JP2019093444A - 電線の導体の超音波接合方法、電線の導体の超音波接合装置および電線 - Google Patents

電線の導体の超音波接合方法、電線の導体の超音波接合装置および電線 Download PDF

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Abstract

【課題】導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合するときに、各素線同士を確実に接合する。【解決手段】アンビル17とホーン15とを用いて電線1の導体5を構成している複数本の素線7同士を超音波接合する電線の導体の超音波接合方法において、ホーン15は複数設けられており、各ホーンのうちの少なくとも1つのホーン15Aの振動形態が、残りのホーン15Bの振動形態とは異なっている。【選択図】図1

Description

本発明は、電線の導体の超音波接合方法等に係り、特に、複数のホーンを用いて導体の複数本の素線同士を超音波接合するものに関する。
従来、図18(c)で示すような端子付き電線301が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
この端子付き電線301は次に示すようにして形成される。まず、一端部で被覆303が除去されて導体(芯線)305が露出している電線307(図18(a)参照)について、露出している導体305の先端部を、超音波接合によって接合する(図18(b)参照)。
すなわち、複数本の素線311で構成されている導体305の先端部を、各素線311同士を超音波接合することで接合部位309を形成する。
この接合部位309のところに、ワイヤバレル部313をカシメて端子315を設置することで端子付き電線301(図18(c)参照)を得ている。
ここで、従来の超音波接合による素線311同士の接合について、図19、図20を参照して説明する。
従来の超音波接合では、1つのアンビル317と、1つのホーン319とで複数本の素線311を所定の圧力で挟み込みながら、ホーン319を図19の左右方向(図20の紙面に直交する方向)に振動させている。
特開2009−231079号公報
ところで、従来の超音波接合では、図20の矢印A11の方向(アンビル317とホーン319とをお互いに結ぶ方向)にならんでいる素線311同士は、充分に接合される。すなわち、図20の矢印A11の方向にならんで隣接している素線311同士は、アンビル317とホーン319とによって所定の圧力が付与されているとともに、超音波振動が矢印A11の方向で伝播するので、充分に接合される。
しかし、図20の矢印A12の方向(矢印A11と直交する方向)では、各素線311が同じタイミングで振動してしまうので、素線311同士の摺動がほとんどされず、隣接する素線311同士の接合がされないか不充分な状態でしか接合されないという問題がある。
この問題を解決するためには、各素線311の配列を工夫しなければならず、各素線311の配列の態様に制限が生じる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合するときに、各素線同士を確実に接合することができる電線の導体の超音波接合方法等を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、アンビルとホーンとを用いて電線の導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合する電線の導体の超音波接合方法において、前記ホーンは複数設けられており、前記各ホーンのうちの少なくとも1つのホーンの振動形態が、残りのホーンの振動形態とは異なっている電線の導体の超音波接合方法である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電線の導体の超音波接合方法において、前記振動形態の異なりは、振動数、位相、波形、振幅の少なくともいずれかの異なりである電線の導体の超音波接合方法である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の端子付き電線の製造方法において、前記電線は複数本であり、前記超音波接合では、前記各電線の導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合する電線の導体の超音波接合方法である。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電線の導体の超音波接合方法において、前記各ホーンのそれぞれは、前記電線の素線に接する導体接触体を備えて構成されており、前記各導体接触体は、1つの超音波振動子で振動するように構成されており、前記各導体接触体のうちの少なくとも1つの導体接触体の材質、形状の少なくともいずれかが、前記各導体接触体のうちの他の導体接触体のものとは異なっている電線の導体の超音波接合方法である。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電線の導体の超音波接合方法によって、長手方向の一部で所定の長さにわたって被覆が非存在であることで前記導体が露出している前記電線の、前記露出している導体の長手方向の一部で、前記導体を接合して接合部位を形成する接合部位形成工程と、前記接合部位形成工程で接合部位を形成した後、ワイヤバレル部を備えた端子を、前記ワイヤバレル部の、前記電線の被覆側に位置している端が、前記接合部位の、前記被覆側に位置している端よりも、前記被覆側に位置するようにして、前記ワイヤバレル部が前記接合部位の少なくとも一部を覆うように、前記電線に前記端子を設置する端子設置工程とを有する端子付き電線の製造方法である。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の端子付き電線の製造方法において、前記電線の長手方向と前記ワイヤバレル部の前後方向とがお互いに一致しており、前後方向で、前記接合部位が前記ワイヤバレル部の内側に位置していることを特徴とする端子付き電線の製造方法である。
請求項7に記載の発明は、アンビルとホーンとを用いて電線の導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合する電線の導体の超音波接合装置において、前記ホーンは複数設けられており、前記各ホーンのうちの少なくとも1つのホーンの振動形態が、残りのホーンの振動形態とは異なる電線の導体の超音波接合装置である。
