JP2019034316A - 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の突出方向とは反対側に凹む凹部５が少なくとも突起３の振動方向両側に形成されている。【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、
前記突起の突出方向とは反対側に凹む凹部が少なくとも前記突起の振動方向両側に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、複数の突起を金属板に押圧して食い込ませていった際に突起の振動方向両側で発生する金属板成分の盛り上がりを、突起の突出方向とは反対側に凹む凹部内に保持することにより、突起間平面部を金属板の表面に確実に接触させることができるため、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。

前記突起の突出方向とは反対側に凹む凹部が前記突起の全周囲に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、複数の突起を金属板に押圧して食い込ませていった際に突起の全周囲で発生する金属板成分の盛り上がりを、突起の突出方向とは反対側に凹む凹部内に保持することにより、突起間平面部を金属板の表面により確実に接触させることができるため、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。

前記凹部は、前記突起の基端と同一形状に形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、凹部が突起の基端と同一形状に形成されることにより、凹部の側面が突起の側面に対して相補的に配置されるため、突起の側面により押し上げられて発生する金属板成分の盛り上がりを凹部内に保持しやすくすることができる。

前記突起の基端は、前記凹部の底面から立ち上がっていることを特徴としている。
この特徴によれば、突起の基端が凹部の底面から立ち上がることにより、突起の側面により押し上げられて発生する金属板成分の盛り上がりを保持するための凹部内の容量を大き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、
前記突起の突出方向とは反対側に凹む凹部が少なくとも前記突起の振動方向両側に形成され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が保たれ、突起の周囲に形成される金属板成分の盛り上がりを凹部内に保持しながら、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を効果的に作用させて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、
前記凹部の周囲には、凹部間平坦部が形成され、
前記凹部間平坦部には、前記凹部の開口に沿って金属板成分の盛り上がりが形成され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確保でき、金属板と基材の接合強度を高めることができ、かつ超音波接合治具の突起の振動により凹部の開口に沿って形成される金属板成分の盛り上がりの有無により、超音波振動が与えられたか否が分かるため、金属板と金属製の基材とが正しく接合されたかどうか判別することができる。

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および凹部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における突起および凹部の形状を示す正面図である。 図２（ｂ）における囲い部Ｂの拡大図であり、本発明の実施例１における突起および凹部の形状を示す平面図である。 （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）および（ｂ）は、本発明の実施例１における超音波接合における突起および凹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）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。 本発明の実施例２における突起および凹部の形状を示す平面図である。 本発明の実施例３における突起および凹部の形状を示す平面図である。 本発明の実施例４における突起および凹部の形状を示す平面図である。

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、突起間平面部４において突起３の周囲に隣接して設けられる凹部５と、から主に構成され、複数の突起３および凹部５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および凹部５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および凹部５（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および凹部５が配置されない環状平面部６が形成されており、環状平面部６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ように対向配置される側面を構成する第１壁部３１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３２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。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３および図４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おり、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（突起間平面部４）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。

図３〜図５に示されるように、突起間平面部４において突起３の周囲に設けられる凹部５は、突起間平面部４の表面を基準にして突起３の全周囲に突起３の突出方向（下方向）とは反対側（上方側）に凹むことにより、突起３の基端と略同一形状に構成されている。詳しくは、図４および図５に示されるように、凹部５は、振動方向と略直交するように対向配置される突起３の第１壁部３１とそれぞれ対向する第１内壁部５ａと、振動方向と略平行に対向配置される突起３の第２壁部３２とそれぞれ対向する第２内壁部５ｂとにより区画され、下面視矩形状を成しており、凹部５の底面５ｃ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。

また、凹部５の第１内壁部５ａおよび第２内壁部５ｂは、突起３の第１壁部３１および第２壁部３２からそれぞれ所定間隔離間して振動方向に対して略垂直に形成され、突起３の基端は、凹部５の底面５ｃから立ち上がった状態となっている。尚、突起３の基端は、第１壁部３１や第２壁部３２から立ち上がっていてもよい。さらに、凹部５の開口からは、突起３の先端側が下方に突出しており、突起３の先端の突出部分の高さ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の先端の突出部分の高さＨは、５〜２００μｍ、好ましくは１０〜７０μｍ、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。

