JP2019153419A - 電線の導体の接合方法および電線 - Google Patents

電線の導体の接合方法および電線 Download PDF

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Abstract

【課題】電線の複数本の素線同士をアンビルとホーンとを用いて超音波接合する電線の導体の接合方法において、超音波接合をするときにおける素線切れの発生を防止する。【解決手段】複数本の素線で構成されている導体３と被覆５とを備えた電線１の複数本の素線同士を、アンビル１１とホーン１３とを用いて超音波接合する電線の導体の接合方法において、アンビル１１とホーン１３とで導体３の一部を所定の長さにわたって挟み込むとともにホーン１３を超音波振動させて各素線同士の超音波接合をするときに、アンビル１１およびホーン１３と、電線１の被覆との間の距離ｘが、素線が１次モードで振動するときの長さよりも短くなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、電線の導体の接合方法および電線に係り、特に、電線の導体の一部で複数本の素線同士が接合されるものに関する。
従来、図１９（ａ）、図２０で示すように、アンビル３０１とホーン３０３とで電線３０５の導体３０７の一部を挟み込み、導体３０７を構成している複数本の素線３０９同士を、ホーン３０３を電線３０５の長手方向（前後方向）に超音波振動させて接合しているものが知られている（たとえば特許文献１参照）。
なお、図２０に参照符号３２１で示すものは、アンビル３０１とホーン３０３とによって各素線同士が接合されたことで形成された接合部であり、図２０に参照符号３２３で示すものは、接合部３２１と被覆３１１との間に存在している中間部である。
特開２０１５−１３５７４２号公報
ところで、アンビル３０１とホーン３０３とを用いた超音波接合によって素線３０９同士を接合すると、被覆３１１で覆われている導体の部位３１３とアンビル３０とホーン３０３で挟まれている導体の部位３１５との間に存在している導体の部位３１７で、導体３０７を構成している素線３０９がたとえば前後方向で超音波振動する。
このような超音波振動をするときに、導体の部位３１７の寸法Ｌａの値が大きいと、図１９（ｂ）で示すような１次モードや２次モード等で、素線３０９が振動する。
これにより、たとえば、導体の部位３１７を構成している素線３０９が繰り返し応力を受け、疲労破壊によって、繰り返し応力の値が大きい部位３０９Ｂで素線３０９切れが発生するおそれがある。図１９（ａ）に参照符号３０９Ａで示すものは、切れてしまった素線である。
なお、図１９（ｃ）で示すものは、２次モードでの素線３０９の振動を示しており、この２次モードでは、繰り返し応力の値が大きい部位３０９Ｃで素線３０９切れが発生するおそれがある。図１９（ｄ）で示すものは、３次モードでの素線３０９の振動を示しており、この３次モードでは、繰り返し応力の値が大きい部位３０９Ｄで素線３０９切れが発生するおそれがある。
なお、本件発明では、超音波振動によって素線３０９に発生する繰り返し応力に起因する疲労破壊は、１次モードの振動で考慮する。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電線の複数本の素線同士をアンビルとホーンとを用いて超音波接合する電線の導体の接合方法および電線において、超音波接合をするときにおける素線切れの発生を防止することができる電線の導体の接合方法および電線を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、複数本の素線で構成されている導体とこの導体が所定の長さにわたって露出するように前記導体を覆っている被覆とを備えた電線の複数本の素線同士を、アンビルとホーンとを用いて超音波接合する電線の導体の接合方法において、前記アンビルと前記ホーンとで前記露出している導体の一部を所定の長さにわたって挟み込むとともに前記ホーンを超音波振動させて前記各素線同士の超音波接合をするときに、前記アンビルおよび前記ホーンと、前記電線の被覆との間の距離が、前記素線が１次モードで振動するときの長さよりも短くなっている電線の導体の接合方法である。
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接合方法において、前記超音波接合で形成される接合部と前記被覆で覆われている部位との間に位置している前記導体の中間部の外径が、前記被覆で覆われている部位から前記接合部に向うにしたがって、次第に小さくなっており、前記接合部の上面もしくは前記電線の長手方向と前記導体の中間部の素線との交差角度の最大値が、所定の角度よりも小さくなっており、前記所定の角度は、前記超音波接合をするときに前記素線の破断を防止する角度である電線の導体の接合方法である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電線の導体の接合方法において、前記アンビルと前記ホーンとには、前記導体の中間部のうちの前記接合部側の部位に所定の長さにわたって接する勾配面が形成されている電線の導体の接合方法である。