請求項8に記載の発明は、導体を構成している複数本の素線同士の長手方向の少なくとも一部に接合部位が形成されている電線において、前記接合部位の表面の一部には、第1の被押圧部と第2の被押圧部とが形成されており、前記第1の被押圧部と前記第2の被押圧部との間には、非押圧部が形成されている電線である。
本発明によれば、導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合するときに、各素線同士を確実に接合することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で使用される導体の超音波接合装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で使用されるホーンの1つ目の振動形態を示す図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で使用されるホーンの2つ目の振動形態を示す図である。 (a)は、本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で使用されるホーンの3つ目の振動形態を示す図であり、(b)は、ホーンの4つ目の振動形態を示す図であり、(c)は、ホーンの5つ目の振動形態を示す図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で生成された電線の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で接合部位が形成された電線に端子を設置することで製造される端子付き電線で、電線に端子を設置する前の状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で接合部位が形成された電線に端子を設置することで製造され端子付き電線の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法で接合部位が形成された電線に端子を設置することで製造され端子付き電線の概略構成を示す断面図である。 変形例に係る端子付き電線で、電線に端子を設置する前の状態を示す図である。 変形例に係る端子付き電線の概略構成を示す断面図である。 図10の端子付き電線を模式的に示した図である。 図10の端子付き電線の変形例を模式的に示す図である。 変形例に係る端子付き電線であって、電線の長手方向の中間部に接合部位を形成し、そこに端子を設置したものを示す図である。 変形例に係る端子付き電線であって、複数本(たとえば、2本)の電線に1つの端子を設置したものを示す図である。 超音波接合で使用されるホーンを示す図である。 従来の端子付き電線を示す図である。 従来の端子付き電線を示す図である。 従来の端子付き電線を示す図である。 従来の導体の超音波接合方法を示す図である。 従来の導体の超音波接合方法を示す図である。
本発明の実施形態に係る電線の導体の超音波接合方法を経て得られる電線1について、図5を参照しつつ説明する。
ここで、説明の便宜のために、電線1の長手方向を前後方向として、前後方向に対して直交する所定の一方向を高さ方向とし、長手方向と高さ方向とに対して直交する方向を横方向とする。
電線1には、接合部位3が形成されている。接合部位3は、電線1の露出している導体5Aの長手方向の少なくとも一部に形成されている。また、接合部位3は、電線1の導体5を構成している複数本の素線7(図5では1本1本を図示せず;図1参照)同士が超音波接合(超音波処理)されたことで形成されている。そして、たとえば、接合部位3では、導体5が単線化している。
電線1の接合部位3は、たとえば、直方体状に形成されており、接合部位3の表面の一部には、超音波接合で用いられた第1のホーン15A(図1参照)で押圧されていた第1の被押圧部9と、第2のホーン15B(図1参照)で押圧されていた第2の被押圧部11とが形成されている。
第2のホーン15Bは、第1のホーン15Aとは別体で構成されており、振動形態が第1のホーン15Aとは異なっており、第1のホーン15Aと同時に超音波接合で用いられるものである。
電線1では、第1の被押圧部9と第2の被押圧部11とは、たとえば、電線1の横方向で僅かに離れて存在しており、第1の被押圧部9と第2の被押圧部11との間には、各ホーン(第1のホーン15Aや第2のホーン15B)で押圧されなかった非押圧部13が形成されている。
非押圧部13の幅寸法の値(横方向の寸法の値)はごく僅かであり、また、図5では示していないが、非押圧部13が、第1の被押圧部9や第2の被押圧部11の平面状部からごく僅かに突出している場合もある。
なお、被押圧部が3つ以上の複数設けられており、各被押圧部を仕切っている非押圧部が2つ以上の複数設けられていてもよい。
さらに、露出導体5Aの長手方向の中間部に接合部位3を形成したことで、図示してはいないが、接合部位3の前端から前側に、接合されていない複数本の素線7が延出していてもよい。
図5で示す電線1の接合部位3には、たとえば、従来の端子付き電線301の場合と同様にして、端子のワイヤバレル部が設置される。接合部位3が形成された電線1に端子を設置することで製造された端子付き電線101(図8等参照)についての詳細は後述する。
次に、本発明の実施形態に係る電線1の導体5の超音波接合方法について説明する。
電線1の導体5の超音波接合方法は、図1に示すように、ホーン15(15A、15B)と、アンビル17とを用いて、電線1の導体(芯線)5を構成している複数本の素線7同士を超音波接合する導体5の接合方法である。
本発明の実施形態に係る電線1の導体5の超音波接合方法では、複数のホーン15(たとえば、第1のホーン15Aと第2のホーン15Bと)を用いている。複数のホーン15のそれぞれは別体で構成されており、お互いが非接触状態で存在している。
そして、各ホーン15のうちの少なくとも1つのホーンの振動形態が、残りのホーンの振動形態とは異なっている。たとえば、ホーン15が2つの場合は、第1のホーン15Aの振動形態と第2のホーン15Bの振動形態とは、たとえば、各素線7の間で接合のための充分な擦合がされるようにするために、お互いが異なっている。
さらに説明すると、電線1は、複数本の素線7が集まって形成されている導体5と、この導体5を覆っている(被覆している)被覆(図5で示す絶縁体)19とを備えて構成されている。
