JP2007149421A - 超音波接合方法及びその装置並びに電線束 - Google Patents

Abstract

【課題】芯線同士の接合ほつれや超音波振動による切れを防止した超音波接合方法、装置及び当該超音波接合方法を用いて芯線間が接合された電線を提供する。
【解決手段】電線１０の一部の被覆を剥がして芯線１１を露出させる。型２１、２２間、型２３、２４間にそれぞれ芯線束１２を挟む。制御回路３０が油圧シリンダ２７、２８を制御して型２１を左から右に、型２３を上から下に移動させる。これにより、芯線１１には芯線１１同士が密着する圧力が加えられる。その後、制御回路３０は油圧シリンダ２７、２８を制御して、芯線束１２に加えている圧力を弱めて加圧整形を終了した後、弱めた状態を保持しつつ圧電振動子３１により超音波振動を発生させて芯線１１同士を接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波接合方法及びその装置並びに電線束に係り、特に、複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして露出された芯線同士を超音波接合する超音波接合方法及びその装置並びに当該超音波接合方法を用いて芯線同士が接合された電線束に関するものである。

上述した従来の超音波接合方法としては、例えば、撚り線を構成する複数の芯線同士を接合する特許文献１の超音波接合方法を適用したものが考えられる。

つまり、超音波接合方法は、図８に示すように、まず複数の電線１００それぞれの被覆の一部を剥がして芯線１０１を露出させる（図８（ａ））。次に、この複数の電線１００の芯線１０１から成る芯線束１０２を、一対の型２０１及び２０２間と、一対の型２０３及び２０４との間に芯線束１０２を挟む（図８（ｂ））。次に、一対の型２０１を動かして芯線束１０２を加圧しながら超音波振動を付与して各芯線１０１間を超音波接合させる（図８（ｃ））。これにより、芯線束１０２を断面長方形に整形した状態で各芯線１０１同士が接合される（図８（ｄ））。
特開２００４−９５２９３号公報

しかしながら、上述した従来の超音波接合方法では、芯線束１０２に圧力を加えると同時に超音波振動を加えて、芯線束１０２を断面長方形に整形しつつ複数の芯線１０１間を接合している。これにより、図９に示すように、各芯線１０１間同士の密着性が低く隙間Ｓが生じた状態で超音波振動が加えられてしまい、芯線１０１に均一に超音波振動を加えることができない。

つまり、芯線１０１同士が接している部分Ａには強い超音波振動が加えられ、隙間Ｓを形成し芯線１０１同士が接していない部分Ｂには弱い超音波振動しか加えられない。このように芯線１０１に伝わる超音波振動が部分的に強かったり、弱かったりすると、芯線１０１の部分Ｂの接合がほつれたり、芯線１０１の部分Ａが超音波振動によって切れたりするという問題があった。

また、上述した従来の電線の超音波接合方法では、図８（ｄ）に示すように、芯線束１０２を断面長方形状に整形した状態で複数の芯線１０１間を超音波接合している。このため、芯線１０１同士の長方形の長手方向Ｙ１間の接合面積が短手方向Ｙ２間の接合面積に比べて小さくなる。つまり、芯線１０１同士の短手方向Ｙ２間の接合強度に比べて、芯線１０１同士の長手方向Ｙ１間の接合強度が弱くなり、長手方向Ｙ１を離間するように接合ほつれが生じやすくなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、芯線同士の接合ほつれや超音波振動による切れを防止した超音波接合方法及びその装置並びに当該超音波接合方法を用いて芯線同士が接合された電線束を提供することを第１の課題とする。

また、上述した従来の超音波接合方法では、図１０（ａ）に示すように、芯線１０１の先端が型２０１と型２０２との間に挟まれていない。同様に芯線１０１の先端が型２０３と型２０４との間に挟まれていない。このような状態で超音波振動が付与されると、図１０（ｂ）に示すように、型２０１及び２０２、型２０３及び２０４に接していた部分と接していなかった部分との境界でヒゲバリ３０１や芯線１０１の立ち上がりが発生し易くなる。従って、このヒゲバリ３０１により芯線１０１を被覆する絶縁部材４００が破壊され、絶縁不良が発生し易いという問題があった。そこで回避するために、絶縁部材４００の厚みを厚くして破壊しにくくすることが考えられるが、絶縁被覆４００の取り付け性が低下したり、重量増や材料増となってしまう。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、芯線を覆う絶縁部材の破壊による絶縁不良を防止することができる超音波接合方法及び当該超音波接合方法を用いて芯線間が接合された電線を提供することを第２の課題とする。

上記第１の課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させ、前記複数の電線の芯線同士が互いに密着する圧力をこれらの芯線に加え、前記圧力を弱めた後、前記圧力を弱めた状態を保持しつつ超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合することを特徴とする超音波接合方法に存する。

請求項１記載の発明によれば、複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させる。複数の電線の芯線同士が互いに密着する圧力をこれらの芯線に加える。この圧力を弱めた後、圧力を弱めた状態を保持しつつ超音波振動を複数の電線の芯線に付与して芯線同士を接合する。従って、芯線の加圧整形が完全に終了した状態、すなわち芯線同士の密着性が高く隙間が生じていない状態となり圧力を弱めた後で、超音波振動により芯線同士を接合することができる。

