JP2019030888A - 超音波接合治具、超音波接合方法および接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板と金属製の基材との対向面に作用する振動による力を大きい状態に維持することができる超音波接合治具および超音波接合方法ならびに接合強度の高い接合構造を提供する。【解決手段】複数の突起３を有し、該突起３の基端間に形成される突起間平面部４を金属板１０に押圧しながら振動させ、金属板１０と金属製の基材１１とを接合する超音波接合治具１であって、突起３は、少なくとも振動方向に位置する側面がテーパ面３１を成し、テーパ面３１は、突起３の先端における突起３の振動方向に対する接線Ｌ１の傾きが突起３の基端における突起３の振動方向に対する接線Ｌ２の傾きよりも大きくなっている。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波振動によって金属板と金属製の基材とを接合するための超音波接合治具、超音波接合方法および接合構造に関する。

超音波接合においては、金属板と金属製の基材を重ねて支持台上に載せた状態で、金属板に超音波接合治具を押圧しながら、超音波接合治具を所定の周波数で水平方向に超音波振動させることにより、金属板と基材との対向面において、超音波接合治具の押圧力と超音波振動が作用して金属表面の酸化物やその他の汚れが除去され、さらに押圧力と超音波振動により生じる摩擦発熱により金属原子間で接合が行われる。

特許文献１に開示されているチップ（超音波接合治具）は、電極積層体（金属板）に当接する加工面において格子状に配置される複数の突起を有し、複数の突起のうち最外周に配された突起の輪郭線上に、その一方向の外寸法をＡとしたときＲ≧Ａ／６を満たす半径Ｒの円弧を有するように面取りを設けることにより、超音波接合による電極積層体の破れの発生を防いでいる。

国際公開第２０１３／１０５３６１号（第９頁、第２図）

しかしながら、特許文献１にあっては、チップの加工面における複数の突起により電極積層体を押圧しながら、突起の先端部を電極積層体に食い込ませた状態で超音波振動させているため、電極積層体に対して突起が相対振動した際に、振動により突起の振動方向両側の側面から作用する力により電極積層体成分（金属板成分）が上方に押し上げられてしまい、電極積層体と基材と対向面に作用する振動による力が小さくなることで電極積層体と基材との接合強度が低下してしまうという問題があった。特に、電極積層体の厚さが薄い薄膜である場合にこの問題が顕著になることが判明した。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、金属板と金属製の基材との対向面に作用する振動による力を大きい状態に維持することができる超音波接合治具および超音波接合方法ならびに接合強度の高い接合構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の超音波接合治具は、
複数の突起を有し、該突起の基端間に形成される突起間平面部を金属板に押圧しながら振動させ、前記金属板と金属製の基材とを接合する超音波接合治具であって、
前記突起は、少なくとも振動方向に位置する側面がテーパ面を成し、
前記テーパ面は、前記突起の先端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きが前記突起の基端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きよりも大きくなっていることを特徴としている。
この特徴によれば、突起の振動方向に位置する側面は、突起の先端における突起の振動方向に対する接線の傾きが大きいテーパ面であることにより、突起の先端を金属板に食い込ませた状態で突起の振動方向に位置する側面の先端側が金属板成分を上方に押し上げる量を少なくできるとともに、突起の基端における突起の振動方向に対する接線の傾きが小さいテーパ面であることにより、突起の振動方向に位置する側面の基端側が金属板成分を下方に押さえ込んで押し広げるため、突起の振動方向に位置する金属板成分の盛り上がりが少なく、突起間平面部を金属板の表面に接触させやすくなり、金属板と金属製の基材との対向面に作用する振動による力を大きな状態に維持することができる。

前記テーパ面は、少なくとも前記突起の基端側が連続する曲率を有することを特徴としている。
この特徴によれば、突起の基端側のテーパ面が連続する曲率を有することにより、突起の先端を金属板に食い込ませた状態で突起の振動方向に位置する側面の基端側と金属板との間で金属板成分を均一に押し広げやすくなり、突起の振動方向に位置する側面における金属板成分の盛り上がりを抑えることができるため、突起間平面部を金属板の表面により接触させやすくすることができる。

