JP2020047423A - 電線の接合方法及び接合電線 - Google Patents

電線の接合方法及び接合電線 Download PDF

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知哉 佐藤
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直樹 伊藤
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Abstract

【課題】複数の電線の芯線同士を損傷等させることなく簡単かつ低コストで接合することができ、芯線同士の接合部の強度低下を最小限に抑えることができる電線の接合方法を提供する。【解決手段】第１電線１０の絶縁被覆１１から露出した複数の素線１２ａを有する第１芯線１２と、第２電線２０の絶縁被覆２１から露出した素線２２ａを複数有して第１芯線１２の断面積よりも大きい断面積の第２芯線２２と、を超音波接合用のホーン６とアンビル８間で超音波接合により接合する電線の接合方法であって、ホーン６側に第２芯線２２を配置すると共に、アンビル８側に第１芯線１２を配置するセット工程と、ホーン６とアンビル８間で第１芯線１２と第２芯線２２同士を超音波接合により接合する接合工程と、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、複数の電線の露出した芯線同士を超音波接続する電線の接合方法及び接合電線に関する。
この種の電線の接続方法として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この電線の接続方法は、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、電線１及び極細電線２の絶縁被覆を剥ぎ取って芯線（導体）１ａ，２ａを露出させ（準備工程）、次に、図１２（ａ）に示すように、電線１と極細電線２の露出した芯線１ａ，２ａをホーン６とアンビル８とで挟み込んで加圧し、次に、図１２（ｂ）に示すように、接合工程における超音波振動エネルギーよりも小さい超音波エネルギーで電線１と極細電線２の芯線１ａ，２ａ同士を超音波接合して仮接合体３を得て（仮接合工程）、この仮接合工程にて得られた仮接合体３を仮接合工程における超音波振動エネルギーよりも大きい超音波エネルギーで再度超音波接合して完成させる。
この接合工程において超音波接合される際、極細電線２はアンビル８側に近くなっており、ホーン６に接するなどの損傷の大きい箇所に位置していないため、断線等の可能性を減じたうえで極細電線２の超音波接合を行うことができる。
特開２０１３−１１８１９６号公報 特開２０１６−２０１３１３号公報
しかしながら、前記従来の電線の接続方法では、準備工程の後で接合工程の前に仮接合工程が必要なため、その分工程数が多くなって、コスト高であり、また、他方の電線１の芯線１ａとの接合部の強度が低下し易い。
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、複数の電線の芯線同士を損傷等させることなく簡単かつ低コストで接合することができ、芯線同士の接合部の強度低下を最小限に抑えることができる電線の接合方法及び接合電線を提供することを目的とする。
本発明は、第１電線の絶縁被覆から露出した複数の素線を有する第１芯線と、第２電線の絶縁被覆から露出した素線を複数有して前記第１芯線の断面積よりも大きい断面積の第２芯線と、を超音波接合用のホーンとアンビル間で超音波接合により接合する電線の接合方法であって、前記ホーン側に前記第２芯線を配置すると共に、前記アンビル側に前記第１芯線を配置するセット工程と、前記ホーンとアンビル間で前記第１芯線と第２芯線同士を超音波接合により接合する接合工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、第１電線の絶縁被覆から露出した複数の素線を有する第１芯線と、第２電線の絶縁被覆から露出した素線を複数有して前記第１芯線の断面積よりも大きい断面積の第２芯線と、を超音波接合用のホーンとアンビル間で超音波接合により接合した接合電線であって、前記ホーン側に前記第２芯線を配置すると共に、前記アンビル側に前記第１芯線を配置した状態で、前記ホーンとアンビル間で前記第１芯線と第２芯線同士が超音波接合により接合されており、前記ホーン側の前記第２芯線の複数の素線の方が前記アンビル側の前記第１芯線の複数の素線の方よりもより圧潰されて接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、ホーン側に第２電線の断面積の大きい第２芯線を配置すると共に、アンビル側に第１電線の断面積の小さい第１芯線を配置するセット工程と、ホーンとアンビル間で第１芯線と第２芯線同士を超音波接合により接合する接合工程と、を有することにより、従来の方法に比べて、工程を削減することができ、その分低コストで簡単に複数の芯線同士を損傷等させることなく接合することができ、また、芯線同士の接合部の強度低下を最小限に抑えることができる。
