(57)【要約】【課題】チップ端面の位置に関わらず均一に接合することができる超音波接合装置及び超音波接合方法を提供する。【解決手段】チップ１２は、駆動源により振動される。アンビル１３は、チップ１２と相対する。このチップ１２とアンビル１３との間にＦＦＣ２と端子金具３とを挟んで、チップ１２を振動させてＦＦＣ２の導体２ａと端子金具３とを接合する。上記チップ１２のＦＦＣ２と接触する接触面が、チップ１２の振動方向Ｙ１と直交する方向Ｙ３の中央から両端に向かうに従ってアンビル１３に近づくように形成されている。【選択図】図４
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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、前記チップと相対するアンビルと、前記チップと前記アンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源により前記チップを振動させて前記電線の導体と前記接合対象物とを接合する超音波接合装置において、
前記チップ又は前記アンビルのうち一方の前記電線又は前記接合対象物と接触する接触面は、前記チップの振動方向と直交する方向において前記チップ又は前記アンビルの他方との距離が異なるように形成されている
ことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項２】
前記チップ又は前記アンビルのうち一方の前記電線又は前記接合対象物と接触する接触面は、前記チップの振動方向と直交する方向の中央から両端に向かうに従って前記チップ又は前記アンビルの他方に近づくように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合装置。
【請求項３】
前記チップ又は前記アンビルのうち一方には、互いに間隔を開けて平行な直線状に延在した複数の壁部が設けられ、
前記壁部の高さが、前記チップの振動方向と直交する方向において異なるように形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波接合装置。
【請求項４】
前記壁部には、複数の突起部が突出して設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波接合装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の超音波接合装置を用いた超音波接合方法であって、
複数の前記導体を前記直交する方向に並べて、各前記導体を１つの前記壁部と前記チップ又は前記アンビルのうち他方との間に挟んで接合する
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、超音波接合装置及び超音波接合方法に係り、特に、電線と端子金具などの接合対象物と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ものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した超音波接合装置として、例えば、チップとアンビルとの間に電線と他の電線とを挟んで、チップを振動させることで、電線の導体同士を接合（金属接合）させることが提案されている（特許文献１、２）。
【０００３】
しかしながら、上記チップ端面上の振動効率を均一にすることは難しい。このため、チップ端面上の位置によって接合状態にバラつきが生じる、という問題があった。
【０００４】
特に、電線の導体を上記直交する方向に複数並べ、まとめてチップとアンビルとの間に挟んで接合しようとした場合、接合できる電線と接合できない電線が発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４３５３８号公報
【特許文献２】特開２００６−１１６５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、チップ端面の位置に関わらず均一に接合することが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を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、駆動源により振動されるチップと、前記チップと相対するアンビルと、前記チップと前記アンビルとの間に電線と接合対象物とを挟んで、前記駆動源により前記チップを振動させて前記電線の導体と前記接合対象物とを接合する超音波接合装置において、前記チップ又は前記アンビルのうち一方の前記電線又は前記接合対象物と接触する接触面は、前記チップの振動方向と直交する方向において前記チップ又は前記アンビルの他方との距離が異なるように形成されていることを特徴とする超音波接合装置に存する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記チップ又は前記アンビルのうち一方の前記電線又は前記接合対象物と接触する接触面は、前記チップの振動方向と直交する方向の中央から両端に向かうに従って前記チップ又は前記アンビルの他方に近づくように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波接合装置に存する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記チップ又は前記アンビルのうち一方には、互いに間隔を開けて平行な直線状に延在した複数の壁部が設けられ、前記壁部の高さが、前記チップの振動方向と直交する方向において異なるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波接合装置に存する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記壁部には、複数の突起部が突出して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の超音波接合装置に存する。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４に記載の超音波接合装置を用いた超音波接合方法であって、複数の前記導体を前記直交する方向に並べて、各前記導体を１つの前記壁部と前記チップ又は前記アンビルのうち他方との間に挟んで接合することを特徴とする超音波接合方法に存する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、チップ又はアンビルのうち一方の電線又は接合対象物と接触する接触面は、チップの振動方向と直交する方向においてチップ又はアンビルの他方との距離が異なるように形成されている。これにより、直交する方向においてチップ端面の振動効率が高い部分では、チップ又はアンビルのうち一方の接触面をチップ又はアンビルのうち他方から離して圧力を弱めて振動を伝えにくくし、直交する方向においてチップ端面の振動効率の低い部分では、チップ又はアンビルのうち一方の接触面をチップ又はアンビルのうち他方に近づけて圧力を高めて振動を伝えやすくしている。これにより、チップ端面の位置に関わらず均一に接合することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、チップ又はアンビルのうち一方の電線又は接合対象物と接触する接触面は、チップの振動方向と直交する方向の中央から両端に向かうに従ってチップ又はアンビルのうち他方に近づくように形成されている。これにより、チップ端面の振動効率が高い中央部では、チップ又はアンビルのうち一方の接触面をチップ又はアンビルのうち他方から離して圧力を弱めて振動を伝えにくくし、チップ端面の振動効率の低い両端では、チップ又はアンビルのうち一方の接触面をチップ又はアンビルのうち他方に近づけて圧力を高めて振動を伝えやすくしている。これにより、チップ端面の位置に関わらず均一に接合することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、チップ又はアンビルのうち一方には、互いに間隔を開けて平行な直線状に延在した複数の壁部が設けられ、壁部の高さが、チップの振動方向と直交する方向において異なるように形成されている。これにより、複数の壁部とチップ又はアンビルのうち他方との間に複数の電線の導体を挟んでまとめて均一に接合することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、壁部には、複数の突起部が突出して設けられている。これにより、より効率良く、チップの振動を電線又は接合対象物に伝えることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、複数の導体をまとめて均一に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の超音波接合装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す超音波接合装置を構成するチップの斜視図である。
【図３】図２に示すチップの部分拡大図である。