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接合方法において、前記接合部が形成された後に、所定の速度を超える流速の流体を前記接合部に流すか、前記接合部に所定の大きさを超える加速度を加えるかの少なくともいずれかをすることで、前記接合部の接合状態を検査する電線の導体の接合方法である。
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接合方法において、前記素線同士の超音波接合をするときに、前記被覆の一部を保持する電線の導体の接合方法である。
請求項６に記載の発明は、複数本の素線で構成されている導体とこの導体が所定の長さにわたって露出するように前記導体を覆っている被覆とを備えた電線において、前記被覆から所定の距離だけ離れており、前記露出している導体の各素線同士が接合されている接合部と、前記接合部と前記被覆との間に形成されている前記導体の中間部とを有し、前記中間部の長さ寸法の値が、前記接合部を形成したときの超音波振動によって前記素線が１次モードで振動する長さ寸法の値よりも小さくなっている電線である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電線において、前記接合部と前記被覆で覆われている部位との間に位置している前記導体の中間部の外径が、前記被覆で覆われている部位から前記接合部に向うにしたがって、次第に小さくなっており、前記接合部の上面もしくは前記電線の長手方向と前記導体の中間部の素線との交差角度の最大値が、所定の角度よりも小さくなっており、前記所定の角度は、前記超音波接合をするときに前記素線の破断を防止する角度である電線である。
本発明によれば、電線の複数本の素線同士をアンビルとホーンとを用いて超音波接合する電線の導体の接合方法および電線において、超音波接合をするときにおける素線切れの発生を防止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接合方法で得られた電線を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の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接合方法を示す図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩＩＢ矢視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面を示す図である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の中間部における素線の１次振動モードを示す数式である。 本発明の実施形態に係る電線の導体の接合方法で得られた電線に端子が設置された端子付き電線を示す図である。 変形例に係る電線の導体の接合方法を示す図である。 変形例に係る電線の導体の接合方法で得られた電線を示す斜視図である。 変形例に係る電線の導体の接合方法を示す図である。 変形例に係る電線の導体の接合方法を示す図である。 変形例に係る電線の導体の接合方法を示す図である。 変形例に係る電線の導体の接合方法を示す図である。 素線の一部が接合部に接合されていない電線を示す図であり、（ａ）は接合部に接合されていない素線（ほつれている素線）が、接合部に沿って延びている状態を示しており、（ｂ）は接合部に接合されていない素線が、接合部から離れて延びている状態を示している。 素線の一部が接合部に接合されていない電線を示す図であって、接合部に接合されていない素線が、接合部から離れて延びている状態を示しており、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 素線の一部が接合部に接合されていない電線を示す図であって、接合部に接合されていない素線が、接合部から離れて延びている状態を示しており、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 素線の一部が接合部に接合されていない電線を示す図であって、接合部に接合されていない素線が、接合部から離れて延びている状態を示しており、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 図１２〜図１５で示すものの変形例を示す図である。 図１２〜図１５で示すものの変形例を示す図である。 図１２〜図１５で示すものの変形例を示す図である。 従来の電線の導体の接合方法を示す図である。 従来の電線の導体の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接合方法で製造される電線１について、図１、図２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幅方向とする。
電線１は、導体３と被覆５とを備えて構成されている。導体３は複数本の素線７で構成されている。被覆５は、導体３が所定の長さにわたって露出するように導体３を覆っている。導体３は、電線１のたとえば前端部で所定の長さにわたって露出している。
