JP2011018597A - 超音波溶着方法、超音波溶着装置、及び、端子金具 - Google Patents

Abstract

【課題】芯線と端子金具との溶着漏れをなくした超音波溶着方法、超音波溶着装置、及び、当該超音波溶着装置を用いて芯線が超音波溶着された端子金具を提供する。
【解決手段】、端子金具３を第１電極５上に搭載する。端子金具３の底壁部３２ａ上に複数の素線から成る芯線２１を重ねる。第２電極６を端子金具３の一対の立壁部３２ｂ間に挿入して第１電極５に向かって移動させる。このとき、第２電極６によって一対の立壁部３２ｂを互いに離れる方向に押し広げながら第２電極６を第１電極５に向かって移動させる。これにより、第１電極５と第２電極６との間に芯線２１及び端子金具３を挟んで芯線２１及び端子金具３を互いに近づける方向に加圧した状態で超音波エネルギを付与して、芯線２１と端子金具３とを溶着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波溶着方法、超音波溶着装置、及び、端子金具に係り、特に、端子金具に複数の素線から成る芯線を超音波溶着するための超音波溶着方法、超音波溶着装置、及び、複数の芯線が超音波溶着された端子金具に関するものである。

移動体としての自動車には、種々の電子機器が搭載される。前記自動車は、前記電子機器にバッテリなどの電源からの電力や制御装置からの制御信号などを伝えるためにワイヤハーネスが配索されている。前述したワイヤハーネスは、複数の電線と、この電線の端末に取り付けられた端子金具などを備えている。

上記電線はそれぞれ、導電性の複数の素線を撚り合わせた芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えている。この電線の端末の被覆部を除去して露出した芯線が上記端子金具に溶着されている。この芯線と端子金具との溶着は、周知の超音波溶着装置を用いて行われる。

上記超音波溶着装置１としては、例えば図９に示すようなものが知られている。同図に示すように、超音波溶着装置１は、底壁部３２ａ上に芯線２１が重ねられた端子金具３が搭載される第１の型としてのアンビル１０と、アンビル１０と相対する第２の型としてのホーン１１と、を備えている。上記ホーン１１は、図示しない振動子よって超音波振動が付与される。超音波溶着装置１は、上記ホーン１１を端子金具３に設けた一対の立壁部３２ｂ間に挿入して矢印に示すようにアンビル１０に向かって移動させる。これにより、ホーン１１とアンビル１０との間に芯線２１及び端子金具３の底壁部３２ａが挟まれて、芯線２１及び端子金具３を互いに近づける方向に加圧した状態で超音波エネルギが付与され、芯線２１と端子金具３とが溶着される。

上記芯線２１が撚り癖とは異なる形状（例えばまっすぐに伸ばされた状態）で溶着されると、元の螺旋状態に戻ろうとする力が働き、その結果、素線がばらけて芯線２１と端子金具３との溶着強度が低下する恐れがある。そこで、端末の被覆部を除去して芯線２１を露出させた後、各素線をそれ自身の有する撚り癖に従って螺旋状に捻られた状態で端子金具３の上に重ねて溶着することにより、素線のばらつきを抑えた超音波溶着方法も提案されている（特許文献１）。

しかしながら、従来の超音波溶着装置１は、ホーン１１の幅Ｗ４が一対の立壁部３２ｂ間の幅Ｗ５よりも短くなるように設けられている。このため、ホーン１１が一対の立壁部３２ｂ間に挿入されアンビル１０に向かって移動しているときにホーン１１と立壁部３２ｂとの間に隙間が空いて、この隙間から素線が外れて芯線２１と端子金具３の溶着漏れが生じてしまう、という問題があった。

特開２００５−３４０１０６号公報

そこで、本発明は、芯線と端子金具との溶着漏れをなくした超音波溶着方法、超音波溶着装置、及び、当該超音波溶着装置を用いて芯線が超音波溶着された端子金具を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、底壁部及び該底壁部の両端から立設した一対の立壁部が設けられた端子金具を第１の型上に搭載する第１工程と、前記端子金具の底壁部上に複数の素線から成る芯線を重ねる第２工程と、第２の型を前記一対の立壁部間に挿入して前記第１の型に向かって移動させることにより前記第１の型と前記第２の型との間に前記芯線及び前記端子金具を挟んで前記芯線及び前記端子金具を互いに近づける方向に加圧した状態で超音波エネルギを付与して、前記芯線と前記端子金具とを溶着する第３工程と、を行う超音波溶着方法において、前記第３工程において前記第２の型によって前記一対の立壁部を互いに離れる方向に押し広げながら前記第２の型を前記第１の型に向かって移動させることを特徴とする超音波溶着方法に存する。

