JP2009021176A - 電線の超音波接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電線の超音波接合時における導体の汚染物質や酸化被膜を取り除くことができ、これにより電線を被接合部が充分な接合強度で接合される優れた電線の超音波接合方法を提供する。
【解決手段】電線の超音波接合方法は、複数の芯線２からなる電線１の導体部分３を、被接続部４の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型する成型工程Ｓ１１と、プレス成型する工程後の導体部分３の汚染物質を除去する除去工程Ｓ１２と、被接続部４に導体部分３を配置させる配置工程Ｓ１３と、導体部分３を加圧して超音波振動を加えて被接続部４に接合する接合工程Ｓ１４とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、電線の超音波接合方法に関し、複数の芯線からなる導体部分である撚り線等の電線を、端子等の被接続部に接合させるための電線の超音波接合方法に関する。

従来から電線の超音波接合方法は知られている（例えば、特許文献１参照）。図８及び図９は、特許文献１で開示されている電線の超音波接合方法を示す斜視図である。

図８及び図９を参照すると、電線の超音波接合方法では、複数の芯線１０１からなる電線１００の導体部分１０２（図８（ａ）参照）を、厚み方向から加圧しながら各芯線１０１に超音波振動を与え（図８（ｂ）参照）、平板状に一体成型する（図９（ａ）参照）。その後、当該導体部分１０２を端子１０３に超音波接合させる（図９（ｂ）参照）。

上述した電線の超音波接合方法では、電線１００の導体部分１０２を平板状に成型する際、超音波振動を与えることにより各芯線１０１を接合させるので、接合部の良好な電気的性能を得ることができる。

しかしながら、２回に渡っての超音波振動を与えることに起因する電線１００の導体部分１０２へのストレスが大きく、芯線切れが起こり易くなるという問題があった。すなわち、１回目の超音波振動を与える時（図８（ｂ）参照）には、電線１００の符号Ａ部分に接合ストレスが集中してかかる。また、２回目の超音波振動を与えることによる接合時（図９（ｂ）参照）にも、電線１００の符号Ａ部分に更に接合ストレスが集中してかかり、それらの接合ストレスの集中に起因して、芯線切れが起こり易いという問題があった。

そこで、特許文献２では、電線の超音波接合方法として、複数の芯線からなる電線の導体部分を、被接続部の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型した後、被接続部に嵌挿させ、更に加圧しながら超音波振動により被接続部に接合させる方法が開示されている。

それにより、電線の導体部分を、被接続部の幅に合わせて平板状にプレス成型した後、超音波振動により被接続部に接合させることにより、電線の超音波接合時における導体（芯線）切れが防止され、耐久性及び信頼性に優れた電線の超音波接合方法が得られる。
特開２００４―０９５２９３号公報 特開２００６―１７２９２７号公報

上述した特許文献２に開示される電線の超音波接合方法では、超音波接合を実施する前に、超音波振動を与えないで厚み方向から加圧することのみにより電線を平板状に成型することで、接合による電線の切れを防止していた。また、導体部分と被接続部が同種の金属の場合には、この電線の超音波接合方法によって充分の強度で接合させることができていた。

しかしながら、電線の導体部分の金属と、被接続部の金属又は被接続部の表面にめっきされた金属が異種金属の場合、例えば、導体部分がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、被接続部又はそのめっきされた表面が銅又は銅合金からなる場合、あるいは、導体部分が銅又は銅合金からなり、被接続部又はそのめっきされた表面がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、電線を平板状に成型するときに、電線の被覆部から排出される酸化防止剤等により汚染されたり、アルミニウムやアルミニウム合金等からなる芯線が空気中にさらされることにより形成される酸化被膜により、電線と被接合部との接合が充分な接合強度で行われない可能性があるという問題点があった。

本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電線の超音波接合時における導体の汚染物質や酸化被膜を取り除くことができ、これにより導体と被接続部が異種金属同士であっても電線を被接合部が充分な接合強度で接合される優れた電線の超音波接合方法を提供することにある。