電線１には、接合部９が形成されている。接合部９は、前後方向で被覆５から所定の距離だけ離れており、前後方向で所定の長さにわたって形成されている。接合部９では、露出している導体（露出導体）３Ａの各素線７（図３参照；図１、図２では１本１本を図示せず）同士が、アンビル１１とホーン１３とを用いた超音波接合（超音波処理）によって接合されている。そして、たとえば、接合部９では、導体３がたとえば単線化している。
また、電線１には、中間部１５が形成されている。中間部１５は前後方向で、接合部９と被覆５との間に形成されている。また、中間部１５では露出導体３Ａの素線７同士の接合がされていないが、接合部９の近傍では、アンビル１１とホーン１３とを用いた超音波接合の影響によって、素線７同士が接合されている場合もある。
接合部９は、たとえば、直方体状（四角柱状）に形成されており、幅方向の寸法が高さ方向の寸法よりも大きくなっている。また、前後方向で見ると、被覆５で覆われている部位における導体３は円形状になっている（図３（ｃ）参照）。
接合部９の断面形状（前後方向に対して直交する平面による断面の形状）は、被覆５で覆われている導体３の部位の断面形状よりも小さくなっている。中間部１５の断面形状は、被覆５で覆われている部位の円形から、接合部９の矩形に次第に変化している。
前後方向で見ると、被覆５で覆われている円形状の導体３の内側に矩形状の接合部９が位置しており、被覆５で覆われている導体３の中心と接合部９の中心とはお互いが一致している。なお、被覆５で覆われている導体３の中心と接合部９の中心とがずれていてもよい。
接合部９の外径（図１に示す最大外径ｄ１や最小外径ｄ２）は、被覆５で覆われている導体３の部位（より精確には、導体３が露出し始めるところにおける被覆５の端における導体３の部位）の外径ｄ３（図２参照）よりも小さくなっている。
そして、導体３の中間部１５の外径は、被覆５で覆われている導体３の部位から接合部９に向うにしたがって（後側から前側に向かうにしたがって）次第に小さくなっている。
電線１では、中間部１５の長さ寸法（前後方向における寸法）の値ｘ（図２参照）が、接合部９を形成するときの超音波振動によって素線７が１次モードで振動する長さ寸法Ｌ（図４参照）の値よりも小さくなっている。上記長さ寸法Ｌについての詳細は後述する。
また、電線１では、接合部９の上面もしくは前後方向と導体３の中間部１５の素線７との交差角度の最大値θが、所定の角度θａよりも小さくなっている。なお、接合部９の上面を接合部９の下面としてもよい。
交差角度の最大値θとして、たとえば、前後方向（電線１の中心軸Ｃ１）と中間部１５の外周面１５Ａとの交差角度を採用することができる（図２参照）。
また、交差角度の最大値θは、超音波接合による中間部１５の各素線７の総ての破断を防止することができる角度になっている。さらに説明すると、交差角度の最大値θは、超音波接合で中間部１５の各素線７のうちで、前後方向に対して最大値θの角度で交差している素線７が、接合部９での素線７の圧縮と超音波振動とによっても、疲労破壊を起こさない角度になっている。なお、交差角度の最大値θや所定の角度θａの詳細については後述する。
図１や図２で示す電線１には、図５で示すように、端子１７が設置されることで、端子付き電線１９が得られる。
端子１７には、ワイヤバレル部２１とインシュレーションバレル部２３とが設けられている。端子付き電線１９では、ワイヤバレル部２１がカシメられたことで、ワイヤバレル部２１と接合部９とが一体化しており、インシュレーションバレル部２３がカシメられたことで、インシュレーションバレル部２３と被覆５の前端部とが一体化している。
次に、本発明の実施形態に係る電線の導体の接合方法について詳しく説明する。
本発明の実施形態に係る電線の導体の接合方法は、図２、図３で示すように、複数本の素線７で構成されている導体３とこの導体３が所定の長さにわたって露出するように導体３を覆っている被覆５とを備えた電線１の複数本の素線７同士を、アンビル１１とホーン１３とを用いて超音波接合するものである。
本発明の実施形態に係る電線の導体の接合方法では、アンビル１１とホーン１３とで露出している導体（露出導体）３Ａの一部を所定の長さにわたって挟み込むとともに、ホーン１３を素線７（導体３）の長手方向（前後方向）に超音波振動させて各素線７同士の超音波接合をする。
ここで、超音波接合について詳しく説明する。
電線１は、上述したように、複数本の素線７が集まって形成されている導体（芯線）３と、この導体３を覆っている（被覆している）被覆（絶縁体）５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５が非存在であることで（被覆５が除去されていることで）導体３が所定の長さにわたって露出している（露出導体３Ａが形成されている）。
導体３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３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の被覆５が存在している部位の断面（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。
なお、電線１は可撓性を備えているが、説明の便宜のために、電線１は直線状に延びているものとする。