請求項２記載の発明は、前記複数の電線の芯線に前記圧力を加えて、断面正方形状に整形した後、前記圧力を弱めることを特徴とする請求項１記載の超音波接合方法に存する。

請求項２記載の発明によれば、複数の電線の芯線に圧力を加えて断面正方形状に整形した後、圧力を弱める。従って、断面長方形状に整形すると芯線間の長方形短手方向の接合強度に比べ長手方向の接合強度が弱くなり、接合ほつれが生じやすくなるが、断面正方形状にすることにより芯線間の正方形縦、横両方向の接合強度を同じにすることができる。

上記第１の課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させた後、前記複数の電線の芯線に圧力を加えてこれら芯線同士を互いに密着させ、かつ前記超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合する超音波接合方法において、前記複数の電線の芯線に前記圧力を加えて、断面正方形状に整形することを特徴とする超音波接合方法に存する。

請求項３記載の発明によれば、複数の電線の芯線に圧力を加えて断面正方形状に整形する。従って、断面長方形状に整形すると芯線間の長方形短手方向の接合強度に比べ長手方向の接合強度が弱くなり、接合ほつれが生じやすくなるが、断面正方形状にすることにより芯線間の正方形縦、横両方向の接合強度を同じにすることができる。

請求項４記載の発明は、前記芯線に加えられる圧力は、互いに交差する２方向から加圧されることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の超音波接合方法に存する。

請求項４記載の発明によれば、芯線に加えられる圧力は、互いに交差する２方向から加圧される。従って、２方向から加圧することにより、各芯線同士の密着性をより高めることができる。

請求項５記載の発明は、前記芯線に対する超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で行われ、前記一対の型を前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出させた状態で前記一対の型間に前記芯線を挟むことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の超音波接合方法に存する。

請求項５記載の発明によれば、超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に芯線を挟んだ状態で行われる。一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間が芯線を挟む。従って、一対の型間で芯線を挟んだ状態で芯線に超音波振動を加えたときに発生する芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

請求項６記載の発明は、前記芯線に対する超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟むとともに、前記一対の型のうち少なくとも一方が前記芯線の端面を当該型外に突出させた状態で行われ、前記超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合するとき又は接合した後に、前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置させたバリ防止治具が、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の超音波接合方法に存する。

請求項６記載の発明によれば、芯線に対する超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に芯線を挟むとともに、一対の型のうち少なくとも一方が芯線の端面をその型外に突出させた状態で行われる。超音波振動を複数の電線の芯線に付与して芯線同士を接合するとき又は接合した後に、芯線の端面を突出させた型と隣接して配置させたバリ防止治具が、芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟む。従って、一対の型のうち少なくとも一方が芯線の端面をその型外に突出させている。つまり、一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間に芯線を挟むことができなくても、バリ防止治具が芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟むため、芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

上記第２の課題を解決するためになされた請求項７記載の発明は、複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させた後、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に前記超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合方法において、前記一対の型を前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出させた状態で前記一対の型間に前記芯線を挟むことを特徴とする超音波接合方法に存する。

請求項７記載の発明によれば、超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に芯線を挟んだ状態で行われる。一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間が芯線を挟む。従って、一対の型間で芯線を挟んだ状態で芯線に超音波振動を加えたときに発生する芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

上記第２の課題を解決するためになされた請求項８記載の発明は、複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させた後、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に前記超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合方法において、前記芯線に対する超音波振動の付与は、前記一対の型のうち少なくとも一方が前記芯線の端面を当該型外に突出させた状態で行われ、前記超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合するとき又は接合した後に、前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置させたバリ防止治具が、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むことを特徴とする超音波接合方法に存する。

請求項８記載の発明によれば、芯線に対する超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に芯線を挟むとともに、一対の型のうち少なくとも一方が芯線の端面をその型外に突出させた状態で行われる。超音波振動を複数の電線の芯線に付与して芯線同士を接合するとき又は接合した後に、芯線の端面を突出させた型と隣接して配置させたバリ防止治具が、芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟む。従って、一対の型のうち少なくとも一方が芯線の端面をその型外に突出させている。つまり、一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間に芯線を挟むことができなくても、バリ防止治具が芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟むため、芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

請求項９記載の発明は、複数の電線それぞの一部の被覆を剥がして露出させた芯線同士が互いに密着する圧力をこれら芯線に加える加圧手段と、超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合する超音波接合手段とを備えた超音波接合装置において、前記加圧手段を制御して前記複数の電線の芯線に圧力を加えさせ、前記圧力を弱めさせた後、前記圧力を弱めた状態を保持させつつ前記超音波接合手段を制御して前記芯線同士の接合を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする超音波接合装置に存する。

請求項９記載の発明によれば、制御手段が、加圧手段を制御して複数の電線の芯線に圧力を加えさせ、圧力を弱めさせた後、圧力を弱めた状態を保持させつつ超音波接合手段を制御して前記芯線同士の接合を行わせる。従って、芯線の加圧整形が完全に終了した状態、すなわち芯線同士の密着性が高く隙間が生じていない状態となり圧力を弱めた後で、超音波振動により芯線同士を接合することができる。