前記突起は、振動方向に沿った側面がテーパ面を成していることを特徴としている。
この特徴によれば、突起の先端が小さくなり、突起を金属板に食い込ませやすくなるとともに、突起の先端を金属板に食い込ませた状態で突起の振動方向に位置する側面と金属板との間から突起の振動方向に沿った側面と金属板との間に金属板成分を回り込ませることができるため、突起の振動方向に位置する側面と金属板との間で金属板成分の盛り上がりを抑えることができる。

前記突起は、断面矩形状であることを特徴としている。
この特徴によれば、突起が断面矩形状であるため、突起の振動方向に位置する二側面により、金属板に振動を伝えやすく、かつ突起の振動方向に沿った二側面により、突起の食い込みによって金属板に形成される凹部の体積を小さくすることができる。

前記突起は、先端が平坦面であることを特徴としている。
この特徴によれば、突起間平面部とともに突起の先端の平坦面により金属板を押圧することができるため、金属板に対して均等に押圧力を作用させることができる。

前記突起は、振動方向に位置する側面の先端が振動方向に対して垂直であることを特徴としている。
この特徴によれば、突起の振動方向に位置する側面の先端が振動方向に対して垂直であるため、突起の振動方向に位置する二側面により金属板に振動をより伝えやすくすることができる。

本発明の超音波接合方法は、
複数の突起と該突起の基端間に形成される突起間平面部を有し、
前記突起は、少なくとも振動方向に位置する側面がテーパ面を成し、
前記テーパ面は、前記突起の先端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きが前記突起の基端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きよりも大きくなっている超音波接合治具を使用して金属板と金属製の基材とを接合する超音波接合方法であり、
前記突起の高さより肉厚の前記金属板に押圧しながら振動させることを特徴としている。
この特徴によれば、突起の先端が金属板を貫通して基材に接触することがないため、加工時に金属板の強度を保ちつつ、突起の基端間に形成される突起間平面部を金属板の表面に接触させることができるため、金属板に押圧力と振動による力は広い領域に作用し、金属板と基材を確実に接合することができる。

本発明の接合構造は、
金属板と金属製の基材とが接合されたものであって、
前記金属板の表面に有底状の凹部が形成され、
前記凹部は、対向する側面の形状がテーパ面を成し、
前記テーパ面は、前記凹部の開口端における前記金属板の表面に対する接線の傾きが前記凹部の底端における前記金属板の表面に対する接線の傾きよりも小さくなっていることを特徴としている。
この特徴によれば、有底状の凹部は金属板を貫通しないので金属板と基材との接合領域が広く、凹部の対向する側面の形状がテーパ面を成し、凹部の開口端における金属板の表面に対する接線の傾きが凹部の底端における金属板の表面に対する接線の傾きよりも小さくなっているため、凹部の占有体積が小さくなり、金属板と基材の接合強度を高めることができる。

前記金属板と前記基材とは隣接する前記凹部間が接合されていることを特徴としている。
この特徴によれば、凹部だけでなく隣接する凹部間が接合されることにより、金属板と基材との接合領域が均一に接合されるため、金属板と基材の接合強度をより高めることができる。

本発明の実施例１に係る発明の超音波接合の原理を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例１の超音波接合治具のヘッドの構造を示す側面図であり、（ｂ）は、ヘッドを下方から見た構造を示す平面図である。 本発明の実施例１のヘッドに形成される突起の形状を示す斜視図である。 図２（ａ）における囲い部Ａの拡大図であり、本発明の実施例１における突起の第１壁部および第２壁部の形状を示す正面図である。 （ａ）は、本発明の実施例１における突起を振動させながら金属箔に押圧して金属箔とバスバーとを超音波接合している状態を示す正面断面図であり、（ｂ）は、同じく側面断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１における超音波接合における突起の第１壁部と金属箔成分の盛り上がりとの関係を示す正面断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１における超音波接合における突起の第１壁部と金属箔成分の盛り上がりとの関係を示す側面部分断面図である。尚、（ａ）〜（ｃ）は、突起間平面部の位置で切断した側面断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例１における金属箔とバスバーとを超音波接合している状態を示す正面断面図であり、（ｂ）は、超音波接合後の接合部の構造を示す正面断面図であり、（ｃ）は、超音波接合後の接合部を上方から見た構造を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の実施例１における超音波接合により金属箔の表面に形成された凹部を上方から見た構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面における凹部の正面断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ断面における凹部の側面断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例２における突起の形状を示す平面図であり、（ｂ）は、突起の第１壁部および第２壁部の形状を示す正面図であり、（ｃ）は、同じく側面図である。 （ａ）は、本発明の実施例３における突起の形状を示す平面図であり、（ｂ）は、突起の第１壁部および第２壁部の形状を示す正面図である。