（ａ）は本発明の第１実施形態の電線の接合方法に用いられる電線の側面図、（ｂ）は同電線の正面図である。 （ａ）は上記電線の一端側の絶縁被覆が皮むきされている状態を示す側面図、（ｂ）は同電線の正面図である。 上記第１実施形態の電線の接合方法に用いられる超音波接合機のホーンとアンビル間に大小２本の電線をセットした状態を示す正面図である。 図３中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 上記超音波接合機のホーンとアンビル間で大小２本の電線を接合した状態を示す正面図である。 （ａ）は図５中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、（ｂ）は比較例の図５中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 （ａ）は上記アンビル側に位置する芯線の複数の素線の接合状態を示す説明図、（ｂ）は上記ホーン側に位置する芯線の複数の素線の接合状態を示す説明図である。 本発明の第２実施形態の大小２本の電線を突き合わせて接合した状態を示す側面図である。 本発明の第３実施形態の大小２本の電線を中途部と端部とで接合した状態を示す側面図である。 本発明の第４実施形態の電線の接合方法に用いられる超音波接合機のホーンとアンビル間で大小２本の電線とダミー電線を接合した状態を示す正面図である。 図１０中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 （ａ）は従来の電線の接合方法の仮接合工程を示す要部の概略図、（ｂ）は接合工程を示す要部の概略図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の第１実施形態の電線の接合方法に用いられる電線の側面図、図１（ｂ）は同電線の正面図、図２（ａ）は同電線の一端側の絶縁被覆が皮むきされている状態を示す側面図、図２（ｂ）は同絶縁被覆が皮むきされている電線の正面図、図３は同電線の接合方法に用いられる超音波接合機のホーンとアンビル間に大小２本の電線をセットした状態を示す正面図、図４は図３中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、図５は同ホーンとアンビル間で大小２本の電線を接合した状態を示す正面図、図６（ａ）は図５中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、図６（ｂ）は比較例の図５中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、図７（ａ）はアンビル側に位置する芯線の複数の素線の接合状態を示す説明図、図７（ｂ）はホーン側に位置する芯線の複数の素線の接合状態を示す説明図である。
図１（ａ），（ｂ）と図２（ａ），（ｂ）に示すように、この第１実施形態の電線の接合方法では、電線の一端側の絶縁被覆を剥ぎ取って芯線（導体）を露出させた第１電線１０と第２電線２０の大小２本の電線を用意し、図３と図５に示すように、超音波振動付与用のホーン６とグライディングジョー７及び加工対象部分を受ける加圧用のアンビル８とアンビルプレート９を備えた超音波接合機５を用いて、ホーン６とアンビル８間で第１電線１０の第１芯線１２と第２電線２０の第２芯線２２同士を超音波接合により接合する。即ち、図６（ａ）に示すように、第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した複数の素線１２ａを有する第１芯線１２と、第２電線２０の一端２０ａ側の絶縁被覆２１から露出した第１芯線１２の各素線１２ａと同じ太さの素線２２ａを複数有して第１芯線１２の断面積よりも大きい断面積の第２芯線２２と、を超音波接合機５のホーン６とアンビル８間で超音波接合により接合する。
第１電線１０と第２電線２０の接合する各芯線１２，２２の材質は、同じ材質であり、例えば、アルミニウム製、アルミニウム合金製、銅製、銅合金製、銅に錫めっきしたもの、アルミニウムにカーボンナノチューブを添加した電線でも良く、撚り線でも単芯線であっても良い。
次に、第１実施形態の電線の接合方法を説明すると、まず、図３と図４に示すように、超音波接合機５のホーン６側に第２電線２０の一端２０ａ側の絶縁被覆２１から露出した第２芯線２２を配置すると共に、アンビル８側に第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した第１芯線１２を同じ向きで重ね合わせるように配置する（セット工程）。
次に、図５及び図６（ａ）に示すように、ホーン６とアンビル８間で第２電線２０の一端２０ａ側の絶縁被覆２１から露出した第２芯線２２と第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した第１芯線１２同士をホーン６の超音波振動及びアンビル８の加圧の超音波接合により接合する（接合工程）。
