JP2013118196A - 電線の接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極細電線を超音波溶接するにあたり断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することが可能な電線の接続方法を提供する。
【解決手段】電線の接続方法では、電線５１と極細電線５２との被覆を除去して導体を露出させる準備工程と、準備工程により露出した導体同士を、超音波溶接機１のホーン３１とアンビル３２とで加圧したうえで、ホーン３１を振動させて超音波溶接する溶接工程とを有する。また、準備工程後且つ溶接工程前に、溶接工程における超音波振動エネルギよりも小さい超音波振動エネルギで、電線５１と極細電線５２との導体同士を超音波溶接して仮接合体６０を得る仮接合工程を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電線の接続方法に関する。

従来、複数本の絶縁電線の被覆を剥ぎ取って導体を露出させ、露出した導体同士を超音波溶接により溶接して接続する電線の接続方法が知られている（例えば、特許文献１）。この電線の接続方法では、複数本の絶縁電線の導体同士を同一方向に捻ったうえで超音波溶接するため、接続強度を高めることができる。
特開２００５−３２２５４４号公報

しかし、従来の電線の接続方法において、通常の電線よりも断面積が小さい極細電線を超音波溶接する場合、超音波溶接機のうち電線に与える損傷が大きい箇所（例えばホーンに接する箇所）に極細電線が位置することがある。このような場合、極細電線は断面積の小ささから断線することがあり、また断線しなくとも溶接後の引張強度が低下してしまう可能性がある。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、極細電線を超音波溶接するにあたり断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することが可能な電線の接続方法を提供することにある。

本発明の電線の接続方法は、電線と前記電線よりも断面積が小さい極細電線との被覆を除去して導体を露出させる準備工程と、前記準備工程により露出した導体同士を、超音波溶接機のホーンとアンビルとで加圧したうえで、ホーンを振動させて超音波溶接する溶接工程と、を有する電線の接続方法であって、前記準備工程後且つ前記溶接工程前に、前記溶接工程における超音波振動エネルギよりも小さい超音波振動エネルギで、電線と前記極細電線との導体同士を超音波溶接して仮接合体を得る仮接合工程を有し、前記溶接工程では、前記仮接合工程において得られた仮接合体の極細電線が、ホーン側よりもアンビル側に近くなる側に配置された状態で、導体同士を超音波溶接し、前記仮接合工程において極細電線は、前記電線よりも超音波溶接機のホーン側に配置された状態で超音波溶接されることを特徴とする。

本発明の電線の接続方法によれば、準備工程後且つ溶接工程前に、溶接工程における超音波振動エネルギよりも小さい超音波振動エネルギで、電線と極細電線との導体同士を超音波溶接して仮接合体を得る仮接合工程を有する。このため、仮接合工程において極細電線が電線に仮接合されることとなる。そして、溶接工程において超音波溶接される際には、極細電線が仮接合状態であるため、位置ズレを起こすことなく、ホーン側などの損傷の大きい箇所に移動することがない。従って、極細電線を超音波溶接するにあたり断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することができる。また、溶接工程では、仮接合体の極細電線がホーン側よりもアンビル側に近くなる側に配置された状態で、導体同士を超音波溶接するため、溶接工程において損傷が大きくなり易いホーン側に極細電線が位置せず、一層断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することができる。さらに、仮接合工程において極細電線は、電線よりも超音波溶接機のホーン側に配置されるため、仮接合工程における超音波振動エネルギの大きさによっては、損傷が大きくならず、逆に超音波振動が伝わり易くなって極細電線がしっかりと仮接合されることとなる。これにより、極細電線の引張強度の向上に寄与することができる。

本発明の電線の接続方法によれば、極細電線を超音波溶接するにあたり断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、超音波溶接機の一例を示す概略図である。図１に示す超音波溶接機１は、概略的に電源１０と、振動子２０と、超音波溶接部３０とから構成されている。電源１０は、超音波溶接部３０における超音波溶接を実施するための交流電源である。振動子２０は、電源１０からの交流電流によって振動するものである。超音波溶接部３０は、ホーン３１とアンビル３２とを有し、複数の部材をホーン３１とアンビル３２とで挟み込み、ホーン３１が振動子２０によって振動させられることにより、複数の部材間に超音波振動エネルギを伝搬させ、部材表面の酸化膜などを破壊、除去することで、溶接を行うものである。

