JP2000102981A - 超音波加振による接合構造 - Google Patents

超音波加振による接合構造

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JP2000102981A JP10278444A JP27844498A JP2000102981A JP 2000102981 A JP2000102981 A JP 2000102981A JP 10278444 A JP10278444 A JP 10278444A JP 27844498 A JP27844498 A JP 27844498A JP 2000102981 A JP2000102981 A JP 2000102981A
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ultrasonic
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Akira Shinji
陽 榛地
Norihiro Ohashi
紀弘 大橋
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Yazaki Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 段差のある部分に対しても１度の超音波照射
により、確実な溶着面が得られる、超音波加振による接
合構造を実現する。 【解決手段】 チップ本体１１の接合凹部１５の両側壁
面１５Ａ、１５Ａをテーパ面として、この接合凹部１５
に嵌め込まれる蓋体１２の接合凸部１７の両側壁面１７
Ｃ、１７Ｃもテーパ面とする。このようなチップ本体１
１と蓋体１２とを組み付けた状態で、振幅方向Ａの超音
波加振を行うと、側壁面１５Ａと側壁面１７Ｃとの接合
面は、振幅方向Ａに対して投影面積を有するため、超音
波による摩擦熱を発生させて溶着される。このような構
造としたことにより、段差のある部分に対して超音波加
振を一回行うことで接合全体を溶着することが可能にな
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、超音波加振による
接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波加振による接合構造として
は、特開平９−３２０６５１号公報記載に係る被覆電線
の接合構造が知られている。この接合構造では、図１１
に示すように、樹脂チップ１、２の主溶着部３、４どう
しが２本の被覆電線Ｗ１、Ｗ２を挟み込んだ状態で、超
音波加振によって電線の被覆を溶融させ、樹脂チップ
１、２の外側からの加圧によって被覆電線Ｗ１、Ｗ２ど
うしを導通するように接触させた後、主溶着部３、４を
溶融させて被覆電線Ｗ１、Ｗ２の接続部を密封してい
る。また、樹脂チップ１に形成された４つの凹部５は、
樹脂チップ２の対応する位置に形成された凸部６を嵌合
して、主溶着部３、４から導出される被覆電線Ｗ１、Ｗ
２を挟持するようになっている。そして、凹部５には防
水溝部７が形成され、凸部６には防水溝部８が形成され
ている。これら防水溝部７、８は、接合により一体化し
て一つの溝となり、被覆電線Ｗ１、Ｗ２の被覆樹脂が超
音波加振により溶融して入り込むことで防水シール部と
なる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の技術に
おいては、図１２に示すように、超音波発生源（ホー
ン）９から発振される超音波の振幅の方向（図１２中矢
印Ａ）が主溶着部３、４の面に垂直となる方向（上下方
向）に設定されているため、凹部５の底面と凸部６の先
端面とのように超音波の振幅方向と直角をなす面どうし
は溶着される。しかし、凹部５の側壁面５Ａと凸部６の
側壁面６Ａとは、超音波の振幅方向と平行であるため両
者間に振動に伴う摩擦が十分に発生せず、完全に溶着で
きず電線周囲の防水ができなかった。このように、従来
では、１回の超音波の発振では、段差のある部分に対し
て全ての面を溶着することができないものであった。
【０００４】そこで、本発明は、段差のある部分に対し
ても１度の超音波発振により、確実な溶着面が得られ
る、超音波加振による接合構造を提供することを目的と
している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
超音波加振により溶融する材料でなるそれぞれの接合部
材の、互いに符合して接合し且つ段差を有する面どうし
を超音波加振により溶着する接合構造であって、前記互
いに接合する面が、前記超音波の振幅方向に対して角度
をなすことを特徴とする。
【０００６】従って、請求項１記載の発明では、それぞ
れの接合部材の互いに接合する面が超音波の振幅方向
（加振方向）に対して角度をなすため、振幅方向に投影
面積を持ち加振により発熱を起こす。また、この発明で