この際、ホーン６から発振される超音波振動は、アンビル８に向かって振動が減衰しながら伝播する。アンビル８側に配置した断面積の小さい第１芯線１２を有した第１電線１０は、ホーン６側の断面積の大きい第２芯線２２を有した第２電線２０に比べて減衰した振動を受け、さらに、ホーン６のエッジ部分と直接接触していないため、各芯線１２，２２（特に、断面積の小さい第１芯線１２）が受けるダメージは小さくなる。
即ち、図６（ｂ）に示す比較例のように、ホーン６側に第１電線１０の断面積の小さい第１芯線１２を配置し、アンビル８側に第２電線２０の断面積の大きい第２芯線２２を配置して超音波接合すると、断面積の小さい第１芯線１２の符号Ｙで示す部分が集中してダメージ（損傷等）を受け、また、その接合部強度は接合部中で断面積の小さい第１芯線１２を有した第１電線１０の強度に依存するため、第１電線１０の断面積の小さい第１芯線１２がダメージを受けると、接合部の強度が低下するが、この第１実施形態では、ホーン６側に第２電線２０の断面積の大きい第２芯線２２を配置すると共に、アンビル８側に第１電線１０の断面積の小さい第１芯線１２を配置するセット工程と、ホーン６とアンビル８間で第１芯線１２と第２芯線２２同士を超音波接合により接合する接合工程と、を有することにより、従来の方法に比べて、工程を削減することができ、その分低コストで簡単に２つの芯線１２，２２（特に断面積の小さい第１芯線１２）を損傷等させることなく接合することができ、また、従来の方法及び図６（ｂ）に示す比較例に比べて、芯線１２，２２同士の接合部の強度低下を最小限に抑えることができる。
また、図６（ａ）に示すように、第１電線１０の第１芯線１２の複数の素線１２ａ及び第２電線２０の第２芯線２２の複数の素線２２ａ間にホーン６による超音波振動エネルギを伝播させ、各素線１２ａ，２２ａの表面の酸化膜等を破壊、除去することで超音波接合された接合電線３０は、図７（ｂ）に示すホーン６側の第２芯線２２の複数の素線２２ａの方が、図７（ａ）に示すアンビル８側の第１芯線１２の複数の素線１２ａの方よりもより圧潰されて接合されている。
以上より、第１電線１０の第２電線２０の第２芯線２２よりも断面積の小さい第１芯線１２をアンビル８側に配置して接合を行うことで、断面積の小さい第１芯線１２を有した第１電線１０が受けるダメージを最小限に抑えながら、第１電線１０と第２電線２０との接合を行うことが可能となる。
図８は本発明の第２実施形態の大小２本の電線を突き合わせて接合した状態を示す側面図である。
この第２実施形態の電線の接合方法では、第１電線１０の断面積の小さい第１芯線１２と第２電線２０の断面積の大きい第２芯線２２とを突き合わさるように重ねて超音波接合する点が、前記第１実施形態とは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この第２実施形態の電線の接合方法を説明すると、セット工程にて、ホーン６側に第２電線２０の一端２０ａ側の絶縁被覆２１から露出した第２芯線２２を配置すると共に、アンビル８側に第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した第１芯線１２を第２芯線２２とを突き合わさるように重ねて配置し、接合工程にて、ホーン６とアンビル８間で第２電線２０の一端２０ａ側の絶縁被覆２１から露出した第２芯線２２と第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した第１芯線１２同士を超音波接合により接合する。これにより、図８に示す接合電線３１が完成し、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。
図９は本発明の第３実施形態の大小２本の電線を中途部と端部とで接合した状態を示す側面図である。
この第３実施形態の電線の接合方法では、第２電線２０の絶縁被覆２１の中間部２０ｂを皮剥きして露出した断面積の大きい第２芯線２２と第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した断面積の小さい第１芯線１２を超音波接合する点が、前記第１実施形態とは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この第３実施形態の電線の接合方法を説明すると、セット工程にて、ホーン６側に第２電線２０の絶縁被覆２１の中剥ぎで露出した第２芯線２２を配置すると共に、アンビル８側に第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した第１芯線１２を配置し、接合工程にて、ホーン６とアンビル８間で第２電線２０の絶縁被覆２１の中剥ぎで露出した第２芯線２２と第１電線１０の一端１０ａ側の絶縁被覆１１から露出した第１芯線１２同士を超音波接合により接合する。これにより、図９に示す接合電線３２が完成し、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。
