JP3147749B2 - 超音波溶接法 - Google Patents
超音波溶接法Info
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-
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- Wire Processing (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は単芯電線、撚線電
線、銅箔等の電気接続部を接合する超音波溶接法に関す
る。
線、銅箔等の電気接続部を接合する超音波溶接法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、単芯電線、撚線電線、銅箔等の金
属部品の接合方法の一つとして、抵抗溶接とともに超音
波溶接が行われている。この超音波溶接装置の一般的な
ものは図９および図１０に示すように、起振ユニットＵ
の前方に突出するホーン１の先端に溶接ヘッド１２が下
方に突設されており、その先端が溶接チップ（音極）１
１となっている。その溶接チップ１１に対向してアンビ
ル２が設けられており、両者１１、２の間に被溶接物１
３を挟んだ状態で加圧するとともに、溶接チップ１１に
超音波による振動エネルギーを与えて振動させ、その時
の溶接チップ１１と被溶接物１３との間に発生する振動
熱（摩擦熱）によって溶接を行う。この超音波溶接は抵
抗溶接に比較して接合温度が低いので母材を痛めにく
く、異種金属との接合部にももろい生成物がみられず、
低コストであるという利点がある。
属部品の接合方法の一つとして、抵抗溶接とともに超音
波溶接が行われている。この超音波溶接装置の一般的な
ものは図９および図１０に示すように、起振ユニットＵ
の前方に突出するホーン１の先端に溶接ヘッド１２が下
方に突設されており、その先端が溶接チップ（音極）１
１となっている。その溶接チップ１１に対向してアンビ
ル２が設けられており、両者１１、２の間に被溶接物１
３を挟んだ状態で加圧するとともに、溶接チップ１１に
超音波による振動エネルギーを与えて振動させ、その時
の溶接チップ１１と被溶接物１３との間に発生する振動
熱（摩擦熱）によって溶接を行う。この超音波溶接は抵
抗溶接に比較して接合温度が低いので母材を痛めにく
く、異種金属との接合部にももろい生成物がみられず、
低コストであるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
溶接は、抵抗溶接に比較して、その接合強度、特に、剥
離強度が小さいという欠点がある。上記の超音波溶接装
置１０の場合、溶接チップ１１の振動により発生する振
動熱は局部的で小容量のため、熱量が十分でないからで
ある。
溶接は、抵抗溶接に比較して、その接合強度、特に、剥
離強度が小さいという欠点がある。上記の超音波溶接装
置１０の場合、溶接チップ１１の振動により発生する振
動熱は局部的で小容量のため、熱量が十分でないからで
ある。
【０００４】超音波溶接は、上述したような利点を有
し、その利点を生かすべく、種々の電子部品の組み立て
に多用されているが、自動車等に用いられる電子部品は
近年の高密度化にともない、その電気接続部のより信頼
性の高いものが要求され、特に、端子と電線等の接合部
については、より確実に接合されることが求められてい
る。
し、その利点を生かすべく、種々の電子部品の組み立て
に多用されているが、自動車等に用いられる電子部品は
近年の高密度化にともない、その電気接続部のより信頼
性の高いものが要求され、特に、端子と電線等の接合部
については、より確実に接合されることが求められてい
る。
【０００５】そこで、この発明の課題は、超音波溶接に
よる被溶接物の接合強度、特に、剥離強度を強化するこ
とにある。
よる被溶接物の接合強度、特に、剥離強度を強化するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、単芯電線、撚線電線、銅箔等の電気接
続部を接合する超音波溶接において、一方の被溶接物に
他方の被溶接物を重ね合わせるとともに、その重ね合わ