本発明に係る電線の超音波接合方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
第１の電線の超音波接合方法（請求項１に対応）は、複数の芯線からなる電線の導体部分を、厚み方向から加圧して断面矩形にプレス成型する成型工程と、成型工程後の導体部分の汚染物質を除去する除去工程と、被接続部に導体部分を配置させる配置工程と、導体部分を加圧して超音波振動を加え被接続部に接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
第２の電線の超音波接合方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、好ましくは、被接続部は電線の導体部分とは異種の金属からなることを特徴とする。
第３の電線の超音波接合方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは、除去工程は、成型工程後の導体部分に機械的研磨を施す工程であることを特徴とする。
第４の電線の超音波接合方法（請求項４に対応）は、上記の方法において、好ましくは、除去工程は、成型工程後の導体部分にレーザ光を照射する工程であることを特徴とする。
第５の電線の超音波接合方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくは、除去工程は、成型工程後の導体部分に熱エネルギを加える工程であることを特徴とする。

本発明によれば、成型工程の後に汚染物質の除去工程を設けたため、プレス成型後に、導体部分に付着した汚染物質や酸化被膜を除去することができるので、電線と被接続部との接合が充分な強度で行うことができる。

以下、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法に用いられる超音波接合装置を示す概要図である。図２及び図３は、本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法に用いられる超音波接合装置を示す要部斜視図であり、図２（ａ）は、皮むき後で接合前の電線であり、図２（ｂ）は、電線及び電線の導体部分を平板状（断面矩形）にプレスするプレス成型機であり、図３（ａ）は、プレス成型機により導体部分が平板状（断面矩形）にプレスされた電線であり、図３（ｂ）は、超音波振動するホーンにより加圧されつつ端子に導体部分を超音波接合される電線を示す。

最初に、図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法を適用される電線の超音波接合装置１０について説明する。

電線の超音波接合装置１０は、台座５０の上に、成型手段５１と、プレス成型後の導体部分の汚染物質を除去する除去手段５２と、導体部分を加圧して超音波振動を加えて被接続部に接合する接合手段５３を備えている。成型手段５１は、複数の芯線２からなる電線１の導体部分３の幅を、被接続部である端子４の接合幅Ｗに合わせて規制するプレス金型１１と、プレス金型１１により幅を規制された電線１の導体部分３を、厚み方向から加圧するプレス成型機１２とを備えている。除去手段５２は、プレス成型した後の導体部分３の汚染物質を除去するために機械的研磨を施す機械研磨装置２４から成っている。接合手段５３は、プレス成型され、機械的研磨をされた電線１の導体部分３を、加圧しながら金型１５の上に設置された端子４に超音波接合させる加圧加振ホーン１３とを備えている。

なお、電線１としては、塑性変形し易い材質からなる導体部分を持つ電線（例えばアルミニウム電線又はアルミニウム合金電線）が用いられる。また、被接続部である端子４は導体部分とは異種の金属（例えば銅又は銅合金）からなるか、導体部分とは異種の金属（例えば銅又は銅合金）で表面がめっきされたものが用いられる。また、電線１に銅又は銅合金からなる導体部分を持つ電線が用いられ、被接続部である端子４に導体部分とは異種の金属（例えばアルミニウム又はアルミニウム合金）からなるか、導体部分とは異種の金属（例えばアルミニウム又はアルミニウム合金）で表面がめっきされたものが用いられる。さらに、電線１の導体部分の金属と被接続部又はそのめっきされた表面の金属が同種の場合でも良い。

すなわち、プレス金型１１には、導体幅規制溝１４が設けられており、導体幅規制溝１４は、端子４の接合幅Ｗに合わせた幅を有し、電線１の導体部分３を嵌挿されることにより、導体部分３の幅を端子４の接合幅Ｗに合わせて規制する。導体幅規制溝１４における電線１の導体部分３の嵌挿側には、面取り形状１４ａが設けられる。面取り形状１４ａにより、プレス金型１１の導体幅規制溝１４への電線１の導体部分３の嵌挿が、円滑かつ確実に行われる。

プレス成型機１２は、プレス金型１１により幅を規制された電線１の導体部分３を、厚み方向（図２（ｂ）中の矢印Ｂ参照）から加圧して所定の平板状にプレス成型する。

機械研磨装置２４は、図５に示すように駆動源２１によって回転する回転軸２２に取り付けられた砥石２３からなり、端子４との接合面に対して機械的な研磨を行い、プレス成型時に導体に付着した汚染物質や酸化被膜を接合前に除去する。