請求項１０記載の発明は、前記制御手段が、前記加圧手段を制御して前記複数の電線の芯線を断面正方形状に整形させた後、前記加圧手段による圧力を弱めさせることを特徴とする請求項９記載の超音波接合装置に存する。

請求項１０記載の発明は、制御手段が、加圧手段を制御して複数の電線の芯線を断面正方形状に整形させた後、加圧手段による圧力を弱めさせる。従って、断面長方形状に整形すると芯線間の長方形短手方向の接合強度に比べ長手方向の接合強度が弱くなり、接合ほつれが生じやすくなるが、断面正方形状にすることにより芯線間の正方形縦、横両方向の接合強度を同じにすることができる。

請求項１１記載の発明は、複数の電線それぞの一部の被覆を剥がして露出させた芯線同士が互いに密着する圧力をこれら芯線に加える加圧手段と、超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合する超音波接合手段とを備えた超音波接合装置において、前記加圧手段を制御して前記複数の電線の芯線を断面正方形状に整形させる制御手段を備えたことを特徴とする超音波接合装置に存する。

請求項１１記載の発明によれば、制御手段が、加圧手段に圧力を加えさせて複数の電線の芯線を断面正方形状に整形させる。従って、断面長方形状に整形すると芯線間の長方形短手方向の接合強度に比べ長手方向の接合強度が弱くなり、接合ほつれが生じやすくなるが、断面正方形状にすることにより芯線間の正方形縦、横両方向の接合強度を同じにすることができる。

請求項１２記載の発明は、前記加圧手段は、前記芯線を挟む一対の第１の型と、該一対の第１の型の挟む方向と直交する方向から前記芯線を挟む一対の第２の型と、前記一対の第１の型のうち少なくとも一つと前記一対の第２の型のうち少なくとも一つとを移動して前記芯線に圧力を加えさせる移動手段とを有し、前記制御手段は、前記一対の第１の型間と前記一対の第２の型間との両距離が互いに等しく、かつ所定距離になったとき前記加圧手段による前記圧力を弱めさせることを特徴とする請求項１０又は１１記載の超音波接合装置に存する。

請求項１２記載の発明によれば、加圧手段内の移動手段が、芯線を挟む第１の一対の型及び該第１の一対の型の挟む方向と直交する方向から芯線を挟む第２の一対の型のうち少なくとも一つの型を動かして芯線に圧力を加えさせる。制御手段が、一対の第１の型間と一対の第２の型間との両距離が互いに等しく、かつ所定距離になったとき加圧手段による圧力を弱めさせる。従って、簡単な構成で複数の電線の芯線間の密着度を高めつつ断面正方形状に整形することができる。

請求項１３記載の発明は、前記加圧手段が、互いに相対する一対の型を有し、前記一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記芯線に前記圧力を加え、前記一対の型が、前記芯線の端面よりも前記長手方向の端面側に突出する構成となっていることを特徴とする請求項９〜１１何れか１項記載の超音波接合装置に存する。

請求項１３記載の発明によれば、加圧手段が一対の型間に芯線を挟んだ状態で芯線に圧力を加える。一対の型が、芯線の端面よりも長手方向の端面側に突出する構成となっている。従って、一対の型間で芯線を挟んだ状態で超音波振動を加えたときに発生する芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

請求項１４記載の発明は、前記加圧手段が、互いに相対する一対の型を有し、前記一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記芯線に前記圧力を加え、前記一対の型のうち少なくとも一方が、前記芯線の端面を当該型外に突出させる構成となっており、前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置され、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むバリ防止治具をさらに備えたことを特徴とする９〜１１何れか１項記載の超音波接合装置に存する。

請求項１４記載の発明によれば、加圧手段が一対の型間に芯線を挟んだ状態で芯線に圧力を加える。一対の型のうち少なくとも一方が、芯線の端面を当該型外に突出させる構成となっている。バリ防止治具が、芯線の端面を突出させた型と隣接して配置され、芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟む。従って、一対の型のうち少なくとも一方が芯線の端面をその型外に突出させている。つまり、一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間に芯線を挟むことができなくても、バリ防止治具が芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟むため、芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

請求項１５記載の発明は、互いに相対する一対の型を有し、該一対の型に複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして露出させた芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合装置において、前記一対の型が、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出する構成となっていることを特徴とする超音波接合装置に存する。

請求項１５記載の発明によれば、超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に芯線を挟んだ状態で行われる。一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間が芯線を挟む。従って、芯線に超音波振動を加えたときに発生する芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

請求項１６記載の発明は、互いに相対する一対の型を有し、該一対の型に複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして露出させた芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合装置において、前記一対の型のうち少なくとも一方が、前記芯線の端面を当該型外に突出させる構成となっており、前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置され、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むバリ防止治具をさらに備えたことを特徴とする超音波接合装置に存する。