せ部に、その界面を横切って樹脂をあてがい、両被溶接
物の重ね合わせ部に押圧力と超音波振動を加え、被溶接
物の接合を、溶接とともに、被溶接物を樹脂に食い込ま
せて行うようにしたのである。
に、この発明は、単芯電線、撚線電線、銅箔等の電気接
続部を接合する超音波溶接において、一方の被溶接物に
他方の被溶接物を重ね合わせるとともに、その重ね合わ
せ部に、その界面を横切って樹脂をあてがい、両被溶接
物の重ね合わせ部に押圧力と超音波振動を加え、被溶接
物の接合を、溶接とともに、被溶接物を樹脂に食い込ま
せて行うようにしたのである。
【０００７】
【実施の形態】図１〜図５にこの発明の第１の実施形態
を示し、従来例と同一部分については同一符号を付して
説明を省略する。第１の実施形態では可撓性平角電線の
銅箔部と撚線電線を超音波溶接で接合する場合を示す。
撚線電線は単芯線を撚り合わせた断面積０．５mm2 のも
のを用いる。
を示し、従来例と同一部分については同一符号を付して
説明を省略する。第１の実施形態では可撓性平角電線の
銅箔部と撚線電線を超音波溶接で接合する場合を示す。
撚線電線は単芯線を撚り合わせた断面積０．５mm2 のも
のを用いる。
【０００８】この実施形態では、図１に示すように、銅
箔部２１と撚線電線３１を重ねて樹脂ケースＣ1 にはめ
込み、その重ね合わせ部Ｗに溶接作用（加圧、超音波振
動）を加えるのである。
箔部２１と撚線電線３１を重ねて樹脂ケースＣ1 にはめ
込み、その重ね合わせ部Ｗに溶接作用（加圧、超音波振
動）を加えるのである。
【０００９】同図に示すように、この樹脂ケースＣ1 は
直方体をなし、その長さ方向に平行に所定の深さの溝Ｖ
が二列設けてある。この溝Ｖの部分に溶接を受ける銅箔
部２１と撚線電線３１の重ね合わせ部Ｗがはめ込まれ
る。樹脂ケースＣ1 は塩化ビニル（ＰＶＣ）で形成され
ている。
直方体をなし、その長さ方向に平行に所定の深さの溝Ｖ
が二列設けてある。この溝Ｖの部分に溶接を受ける銅箔
部２１と撚線電線３１の重ね合わせ部Ｗがはめ込まれ
る。樹脂ケースＣ1 は塩化ビニル（ＰＶＣ）で形成され
ている。
【００１０】図２に、この樹脂ケースＣ1 を三面図で示
し、その形状を今少し詳しく説明する。（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂによる断面図、（ｃ）は
（ａ）の線Ｃ−Ｃによる断面図である。（ａ）に示すよ
うに、前記各溝Ｖは樹脂ケースＣ1 の長さ方向に三つの
領域に別れており、両側が所定の深さに停まって、この
部分の溝Ｖの底面が銅箔部２１と撚線電線３１の載置面
Ｑとなる。真ん中の領域Ｐは（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に貫通している。
し、その形状を今少し詳しく説明する。（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂによる断面図、（ｃ）は
（ａ）の線Ｃ−Ｃによる断面図である。（ａ）に示すよ
うに、前記各溝Ｖは樹脂ケースＣ1 の長さ方向に三つの
領域に別れており、両側が所定の深さに停まって、この
部分の溝Ｖの底面が銅箔部２１と撚線電線３１の載置面
Ｑとなる。真ん中の領域Ｐは（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に貫通している。
【００１１】溶接をする際には、ケースＣ1 のその貫通
部Ｐをアンビル２の突条３に挿入し、底面をアンビル２
の非突条面に載置する。そして、ケースＣ1 の前記載置
面Ｑに銅箔部２１と撚線電線３１を載置し、銅箔部２１
と撚線電線３１をケースＣ1の前記貫通部Ｐ上で重ね合
わせる。
部Ｐをアンビル２の突条３に挿入し、底面をアンビル２
の非突条面に載置する。そして、ケースＣ1 の前記載置
面Ｑに銅箔部２１と撚線電線３１を載置し、銅箔部２１
と撚線電線３１をケースＣ1の前記貫通部Ｐ上で重ね合
わせる。
【００１２】そして、図３に示すように、溶接ヘッド１
２を前記貫通部Ｐの上方から挿入し、銅箔部２１と撚線
電線３１の重ね合わせ部Ｗを溶接ヘッド１２先端の溶接
チップ１１とアンビル２の突条３で挟みこむ。
