凹部２２と、通し孔１８とを連通している。
【００５０】
位置決め部１７は、凹部２２内に金属板２を収容して、該金属板２がチップ１４とアンビル１５とが相対する方向に対し直交（交差）する方向に沿って位置ずれすることを防止する。
【００５１】
超音波接合装置１は、位置決め部１７の凹部２２内に金属板２を収容し、端面３ａを金属板２の接触した状態で、挟持部１６の挟持部材１９，２０間に被覆電線３を挟んで固定する。そして、金属板２にチップ１４の端面１４ａを接触させて、チップ１４と、アンビル１５との間に前述した接合対象物としての金属板２と被覆電線３を位置付ける。そして、チップ１４でこれらの金属板２と被覆電線３とを互いに近づける方向に加圧した状態で、発振器１１で圧電振動子１２を振動させてこの振動をホーン１３経由でチップ１４に伝える。そして、超音波接合装置１は、チップ１４を矢印Ｗに沿って振動して、接合対象物としての金属板２と被覆電線３に超音波振動エネルギを与えて、これらの接合対象物を接合する。
【００５２】
前述した構成の超音波接合装置１を用いて、金属板２の母材７と被覆電線３の芯線４とを接合する際は、まず、図６に示すように、挟持部材１９，２０同士を互いに離しておき、チップ１４をアンビル１５即ち位置決め部１７から離しておく。そして、図７に示すように、凹部２２内に金属板２を収容し、該金属板２の図中下側に位置する表面に端面３ａを接触させた状態で被覆電線３を通し孔１８内に通す。このとき、勿論、被覆電線３は、一対の挟持部材１９，２０間に配される。
【００５３】
その後、ボルト２１を徐々にアンビル１５にねじ込んで、他方の挟持部材２０を一方の挟持部材１９に徐々に近づける。そして、図８に示すように、一対の挟持部材１９，２０間に被覆電線３を挟む。このように、挟持部１６は、位置決め部１７が位置決めした金属板２の表面に端面３ａを接触させ、長手方向が位置決め部１７が位置決めした金属板２の表面に直交（交差）する状態で、挟持部材１９，２０間に被覆電線３を挟んで固定する。
【００５４】
そして、図９に示すように、チップ１４の端面１４ａを金属板２の図中上側に位置する表面に接触させて、チップ１４をアンビル１５に近づける方向に加圧する、即ち、金属板２と被覆電線３の端面３ａとを互いに近づく方向に加圧する。すると、図１０に示すように、被覆電線３の端面３ａと金属板２の表面とが密に接触する。
【００５５】
この状態で、発振器１１で圧電振動子１２を振動する。この振動は、ホーン１３を経由してチップ１４に伝わる。チップ１４が、アンビル１５に対して矢印Ｗに沿って振動して、チップ１４の振動が金属板２に伝わる。このときの超音波振動エネルギは、芯線４と金属板２との間に生じる摩擦熱により鍍金層８と被覆部５とが溶融するエネルギとなっている。
【００５６】
すると、芯線４と鍍金層８との間に前述した振動に応じた摩擦熱が生じる。そして、摩擦熱により、鍍金層８の端面３ａが接触した箇所とこの箇所の近傍が溶融するとともに、端面３ａの近傍の被覆部５が溶ける。さらに、前記摩擦熱により芯線４が加熱される。チップ１４により金属板２と被覆電線３とが互いに近づく方向に加圧されているので、溶けた鍍金層８と被覆部５の一部が、芯線４と母材７との間から除去される。さらに、端面３ａの近傍が外周方向に拡がるように、芯線４が変形する。
【００５７】
そして、図１１に示すように、芯線４と母材７とが接触して、これらの芯線４と母材７とは、溶融しないで固相のまま互いに金属結合する。こうして、被覆電線３の芯線４と、金属板２の母材７とは、所謂超音波接合（超音波溶接又は超音波溶着ともいう）によって、互いに接合される。
【００５８】
その後、圧電振動子１２の振動を止める。すると、鍍金層８と被覆部５が溶けているので、圧電振動子１２の振動を止めてから温度が下がるにしたがって徐々に固まる。こうして、接合箇所Ｓで、芯線４と母材７とを接合する。このように、金属板２の表面に被覆電線３の端面３ａを接触させ、これらを互いに近づける方向に加圧して、超音波振動を付与することで、金属板２の母材７と被覆電線３の芯線４とを接合する。
【００５９】
次に、本発明の発明者らは、前述した構成の超音波接合装置１で金属板２と被覆電線３とを接合し、接合箇所Ｓの断面に、ＥＰＭＡ（Electron Probe Microanalyser）を用いて、Ｘ線分光分析を施した。このＸ線分光分析によって、図１２及び図１３に示す結果が得られた。図１２及び図１３に示す結果が得られた接合では、母材７が黄銅からなり鍍金層８がすずからなる金属板２と、芯線４が銅からなり被覆部５がポリ塩化ビニル（Polyvinylchloride：ＰＶＣ）からなる被覆電線３を用いた。