被覆５が存在している電線１の部位における導体３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概ね円形状に形成されている。被覆５が存在している電線１の部位における被覆５の断面は、所定の幅（厚さ）を備えた円環状に形成されている。導体３の外周の全周に被覆５の内周の全周が接触している。
さらに、被覆５が存在している電線１の部位では、被覆５によって各素線７が締め付けられている（各素線７が導体３の断面が小さくなるような付勢力を被覆５から受けている。）これにより、被覆５が存在している電線１の部位では、各素線７同士が集まって一体化しており、各素線７での振動が急激に減衰するようになっている。なお、中間部１５では、被覆５による付勢力がほとんど存在していない。
素線７同士の超音波接合は、図２や図３（ａ）（ｂ）等で示すように、たとえば、グラインディングジョー２５と、アンビルプレート２７と、ホーン１３と、アンビル１１とを用いてなされる。
アンビル１１、グラインディングジョー２５、アンビルプレート２７、ホーン１３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）２９、３１、３３、３５が形成されている。
グラインディングジョー２５平面状部位３１とアンビルプレート２７の平面状部位３３とは、幅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２５の平面状部位３１とアンビルプレート２７の平面状部位３３との間の距離は、グラインディングジョー２５、アンビルプレート２７の少なくともいずれかを幅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１３の平面状部位３５とアンビル１１の平面状部位２９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２５の平面状部位３１やアンビルプレート２７の平面状部位３３と、ホーン１３の平面状部位３５やアンビル１１の平面状部位２９とは、お互いが直交している。
また、ホーン１３の平面状部位３５とアンビル１１の平面状部位２９との間の距離は、ホーン１３、アンビル１１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、ホーン１３に対して、空気圧シリンダ等のアクチュエータを用いてアンビル１１を所定の力をもって移動することで、ホーン１３の平面状部位３５とアンビル１１の平面状部位２９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２５とアンビルプレート２７とホーン１３とアンビル１１とで、前後方向の両端が開口している四角柱状の空間３７が形成されている。この四角柱状の空間３７は、グラインディングジョー２５の平面状部位３１と、アンビルプレート２７の平面状部位３３と、ホーン１３の平面状部位３５と、アンビル１１の平面状部位２９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）３Ａが、素線７の長手方向が四角柱状の空間３７の前後方向と一致するようにして四角柱状の空間３７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３Ａは、素線７の長手方向が、グラインディングジョー２５の平面状部位３１、アンビルプレート２７の平面状部位３３、ホーン１３の平面状部位３５およびアンビル１１の平面状部位２９と平行になって（前後方向になって）、四角柱状の空間３７内に入り込んでいる。
露出導体３Ａの素線７が四角柱状の空間３７内に入り込んでいる状態で、アンビル１１をホーン１３側に移動し、アンビル１１とホーン１３とで各素線７を押圧するとともに、ホーン１３を超音波振動させることで、各素線７同士の超音波接合がなされるようになっている。そして、四角柱状の空間３７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３Ａの長手方向の一部に所定の長さの接合部９が形成される。
超音波接合するときのホーン１３の振動方向は、たとえば、前後方向（各素線７の長手方向）になっている。なお、アンビル１１とホーン１３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２５の平面状部位３１、アンビルプレート２７の平面状部位３３は、素線７から押圧力を受けている。
また、超音波接合するときには、アンビル１１およびホーン１３（より精確には、アンビル１１とホーン１３とで挟み込んでいる露出導体３Ａの被覆５側の端）と、電線１の被覆５との間の距離ｘ（図２参照）が、素線７が１次モードで振動するときの長さ（ホーン１３の超音波振動によって１本の素線７で１次モードでの振動が発生するときの長さ）Ｌよりも短くなっている（ｘ＜Ｌになっている）。
上記長さＬは、図４に示す式ｆ１でもとめられる。式ｆ１における「ｍ」は定数であり、その値は、「４．７３０」である。式ｆ１における「ｆ」は超音波周波数（ホーン１３の振動数）であり、その単位は「Ｈｚ」である。