図２は、一般的な超音波溶接の様子を示す拡大斜視図である。超音波溶接部３０は、ホーン３１及びアンビル３２に加えて、ギャザー３３を備えている。

超音波溶接を行う場合、作業者はまず複数の電線の被覆を剥ぎ取って導体を露出させる。その後、導体同士を隣接させた状態で、その導体部分をホーン３１とアンビル３２とギャザー３３とによって挟まれる空間４０に挿入する（図２（ａ）参照）。

次に、作業者は超音波溶接機１を操作する。超音波溶接機１は、作業者からの操作に応じて以下の動作を行うこととなる。まず、超音波溶接機１は、ギャザー３３をアンビル３２側に移動させる（図２（ｂ）参照）。これにより、導体は、左右方向（図２に示すＸ軸方向）への移動が規制された状態となる。次いで、超音波溶接機１は、アンビル３２の加圧部３２ａを移動させ、導体を上下方向（図２に示すＹ軸方向）に塞いだ状態とする。

その後、超音波溶接機１は、アンビル３２全体を下降させ（図２に示すＹ軸の負方向に移動させ）、加圧部３２ａとホーン３１とにより導体を上下方向に挟み込む（図２（ｃ）参照）。そして、超音波溶接機１は、振動子２０からの振動をホーン３１に伝えることにより、ホーン３１を奥行き方向（図２に示すＺ軸方向）に振動させる。これにより、超音波振動エネルギで導体表面の酸化膜など破壊、除去して複数の電線の導体同士が溶接されることとなる。

その後、アンビル３２とギャザー３３とが初期位置に戻り、作業者は超音波溶接された電線を取り出すこととなる（図２（ｄ）参照）。

しかし、近年電線よりも断面機が小さい極細電線（例えば０．３ｓｑ未満の電線）が用いられるようになっており、このような電線を超音波溶接すると、極細電線が断線等してしまう可能性がある。具体的に説明すると、超音波溶接により極細電線の導体部分が変形して、断面積が減少することがある。このような場合、元々断面積が小さい極細電線は、断線する可能性が高まることとなる。また、断線しないまでも引張強度の低下を招いてしまう。

そこで、本実施形態に係る電線の接続方法では、図３から図５に示す方法により極細電線を超音波溶接する。図３は、本実施形態に係る電線の第１の接続方法を示す要部概略図である。本実施形態に係る電線の接続方法では、図３（ａ）に示す仮接合工程で極細電線を仮接合した後に、図３（ｂ）に示す溶接工程により本来の超音波溶接を行って、極細電線の断線等の可能性を減じるようにしている。なお、図３では、５ｓｑの電線５１と０．１３ｓｑの極細電線５２とを超音波溶接する例を説明する。また、電線５１と極細電線５２との本数はそれぞれ１本とする。

まず、作業者は電線５１及び極細電線５２の被覆を剥ぎ取って導体５１ａ，５２ａを露出させる（準備工程）。そして、図３（ａ）に示すように、露出した導体５１ａ，５２ａをホーン３１とアンビル３２とで挟み込む。

次に、作業者は、ホーン３１を振動させる。このとき、作業者は、本来の超音波振動エネルギ（溶接工程の超音波振動エネルギ）の１／４程度のエネルギで超音波溶接を行う。これにより、図３（ｂ）に示すように導体５１ａ，５２ａが仮接合された仮接合体６０を得る。ここで、超音波振動エネルギとは、アンビル３２の加圧力、幅（すなわちアンビル３２とギャザー３３との距離）、ホーン３１の振幅、及び、発振エネルギによって決まる。作業者は、仮接合体６０を得る仮接合工程において、上記４条件を設定して超音波振動エネルギを１／４程度となるように設定する。

以上により仮接合工程が終了する。この仮接合工程によって極細電線５２は電線５１に仮接合されることとなる。また、超音波振動エネルギが１／４程度であるため、極細電線５２の損傷は少なく、断線等の可能性は減じられることとなる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、仮接合工程において得られた仮接合体６０を再度超音波溶接する。このとき、作業者は、極細電線５２がホーン３１側よりもアンビル３２側に近くなるように配置し、超音波溶接を行う。また、作業者は、超音波振動エネルギを仮接合工程の４倍程度に高めて超音波溶接を行う。