２を前記貫通部Ｐの上方から挿入し、銅箔部２１と撚線
電線３１の重ね合わせ部Ｗを溶接ヘッド１２先端の溶接
チップ１１とアンビル２の突条３で挟みこむ。
【００１３】このような状態で超音波溶接を行うと、図
４に示すように、撚線電線３１が押圧されへしゃげられ
るとともに、この撚線電線３１と銅箔部２１の接合部Ｗ
が、樹脂ケースＣ1 の溶接熱で軟化した部分Ｒに喰い込
み、溶接による接合だけでなく、樹脂が固化した後、こ
の樹脂によっても結合される。
４に示すように、撚線電線３１が押圧されへしゃげられ
るとともに、この撚線電線３１と銅箔部２１の接合部Ｗ
が、樹脂ケースＣ1 の溶接熱で軟化した部分Ｒに喰い込
み、溶接による接合だけでなく、樹脂が固化した後、こ
の樹脂によっても結合される。
【００１４】こうして樹脂ケースＣ1 に組み込んで超音
波溶接を施した銅箔部２１と撚線電線３１の接合部Ｗ
に、図５の矢印で示すように、撚線電線３１を剥がす方
向に荷重をかけてその剥離強度を調べた。
波溶接を施した銅箔部２１と撚線電線３１の接合部Ｗ
に、図５の矢印で示すように、撚線電線３１を剥がす方
向に荷重をかけてその剥離強度を調べた。
【００１５】この時の試験結果を、図１０に示したよう
な、被溶接物１３が単に超音波溶接だけで接合されるよ
うな従来のものに対する試験結果とともに表１に示す。
剥離強度は銅箔部２１と撚線電線３１の接合部Ｗが剥離
する際の限界荷重とし、全試験の平均をとった。試験の
標準偏差σ1 を併せて示す。実施例、従来例とも、それ
ぞれ５０回の試験を行った。
な、被溶接物１３が単に超音波溶接だけで接合されるよ
うな従来のものに対する試験結果とともに表１に示す。
剥離強度は銅箔部２１と撚線電線３１の接合部Ｗが剥離
する際の限界荷重とし、全試験の平均をとった。試験の
標準偏差σ1 を併せて示す。実施例、従来例とも、それ
ぞれ５０回の試験を行った。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１からも理解されるように、この実施形
態の接合部Ｗは、５０回の試験に対して平均２．５ｋｇ
ｆの荷重に耐え、同じ回数で、平均、わずか１．２ｋｇ
ｆの荷重にしか耐えられない従来のものに比べ剥離強度
が著しく増している。
態の接合部Ｗは、５０回の試験に対して平均２．５ｋｇ
ｆの荷重に耐え、同じ回数で、平均、わずか１．２ｋｇ
ｆの荷重にしか耐えられない従来のものに比べ剥離強度
が著しく増している。
【００１８】また、標準偏差σ1 についても、この実施
形態の方法によれば標準偏差σ1 ＝０．２であり、従来
例がσ1 ＝０．６であるのに比べバラツキが小さく、安
定した結果が得られている。
形態の方法によれば標準偏差σ1 ＝０．２であり、従来
例がσ1 ＝０．６であるのに比べバラツキが小さく、安
定した結果が得られている。
【００１９】なお、図６に示すような形状の樹脂ケース
Ｃ11を用いて、接合部Ｗ2 に隣接して可撓性平角電線２
０のコーナー部を設けることができる。この樹脂ケース
Ｃ11は、同図に示すように、先に示した樹脂ケースＣ1
に設けられていた溝Ｖと同様な溝Ｖ2 が複数設けられた
ケース部Ｃが、その溝Ｖ2 の配設方向に延設され、その
先で直角に段部をなし、前記ケース部Ｃに平行な上段部
Ｔ側面に、前記溝Ｖ2の配設方向に直角な方向に矩形の
貫通穴Ｐ2 が設けられた形状をなしている。
Ｃ11を用いて、接合部Ｗ2 に隣接して可撓性平角電線２
０のコーナー部を設けることができる。この樹脂ケース
Ｃ11は、同図に示すように、先に示した樹脂ケースＣ1
に設けられていた溝Ｖと同様な溝Ｖ2 が複数設けられた
ケース部Ｃが、その溝Ｖ2 の配設方向に延設され、その
先で直角に段部をなし、前記ケース部Ｃに平行な上段部
Ｔ側面に、前記溝Ｖ2の配設方向に直角な方向に矩形の
貫通穴Ｐ2 が設けられた形状をなしている。
【００２０】このような樹脂ケースＣ11に対し、可撓性
平角電線２０は、銅箔部２１が剥き出しになった部分が
ケース部Ｃの溝Ｖ2 において撚線電線３１と重ねられ、
銅箔部２１が樹脂で包まれた部分が、ケース部Ｃの延設
部上面に沿って上段部Ｔにまで進む。そして、この上段
部Ｔ上面において直角に折り返され、側面の前記矩形穴