【図４】（ａ）は図１に示すチップの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は他の実施形態におけるチップの正面部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を示す超音波接合装置１を図１〜図４に基づいて説明する。図１などに示す超音波接合装置１は、電線としてのフレキシブルフラットケーブル（Flexible Flat Cable:以下ＦＦＣと呼ぶ）２の後述する導体２ａと、接合対象物としての端子金具３と、を電気的、機械的に接続するために用いられる。
【００１９】
ＦＦＣ２は、図１に示すように、複数の導体２ａと、これら複数の導体２ａを覆う（即ち被覆する）被覆部２ｂと、を備えている。複数の導体２ａは、それぞれ、直線状に延びた帯状に形成され、断面形状が矩形に形成されている。これら複数の導体２ａは、互いに平行（即ち並行）に間隔を開けて並べられている。導体２ａは、それぞれ、勿論導電性を有している。図示例では、導体２ａは、４本設けられている。
【００２０】
被覆部２ｂは、図１に示すように、一対の絶縁シート２ｂ１、２ｂ２を備えている。絶縁シート２ｂ１、２ｂ２は、絶縁性の合成樹脂からなり、帯状に形成されている。このため、被覆部２ｂは、勿論絶縁性を有している。絶縁シート２ｂ１、２ｂ２は、互いの間に複数の導体２ａを挟んで、導体２ａを被覆している。導体２ａと被覆部２ｂとは可撓性を有している。
【００２１】
端子金具３は、銅又は銅合金など金属板をプレス加工することにより形成される。端子金具３は、図示しない相手側端子に接続される電気接触部３ａと、ＦＦＣ２の導体２ａが接続される電線接続部３ｂと、を有する。
【００２２】
電気接触部３ａは、図示例では、雌型であり筒状に形成されているが、雄型のタブ状に形成されていてもよい。電線接続部３ｂは、直線状に延びた帯状に形成され、その長手方向一端に電気接触部３ａが連結されている。
【００２３】
図１に示す超音波接合装置１は、ＦＦＣ２と端子金具３の電線接続部３ｂとを重ねて、これらを互いに近づける方向に加圧して、これらのＦＦＣ２、端子金具３に超音波振動エネルギを付与することにより、被覆部２ｂを溶かして、導体２ａと端子金具３とを接合する。
【００２４】
超音波接合装置１は、駆動源としての図示しない圧電振動子が取り付けられたホーン１１と、ホーン１１に取り付けられたチップ１２と、このチップ１２に相対するアンビル１３と、を備えている。圧電振動子は、交流電力を供給すると超音波振動する。この圧電振動子が取り付けられたホーン１１の先端部には、チップ１２が取り付けられている。このため、圧電振動子は、ホーン１１などを介してチップ１２を振動させる。このとき、チップ１２の振動方向Ｙ１は、チップ１２とアンビル１３とが互いに接離（相対）する接離方向Ｙ２に対して直交する。
【００２５】
超音波接合装置１は、チップ１２とアンビル１３との間に互いに接合するＦＦＣ２と端子金具３とを挟み、これらのチップ１２とアンビル１３とを互いに近づける方向に加圧した状態で、圧電振動子を振動させてこの振動をホーン１１経由でチップ１２に伝える。これにより、チップ１２とアンビル１３との間に挟んだＦＦＣ２と端子金具３とに超音波振動エネルギが与えられ互いに接合する。
【００２６】
上述したチップ１２は、取付部１２ａと、取付部１２ａから突出した複数の壁部１２ｂと、複数の壁部１２ｂからそれぞれ突出した複数のナール突起部１２ｃ（突起部）と、から構成されている。
【００２７】
取付部１２ａは、円筒状に設けられ、中央にホーン１１の先端部が挿入される挿入孔１２ｄがホーン１１の振動方向Ｙ１に沿って貫通して設けられている。この挿入孔１２ｄにホーン１１の先端が挿入されてチップ１２がホーン１１に取り付けられている。
【００２８】
複数の壁部１２ｂは、取付部１２ａの外側面から接離方向Ｙ２に沿って突出して設けられている。即ち、壁部１２ｂは、チップ１２のアンビル１３に相対する端面から突出して設けられている。複数の壁部１２ｂは、振動方向Ｙ１に沿って直線状に延在して設けられている。複数の壁部１２ｂは、振動方向Ｙ１及び接離方向Ｙ２の双方に直交する直交方向Ｙ３（振動方向に直交する方向）に沿って互いに間隔を開けて並べられている。
【００２９】
また、複数の壁部１２ｂは、図４（ａ）に示すように、直交方向Ｙ３中央の２つに比べて両端の２つの高さが高くなるように設けられている。これにより、複数の壁部１２ｂのアンビル１３に相対する端面は中央の２つよりも両端側の２つの方がアンビル１３に近づいて形成される。
【００３０】