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６（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７（ａ）に示されるように、突起３の先端側の垂直面部３４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７（ａ）および図７（ｂ）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、説明の便宜上、図示を省略するが、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。

次に、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、突起間平面部４が金属箔１０の表面に当接する。このとき、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は、凹部５内に保持された状態となっている。言い換えれば、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。

また、図７（ａ）および図７（ｂ）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（突起３の第１壁部３１と本体部２の下端面（突起間平面部４）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、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も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７（ａ）から図７（ｂ）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。

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７（ｂ）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の先端の突出部分の高さ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６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を金属箔１０に押圧して食い込ませていった際に突起３の全周囲（特に振動方向両側）で発生する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを、突起３の突出方向とは反対側に凹む凹部５内に保持することにより、突起間平面部４を金属箔１０の表面に確実に接触させることができるため、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の強度が保たれ、突起間平面部４を金属箔１０の表面に確実に接触させることができるため、ヘッド１と金属箔１０との接触面積が大きくなり、金属箔１０に押圧力を均等に作用させることができ、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、凹部５は、突起３の基端と略同一形状に形成されるため、凹部５の第１内壁部５ａおよび第２内壁部５ｂが突起３の第１壁部３１および第２壁部３２に対してそれぞれ相補的に配置されるため、突起３の第１壁部３１および第２壁部３２により押し上げられて発生する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを凹部５内に保持しやすくすることができる。

また、突起３の基端は、凹部５の底面５ｃから立ち上がっているため、突起３の第１壁部３１および第２壁部３２により押し上げられて発生する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを保持するための凹部５内の容量を大きくすることができる。

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）〜図９（ｃ）に示されるように、接合部１２の凹部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。さらに、接合部１２の凹部１３の開口には、第１側面１３ｂに沿って金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂが形成されている。

これによれば、有底状の接合部１２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、ヘッド１の突起３の振動により接合部１２の凹部１３の開口に沿って形成される金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂの有無により、超音波振動が与えられたか否が分かるため、金属箔１０とバスバー１１とが正しく接合されたかどうか判別することができる。

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６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、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１０３の第１壁部１３１は、第２壁部１３２よりも幅寸法が小さく構成されることにより、突起１０３の外形が長方形状に構成されている。

また、突起間平面部４において突起１０３の周囲に隣接して設けられる凹部１０５は、突起間平面部４の表面を基準にして突起１０３の全周囲に突起１０３の突出方向（下方向）とは反対側（上方側）に凹むことにより、突起１０３の基端と略同一形状（長方形状）に構成されている。詳しくは、凹部１０５は、振動方向と略直交するように対向配置される突起１０３の第１壁部１３１とそれぞれ対向する第１内壁部１０５ａと、振動方向と略平行に対向配置される突起１０３の第２壁部１３２とそれぞれ対向する第２内壁部１０５ｂとにより区画され、下面視長方形状を成しており、凹部１０５の底面１０５ｃ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。

これによれば、本実施例におけるヘッドは、凹部１０５が突起１０３の基端と略同一形状に形成されるため、凹部１０５の第１内壁部１０５ａおよび第２内壁部１０５ｂが突起１０３の第１壁部１３１および第２壁部１３２に対してそれぞれ相補的に配置されるため、突起１０３の第１壁部１３１および第２壁部１３２により押し上げられて発生する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを凹部１０５内に保持しやすくすることができる。

また、突起１０３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１３１が振動方向に沿って対向配置される第２壁部１３２よりも幅寸法が小さい長方形状に構成されているため、突起１０３の食い込みによって金属箔１０に形成される接合部１２の凹部１３の体積を小さくすることができる。

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、円弧形状の壁部２３１から断面円形状を成し、突起２０３の先端の突起端面２３３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。