また、各素線7同士が超音波接合される前の電線1では、この長手方向の一部(たとえば、一端部)で被覆19が非存在であることで(被覆19が除去されて)導体5が所定の長さにわたって露出している(露出導体5Aが存在している)。
導体5の素線7は、銅、アルミニウム、もしくは、アルミニウム合金等の金属で細長い円柱状に形成されている。導体5は、複数本の素線7を撚った形態、もしくは、複数本の素線7がまとまって直線状に延びている形態で構成されている。
また、電線1は可撓性を備えている。また、電線1の被覆19が存在している部位の断面(前後方向に対して直交する平面による断面)は、円形状等の所定形状に形成されている。
被覆19が存在している電線1の部位における導体5の断面は、複数本の素線7がほとんど隙間の無い状態で束ねられていることで、たとえば、概ね円形状に形成されている。被覆19が存在している電線1の部位における被覆19の断面は、たとえば、所定の幅(厚さ)を備えた円環状に形成されている。導体5の外周の全周に被覆19の内周の全周が接触している。
接合部位3を形成するための素線7同士の超音波接合は、図1で示すように、たとえば、グラインディングジョー21と、アンビルプレート23と、ホーン15と、アンビル17とを用いてなされる。
理解を容易にするめに、まず、グラインディングジョー21、アンビルプレート23、アンビル17、ホーン15が1つずつ設けられているもの(第1のホーン15Aと第2のホーン15Bとが一体になっている場合)について、さらに詳しく説明する。
グラインディングジョー21、アンビルプレート23、ホーン15、アンビル17のそれぞれには、平面もしくは平面状部位(たとえば、微細な凹凸を備えた平面状部位)25、27、29、31が形成されている。
グラインディングジョー21の平面状部位29とアンビルプレート23の平面状部位31とは、横方向に対して直交しているとともに、お互いが平行になって対向している。また、グラインディングジョー21の平面状部位29とアンビルプレート23の平面状部位31との間の距離は、グラインディングジョー21、アンビルプレート23の少なくともいずれかを横方向で移動位置決めすることで、調整自在になっている。
ホーン15の平面状部位25とアンビル17の平面状部位27とは、高さ方向に対して直交しているとともに、お互いが平行になって対向している。なお、すでに理解されるように、グラインディングジョー21の平面状部位29やアンビルプレート23の平面状部位31と、ホーン15の平面状部位25やアンビル17の平面状部位27とは、お互いが直交している。
また、ホーン15の平面状部位25とアンビル17の平面状部位27との間の距離は、ホーン15、アンビル17の少なくともいずれかを高さ方向で移動することで、変化するようになっている。たとえば、空気圧シリンダ等のアクチュエータを用いてアンビル17を、所定の力をもってホーン15に対して移動することで、ホーン15の平面状部位25とアンビル17の平面状部位27との間の距離が変化するようになっている。
また、グラインディングジョー21とアンビルプレート23とホーン15とアンビル17とで、前後方向の両端に開口部が形成されている四角柱状の空間33が形成されている。この四角柱状の空間33は、グラインディングジョー21の平面状部位29と、アンビルプレート23の平面状部位31と、ホーン15の平面状部位25と、アンビル17の平面状部位27とで囲まれている。
超音波接合をするときには、露出している導体(露出導体)5Aが、素線7の長手方向が四角柱状の空間33の一対の開口部をお互いに結ぶ方向(前後方向)と一致するようにして、四角柱状の空間33内に入り込んでいる。
すなわち、超音波接合するときには、露出導体5Aは、素線7の長手方向が、グラインディングジョー21の平面状部位29、アンビルプレート23の平面状部位31、ホーン15の平面状部位25およびアンビル17の平面状部位27と平行になって、四角柱状の空間33内に入り込んでいる。
露出導体5Aの素線7が四角柱状の空間33内に入り込んでいる状態で、アンビル17をホーン15側に移動し、アンビル17とホーン15とで各素線7を押圧するとともに、ホーン15を振動させることで、各素線7同士の超音波接合がされる。そして、四角柱状の空間33内に入り込んでいた各素線7同士が超音波接合されることで、露出導体5Aの長手方向の一部(たとえば、先端部)に所定の長さの接合部位3が形成される。
超音波接合するときのホーン15の振動方向は、たとえば、前後方向(図1の紙面に直交する方向)になっている。なお、アンビル17とホーン15とで各素線7を押圧していることで、グラインディングジョー21の平面状部位29、アンビルプレート23の平面状部位31は、素線7から押圧力を受けている。
ここで、1つのグラインディングジョー21、1つのアンビルプレート23、1つのアンビル17に対してホーン15が複数(たとえば、2つ)設けられている場合について説明する。
ホーン15が2つ設けられている態様では、グラインディングジョー21の平面状部位29やアンビルプレート23の平面状部位31と平行な1つの平面(横方向に対して直交している分割平面)35によって、上述した1つのホーン15が分割されて、ホーン15(15A、15B)が2つになっている。
なお、実際には、2つのホーン15A、15Bはお互いが横方向でごく僅かに離れており、2つのホーン15A、15Bの間(分割平面35のところ)には僅かな隙間が形成されている。また、分割平面35は、横方向では、グラインディングジョー21の平面状部位29とアンビルプレート23の平面状部位31との間に位置している。
ホーン15が3つ以上の複数設けられている態様では、分割平面35が、お互いが所定の間隔をあけて複数存在していることになる。
ここで、上述したホーン15(15A、15B)の振動形態が異なっていることについて例を掲げて説明する。
第1のホーン15Aの振動形態と第2のホーン15Bの振動形態とがお互いが異なっている態様では、振動数、位相、波形、振幅の少なくともいずれかが、第1のホーン15Aと第2のホーン15Bとで異なっている。
たとえば、図2で示すように、第1のホーン15Aが線図G21の態様で振動し、第2のホーン15Bが線図G22の態様で振動するようになっている。線図G21と線図G22とは、お互いの振幅と波形(正弦波、もしくは、正弦波に近似した波形)とが一致しており、位相のみが異なっている。
また、図3で示すように、第1のホーン15Aが線図G31の態様で振動し、第2のホーン15Bが線図G32の態様で振動するようになっている。線図G31と線図G32とは、お互いの振幅と波形(正弦波、もしくは、正弦波に近似した波形)とが一致しており、振動数のみが異なっている(線図G31の周期<線図G32の周期になっている)。なお、第1のホーン15Aが線図G32の態様で振動し、第2のホーン15Bが線図G31の態様で振動するようになっていてもよい。