また、壁部１２ｂは、上述したＦＦＣ２の導体２ａと同じ数だけ設けられ、図示例では、４つ設けられている。この壁部１２ｂの幅Ｗ１は、ＦＦＣ２を構成する導体２ａの幅Ｗ２（図１参照）よりも狭く設けられている。また、壁部１２ｂと壁部１２ｂとの間隔Ｌ１は、ＦＦＣ２を構成する導体２ａと導体２ａとの間隔Ｌ２（図１参照）とほぼ同じに設けられている。これにより、チップ１２とアンビル１３との間にＦＦＣ２及び端子金具３を挟んで接合する際に、１つの導体２ａが１つの壁部１２ｂとアンビル１３との間に挟まれる。
【００３１】
複数のナール突起部１２ｃは、壁部１２ｂのアンビル１３と相対する端面から接離方向Ｙ２に突出して設けられている。ナール突起部１２ｃは、切頭四角錘状に設けられている。複数のナール突起部１２ｃは全て、互いに同じ大きさ、同じ形状に設けられている。また、本実施形態においては、複数の壁部１２ｂには、互いに同じ数のナール突起部１２ｃが突出して設けられている。
【００３２】
本実施形態においては、このナール突起部１２ｃの端面が、ＦＦＣ２と接触する接触面となる。上述したように壁部１２ｂの端面を、中央の２つに比べて両端の２つがアンビル１３に近づくように形成されている。このため、壁部１２ｂの中央の２つから突出したナール突起部１２ｃの端面（接触面）に比べて、両端の２つから突出したナール突起部１２ｃの端面（接触面）がアンビル１３に近づくように形成できる。即ち、チップ１２の接触面を、直交方向Ｙ３中央から両端に向かうに従ってアンビルに近づくように形成できる。
【００３３】
次に、上述した構成の超音波接合装置を用いた超音波接合方法について説明する。まず、アンビル１３上に複数の端子金具３の電線接続部３ｂを配置する。このとき、電線接続部３ｂの長手方向が振動方向Ｙ１に沿うように、直交方向Ｙ３に沿って並べて配置される。この電線接続部３ｂ上にＦＦＣ２を重ねて、チップ１２とアンビル１３との間にＦＦＣ２及び端子金具３を位置付ける。このとき、ＦＦＣ２を構成する複数の導体２ａは、導体２ａの長手方向が振動方向Ｙ１に沿うように、直交方向Ｙ３に沿って並べて配置される。
【００３４】
これにより、複数の導体２ａと複数の端子金具３の電線接続部３ｂとが１対１で対向する。このため、直交方向Ｙ３中央に配置されたＦＦＣ２及び端子金具３は、アンビル１３との距離が離れたナール突起部１２ｃとアンビル１３との間に挟まれ、両端に配置されたＦＦＣ２及び端子金具３は、アンビル１３との距離が近いナール突起部１２ｃとアンビル１３との間に挟まれる。
【００３５】
その後、チップ１２とアンビル１３とを互いに近づけて、ＦＦＣ２と端子金具３とを加圧する。この状態で圧電振動子を振動する。この振動は、ホーン１１を経由してチップ１２に伝わる。チップ１２が振動すると、その振動がＦＦＣ２に伝わり、ＦＦＣ２の被覆部２ｂが溶ける。
【００３６】
チップ１２とアンビル１３とが互いに近づく方向に加圧されているため、溶けたＦＦＣ２の被覆部２ｂがチップ１２とアンビル１３との間に挟まれた導体２ａ及び端子金具３間から除去される。さらに、除去された被覆部２ｂは、壁部１２ｂと壁部１２ｂとの間の溝内に進入する（収容される）。
【００３７】
そして、導体２ａ及び端子金具３同士が接触し、これら導体２ａ及び端子金具３が接触した状態で振動が与えられると導体２ａ及び端子金具３が接合する。
【００３８】
上述した実施形態によれば、チップ１２のＦＦＣ２と接触する接触面が、チップ１２の直交方向Ｙ３の中央から両端に向かうに従ってアンビル１３に近づくように形成されている。これにより、チップ１２端面の振動効率が高い中央部では、チップ１２の接触面をアンビル１３から離して圧力を弱めて振動を伝えにくくし、チップ１２端面の振動効率の低い両端では、チップ１２の接触面をアンビル１３に近づけて圧力を高めて振動を伝えやすくしている。これにより、チップ１２端面の位置に関わらず均一に接合することができる。
【００３９】
また、上述した実施形態によれば、チップ１２のアンビル１３に相対する端面には、互いに間隔を開けて平行な直線状に延在した複数の壁部１２ｂが設けられ、壁部１２ｂの高さが、チップ１２の直交方向Ｙ３において異なるように形成されている。これにより、複数の壁部１２ｂとアンビル１３との間に複数のＦＦＣ２の導体２ａを挟んでまとめて均一に接合することができる。
【００４０】
また、上述した実施形態によれば、壁部１２ｂには、複数のナール突起部１２ｃが突出して設けられている。これにより、より効率良く、チップ１２の振動をＦＦＣ２又は端子金具３に伝えることができる。
【００４１】
また、上述した実施形態によれば、複数のＦＦＣ２の導体２ａを直交方向Ｙ３に並べてチップ１２とアンビル１３との間に挟んで接合する際に、１つの導体２ａが１つの壁部１２ｂとアンビル１３との間に挟まれるようにした。これにより、複数の導体２ａを一度にまとめて端子金具３に接合できる。