Ｐ2 に挿通され、反対側の側面から外部に延出する。こ
うして、可撓性平角電線２０のコーナー部が形成され
る。
平角電線２０は、銅箔部２１が剥き出しになった部分が
ケース部Ｃの溝Ｖ2 において撚線電線３１と重ねられ、
銅箔部２１が樹脂で包まれた部分が、ケース部Ｃの延設
部上面に沿って上段部Ｔにまで進む。そして、この上段
部Ｔ上面において直角に折り返され、側面の前記矩形穴
Ｐ2 に挿通され、反対側の側面から外部に延出する。こ
うして、可撓性平角電線２０のコーナー部が形成され
る。
【００２１】次に、第２の実施形態を図７および図８に
基づいて説明する。第２の実施形態では図７（ａ）、
（ｂ）に示すように、四角筒状の樹脂ケースＣ2 を形成
し、銅箔部２１と撚線電線３１をその内部に挿通し、そ
の部分で銅箔部２１と撚線電線３１とを重ねて配置す
る。撚線電線３１は前実施形態のものと同様、単芯線を
撚り合わせた断面積０．５mm2 のものである。（ｂ）は
銅箔部２１と撚線電線３１が組み込まれた溶接前の樹脂
ケースＣ2 の断面を示したものである。樹脂ケースＣ2
は塩化ビニル（ＰＶＣ）で形成されている。
基づいて説明する。第２の実施形態では図７（ａ）、
（ｂ）に示すように、四角筒状の樹脂ケースＣ2 を形成
し、銅箔部２１と撚線電線３１をその内部に挿通し、そ
の部分で銅箔部２１と撚線電線３１とを重ねて配置す
る。撚線電線３１は前実施形態のものと同様、単芯線を
撚り合わせた断面積０．５mm2 のものである。（ｂ）は
銅箔部２１と撚線電線３１が組み込まれた溶接前の樹脂
ケースＣ2 の断面を示したものである。樹脂ケースＣ2
は塩化ビニル（ＰＶＣ）で形成されている。
【００２２】溶接時には、（ａ）に示すように、この樹
脂ケースＣ2 を溶接ヘッド１２先端の溶接チップ１１と
アンビル２の間に挟み込み、樹脂ケースＣ2 ごと銅箔部
２１と撚線電線３１の重ね合わせ部Ｗを溶接する。
脂ケースＣ2 を溶接ヘッド１２先端の溶接チップ１１と
アンビル２の間に挟み込み、樹脂ケースＣ2 ごと銅箔部
２１と撚線電線３１の重ね合わせ部Ｗを溶接する。
【００２３】このようにすることにより、図８に示すよ
うに、溶接によって接合された撚線電線３１と銅箔部２
１の接合部が、樹脂ケースＣ2 の溶接熱で軟化した部分
に喰い込むとともに、樹脂ケースＣ2 は全体的に軟化す
るので、さらにこの接合部全体を包み込む形になり、樹
脂ケースＣ2 が固化すると接合がさらに確実になる。
うに、溶接によって接合された撚線電線３１と銅箔部２
１の接合部が、樹脂ケースＣ2 の溶接熱で軟化した部分
に喰い込むとともに、樹脂ケースＣ2 は全体的に軟化す
るので、さらにこの接合部全体を包み込む形になり、樹
脂ケースＣ2 が固化すると接合がさらに確実になる。
【００２４】この時の前記試験態様と同様な試験結果を
表２に示す。
表２に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】表２からも理解されるように、第２の実施
形態による接合部は、５０回の試験に対して平均５．６
ｋｇｆの荷重に耐え、同じ回数で、平均、わずか１．２
ｋｇｆの荷重にしか耐えられない従来のものはもとよ
り、前記第１の実施形態の実施例のもの（平均２．５ｋ
ｇｆの剥離強度）よりも剥離強度がさらに増している。
これは、第１の実施形態と異なり、接合部全体が樹脂ケ
ースＣ2 で覆われる形になることによる。
形態による接合部は、５０回の試験に対して平均５．６
ｋｇｆの荷重に耐え、同じ回数で、平均、わずか１．２
ｋｇｆの荷重にしか耐えられない従来のものはもとよ
り、前記第１の実施形態の実施例のもの（平均２．５ｋ
ｇｆの剥離強度）よりも剥離強度がさらに増している。
これは、第１の実施形態と異なり、接合部全体が樹脂ケ
ースＣ2 で覆われる形になることによる。
【００２７】また、標準偏差σ2 についても、この実施
形態の方法によれば標準偏差σ2 ＝０．４であり、従来
例がσ2 ＝０．６であるのに比べバラツキが小さく、安
定した結果が得られている。
形態の方法によれば標準偏差σ2 ＝０．４であり、従来
例がσ2 ＝０．６であるのに比べバラツキが小さく、安
定した結果が得られている。