請求項２記載の発明は、前記第２の型が、前記第１の型に相対する端面から離れるに従って前記一対の立壁部が対向する方向の幅が広くなるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着方法に存する。

請求項３記載の発明は、前記一対の立壁部が、前記底壁部から離れるに従って一対の立壁部間の幅が広くなるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波溶着方法に存する。

請求項４記載の発明は、複数の素線から成る芯線が重ねられた底壁部及び該底壁部の両端から立設した一対の立壁部が設けられた端子金具が搭載される第１の型と、前記第１の型に相対する第２の型と、を備え、前記第２の型を一対の立壁部間に挿入して前記第１の型に向かって移動させることにより前記第１の型と前記第２の型との間に前記芯線及び前記端子金具を挟んで前記芯線及び前記端子金具を互いに近づける方向に加圧した状態で超音波エネルギを付与して、前記芯線と前記端子金具とを溶着する超音波溶着装置において前記第２の型が、前記第１の型に相対する端面から離れるに従って前記一対の立壁部が対向する方向の幅が広くなるように設けられていることを特徴とする超音波溶着装置に存する。

請求項５記載の発明は、底壁部及び及び該底壁部の両端から立設した一対の立壁部が設けられ、複数の素線から成る芯線が超音波溶着されている端子金具において、前記一対の立壁部が、前記底壁部から離れるに従って一対の立壁部間の幅が広くなるように設けられていることを特徴とする端子金具に存する。

以上説明したように請求項１及び４記載の発明によれば、第２の型が端子金具の一対の立壁部を押し広げながら移動する。よって、第２の型と一対の立壁部との間に隙間ができることがなく、芯線がほつれても一対の立壁部間にある限り芯線が端子金具と第２の型との間から外れることがなく、芯線と端子金具との溶着漏れをなくすことができる。

請求項２記載の発明によれば、第１の型に相対する端面から離れるに従って一対の立壁部が対向する方向の幅が広くなるように第２の型を設けるだけで簡単に、第２の型が端子金具の一対の立壁部を押し広げながら移動するようにできる。

請求項３記載の発明によれば、底壁部から離れるに従って一対の立壁部間の幅が広くなるように一対の立壁部を設けるだけで簡単に、第２の型が端子金具の一対の立壁部を押し広げながら移動するようにできる。

請求項５記載の発明によれば、底壁部から離れるに従って一対の立壁部間の幅が広くなるように一対の立壁部を設けている。以上の構成により、超音波溶着に用いられる型を一対の立壁部間に挿入すると型が一対の立壁部を押し広げながら移動する。よって、型と一対の立壁部との間に隙間ができることがなく、芯線がほつれても一対の立壁部間にある限り芯線が端子金具と型との間から外れることがなく、芯線と端子金具との溶着漏れをなくすことができる。

溶着する前の芯線及び端子金具を第１電極上に搭載した状態における本発明の超音波溶着装置を示す斜視図である。 図１のＸ部拡大図である。 第１電極と第２電極とで芯線及び端子金具を挟んだ状態における図１に示す超音波溶着装置を示す斜視図である。 図２のＹ部拡大図である。 芯線及び端子金具を超音波溶着した後に第２電極を第１電極から離した状態における図１に示す超音波溶着装置を示す斜視図である。 図５のＺ部拡大図である。 溶着前の芯線及び端子金具を示す斜視図である。 溶着後の芯線及び端子金具を示す斜視図である。 従来の超音波溶着装置の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図８を参照して説明する。図１〜図６に示す超音波溶着装置１は、電線２の芯線２１と端子金具３とを互いに電気的に接続するために用いられる。図７に示すように、上記電線２は、断面形状が丸形に形成されている。電線２は、導電性の複数の素線から成る芯線２１と、絶縁性の被覆部２２と、を備えている。芯線２１は、銅、銅合金などの導電性の金属からなる。被覆部２２は、絶縁性の合成樹脂からなり、上記芯線２１を被覆している。

上記端子金具３は、所定形状に打ち抜いた金属板材を曲げ加工したものであり、電子機器などに電気接続される接続孔３１ａが設けられた電気接続部３１と、上記芯線２１が溶着される芯線溶着部３２と、が長手方向に沿って設けられている。芯線溶着部３２は、芯線２１が重ねられる底壁部３２ａと、この底壁部３２ａの幅方向の両端から立設した一対の立壁部３２ｂと、が設けられている。上記一対の立壁部３２ｂは、底壁部３２ａから離れるに従って一対の立壁部３２ｂ間の幅が広くなるように設けられている。