は、段差を有する面であっても接合する面全体が、超音
波の振幅方向に角度をなすように形成されているため、
超音波を加振すると、段差の側壁部でも発熱が起こり接
合部材を構成する材料が溶融して溶着される。このた
め、一方向からの１度の超音波加振により接合面全体を
溶着させることができる。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の超
音波加振による接合構造であって、前記互いに接合する
面は、前記超音波の振幅方向に対して凹凸を有し、前記
凹凸の側壁面が前記超音波の振幅方向に対して角度をな
すことを特徴とする。
【０００８】本発明では、超音波の振幅方向に対して凹
凸の側壁面が角度をなすため、これら側壁面どうしを溶
着することができる。特に、接合部材どうしに凹凸を設
けることにより、超音波加振を行う前の組み付け性を向
上することができる。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の超
音波加振による接合構造であって、前記側壁面は湾曲面
であることを特徴とする。
【００１０】本発明では、請求項２記載の発明の作用に
加えて、凹凸の側壁面が湾曲面であるため、側壁面を構
成する各面が超音波の振幅方向に対してそれぞれ角度を
なす。また、湾曲面どうしを接合するため、接合面積を
大きくして接合強度を大きくすることができる。
【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項
３のいずれかに記載の超音波加振による接合構造であっ
て、前記接合部材は合成樹脂でなることを特徴とする。
【００１２】本発明では、請求項１〜請求項３に記載の
発明の作用に加えて、互いに接合する接合部材が合成樹
脂でなるため、超音波加振による溶融温度が比較的低い
条件で溶着することができ、接合効率を高めることがで
きる。
【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項
４のいずれかに記載の超音波加振による接合構造であっ
て、前記接合部材間に、合成樹脂で被覆された複数の被
覆電線どうしが交差して挟持され、前記交差する部分か
ら導出される被覆電線は、一方の前記接合部材側に形成
された凹部と、前記凹部に嵌め込まれる、他方の前記接
合部材側に形成された凸部と、の間に挟持されることを
特徴とする。
【００１４】本発明では、一方向から１度の超音波加振
を行うことで、少なくとも、複数の被覆電線が交差する
部分を挟持した部分と、被覆電線を両接合部材の凹部と
凸部とで挟持した部分と、を同時に溶着することができ
る。このとき、交差する部分の複雑の被覆電線の被覆は
溶融して電線どうしが接触して接続が行われる。このよ
うに、被覆電線を複雑に接続、保持する構造を容易に形
成することができる。
【００１５】請求項６記載の発明は、請求項５記載の超
音波加振による接合構造であって、前記凹部及び前記凸
部には、接合時に前記被覆電線を囲繞する電線収納凹部
がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【００１６】本発明では、請求項５記載の発明の作用に
加えて、凹部と凸部との間で被覆電線を包囲した状態で
接合することができる。
【００１７】請求項７記載の発明は、請求項６記載の超
音波加振による接合構造であって、前記電線収納凹部に
は、被覆電線の合成樹脂が溶融して充填される、前記被
覆電線を周回する防水溝部が、形成されていることを特
徴とする。
【００１８】本発明では、防水溝部に被覆電線の合成樹
脂が溶融して充填されることにより、凹部及び凸部に対
して被覆電線を水密的に接合させて保持することがで
き、接合部材どうしの間に水分が浸入するのを確実に防
止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波加振に
よる接合構造の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説
明する。
【００２０】〔第１実施形態〕図１は本第１実施形態の
超音波加振による接合構造を示す分解斜視図、図２は接
合状態を示す斜視図、図３は接合部分の要部断面図であ
る。
【００２１】本実施形態の接合構造は、図１に示すよう
に、一対をなす接合部材としてのチップ本体１１と蓋体
１２との間に、被覆電線Ｗ１、Ｗ２が挟持される構造で
ある。
【００２２】チップ本体１１は、合成樹脂でなり、接合
面側の中央に略円柱状の主溶着部１３が形成され、周縁
部に主溶着部１３より高く立ち上がった周壁部１４が形
成されている。この周壁部１４の四隅には、被覆電線Ｗ
１又は被覆電線Ｗ２を収容する接合凹部１５が形成され
ている。この接合凹部１５の両側壁面１５Ａは、接合凹
部１５の底に向けて互いに近付くように傾斜するように
形成されている。また、接合凹部１５の底には被覆電線
Ｗ１、Ｗ２を収容するための断面半円状の電線収容凹部