加圧加振ホーン１３は、プレス成型され機械的研磨された電線１の導体部分３を端子４に嵌合させた図３（ｂ）に示す状態で、該導体部分３を金型１５との間で加圧（図３（ｂ）中の矢印Ｃ参照）しながら、端子４に図３（ｂ）中の矢印Ｄで示した方向に振動する超音波振動を与え、超音波接合させる。なお、金型における端子４との接触部分は、端子４の形状に合わせた形状に形成されており、これにより電線１の導体部分３と端子４との高い密着性が確保され、良好な接合性が得られる。また、超音波振動の振動方向を矢印Ｄで示したが、この方向に限定する必要はない。

次に、本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法を説明する工程図である。第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法は、成型工程（ステップＳ１１）と、除去工程（ステップＳ１２）と、配置工程（ステップＳ１３）と、接合工程（ステップＳ１４）を含んでいる。

ステップＳ１１の成型工程では、複数の芯線２からなる電線１の導体部分３を、被接続部である端子４の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型する。最初に、図２（ａ）に示すように、電線１を皮剥きして複数の芯線２からなる導体部分３を露出させる。次に、図２（ｂ）に示すように、露出した電線１の導体部分３を、プレス金型１１の導体幅規制溝１４に嵌挿させ、端子４の接合幅Ｗに合わせて幅方向に規制する。この状態で、プレス成型機１２により、電線１の導体部分３を厚み方向から加圧して、図３（ａ）に示すような所定の平板状にプレス成型させる。

ステップＳ１２の除去工程では、プレス成型する工程後の導体部分３の汚染物質を除去する。この除去工程では、成型工程後の導体部分３に機械的研磨を施す。図５に示すように駆動源２１によって回転する回転軸２２に取り付けられた砥石２３からなる機械研磨装置２４により端子４との接合面に対して機械的な研磨を行い、導体に付着した汚染物質や酸化被膜を接合前に除去する。このとき、成型で押し固められた平面を研磨するため、電線のよりに関係なく、接合面を広い範囲で容易かつ確実に研磨することで、清浄面が生成しやすくなっている。なお、機械的研磨は、砥石２３の代わりにブラシを用いて行っても良い。

ステップＳ１３の配置工程では、被接続部である端子４に導体部分３を配置させる。すなわち、プレス成型された電線１の導体部分３を、図３（ｂ）に示すように、端子４に嵌挿させる。

ステップＳ１４の接合工程では、導体部分３を加圧して超音波振動を加えて被接続部である端子４に接合する。すなわち、図３に示すように、加圧加振ホーン１３により加圧しながら超音波振動により端子４に接合させる。

以上のように上記第１の実施形態によれば、複数の芯線からなる電線の導体部分を、被接続部の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型する成型工程と、成型工程後の導体部分の汚染物質を除去する除去工程と、被接続部に導体部分を配置させる配置工程と、導体部分を加圧して超音波振動を加えて被接続部に接合する接合工程とを含む。また、除去工程では、成型工程後の導体部分に機械的研磨を施す。

したがって、プレス成型後に、機械的研磨をすることによって、汚染物質や酸化被膜を除去するため、電線と被接続部との接合が充分な強度で行うことができる。さらに、導体部分に汚染物質や酸化被膜がないために導体部分と被接続部が容易に超音波接合することができるので、超音波エネルギを低減できる。また、従来のように薬品で汚染物質を除去する場合、芯線間に薬品が浸漬し、芯線と端子間の接触不良を招くおそれがあり、さらに、薬品を用いると、被覆部を損傷してしまうおそれがあったが、本実施形態では、導体部分に付着した汚染物質を除去するために薬品を用いないために、かかる問題が生じ得ない。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電線の超音波接合方法と超音波接合装置について説明する。第２の実施形態における超音波接合装置は第１の実施形態において用いた装置のうち、機械研磨装置２４の代わりにレーザ光源を設置した以外は同様であるので、後に図６を用いてのレーザ光照射の説明をする以外の超音波接合装置の説明は省略する。第２の実施形態では、図４で示した工程図のステップＳ１２の除去工程が、成型工程後の導体部分にレーザ光を照射する工程である以外は、同様であるので、各工程は図４を用いて説明する。

