JP2021041415A - 超音波加工装置及び超音波加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物への超音波加工を効率的に行って生産性を向上させることが可能な超音波加工装置及び超音波加工方法を提供する。【解決手段】電線１の導体２に超音波を付与して超音波加工を行う超音波加工装置６０であって、導体２を支持するホーン６１と、ホーン６１に対して相対的に近接及び離間する方向へ移動可能とされ、ホーン６１とともに導体２を挟持するアンビル６２と、ホーン６１に設けられ、ホーン６１とアンビル６２とで挟持された導体２に超音波振動を付与する振動子と、ホーン６１とアンビル６２との間に配置され、ホーン６１とアンビル６２との間の空間を、それぞれ導体２が配置可能な複数の加工空間Ｓ１，Ｓ２に区画する仕切り板８２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波加工装置及び超音波加工方法に関する。

アルミニウム電線の導体に端子を加圧して圧着させる前に、導体部に超音波振動を加えて素線同士を摺動させ、素線の表面を粗にする予備工程を実行することが知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−２３１０７９号公報

上記のように、超音波を付与して素線同士を摺動させて素線の表面を粗にすることにより、素線の酸化皮膜を破りながら、端子と電線の導体部の間の凝着性や素線と素線の間の凝着性を高めることができる。また、超音波加工技術によれば、電線の導体を構成する素線同士を一体化させる単線化や複数本の電線の導体同士を接合させる接合加工などにも用いられる。

ところで、電線の導体に超音波加工を行うには、超音波加工装置へその都度導体をセットして超音波を付与しなければならず、そのため、超音波加工作業の効率を高めることが求められている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加工物への超音波加工を効率的に行って生産性を向上させることが可能な超音波加工装置及び超音波加工方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る超音波加工装置及び超音波加工方法は、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１） 被加工物に超音波を付与して超音波加工を行う超音波加工装置であって、
前記被加工物を支持する支持部と、
前記支持部に対して相対的に近接及び離間する方向へ移動可能とされ、前記支持部とともに前記被加工物を挟持する加圧部と、
前記支持部または前記加圧部に設けられ、前記支持部と前記加圧部とで挟持された前記被加工物に超音波振動を付与する振動子と、
前記支持部と前記加圧部との間に配置され、前記支持部と前記加圧部との間の空間を、それぞれ前記被加工物が配置可能な複数の加工空間に区画する仕切り板と、
を備える、
ことを特徴とする超音波加工装置。

（２） 前記仕切り板は、前記支持部と前記加圧部との間の空間に対して挿抜可能とされている、ことを特徴とする上記（１）に記載の超音波加工装置。

（３） 前記支持部または前記加圧部の少なくとも一方に段差が形成され、前記加工空間が、それぞれ異なる高さ寸法とされている、ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の超音波加工装置。

（４） 被加工物を支持部と加圧部とで挟持しながら前記被加工物に超音波を付与して超音波加工を行う超音波加工方法であって、
前記支持部と前記加圧部との間に仕切り板を配置させ、前記支持部と前記加圧部との間の空間を複数の加工空間に仕切る区画工程と、
前記複数の加工空間に、それぞれ前記被加工物を挿し込んで配置させる配置工程と、
前記支持部と前記加圧部とで前記被加工物を挟持して前記加工空間に配置させた前記被加工物に超音波を付与する超音波付与工程と、
を含む、
ことを特徴とする超音波加工方法。

上記（１）の構成の超音波加工装置によれば、支持部と加圧部との間を複数の加工空間に区画する仕切り板を備えている。これにより、各加工空間に被加工物を配置させて超音波加工を同時に行うことができ、超音波加工作業の効率を大幅に向上させて生産性を高めることができる。しかも、仕切り板によって各加工箇所を分離することにより、超音波加工時に各被加工物同士が意図せずに付着するような不具合をなくすことができる。