また、突起間平面部４において突起２０３の周囲に隣接して設けられる凹部２０５は、突起間平面部４の表面を基準にして突起２０３の全周囲に突起２０３の突出方向（下方向）とは反対側（上方側）に凹むことにより、突起２０３の基端と略同一形状（円形状）に構成されている。詳しくは、凹部２０５は、突起２０３の壁部２３１と対向する円弧形状の内壁部２０５ａにより区画され、下面視円形状を成しており、凹部２０５の底面２０５ｂ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。

これによれば、本実施例におけるヘッドは、凹部２０５が突起２０３の基端と略同一形状に形成されるため、凹部２０５の内壁部２０５ａが突起２０３の壁部２３１に対してそれぞれ相補的に配置されるため、突起２０３の壁部２３１により押し上げられて発生する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを凹部２０５内に保持しやすくすることができる。

次に、実施例４に係る超音波接合治具につき、図１２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１２に示されるように、実施例４におけるヘッド（超音波接合治具）においては、突起３０３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３３１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３３２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３０３の先端の突起端面３３３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。尚、第２壁部３３２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。

また、突起間平面部４に隣接して設けられる凹部３０５は、突起３０３の振動方向両側に突起間平面部４の表面を基準にして突起３０３の突出方向（下方向）とは反対側（上方側）に凹むことによりに構成されている。詳しくは、凹部３０５は、振動方向と略直交するように対向配置される突起３０３の第１壁部３３１とそれぞれ対向する第１内壁部３０５ａと、振動方向と略平行に対向配置される突起３０３の第２壁部３３２と同一平面上に配置される第２内壁部３０５ｂとにより区画され、下面視長方形状を成しており、凹部３０５の底面３０５ｃ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。

これによれば、本実施例におけるヘッドは、突起３０３を金属箔１０に押圧して食い込ませていった際に突起３０３の振動方向両側で発生する金属箔１０の成分の盛り上がり１０ｂを、突起３０３の突出方向とは反対側に凹む凹部３０５内に保持することにより、突起間平面部４を金属箔１０の表面に確実に接触させることができるため、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。

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、凹部５，１０５，２０５，３０５の開口から突出する突起３，１０３，２０３，３０３の先端側の突出部分の高さ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、凹部の開口から突出する突起の先端側の突出部分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３，１０３，２０３，３０３の形状は、凹部５，１０５，２０５，３０５の開口から先端が突出するものであれば、自由に構成されてよいが、突起の少なくとも振動方向に位置する側面の形状は突起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ことが好ましい。

また、複数の突起３，１０３，２０３，３０３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。

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 凹部
５ａ 第１内壁部
５ｂ 第２内壁部
５ｃ 底面
６ 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
３２ 第２壁部
３３ 突起端面
３４ 垂直面部
４０ 支持台
１０３ 突起
１０５ 凹部
１０５ａ 第１内壁部
１０５ｂ 第２内壁部
１３１ 第１壁部
１３２ 第２壁部
２０３ 突起
２０５ 凹部
２０５ａ 内壁部
２３１ 壁部
３０３ 突起
３０５ 凹部
３０５ａ 第１内壁部
３０５ｂ 第２内壁部
３０５ｃ 底面
３３１ 第１壁部
３３２ 第２壁部
Ｆ１ 力
Ｆ２，Ｆ３ 押圧力
Ｇ 微小隙間
Ｗ１，Ｗ２ 幅寸法

Claims (7)

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、
   前記突起の突出方向とは反対側に凹む凹部が少なくとも前記突起の振動方向両側に形成されていることを特徴とする超音波接合治具。
2. 前記突起の突出方向とは反対側に凹む凹部が前記突起の全周囲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治具。
3. 前記凹部は、前記突起の基端と同一形状に形成され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. 前記突起の基端は、前記凹部の底面から立ち上がってい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. 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、
   前記突起の突出方向とは反対側に凹む凹部が少なくとも前記突起の振動方向両側に形成され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。
6. 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、
   前記凹部の周囲には、凹部間平坦部が形成され、
   前記凹部間平坦部には、前記凹部の開口に沿って金属板成分の盛り上がりが形成されることを特徴とする接合構造。
7. 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６に記載の接合構造。

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