本発明に係る超音波接合治具、超音波接合方法および接合構造を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る超音波接合治具につき、図１から図９を参照して説明する。以下、図２（ａ）の紙面手前側および図２（ｂ）の紙面上側を超音波接合治具の正面側（前方側）とし、その前方側から見たときの上下左右方向を基準として説明する。

図１に示されるように、超音波接合においては、金製や銀製や銅製等の積層体である金属箔１０（金属板）と金属製のバスバー１１（基材）を重ねて支持台４０上に載せた状態で、金属箔１０に超音波接合機に取付けられたヘッド１（超音波接合治具）を押圧しながら、ヘッド１を所定の周波数で水平方向に超音波振動（以下、単に「振動」と言うこともある。）させる。これにより、金属箔１０とバスバー１１との対向面１０ａ，１１ａにおいて、ヘッド１の押圧力と超音波振動が作用して金属表面の酸化物やその他の汚れが除去され、さらに押圧力と超音波振動により生じる摩擦発熱により金属原子間で接合が行われる。さらに尚、本実施例において使用される超音波接合機は、ヘッド１を所定の周波数で水平方向に直線的に往復振動させる一般的な超音波接合機であるため、構造や動作等の詳しい説明や図示を省略する。

先ず、ヘッド１の構造について説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、ヘッド１は、アルミ合金製やチタン合金製等の金属製であり、円筒状を成す本体部２と、本体部２の下端面から下方に突出する複数の突起３と、隣接する突起３の基端間に形成される突起間平面部４と、から主に構成され、複数の突起３は、本体部２の下端面における内径側に千鳥状に配置されている。尚、図２（ａ）において、左右方向に等間隔に配置される突起３は、本体部２の下端面において前後略中央に配置される突起３（図２（ｂ）参照）のみを模式的に示したものである。また、突起間平面部４の幅は、突起３の水平方向の幅の１／２〜２、好ましくは３／４〜５／４である。

また、本体部２の下端面における外径側には、全周に亘って突起３が配置されない環状平面部５が形成されており、環状平面部５は、上述した突起間平面部４と同一平面上に構成されている。

図２（ｂ）に示されるように、突起３は、ヘッド１の振動方向に沿って左右方向に整列しており、振動方向と略直交する（振動方向に位置する）ように対向配置される側面を構成する第１壁部３１（テーパ面）と、振動方向と略平行に（振動方向に沿って）対向配置される側面を構成する第２壁部３２（テーパ面）と、本体部２の下端面と略平行な平坦面となるように構成された突起３の先端の突起端面３３とから、載頭四角錐形状をなし、本体部２の下端面に平行に切った断面が断面矩形状を成している。また、突起３の高さＨは、金属箔１０の厚さＴよりも小さく設定されている（図８（ａ）参照）。尚、突起３の高さＨは、５〜２００μｍ、好ましくは２０〜７０μｍ、金属箔１０の厚さＴの１／４〜９／１０、好ましくは１／３〜４／５である。さらに尚、突起３を構成する第１壁部３１および第２壁部３２は略同一構成であるため、第１壁部３１について説明し、第２壁部３２の説明を省略する。

図２（ａ）および図３に示されるように、第１壁部３１は、突起３の先端（下方）に向かって先細りするテーパ形状を成している。また、図４に示されるように、第１壁部３１は、突起３の先端における振動方向に対する接線Ｌ１の傾き（本体部２の下端面（突起間平面部４）に対する傾斜）が突起３の基端における振動方向に対する接線Ｌ２の傾きよりも大きくなっている、言い換えると第１壁部３１の形状は突起３の内側に向かって凹む、いわゆる内向き凸の凹形状である。尚、接線Ｌ１，Ｌ２の傾きは本体部２の下端面に対する角度の絶対値である。さらに、第１壁部３１は、突起３の先端側に振動方向に対して略垂直に形成される垂直面部３４から基端に向かうにつれて振動方向に対する傾斜角度（突起３の第１壁部３１と本体部２の下端面とで成す角度のうち、突起３外側の角度）が段階的に大きくなるように構成されることにより、全体が略四分弧状を成している。