１５Ｂが形成されている。さらに、電線収容凹部１５Ｂ
には、溶融した被覆樹脂が充填される防止溝部１５Ｃが
形成されている。
【００２３】蓋体１２は、チップ本体１１と同一の合成
樹脂で形成され、チップ本体１１と同一の平面形状を有
する。また、蓋体１２の接合する面側の中央には、略円
柱状の主溶着部１６が突設されている。さらに、主溶着
部１６の外側には、上記したチップ本体１１の接合凹部
１５と対応する位置にこの接合凹部１５に嵌まり込む接
合凸部１７が突設されている。この接合凸部１７におけ
る、チップ本体１１の接合凹部１５の底部と当接する面
には、チップ本体１１との接合時にチップ本体１１側の
電線収容凹部１５Ｂと共に電線を収容する電線収容凹部
１７Ａが形成されている。この電線収容凹部１７Ａに
は、チップ本体１１側に形成した防止溝部１５Ｃと共に
溶融樹脂が充填される防止溝部１７Ｂが形成されてい
る。また、接合凸部１７における、上記したチップ本体
１１の接合凹部１５の側壁面１５Ａに接合する側壁面１
７Ｃは、側壁面１５Ａと符合するように傾斜して形成さ
れている。
【００２４】このような構成のチップ本体１１と蓋体１
２とで被覆電線Ｗ１、Ｗ２を挟持した状態で接合するに
は、まず図１に示すように、チップ本体１１の主溶着部
１３上で被覆電線Ｗ１、Ｗ２が交差するように対角線上
にある接合凹部１５どうしに被覆電線Ｗ１、Ｗ２を配置
する。その後、同図に太い矢印で示すように蓋体１２を
チップ本体１１に合わせ、チップ本体１１の主溶着部１
３と蓋体１２の主溶着部１６、チップ本体１１側の接合
凹部１５と蓋体１２側の接合凸部１７を接合させる。
【００２５】このような状態で図２に示すように、振幅
方向が上下方向Ａの超音波を用いて加振を行う。この超
音波加振により、接合面が振幅方向に対して垂直をなす
主溶着部１３、１６の表面、及び、チップ本体１１の周
壁部１４の上面と周壁部１４と対応する蓋体１２の下面
との接合面は、超音波の振幅方向と垂直をなすため、確
実に溶着される。加えて、接合凹部１５の側壁面１５Ａ
と、接合凸部１７の側壁面１７Ｃとの接合面は、超音波
の振幅方向に対して傾斜して（角度をなして）いるた
め、加振により摩擦・発熱を起こして溶着することがで
きる。
【００２６】これと同時に、被覆電線Ｗ１、Ｗ２と、こ
れらを囲繞する電線収容凹部１５Ｂ、１７Ａの内面と
は、電線に周回する曲面で接するため、超音波の振幅方
向に対して略全面が角度をなしており、超音波加振によ
り被覆電線Ｗ１、Ｗ２とこれら曲面とが溶着される。こ
のとき、溶融した被覆樹脂は、防止溝部１５Ｃ、１７Ｂ
を充填するため、外部から水分が浸入するのを有効に防
止することが可能となる。
【００２７】なお、防止溝部１５Ｃ、１７Ｂには、チッ
プ本体１１と蓋体１２とで被覆電線Ｗ１、Ｗ２を挟み込
んだときに、既に圧縮によりはみ出た被覆樹脂が入り込
んでいるため、超音波加振によりさらに被覆樹脂の充填
が進むと共に、充填された被覆樹脂と防止溝部１５Ｃ、
１７Ｂの内側面との溶着を促進することができる。
【００２８】図３は、電線収容凹部１５Ｂ、１７Ａと被
覆電線Ｗ１（Ｗ２）との接合部分を示す断面図である。
同図に示すように、超音波の振幅方向Ａに対して側壁面
１５Ａ、１７Ｃの接触面は、本実施形態では約３０°の
角度をなすため、超音波の振幅方向に対して投影面積を
有する。このため、この接触面では、側壁面１５Ａ、１
７Ｃどうしが衝突し合う方向に振動が発生して摩擦熱に
より溶着が行われる。また、このように側壁面１５Ａ、
１７Ｃをテーパ面としたことにより、接合凸部１７が接
合凹部１５内へ案内され易い形状となるため、チップ本
体１１と蓋体１２との組み付け性を向上させることがで
きる。また、同図に示すように、被覆電線Ｗ１（Ｗ２）
の被覆樹脂Ｗｍは、電線収容凹部１５Ｂ、１７Ａとで形
成される断面円形の空隙内に収容されるため、これら電
線収容凹部１５Ｂ、１７Ａの内壁との密着性がよく、超
音波加振により確実に振動加熱を起こして溶着される。
【００２９】〔第２実施形態〕図４〜図６は、本発明に
係る超音波加振による接合構造の第２実施形態を示して
いる。
【００３０】図中、２１は例えばコネクタなどの電線を
接続保持することのできる電線保持部材である。この電
線保持部材２１は、上下面にそれぞれ複数の電線を並列
に配置できる複数の電線配置溝部２２Ａが形成された電
線配置部２２を備えている。また、電線配置部２２の基
部の上下には、ヒンジ部材２３を介して揺動可能に設け
られ、且つ電線配置部２２の上面又は下面を覆うことの
可能な上蓋部材２４、下蓋部材２５が設けられている。
これら上下蓋部材２４、２５の電線配置部２２に接合す
る面には、電線押さえ溝部２４Ａ、２５Ａがそれぞれ形
成されている。また、電線配置部２２の上下部分の両側
には、上下蓋部材２４、２５と接合する接合面２２Ｂが
斜面をなすように形成されている。また、上下蓋部材２
４、２５の電線配置部２２の接合面２２Ｂに対応する位
置にも、この接合面２２Ｂに当接する接合面２４Ｂ、２