上記（２）の構成の超音波加工装置によれば、各加工空間に配置した被加工物を支持部と加圧部とで挟持する際に仕切り板を支持部と加圧部との間の空間から引き抜くことができる。これにより、その後の被加工物に対する超音波加工時に仕切り板が邪魔とならず、超音波加工を円滑に行うことができる。

上記（３）の構成の超音波加工装置によれば、各加工空間の高さ寸法が異なるので、異なるサイズの被加工物に対して同時に超音波加工を行うことができる。

上記（４）の構成の超音波加工方法によれば、支持部と加圧部との間を仕切り板によって複数の加工空間に区画し、各加工空間に被加工物を配置させて超音波加工を同時に行うことができ、超音波加工作業の効率を大幅に向上させて生産性を高めることができる。しかも、仕切り板によって各加工箇所を分離するので、超音波加工時に各被加工物同士が意図せずに付着するような不具合をなくすことができる。

本発明によれば、被加工物への超音波加工を効率的に行って生産性を向上させることが可能な超音波加工装置及び超音波加工方法を提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本実施形態に係る超音波加工装置の概略斜視図である。 図２は、本実施形態に係る超音波加工装置の概略平面図である。 図３は、本実施形態に係る超音波加工装置の概略側面図である。 図４は、超音波加工方法における区画工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。 図５は、超音波加工方法における電線配置工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。 図６は、超音波加工方法における仕切り解除工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。 図７は、超音波加工方法における超音波付与工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。 図８は、他の加工例を説明する超音波加工装置の概略側面図である。 図９は、加工空間を並列に配置させた超音波加工装置の概略正面図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波加工装置の概略斜視図である。図２は、本実施形態に係る超音波加工装置の概略平面図である。図３は、本実施形態に係る超音波加工装置の概略側面図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態に係る超音波加工装置６０は、電線１に対して超音波加工を行うもので、ホーン６１と、アンビル６２と、仕切り機構６３とを有している。

電線１は、導体２と、この導体２の周囲を覆う外被３とを有している。導体２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複数の素線４を含んでいる。外被３は、可撓性及び絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。電線１は、その両端において、外被３が除去されて導体２の一部が露出している。

超音波加工装置６０は、アンビル６２がホーン６１の上方に配置されている。そして、これらのホーン６１とアンビル６２との間に、被加工物である電線１の導体２が挿抜される。アンビル６２は、昇降機構（図示略）によって昇降される。これにより、ホーン６１とアンビル６２とは相対的に近接及び離間する。超音波加工装置６０では、ホーン６１は、導体２が載置される支持部であり、アンビル６２は、下降してホーン６１上に載置された導体２を加圧する加圧部となっている。

ホーン６１の上面には、段差７２が形成されており、この段差７２を境に上面が第１挟持面７１Ａと、第２挟持面７１Ｂとなっている。そして、第１挟持面７１Ａ及び第２挟持面７１Ｂは、互いに異なる高さ位置に配置されている。具体的には、第１挟持面７１Ａに対して第２挟持面７１Ｂが高くなっている。アンビル６２は、ホーン６１との対向側である下面が挟持面７５となっている。そして、超音波加工装置６０は、ホーン６１の第１挟持面７１Ａとアンビル６２の挟持面７５との間及びホーン６１の第２挟持面７１Ｂとアンビル６２の挟持面７５との間が、被加工物である電線１の導体２に対して超音波加工が施される加工空間Ｓ１，Ｓ２となっている。

ホーン６１は、交流電流の給電によって超音波振動を発振する振動子（図示略）を備え、この振動子によって振動される。そして、超音波加工装置６０は、加工空間Ｓ１，Ｓ２に配置された被加工物である電線１の導体２に対して超音波を付与して超音波加工を行う。

