JP2012192413A - 超音波接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度低下を抑制しつつバリの発生を抑えることが可能な超音波接合方法を提供する。
【解決手段】電線４０の被覆を除去して露出した導体部４１を端子５０に超音波接合する超音波接合方法であって、アンビル３２と凹部が形成されたホーン３１とで、電線４０の導体部４１と端子５０とを挟み込む第１工程と、第１工程にて挟み込んだ電線４０の導体部４１と端子５０とに超音波振動を付加して超音波接合する第２工程と、を有している。また、第１工程では、電線４０の導体部４１の断面積に対して０．８９〜１．４６倍の空間面積を有する凹部にて導体部４１を受容する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波接合方法に関する。

従来、電線の導体部と端子とをホーンとアンビルとで挟み込み、超音波振動を加えることにより電線の導体部表面の酸化膜や汚れを除去して端子と接合させる超音波接合方法が知られている。

また、このような超音波接合方法としては、導体部と端子との接合部において導体部の断面積減少による強度低下を抑制すべく、予め導体部にプレスを施した後に超音波接合を行うものが知られている（特許文献１参照）。さらには、超音波接合するにあたりホーン中央部の押圧力が高く両サイド部の押圧力が低くなってしまうことを防止するために、ホーンの両サイド部に突部を設けるなどして押圧力を均一として超音波接合を行う方法が知られている（特許文献２参照）。

特開２００６−１７２９２７号公報 特開２００５−３１９４９７号公報

しかし、特許文献１に記載の超音波接合方法では、強度低下の抑制効果を得るために予めプレスを行わなければならず、工程が多くなると共にプレス設備が必要となってしまう。さらに、特許文献１に記載の超音波接合方法では、ホーンと端子との間にバリが発生してしまう。加えて、特許文献２に記載の超音波接合方法においても、バリが発生してしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、強度低下を抑制しつつバリの発生を抑えることが可能な超音波接合方法を提供することにある。

本発明の超音波接合方法は、電線の被覆を除去して露出した導体部を端子に超音波接合する超音波接合方法であって、アンビルと凹部が形成されたホーンとで、電線の導体部と端子とを挟み込む第１工程と、第１工程にて挟み込んだ電線の導体部と端子とに超音波振動を付加して超音波接合する第２工程と、を有し、第１工程では、電線の導体部断面積に対して０．８９〜１．４６倍の空間面積を有する凹部にて、導体部を受容することを特徴とする。

この超音波接合方法によれば、アンビルと凹部が形成されたホーンとで、電線の導体部と端子とを挟み込む第１工程を有し、第１工程では、電線の導体部断面積に対して０．８９〜１．４６倍の空間面積を有する凹部にて、導体部を受容する。ここで、電線の導体部断面積に対して０．８９〜１．４６倍の空間面積を有する凹部にて導体部を受容して超音波振動を付加することにより、６０ＭＰａ以上の接合強度を達成できることを見出した。また、上記範囲の空間面積を有する凹部にて導体部を受容して超音波振動を付加すると、バリの発生が０ｍｍ^３となることを見出した。従って、強度低下を抑制しつつバリの発生を抑えることができる。

また、超音波接合方法において、第１工程では、電線の導体部と側壁を有さない平板状の端子とを挟み込むことが好ましい。

この超音波接合方法によれば、電線の導体部と側壁を有さない平板状の端子とを挟み込む。ここで、ホーンは凹部にて導体部を受容するため、側壁を有さない端子であってもホーンにより加えられる荷重により導体部が側方へ逃げてしまう事態が抑制されることとなり、側壁を有さない端子に対しても超音波接合することができる。

本発明によれば、強度低下を抑制しつつバリの発生を抑えることが可能な超音波接合方法を提供することができる。また、省スペース化や作製部材ロス低減に対応した側壁を有さない端子に対しても前処理等を施さなくても超音波接合を行える。