５Ｂがそれぞれ形成されている。図５は、上下蓋部材２
４、２５を電線配置部２２に接合した状態を示してい
る。
【００３１】なお、同図では被覆電線Ｗを省略して示し
ている。図５に示すように、超音波を方向Ａに振幅方向
が一致するようにして加振を行うと、接合面２２Ｂと接
合面２４Ｂ、２５Ｂとは振幅方向Ａと角度をなすため、
振幅方向に対する投影面積を有する。このため、接合面
どうしは確実に溶着される。
【００３２】図６（ａ）は被覆電線Ｗを電線配置部２２
の電線配置溝部２２Ａと上蓋部材２４の電線押さえ溝部
２４Ａとの間に収容する場合を示しており、図６（ｂ）
は被覆電線Ｗを収容した状態を示している。電線押さえ
溝部２４Ａと電線配置溝部２２Ａとで形成される電線収
容空隙は断面円形であるため、被覆電線Ｗの周面に電線
押さえ溝部２４Ａと電線配置溝部２２Ａの内壁面が確実
に接触して圧迫を加えることができるため、水密的な電
線保持を行うことができる。
【００３３】〔第３実施形態〕図７及び図８は、本発明
に係る超音波加振による接合構造の第３実施形態を示し
ている。本実施形態の接合構造は、一対の電線挟持体３
１、３２の間に被覆電線Ｗを挟持した状態で接合が行わ
れている。それぞれの電線挟持体３１、３２の対向面に
は、断面が半円形の複数の平行な電線収容溝部３１Ａ、
３２Ａがそれぞれ形成されている。そして、一方の例え
ば電線挟持体３１の電線収容溝部３１Ａに被覆電線Ｗを
配置して、他方の電線挟持体３２を組み合わせた状態で
超音波加振を行うことにより、図８に示すような接合構
造が得られる。この接合構造では、電線収容溝部３１
Ａ、３２Ａの形状が断面半円形状であるため、接合され
て形成される電線収容空隙の断面形状は円形になり、被
覆電線Ｗの周面に電線収容溝部３１Ａ、３２Ａの内壁面
が確実に接触して圧迫を加えることができるため、水密
的な電線保持を行うことができる。
【００３４】以上、第１実施形態〜第３実施形態につい
て説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能であ
る。例えば、上記した実施形態では、電線を収容する凹
部や防水溝部などの断面形状を半円形にしたが、例え
ば、図９に示すように、両部材Ｍ１、Ｍ２のそれぞれの
凹部４１、４２の断面形状を長円の半分の形状とし、超
音波加振による溶着により、同図（ｂ）に示すように、
両凹部４１、４２を合わせた断面形状が円形となるよう
にしてもよく、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、凹
部４１、４２の断面形状を半楕円形状として、溶着後の
両凹部４１、４２の形状が長軸が僅かに短くなった楕円
形状になるようにしてもよい。このように、凹部に角部
や隅部がないような形状とすることにより、溶着により
両部材Ｍ１、Ｍ２が溶融して凹部どうしが作る空間に被
覆電線Ｗを圧迫して収容することができ、水分などの侵
入を抑える構造とすることができる。また、上記した実
施形態では、被覆電線を用いた例を示したが被覆のない
電線を用いてもよいし、電線を用いない接合構造へも本
発明を適用することも勿論可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、段差を有する面であっても接合
する面全体が、超音波の振幅方向に角度をなすように形
成されているため、段差の側壁部でも発熱が起こり接合
部材を構成する材料が溶融して溶着され、一方向からの
１度の超音波加振により接合面全体を溶着させることが
できるという効果がある。
【００３６】請求項２記載の発明によれば、接合部材ど
うしに凹凸を設けることにより、超音波加振を行う前の
組み付け性を向上できる。
【００３７】請求項３記載の発明によれば、湾曲面どう
しを接合するため、接合面積を大きくして接合強度を大
きくすることができる。
【００３８】請求項４記載の発明によれば、互いに接合
する接合部材が合成樹脂でなるため、超音波加振による
溶融温度が比較的低い条件で溶着することができ、接合
効率を高めることができる。
【００３９】請求項５記載の発明によれば、一方向から
１度の超音波加振を行うことで、少なくとも、複数の被
覆電線が交差する部分を挟持した部分と、被覆電線を両
接合部材の凹部と凸部とで挟持した部分と、を同時に溶
着することができる。また、交差する部分の複数の被覆
電線の被覆は溶融して電線どうしが接触して接続が行わ
れ、被覆電線を接続、保持する構造を容易に形成するこ
とができる。
【００４０】請求項６記載の発明によれば、凹部と凸部
との間で被覆電線を包囲した状態で接合することができ
る。
【００４１】請求項７記載の発明によれば、凹部及び凸
部に対して被覆電線を水密的に接合させて保持すること
ができ、接合部材どうしの間に水分が浸入するのを防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波加振による接合構造の第１