以上により溶接工程が終了する。この溶接工程によって電線５１と極細電線５２との超音波溶接が完了する。ここで、溶接工程において超音波溶接される際、極細電線５２はアンビル側に近くなっており、ホーン３１に接するなどの損傷の大きい箇所に位置していない。しかも、極細電線５２は電線５１に仮接合状態となっている。このため、極細電線５２が位置ズレを起こすことなく、ホーン３１側などの損傷の大きい箇所に移動することがない。従って、溶接工程においても極細電線５２の損傷は大きくなく、上記仮接合工程及び溶接工程により、断線等の可能性を減じたうえで極細電線５２の超音波溶接を行うことができる。

図４は、本実施形態に係る電線の第２の接続方法を示す要部概略図である。第２の接続方法においても第１の接続方法と同様に、仮接合工程で極細電線５２を仮接合した後に、溶接工程により本来の超音波溶接を行って、極細電線５２の断線等の可能性を減じるようにしている。なお、図４では、５ｓｑの電線５３，５４と０．１３ｓｑの極細電線５２とを超音波溶接する例を説明する。また、電線５３，５４の本数は複数本（具体的には３本）であり、極細電線５２の本数は１本とする。

まず、作業者は複数の電線５３，５４及び極細電線５２の被覆を剥ぎ取って導体５３ａ，５４ａ，５２ａを露出させる（準備工程）。次いで、図４（ａ）に示すように、複数の電線５３，５４のうち一部の電線５３と極細電線５２との導体５３ａ，５２ａをホーン３１とアンビル３２とで挟み込む。この際、作業者は、極細電線５２がホーン３１側よりもアンビル３２側に近くなるように配置する。

次に、作業者は、ホーン３１を振動させる。このとき、作業者は、溶接工程の超音波振動エネルギの１／４程度のエネルギで超音波溶接を行う。これにより、図４（ｂ）に示す仮接合体６０を得る。

以上により仮接合工程が終了する。この仮接合工程によって極細電線５２は一部の電線５３に仮接合されることとなる。また、超音波振動エネルギが１／４程度であるため、極細電線５２の損傷は少なく、断線等の可能性は減じられることとなる。

次いで、図４（ｂ）に示すように、仮接合工程において得られた仮接合体６０を再度超音波溶接する。このとき、作業者は、極細電線５２が一部の電線５３と残りの電線５４とで挟み込まれるように配置したうえで、超音波溶接を行う。また、作業者は、超音波振動エネルギを仮接合工程の４倍程度に高めて超音波溶接を行う。

以上により溶接工程が終了する。この溶接工程によって複数の電線５３，５４と極細電線５２との超音波溶接が完了する。ここで、溶接工程において超音波溶接される際、極細電線５２は一部の電線５３と残りの電線５４とに挟み込まれており、ホーン３１に接するなどの損傷の大きい箇所に位置していない。しかも、溶接工程において超音波溶接される際、極細電線５２が一部の電線５３に仮接合状態となっている。このため、極細電線５２が位置ズレを起こすことなく、ホーン３１側などの損傷の大きい箇所に移動することがなくなっている。従って、溶接工程においても極細電線５２の損傷は大きくなく、上記仮接合工程及び溶接工程により、断線等の可能性を減じたうえで極細電線５２の超音波溶接を行うことができる。

なお、第２の接続方法により得られた接合体は、極細電線５２の引張強度（ｎ＝３０）は平均で８９Ｎ（母材強度比約８０％）であり、バラツキ（−３σ）を考慮しても６９．３Ｎ（母材強度比約６２％）の強度が確保された。

図５は、本実施形態に係る電線の第３の接続方法を示す要部概略図である。第３の接続方法においても第１の接続方法と同様に、仮接合工程で極細電線５２を仮接合した後に、溶接工程により本来の超音波溶接を行って、極細電線５２の断線等の可能性を減じるようにしている。なお、図５では、５ｓｑの電線５３，５４と０．１３ｓｑの極細電線５２とを超音波溶接する例を説明する。また、電線５３，５４の本数は複数本（具体的には３本）であり、極細電線５２の本数は１本とする。

まず、作業者は電線５３，５４及び極細電線５２の被覆を剥ぎ取って導体５３ａ，５４ａ，５２ａを露出させる（準備工程）。次いで、図５（ａ）に示すように、複数の電線５３，５４のうち一部の電線５３と極細電線５２との導体５３ａ，５２ａをホーン３１とアンビル３２とで挟み込む。この際、作業者は、極細電線５２がアンビル３２側よりもホーン３１側に近くなるように配置する。