仕切り機構６３は、ホーン６１及びアンビル６２の側方に配置されている。この仕切り機構６３は、駆動部８１と、仕切り板８２とを有している。駆動部８１は、例えば、ソレノイド等のアクチュエータであり、仕切り板８２を進退させる。駆動部８１が駆動されることにより、仕切り板８２は、駆動部８１内に引き込まれてホーン６１とアンビル６２との間から外れた引込位置と、駆動部８１から側方へ突出されてホーン６１とアンビル６２との間の仕切位置との間で移動する。仕切り板８２が仕切位置に配置されると、ホーン６１とアンビル６２との間の加工空間Ｓ１，Ｓ２の間に仕切り板８２が配置され、これらの加工空間Ｓ１，Ｓ２が仕切り板８２によって仕切られて区画される。

次に、上記の超音波加工装置６０によって電線１に対して超音波加工を行う場合について、その工程毎に説明する。なお、ここでは、電線１の導体２に超音波を付与し、素線４同士を一体化させる単線化加工を行う場合を例示する。

図４は、超音波加工方法における区画工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。図５は、超音波加工方法における電線配置工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。図６は、超音波加工方法における仕切り解除工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。図７は、超音波加工方法における超音波付与工程を示す超音波加工装置の概略側面図である。

（区画工程）
図４に示すように、超音波加工装置６０の仕切り機構６３の駆動部８１が駆動し、仕切り板８２が突出され、ホーン６１とアンビル６２との間の仕切り位置に配置される。これにより、ホーン６１とアンビル６２との間の加工空間Ｓ１，Ｓ２が区画される。

（電線配置工程）
図５に示すように、それぞれ電線１の外被３から露出させた導体２を、ホーン６１とアンビル６２との間の仕切り板８２によって区画された加工空間Ｓ１，Ｓ２へ向かって互いに対向側から挿し込んで配置させる（図５中矢印Ａ１，Ａ２参照）。ここで、ホーン６１の第２挟持面７１Ｂよりも高さが低い第１挟持面７１Ａとアンビル６２の挟持面７５とで形成された加工空間Ｓ１は、第２挟持面７１Ｂとアンビル６２の挟持面７５とで形成された加工空間Ｓ２よりも大きい高さ寸法を有している。したがって、加工空間Ｓ１には、加工空間Ｓ２よりも大径の導体２を有する電線１の導体２を挿し込んで配置させる。

（仕切り解除工程）
図６に示すように、仕切り機構６３の駆動部８１を駆動させ、ホーン６１とアンビル６２との間の加工空間Ｓ１，Ｓ２を仕切っている仕切り板８２を引き込み、この仕切り板８２をホーン６１とアンビル６２との間から外れた引込位置に配置させる。

（超音波付与工程）
図７に示すように、アンビル６２を下降させ、加工空間Ｓ１，Ｓ２に配置させた電線１の導体２を、ホーン６１とアンビル６２とで挟持して加圧させ、この加圧状態で、振動子に交流電流を給電する。すると、振動子によってホーン６１が超音波振動させられることにより、加工空間Ｓ１，Ｓ２に配置させた電線１の導体２に超音波振動エネルギーが伝搬される。これにより、導体２の各素線４の表面の酸化膜などが破壊、除去されて互いに接合されて一体化され、それぞれの電線１の複数の素線４からなる導体２が単線化される。その後、アンビル６２を上昇させ、超音波加工された電線１の導体２を、加工空間Ｓ１，Ｓ２から取り出す。

以上、説明したように、本実施形態に係る超音波加工装置及び超音波加工方法によれば、ホーン６１とアンビル６２との間を仕切り板８２によって複数の加工空間Ｓ１，Ｓ２に区画することができる。これにより、各加工空間Ｓ１，Ｓ２に電線１の導体２を配置させて超音波加工を同時に行うことができ、超音波加工作業の効率を大幅に向上させて生産性を高めることができる。しかも、仕切り板８２によって各加工箇所を分離することにより、超音波加工時に各電線１の導体２同士が意図せずに付着するような不具合をなくすことができる。