実施形態の接合前の状態を示す分解斜視図である。
【図２】第１実施形態の接合状態を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態の接合状態を示す要部断面図であ
る。
【図４】本発明に係る超音波加振による接合構造の第２
実施形態を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態の接合状態を示す斜視図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は第２実施形態の要部断面図で
ある。
【図７】本発明に係る超音波加振による接合構造の第３
実施形態を示す斜視図である。
【図８】第３実施形態の接合状態を示す斜視図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る超音波加振によ
る接合構造の変形例を示す要部断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る超音波加振に
よる接合構造の変形例を示す要部断面図である。
【図１１】従来の接合構造を示す分解斜視図である。
【図１２】従来の接合構造を示す要部断面図である。
【符号の説明】
Ａ 振幅方向 Ｗ１、Ｗ２ 被覆電線 Ｗｍ 被覆樹脂 １１ チップ本体 １２ 蓋体 １３ 主溶着部 １５ 接合凹部 １５Ａ 側壁面 １５Ｂ 電線収容凹部 １５Ｃ 防水溝部 １６ 主溶着部 １７ 接合凸部 １７Ａ 電線収容凹部 １７Ｂ 防水溝部 １７Ｃ 側壁面 ２１ 電線保持部材 ２２ 電線配置部 ２２Ａ 電線配置溝部 ２２Ｂ 接合面 ２４ 上蓋部材 ２４Ａ 電線押さえ溝部 ２４Ｂ 接合面 ２５ 下蓋部材 ２５Ａ 電線押さえ溝部 ２５Ｂ 接合面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F211 AD03 AD05 AD15 AD23 AG03 AG07 AG23 AH33 AK03 TA01 TC12 TD09 TD11 TD13 TH02 TH17 TH18 TN22 5E051 GA06 GB05

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波加振により溶融する材料でなるそ
    れぞれの接合部材の、互いに接合し且つ段差を有する面
    どうしを超音波加振により溶着する接合構造であって、 前記互いに接合する面が、前記超音波の振幅方向に対し
    て角度をなすことを特徴とする超音波加振による接合構
    造。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波加振による接合構
    造であって、 前記互いに接合する面は、前記超音波の振幅方向に対し
    て凹凸を有し、前記凹凸の側壁面が前記超音波の振幅方
    向に対して角度をなすことを特徴とする超音波加振によ
    る接合構造。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の超音波加振による接合構
    造であって、 前記側壁面は湾曲面であることを特徴とする超音波加振
    による接合構造。
  4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
    超音波加振による接合構造であって、 前記接合部材は合成樹脂でなることを特徴とする超音波
    加振による接合構造。
  5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
    超音波加振による接合構造であって、 前記接合部材間に、合成樹脂で被覆された複数の被覆電
    線どうしが交差して挟持され、前記交差する部分から導
    出される被覆電線は、一方の前記接合部材側に形成され
    た凹部と、前記凹部に嵌め込まれる、他方の前記接合部
    材側に形成された凸部と、の間に挟持されることを特徴
    とする超音波加振による接合構造。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の超音波加振による接合構
    造であって、 前記凹部及び前記凸部には、接合時に前記被覆電線を囲
    繞する電線収納凹部がそれぞれ形成されていることを特
    徴とする超音波加振による接合構造。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の超音波加振による接合構
    造であって、 前記電線収容凹部には、被覆電線の合成樹脂が溶融して
    充填される、前記被覆電線を周回する防水溝部が、形成
    されていることを特徴とする超音波加振による接合構
    造。
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