【００６０】
図１３は、図１２に示す実際に得られたＸ線分光分析の結果を、模式的に示す図である。また、図１２及び図１３の図３などと同一部分には、同一符号を付している。さらに、図１３中に平行斜線で示す部分と、図１２中に白っぽく見える部分と、は鍍金層８を示している。
【００６１】
図１２及び図１３によれば、芯線４と母材７とが直接接触し、これらの間に鍍金層８と被覆部５とが位置していない。このため、前述したＸ線分光分析によって、金属板２の母材７と芯線４とが確実に金属的に接合していることが明らかとなった。したがって、芯線４と母材７との間から鍍金層８を確実に除去できることが明らかとなった。
【００６２】
本実施形態によれば、位置決め部１７が金属板２を位置決めする。挟持部１６が被覆電線３を挟んで固定する。位置決め部１７と挟持部１６との双方が、アンビル１５に取り付けられている。このため、超音波接合中に位置決め部１７に位置決めされた金属板２と、挟持部１６に固定された被覆電線３とが位置ずれすることを防止できる。このため、これらの金属板２と被覆電線３の芯線４とを確実に接合できる。
【００６３】
また、金属板２と被覆電線３を位置決め部１７と挟持部１６が位置決めすることとなるので、チップ１４とアンビル１５の接合対象物としての金属板２などと接触する面を凹凸に形成する必要がない。さらに、チップ１４の端面１４ａと、アンビル１５の平坦面１５ａを平坦に形成している。このため、金属板２と被覆電線３との超音波接合を繰り返しても、チップ１４とアンビル１５などが摩耗する事を防止でき、金属板２と被覆電線３を互いに近づく方向に十分に加圧できる。したがって、十分な強度で金属板２と被覆電線３を確実に接合できる。
【００６４】
また、チップ１４とアンビル１５の金属板２と被覆電線３などと接触する面を凹凸に形成する必要がないので、チップ１４とアンビル１５の加工にかかる工数を抑制でき、これらのチップ１４とアンビル１５の低コスト化を図ることができて、超音波接合装置１自体の低コスト化を図ることができる。
【００６５】
長手方向が金属板２の表面に直交（交差）しかつ端面３ａを金属板２に接触した状態で被覆電線３を固定する。このため、金属板２の表面に鍍金層８が形成されている場合に、被覆電線３と金属板２との接触面積が小さくなり、これらを互いに近づける方向に加圧して超音波振動を付与すると、被覆電線３が金属板２の表面に形成された溶融した鍍金層８を容易に貫く。そして、被覆電線３と金属板２の母材７との間から溶融した鍍金層８が除去されて、被覆電線３の芯線４と金属板２の母材７とを確実に接合できる。
【００６６】
また、被覆電線３と金属板２との接触面積を小さくできるので、これらを互いに近づける方向に加圧する力を弱くしても、超音波接合中に被覆電線３が溶融した鍍金層８を容易に貫くことができる。したがって、鍍金層８付きの金属板２の母材７を破損することなく、被覆電線３の芯線４と金属板２の母材７とを接合できる。
【００６７】
前述した実施形態では、挟持部１６と位置決め部１７との双方をアンビル１５に取り付けている。しかしながら、本発明では、挟持部１６と位置決め部１７との双方をチップ１４に取り付けても良い。要するに、本発明では、挟持部１６と位置決め部１７との双方をチップ１４とアンビル１５とのうち同一の一方に取り付ければ良い。
【００６８】
また、前述した実施形態では、被覆電線３の長手方向が金属板２の表面に直交する状態で、これらの被覆電線３の芯線４と金属板２の母材７とを接合している。しかしながら、本発明では、図１４に示すように、被覆電線３の長手方向が金属板２の表面に交差する状態（直交ではない状態）で、これらの被覆電線３の芯線４と金属板２の母材７とを接合しても良い。なお、図１４で、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。勿論、図１４に示す場合には、表面１９ａ，２０ａが沿う方向を適宜調整する。
【００６９】
さらに、前述した実施形態では、電線としての被覆電線３と金属板２とを接合している。しかしながら、本発明では、図１５に示すように、芯線４のみからなる電線３０と金属板２とを接合しても良い。電線３０は、本明細書に記した接合対象物をなしている。この場合、芯線４は、一本の素線から構成されても良く、複数本の素線から構成されても良い。さらに、図１５に示す場合でも、電線３０の長手方向と金属板２の表面とが交差していれば、これらは必ずしも直交していなくても良い。なお、図１５で、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
