JP2002198154A - 導線を端子に接合する方法及び構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 引き出し端子の接合端と導線の端末を接合す
る電子部品において、接合端と端末の接合強度の低下が
発生することを防止し、接合端と端末の接合状態を安定
させ、所定の電流容量が安定して得られる電子部品を提
供することを目的とする。 【解決手段】 引き出し端子の接合端１と導線の端末６
を接合する電子部品であり、前記接合端１の前記端末６
と重なり相互に接する面の中心付近に貫通穴２を設け、
前記接合端１の前記端末６を重ね合わせる面の範囲内に
貫通穴２を位置させて、前記接合端１に前記端末６を重
ね合わせて超音波金属溶接する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の構造で
端子に導線を接合する技術に関する、例えば、コイルを
組み込んで外部に引き出し端子を備えるような電子部品
の構造において、コイルに巻回した導線の端末と引き出
し端子とを接合する技術に係り、なかでも超音波を用い
て金属溶接して導線の端末と端子を接合する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、図５に示す如くの電子部品から貫
通穴２を有しないものが知られるが、外装ケース１０５
にコイル１０１を組み込んで外部に引き出し端子１０４
を備える構造であり、コイル１０１に巻回した導線の端
末６と引き出し端子１０４とを接合するが、超音波によ
り金属溶接して端末６と端子１０４の接合端１を接合す
ることが知られている。

【０００３】図７と図８は、引き出し端子１０４の接合
端１の上にコイル１０１の端末６を接して重ねた状態を
示す平面図である、接合端１は引き出し端子１０４の端
部としてその一部分を示し、端末６はコイル１０１に巻
回した導線１０２の端部だけを示している。図６に示す
如く、超音波金属溶接機１０を用いて接合端１と端末６
を接合するが、超音波金属溶接機１０の溶接アンビル１
３に接合端１を戴置し、その接合端１の上に接して端末
６を重ね、その端末６の上から超音波金属溶接機１０の
溶接チップ１２を接して加圧し加振する、接合端１と端
末６は相互に摩擦して発熱し、接合端１と端末６の相互
に接する面は材料の変形に伴う新生面を生み出し、抵抗
溶接やレーザー溶接に比べて低温で溶接できることが知
られる。

【０００４】しかし、接合端１と端末６の相互に接する
面は緻密に密着していないと接合強度が得られない、従
って、接合端１と端末６の相互に接する面はできるだけ
均一な平面であること、あるいは溶接チップ１２で加圧
する圧力をより大きくして密着させるようにしなければ
ならない欠点がある、さらに接合端１と端末６の相互に
接する面における材料の変形は、加圧し加振されて矢印
７に示す方向に滑り応力を生じるが、その相互に接する
面の中心付近、あるいは超音波金属溶接機１０の溶接チ
ップ１２が接する個所の中心付近ほど小さく、材料の変
形に伴う新生面の生成も少なくなるため、図８に金属接
合する範囲を見える如く模式図として示すが、金属接合
部８は相互に接する面の中心付近、あるいは超音波金属
溶接機１０の溶接チップ１２が接する個所の中心付近に
形成され難く、接合端１と端末６の接合状態が安定しな
い欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の技術における欠点を解決するためになされ、本
発明が解決しようとする課題は、次の通りである。

【０００６】（課題１）電子部品としてコイル１０１を
組み込んで外部に引き出し端子１０４を備えるような構
造において、コイル１０１に巻回した導線の端末６と引
き出し端子１０４とを接合するが、超音波により金属溶
接して引き出し端子１０４の接合端１と端末６を接合す
る個所において、接合端１と端末６の相互に接する面の
密着不足による接合強度の低下が発生することを防止
し、接合端１と端末６の接合強度が充分な電子部品を提
供することを目的とする。