ステップＳ１１の成型工程では、複数の芯線２からなる電線１の導体部分３を、被接続部である端子４の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型する。最初に、図２（ａ）に示すように、電線１を皮剥きして複数の芯線２からなる導体部分３を露出させる。次に、図２（ｂ）に示すように、露出した電線１の導体部分３を、プレス金型１１の導体幅規制溝１４に嵌挿させ、端子４の接合幅Ｗに合わせて幅方向に規制する。この状態で、プレス成型機１２により、電線１の導体部分３を厚み方向から加圧して、図３（ａ）に示すような所定の平板状にプレス成型させる。

ステップＳ１２の除去工程では、成型工程後の導体部分の汚染物質を除去する。この除去工程では、成型工程後の導体部分３にレーザ光を照射する。図６に示すように導体部分３の端子４との接合面に対してレーザ光源３０からのレーザ光３１を照射し、導体部分３に付着した汚染物質を接合前に除去する。このとき、成型で押し固められた平面にレーザ光３１を照射するため、撚り線にレーザ光照射する場合に比べ、端子との接合面上にある汚染物質を容易かつ確実に除去できる。

ステップＳ１３の配置工程では、被接続部に導体部分を配置させる。すなわち、プレス成型された電線１の導体部分３を、図３（ｂ）に示すように、端子４に嵌挿させる。

ステップＳ１４の接合工程では、導体部分を加圧して超音波振動を加えて被接続部に接合する。すなわち、図３に示すように、加圧加振ホーン１３により加圧しながら超音波振動により端子４に接合させる。

以上のように上記第２の実施形態によれば、複数の芯線からなる電線の導体部分を、被接続部の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型する成型工程と、成型工程後の導体部分の汚染物質をレーザ光を照射することにより除去する除去工程と、被接続部に導体部分を配置させる配置工程と、導体部分を加圧して超音波振動を加えて被接続部に接合する接合工程とを含む。

したがって、プレス成型後に、レーザ光を導体部分に照射することにより、汚染物質を除去するため、電線と被接続部との接合が充分な強度で行うことができる。さらに、レーザ光照射によって導体部分に付着した汚染物質を除去することにより導体部分と被接続部との超音波接合が容易に行うことができるので、接合時の超音波エネルギを低減できる。また、薬品で汚染物質を除去する場合、芯線間に薬品が浸漬し、芯線と端子間の接触不良を招くおそれがあり、さらに、薬品を用いると、被覆部を損傷してしまうが、本実施形態では、レーザ光を導体部分に照射することにより汚染物質を除去するので、薬品を用いないために、かかる問題が生じ得ない。

次に、第３の実施形態の電線の超音波接合方法について説明する。第３の実施形態においては超音波接合装置は第１の実施形態において用いた装置のうち機械研磨装置２４の代わりに図７で示す加熱装置４０を用いる以外は同様の装置を用いるため、後に加熱装置の説明をする以外の超音波接合装置の説明は省略する。第３の実施形態では、図４で示した工程図のステップＳ１２の除去工程が、成型工程後の導体部分に熱エネルギを加える工程である以外は、同様であるので、各工程は図４を用いて説明する。

ステップＳ１１の成型工程では、複数の芯線からなる電線の導体部分を、被接続部の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型する。最初に、図２（ａ）に示すように、電線１を皮剥きして複数の芯線２からなる導体部分３を露出させる。次に、図２（ｂ）に示すように、露出した電線１の導体部分３を、プレス金型１１の導体幅規制溝１４に嵌挿させ、端子４の接合幅Ｗに合わせて幅方向に規制する。
この状態で、プレス成型機１２により、電線１の導体部分３を厚み方向から加圧して、図３（ａ）に示すような所定の平板状にプレス成型させる。

ステップＳ１２の除去工程では、プレス成型する工程後の導体部分３の汚染物質を除去する。この除去工程では、成型工程後の導体部分３に熱エネルギを加える。図７に示すように導体部分３の端子４との接合面に対して加熱装置４０により加熱して熱エネルギを与え、導体部分３に付着した汚染物質を接合前に除去する。このとき、成型で押し固められた平面状になった導体部分３を加熱するため、撚り線に加熱する場合に比べ、端子との接合面上にある汚染物質を容易かつ確実に除去できる。

ステップＳ１３の配置工程では、被接続部に導体部分を配置させる。すなわち、プレス成型された電線１の導体部分３を、図３（ｂ）に示すように、端子４に嵌挿させる。

ステップＳ１４の接合工程では、導体部分を加圧して超音波振動を加えて被接続部に接合する。すなわち、図３に示すように、加圧加振ホーン１３により加圧しながら超音波振動により端子４に接合させる。