また、前述した実施形態では、電線としての被覆電線３と金属板２とを接合している。しかしながら、本発明では、図１６に示すように、電線としてのフレキシブルフラットケーブル（Flexible Flat Cable：ＦＦＣ）や、フレキシブルプリントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）などの帯状のフラット回路体３１と金属板２とを接合しても良い。フラット回路体３１は、本明細書に記した接合対象物をなしている。
【００７１】
フラット回路体３１とは、並行な複数の導体３２と、これらの導体３２を被覆する絶縁体３３とを有し、扁平な帯状に形成されているものである。導体３２は、導電性の金属からなり、断面矩形状の棒状（線状）に形成されている。絶縁体３３は、一対の絶縁シート３３ａ，３３ｂからなる。絶縁シート３３ａ，３３ｂは、絶縁性の合成樹脂からなりシート状に形成されている。一対の絶縁シート３３ａ，３３ｂ間に複数の導体３２を挟んで、絶縁体３３は、複数の導体３２を被覆している。
【００７２】
さらに、図１６に示す場合でも、フラット回路体３１の長手方向と金属板２の表面とが交差していれば、これらは必ずしも直交していなくても良い。なお、図１６で、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７３】
前述したように、本発明では、位置決め部１７が接合対象物としての金属板２を位置決めし、挟持部１６が被覆電線３などを挟んで固定する。このため、これらの金属板２と被覆電線３を、被覆電線３の長手方向が金属板２の表面に交差する状態などの様々な姿勢で互いに接合できる。
【００７４】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる超音波接合装置の概略の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示された超音波接合装置で接合された金属板と被覆電線を示す斜視図である。
【図３】図２に示された金属板と被覆電線の接合箇所を拡大して示す断面図である。
【図４】図１に示された超音波接合装置のアンビルに取り付けられた挟持部と位置決め部の構成を示す断面図である。
【図５】図４に示された挟持部の挟持部材を互いに最も離した状態を示す断面図である。
【図６】図５に示された挟持部の挟持部材とチップとを拡大して示す断面図である。
【図７】図６に示された位置決め部に金属板を位置決めし通し孔に被覆電線を通した状態を示す断面図である。
【図８】図７に示された状態から挟持部の挟持部材間に被覆電線を挟んだ状態を示す断面図である。
【図９】図８に示されたチップを金属板の表面に接触させた状態を示す断面図である。
【図１０】図９に示された金属板と被覆電線の接触箇所を拡大して示す断面図である。
【図１１】図１０に示された金属板の母材と被覆電線の芯線とが接触した状態を示す断面図である。
【図１２】図１に示された超音波接合装置で接合された金属板と被覆電線の接合箇所にＸ線分光分析を施して得られた結果を示す図である。
【図１３】図１２に示されたＸ線分光分析を施して得られた結果を模式的に示す図である。
【図１４】図２に示された金属板と被覆電線の変形例を示す斜視図である。
【図１５】図１に示された超音波接合装置で接合された金属板と電線を示す斜視図である。
【図１６】図１に示された超音波接合装置で接合された金属板とフラット回路体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  超音波接合装置
２  金属板（接合対象物）
３  被覆電線（接合対象物、電線）
３ａ  端面
１２  圧電振動子（駆動源）
１４  チップ
１４ａ  端面（面）
１５  アンビル
１６  挟持部
１７  位置決め部
１９，２０  挟持部材
３０  電線（接合対象物）
３１  フラット回路体（接合対象物、電線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１２】
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