【０００７】（課題２）さらに、接合端１と端末６が相
互に接する面を緻密に密着させ、その状態を保持したま
ま相互に接する面において、材料の変形に伴う新生面を
生み出さなければ安定した接合は得られないが、材料の
変形は相互に接する面の中心付近、あるいは超音波金属
溶接機１０の溶接チップ１２が接する個所の中心付近ほ
ど小さいことから、相互に接する面の中心付近、あるい
は超音波金属溶接機１０の溶接チップ１２が接する個所
の中心付近は接合状態が安定しない、接合強度が得られ
ないばかりでなく、接合端１と端末６を接合する個所の
電流容量が低下する原因になるが、所定の電流容量が得
られるよう電流容量の低下を防止するため、相互に接す
る面の中心付近、あるいは超音波金属溶接機１０の溶接
チップ１２が接する個所の中心付近の材料変形を促進
し、接合端１と端末６の接合状態を安定させ、所定の電
流容量が安定して得られる電子部品を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載の発明は、端子の接合端を溶
接アンビルに載置し、前記接合端に接して導線の端末を
重ね合わせ、前記端末に溶接チップを接して前記接合端
と前記端末を前記溶接アンビルとで狭持し、前記溶接チ
ップを加圧しながら超音波振動させて、前記接合端と前
記端末とを金属溶接して接合する方法であって、前記接
合端の前記端末を重ね合わせる面の範囲内に全ての端部
を位置させて、前記接合端の前記面に貫通穴あるいは凹
穴を設け、前記貫通穴あるいは前記凹穴で金属溶接を促
進することを特徴とする導線を端子に接合する方法とし
ている。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記端子の前記
接合端は前記端末より硬い材質とする請求項１記載の導
線を端子に接合する方法としている。

【００１０】請求項３に記載の発明は、端子の接合端
と、導線の端末と、超音波金属溶接機と、前記超音波金
属溶接機は溶接チップを備えた超音波ホーンと、溶接ア
ンビルとを備え、前記溶接アンビルは前記端子の前記接
合端を載置し、前記接合端に前記導線の前記端末を接し
て重ね合わせ、前記溶接チップは前記端末に接して前記
接合端と前記端末を前記溶接アンビルとで狭持し、前記
超音波ホーンは前記溶接チップを振動させ、前記溶接チ
ップは前記接合端と前記端末とを加圧しながら金属溶接
して接合する構成において、前記接合端は前記端末を重
ね合わせる面の範囲内に全ての端部を位置させて、前記
接合端の前記面に貫通穴あるいは凹穴を設けたことを特
徴とする導線を端子に接合する構造としている。

【００１１】請求項４に記載の発明は、前記端子に前記
導線より硬度が大きい金属材料を用い、前記接合端は前
記端末より硬度が大きい請求項３記載の導線を端末に接
合する構造としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、導線の端末を端子に接合
する方法及び構造の本発明に係る実施の形態を説明す
る。

【００１３】図１と図２は、超音波金属溶接する本発明
による接合端１と端末６を斜視図で示す、接合端１の端
末６と重なり相互に接する面の中心付近に貫通穴２を設
けた構造である、図１に貫通穴２が円形と図２に円形で
ない構造を示すが、超音波金属溶接機１０の溶接アンビ
ル１３に接合端１を戴置し、その接合端１の上に接して
端末６を重ね、その端末６の上から超音波金属溶接機１
０の溶接チップ１２を接して加圧して密着させ、さらに
加振することにより金属接合させる、接合過程における
接合端１と端末６の接合界面の材料変形は、図３に材料
変形の方向を矢印７で示すように、接合端１と端末６が
相互に接する面の外周が放射状に変形し、また貫通穴２
の端部付近でも変形が生じる、この変形により接合端１
と端末６が密着する個所で新生面が発生し接合が促進さ
れる、従って、接合端１と端末６との接合状態は、図４
に金属接合する範囲を見える如く模式図として示すが、
接合端１と端末６が相互に接する面の外周付近と貫通穴
２の端部付近に金属接合する範囲が得られ、接合端１と
端末６に模式図で示す金属接合部８を成すことができ
る。

【００１４】説明のために実施例として一例を示すと、
図５は、巻線型コイル１０１に巻回した導線の端末６と
外部引出し端子１０４の接合端１とを超音波金属溶接
し、外部引出し端子１０４を保持する溝１０６を備えた
専用の外装ケース１０５に収めたインダクターの分解斜
視図である、ポリウレタン等の絶縁材料１０３で絶縁被
覆された平角銅線１０２を導線に用い、この平角銅線１
０２をエッジワイズ巻線して成すコイル１０１は、その
両端部において絶縁材料１０３を剥離し接合用端末６と
している、また、外部引出し端子１０４は、例えばリン
青銅または黄銅等の金属材料を用い、コイル１０１の端
末６と接合するための接合端１を含む構造を備え、その
接合端１には貫通穴２が設けられている。