以上のように上記第３の実施形態によれば、複数の芯線からなる電線の導体部分を、被接続部の幅に合わせて幅方向に規制した状態で、厚み方向から加圧して平板状にプレス成型する成型工程と、プレス成型する工程後の導体部分の汚染物質を加熱して熱エネルギを加えることにより除去する除去工程と、被接続部に導体部分を配置させる配置工程と、導体部分を加圧して超音波振動を加えて被接続部に接合する接合工程とを含む。

したがって、本実施形態によれば、成型工程の後に熱エネルギを導体部分に加えることにより汚染物質を除去する除去工程を設けたため、プレス成型後に、導体部分に付着した汚染物質を除去するので、電線と被接続部との接合が充分な強度で行うことができる。また、本実施形態によれば、導体部分に付着した汚染物質を熱エネルギを加えることにより除去しているので、導体部分と被接続部との超音波接合が容易にできるので、接合に必要な超音波エネルギを低減できる。また、従来、薬品で汚染物質を除去する場合、芯線間に薬品が浸漬し、芯線と端子間の接触不良を招くおそれがあり、さらに、薬品を用いると、被覆部を損傷してしまうおそれがあったが、本実施形態によれば、熱エネルギによって導体部分に付着した汚染物質を除去するため、薬品を用いないために、かかる問題が生じ得ない。

以上の実施形態で説明された構成、配置関係等については本発明が理解・実施できる程度に概略的にしたものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明は、撚り電線の超音波接合時に好適に用いられる電線の超音波接合方法として利用される。

本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法の前段階を示す要部斜視図であり、（ａ）は皮むき後で接合前の電線であり、（ｂ）は電線及び電線の導体部分を平板状にプレスするプレス成型機である。 本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法の後段階を示す要部斜視図であり、（ａ）はプレス成型機により導体部分を平板状にプレスされた電線であり、（ｂ）はホーンにより加圧されつつ端子に導体部分を超音波接合される電線を示す。 本発明の第１の実施形態に係る電線の超音波接合方法を説明する工程図である。 除去工程での成型工程後の導体部分に機械的研磨する工程を示す模式図である。 除去工程での成型工程後の導体部分にレーザ光を照射する工程を示す模式図である。 除去工程での成型工程後の導体部分を加熱する工程を示す模式図である。 従来の電線の超音波接合方法の前段階を示す要部斜視図である。 従来の電線の超音波接合方法の後段階を示す要部斜視図である。

符号の説明

１ 電線
２ 芯線
３ 導体部分
４ 被接続部（端子）
１０ 電線の超音波接合装置
１１ 金型（プレス金型）
１２ プレス成型手段（プレス成型機）
１３ 加圧加振手段（加圧加振ホーン）
１４ 導体幅規制溝
１４ａ 面取り形状又は所要のＲ形状
２３ 砥石
２４ 機械的研磨装置
３０ レーザ光源
３１ レーザ光
４０ 加熱装置
５１ 成型手段
５２ 除去手段
５３ 接合手段
Ｗ 被接続部の幅（端子の接合幅）

Claims (5)

1. 複数の芯線からなる電線の導体部分を、厚み方向から加圧して断面矩形にプレス成型する成型工程と、
   前記成型工程後の前記導体部分の汚染物質を除去する除去工程と、
   被接続部に前記導体部分を配置させる配置工程と、
   前記導体部分を加圧して超音波振動を加え前記被接続部に接合する接合工程とを含むことを特徴とする電線の超音波接合方法。
2. 前記被接続部は前記電線の前記導体部分とは異種の金属からなることを特徴とする請求項１記載の電線の超音波接合方法。
3. 前記除去工程は、前記成型工程後の前記導体部分に機械的研磨を施す工程であることを特徴とする請求項１または２記載の電線の超音波接合方法。
4. 前記除去工程は、前記成型工程後の前記導体部分にレーザ光を照射する工程であることを特徴とする請求項１または２記載の電線の超音波接合方法。
5. 前記除去工程は、前記成型工程後の前記導体部分に熱エネルギを加える工程であることを特徴とする請求項１または２記載の電線の超音波接合方法。

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