JP2021047990A

JP2021047990A - 電線接合装置

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Publication number: JP2021047990A
Application number: JP2019167969A
Authority: JP
Inventors: 貴司大川; Takashi Okawa; 貴裕斉藤; Takahiro Saito; 凌長嶋; Ryo Nagashima
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: JP7350584B2

Abstract

【課題】設備を大幅に変更することなく、安定した電線接合ができる電線接合装置を提供する。【解決手段】電線接合装置１は、少なくとも直線運動の超音波振動を発生するホーン１０と、電線群Ｗｓを収容し、かつ電線Ｗの配列方向と直交する直交方向に延在する第１収容空間部２１と、直線運動における振動方向と同じ方向である配列方向に延在し、平面視において第１収容空間部２１と重なり、ホーン１０を収容する第２収容空間部２３と、ホーン１０に対して直交方向および配列方向と直交する方向に対向して配置され、かつ第１収容空間部２１および第２収容空間部２３を形成するアンビル２０とを備える。ホーン１０は、第２収容空間部２３に収容され、かつ電線群Ｗｓに接触した状態において、電線群Ｗｓを非接合状態から接合状態に遷移させる振動を発生する。【選択図】図１

Description

本発明は、電線接合装置に関する。

従来、超音波振動を利用して電線同士を接合する超音波接合装置がある。例えば、アンビルと、受け具と、チップとを備え、アンビルに設けられた溝に複数電線の芯線を収容しチップを進入させた状態で、チップから複数電線の芯線に超音波振動を与えて芯線同士を接合する電線接合装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、電線の配線方向をホーンの振動方向に対して一定角度で交差させて可動式ガイドとアンビルプレートで電線を挟持した後に、当該電線をホーンとアンビルで挟持し、電線の芯線同士を超音波溶接する超音波溶接装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−７３４７５号公報特開２０１６−１８５００９号公報

ところで、電線を接合する場合、電線種、電線径、本数等によって多数の電線の組合せができる。超音波振動を利用した超音波接合装置では、例えば複数電線の配列方向に沿って振動することから、本数によっては横方向に広がる電線を規制するための治具が必要となる。電線接合に特化された超音波接合装置では、多数の電線の組合せに対応することも可能である。一方、一般的な超音波接合装置を利用して電線接合を行う場合、対応する治具を複数用意しなければならず、設備の大幅な変更が必要となることから、改善の余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、設備を大幅に変更することなく、安定した電線接合ができる電線接合装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電線接合装置は、少なくとも直線運動の超音波振動を発生する振動体と、２以上の電線からなる電線群を収容し、かつ前記電線の配列方向と直交する直交方向に延在する第１収容空間部と、前記直線運動における振動方向と同じ方向である前記配列方向に延在し、平面視において前記第１収容空間部と重なり、前記振動体を収容する第２収容空間部と、前記振動体に対して前記直交方向および前記配列方向と直交する方向に対向して配置され、かつ前記第１収容空間部および前記第２収容空間部を形成する台座と、を備え、前記振動体は、前記第２収容空間部に収容され、かつ前記電線群に接触した状態において、前記電線群を非接合状態から接合状態に遷移させる振動を発生することを特徴とする。

また、上記電線接合装置において、前記台座において前記第２収容空間部を挟んで前記直交方向に対向して形成された一対の固定部と、前記一対の固定部に対して、前記第１収容空間部を挟んで前記配列方向にそれぞれ対向し、前記台座に対して前記配列方向に相対移動可能に形成された一対の可動部と、を有し、各前記固定部および各前記可動部は、平面視において前記直交方向および前記配列方向にそれぞれ離間して配置されるものである。

本発明に係る電線接合装置は、設備を大幅に変更することなく、安定した電線接合ができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態における電線接合装置の概略構成を示す模式図である。図２は、実施形態における電線接合装置の概略構成を示す模式図である。図３は、実施形態における電線接合装置の概略構成を示す模式図である。図４は、電線接合装置により接合された電線群の接合部の一例を示す模式図である。

以下に、本発明に係る電線接合装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１〜図３は、実施形態における電線接合装置の概略構成を示す模式図である。図４は、電線接合装置により接合された電線群の接合部の一例を示す模式図である。なお、図１は、電線群を投入する前の電線接合装置の状態を示す。図２は、電線群投入時の電線接合装置の状態を示す。図３は、電線群接合時の電線接合装置の状態を示す。