式ｆ１における「ρ」は、素線７の密度であり、その単位は「Ｋｇ／ｍ３」である。式ｆ１における「Ａ」は、１本の素線７の断面積（長手方向に対して直交する平面による断面の面積）であり、その単位は「ｍ２」である。式ｆ１における「Ｅ」は、素線７のヤング率（縦弾性係数）であり、その単位は、「Ｎ／ｍ２」である。式ｆ１における「Ｉ」は、１本の素線７の断面二次モーメントであり、その単位は、「ｍ４」である。
ところで、図１や図２で示す電線１では、超音波接合で形成される接合部９と、被覆５で覆われている部位との間に位置している導体３の中間部（前後方向で接合部９と被覆５の間に位置している導体３の部位）１５の外径が、上述したように、被覆５で覆われている部位から接合部９に向うにしたがって（後側から前側に向かうにしたがって）、次第に小さくなっている。
また、電線１では、電線１の長手方向（前後方向）と導体３の中間部１５の素線７との交差角度の最大値θが、所定の角度θａよりも小さくなっている（θ＜θａになっている）。
所定の角度（破断防止角度）θａは、超音波接合をするときに（超音波接合をしているときや超音波接合をし終えたときに）、中間部１５での総ての素線７の破断を防止することができる角度である。
また、所定の角度θａは、超音波接合をしているときや超音波接合をし終えたときに、中間部１５の総ての素線７が、接合部９での素線７の圧縮と超音波振動とによって素線７に加えられる荷重による疲労破壊を起こさない角度である。
疲労破壊とは、中間部１５の素線７に加えられる変動荷重（繰り返し荷重）と中間部１５の素線７に加えられる静的荷重とによって発生する、たとえば中間部１５での素線７の破壊である。
変動荷重は、超音波接合をするときのホーン１３の振動によって中間部１５の素線７に加えられる荷重（たとえば、両振荷重）である。この変動荷重によって、中間部１５の素線７には、繰り返し応力が発生する。
また、各素線７のそれぞれは、ホーン１３の振動によって、概ね同じように振動するので、各素線７のそれぞれに発生する繰り返し応力の値は、お互いがほぼ等しくなっている。
変動荷重のみによる素線７の破壊を純疲労破壊とすると、純疲労破壊は、超音波接合によって素線７に発生する繰り返し応力の形態（アンビル１１とホーン１３とで複数本の素線７を挟み込む力、ホーン１３の振動周波数、ホーン１３の振幅等）、超音波接合によって素線７に繰り返し応力が発生している時間、素線７の材質等によって、発生するか否かが決まる。
静的荷重は、導体３の中間部１５の外径が後側から前側に向かうにしたがって次第に小さくなっていることによって中間部１５の素線７に加えられる荷重である。静的荷重は、アンビル１１とホーン１３とで素線７（導体３）を挟み込む前の状態（たとえば、図３（ａ）参照）では、発生していない。
アンビル１１とホーン１３とで素線７の挟み込みをし（たとえば図２参照）、ホーン１３が振動を開始する前の状態では、アンビル１１とホーン１３との間の距離（高さ方向における距離）が、導体３の被覆５で覆われている部位の外径ｄ３よりも小さくなる。
これにより、中間部１５のほとんどの素線７が、斜めに延伸するようになる。そして、各素線７のそれぞれが、一部のものを残して（中心軸Ｃ１のところで延びているものを残して）延び、各素線７のそれぞれに歪が発生し、ほとんどの素線７に静的応力が発生する。
この後、ホーン１３が超音波振動をすると、各素線７同士の接合が進み接合部９が次第に形成され、アンビル１１とホーン１３との間の距離（高さ方向における距離）が、次第に小さくなり、中間部１５の形状が次第に変化する。
これにともなって、各素線７のそれぞれにおける静的応力の値も次第に増加し、図２で示すように接合部９の高さ寸法の値が「ｄ２」になって、超音波接合が終了したときに最大になる。
なお、上述した繰り返し応力の値は中間部１５における各素線７でお互いがほぼ等しくなっているが、静的応力の値は中間部１５における素線７の位置に応じて変わっている。
たとえば、中心軸Ｃ１のところに位置している素線７の繰り返し応力の値と、外周面１５Ａのところに位置している素線７の繰り返し応力の値とは、お互いがほぼ等しくなっている。これに対して、中心軸Ｃ１のところに位置している素線７の静的応力の値は、ほぼ「０」であるが、外周面１５Ａのところに位置している素線７には、静的応力が発生している。静的応力の値は、前後方向に対する交差角度の値が大きい素線７ほど大きくなっている。
したがって、素線７に発生する静的応力は、中間部１５の形状、素線７の径、中間部１５を構成している素線７の位置等によって変わる。
アンビル１１とホーン１３とを用いた接合部９の形成で、静的荷重のみによる素線７の破壊を考える場合は、接合部９の形成が終了した後、前後方向に対する交差角度の値が最大になっている素線７の交差角度θｂのみを考慮すればよい。
交差角度θｂは、式ｆ２；θｂ＝ｃｏｓ−１（１／（１+ε））でもとめられる。ここで、「ε」は、前後方向に対する交差角度の値が最大になっている素線（たとえば、図２に示す中間部１５の外周面１５Ａのところに位置している素線）７の歪である。
また、「ε」は、図２や図３で示す寸法ａと図２で示す寸法ｂとで表すこともできる。すなわち、ε＝（ｂ−ａ）／ａで表すこともできる。
ちなみに、図２における外周面１５Ａのところに位置している素線７の静的応力σｓは、式ｆ３；σｓ＝εＥで示すようになる。「Ｅ」は素線７の縦弾性係数である。