【００１５】上記の構造において、外部引出し端子１０
４の接合端１側に貫通穴２を設けた理由として、コイル
１０１に巻回した端末６を含む導線の材質は銅である
が、接合端１を含む外部引出し端子１０４の材質はリン
青銅または黄銅等であり、端末６より接合端１は硬度が
大きいことによる、超音波金属溶接機１０の溶接アンビ
ル１３に貫通穴２を設けた接合端１を戴置し、その接合
端１の上に接してコイル１０１の端末６を重ね、その端
末６の上から超音波金属溶接機１０の溶接チップ１２を
接して加圧して密着させ、さらに加振させると接合端１
と端末６の接合界面では、超音波金属溶接機１０の溶接
チップ１２が直接接して加振される硬度の小さい端末６
の材料変形が大きく、硬度の大きい外部引出し端子１０
４に設けた貫通穴２の端部付近で顕著な端末６の材料変
形が得られ、その貫通穴２の端部付近で接合端１と端末
６は緻密に密着して接合強度が得られることによる。な
お、外部引出し端子１０４の接合端１側に設けた貫通穴
２に替えて、例えば、貫通しない凹穴にしてその端部側
を端末６に接しても同じ作用と効果が得られる。

【００１６】この実施例の超音波金属溶接において、例
えば、図５に示すコイル１０１の端末６の幅Ｗが約４ｍ
ｍ、厚さｔ０が約１ｍｍであって、一方、外部引出し端
子１０４の接合端１の厚さｔ１が約１ｍｍであるとし
て、さらに超音波金属溶接することについて説明する。

【００１７】超音波金属溶接機１０は図６に示す如く、
先端に超硬やハイス鋼等からなる溶接チップ１２を備え
た超音波ホーン１１と、その超音波ホーン１１を振動さ
せるための電源１４と、さらに超音波ホーン１１の振動
を受ける被接合体が載置される台座は、超硬やハイス鋼
等からなる溶接アンビル１３で構成され、溶接待機状態
は溶接アンビル１３の上面から溶接チップ１２の下面ま
での距離が８〜１０ｍｍ程度に超音波ホーン１１が上昇
している。

【００１８】溶接過程を説明すると、外部引出し端子１
０４の接合部である接合端１を溶接アンビル１３の上に
載置し、次にコイル１０１の端末６をその接合端１の上
に重ねて置く、この状態で超音波ホーン１１を降下させ
て端末６と接合端１とを溶接アンビル１３との間で加
圧、加振させる、この際の設定値は加圧力が５０〜８０
N／平方ｍｍ、溶接エネルギーが２５０〜３５０Ｊ程度
を印加している、接合端１と端末６に本発明では図４に
示し、従来の技術は図８で示す金属接合部８を成すため
に、この設定値は本発明による端子構造によって、従来
の技術による設定値から１０〜１５％低く抑えられてい
る、所定の加圧、加振が終了すると、超音波ホーン１１
は溶接待機状態の位置まで上昇し、溶接過程が完了す
る。

【００１９】これまでに説明した溶接過程で、接合端１
と端末６の接合部においては、先ず加圧によって接合端
１と端末６とが接する面を充分に密着させるが、加圧に
よる接合部の材料変形は微小である、次に、加圧開始か
ら数十ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ経過してから加振する、
この加振開始と同時に端末６の変形が顕著に行われる、
この端末６の変形状態を観察すると、溶接チップ１２が
接している部分の中心、あるいは接合端１と端末６が密
着する界面の中心から外周側ほど大きくなり、従って、
接合端１と端末６とが密着する界面において、端末６は
塑性変形と接合端１とが密着する界面における滑り応力
（図３に材料変形の方向を矢印７で示すように）とによ
って、また、接合端１も端末６とが密着する界面におけ
る滑り応力によって、接合端１と端末６が相互に接する
面は表面酸化層や表面汚染層等を部分的に破壊し、新生
面を生み出している。

【００２０】一方、接合端１と端末６とが密着する界面
の中心付近では、溶接チップ１２によって与えられる加
圧と加振による端末６の変形は基本的に小さいものの、
本発明による構造として、端末６が密着する接合端１の
界面の中心付近に設けられた貫通穴２では、加圧と加振
の際に端末６が貫通穴２に埋め込まれるように変形を生
じる、この変形によって、端末６は接合端１と密着する
界面の中心付近でも塑性変形と接合端１に設けられた貫
通穴２の端部付近で滑り応力を発生し、接合端１は端末
６が密着する界面の中心付近に備えた貫通穴２の端部で
滑り応力を発生する、従って、溶接チップ１２が接して
いる部分の中心、あるいは接合端１と端末６とが密着す
る界面の中心付近であっても、溶接チップ１２が接して
いる部分の中心、あるいは接合端１と端末６とが密着す
る界面の外周付近と同じに容易に新生面を得ることがで
きる。