また、仕切り板８２は、ホーン６１とアンビル６２との間の空間に対して挿抜可能となっている。したがって、各加工空間Ｓ１，Ｓ２に配置した電線１の導体２をホーン６１とアンビル６２とで挟持する際に仕切り板８２をホーン６１とアンビル６２との間の空間から引き抜くことができる。これにより、その後の導体２に対する超音波加工時に仕切り板８２が邪魔とならず、超音波加工を円滑に行うことができる。

また、ホーン６１に段差７２が形成され、加工空間Ｓ１，Ｓ２が、それぞれ異なる高さ寸法となっているので、異なる径の導体２を有する複数種の電線１の導体２に対して同時に超音波加工を行うことができる。

なお、上記実施形態では、電線１の導体２を構成する複数の素線４を超音波加工によって互いに接合させて単線化させる場合を例示したが、超音波を付与して加工する超音波加工は単線化に限らない。例えば、超音波加工としては、単線化に限らず、素線４同士を摺動させて素線４の表面の酸化皮膜を除去して粗にする粗面化や複数の電線１の導体２同士を互いに接合する接合加工などがある。

図８に示すものは、超音波加工装置６０によって複数本の電線１の導体２同士を接合する接合加工と、１本の電線１の導体２の単線化と、を同時に行う加工例を示している。

図８に示すように、この加工例では、一方の加工空間Ｓ１に複数本の電線１の導体２を束ねて配置するとともに、他方の加工空間Ｓ２に１本の電線１の導体２を配置し、この配置状態で超音波を付与する。これにより、加工空間Ｓ１では、複数本の電線１の導体２同士が接合されるとともに、加工空間Ｓ２では、１本の電線１の導体２が単線化されることとなる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、上記実施形態では、二つの加工空間Ｓ１，Ｓ２を直列に配置し、互いに反対側から電線１の導体２を挿し込んで加工したが、図９に示すように、二つの加工空間Ｓ１，Ｓ２を並列に配置してもよい。この場合、仕切り機構６３の仕切り板８２は、並列に配置した加工空間Ｓ１，Ｓ２同士の間に沿って進退されることとなる。

なお、上記実施形態では、支持部であるホーン６１に段差７２を形成して異なる高さの挟持面（第１挟持面７１Ａ及び第２挟持面７１Ｂ）を設けたが、加圧部であるアンビル６２に段差を形成して異なる高さの挟持面を設けてもよく、また、ホーン６１及びアンビル６２の両方に段差を形成して異なる高さの挟持面を設けてもよい。

また、ホーン６１及びアンビル６２のいずれにも段差を形成しなくてもよい。この場合、同一高さ寸法となる加工空間Ｓ１，Ｓ２によって、例えば、同一径の電線１の導体２に対して同時に超音波加工を行うことができる。

また、加工空間Ｓ１，Ｓ２を仕切って区画する仕切り板８２は、アンビル６２を下降させて電線１の導体２に対して超音波加工を施す超音波付与工程の際に邪魔とならない大きさや形状であれば、ホーン６１とアンビル６２との間に配置させたままにしてもよい。

また、電線１が載置される支持部をアンビルとし、支持部の上方に設けられて支持部に対して昇降する加圧部をホーンとしてもよい。

また、上記実施形態では、超音波が付与されて超音波加工が施される被加工物として、アルミニウム電線の導体を例示したが、被加工物はこれに限らず、銅または銅合金からなる電線の導体であってもよい。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る超音波加工装置及び超音波加工方法の特徴をそれぞれ以下［１］〜［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 被加工物（導体２）に超音波を付与して超音波加工を行う超音波加工装置（６０）であって、
前記被加工物（導体２）を支持する支持部（ホーン６１）と、
前記支持部（ホーン６１）に対して相対的に近接及び離間する方向へ移動可能とされ、前記支持部（ホーン６１）とともに前記被加工物（導体２）を挟持する加圧部（アンビル６２）と、
前記支持部（ホーン６１）または前記加圧部（アンビル６２）に設けられ、前記支持部（ホーン６１）と前記加圧部（アンビル６２）とで挟持された前記被加工物（導体２）に超音波振動を付与する振動子と、
前記支持部（ホーン６１）と前記加圧部（アンビル６２）との間に配置され、前記支持部（ホーン６１）と前記加圧部（アンビル６２）との間の空間を、それぞれ前記被加工物（導体２）が配置可能な複数の加工空間（Ｓ１，Ｓ２）に区画する仕切り板（８２）と、
を備える、
ことを特徴とする超音波加工装置。