なお、図示のＸ方向は、本実施形態における電線接合装置の幅方向であり、かつ電線の配列方向とする。Ｙ方向は、本実施形態における電線接合装置の奥行き方向であり、配列方向と直交する直交方向とする。なお、Ｙ方向は、Ｘ方向と直交する方向である。Ｚ方向は、本実施形態における電線接合装置の上下方向であり、配列方向および直交方向と直交する方向とする。なお、Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向である。また、Ｚ方向のうち、Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向とする。

本実施形態における電線接合装置１は、超音波振動を発生させて電線群Ｗｓにおける電線Ｗ同士を超音波接合するものである。電線群Ｗｓは、複数の電線Ｗで構成される。電線Ｗは、例えば、導電性を有する線状の導体部Ｗ１と、当該導体部Ｗ１の外側を覆う絶縁性の被覆部Ｗ２とを含んで構成される。導体部Ｗ１は、導電性の金属、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の素線を複数束ねた芯線である。導体部Ｗ１は、複数の素線を撚り合わせた撚り芯線であってもよい。被覆部Ｗ２は、導体部Ｗ１の外周側を被覆する電線被覆である。被覆部Ｗ２は、例えば、絶縁性の樹脂材料（ＰＰやＰＶＣ、架橋ＰＥ等。耐摩耗性や耐薬品性、耐熱性等に配慮して適宜選定される。）等を押出成形することによって形成される。電線Ｗは、少なくとも導体部Ｗ１の一方の端末において、被覆部Ｗ２が剥ぎ取られており、当該導体部Ｗ１の一方の端末が被覆部Ｗ２から露出している。被覆部Ｗ２から露出した導体部Ｗ１の端末は、例えば、図４に示すように、接合部Ｖにて接合される。本実施形態の電線接合装置１は、ホーン１０と、第１収容空間部２１と、第２収容空間部２３と、アンビル２０とを含んで構成される。

ホーン１０は、振動体の一例であり、少なくとも直線運動の超音波振動を発生する機能を有する。本実施形態のホーン１０は、例えば、直線振動や複合振動などの超音波振動を発生する。ホーン１０は、超音波発振器１１に接続される。超音波発振器１１は、超音波振動子（不図示）に電気信号を印加し、超音波振動子が超音波振動することでホーン１０を励振する。ホーン１０は、超音波振動子により発生した超音波振動を、直接的または間接的に被接合部に与える機能を有する。ホーン１０は、電線群Ｗｓにおける被接合部、すなわち複数の導体部Ｗ１に対して直接超音波振動を与えることができる。また、ホーン１０は、複数の導体部Ｗ１に対して溶接ツール（チップ）（不図示）を介して超音波振動を与えることができる。本実施形態のホーン１０は、矩形状に形成されており、上下方向に移動可能に構成されている。すなわち、ホーン１０は、不図示の昇降機器により上昇および下降することができる。例えば、ホーン１０が上方向にあるときは待機状態であり、下方向にあるときは接合状態である。ホーン１０は、下降時において、第２収容空間部２３に収容される。ホーン１０は、第２収容空間部２３に収容され、かつ電線群Ｗｓに接触した状態において、電線群Ｗｓを非接合状態から接合状態に遷移させる振動を発生する。

第１収容空間部２１は、２以上の電線Ｗからなる電線群Ｗｓを収容し、かつ電線Ｗの配列方向と直交する直交方向に延在する部分である。例えば、電線Ｗの配列方向は、電線接合装置１における上下方向である。よって、直交方向は、電線接合装置１における奥行き方向である。第１収容空間部２１は、アンビル２０に設けられた一対の可動部２７が幅方向に移動することで当該幅方向に広くなったり、狭くなったりする。

第２収容空間部２３は、直線運動における振動方向と同じ方向である配列方向に延在し、平面視において第１収容空間部２１と重なり、ホーン１０を収容する部分である。本実施形態では、直線運動における振動方向（以下、単に「振動方向」とも呼ぶ。）は、第１収容空間部２１に収容される複数の電線Ｗの配列方向と同じ方向であり、電線接合装置１における幅方向と同じ方向である。よって、第２収容空間部２３は、幅方向に延在して形成される。第２収容空間部２３は、アンビル２０における本体部２９上において、第１収容空間部２１と直交する。つまり、第１収容空間部２１と第２収容空間部２３は、平面視において、十字状に形成される。第２収容空間部２３は、奥行き方向に一定の長さを有するホーン１０を収容することから、奥行き方向の長さは一定である。

