(57)【要約】【課題】当て板を必要とすることなく、接合対象ワークが破れたり切れたりすることを防止できる超音波接合装置を提供する。【解決手段】重ね合わせられた接合対象ワークを載置するアンビル１０と、接合対象ワークを押圧する面２１に凹又は凸のパターンが形成された凹凸領域２２とその凹凸領域の周囲に形成されたマージン領域２３とを含み、接合対象ワークを押圧して超音波振動することで接合対象ワークを接合するホーン２０と、を有する。【選択図】図２
2012125801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせられた接合対象ワークを載置するアンビルと、
前記接合対象ワークを押圧する面に凹又は凸のパターンが形成された凹凸領域とその凹凸領域の周囲に形成されたマージン領域とを含み、接合対象ワークを押圧して超音波振動することで接合対象ワークを接合するホーンと、
を有する超音波接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波接合装置において、
前記ホーンの接合対象ワークを押圧する面の形状は、振動方向から見たときに円弧状である、
ことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波接合装置において、
前記凹又は凸のパターンは、振動に直交する方向に複数並べられる、
ことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の超音波接合装置において、
前記凹又は凸のパターンは、振動に直交する方向にわたって少なくともひとつ形成される、
ことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の超音波接合装置において、
前記凹又は凸のパターンは、振動方向に平行な軸線から所定距離離れたところから開始し、軸線から離れるほど細くなる先細形状である、
ことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の超音波接合装置において、
前記凹又は凸のパターンは、中央付近を取り囲んで形成される、
ことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の超音波接合装置において、
前記凹又は凸のパターンは、研削又は放電加工によって形成される、
ことを特徴とする超音波接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波接合は、重ね合わせられた接合対象ワークを固定側のアンビルに載置して稼働側のホーンで押圧して、ホーンを超音波振動させることで、上下の接合対象ワークの当接面の酸化膜を剥がして金属面同士を接合する工法である。
【０００３】
旧来からの超音波接合では、ホーン側の接合対象ワークの板厚が減少して、ホーン側の接合対象ワークが破れたり切れたりするおそれがあった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、接合対象ワークとホーンとの間に当て板を配置していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４４３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような方法では、当て板が必要なので、コストがかかる。また当て板を接合対象ワークとともに接合するので、当て板を用いない場合よりも大きな接合エネルギーが必要である。そのため工具寿命が短くなる。またアンビルへのワークの貼り付きの原因となる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、当て板を必要とすることなく、接合対象ワークが破れたり切れたりすることを防止できる超音波接合装置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】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００９】