上記超音波溶着装置１は、芯線２１を端子金具３の底壁部３２ａ上に重ねて、芯線２１及び端子金具３を互いに近づける方向に加圧して超音波振動エネルギを付与することにより、芯線２１と端子金具３とを溶着する。上記超音波溶着装置１は、図１〜図６に示すように、第１の型としての第１電極５と、第２の型としての第２電極６と、プレス治具７と、一対の治具８と、基台９などを備えている。

上記第１電極５は、箱型に設けられていて、後述する第２電極６と相対する端面上に端子金具３の底壁部３２ａが搭載される。上記第２電極６は、略箱型に設けられていて、第１電極５と相対する端面から離れるに従って一対の立壁部３２ｂが対向する方向Ｙ１の幅が広くなるように設けられている。また、図２に示すように、上記第２電極６において第１電極５側の端部の幅Ｗ１は、最も底壁部３２ａ側の一対の立壁部３２ｂ間の幅Ｗ２よりも広くなるように設けられている。さらに、第２電極６において第１電極５側の端部の幅Ｗ１は、最も底壁部３２ａから離れた側の一対の立壁部３２ｂ間の幅Ｗ３と同じか若干小さめに設けられている。

上述した第１電極５及び第２電極６にはそれぞれ図示しない振動子が取り付けられている。この図示しない振動子は、図示しない発振器によって芯線２１の軸方向Ｙ２に振動して、第１電極５及び第２電極６に軸方向Ｙ２の超音波振動を付与する。また、上記第１電極５及び第２電極６は、図中上下方向に離間して設けられている。第１電極５及び第２電極６は、互いに相対する端面間に芯線２１を重ねた端子金具３の底壁部３２ａを挟むことができる。

また、上記第２電極６は、プレス治具７に固定されていて、このプレス治具７によって図中上下方向に移動可能に設けられている。このプレス治具７は、例えば図示しない油圧シリンダのピストンから構成されている。第２電極６は、このプレス治具７から力を受けると図中上下方向に沿って移動する。

また、上述した一対の治具８は、上記第１電極５の上記一対の立壁部３２ｂが対向する方向Ｙ１を挟むように設けられている。一対の治具８は、第１電極５よりも第２電極６側に突出するように設けられている。また、一対の治具８の第１電極５よりも突出している部分において互いに対向する対向面は、第１電極５から離れるに従って互いに離れるようなテーパ状に設けられている。また、上記基台９は、箱型に設けられていて、上述した第１電極５及び一対の治具８が搭載されている。

上述した構成の超音波溶着装置１を用いた芯線２１と端子金具３との溶着手順について以下説明する。超音波溶着装置１の始めの状態は、第１電極５と第２電極６とが十分に離れている。まず、電線２の端末の被覆部２２を剥がして芯線２１を露出させる。次に、第１電極５の第２電極６に相対する端面上に端子金具３の底壁部３２ａを載せて、その底壁部３２ａ上に露出した芯線２１を重ねる。その後、図示しない振動子を振動させて第１電極５及び第２電極６に超音波振動を付与する。さらに、プレス治具７を上から下に向かって移動させて、図１及び図２に示すように、プレス治具７に固定された第２電極６を一対の立壁部３２ｂ間に挿入する。上述したように第２電極６の幅Ｗ１は、最も底壁部３２ａから離れた側の一対の立壁部３２ｂ間の幅Ｗ３と同じか若干小さめに設けられている。よって、第２電極６が簡単に一対の立壁部３２ｂ間に挿入される。

さらに、プレス治具７を下に向かって移動させると、プレス治具７に固定された第２電極６が第１電極５に向かって移動する。上述したように一対の立壁部３２ｂ間の幅は、底壁部３２ａに近づくに従って狭くなる。しかも、第２電極６の幅は、第１電極５側の端部から離れるに従って広くなる。よって、第２電極６は、図２の矢印に示すように、一対の立壁部３２ｂを互いに離れる方向に押し広げながら第１電極５に向かって移動する。

さらに第２電極６を第１電極５に向かって移動させると、図３及び図４に示すように、第１電極５と第２電極６との間に芯線２１及び端子金具３が挟まれ、芯線２１及び端子金具３が互いに近づく方向に加圧される。この状態で第１電極５及び第２電極６の超音波振動が伝わり芯線２１及び端子金具３に超音波エネルギが付与される。すると、芯線２１及び端子金具３が超音波溶着する。