【００２１】これまでに説明した如く、接合端１と端末
６とが密着する界面にそれぞれ形成された新生面が安定
した接合を可能にすることから、図４に金属接合する範
囲を見える如く模式図として示すように、接合端１と端
末６とが密着する界面の外周付近と貫通穴２の端部付近
に金属接合部８が形成され、この実施例の接合端１と端
末６との接合状態は、機械的及び電気的に優れた金属接
合を成し得ており、接合強度が充分あり電流容量が安定
して得られる電子部品を提供できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の効果は、次の通りである。（効
果１）接合させる接合端へ端末と密着する界面の中心付
近に貫通穴、あるいは凹穴を備える端子構造にして、貫
通穴あるいは凹穴の端部が端末に接することで、密着す
る界面での塑性変形や滑り応力を容易に得られる、それ
に伴って新生面の発生領域も多く、従って接合比率の高
い金属接合界面を得られ、機械的及び電気的に優れた金
属接合が成し得る。（効果２）接合端と端末とが密着す
る界面での塑性変形や滑り応力を容易に得られるため、
従来の端子構造に比べてより低消費電力で超音波ホーン
を振動させて金属接合が出来る。（効果３）低消費電力
で超音波ホーンを振動させて金属接合ができることか
ら、超音波振動エネルギーによって、接合部を含む接合
端と端末等の被接合材料、あるいは溶接チップと溶接ア
ンビル等の溶接治具へのダメージを軽減し、製品の品質
劣化を防止できる、さらに溶接チップや溶接アンビル等
の溶接治具の高寿命化に寄与するため、接合工程のラン
ニングコストも低減できる。

【００２３】総じて、接合端と端末の接合において、接
合強度が充分あり電流容量が安定して得られ、品質が向
上しコストは低減する電子部品を提供できる大きな効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による接合端１と端末６を示す斜視
図。

【図２】 本発明による接合端１と端末６を示す斜視
図。

【図３】 材料変形の方向を矢印で示す接合端１と端末
６の平面図。

【図４】 金属接合する範囲を見える如く模式図で示す
接合端１と端末６の平面図。

【図５】 本発明による接合端１と端末６を備えるイン
ダクターの分解斜視図。

【図６】 超音波金属溶接機の構成を示す説明図。

【図７】 従来技術による材料変形の方向を矢印で示す
接合端１と端末６の平面図。

【図８】 従来技術で金属接合する範囲を見える如く模
式図で示す接合端１と端末６の平面図。

【符号の説明】

１ 接合端 ２ 貫通穴 ６ 端末 ７ 矢印 ８ 金属接合部 １１ 超音波ホーン １２ 溶接チップ １３ 溶接アンビル １４ 電源 １０１ コイル １０２ 平角銅線 １０３ 絶縁材料 １０４ 外部引出し端子 １０５ 外装ケース １０６ 溝 Ｗ 幅 ｔ０，ｔ１ 厚さ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端子の接合端を溶接アンビルに載置し、
   前記接合端に接して導線の端末を重ね合わせ、前記端末
   に溶接チップを接して前記接合端と前記端末を前記溶接
   アンビルとで狭持し、前記溶接チップを加圧しながら超
   音波振動させて、前記接合端と前記端末とを金属溶接し
   て接合する方法であって、前記接合端の前記端末を重ね
   合わせる面の範囲内に全ての端部を位置させて、前記接
   合端の前記面に貫通穴あるいは凹穴を設け、前記貫通穴
   あるいは前記凹穴で金属溶接を促進することを特徴とす
   る導線を端子に接合する方法。
2. 【請求項２】 前記端子の前記接合端は前記端末より硬
   い材質とする請求項１記載の導線を端子に接合する方
   法。
3. 【請求項３】 端子の接合端と、導線の端末と、超音波
   金属溶接機と、前記超音波金属溶接機は溶接チップを備
   えた超音波ホーンと、溶接アンビルとを備え、前記溶接
   アンビルは前記端子の前記接合端を載置し、前記接合端
   に前記導線の前記端末を接して重ね合わせ、前記溶接チ
   ップは前記端末に接して前記接合端と前記端末を前記溶
   接アンビルとで狭持し、前記超音波ホーンは前記溶接チ
   ップを振動させ、前記溶接チップは前記接合端と前記端
   末とを加圧しながら金属溶接して接合する構成におい
   て、前記接合端は前記端末を重ね合わせる面の範囲内に
   全ての端部を位置させて、前記接合端の前記面に貫通穴
   あるいは凹穴を設けたことを特徴とする導線を端子に接
   合する構造。
4. 【請求項４】 前記端子に前記導線より硬度が大きい金
   属材料を用い、前記接合端は前記端末より硬度が大きい
   請求項３記載の導線を端末に接合する構造。