素線７の疲労破壊は、素線７の純疲労破壊と素線７の静的荷重による破壊とを合わせて考慮する必要があるので、上述した所定の交差角度θａは、静的荷重のみによる破壊を免れるための交差角度θｂよりも小さくなる。
したがって、図２に示す交差角度の最大値θ＜所定の交差角度θａ＜静的荷重のみによる破壊を免れるための交差角度θｂになる。
交差角度θｂと交差角度θａとの差は、すでに理解されるように、ホーン１３の振動周波数等の超音波接合の形態によって決まる。
ここで、前後方向と素線７との交差角度についてさらに説明する。
図１や図２で示す電線１の接合部９と中間部１５と被覆５で覆われている部位とを、電線１の中心軸Ｃ１の延伸方向（電線１の長手方向）に対して直交する方向（高さ方向、もしくは、幅方向、もしくは、高さ方向や幅方向に対して斜めな方向）から見ると、中間部１５では、電線１の長手方向（前後方向）に対して、複数本の素線７のちのほとんどの素線が、上述したように、所定の角度で交差している。複数本の素線７の交差角度の値それぞれは、上述したように、お互いに異なっている。
ここで、交差角度について念のために説明しておく。一般的には、平面上の２直線の交差角度として２つの交差角度が存在する。これらの２つの交差角度の和は、１８０°になる。２つの交差角度の一方の角度は鋭角であり、他方の交差角度は鈍角である。本願明細書の交差角度θ（θａ、θｂ）は、すでに理解されるように、２つの交差角度のうちの小さいほうの角度（鋭角）である。
交差角度は、電線１を見る角度によって変化する。たとえば、中間部１５の外周面１５Ａのところに位置している素線７を幅方向で見ると、交差角度は図２で示すように「θ」になるが、中間部１５の外周面１５Ａのところに位置している素線７を高さ方向で見ると、交差角度は「０°」になる。
素線７が撚られていないものでは、被覆５で覆われている導体３の部位で、各素線７がお互いに平行になって電線１の長手方向に延びている。また、素線７が撚られていないものでは、図２に、参照符号「θ」で示すものが交差角度の最大値になる。
ところで、上記説明では、中間部１５の外周面１５Ａのところに位置している素線７の交差角度が最も大きくなるとしているが、図１に示す中間部１５の稜線１５Ｂのところに位置している素線７もしくはその他に素線の交差角度が最も大きくなるかもしれない。
上記説明では、各素線７に撚りがないとしているので、交差角度を二次元的にとらえているが、各素線７に撚りがある場合には、各素線７の撚りも考慮して三次元的に交差角度をとらえればよい。
上記説明では、接合部９が四角形状に形成されているが、図７で示すように接合部９が円柱状に形成されていてもよい。また、被覆５で覆われている導体３の部位の断面形状が矩形状との他の形状になっていてもよい。
さらに、上記説明では、超音波接合をするときに、図２で示すように、電線１の導体３の前端の位置と、アンビル１１およびホーン１３の前端の位置とが、前後方向でお互いに一致しているが、図６で示すように、電線１の導体３の前端が、アンビル１１およびホーン１３の前端より前側に位置していてもよいし、後側に位置していてもよい。
ところで、アンビル１１とホーン１３とを用いて電線１の導体３の超音波接合をするときに、図２、図３（ａ）（ｃ）で示すように、一対のクランパ４１を備えた被覆保持部３９によって電線１の被覆５を挟み込んで保持してもよい。
この場合、一対のクランパ４１と被覆５の前端との間の距離Ｌ１は適宜決定される。距離Ｌ１を「０」にしてもよいし、距離Ｌ１の値を電線１（被覆５）の外径ｄ４の値より小さくしてもよいし、大きくしてもよい。
また、図１１で示すように、アンビル１１およびホーン１３に、勾配面４３を設けてもよい。勾配面４３は、電線１の導体３の中間部１５のうちの接合部９側の部位に、前述した角度θを形成する態様で形成されており、所定の長さにわたって導体３に接するようになっている。
また、上記説明では１本の電線１の長手方向の一端部に接合部９を形成しているが、図１０で示すように、１本の電線１の長手方向の中間部に接合部９を形成してもよい。
また、図８や図９で示すように、複数本の電線（たとえば２本の電線）１の導体３の各素線７同士を超音波接合して１つの接合部９を形成してもよい。
図８に示す態様では、１本の電線１（１ａ）の端部と他の１本の電線１（１ｂ）の端部とに接合部９を形成することで、電線１ａと電線１ｂとを直列的に接続しており、電線１ａに電線１ｂを接合部９のところで継ぎ足して、電線１の長さを１本の直線状に延長した形態になっている。
図９で示す態様では、１本の電線１（１ａ）の端部と他の１本の電線１（１ｂ）の端部とに接合部９を形成することで、電線１ａと電線１ｂとを並列的に接続しており、電線１ａと電線１ｂとを接合部９から並列させて延長した態様になっている。
ところで、電線１の導体３の超音波接合において、接合部９が形成された後に、接合部９の接合状態を検査するようにしてもよい。
接合部９の接合状態を検査は、接合部９に接合されていない素線（ほつれた素線）７Ａが存在しているか否かを調べるためになされるのであり、図１２〜図１４で示すように、所定の速度を超える流速の流体（たとえば、空気）を接合部９に流すことでなされる。