請求項１６記載の発明によれば、一対の型のうち少なくとも一方が、芯線の端面を当該型外に突出させる構成となっている。バリ防止治具が、芯線の端面を突出させた型と隣接して配置され、芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟む。従って、一対の型のうち少なくとも一方が芯線の端面をその型外に突出させている。つまり、一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間に芯線を挟むことができなくても、バリ防止治具が芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟むため、芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

請求項１７記載の発明は、請求項１〜８何れか１項記載の超音波接合方法を用いて前記複数の芯線同士が接合された電線束に存する。

請求項１７記載の発明によれば、芯線同士の接合ほつれや超音波振動による芯線切れを防止できる超音波接合方法で芯線同士が接合される。また、芯線を覆う絶縁部材の破壊による絶縁不良を防止できる超音波接合方法で芯線同士が接合される。

以上説明したように請求項１及び９記載の発明によれば、芯線の加圧整形が完全に終了した状態、すなわち芯線同士の密着性が高く隙間が生じていない状態となり圧力を弱めた後で、超音波振動により芯線同士を接合することができるので、芯線同士の接合ほつれや超音波振動による芯線切れを防止することができる。

請求項２、３、１０及び１１記載の発明によれば、断面長方形状に整形すると芯線間の長方形短手方向の接合強度に比べ長手方向の接合強度が弱くなり、接合ほつれが生じやすくなるが、断面正方形状にすることにより芯線間の正方形縦、横両方向の接合強度を同じにすることができ、確実に芯線同士の接合ほつれや芯線切れを防止することができる。

請求項４記載の発明によれば、２方向から加圧することにより、各芯線同士の密着性をより高めることができるので、確実に芯線同士の接合ほつれや芯線切れを防止することができる。

請求項５、７、１３及び１５記載の発明によれば、一対の型間で芯線を挟んだ状態で芯線に超音波振動を加えたときに発生する芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができるので、芯線を覆う絶縁部材の破壊による絶縁不良を防止することができる。

請求項６、８、１４及び１６記載の発明によれば、一対の型のうち少なくとも一方が芯線の端面をその型外に突出させている。つまり、一対の型を芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出させた状態で一対の型間に芯線を挟むことができなくても、バリ防止治具が芯線の端面よりも電線の長手方向の端面側に突出し、かつ一対の型と共に芯線を挟むため、芯線のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができるので、芯線を覆う絶縁部材の破壊による絶縁不良を防止することができる。

請求項１２記載の発明によれば、簡単な構成で複数の電線の芯線間の密着度を高めつつ断面正方形状に整形することができ、コストダウンを図ることができる。

請求項１７記載の発明によれば、芯線同士の接合ほつれや超音波振動による芯線切れを防止できる超音波接合方法で芯線間が接合される。また、芯線を覆う絶縁部材の破壊による絶縁不良を防止できる超音波接合方法で芯線間が接合される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明の超音波接合方法を用いた超音波接合装置の正面図であり、図３は本発明の超音波接合方法を用いて芯線同士が溶着接合された電線の斜示図である。図４（ａ）及び（ｂ）は各々、図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面及びＩＩ−ＩＩ線断面図である。図５（ａ）及び（ｂ）は各々、図１（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図及びＩＶ−ＩＶ線断面図である。

まず、本発明の超音波接合方法に用いられる超音波接合装置２０について説明する。図１及び図２に示すように、超音波接合装置２０は、複数の電線１０それぞれの一部の被覆を剥がして露出した芯線１１の束である芯線束１２を図面左右方向Ｙ３から挟む略箱型の一対の型２１、２２（一対の第１の型）と、左右方向Ｙ３と直交する上下方向Ｙ４から芯線束１２を挟む略箱型の一対の型２３、２４（一対の第２の型）とを備えている。

上述した型２１は、型２２に近づく方向（即ち図面左から右に向かう方向）に移動して芯線束１２に圧力を加える。型２３は、型２４に近づく方向（即ち図面上から下に向かう方向）に移動して芯線束１２に圧力を加える。即ち、上記超音波接合装置２０は、互いに直角に交差する左右方向Ｙ３及び上下方向Ｙ４の２方向から芯線束１２に対する加圧を行うことができる。

また、上述した型２１〜２４のうち一つの型２４には、超音波接合手段としての圧電振動子３１が取り付けられている。圧電振動子３１は、図示しない電源などにより印加されて例えば周波数が１０ｋＨｚから８０ｋＨｚの超音波で振動する。このとき、圧電振動子３１は、左右方向Ｙ３または上下方向Ｙ４に沿って、超音波振動する。

また、超音波振動とは、圧電振動子３１に電圧を印加して、この圧電振動子３１が振動などして、電気的なエネルギーを機械的な振動に変換して得られる振動をいう。型２４には、圧電振動子３１が取り付けられている。このため、圧電振動子３１の超音波振動により、型２４は左右方向Ｙ３または上下方向Ｙ４に沿って振動する。上述した圧電振動子３１は、制御回路３０によりその振動が制御されている。