本発明に係る超音波溶接方法を実施するための超音波接合機の一例を示す概略図である。 図１に示した超音波接合機の超音波接合部を示す要部拡大斜視図である。 従来のホーンによる超音波接合の様子を示す概略図であって、（ａ）は超音波接合時の状態を示し、（ｂ）は超音波接合後の導体部及び端子を示し、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ断面を示している。 本実施形態に係るホーンによる超音波接合の様子を示す概略図であって、（ａ）は超音波接合時の状態を示し、（ｂ）は超音波接合後の導体部及び端子を示し、（ｃ）は（ｂ）のＩＩ−ＩＩ断面を示している。 本実施形態に係るホーンの凹部と電線の導体部との関係を示す概略側面図である。 電線充填率（％）と接合強度（ＭＰａ）との相関を示すグラフである。 電線充填率（％）とバリ量（ｍｍ^３）との相関を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る超音波溶接方法を実施するための超音波接合機の一例を示す概略図である。図１に示す超音波接合機１は、電線４０の被覆を除去して露出した導体部４１を端子５０に超音波接合するものであって、概略的に電源１０と、振動子２０と、超音波接合部３０とから構成されている。

電源１０は、超音波接合部３０における超音波接合を実施するための交流電源である。振動子２０は、電源１０からの交流電流によって振動するものである。超音波接合部３０は、ホーン３１とアンビル３２とを有し、電線４０の導体部４１と端子５０とをホーン３１とアンビル３２とで挟み込み、ホーン３１が振動子２０によって振動させられることにより超音波振動エネルギを伝搬させ、導体部４１と端子５０との接合を行うものである。

図２は、図１に示した超音波接合機１の超音波接合部３０を示す要部拡大斜視図である。ここでホーン３１は導体部４１との接触面側に凹部３１ａが形成されている。超音波振動を加えるにあたり、ホーン３１は電線４０の導体部４１を凹部３１ａにて受容する。また、本実施形態において端子５０は平板状であり、側壁（バレル）を有しない構成となっている。また、図２からも明らかなように凹部３１ａは、導体部４１との接触面側において、電線４０の導体部４１を長手方向に沿って受容すべくホーン３１の一側面３１ｂから他側面３１ｃまで連続して形成されている。

このような超音波溶接機１による超音波接合方法は、アンビル３２と凹部３１ａが形成されたホーン３１とで、電線４０の導体部４１と端子５０とを挟み込む第１工程と、第１工程にて挟み込んだ電線４０の導体部４１と端子５０とに超音波振動を付加して超音波接合する第２工程とからなっている。

図３は、従来のホーンによる超音波接合の様子を示す概略図であって、（ａ）は超音波接合時の状態を示し、（ｂ）は超音波接合後の導体部及び端子を示し、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ断面を示している。

図３（ａ）に示すように、従来においても導体部１４１と端子１５０とをホーン１３１及びアンビル１３２にて挟み込み、超音波振動を加える。但し、従来のホーン１３１は凹部３１ａを有していない。このため、導体部１４１を凹部３１ａにて受容することがなく、導体部１４１が超音波接合時に側方に逃げないようするため端子１５０に側壁１５１が必要となる。

そして、このような従来方法にて超音波接合を行うと、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、ホーン１３１と端子１５０の側壁１５１との隙間においてバリ１４２が発生する。バリ１４２が発生すると他の部位を傷つける可能性があると共に、バリ１４２が脱落して他の通電部に接触するとショートの原因にもなり得る。

図４は、本実施形態に係るホーン３１による超音波接合の様子を示す概略図であって、（ａ）は超音波接合時の状態を示し、（ｂ）は超音波接合後の導体部及び端子を示し、（ｃ）は（ｂ）のＩＩ−ＩＩ断面を示している。

図４（ａ）に示すように、本実施形態に係るホーン３１は凹部３１ａを有している。このため、導体部４１が凹部３１ａにて受容され、側壁を有さない端子５０であってもホーン３１により加えられる荷重により導体部４１が側方へ逃げてしまう事態が抑制されることとなり、側壁を有さない端子５０に対しても超音波接合することができる。

また、本実施形態に係る方法にて超音波接合を行うと、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すようにバリの発生が抑制される。さらには接合強度の低下も抑制されている。これは凹部３１ａを所定の大きさに設定することにより達成される。

図５は、本実施形態に係るホーン３１の凹部３１ａと電線４０の導体部４１との関係を示す概略側面図である。図５に示すように、電線４０の長手方向に沿ってホーン３１に凹部３１ａが形成されている。このホーン３１を長手方向から見た場合に空間を形成する面積をＳとし、導体部４１の断面積をＡとした場合、電線充填率Ｘ（＝Ａ／Ｓ×１００）（％）は、以下のようにされる。