さらに説明すると、接合部９の接合状態を検査は、図１２、図１３で示すように、接合部９から所定の距離だけ離れている噴出ノズル（図示せず）の噴出口（所定の内径の噴出口）から接合部にむけて所定圧の圧縮空気を吹き付ける（矢印参照）ことでなされる。
図１２で示す態様では、電線１の接合部９の前端よりも前側に噴出ノズルを配置し、噴出ノズルから後側に圧縮空気を所定の時間噴出し、噴出ノズルの後側に位置している接合部９に圧縮空気を吹き付けている。
図１２（ａ）は、圧縮空気を吹き付ける前の状態を示しており、図１２（ｂ）は、圧縮空気を吹き付けた後の状態を示している。
図１２（ａ）では、接合部９に接合されていない素線７Ａが接合部９にほとんどくっついており、肉眼（目視による外観検査）では、接合部９で接合されていない素線７Ａが存在しているか否か判断が難しい。
これに対して、図１２（ｂ）では、接合部９に接合されていない素線７Ａが、圧縮空気で変形し、接合部９から離れており、肉眼でも、接合部９に接合されていない素線７Ａが存在していることを容易に判断することができる。
図１３で示す態様では、噴出ノズルを、接合部９の側方に配置し、電線１の長手方向（前後方向）に対して直交する方向（たとえば幅方向）から接合部９に向けて、圧縮空気を所定の時間吹き付けている。
図１３は、圧縮空気を吹き付けた後の状態を示しており、図１３では、接合部９に接合されていない素線７Ａが、圧縮空気で変形し、接合部９から離れており、肉眼でも、接合部９に接合されていない素線７Ａが存在していることを容易に判断することができる。
また、接合部９の接合状態の検査を、図１４で示すように、接合部９から所定の距離だけ離れている吸引ノズル（図示せず）の吸引口（所定の内径の吸引口）から空気を所定の流速で吸引する（矢印参照）ことで行ってもよい。
図１４で示す態様では、接合部９の下側と上側とに吸引ノズルを配置して、接合部９の下側と上側とから空気を吸引している。図１４に参照符号７Ａで示すものは、接合部９に接合されていないことで、接合部９から離れた素線７Ａである。
なお、図１２〜図１４で示す態様において、接合部９の全体を万遍なく検査対象とするために、噴出ノズルや吸引ノズルを、接合部９（電線１）に対し相対的に移動したり回転（接合部９の場合は自転、ノズルの場合は公転）して、圧縮空気の吹き付けや空気の吸引をしてもよい。
また、ノズルでの空気の吹き付けや吸引を断続的に行ってもよい。たとえば、１秒毎に空気の流れをオン・オフさせてもよい。
さらに、接合部９の接合状態の検査を、図１５で示すように、接合部９に所定の大きさを超える加速度を加えることで行ってもよい。
図１５で示す態様では、接合部９をこの中心軸Ｃ１を中心にして所定の回転速度以上の速度で回転するときに発生する遠心力で、接合部９に接合されていない素線７Ａを接合部９から離している。
なお、接合部９を回転することに代えてもしくは加えて、接合部９を振る等して、接合部９に接合されていない素線７Ａの慣性力によって、接合部９から離してもよい。
さらに、接合部９が形成された後に、所定の速度を超える流速の流体を接合部９に流すか、接合部９に所定の大きさを超える加速度を加えるかの少なくともいずれか（たとえば両方）を施すことで、接合部９の接合状態を検査するようにしてもよい。
また、接合部９に接合されていない素線７Ａを接合部９から離した後、目視ではなく、撮像部や画像処理部やメモリやＣＰＵを有する検査装置を用いて検査してもよい。すなわち、接合部９に接合されていない素線７Ａを接合部９から離した後、接合部９と素線７Ａとを撮像部で撮影し、この撮影した画像データを画像処理部で処理することで、接合部９で接合されていない素線７Ａを検出するようにしてもよい。
また、所定の速度を超える流速の流体を中間部１５に流したり、中間部１５に所定の大きさを超える加速度を加えることで、中間部１５で発生した素線切れを検査するようにしてもよい。
電線１によれば、電線１の複数本の素線７同士をアンビル１１とホーン１３とを用いて超音波接合するときに、アンビル１１およびホーン１３と被覆５との間の距離が、素線７が１次モードで振動するときの長さよりも短くなっているので、図１９（ｂ）で示す特定の部位３０９Ｂ等が繰り返し応力を受けることがなくなり、超音波接合をするときにおける素線切れの発生を防止することができる。
また、電線１によれば、電線１の長手方向と導体３の中間部１５の素線７との交差角度の最大値θが、所定の角度θａよりも小さくなっており、この所定の角度θａが、超音波接合をするときに中間部１５の各素線７の総ての破断を防止することができる角度になっているので、超音波接合をするときに、図２０で示すような素線切れの発生（切れた素線３０９Ａの生成）を防止することができる。
また、電線１によれば、電線１の長手方向と導体３の中間部１５の素線７との交差角度の最大値θが、所定の角度θａよりも小さくなっており、この所定の角度θａが、超音波接合をするときに中間部１５の各素線７の総てが疲労破壊を起こさない角度になっているので、超音波接合をするときにおける素線切れの発生を一層確実に防止することができる。