本発明は、重ね合わせられた接合対象ワークを載置するアンビルと、接合対象ワークを押圧して超音波振動することで接合対象ワークを接合するホーンと、を有する。そして、ホーンは、前記接合対象ワークを押圧する面に凹又は凸のパターンが形成された凹凸領域とその凹凸領域の周囲に形成されたマージン領域とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホーンのワーク押圧面(フェース)の周囲に凹凸が設けられないマージン領域が形成されているので、ワーク押圧面(フェース)の端部で圧力が集中してしまうことを防止でき、局所的な板厚減少を生じない。したがって、ワークの押圧面(フェース)の端部でも板厚が確保されることとなり、ホーン側のワークの板厚が減少してホーン側のワークが破れたり切れたりすることを防止できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明による超音波接合装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態のホーンのフェース付近を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態のホーンのフェース付近を示す図である。
【図４】図４は、第３実施形態のホーンのフェース付近を示す図である。
【図５】図５は、第４実施形態のホーンのフェース付近を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による超音波接合装置の第１実施形態を示す図である。
【００１３】
超音波接合装置１は、アンビル１０と、ホーン２０と、を含む。
【００１４】
アンビル１０は、固定された部材である。アンビル１０は、重ね合わせられた接合対象ワークを載置する。図１では、電極タブ５１及び集電箔５２１〜５２４が接合対象ワークである。
【００１５】
ホーン２０は、超音波振動する部材である。ホーン２０は、アンビル１０に載置された接合対象ワークをフェースで押圧して超音波振動することで接合対象ワークを接合する。すなわちホーン２０が超音波振動すると、上下の接合対象ワークの当接面の酸化膜が剥がれて金属面同士が接合されることとなる。図１では、ホーン２０は、紙面左右に超音波振動する。またホーン２０は、振動方向の先端側及び後端側が面取りされている。
【００１６】
図２は第１実施形態のホーンのフェース付近を示す図であり、図２(Ａ)はフェースを見た図であり、図２(Ｂ)は図２(Ａ)の右側面図である。なお図２(Ａ)では、紙面左右方向が超音波振動方向であり、紙面上下方向が超音波振動に直交する方向である。
【００１７】
図２(Ｂ)から判るように、振動方向から見るとホーン２０のフェース２１のベース形状は円弧状である。そして図２(Ａ)から判るように、ホーン２０のフェース２１には、Ｘ状の凹パターン２２１が形成されている。このような凹パターン２２１は、たとえば研削又は放電加工によれば簡易に形成できる。図２(Ａ)では、Ｘ状凹パターン２２１は、振動方向に１０個並び、振動直交方向に３個並ぶ。このようにフェース２１のＸ状凹パターン２２１が形成されている領域が凹凸領域２２である。そしてフェース２１の凹凸領域２２の周囲には凹凸が形成されないマージン領域２３が設けられる。このようにフェース２１には、凹凸領域２２とその周囲のマージン領域２３とが形成される。
【００１８】
アンビル１０に載置された接合対象ワーク(電極タブ５１，集電箔５２１〜５２４)を接合するときは、ホーン２０がそのワークを押圧して超音波振動する。するとワークは、ホーン側−アンビル側で互いに相対運動する。ワークが互いに相対運動しはじめると、ワークに塑性流動が生じホーン２０が沈み込む。ホーン、アンビルのフェースには、凸凹が機械加工されているが、一般的な超音波接合に使用されるホーンは、ホーンの接触面(フェース)の端部まで凸凹が加工されている。そのため、超音波ホーン加圧時にこの凸凹によって接触面(フェース)の端部に圧力が集中することとなって、これに起因して、ホーン側の接合対象ワークの板厚が減少して、ホーン側の接合対象ワークが破れたり切れたりする可能性がある、ということが本件発明者らによって知見された。そこで本件発明者らは、本実施形態のように、ホーン２０のワーク接触面(フェース)の周囲に凹凸が設けられないマージン領域２３を形成するようにした。このようにすることで、ワーク接触面(フェース)の端部で圧力が集中してしまうことを防止でき、局所的な板厚減少を生じない。したがって、ワークの接触面(フェース)の端部でも板厚が確保されることとなり、ホーン側のワークの板厚が減少してホーン側のワークが破れたり切れたりすることを防止できるようになったのである。
【００１９】
（第２実施形態）
図３は第２実施形態のホーンのフェース付近を示す図であり、図３(Ａ)はフェースを見た図であり、図３(Ｂ)は図３(Ａ)の右側面図である。
【００２０】