上述した型２１は、型２４の上面２４ａに沿って左右方向Ｙ３に移動可能に設けられている。型２２は型２４の右側面２４ｂに沿って上下方向Ｙ４に移動可能に設けられている。型２３は、例えば型２２に設けられた左右方向Ｙ３に貫通する貫通孔に挿入することにより、型２２に対して左右方向Ｙ３に移動可能に設けると共に型２２に対して上下方向４に固定される。また、超音波接合装置２０は、型２２の右側面２２ａと当接して型２２の左から右に向かう方向の移動を固定する固定手段２５と、型２４の下面２４ｃと当接して型２４の上から下に向かう方向の移動を固定する固定手段２６を備えている。

上述した型２１は、図１（ｂ）に示すように、移動手段である例えば油圧シリンダ２７内のピストン２７ａから力を受けると、型２４の上面２４ａに沿って左から右に移動し、これにより芯線束１２に圧力を加えることができる。一方、型２３は移動手段である例えば油圧シリンダ２８内のピストン２８ａからの力を受けると、この型２３に固定された型２２と共に、型２４の右側面２４ｂに沿って上から下に移動し、これにより芯線束１２に圧力を加えることができる。

また、３０は、制御回路（＝制御手段）であって、この制御回路３０により油圧シリンダ２７、２８及び圧電振動子３１が制御されている。また、超音波接合装置２０は、型２１の左右方向Ｙ３における移動量を検出する変位センサ３２と、型２３の上下方向Ｙ４における移動量を検出する変位センサ３３とを備えている。

この変位センサ３２は、例えば型２１の左側面に固定され型２１と共に移動する可動鉄心３２ａと、可動鉄心３２ａに巻かれたコイル３２ｂと、このコイル３２ｂに生じる可動鉄心３２ａの移動に応じた誘導電圧から型２１の移動量を検出する検出回路３２ｃとを備えている。

変位センサ３３は、例えば型２３の上側面に固定され型２３と共に移動する可動鉄心３３ａと、可動鉄心３３ａに巻かれたコイル３３ｂと、このコイル３３ｂに生じる可動鉄心３３ａの移動量に応じた誘導電圧から型２３の移動量を検出する検出回路３３ｃとを備えている。これら変位センサ３２、３３の検出結果は各々制御回路３０に供給されている。なお、変位センサ３２、３３としては上述した接触式変位センサだけでなく非接触式などの従来公知の別の変位センサを用いても良い。

上述した構成の超音波接合装置２０を用いた超音波接合方法の手順について以下説明する。超音波接合装置２０の初めの状態は、図１（ａ）に示すように、型２１及び型２２間の下側は型２４によって塞がれているが、上側は塞がれていない。まず、複数の電線１０、それぞれの一部の被覆を剥がして芯線１１を露出させる。

このとき、図４に示すように、芯線１１の長手方向Ｙ５の長さＬ１が型２１、２２、２３及び２４の長手方向Ｙ５の長さＬ２、Ｌ３のうち最も短い長さＬ２よりも短くなるように被覆を剥がす。次に、芯線束１２を上側から型２１及び型２２間に挿入した後、型２４上に搭載する。

次に、型２３を右から左に移動して、型２１及び型２２間の上端を塞ぐ。これにより、芯線束１２は、左右方向Ｙ３両側が型２１−型２２間に挟まれ、上下方向Ｙ４両側が型２３−型２４間に挟まれる。

また、型２１、２２、２３及び２４の長手方向Ｙ５の長さＬ２、Ｌ３のうち最も短い長さＬ２が、芯線１１の長手方向Ｙ５の長さＬ１よりも長くなっている。つまり、図４（ｂ）に示すように、一対の型２１、２２が芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５の端面側に突出する構成となっている。即ち、芯線１１の端面Ｔよりも一対の型２１、２２が長手方向Ｙ５端面側に突出した状態で一対の型２１、２２間に芯線１１が挟まれる。

また、図４（ａ）に示すように、一対の型２３、２４が芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５側に突出する構成となっている。即ち、芯線１１の端面Ｔよりも一対の型２３、２４が長手方向Ｙ５端面側に突出した状態で一対の型２３、２４間に芯線１１が挟まれる。次に、型２２の右側面２２ａを固定手段２５によって固定し、型２４の下面２４ｃを固定手段２６によって固定する。

次に、図１（ｂ）に示すように、制御回路３０が、油圧シリンダ２７、２８を制御して複数の電線１０の芯線１１同士が互いに密着する圧力をこれらの芯線１１に加える。詳しくは、油圧シリンダ２７、２８のピストン２７ａ、２８ｂを駆動させる。ピストン２７ａ、２８ｂが駆動して力を受けると、上述した型２１は型２４の上面２４ａに沿って左から右に移動し、型２３は、この加圧型２４に固定された型２２と共に、型２４の右側面２４ｂに沿って上から下に移動する。

一方、芯線束１２の右側及び下側は型２２及び型２４によって押さえられるため、芯線束１２には型２１によって左から右に向かう圧力が加えられ、型２３によって上から下に向かう圧力が加えられる。この圧力により断面丸状の芯線１１は断面矩形状に変形する。