また、電線１によれば、アンビル１１とホーン１３とに勾配面４３が形成されているので、超音波接合のときに中間部１５のうちの接合部９側の部位もアンビル１１とホーン１３とで適宜挟み込まれる。これにより、接合部９と中間部１５との境界とこの境界の近傍が的確に保持され、接合部９と中間部１５との境界で、応力集中が素線７に発生することを抑えることができる。
また、電線１によれば、接合部９が形成された後に、所定の速度を超える流速の流体を接合部９に流したり、接合部９に所定の大きさを超える加速度を加えるので、接合部９を形成していない素線７を肉眼で容易に発見することができる。
すなわち、単に接合部９を形成しただけでは、接合部９に接合されていない素線７も、接合部９にくっついているような態様で前後方向に延びており、接合部９と一体化しているように見えてしまう。
しかし、一定の速度を超える流速の流体を接合部９に流し、また、接合部９に所定の大きさを超える加速度を加えることで、接合部９を形成していない素線（たとえば、１本の単独で存在している素線）７Ａが接合部９から離れて延伸するようになる。これにより、接合部９に接合されていない素線７Ａを肉眼で容易に発見することができ、不良品を無くすことができる。
また、電線１によれば、素線７同士の超音波接合をするときに被覆５の一部を保持するので、被覆５で覆われている導体３の部位で素線７が振動することが確実に防止され、中間部１５の長さｘを的確に確保することができ、超音波接合をするときにおける素線切れの発生を一層確実に防止することができる。
なお、上記説明では、接合部９が超音波接合によって形成されているが、接合部９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場合もある。
１ 電線
３ 導体
５ 被覆
７ 素線
９ 接合部
１１ アンビル
１３ ホーン
１５ 中間部
４３ 勾配面
Ｌ 素線が１次モードで振動するときの長さ
ｘ 電線の被覆との間の距離
θ 交差角度の最大値

Claims (7)

  1. 複数本の素線で構成されている導体とこの導体が所定の長さにわたって露出するように前記導体を覆っている被覆とを備えた電線の複数本の素線同士を、アンビルとホーンとを用いて超音波接合する電線の導体の接合方法において、
    前記アンビルと前記ホーンとで前記露出している導体の一部を所定の長さにわたって挟み込むとともに前記ホーンを超音波振動させて前記各素線同士の超音波接合をするときに、前記アンビルおよび前記ホーンと、前記電線の被覆との間の距離が、前記素線が１次モードで振動するときの長さよりも短くなっていることを特徴とする電線の導体の接合方法。
  2. 請求項１に記載の電線の導体の接合方法において、
    前記超音波接合で形成される接合部と前記被覆で覆われている部位との間に位置している前記導体の中間部の外径が、前記被覆で覆われている部位から前記接合部に向うにしたがって、次第に小さくなっており、
    前記接合部の上面もしくは前記電線の長手方向と前記導体の中間部の素線との交差角度の最大値が、所定の角度よりも小さくなっており、
    前記所定の角度は、前記超音波接合をするときに前記素線の破断を防止する角度であることを特徴とする電線の導体の接合方法。
  3. 請求項２に記載の電線の導体の接合方法において、
    前記アンビルと前記ホーンとには、前記導体の中間部のうちの前記接合部側の部位に所定の長さにわたって接する勾配面が形成されていることを特徴とする電線の導体の接合方法。
  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接合方法において、
    前記接合部が形成された後に、所定の速度を超える流速の流体を前記接合部に流すか、前記接合部に所定の大きさを超える加速度を加えるかの少なくともいずれかをすることで、前記接合部の接合状態を検査することを特徴とする電線の導体の接合方法。
  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接合方法において、
    前記素線同士の超音波接合をするときに、前記被覆の一部を保持することを特徴とする電線の導体の接合方法。
  6. 複数本の素線で構成されている導体とこの導体が所定の長さにわたって露出するように前記導体を覆っている被覆とを備えた電線において、
    前記被覆から所定の距離だけ離れており、前記露出している導体の各素線同士が接合されている接合部と、
    前記接合部と前記被覆との間に形成されている前記導体の中間部と、
    を有し、前記中間部の長さ寸法の値が、前記接合部を形成したときの超音波振動によって前記素線が１次モードで振動する長さ寸法の値よりも小さくなっていることを特徴とする電線。
  7. 請求項６に記載の電線において、
    前記接合部と前記被覆で覆われている部位との間に位置している前記導体の中間部の外径が、前記被覆で覆われている部位から前記接合部に向うにしたがって、次第に小さくなっており、
    前記接合部の上面もしくは前記電線の長手方向と前記導体の中間部の素線との交差角度の最大値が、所定の角度よりも小さくなっており、
    前記所定の角度は、前記超音波接合をするときに前記素線の破断を防止する角度であることを特徴とする電線。
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