さらに、ホーン15を、正弦波もしくは正弦波に近似した波形以外の波形で振動させるのではなく、たとえば、図4(a)で示すような矩形波もしくは矩形波に近似した波形、または、図4(b)で示すような台形状の波形もしくはこれに近似した波形、または、図4(c)で示すような半円弧をつなげた形状の波形もしくはこれに近似した波形、または、三角波(図示せず)もしくは三角波に近似した波形等の他の波形で振動させてもよい。
たとえば、第1のホーン15Aを線図G21の態様で振動させ、第2のホーン15Bを図4(a)の態様で振動させてもよい。
また、第1のホーン15Aと第2のホーン15Bとを、振動数、位相および波形が一致しており、振幅のみがお互いに異なる態様で振動させてもよい。
さらに、振動数、位相、波形、振幅のうちの少なくとの2つ以上のものを組み合わせることで、第1のホーン15Aと第2のホーン15Bとの振動の態様を変えてもよい。
また、ホーン15が3つ以上に分かれている場合、3つのホーン15のそれぞれを、おたがいが異なる態様で振動させてもよい。また、3つのホーン15のうちの1つのホーン15を、他の2つのホーン15と異なる態様で振動させてもよい。この場合、3つのホーン15のうちの横方向の両端に位置している2つのホーン15の振動の形態がお互いに一致しており、横方向の真ん中に位置しているホーン15の振動の形態が、横方向の両端部に位置している2つのホーン15の振動の形態と異なっているものとする。
すなわち、ホーン15が3つ以上に分かれている場合、素線7同士の接合度合を高めるために、隣り合っているホーン15の振動形態がお互いに異なっているものとする。
次に、電線1の導体5の超音波接合装置37について説明する。
上述した電線1の導体5の超音波接合方法は、たとえば、電線1の導体5の超音波接合装置37(図1参照)を用いてなされる。
電線1の導体5の超音波接合装置(導体の接合装置)37は、アンビル17と、ホーン15とを用いて電線1の導体5を構成している複数本の素線7同士を超音波接合する装置である。
導体の接合装置37には、ホーン15(15A、15B)が複数設けられている。上述したように、複数のホーン15A、15Bのそれぞれは、別体で構成されており、お互いが非接触状態で存在している。そして、複数本の素線7同士の超音波接合が、各ホーン15A、15Bのうちの少なくとも1つのホーン15Aの振動形態が、残りのホーン15Bの振動形態とは異なっている態様でされるようになっている。
電線1の導体5の超音波接合方法によれば、各ホーン15A、15Bの振動形態がお互いに異なっているので、複数本の素線7の配列形態にかかわらず(各素線7の配列形態が如何様にされていても)、お互いが接している素線7同士が擦れ合い素線7同士の間で充分な摺動が発生し、素線7同士を的確に接合することができる。
たとえば、図1で示す態様では、横方向でお互いが接している素線7Aと素線7Bとは、ホーン15Aの振動形態に対するホーン15Bの振動形態とが異なっているので、素線7Aと素線7Bとの間で充分な摺動が発生し、素線7同士を確実に接合することができる。
なお、第1のホーン15Aのところで横方向にならんでいる素線7Aと素線7Cとであっても、ホーン15B(素線7B)の振動が影響して、素線7A、7C同士が充分に接合される。
また、電線1の導体5の超音波接合方法によれば、各ホーン15A、15Bの振動数もしくは位相のいずれかが異なっていることで、横方向(ホーン15とアンビル17との押圧方向とは直交する方向)にならんで接している素線7A、7B間の摺動を簡素な構成で得ることができる。たとえば、同じ仕様のホーン15を複数用いることができる。
上記説明では、図15(a)で示すように、ホーン15Aとホーン15Bとが別体で構成されているとしている。
ここで、ホーン15Aとホーン15Bとが別体で構成されている態様について、図15(a)を参照しつつさらに詳しくする。ホーン15Aは、導体接触体41(41A)と超音波振動子43(43A)と導体接触体支持材45(45A)とを備えて構成されている。
導体接触体41Aは、導体5に接合部位3を形成するときに電線1の素線7に接するようになっている。導体接触体支持材45Aは、導体接触体41Aを支持している。超音波振動子43Aは、導体接触体支持材45Aに設けられており、超音波振動子43Aによって導体接触体41Aが超音波振動をするようになっている。
ホーン15Bも、ホーン15Aと同様に、導体接触体41(41B)と超音波振動子43(43B)と導体接触体支持材45(45B)とを備えて構成されている。また、ホーン15Aとホーン15Bとはお互いが僅かに離れている。
そして、ホーン15A(導体接触体41A)とホーン15B(導体接触体41B)とがお互いに異なる態様で振動するようになっている。
ところで、図15(b)で示すように、1つの超音波振動子43で複数の導体接触体41(たとえば2つの導体接触体41A、41B)を超音波振動させてもよい。
そして、各導体接触体41のうちの少なくとも1つの導体接触体41(41A)の材質、形状の少なくともいずれかが、各導体接触体41のうちの他の導体接触体41(41B)のものとは異なるように構成し、各導体接触体41の振動形態がお互いに異なるようにしてもよい。
例を掲げて説明すると、1つ目の導体接触体41Aの材質が2つ目の導体接触体41Bの材質と異なっていることで、1つ目の導体接触体41Aの振動形態が2つ目の導体接触体41Bの振動形態と異なるようになっていてもよい。
また、1つ目の導体接触体41Aの形状が2つ目の導体接触体41Bの形状と異なっていることで、1つ目の導体接触体41Aの振動形態が2つ目の導体接触体41Bの振動形態と異なるようになっていてもよいし、1つ目の導体接触体41Aの材質および形状が2つ目の導体接触体41Bの材質および形状と異なっていることで、1つ目の導体接触体41Aの振動形態が2つ目の導体接触体41Bの振動形態と異なるようになっていてもよい。
なお、図15(b)で示すものでは、1つ目の導体接触体41Aの形状と2つ目の導体接触体41Bの形状とはお互いが一致しており、1つ目の導体接触体41Aの材質が2つ目の導体接触体41Bの材質と異なっている。
図15(b)で示すものについて、さらに詳しく説明する。図15(b)で示すものでは、たとえば、1つのホーン15(図15(a)で示すホーン15Aもしくは図15(a)で示すホーン15B)の導体接触体41にスリット(切り欠き)53を設けたことで、導体接触体41Aと導体接触体41Bとを構成している。