また、制御回路３０は、型２１の左右方向Ｙ３の移動量、型２３の上下方向Ｙ４の移動量を各々検出する変位センサ３２、３３の検出結果に基づいて、型２１−型２２間距離Ｗ２、型２３−型２４間距離Ｗ１を求める。制御回路３０は、型２１−型２２間距離Ｗ２と、型２３−型２４間距離Ｗ１との両距離が互いに等しくなるように油圧シリンダ２７、２８を制御する。また、制御回路３０は、型２１−型２２間距離Ｗ２と型２３−型２４間距離Ｗ１とが予め定めた距離Ｗになるように油圧シリンダ２７、２８を制御する。

即ち、制御回路３０は、芯線１１を断面正方形に整形する。その後、制御回路３０は、油圧シリンダ２７、２８を制御して型２１、型２３による加圧を弱めて加圧整形を終了する。加圧整形終了後は、芯線１１の断面はほぼ完全な矩形状に変形し、芯線１１同士の密着性が高く隙間が生じていない状態に加圧整形されている。

また、圧力を弱めるとあるが、これは芯線１１間がほどけずに密着性が保持でき、かつ芯線束１２に加える圧力を芯線１１の変形が生じない程度の圧力に落としても良い。または油圧シリンダ２７及び２８により加圧整形終了時の位置に型２１及び２３を固定して圧力を０まで落としてもよいが、圧力を弱くしても、加圧し続けることが望ましい。

次に、制御回路３０は、圧力を弱めた状態を保持し、望ましくは加圧した状態で圧電振動子３１を制御して超音波振動させる。これにより、型２４を介して超音波振動が芯線１１に付与され、芯線１１同士を溶着接合する。このとき当然、超音波振動の付与は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、一対の型２１、２２及び一対の型２３、２４を芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５の端面側に突出させたせ芯線１１を挟まれた状態で行われることとなる。その後、図２（ｂ）に示すように、型２３を右から左に移動させて、型２１及び２２の上側を開口させ、上記開口から芯線１１を取り出すと芯線１１同士が超音波接合された電線束５０を得ることができる。その後、芯線束１２部分に絶縁被覆（図示せず）を被せる。

以上のことから明らかなように、型２１及び２２が一対の第１の型に相当し、型２３及び２４が一対の第２の型に相当する。また、一対の型２１、２２及び一対の型２３及び２４と油圧シリンダ２７及び２８が請求項中の加圧手段を構成する。

以上の超音波接合方法及び装置によれば、芯線１１の加圧整形が完全に終了した状態、すなわち図１（ｂ）に示すように芯線１１同士の密着性が高く隙間が生じていない状態となり圧力を弱めた後で、超音波振動により芯線１１同士を接合することができる。これにより、芯線１１間の接合点に対して均一に超音波振動を加えることができ、芯線１１同士の接合ほつれや超音波振動による芯線切れを防止することができる。

また、上述した超音波接合方法及び装置によれば、制御回路３０は、油圧シリンダ２７尾ｙび２８を制御して、芯線束１２を断面正方形状に整形している。従って、図８（ｃ）に示すように、断面長方形状に整形すると芯線１１間の長方形短手方向Ｙ２の接合強度に比べ長手方向Ｙ１の接合強度が弱くなり、接合ほつれが生じやすくなるが、図３に示すように、断面正方形状にすることにより芯線１１間の正方形縦、横両方向である左右方向Ｙ３及び上下方向Ｙ４の接合強度をほぼ同じにすることができる。これにより、より確実に芯線１１同士の接合ほつれや芯線切れを防止することができる。

また、上述した超音波接合方法によれば、左右方向Ｙ３、上下方向Ｙ４の２方向から加圧して芯線束１２を加圧整形している。これにより、各芯線１１同士の密着性をより高めて加圧整形することができ、より確実に芯線１１同士の接合ほつれや芯線切れを防止することができる。

また、上述した超音波接合方法及び装置によれば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、芯線束１２に対する超音波振動の付与は、一対の型２１、２３及び一対の型２３、２４を芯線１１の端面よりも長手方向Ｙ５の端面側に突出させた状態で一対の型２１、２３間及び一対の型２３、２４間にそれぞれ芯線１１が挟んで行われる。このため、超音波接合時にヒゲバリや立ち上がりが発生してしまうことを防止することができ、芯線１１を覆う絶縁部材の破壊による絶縁不良を防止することができる。また、絶縁部材の厚みを厚くしなくてもヒゲバリや立ち上がりによる破壊を防ぐことができるため、重量減、材料減を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、芯線束１２に対する超音波振動の付与を、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、一対の型２１、２３及び一対の型２３、２４を芯線１１の端面よりも長手方向Ｙ５の端面側に突出させた状態で行っていた。しかしながら、例えば図７に示すように、芯線１１の長さＬ１よりも型２１、２２及び２３の長手方向Ｙ５長さＬ２が短く、型２１、２２及び型２３を芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５端面側に突出できないことがある。言い換えると、型２１、２２及び２３が、芯線１１の端面Ｔを当該型２１、２２及び２３外に突出させる構成となっている場合、型２１、２２及び２３とは別にバリ防止治具２９ａ〜２９ｃを用意する。