［２］ 前記仕切り板（８２）は、前記支持部（ホーン６１）と前記加圧部（アンビル６２）との間の空間に対して挿抜可能とされている、ことを特徴とする上記［１］に記載の超音波加工装置。

［３］ 前記支持部（ホーン６１）または前記加圧部（アンビル６２）の少なくとも一方に段差（７２）が形成され、前記加工空間（Ｓ１，Ｓ２）が、それぞれ異なる高さ寸法とされている、ことを特徴とする上記［１］または［２］に記載の超音波加工装置。

［４］ 被加工物（導体２）を支持部（ホーン６１）と加圧部（アンビル６２）とで挟持しながら前記被加工物（導体２）に超音波を付与して超音波加工を行う超音波加工方法であって、
前記支持部（ホーン６１）と前記加圧部（アンビル６２）との間に仕切り板（８２）を配置させ、前記支持部（ホーン６１）と前記加圧部（アンビル６２）との間の空間を複数の加工空間（Ｓ１，Ｓ２）に仕切る区画工程と、
前記複数の加工空間（Ｓ１，Ｓ２）に、それぞれ前記被加工物（導体２）を挿し込んで配置させる配置工程と、
前記支持部（ホーン６１）と前記加圧部（アンビル６２）とで前記被加工物（導体２）を挟持して前記加工空間（Ｓ１，Ｓ２）に配置させた前記被加工物（導体２）に超音波を付与する超音波付与工程と、
を含む、
ことを特徴とする超音波加工方法。

１ 電線
２ 導体（被加工物）
６０ 超音波加工装置
６１ ホーン（支持部）
６２ アンビル（加圧部）
７２ 段差
８２ 仕切り板
Ｓ１，Ｓ２ 加工空間

Claims (4)

1. 被加工物に超音波を付与して超音波加工を行う超音波加工装置であって、
   前記被加工物を支持する支持部と、
   前記支持部に対して相対的に近接及び離間する方向へ移動可能とされ、前記支持部とともに前記被加工物を挟持する加圧部と、
   前記支持部または前記加圧部に設けられ、前記支持部と前記加圧部とで挟持された前記被加工物に超音波振動を付与する振動子と、
   前記支持部と前記加圧部との間に配置され、前記支持部と前記加圧部との間の空間を、それぞれ前記被加工物が配置可能な複数の加工空間に区画する仕切り板と、
   を備える、
   ことを特徴とする超音波加工装置。
2. 前記仕切り板は、前記支持部と前記加圧部との間の空間に対して挿抜可能とされている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波加工装置。
3. 前記支持部または前記加圧部の少なくとも一方に段差が形成され、前記加工空間が、それぞれ異なる高さ寸法とされている、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波加工装置。
4. 被加工物を支持部と加圧部とで挟持しながら前記被加工物に超音波を付与して超音波加工を行う超音波加工方法であって、
   前記支持部と前記加圧部との間に仕切り板を配置させ、前記支持部と前記加圧部との間の空間を複数の加工空間に仕切る区画工程と、
   前記複数の加工空間に、それぞれ前記被加工物を挿し込んで配置させる配置工程と、
   前記支持部と前記加圧部とで前記被加工物を挟持して前記加工空間に配置させた前記被加工物に超音波を付与する超音波付与工程と、
   を含む、
   ことを特徴とする超音波加工方法。

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