次に、振動子を制御して超音波振動を止めると共にプレス治具７を制御して芯線２１及び端子金具３に対する加圧も止める。その後、プレス治具７を制御して図５及び図６に示すようにプレス治具７を上に向かって移動させると、プレス治具７に固定された第２電極６が第１電極５から離れる。そして、第１電極５−第２電極６を十分離した後に、第１電極５−第２電極６間から芯線２１が溶着された端子金具３を取り出す。

上述した実施形態によれば、第２電極６が端子金具３の一対の立壁部３２ｂを押し広げながら移動する。よって、第２電極６と一対の立壁部３２ｂとの間に隙間ができることなく、芯線２１がほつれても一対の立壁部３２ｂ間にある限り芯線２１が端子金具３と第２電極６との間から外れることがなく、芯線２１と端子金具３との溶着漏れをなくすことができる。

また、上述した実施形態によれば、第２電極６が、第１電極５に相対する端面から離れるに従って一対の立壁部３２ｂが対向する方向Ｙ１の幅が広くなるように設けている。また、一対の立壁部３２ｂが、底壁部３２ａから離れるに従って一対の立壁部３２ｂ間の幅が広くなるように設けている。これにより、簡単に第２電極６が端子金具３の一対の立壁部３２ｂを押し広げながら移動することができる。

なお、上述した実施形態によれば、第２電極６を、第１電極５に相対する端面から離れるに従って一対の立壁部３２ｂが対向する方向Ｙ１の幅が広くなるように設けると共に、一対の立壁部３２ｂを、底壁部３２ａから離れるに従って一対の立壁部３２ｂ間の幅が広くなるように設けている。しかしながら、本発明はこれに限ったものではない。例えば、第２電極６を、第１電極５に相対する端面から離れるに従って一対の立壁部３２ｂが対向する方向Ｙ１の幅が広くなるように設けられていれば、一対の立壁部３２ｂは図８に示す従来と同様に上下方向に沿って常に一定の幅に設けても良い。また、一対の立壁部３２ｂを、底壁部３２ａから離れるに従って一対の立壁部３２ｂ間の幅が広くなるように設けられていれば、第２電極６は図８に示すように、従来と同様に上下方向に沿って常に一定の幅に設けても良い。

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。

３ 端子金具
５ 第１電極（第１の型）
６ 第２電極（第２の型）
２１ 芯線
３２ａ 底壁部
３２ｂ 立壁部

Claims (5)

1. 底壁部及び該底壁部の両端から立設した一対の立壁部が設けられた端子金具を第１の型上に搭載する第１工程と、前記端子金具の底壁部上に複数の素線から成る芯線を重ねる第２工程と、第２の型を前記一対の立壁部間に挿入して前記第１の型に向かって移動させることにより前記第１の型と前記第２の型との間に前記芯線及び前記端子金具を挟んで前記芯線及び前記端子金具を互いに近づける方向に加圧した状態で超音波エネルギを付与して、前記芯線と前記端子金具とを溶着する第３工程と、を行う超音波溶着方法において、
   前記第３工程において前記第２の型によって前記一対の立壁部を互いに離れる方向に押し広げながら前記第２の型を前記第１の型に向かって移動させる
   ことを特徴とする超音波溶着方法。
2. 前記第２の型が、前記第１の型に相対する端面から離れるに従って前記一対の立壁部が対向する方向の幅が広くなるように設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着方法。
3. 前記一対の立壁部が、前記底壁部から離れるに従って一対の立壁部間の幅が広くなるように設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波溶着方法。
4. 複数の素線から成る芯線が重ねられた底壁部及び該底壁部の両端から立設した一対の立壁部が設けられた端子金具が搭載される第１の型と、前記第１の型に相対する第２の型と、を備え、前記第２の型を一対の立壁部間に挿入して前記第１の型に向かって移動させることにより前記第１の型と前記第２の型との間に前記芯線及び前記端子金具を挟んで前記芯線及び前記端子金具を互いに近づける方向に加圧した状態で超音波エネルギを付与して、前記芯線と前記端子金具とを溶着する超音波溶着装置において
   前記第２の型が、前記第１の型に相対する端面から離れるに従って前記一対の立壁部が対向する方向の幅が広くなるように設けられている
   ことを特徴とする超音波溶着装置。
5. 底壁部及び及び該底壁部の両端から立設した一対の立壁部が設けられ、複数の素線から成る芯線が超音波溶着されている端子金具において、
   前記一対の立壁部が、前記底壁部から離れるに従って一対の立壁部間の幅が広くなるように設けられている
   ことを特徴とする端子金具。

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