そして、型２１及び型２３による芯線１１の加圧整形が終了して芯線１１に超音波振動を付与するとき、図７に示すように、芯線１１の端面Ｔを突出させた型２１、２２及び２３に隣接してバリ防止治具２９ａ〜２９ｃを配置させる。このバリ防止治具２９ａ〜２９ｃの長手方向Ｙ５の長さＬ４と型２１、２２及び２３の長さＬ２とを合わせた長さＬ５（＝Ｌ１＋Ｌ４）は、芯線１１の長さＬ１よりも長くなる。

これにより、バリ防止治具２９ａ及び２９ｃが、図７（ｂ）に示すように、芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５の端面側に突出し、かつ一対の型２１、２２と共に芯線１１を挟むように配置される。また、バリ防止治具２９ｂが、図７（ａ）に示すように、芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５の端面側に突出し、かつ一対の型２３、２４と共に芯線１１を挟むように配置される。

また、圧電振動子３１による超音波接合が終了した後、図７に示すように、芯線１１の端面Ｔを突出させた型２１、２２及び２３に隣接してバリ防止治具２９ａ〜２９ｃを配置させる。このとき、同様に、バリ防止治具２９ａ及び２９ｃが、図７（ｂ）に示すように、芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５の端面側に突出し、かつ一対の型２１、２２と共に芯線１１を挟むように配置する。また、バリ防止治具２９ｂが、図７（ａ）に示すように、芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５の端面側に突出し、かつ一対の型２３、２４と共に芯線１１を挟むように配置する。

これにより、型２１、２２及び２３が芯線１１の端面Ｔをその型２１、２２及び２３外に突出させている。つまり、一対の型２１、２２及び一対の型２３、２４を各々芯線１１の端面Ｔよりも電線１０の長手方向Ｙ５の端面Ｔ側に突出させた状態で一対の型２１、２２間及び一対の型２３、２４間にそれぞれ芯線１１を挟むことができなくても、バリ防止治具２９ａ〜２９ｃが芯線１１の端面Ｔよりも電線１０の長手方向Ｙ５の端面１０側に突出し、かつ一対の型２１、２２及び一対の型２３、２４と共に芯線１１を挟むため、芯線１１のヒゲバリ、立ち上がりを防止することができる。

このため、上述した実施形態と同様に、芯線１１を覆う絶縁部材の破壊による絶縁不良を防止することができる。また、絶縁部材の厚みを厚くしなくてもヒゲバリや立ち上がりによる破壊を防ぐことができるため、重量減、材料減を図ることができる。

また、上述した実施形態では、芯線１１を加圧整形する際、型２１、２２の両方を移動させて芯線１１に２方向から圧力を加えていた。しかしながら、本発明はこれに限らず例えば型２１〜２４の何れか１つを互いに対になる型２１〜２４に近づく方向に移動させて１方向から圧力を加えて加圧整形してもよい。

また、上述した実施形態では、芯線１１を断面正方形状に加圧整形していた。しかしながら、本発明はこれに限らず例えば長方形状などであってもよい。

また、芯線１１を断面正方形状に加圧整形すること、超音波振動の付与を一対の型２１、２２及び一対の型２３、２４を芯線１１の端面Ｔよりも長手方向Ｙ５の端面側に突出させた状態で一対の型２１、２２間及び一対の型２３、２４間に各々芯線１１を挟んで行うこと、さらに、超音波接合時又は接合後、芯線１１の端面Ｔを突出させた型２１、２２及び２３と隣接してバリ防止治具２９ａ〜２９ｃを配置することは、上述したように芯線１１の加圧整形を終了して圧力を落とした後、圧力を落とした状態を保ちつつ超音波による接合を行う超音波接合方法及び装置に限って適用されるものではない。例えば、芯線１１に加えた圧力を落とさずに超音波接合を行う方法などにも適用することができる。

また、上述した実施形態では、芯線１１に対して互いに直交する２方向から圧力を加えていた。しかしながら、本発明は互いに交差する２方向から圧力を加えればよく、直交させなくてもよい。

また、上述した実施形態では、型２４に圧電振動子３１を取り付けていた。しかしながら、例えば、型２１、２２及び２３に超音波圧電素子３１を取り付けてもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の超音波接合方法を用いた超音波接合装置２０を説明するための図である。 本発明の超音波接合方法を用いた超音波接合装置２０を説明するための図である。 本発明の超音波接合方法を用いて芯線同士が溶着接合された電線の斜示図である。 （ａ）及び（ｂ）は各々、図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面及びＩＩ−ＩＩ線断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は各々、図１（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図及びＩＶ−ＩＶ線断面図である。 他の実施形態の超音波接合方法を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は各々、図６のＶＩ−ＶＩ線断面図及びＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 従来の電線の超音波接合方法を説明するための電線の斜示図である。 従来の問題点を説明するための図である。 従来の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０ 電線
１１ 芯線
１２ 芯線束
２１ 型（一対の第１の型、加圧手段）
２２ 型（一対の第１の型、加圧手段）
２３ 型（一対の第２の型、加圧手段）
２４ 型（一対の第２の型、加圧手段）
２７ 油圧シリンダ（移動手段、加圧手段）
２８ 油圧シリンダ（移動手段、加圧手段）
３１ 圧電振動子（超音波接合手段）
２９ａ〜２９ｃ バリ防止治具
３０ 制御回路（制御手段）