次いで、ヘッド１を使用して金属箔１０とバスバー１１を接合する超音波接合方法について説明する。図５（ａ）に示されるように、突起３を金属箔１０に食い込ませた状態で突起３に荷重と振動が加えられることによって、金属箔１０には、振動方向と略直交するように対向配置される第１壁部３１により、荷重と振動により力Ｆ１が略振動方向に作用するとともに、突起端面３３により、押圧力Ｆ２が略鉛直方向に作用する。尚、図５（ｂ）に示されるように、第２壁部３２は振動方向と平行な面であるため、金属箔１０には、振動方向と略平行に対向配置される第２壁部３２により、上述した力Ｆ１は作用せず、突起端面３３により、押圧力Ｆ２のみが略鉛直方向に作用する。このように、突起３の突起端面３３により、金属箔１０に対して押圧力Ｆ２が略鉛直方向に作用することで超音波振動を効率よく伝達させることができるため、金属箔１０およびバスバー１１の金属表面の酸化物やその他の汚れを除去し、金属原子間での接合を行いやすくすることができる。

ヘッド１を使用して金属箔１０とバスバー１１を接合する際には、先ず、図６（ａ）に示されるように、突起３を金属箔１０に食い込ませた状態において、金属箔１０には、振動方向と略直交するように対向配置される第１壁部３１により、力Ｆ１が略振動方向に作用し、第１壁部３１に沿って金属箔１０の成分が上方（突起３の基端側）に押し上げられて盛り上がり１０ｂが形成される。このとき、第１壁部３１は、突起３の先端側の垂直面部３４が振動方向に対して略垂直に構成されているため、突起３を金属箔１０に食い込ませた状態において、第１壁部３１が金属箔１０の成分を上方に押し上げるように作用する力を抑制することができる。尚、図６（ａ）〜図６（ｃ）においては、突起３を金属箔１０に食い込ませた際に、突起３の振動により第１壁部３１と金属箔１０の表面との間に形成される微小隙間Ｇを示している。また、振動方向と略平行に対向配置される側面を構成する第２壁部３２と金属箔１０の表面との間には、力Ｆ１が作用しないため、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂや微小隙間Ｇが形成されることはない、あるいは、形成されるが無視できるほど小さい（図７（ａ）〜図７（ｃ）参照）。

次に、図６（ｂ）に示されるように、突起３を金属箔１０にさらに食い込ませていくと、突起３の先端側の垂直面部３４から基端に向かうにつれて振動方向に対する傾斜角度が段階的に大きくなるように構成される第１壁部３１に対して、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂが当接し、第１壁部３１に沿って金属箔１０の成分が金属箔１０の表面に押し広げられる（図６（ｂ）参照）。すなわち、突起３を金属箔１０に食い込ませていくにつれて、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを徐々に小さくすることができる。これにより、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂに邪魔されることなく、突起３を金属箔１０に食い込ませた状態で突起間平面部４を金属箔１０の表面に当接させることができる（図６（ｃ）参照）。

また、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示されるように、第１壁部３１は、突起３の先端側の垂直面部３４から基端に向かうにつれて振動方向に対する傾斜角度が段階的に大きくなるように構成されることにより、突起３を金属箔１０に食い込ませていくにつれて、金属箔１０に対して荷重と振動により力Ｆ１が作用する方向を略振動方向だけでなく略鉛直方向に向かわせることができる。これにより、金属箔１０に対して第１壁部３１による力Ｆ１と突起端面３３による押圧力Ｆ２とを共に略鉛直方向に作用させることができる。また、突起３の先端側の垂直面部３４から基端に向かうにつれて振動方向に対する傾斜角度が段階的に大きくなるように構成されることにより、図６（ａ）から図６（ｃ）に移行する過程で突起３が金属箔１０に食い込みやすくなっている。