導体接触体41Aと導体接触体41Bとはお互いが直接接してはおらず、それぞれが、1つの導体接触体支持材45に一体的に支持されていることで、お互いが一体化している。すなわち、1つの導体接触体41Aと1つの導体接触体41Bとが、1つの導体接触体支持材45を介して支持されており、1つの導体接触体41Aと1つの導体接触体41Bと1つの導体接触体支持材45とが一体化している。
そして、1つの超音波振動子43が超音波振動をすることで、導体接触体41Aと導体接触体41Bとがお互いに異なる態様で超音波振動をするようになっている。
ところで、導体接触体41Aや導体接触体41Bが、導体接触体支持材45に対して着脱自在になっており、導体接触体41Aや導体接触体41Bの形状や材質の変更が容易になっていてもよい。そして、接合部位3を形成するときに、接合部位3を構成する素線7の形態等に応じて、導体接触体41Aや導体接触体41Bを適宜交換してもよい。
導体接触体41A(導体接触体41B)が導体接触体支持材45に対して着脱自在である構成について、図15(c)を参照しつつ説明する。図15(c)は図15(b)の側面図である。
導体接触体41A(導体接触体41B)には、嵌合凸部47が形成されており、導体接触体支持材45には嵌合凹部(2つの嵌合凹部)49が形成されている。そして、嵌合凹部49に嵌合凸部47を挿入し嵌合させた状態で、固定材(たとえば止めネジ)51で導体接触体41A(導体接触体41B)をさらに固定することで、導体接触体41A(導体接触体41B)が導体接触体支持材45に一体的に設置されるようになっている。
なお、図15(b)で示すものでは、1つのスリット53を設けて2つの導体接触体41を形成しているが、2つ以上のスリット53を設けて3つ以上導体接触体41を形成してもよい。
図15(b)で示すように、1つの超音波振動子43で複数の導体接触体41を振動させることで、ホーン15の小型化をはかることができ、接合部位3が小さくても対応可能になる。
次に、図6〜図12を参照して、端子付き電線101について詳しく説明する。
端子付き電線101は、図6〜図8で示すように、接合部位103(接合部位3)が形成されている電線105(電線1)と、ワイヤバレル部107を備えた端子(端子金具)109とを備えて構成されている。
ここで、説明の便宜のために、端子付き電線101における所定の一方向を前後方向(電線105の長手方向)とし、この前後方向に対して直交する所定の一方向を高さ方向とし、前後方向と高さ方向(電線105の高さ方向)とに対して直交する方向を幅方向(電線105の横方向)とする。
上述したように、電線105では、長手方向(長さ方向)の一部(たとえば、一端部)で、所定の長さにわたって被覆111(被覆19)が非存在であることで(たとえば、被覆111の一部が除去されて)、導体113(導体5)が露出している。
また、電線105では、露出している導体(露出導体)113Aの一部に、導体113が接合されている接合部位103が、所定の長さにわたって形成されている。接合部位103は、導体113を構成している複数本の素線115(素線7)同士が、たとえば、超音波接合されたことで形成されている。
さらに説明すると、電線105は、複数本の素線115が集まって形成されている導体(芯線)113と、この導体113を覆っている(被覆している)被覆(絶縁体)111とを備えて構成されている。
導体113の素線115は、銅、アルミニウム、もしくは、アルミニウム合金等の金属で細長い円柱状に形成されている。導体113は、複数本の素線115を撚った形態、もしくは、複数本の素線115がまとまって直線状に延びている形態で構成されている。
また、電線105は可撓性を備えている。被覆111が存在している電線105の部位の断面(長手方向に対して直交する平面による断面)は、円形状等の所定形状に形成されている。
被覆111が存在している電線105の部位における導体113の断面は、複数本の素線115がほとんど隙間の無い状態で束ねられていることで、たとえば、概ね円形状に形成されている。被覆111が存在している電線105の部位における被覆111の断面は、たとえば、所定の幅(厚さ)を備えた円環状に形成されている。導体113の外周の全周に被覆111の内周の全周が接触している。
接合部位103では、導体113を構成している複数本の素線115同士が、上述したように、超音波接合されたことで導体113が接合されている。
なお、上記説明では、超音波接合によって接合部位103が形成されているが、超音波接合以外の接合手段によって素線115同士を接合することで、接合部位103が形成されていてもよい。たとえば、素線115の再結晶温度以下の温度で素線115同士が冶金接合されていることで、超音波接合した場合と同様にして接合部位103が形成されていてもよい。
さらに、接合部位103が、超音波処理以外の、冷間圧接、摩擦撹拌接合、摩擦圧接、電磁圧接、拡散接合、ろう付け、はんだ付け、抵抗溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、光ビーム溶接等の処理で形成されていてもよい。
なお、接合部位103と被覆111とは、電線105の長手方向で、たとえば、所定の長さだけ離れている。これにより、接合部位103と被覆111との間では、お互いが接してはいるが非接合状態になっている複数本の素線(非接合状態の導体)113Bが露出している。
すなわち、電線105の長手方向の一端から他端に向かって、所定長さの接合部位103、非接合状態の導体113B、被覆111で覆われている導体113(被覆111が存在している電線105の部位)がこの順でならんでいる。
端子109が設置される前の接合部位103の断面形状(長手方向に対して直交する平面による断面形状)は、矩形状等の所定形状に形成されている。
また、端子109が設置される前の非接合状態の導体113Bの断面形状(長手方向に対して直交する平面による断面形状)は、接合部位103の断面形状から被覆111で覆われている導体113の断面形状に徐々に移行している。
端子付き電線101では、電線105や導体113の長手方向と、ワイヤバレル部107(端子109)の前後方向とがお互いに一致している。また、電線105の長手方向の一端が前側に位置しており、電線105の長手方向の他端が後側に位置している。