Claims (17)

1. 複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させ、
   前記複数の電線の芯線同士が互いに密着する圧力をこれらの芯線に加え、
   前記圧力を弱めた後、前記圧力を弱めた状態を保持しつつ超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合することを特徴とする超音波接合方法。
2. 前記複数の電線の芯線に前記圧力を加えて、断面正方形状に整形した後、前記圧力を弱めることを特徴とする請求項１記載の超音波接合方法。
3. 複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させた後、前記複数の電線の芯線に圧力を加えてこれら芯線同士を互いに密着させ、かつ前記超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合する超音波接合方法において、
   前記複数の電線の芯線に前記圧力を加えて、断面正方形状に整形することを特徴とする超音波接合方法。
4. 前記芯線に加えられる圧力は、互いに交差する２方向から加圧されることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の超音波接合方法。
5. 前記芯線に対する超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で行われ、
   前記一対の型を前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出させた状態で前記一対の型間に前記芯線を挟むことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の超音波接合方法。
6. 前記芯線に対する超音波振動の付与は、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟むとともに、前記一対の型のうち少なくとも一方が前記芯線の端面を当該型外に突出させた状態で行われ、
   前記超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合するとき又は接合した後に、前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置させたバリ防止治具が、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の超音波接合方法。
7. 複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させた後、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に前記超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合方法において、
   前記一対の型を前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出させた状態で前記一対の型間に前記芯線を挟むことを特徴とする超音波接合方法。
8. 複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして芯線を露出させた後、互いに相対する一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に前記超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合方法において、
   前記芯線に対する超音波振動の付与は、前記一対の型のうち少なくとも一方が前記芯線の端面を当該型外に突出させた状態で行われ、
   前記超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合するとき又は接合した後に、前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置させたバリ防止治具が、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むことを特徴とする超音波接合方法。
9. 複数の電線それぞの一部の被覆を剥がして露出させた芯線同士が互いに密着する圧力をこれら芯線に加える加圧手段と、超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合する超音波接合手段とを備えた超音波接合装置において、
   前記加圧手段を制御して前記複数の電線の芯線に圧力を加えさせ、前記圧力を弱めさせた後、前記圧力を弱めた状態を保持させつつ前記超音波接合手段を制御して前記芯線同士の接合を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする超音波接合装置。
10. 前記制御手段が、前記加圧手段を制御して前記複数の電線の芯線を断面正方形状に整形させた後、前記加圧手段による圧力を弱めさせることを特徴とする請求項９記載の超音波接合装置。
11. 複数の電線それぞの一部の被覆を剥がして露出させた芯線同士が互いに密着する圧力をこれら芯線に加える加圧手段と、超音波振動を前記複数の電線の芯線に付与して前記芯線同士を接合する超音波接合手段とを備えた超音波接合装置において、
    前記加圧手段を制御して前記複数の電線の芯線を断面正方形状に整形させる制御手段を備えたことを特徴とする超音波接合装置。
12. 前記加圧手段は、前記芯線を挟む一対の第１の型と、該一対の第１の型の挟む方向と直交する方向から前記芯線を挟む一対の第２の型と、前記一対の第１の型のうち少なくとも一つと前記一対の第２の型のうち少なくとも一つとを移動して前記芯線に圧力を加えさせる移動手段とを有し、
    前記制御手段は、前記一対の第１の型間と前記一対の第２の型間との両距離が互いに等しく、かつ所定距離になったとき前記加圧手段による前記圧力を弱めさせることを特徴とする請求項１０又は１１記載の超音波接合装置。
13. 前記加圧手段が、互いに相対する一対の型を有し、前記一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記芯線に前記圧力を加え、
    前記一対の型が、前記芯線の端面よりも前記長手方向の端面側に突出する構成となっていることを特徴とする請求項９〜１１何れか１項記載の超音波接合装置。
14. 前記加圧手段が、互いに相対する一対の型を有し、前記一対の型間に前記芯線を挟んだ状態で前記芯線に前記圧力を加え、
    前記一対の型のうち少なくとも一方が、前記芯線の端面を当該型外に突出させる構成となっており、
    前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置され、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むバリ防止治具をさらに備えたことを特徴とする９〜１１何れか１項記載の超音波接合装置。
15. 互いに相対する一対の型を有し、該一対の型に複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして露出させた芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合装置において、
    前記一対の型が、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出する構成となっていることを特徴とする超音波接合装置。
16. 互いに相対する一対の型を有し、該一対の型に複数の電線それぞれの一部の被覆を剥がして露出させた芯線を挟んだ状態で前記複数の電線の芯線に超音波振動を付与して前記芯線同士を接合する超音波接合装置において、
    前記一対の型のうち少なくとも一方が、前記芯線の端面を当該型外に突出させる構成となっており、
    前記芯線の端面を突出させた型と隣接して配置され、前記芯線の端面よりも前記電線の長手方向の端面側に突出し、かつ前記一対の型と共に前記芯線を挟むバリ防止治具をさらに備えたことを特徴とする超音波接合装置。
17. 請求項１〜８何れか１項記載の超音波接合方法を用いて前記複数の芯線同士が接合された電線束。

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