また、図７（ａ）に示されるように、突起３を金属箔１０に食い込ませた状態において、金属箔１０には、前述したように第１壁部３１に沿って金属箔１０の成分が上方に押し上げられて盛り上がり１０ｂが形成される。ここで、第１壁部３１は、先端（下方）に向かって先細りするテーパ形状を成しているため、図７（ｂ）に示されるように、突起３を金属箔１０にさらに食い込ませていくと、面積の小さい第１壁部３１の先端側の部分に沿って上方に押し上げられた金属箔１０の成分を面積の大きい第１壁部３１の基端側の部分に沿って金属箔１０の表面に押し広げることができる。すなわち、突起３を金属箔１０に食い込ませていくにつれて、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを効果的に小さくすることができる。これにより、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂに邪魔されることなく、突起３を金属箔１０に食い込ませた状態で突起間平面部４を金属箔１０の表面に当接させることができる（図７（ｃ）参照）。

ここで、突起３を金属箔１０に所望の深さまで食い込ませた図６（ｃ）に示される状態を詳しく説明する。突起間平面部４を金属箔１０の表面に当接させた状態において、第１壁部３１の先端側では、突起３の垂直面部３４が振動方向に対して略垂直に配置されるため、力Ｆ１が主に振動方向に作用し、金属箔１０の成分が上方に押し上げられ難くなっている。また、第１壁部３１の基端側では、突起間平面部４と連続するように振動方向に対する傾きが小さくなるため、突起間平面部４による押圧力Ｆ３と協働して力Ｆ１が主に略鉛直方向に作用し、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを下方に押さえ込んで押し広げるようになっている。

また、図８（ａ）に示されるように、突起３の高さＨは、金属箔１０の厚さＴよりも小さく設定されており、突起３が金属箔１０を貫通することがなく、突起３を金属箔１０に食い込ませた状態で金属箔１０の表面を突起間平面部４および環状平面部５により押圧することができるため、ヘッド１の本体部２の下端面の広い範囲を利用して押圧力と超音波振動を金属箔１０およびバスバー１１に伝達させることができる。

これによれば、本実施例におけるヘッド１は、突起３の高さＨより厚さＴが大きい金属箔１０に押圧しながら振動させることで、突起３の先端が金属箔１０を貫通してバスバー１１に接触することがないため、加工時に金属箔１０の強度を保ちつつ、第１壁部３１は、突起３の先端における振動方向に対する接線Ｌ１の傾きが大きいため、突起３の先端を金属箔１０に食い込ませた状態で、突起３の振動方向に位置する第１壁部３１の先端側が金属箔１０の成分を上方に押し上げる量を少なくできるとともに、第１壁部３１は、突起３の基端における振動方向に対する接線Ｌ２の傾きが小さいため、突起３の振動方向に位置する第１壁部３１の基端側が金属箔１０の成分を下方に押さえ込んで押し広げ、突起３の振動方向に位置する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂが少なく、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂに邪魔されることなく、突起間平面部４を金属箔１０の表面に当接させやすくなり、金属箔１０とバスバー１１との対向面１０ａ，１１ａに作用する振動による力を大きな状態に維持して、金属箔１０に押圧力と振動による力を効果的に作用させて金属箔１０とバスバー１１を確実に接合することができる。

また、突起３は、突起３の振動方向に沿った第２壁部３２が第１壁部３１と同様のテーパ形状を成すことにより、突起３の先端が小さくなり、突起３を金属箔１０に食い込ませやすくなるとともに、突起３の先端を金属箔１０に食い込ませた状態で突起３の振動方向に位置する第１壁部３１と金属箔１０との間から突起３の振動方向に沿った第２壁部３２と金属箔１０との間に金属箔１０の成分を回り込ませることができるため、第１壁部３１の基端側に当接する金属箔１０の成分の量を少なくして第１壁部３１に沿って形成される金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを抑えることができる。

また、突起３は、断面矩形状であるため、突起３の振動方向に位置する第１壁部３１により、金属箔１０に振動を伝えやすく、かつ突起３の振動方向に沿った第２壁部３２により、突起３の食い込みによって金属箔１０に形成される後述する凹部１３の体積を小さくすることができる。

また、突起３の先端の突起端面３３は、本体部２の下端面と略平行な平坦面となるように構成されているため、突起間平面部４とともに突起３の先端の突起端面３３により金属箔１０を押圧することができるため、金属箔１０に対して均等に押圧力を作用させることができる。

また、突起３は、先端側に形成される垂直面部３４により、振動方向に位置する第１壁部３１の先端が振動方向に対して略垂直であるため、突起３の振動方向に位置する第１壁部３１により金属箔１０に振動をより伝えやすくすることができる。