また、端子付き電線101では、端子109のワイヤバレル部107の端(後端;前後方向における被覆111側に位置している端)107Aが、接合部位103の端(後端;長手方向における被覆111側に位置している端)103Aよりも、被覆111側(後側)に位置している。そして、端子付き電線101では、ワイヤバレル部107を、たとえば、カシメることで、ワイヤバレル部107が接合部位103の少なくとも一部を包み込んで覆っている。カシメによりワイヤバレル部107の筒の内側の面のほぼすべてが接合部位103に付勢力をもって接している。
端子109は、たとえば、平板状の金属の素材を所定形状に形成した状態にしてから、この所定形状に形成したものを折り曲げたことで形成されている。
端子109は、前側から後側にむかって、たとえば、相手側端子に接続される端子接続部116、ワイヤバレル部107、インシュレーションバレル部117がこの順にならんでいる。
カシメがされる前のワイヤバレル部107の断面形状(前後方向に対して直交する平面による断面形状)は、たとえば、厚さ方向がほぼ高さ方向になっている底板部(円弧状の底板部)119と、一対の側板部121とを備えて「U」字状に形成されている。一対の側板部121のそれぞれは、底板部119の幅方向の両端から、斜め上方に起立している。一対の側板部121間の寸法の値(幅方向の寸法値)は、下側から上側に向かうにしたがって次第に大きくなっている。
カシメがされる前のインシュレーションバレル部117の断面形状(前後方向に対して直交する平面による断面形状)も、ワイヤバレル部107の断面と同様な「U」字状に形成されている。
端子付き電線101では、ワイヤバレル部107がカシメられたことで、接合部位103とワイヤバレル部107とが一体化しており、インシュレーションバレル部117がカシメられたことで、被覆111とインシュレーションバレル部117とが一体化している。
ワイヤバレル部107やインシュレーションバレル部117のカシメは、主として、一対の側板部121が塑性変形して、ワイヤバレル部107やインシュレーションバレル部117が筒状になることでなされている。ワイヤバレル部107をカシメることで、接合部位103が変形する。
また、前後方向では、たとえば、ワイヤバレル部107とインシュレーションバレル部117とは、僅かに離れているが(間に接続部123が設けられているが)、ワイヤバレル部107にインシュレーションバレル部117が接していてもよい。
ここで、前後方向における電線105と端子109との関係についてさらに詳しく説明する。
電線105の長手方向では、上述したように、前側から後側に向かって、所定の長さの接合部位103と、非接合状態の導体113Bと、被覆111で覆われている導体113がこの順でならんでいる。被覆111で覆われている導体113の長さは、接合部位103や非接合状態の導体113Bよりもはるかに長くなっている。
端子109の前後方向では、上述したように、前側から後側に向かって、端子接続部116と、ワイヤバレル部107と、ワイヤバレル部107とインシュレーションバレル部117との間の接続部123と、インシュレーションバレル部117とがこの順にならんでいる。なお、ワイヤバレル部107の前後方向の寸法の値は、接続部123やインシュレーションバレル部117の前後方向の寸法の値よりも大きくなっている。
端子付き電線101では、図8等で示すように、前後方向で、接合部位103の一端(前端)103Bが、ワイヤバレル部107の前端107Bよりも僅かに前側に位置している。これにより、接合部位103の一端部がワイヤバレル部107の前端107Bから前側に僅かに突出している。接合部位103のワイヤバレル部107からの突出寸法の値(前側への突出量)は、接合部位103の高さ寸法の値よりも小さくなっている。
なお、接合部位103の一端(前端)103Bが、ワイヤバレル部107の前端107Bよりも僅かに後側に位置していてもよい。
接合部位103の他端(後端)103Aは、ワイヤバレル部107の後端107Aよりも僅かに前側に位置していている。これにより、接合部位103と被覆111との間の非接合状態の導体113Bの前端部は、ワイヤバレル部107によって包み込まれている。
なお、接合部位103の後端103Aとワイヤバレル部107の後端107Aとの間の寸法の値(前後方向での寸法の値)も、接合部位103の高さ寸法の値よりも小さくなっている。
また、端子付き電線101では、非接合状態の導体113Bの高さ寸法の値は、前側から後側に向かうにしたがって、次第に大きくなっている。電線105の被覆111の前端(非接合状態の導体113Bの後端)は、インシュレーションバレル部117の前端よりも僅かに前側に位置している。
ここで、端子付き電線101の製造方法について説明する。端子付き電線101は、接合部位形成工程と、端子設置工程とを経て製造される。
接合部位形成工程では、露出導体113Aの長手方向の一部で、導体113を接合して接合部位103を形成する。
続いて、接合部位形成工程で接合部位103を形成した後、図6で示すように、端子109に対する電線105の位置決めをする。
続いて、端子設置工程で、ワイヤバレル部107とインシュレーションバレル部117とをカシメて、電線105に端子109を設置する。このとき、ワイヤバレル部107の後端107Aが、接合部位103の後端103Aよりも、後側に位置しており、ワイヤバレル部107が接合部位103の少なくとも一部を包み込んで覆う。
端子付き電線101によれば、ワイヤバレル部107の後端107Aが接合部位103の後端103Aよりも後側に位置するようにして、ワイヤバレル部107が接合部位103を覆っているので、接合部位103の境界部分(接合部位3と非接合状態の導体113Bとの境界)103Aでの素線115切れの発生を抑制することができる。
すなわち、接合部位103を形成した電線105にワイヤバレル部107をカシメて端子109を圧着するときに、接合部位103の後端(接合部位と非接合状態の導体との境界部分)103Aが、ワイヤバレル部107の内に位置しているので、端子109の圧着によって境界部分103Aが引っ張られることがほぼなくなり、境界部分103Aでの芯線切れ(非接合状態の導体113Bでも素線115の切れ;図14や図17の参照符号311A、311Bで示す素線切れ)の発生を抑制することができる。
そして、素線115切れが抑制されることで、圧着部性能が安定し(電線105と端子109との機械的接合度および電気的接合度が安定し)、また、コンタミネーションの発生が抑制される。