その後、作業者は、ホーン３１を振動させる。このとき、作業者は、溶接工程の超音波振動エネルギの１／４程度のエネルギで超音波溶接を行う。これにより、図５（ｂ）に示す仮接合体６０を得る。

その後、溶接工程については、図４（ｂ）を参照して説明した方法と同様にして行われる。この第３の接続方法によっても、断線等の可能性を減じたうえで極細電線５２の超音波溶接を行うことができる。

なお、第３の接続方法により得られた接合体は、極細電線５２の引張強度（ｎ＝３０）は平均で９１Ｎ（母材強度比約８１％）の強度が確保された。

このようにして、本実施形態に係る電線の第１の接続方法によれば、準備工程後且つ溶接工程前に、溶接工程における超音波振動エネルギよりも小さい超音波振動エネルギで、電線５１と極細電線５２との導体同士を超音波溶接して仮接合体６０を得る仮接合工程を有する。このため、仮接合工程において極細電線５２が電線５１に仮接合されることとなる。そして、溶接工程において超音波溶接される際には、極細電線５２が仮接合状態であるため、位置ズレを起こすことなく、ホーン３１側などの損傷の大きい箇所に移動することがない。従って、極細電線４２を超音波溶接するにあたり断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することができる。

また、溶接工程では、仮接合体６０の極細電線５２がホーン３１側よりもアンビル３２側に近くなる側に配置された状態で、導体同士を超音波溶接するため、溶接工程において損傷が大きくなり易いホーン３１側に極細電線５２が位置せず、一層断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することができる。

また、仮接合工程において極細電線５２は、電線５１よりも超音波溶接機のアンビル３２側に配置されるため、極細電線５２はホーン３１の振動による損傷を受け難くなり、極細電線５２の損傷が大きくなってしまう事態を抑制することができる。

また、仮接合工程において極細電線５２は、電線５１よりも超音波溶接機のホーン３１側に配置されるため、仮接合工程における超音波振動エネルギの大きさによっては、損傷が大きくならず、逆に超音波振動が伝わり易くなって極細電線５２がしっかりと仮接合されることとなる。これにより、極細電線５２の引張強度の向上に寄与することができる。

また、本実施形態に係る電線の第２及び第３の接続方法によれば、第１の接続方法と同様に、極細電線４２を超音波溶接するにあたり断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することができる。

また、電線５３，５４は、複数あって、仮接合工程では、複数の電線５３，５４のうち一部の電線５３と極細電線５２との導体同士を超音波溶接して仮接合体６０を得ると共に、溶接工程では、仮接合工程において得られた仮接合体６０の極細電線５２を、一部の電線５３と残りの電線５４とで挟み込む配置をしたうえで、超音波溶接する。このため、極細電線５２は、複数の電線５３，５４のうち一部の電線５３と残りの電線５４とで内包されることとなり、一層損傷が大きい箇所に移動しにくくなる。従って、より断線の可能性を減じると共に引張強度の低下を抑制することができる。

また、第２の接続方法の仮接合工程において極細電線５２は、一部の電線５３よりも超音波溶接機のアンビル３２側に配置されるため、極細電線５２はホーン３１の振動による損傷を受け難くなり、極細電線５２の損傷が大きくなってしまう事態を抑制することができる。

また、第３の接続方法の仮接合工程において極細電線５２は、一部の電線よりも超音波溶接機のホーン３１側に配置されるため、仮接合工程における超音波振動エネルギの大きさによっては、損傷が大きくならず、逆に超音波振動が伝わり易くなって極細電線５２がしっかりと仮接合されることとなる。これにより、極細電線の引張強度の向上に寄与することができる。

さらに、上記接続方法によれば、被覆を剥ぎ取った後は超音波溶接機１の操作を行うだけでよく、特許文献１のように、電線を捻る前工程を行った後に超音波溶接機を操作する必要がない。すなわち、上記接続方法によれば、特許文献１に記載の接続方法に比べて、より簡単に超音波溶接を行うことができる。さらに、特許文献１に記載の接続方法によれば、電線を捻るために被覆の剥ぎ取り量を適切にしなければならず、被覆の剥ぎ取り作業が面倒となってしまうが、上記接続方法ではそのような問題も生じない。