次いで、ヘッド１を使用して超音波接合を行った金属箔１０とバスバー１１の接合構造について説明する。図８（ｂ）および図８（ｃ）に示されるように、ヘッド１によって押圧された金属箔１０の表面には、わずかに陥没した円形の接合部１２が形成される。接合部１２には、複数の有底状の凹部１３と、隣接する凹部１３間に形成された凹部間平坦部１４と、凹部１３の外径側に全周に亘って凹部１３が形成されない環状平坦部１５と、が形成されている。

また、図９（ａ）に示されるように、凹部１３は、矩形の底面１３ａと、振動方向と略直交するように対向する第１側面１３ｂと、振動方向と略平行に対向する第２側面１３ｃと、から構成されている。尚、第１側面１３ｂの幅寸法Ｗ１は、第２側面１３ｃの幅寸法Ｗ２よりも、前述した突起３の振動により第１壁部３１と金属箔１０の表面との間に形成される微小隙間Ｇの幅寸法分わずかに大きくなっている。

また、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示されるように、第１側面１３ｂおよび第２側面１３ｃは、底面１３ａ（下方）に向かって先細りするテーパ形状を成している。また、第１側面１３ｂおよび第２側面１３ｃは、凹部１３の開口端における金属箔１０の表面に対する接線Ｌ４の傾き（金属箔１０（凹部間平坦部１４）の表面に対する傾斜）が凹部１３の底端における金属箔１０の表面に対する接線Ｌ３の傾きよりも小さくなっている。さらに、第１側面１３ｂおよび第２側面１３ｃにおける凹部１３の底端側は、金属箔１０の表面に対して略垂直に構成されるとともに、凹部１３の底端から開口端に向かうにつれて金属箔１０の表面に対する傾斜角度（凹部１３の第１側面１３ｂおよび第２側面１３ｃと金属箔１０の表面とで成す角度のうち、凹部１３外側の角度）が段階的に大きくなるように構成されることにより、全体が略四分弧状を成している。

これによれば、有底状の凹部１３は金属箔１０を貫通しないので金属箔１０とバスバー１１との接合領域が広く、凹部１３の対向する第１側面１３ｂおよび第２側面１３ｃがテーパ形状を成し、第１側面１３ｂおよび第２側面１３ｃは、凹部１３の開口端における金属箔１０の表面に対する接線Ｌ４の傾きが凹部１３の底端における金属箔１０の表面に対する接線Ｌ３の傾きよりも小さくなっているため、接合部１２における凹部１３の占有体積が小さくなり、金属箔１０とバスバー１１の接合強度を高めることができる。

また、金属箔１０とバスバー１１は、隣接する凹部１３間、すなわちヘッド１の突起間平面部４が当接することにより押圧された凹部間平坦部１４と、ヘッド１の環状平面部５が当接することにより押圧された環状平坦部１５において、金属箔１０とバスバー１１が接合されるため、接合部１２における金属箔１０とバスバー１１との接合領域が略均一に接合されることとなり、金属箔１０とバスバー１１の接合強度をより高めることができる。

次に、実施例２に係る超音波接合治具につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１０（ａ）に示されるように、実施例２におけるヘッド（超音波接合治具）においては、突起１０３は、振動方向と略直交するように対向配置される側面を構成する第１壁部１３１（テーパ面）と、振動方向と略平行かつ互いに略平行に対向配置される側面を構成する第２壁部１３２と、本体部２の下端面と略平行な平坦面となるように構成された突起１０３の先端の突起端面１３３とから、台形板状をなし、本体部２の下端面に平行に切った断面が断面矩形状を成している。また、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示されるように、第１壁部１３１は、振動方向から見て矩形状を成し、振動方向に直交する方向から見て突起１０３の先端（下方）に向かって先細りするテーパ形状を成している。尚、第２壁部１３２は、振動方向に直交する方向から見て略台形、かつ本体部２の下端面（突起間平面部４）に対して略垂直な面として構成されている。