なお、上記説明では、図8等で示すように、ワイヤバレル部107の前端107Bから接合部位103が前側に僅かに突出しているが、図9で示すように、ワイヤバレル部107の前端107Bが接合部位103の前端103Bよりも前側に位置していてもよい。すなわち、前後方向におけるワイヤバレル部107の寸法の値が、前後方向における接合部位103の寸法の値よりも大きくなっており、前後方向で、接合部位103がワイヤバレル部107の内側に位置していてもよい。
また、図9では、接合部位103の前端103Bから非接合状態の導体113Bが僅かに前側に突出しているが、接合部位103の前端103Bから前側に突出している非接合状態の導体113Bが削除されていてもよい。
図9に示す端子付き電線101によれば、前後方向で、接合部位103がワイヤバレル部107の内側に位置しているので、接合部位103の両端(後端103Aと前端103Bと)での素線115切れの発生を抑制することができる。
ところで、図6〜図9で示す端子付き電線101では、ワイヤバレル部107にベルマウス部が設けられていないが、図10〜図12で示すように、ワイヤバレル部107にベルマウス部125が設けられていてもよい。
この場合、ベルマウス部125は、図6〜図9で示す端子付き電線101のワイヤバレル部107の後端107Aから後側に突出している態様、図6〜図9で示す端子付き電線101のワイヤバレル部107の前端107Bから前側に突出している態様で設けられている。
図10や図11で示す端子付き電線101では、ワイヤバレル部107が、本体部127と、一対のベルマウス部125(後側ベルマウス部125Aおよび前側ベルマウス部125B)とを備えて構成されている。前後方向では、前側から後側に向かって、前側ベルマウス部125B、本体部127、後側ベルマウス部125Aがこの順にならんでいる。
さらに説明すると、ワイヤバレル部107の、被覆111側に位置している端部(後端部)には、ベルマウス部125(後側ベルマウス部125A)が形成されている。
そして、図10や図11で示す端子付き電線101では、後側ベルマウス部125Aの前端(前後方向における被覆111側に位置している後端とは反対側の端;後側ベルマウス部125Aと本体部127との境界)が、接合部位103の後端(長手方向における被覆111側に位置している端)103Aよりも、被覆111側(後側)に位置している。
図10や図11で示す端子付き電線101では、ワイヤバレル部107の本体部127は前後方向で径がほぼ一定である筒状に形成されており、後側ベルマウス部125Aは本体部127から離れるにしたがって(前側から後側に向かうにしたがって)、径が次第に大きくなる筒状に形成されている。なお、後側ベルマウス部125Aの前端の径(本体部127との境界での径)は、本体部127の径と一致している。
図10や図11で示す端子付き電線101では、前側ベルマウス部125Bは、後側ベルマウス部125Aと同様にして、本体部127から離れるにしたがって(後側から前側に向かうにしたがって)、径が次第に大きくなる筒状に形成されている。
図10や図11で示す端子付き電線101では、前側ベルマウス部125Bの前後方向の寸法や、後側ベルマウス部125Aの前後方向の寸法は、接合部位103の高さ寸法の値よりも小さくなっており、ワイヤバレル部107の本体部127の前後方向の寸法は、接合部位103の高さ寸法の値よりも大きくなっている。
また、図10や図11で示す端子付き電線101では、前後方向で、ワイヤバレル部107の本体部127と被覆111との間の存在している導体113(後側ベルマウス部125Aの前端と被覆111との間に位置している後側の非接合状態の導体113B)の高さ寸法や径の値は、後側に向かってしたがって次第に大きくなっている。
また、図10や図11で示す端子付き電線101では、電線105の接合部位103の前端からは、非接合状態の導体(前側の非接合状態の導体)113Bが、前側に所定の長さだけ突出している。
これにより、図10や図11で示す端子付き電線101では、前後方向で、前側の非接合状態の導体113Bの後端(前側の非接合状態の導体113Bと接合部位103との境界)が、前側ベルマウス部125Bの後端よりも後側に位置しており、前側の非接合状態の導体113Bの前端が、前側ベルマウス部125Bの前端よりも前側に位置している。
さらに、前側ベルマウス部125Bの前端(前端の開口)では、図11で示すように、導体113(前側の非接合状態の導体113B)と前側ベルマウス部125Bとの間に僅かな間隙129が形成されており、後側ベルマウス部125Aの後端(後端の開口)でも、導体113と後側ベルマウス部125Aとの間に僅かな間隙129が形成されている。
なお、前側ベルマウス部125Bの前端(前端の開口)で、前側ベルマウス部125Bと導体113とが接しており、前側ベルマウス部125Bが導体113を抑え込んでおり、後側ベルマウス部125Aの後端(後端の開口)で、後側ベルマウス部125Aと導体113とが接しており、後側ベルマウス部125Aが導体113を抑え込んでいる構成であってもよい。
なお、図10や図11で示す端子付き電線101において、後側ベルマウス部125A、前側ベルマウス部125Bのいずれかが削除されていてもよい。たとえば、前側ベルマウス部125Bを削除した構成であってもよい。この場合、端子付き電線101では、前後方向で、前側の非接合状態の導体113Bの後端が、ワイヤバレル部107の本体部127の前端よりも後側に位置することになる。
図10や図11で示す端子付き電線101によれば、ワイヤバレル部107の本体部(ベルマウス部125を除いた本体部)127の内側に接合部位103が位置しているので、端子109を電線105に設置するときの導体113切れの発生を抑制することができる。
また、図10や図11で示す端子付き電線101によれば、非接合状態の導体113Bの一部(接合部位103側の部位)がベルマウス部125内に収まっているので、接合部位103と非接合状態の導体113Bとの境界部分での導体113切れの発生を一層抑制することができる。
なお、ベルマウス部125が設けられている図10や図11で示す端子付き電線101では、接合部位103がワイヤバレル部107の本体部127の内側に位置しているのであるが、前後方向で、接合部位103の前端が前側ベルマウス部125Bの中間部に位置しており、接合部位103の後端が後側ベルマウス部125Aの中間部に位置していてもよい。
さらに、図12で示すように、前側の非接合状態の導体113Bを削除した構成であってもよい。図12で示す端子付き電線101では、接合部位103の前端が、前側ベルマウス部125Bの前端よりも前側に位置しているが、接合部位103の前端が、前側ベルマウス部125Bの後端よりも後側に位置していてもよいし、接合部位103の前端が、前側ベルマウス部125Bのところに位置していてもよい。