図６は、電線充填率（％）と接合強度（ＭＰａ）との相関を示すグラフである。なお、図６に示す例では、空間面積Ｓを６ｍｍ^２で固定し、導体部４１の断面積を変化させて接合強度の測定を行った結果を示している。図６に示すように、電線充填率Ｘが５２％である場合、接合強度は約５８ＭＰａであった。また、電線充填率Ｘが約８０％である場合、接合強度は６３ＭＰａであり、電線充填率Ｘが１１２％である場合、接合強度は６６ＭＰａであった。また、電線充填率Ｘが約１３２％である場合、接合強度は４６ＭＰａであり、電線充填率Ｘが約１５７％である場合、接合強度は２７ＭＰａであった。

ここで、６０ＭＰａ以上の接合強度を確保できる電線充填率Ｘは、６６．５％以上１１２％以下であることがわかった。従って、電線充填率Ｘが６６．５％以上１１２％以下となる凹部３１ａであれば、６０ＭＰａ以上の接合強度を確保できることを見出した。

図７は、電線充填率（％）とバリ量（ｍｍ^３）との相関を示すグラフである。なお、図７に示す例においても図６の測定と同様に、空間面積Ｓを６ｍｍ^２で固定し、導体部４１の断面積を変化させて接合強度の測定を行った結果を示している。図７に示すように、電線充填率Ｘが５２％、約８０％、１１２％、約１３２％、及び１５７％である場合、バリ量が０ｍｍ^３となった。

従って、電線充填率Ｘが５２％以上１５７％以下となる凹部３１ａであれば、バリの発生を抑えることができることを見出した。

以上より、強度低下を抑制しつつバリの発生を抑えるためには、電線充填率Ｘが６６．５％以上１１２％以下となる凹部３１ａであればよい。すなわち、本実施形態において凹部３１ａは、電線４０の導体部４１に対して０．８９（１／１．１２）〜１．４６（１／０．６６５）倍の空間面積Ｓを有していればよいといえる。

このようにして、本実施形態に係る超音波接合方法によれば、アンビル３２と凹部３１ａが形成されたホーン３１とで、電線４０の導体部４１と端子５０とを挟み込む第１工程を有し、第１工程では、電線４０の導体部４１の断面積に対して０．８９〜１．４６倍の空間面積Ｓを有する凹部３１ａにて、導体部４１を受容する。ここで、電線４０の導体部４１の断面積に対して０．８９〜１．４６倍の空間面積Ｓを有する凹部３１ａにて導体部４１を受容して超音波振動を付加することにより６０ＭＰａ以上の接合強度を達成できることを見出した。また、上記範囲の空間面積Ｓを有する凹部３１ａにて導体部４１を受容して超音波振動を付加すると、バリの発生が０ｍｍ^３となることを見出した。従って、強度低下を抑制しつつバリの発生を抑えることができる。

また、電線４０の導体部４１と側壁を有さない平板状の端子５０とを挟み込む。ここで、ホーン３１は凹部３１ａにて導体部４１を受容するため、側壁を有さない端子５０であってもホーン３１により加えられる荷重により導体部４１が側方へ逃げてしまう事態が抑制されることとなり、側壁を有さない端子５０に対しても超音波接合することができる。

なお、特開２０００−２０２６４２号公報には、電線の導体部との接触面に凹部が形成されたホーンが開示されているが、この公報記載の超音波接合方法であっても、凹部と導体部との関係上、接合強度の低下やバリの発生を招くことはいうまでもない。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、本実施形態において凹部３１ａは、断面台形状となっているが、特に台形状に限らず、半円形等の他の形状であってもよい。また、断面形状は電線長手方向に均一でなくともよく、例えばある断面では台形状であるが、他の断面では半円形になっているなど、均一でなくともよい。

１…超音波接合機
１０…電源
２０…振動子
３０…超音波接合部
３１…ホーン
３１ａ…凹部
３２…アンビル
４０…電線
４１…導体部
５０…端子

Claims (2)

1. 電線の被覆を除去して露出した導体部を端子に超音波接合する超音波接合方法であって、
   アンビルと凹部が形成されたホーンとで、電線の導体部と端子とを挟み込む第１工程と、
   前記第１工程にて挟み込んだ電線の導体部と端子とに超音波振動を付加して超音波接合する第２工程と、を有し、
   前記第１工程では、前記電線の導体部断面積に対して０．８９〜１．４６倍の空間面積を有する凹部にて、前記導体部を受容する
   ことを特徴とする超音波接合方法。
2. 前記第１工程では、前記電線の導体部と側壁を有さない平板状の端子とを挟み込む
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合方法。

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