図１０は本発明の第４実施形態の電線の接合方法に用いられる超音波接合機のホーンとアンビル間で大小２本の電線とダミー電線を接合した状態を示す正面図、図１１は図１０中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。
この第４実施形態の電線の接合方法では、第１電線１０及び第２電線２０へのホーン６による超音波振動を減衰させるためのダミー電線２５の一端２５ａ側の絶縁被覆２６から露出した複数の素線２７ａからなる芯線２７を、第２芯線２２よりもホーン６側に配置して超音波接合する点が、前記第１実施形態とは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この第４実施形態の電線の接合方法を説明すると、セット工程にて、第１電線１０及び第２電線２０へのホーン６による超音波振動の伝達を弱くするためのダミー電線２５の絶縁被覆２６から露出した芯線２７を、第２電線２０の第２芯線２２よりもホーン６側に混在させて配置し、接合工程にて、ホーン６とアンビル８間で第１芯線１２と第２芯線２２及びダミー電線２５の芯線２７同士を超音波接合により接合する。これにより、図１１に示す接合電線３３が完成し、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏し、特に、第１電線１０及び第２電線２０に伝わるダメージ（損傷等）を可及的に小さくして接合することができる。また、ホーン６が芯線に直接当接することによる芯線の損傷を抑制することができる。
尚、前記各実施形態によれば、芯線が同じ材質の電線を接合するようにしたが、異種の材質の電線を接合するようにしても良い。例えば、銅（Ｃｕ）電線とアルミ（Ａｌ）電線を接合する場合には、Ｃｕ電線をホーン側に配置して接合させ、さらに、本数も２本に限らず、例えば、細いＣｕ電線２本と太いＡｌ電線１本の３本を接合する場合には、細いＣｕ電線をホーン側にそれぞれ配置して接合させる。
６ ホーン
８ アンビル
１０ 第１電線
１０ａ 一端
１１ 絶縁被覆
１２ 第１芯線
１２ａ 素線
２０ 第２電線
２０ａ 一端
２１ 絶縁被覆
２２ 第２芯線
２２ａ 素線
２５ ダミー電線
２６ 絶縁被覆
２７ 芯線
３０，３１，３２，３３ 接合電線

Claims (5)

  1. 第１電線の絶縁被覆から露出した複数の素線を有する第１芯線と、第２電線の絶縁被覆から露出した素線を複数有して前記第１芯線の断面積よりも大きい断面積の第２芯線と、を超音波接合用のホーンとアンビル間で超音波接合により接合する電線の接合方法であって、
    前記ホーン側に前記第２芯線を配置すると共に、前記アンビル側に前記第１芯線を配置するセット工程と、
    前記ホーンとアンビル間で前記第１芯線と第２芯線同士を超音波接合により接合する接合工程と、
    を有することを特徴とする電線の接合方法。
  2. 請求項１記載の電線の接合方法であって、
    前記セット工程にて、
    前記ホーン側に前記第２電線の一端側の絶縁被覆から露出した第２芯線を配置すると共に、前記アンビル側に前記第１電線の一端側の絶縁被覆から露出した第１芯線を配置し、
    前記接合工程にて、
    前記ホーンとアンビル間で前記第２電線の一端側の絶縁被覆から露出した第２芯線と前記第１電線の一端側の絶縁被覆から露出した第１芯線同士を超音波接合により接合することを特徴とする電線の接合方法。
  3. 請求項１記載の電線の接合方法であって、
    前記セット工程にて、
    前記ホーン側に前記第２電線の絶縁被覆の中剥ぎで露出した第２芯線を配置すると共に、前記アンビル側に前記第１電線の一端側の絶縁被覆から露出した第１芯線を配置し、
    前記接合工程にて、
    前記ホーンとアンビル間で前記第２電線の絶縁被覆の中剥ぎで露出した第２芯線と前記第１電線の一端側の絶縁被覆から露出した第１芯線同士を超音波接合により接合することを特徴とする電線の接合方法。
  4. 請求項１記載の電線の接合方法であって、
    前記セット工程にて、
    ダミー電線の絶縁被覆から露出した芯線を、前記第２芯線よりも前記ホーン側に配置し、
    前記接合工程にて、
    前記ホーンとアンビル間で前記第１芯線と第２芯線及び前記ダミー電線の芯線同士を超音波接合により接合することを特徴とする電線の接合方法。
  5. 第１電線の絶縁被覆から露出した複数の素線を有する第１芯線と、第２電線の絶縁被覆から露出した素線を複数有して前記第１芯線の断面積よりも大きい断面積の第２芯線と、を超音波接合用のホーンとアンビル間で超音波接合により接合した接合電線であって、
    前記ホーン側に前記第２芯線を配置すると共に、前記アンビル側に前記第１芯線を配置した状態で、前記ホーンとアンビル間で前記第１芯線と第２芯線同士が超音波接合により接合されており、
    前記ホーン側の前記第２芯線の複数の素線の方が前記アンビル側の前記第１芯線の複数の素線の方よりもより圧潰されて接合されていることを特徴とする接合電線。
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