ところで、上記説明では、電線105の長手方向の一端部に接合部位103を形成し、そこに端子109を設置しているが、図13で示すように、電線105の長手方向の中間部に接合部位103を形成し、そこに端子109を設置してもよい。
さらに説明すると、電線105の長手方向の一方の側から他方の側に向かって、被覆111で覆われている導体113(被覆が存在している電線の一端側部位)、非接合状態の導体113B(一端側の非接合状態の導体)、接合部位103、非接合状態の導体113B(他端側の非接合状態の導体)、被覆111で覆われている導体113(被覆が存在している電線の他端側部位)がこの順にならんでいる電線の、接合部位103のところに端子109を設置してもよい。
このような端子付き電線では、電線105の長手方向(端子109の前後方向)での、端子109のワイヤバレル部107(もしくはワイヤバレル部の本体部127)の長さ寸法の値が、接合部位103の長さ寸法の値よりも大きくなっており、電線105の長手方向(端子109の前後方向)で、端子109のワイヤバレル部107(もしくはワイヤバレル部の本体部127)の内側に接合部位103が位置している。
さらに、上記説明では、1本の電線105に1つの端子109を設置しているが、図14で示すように、複数本(たとえば、2本)の電線105に1つの端子109を設置してもよい。すなわち、上述した場合と同様にして、各電線105の接合部位103が1つの端子109のワイヤバレル部107(もしくはワイヤバレル部の本体部127)の内側に入るようにして、ワイヤバレル部107を各電線105の接合部位103のところに設置してもよい。
また、複数本の電線105に1つの端子109を設置する場合、各電線105の導体113のそれぞれに個別に接合部位103を形成しておいて、各電線105を1つの端子109を設置してもよいし、各電線105のうちの少なくとも2本の電線105の導体113をまとめて、このまとめたものに接合部位103を形成しておいて、各電線105を1つの端子109を設置してもよい。
また、複数本の電線105に1つの端子109を設置する場合に、各電線105のうちの少なくとも1本の電線105で、電線105の長手方向の中間部に接合部位103が形成されている態様であってもよい。
1(105) 電線
3(103) 接合部位
5(113) 導体
7(115) 素線
9 第1の被押圧部
11 第2の被押圧部
13 非押圧部
15 ホーン
15A 第1のホーン
15B 第2のホーン
17 アンビル
19(111) 被覆
37 電線の導体の超音波接合装置
41 導体接触体
43 超音波振動子
101 端子付き電線
107 ワイヤバレル部
103A 接合部位の後端
107A ワイヤバレル部の後端

Claims (8)

  1. アンビルとホーンとを用いて電線の導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合する電線の導体の超音波接合方法において、
    前記ホーンは複数設けられており、前記各ホーンのうちの少なくとも1つのホーンの振動形態が、残りのホーンの振動形態とは異なっていることを特徴とする電線の導体の超音波接合方法。
  2. 請求項1に記載の電線の導体の超音波接合方法において、
    前記振動形態の異なりは、振動数、位相、波形、振幅の少なくともいずれかの異なりであることを特徴とする電線の導体の超音波接合方法。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電線の導体の超音波接合方法において、
    前記電線は複数本であり、
    前記超音波接合では、前記各電線の導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合することを特徴とする電線の導体の超音波接合方法。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電線の導体の超音波接合方法において、
    前記各ホーンのそれぞれは、前記電線の素線に接する導体接触体を備えて構成されており、
    前記各導体接触体は、1つの超音波振動子で振動するように構成されており、
    前記各導体接触体のうちの少なくとも1つの導体接触体の材質、形状の少なくともいずれかが、前記各導体接触体のうちの他の導体接触体のものとは異なっていることを特徴とする電線の導体の超音波接合方法。
  5. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電線の導体の超音波接合方法によって、長手方向の一部で所定の長さにわたって被覆が非存在であることで前記導体が露出している前記電線の、前記露出している導体の長手方向の一部で、前記導体を接合して接合部位を形成する接合部位形成工程と、
    前記接合部位形成工程で接合部位を形成した後、ワイヤバレル部を備えた端子を、前記ワイヤバレル部の、前記電線の被覆側に位置している端が、前記接合部位の、前記被覆側に位置している端よりも、前記被覆側に位置するようにして、前記ワイヤバレル部が前記接合部位の少なくとも一部を覆うように、前記電線に前記端子を設置する端子設置工程と、
    を有することを特徴とする端子付き電線の製造方法。
  6. 請求項5に記載の端子付き電線の製造方法において、
    前記電線の長手方向と前記ワイヤバレル部の前後方向とがお互いに一致しており、
    前後方向で、前記接合部位が前記ワイヤバレル部の内側に位置していることを特徴とする端子付き電線の製造方法。
  7. アンビルとホーンとを用いて電線の導体を構成している複数本の素線同士を超音波接合する電線の導体の超音波接合装置において、
    前記ホーンは複数設けられており、前記各ホーンのうちの少なくとも1つのホーンの振動形態が、残りのホーンの振動形態とは異なることを特徴とする電線の導体の超音波接合装置。
  8. 導体を構成している複数本の素線同士の長手方向の少なくとも一部に接合部位が形成されている電線において、
    前記接合部位の表面の一部には、第1の被押圧部と第2の被押圧部ととが形成されており、前記第1の被押圧部と前記第2の被押圧部との間には、非押圧部が形成されていることを特徴とする電線。
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