図１０（ｂ）に示されるように、第１壁部１３１は、突起１０３の先端における振動方向に対する接線Ｌ１の傾き（本体部２の下端面（突起間平面部４）に対する傾斜）が突起１０３の基端における振動方向に対する接線Ｌ２の傾きよりも大きくなっている。さらに、第１壁部１３１は、突起１０３の先端側が振動方向に対して略垂直に構成されるとともに、突起３の先端から基端に向かうにつれて振動方向に対する傾斜角度（突起１０３の第１壁部１３１と本体部２の下端面とで成す角度のうち、突起１０３外側の角度）が段階的に大きくなるように構成されることにより、全体が略四分弧状を成している。

これによれば、本実施例におけるヘッドは、突起１０３の高さＨより厚さＴが大きい金属箔１０に押圧しながら振動させることで、第１壁部１３１は、突起１０３の先端における振動方向に対する接線Ｌ１の傾きが大きいため、突起１０３の先端を金属箔１０に食い込ませた状態で、突起１０３の振動方向に位置する第１壁部１３１の先端側が金属箔１０の成分を上方に押し上げる量を少なくできるとともに、第１壁部１３１は、突起１０３の基端における振動方向に対する接線Ｌ２の傾きが小さいため、突起１０３の振動方向に位置する第１壁部１３１の基端側が金属箔１０の成分を下方に押さえ込んで押し広げ、突起１０３の振動方向に位置する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂが少なく、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂに邪魔されることなく、突起間平面部４を金属箔１０の表面に当接させやすくなり、金属箔１０とバスバー１１との対向面１０ａ，１１ａに作用する振動による力を大きな状態に維持して、金属箔１０に押圧力と振動による力を効果的に作用させて金属箔１０とバスバー１１を確実に接合することができる。

また、図１０（ａ）に示されるように、突起１０３の先端から基端にかけて前後方向の厚みが略均一であるため、突起１０３の強度を高めることができる。

次に、実施例３に係る超音波接合治具につき、図１１を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１１に示されるように、実施例３におけるヘッド（超音波接合治具）においては、突起２０３は、振動方向と略直交するように対向配置される側面を構成する第１壁部２３１（テーパ面）と、振動方向と略平行に対向配置される側面を構成する第２壁部２３２（テーパ面）と、本体部２の下端面と略平行な平坦面となるように構成された突起２０３の先端の突起端面２３３とから、載頭四角錐形状をなし、本体部２の下端面に平行に切った断面が断面矩形状を成している。尚、突起２０３を構成する第１壁部２３１および第２壁部２３２は略同一構成であるため、第１壁部２３１について説明し、第２壁部２３２の説明を省略する。

図１１（ｂ）に示されるように、第１壁部２３１は、突起２０３の先端（下方）に向かって先細りするテーパ形状を成している。また、第１壁部２３１は、突起２０３の先端における振動方向に対する接線Ｌ１の傾き（本体部２の下端面（突起間平面部４）に対する傾斜）が突起２０３の基端における振動方向に対する接線Ｌ２の傾きよりも大きくなっている。さらに、第１壁部２３１は、突起２０３の先端側が振動方向に対して略垂直に構成されるとともに、突起２０３の先端から基端に向かうにつれて振動方向に対する傾斜角度（突起２０３の第１壁部２３１と本体部２の下端面とで成す角度のうち、突起２０３外側の角度）が漸次大きくなるように連続する曲率を有する四分弧状を成している。

これによれば、本実施例におけるヘッドは、突起２０３の高さＨより厚さＴが大きい金属箔１０に押圧しながら振動させることで、第１壁部２３１は、突起２０３の先端における振動方向に対する接線Ｌ１の傾きが大きいため、突起２０３の先端を金属箔１０に食い込ませた状態で、突起２０３の振動方向に位置する第１壁部２３１の先端側が金属箔１０の成分を上方に押し上げる量を少なくできるとともに、第１壁部２３１は、突起２０３の基端における振動方向に対する接線Ｌ２の傾きが小さいため、突起２０３の振動方向に位置する第１壁部２３１の基端側が金属箔１０の成分を下方に押さえ込んで押し広げ、突起２０３の振動方向に位置する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂが少なく、金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂに邪魔されることなく、突起間平面部４を金属箔１０の表面に当接させやすくなり、金属箔１０とバスバー１１との対向面１０ａ，１１ａに作用する振動による力を大きな状態に維持して、金属箔１０に押圧力と振動による力を効果的に作用させて金属箔１０とバスバー１１を確実に接合することができる。