図３(Ｂ)から判るように、本実施形態でも第１実施形態と同様に、振動方向から見るとホーン２０のフェース２１のベース形状は円弧状である。そして図３(Ａ)から判るように、ホーン２０のフェース２１には、Ｘ状の凹パターン２２２が形成されている。このような凹パターン２２２は、たとえば研削又は放電加工によって形成できる。図３(Ａ)では、Ｘ状凹パターン２２２は、振動方向には４つ並び、振動直交方向には１つだけある。本実施形態のＸ状凹パターン２２２は、第１実施形態のＸ状凹パターン２２１に比較して、サイズが大きく、数は少ない。フェース２１のＸ状凹パターン２２２が形成されている領域が凹凸領域２２である。そしてフェース２１の凹凸領域２２の周囲には凹凸が形成されないマージン領域２３が設けられる。このようにフェース２１には、凹凸領域２２とその周囲のマージン領域２３とが形成される。
【００２１】
本実施形態では、第１実施形態と比較して、Ｘ状凹パターンのサイズが大きくなっている。すなわち凹凸のピッチが大きくなっている。このようにすることで、接合面積を大きくすることができ、そのため接合強度が安定化させる効果が得られる。
【００２２】
（第３実施形態）
図４は第３実施形態のホーンのフェース付近を示す図であり、図４(Ａ)はフェースを見た図であり、図４(Ｂ)は図４(Ａ)の右側面図である。
【００２３】
図４(Ａ)から判るように、ホーン２０のフェース２１には、振動方向に平行な軸線Ｌから所定距離離れたところから開始し、軸線Ｌから離れるほど細くなる先細形状の凹パターン２２３が形成されている。そして図４(Ｂ)から判るように、本実施形態でも第１実施形態と同様に、振動方向から見るとホーン２０のフェース２１のベース形状は円弧状である。したがって軸線Ｌは、ホーン２０のフェース２１の頂上に位置することとなる。ゆえにホーン２０のフェース２１の頂上付近には、凹パターン２２３が形成されず、頂上から所定距離離れたところから凹パターン２２３が形成される。このような凹パターン２２３は、たとえば研削又は放電加工によって形成できる。図４(Ａ)では、凹パターン２２３は、振動方向に４つ並び、振動直交方向に２つ並ぶ。フェース２１の凹パターン２２３が形成されている領域が凹凸領域２２である。そしてフェース２１の凹凸領域２２の周囲には凹凸が形成されないマージン領域２３が設けられる。このようにフェース２１には、凹凸領域２２とその周囲のマージン領域２３とが形成される。
【００２４】
本実施形態では、最も加圧力が高く塑性流動するワークの量が最も多いホーンのワーク接触面(フェース)の頂上付近から、所定距離離れたところから先細形状の凹パターン２２３を形成したので、ワークの変形を最小にする効果が得られる。
【００２５】
（第４実施形態）
図５は第４実施形態のホーンのフェース付近を示す図であり、図５(Ａ)はフェースを見た図であり、図５(Ｂ)は図５(Ａ)の右側面図である。
【００２６】
図５(Ａ)から判るように、ホーン２０のフェース２１には、中央付近を取り囲む凹パターン２２４が形成されている。そして図５(Ｂ)から判るように、本実施形態でも第１実施形態と同様に、振動方向から見るとホーン２０のフェース２１のベース形状は円弧状である。したがってホーン２０のフェース２１の頂上付近が、フェース２１の中央付近である。このようなフェース２１の中央付近は、ホーン２０の加圧力分布が高い部位である。このような加圧力分布が高い部位を取り囲む凹パターン２２４が形成されている。凹パターン２２４は、たとえば研削又は放電加工によって形成できる。フェース２１の凹パターン２２４が形成されている内側の領域が凹凸領域２２である。そしてフェース２１の凹凸領域２２の周囲には凹凸が形成されないマージン領域２３が設けられる。このようにフェース２１には、凹凸領域２２とその周囲のマージン領域２３とが形成される。
【００２７】
本実施形態では、最も加圧力が高く塑性流動するワークの量が最も多いホーンのワーク接触面(フェース)の頂上付近を取り囲むように凹パターン２２４が形成されているためワークの破れを防止する効果が高く、破れやすい箔等のワークにも効果がある。
【００２８】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００２９】
たとえば、上記各実施形態では、凹凸領域２２には、凹状のパターンを形成したが、これに代えて凸状のパターンを形成してもよい。
【００３０】
また、上述した凹又は凸のパターンの形状や個数は一例に過ぎず、適宜変更してよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  超音波接合装置
１０  アンビル
２０  ホーン
２１  フェース
２２  凹凸領域
２２１〜２２４  凹パターン
２３  マージン領域
５１  電極タブ(接合対象ワーク)
５２１〜５２４  集電箔(接合対象ワーク)
【図１】
2012125801.tif 000003
【図２】
2012125801.tif 000004
【図３】
2012125801.tif 000005
【図４】
2012125801.tif 000006
【図５】
2012125801.tif 000007