アンビル２０は、台座の一例であり、接合対象となる電線Ｗの受け台として機能する。アンビル２０は、ホーン１０に対して直交方向および配列方向と直交する方向に対向して配置され、かつ第１収容空間部２１および第２収容空間部２３を形成するものである。ここで直交方向は、アンビル２０にセットされた複数の電線Ｗの配列方向と直交する方向であり、電線接合装置１における奥行き方向である。よって、アンビル２０は、ホーン１０に対して奥行き方向および幅方向に直交する方向、すなわち上下方向に対向して配置される。アンビル２０は、第１収容空間部２１および第２収容空間部２３を形成するものであるから、図１から図３に示すように、平面視において、幅方向および奥行き方向にそれぞれ間隔を空けて形成された４つの矩形状突起を有する。アンビル２０は、一対の固定部２５と、一対の可動部２７と、本体部２９とを含んで構成される。

一対の固定部２５は、アンビル２０において第２収容空間部２３を挟んで直交方向に対向して形成された部分である。各固定部２５は、本体部２６に対して固定されている。各固定部２５は、直方体状または立方体状に形成されている。

一対の可動部２７は、一対の固定部２５に対して、第１収容空間部２１を挟んで配列方向にそれぞれ対向し、アンビル２０に対して配列方向に相対移動可能に形成された部分である。各可動部２７は、アンビル２０に対して個別に配列方向に相対移動することができ、かつ配列方向における任意の位置で停止することができる。各可動部２７は、電線群Ｗｓの接合条件によって決まる接合幅Ｌ（図４参照）に合わせて移動し停止する。各可動部２７は、不図示の駆動制御部により移動および停止が制御される。電線群Ｗｓの接合条件は、接合対象となる複数の電線Ｗの電線種や電線径、本数等に基づいて設定される。なお、各可動部２７は、例えば手動により移動および停止が行われてもよい。

本体部２９は、一対の固定部２５を固定支持すると共に、一対の可動部２７を移動可能に支持する部分である。本体部２９は、電線接合装置１の本体（不図示）に設置されている。

次に、電線接合装置１における電線接合動作について図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施形態では、２本の電線Ｗから成る電線群Ｗｓを接合する場合について説明する。

まず、作業者は、第１収容空間部２１に電線群Ｗｓを収容すべく一対の可動部２７を幅方向の一方に移動して一対の固定部２５から離間させる。次に、作業者は、電線群Ｗｓを電線接合装置１に投入する。このとき、電線群Ｗｓは、各電線Ｗの被覆部Ｗ２から露出した導体部Ｗ１における端末が揃った状態で、アンビル２０における第１収容空間部２１に収容される。例えば、被覆部Ｗ２が露出した導体部Ｗ１は、第１収容空間部２１と第２収容空間部２３とが交差する部分に配置される。図１および図２に示す点Ｏは、第１収容空間部２１と第２収容空間部２３とが交差する部分の中央である。被覆部Ｗ２が露出した導体部Ｗ１は、例えば点Ｏの位置に配置される（図２）。

次に、各可動部２７は、作業者による操作に応じて、接合幅Ｌに合わせて幅方向に移動し、所定の位置で停止する。可動部２７の移動が完了すると、ホーン１０は、待機位置から下降を開始し、第２収容空間部２３に収容される（図３）。ホーン１０は、第２収容空間部２３に収容され、かつ接合対象となる電線Ｗの導体部Ｗ１に接触した状態で電線群Ｗｓの接合条件に合う所定位置まで下降する。次に、ホーン１０が所定位置まで下降すると、超音波発振器１１が駆動を開始し、超音波発振器の駆動に応じてホーン１０が超音波振動を開始する。ホーン１０は、例えば直線振動や複合振動などの超音波振動を発生して、２本の電線Ｗの導体部Ｗ１を接合する。従来、被覆部Ｗ２から露出した導体部Ｗ１の軸方向における略全部に対して振動をかけていたことから（図４における接合部Ｖａ）、露出した導体部Ｗ１の軸方向の長さに合うホーンを用意したり、ホーンのサイズに合わせて導体部Ｗ１の露出長を決定している。上記構成により、被覆部Ｗ２から露出した導体部Ｗ１に対して軸方向における一部に対して超音波振動をかけることが可能となり、露出長に合うホーンを用意する必要がなく、ホーンの共通化を図ることが可能となる。