また、第１壁部２３１は、少なくとも突起２０３の基端側が連続する曲率を有しているため、突起２０３の先端を金属箔１０に食い込ませた状態で突起の２０３の振動方向に位置する第１壁部２３１の基端側と金属箔１０との間で金属箔１０の成分を略均一に押し広げやすくなり、第１壁部２３１に沿った金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを抑えることができるため、突起間平面部４を金属箔１０の表面により接触させやすくすることができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、ヘッド１の本体部２は、円筒状のものに限らず、金属箔と超音波接合される基材の形状に合わせて自由に構成されてよい。また、金属箔と超音波接合される基材は、バスバーに限らず、各種端子やケーブル等、自由に選択されてよい。

また、前記実施例では、突起３，１０３，２０３の高さＨが金属箔１０の厚さＴよりも小さく構成されるものとして説明したが、これに限らず、ヘッドの下端面における突起間平面部および環状平面部を金属箔の表面に当接させることができ、金属箔を貫通することがなければ、突起の高さが金属箔の厚みと略同一に構成されてもよい。

また、複数の突起３，１０３，２０３は、千鳥状に配置されているが、碁盤目状に配置されてもよい。

また、前記実施例では、突起３，１０３，２０３は、本体部２の下端面に平行に切った断面が断面矩形状を成すものとして説明した、突起は、断面円弧形状であってもよい。

１ ヘッド（超音波接合治具）
２ 本体部
３ 突起
４ 突起間平面部
５ 環状平面部
１０ 金属箔（金属板）
１０ａ 対向面
１０ｂ 盛り上がり
１１ バスバー（基材）
１１ａ 対向面
１２ 接合部
１３ 凹部
１３ａ 底面
１３ｂ 第１側面
１３ｃ 第２側面
１４ 凹部間平坦部
１５ 環状平坦部
３１ 第１壁部（テーパ面）
３２ 第２壁部（テーパ面）
３３ 突起端面
３４ 垂直面部
１０３ 突起
１３１ 第１壁部（テーパ面）
１３２ 第２壁部
２０３ 突起
２３１ 第１壁部（テーパ面）
２３２ 第２壁部（テーパ面）
Ｆ１ 力
Ｆ２，Ｆ３ 押圧力
Ｇ 微小隙間
Ｌ１〜Ｌ４ 接線
Ｗ１，Ｗ２ 幅寸法

Claims (9)

1. 複数の突起を有し、該突起の基端間に形成される突起間平面部を金属板に押圧しながら振動させ、前記金属板と金属製の基材とを接合する超音波接合治具であって、
   前記突起は、少なくとも振動方向に位置する側面がテーパ面を成し、
   前記テーパ面は、前記突起の先端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きが前記突起の基端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きよりも大きくなっていることを特徴とする超音波接合治具。
2. 前記テーパ面は、少なくとも前記突起の基端側が連続する曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波接合治具。
3. 前記突起は、振動方向に沿った側面がテーパ面を成していることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波接合治具。
4. 前記突起は、断面矩形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波接合治具。
5. 前記突起は、先端が平坦面であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波接合治具。
6. 前記突起は、振動方向に位置する側面の先端が振動方向に対して垂直であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の超音波接合治具。
7. 複数の突起と該突起の基端間に形成される突起間平面部を有し、
   前記突起は、少なくとも振動方向に位置する側面がテーパ面を成し、
   前記テーパ面は、前記突起の先端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きが前記突起の基端における前記突起の振動方向に対する接線の傾きよりも大きくなっている超音波接合治具を使用して金属板と金属製の基材とを接合する超音波接合方法であり、
   前記突起の高さより肉厚の前記金属板に押圧しながら振動させることを特徴とする超音波接合方法。
8. 金属板と金属製の基材とが接合されたものであって、
   前記金属板の表面に有底状の凹部が形成され、
   前記凹部は、対向する側面の形状がテーパ面を成し、
   前記テーパ面は、前記凹部の開口端における前記金属板の表面に対する接線の傾きが前記凹部の底端における前記金属板の表面に対する接線の傾きよりも小さくなっていることを特徴とする接合構造。
9. 前記金属板と前記基材とは隣接する前記凹部間が接合されていることを特徴とする請求項８に記載の接合構造。

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