加えて、特許文献１に記載の接続方法により、超音波溶接された電線を量産化する場合、電線を１／４回転程度捻るための設備が必要となり、新たな付帯設備が必要となるが、上記接続方法によれば、超音波溶接機１を用いるだけなので、電線を捻るための付帯設備が必要とならない。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態において電線５３，５４の本数は３本に限らず、４本以上であってもよい。同様に一部の電線５３は、１本に限らず２本以上であってもよいし、残りの電線５４は２本に限らず１本又は３本以上であってもよい。さらに、極細電線５２の本数は１本に限らず２本以上であってもよい。

なお、仮接合工程において３本の一部の電線５３を用い、溶接工程において３本の残りの電線５４を追加して第２の接続方法を行った場合、得られた接合体は、極細電線５２の引張強度（ｎ＝３０）は平均で１０２Ｎ（母材強度比約９１％）の強度が確保された。また、上記の本数で第３の接続方法を行った場合、得られた接合体は、極細電線５２の引張強度（ｎ＝３０）は平均で１０２Ｎ（母材強度比約９１％）の強度が確保された。このように、本実施形態に係る電線の接続方法では、本数に限定されることなく、極細電線５２の断線の可能性を減じると共に、引張強度の低下を抑制することができる。

さらに、上記第２及び第３の接続方法では、図４及び図５に示したように、仮接合工程における超音波溶接の電線総本数（極細電線５２が１本で一部の電線５３が１本であり計２本）と、第２の超音波溶接の電線総本数（極細電線５２が１本で一部の電線５３が１本で残りの電線５４が２本であり計４本）とは異なっているが、アンビル３２とギャザー３３とによって電線が挟まれるときの幅（すなわち図２におけるＸ軸方向の距離）は、仮接合工程と溶接工程とで同じとしていることが望ましい。これにより、仮接合した極細電線５２の位置ズレを一層抑制することができるためである。

なお、仮接合工程と溶接工程とで幅を同じとしなかった場合、第２の接続方法により得られる接合体は、極細電線５２の引張強度（ｎ＝３０）は平均で８２Ｎ（母材強度比約７３％）の強度となった。一方、仮接合工程と溶接工程とで幅を同じとした場合、第２の接続方法により得られる接合体は、極細電線５２の引張強度（ｎ＝３０）は平均で８９Ｎ（母材強度比約８０％）の強度が確保された。

超音波溶接機の一例を示す概略図である。 一般的な超音波溶接の様子を示す拡大斜視図であり、（ａ）は第１の工程を示し、（ｂ）は第２の工程を示し、（ｃ）は第３の工程を示し、（ｄ）は第４の工程を示している。 本実施形態に係る電線の第１の接続方法を示す要部概略図であり、（ａ）は仮接合工程を示し、（ｂ）は溶接工程を示している。 本実施形態に係る電線の第２の接続方法を示す要部概略図であり、（ａ）は仮接合工程を示し、（ｂ）は溶接工程を示している。 本実施形態に係る電線の第３の接続方法を示す要部概略図であり、（ａ）は仮接合工程を示し、（ｂ）は溶接工程を示している。

１…超音波溶接機
１０…電源
２０…振動子
３０…超音波溶接部
３１…ホーン
３２…アンビル
３２ａ…加圧部
３３…ギャザー
４０…空間
５１，５３，５４…電線
５２…極細電線
６０…仮接合

Claims (1)

1. 電線と前記電線よりも断面積が小さい極細電線との被覆を除去して導体を露出させる準備工程と、前記準備工程により露出した導体同士を、超音波溶接機のホーンとアンビルとで加圧したうえで、ホーンを振動させて超音波溶接する溶接工程と、を有する電線の接続方法であって、
   前記準備工程後且つ前記溶接工程前に、前記溶接工程における超音波振動エネルギよりも小さい超音波振動エネルギで、電線と前記極細電線との導体同士を超音波溶接して仮接合体を得る仮接合工程を有し、
   前記溶接工程では、前記仮接合工程において得られた仮接合体の極細電線が、ホーン側よりもアンビル側に近くなる側に配置された状態で、導体同士を超音波溶接し、
   前記仮接合工程において極細電線は、前記電線よりも超音波溶接機のホーン側に配置された状態で超音波溶接される
   ことを特徴とする電線の接続方法。

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