以上のように、本実施形態における電線接合装置１は、少なくとも直線運動の超音波振動を発生するホーン１０と、電線群Ｗｓを収容し、かつ電線Ｗの配列方向と直交する直交方向に延在する第１収容空間部２１と、直線運動における振動方向と同じ方向である配列方向に延在し、平面視において第１収容空間部２１と重なり、ホーン１０を収容する第２収容空間部２３と、ホーン１０に対して直交方向および配列方向と直交する方向に対向して配置され、かつ第１収容空間部２１および第２収容空間部２３を形成するアンビル２０とを備える。ホーン１０は、第２収容空間部２３に収容され、かつ電線群Ｗｓに接触した状態において、電線群Ｗｓを非接合状態から接合状態に遷移させる振動を発生する。

上記構成により、例えば、一般的な超音波接合装置を利用して電線接合を行う場合、多様な電線Ｗの組み合わせに応じて治具を複数用意することなく、電線接合が容易に行うことが可能となる。その結果、超音波接合装置の設備を大幅に変更することなく、電線接合を安定して行うことができる。

また、上記実施形態の電線接合装置１は、アンビル２０において第２収容空間部２３を挟んで直交方向に対向して形成された一対の固定部２５と、一対の固定部２５に対して、第１収容空間部２１を挟んで配列方向にそれぞれ対向し、アンビル２０に対して配列方向に相対移動可能に形成された一対の可動部２７とを有する。各固定部２５および各可動部２７は、平面視において直交方向および配列方向にそれぞれ離間して配置される。

上記構成により、多数の電線Ｗの組合せに対して一つの治具（アンビル２０）で対応することができる。つまり、可動部２７によって多様な組合せに応じた接合幅Ｌを設定することができるので、電線Ｗの組み合わせ毎に治具を用意する必要がなく、設備費を削減し、かつ接合作業にかかる負担を軽減することができる。

なお、上記実施形態では、ホーン１０は、複数の電線Ｗを接合する面が四角形に形成されているが、これに限定されるものではなく、円形に形成されていてもよい。この場合、例えば、第１収容空間部２１と第２収容空間部２３とが交差する部分を円形のホーンに合わせることで対応することができる。

また、上記実施形態では、ホーン１０は、直線振動や複合振動などの超音波振動を発生する機能を有するが、これに限定されるものではなく、配列方向に直線運動する超音波振動を発生するものであってもよい。また、上記実施形態では、電線Ｗの配列方向は、直線運動における振動方向と同じ方向としているが、これに限定されず、直交方向及び振動方向と直交する方向（例えばＺ方向）と同じ方向であってもよい。

１電線接合装置
１０ホーン
１１超音波発振器
２０アンビル
２１第１収容空間部
２３第２収容空間部
２５固定部
２７可動部
２９本体部
Ｗ電線
Ｗ１導体部
Ｗ２被覆部
Ｗｓ電線群

Claims

少なくとも直線運動の超音波振動を発生する振動体と、
２以上の電線からなる電線群を収容し、かつ前記電線の配列方向と直交する直交方向に延在する第１収容空間部と、
前記直線運動における振動方向と同じ方向である前記配列方向に延在し、平面視において前記第１収容空間部と重なり、前記振動体を収容する第２収容空間部と、
前記振動体に対して前記直交方向および前記配列方向と直交する方向に対向して配置され、かつ前記第１収容空間部および前記第２収容空間部を形成する台座と、
を備え、
前記振動体は、
前記第２収容空間部に収容され、かつ前記電線群に接触した状態において、前記電線群を非接合状態から接合状態に遷移させる振動を発生する
ことを特徴とする電線接合装置。
前記台座において前記第２収容空間部を挟んで前記直交方向に対向して形成された一対の固定部と、
前記一対の固定部に対して、前記第１収容空間部を挟んで前記配列方向にそれぞれ対向し、前記台座に対して前記配列方向に相対移動可能に形成された一対の可動部と、
を有し、
各前記固定部および各前記可動部は、
平面視において前記直交方向および前記配列方向にそれぞれ離間して配置される
請求項１に記載の電線接合装置。