【００４２】
なお、上述した実施形態によれば、チップ１２端面の直交方向Ｙ３中央部の振動効率が高く、その両側の振動効率が低くなるため、チップ１２のＦＦＣ２と接触する接触面が、チップ１２の直交方向Ｙ３の中央から両端に向かうに従ってアンビル１３に近づくように形成されていたが、これに限ったものではない。
【００４３】
例えば、電線（本実施形態ではＦＦＣ２）の形状や、電線と接合させる接合対象物（本実施形態では端子金具３）の形状、圧電振動子の特性によってはチップ１２端面において中央の振動効率が高く、直交方向Ｙ３両側の振動効率が低くなるとは限らない。場合によっては、直交方向Ｙ３に沿って振動効率が高い箇所と、振動効率が低い箇所と、が交互に現れたり、逆に、中央の振動効率が低く、直交方向Ｙ３両端の振動効率が高くなることもある。そのような場合は、チップ１２端面は、振動効率が高い箇所はアンビル１３との距離が遠く、振動効率が低い箇所はアンビル１３との距離が近くなるように、直交方向Ｙ３においてアンビル１３との距離が異なるよう形成するようにしてもよい。
【００４４】
具体的には、直交方向Ｙ３に沿って振動効率が高い箇所と、振動効率が低い箇所と、が交互に現れた場合は、図５（ａ）に示すように、高い壁部１２ｂと、低い壁部１２ｂと、が交互に並べられるように形成すればよい。また、中央の振動効率が低く、直交方向Ｙ３両端の振動効率が高い場合は、図５（ｂ）に示すように、壁部１２ｂの中央を高くして、直交方向Ｙ３両側を低くなるように形成すればよい。
【００４５】
また、上述した実施形態によれば、チップ１２をチップ１２又はアンビル１３のうち一方とし、アンビル１３をチップ１２又はアンビル１３のうち他方として、チップ１２に壁部１２ｂ、ナール突起部１２ｃを設けていたが、これに限ったものではない。アンビル１３に壁部１２ｂ、ナール突起部１２ｃを設けてもよい。
【００４６】
また、上述した実施形態によれば、壁部１２ｂを中央よりも両端が高くなるように形成することにより、ナール突起部１２ｃの端面を中央よりも両端がアンビル１３に近づくように形成していたが、これに限ったものではない。例えば、壁部１２ｂの端面を同一平面上になるように形成して、ナール突起部１２ｃの高さを中央よりも両端が高くなるように形成して、ナール突起部１２ｃの端面を中央よりも両端がアンビル１３に近づくように形成してもよい。
【００４７】
また、上述した実施形態によれば、接合対象物として端子金具３を一例に挙げていたが、これに限ったものではない。接合対象物としては他の電線の導体や、金属板、導電シートであってもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態によれば、突起部としては、切頭四角錘状のナール突起部１２ｃを一例に挙げていたが、突起部の形状はこれに限定されるものではなく、切頭円錐状であってもよいし、直交方向Ｙ３に直線状に延在する形状であってもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態によれば、ナール突起部１２ｃが壁部１２ｂに設けられていたが、これに限ったものではない。壁部１２ｂは必須ではない。この場合、ナール突起部１２ｃの高さを中央よりも両端が高くなるように形成して、ナール突起部１２ｃの端面を中央よりも両端がアンビル１３に近づくように形成してもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態によれば、壁部１２ｂにナール突起部１２ｃを設けていたが、これに限ったものではない。ナール突起部１２ｃは必須ではなく、なくてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態では、電線としてＦＦＣ２を用いていたが、これに限ったものではない。電線としては、断面丸形の電線を用いてもよい。
【００５２】
また、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。
【符号の説明】
【００５３】
１  超音波接合装置
２  ＦＦＣ（電線）
３  端子金具（接合対象物）
１２  チップ
１２ｂ  壁部
１２ｃ  ナール突起部（突起部）
１３  アンビル
Ｙ１  振動方向
Ｙ３  直交方向（振動方向に直交する方向）
【図１】
2017001089.tif 000003
【図２】
2017001089.tif 000004
【図３】
2017001089.tif 000005
【図４】
2017001089.tif 000006
【図５】
2017001089.tif 000007