【００２８】なお、樹脂ケースＣ2 としては、四角筒に
限られるものでないことは言うまでもなく、例えば、三
角筒のようなものでもよいが、好ましくは、接合部を組
み込んだ際のケース内の残存空間が少なく、また、溶接
チップとアンビルが挟む空間に沿うような外形形状がよ
い。そのようにすれば、樹脂ケースＣ2 が溶接チップと
アンビルの接触面に隙間無く面着するので、溶接時に安
定して固定されるとともに、熱の放散が少なく、熱効率
の良い溶接が行える。
限られるものでないことは言うまでもなく、例えば、三
角筒のようなものでもよいが、好ましくは、接合部を組
み込んだ際のケース内の残存空間が少なく、また、溶接
チップとアンビルが挟む空間に沿うような外形形状がよ
い。そのようにすれば、樹脂ケースＣ2 が溶接チップと
アンビルの接触面に隙間無く面着するので、溶接時に安
定して固定されるとともに、熱の放散が少なく、熱効率
の良い溶接が行える。
【００２９】また、上記両実施形態とも被溶接物の一方
として撚線電線３１を用いたが、全く一本の導体からな
る単芯線を用いても同様に剥離強度が向上することを確
認した。
として撚線電線３１を用いたが、全く一本の導体からな
る単芯線を用いても同様に剥離強度が向上することを確
認した。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、単芯電線、撚線電線、銅箔等の電気接続部を接合す
る超音波溶接において、一方の被溶接物と他方の被溶接
物が溶接による接合だけでなく、両方に架け渡された樹
脂に喰い込んで結合されるので、従来より接合強度、特
に剥離強度が向上した溶接物が得られる。
ば、単芯電線、撚線電線、銅箔等の電気接続部を接合す
る超音波溶接において、一方の被溶接物と他方の被溶接
物が溶接による接合だけでなく、両方に架け渡された樹
脂に喰い込んで結合されるので、従来より接合強度、特
に剥離強度が向上した溶接物が得られる。
【図１】第１の実施形態の樹脂ケースＣ1 に被溶接物接
合部を組み込んだ状態の斜視図
合部を組み込んだ状態の斜視図
【図２】第１の実施形態で用いる樹脂ケースＣ1 を示す
三面図
三面図
【図３】図１の線Ａ−Ａによる断面および、溶接チッ
プ、アンビルとの配置関係を示す図
プ、アンビルとの配置関係を示す図
【図４】第１の実施形態による溶接結果を示す模式図
【図５】第１の実施形態の溶接強度試験を示す斜視図
【図６】第１の実施形態の他の樹脂ケースＣ11とそれに
組み込まれた被溶接物を示す斜視図
組み込まれた被溶接物を示す斜視図
【図７】第２の実施形態を示す図
【図８】第２の実施形態による溶接結果を示す模式図
【図９】超音波溶接装置を示す斜視図
【図１０】従来例における超音波溶接装置の要部を示す
図
図
１ ホーン ２ アンビル ３ （アンビルの）突条 １１ 溶接チップ １２ 溶接ヘッド ２１ 銅箔部 ３１ 撚線電線 Ｃ1 、Ｃ11、Ｃ2 樹脂ケース Ｗ、Ｗ2 重ね合わせ部（接合部） Ｖ、Ｖ2 溝 Ｐ 貫通部（真ん中の領域） Ｐ2 貫通穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 一仁 愛知県名古屋市南区菊住一丁目７番10号 株式会社ハーネス総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−320842（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−7946（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−115558（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/10 H01R 4/02 H01R 43/02
Claims (1)
- 【請求項１】 単芯電線、撚線電線、銅箔等の電気接続
部を接合する超音波溶接において、 一方の被溶接物に他方の被溶接物を重ね合わせるととも
に、その重ね合わせ部に、その界面を横切って樹脂をあ
てがい、両被溶接物の重ね合わせ部に押圧力と超音波振
動を加え、被溶接物の接合を、溶接とともに、被溶接物
を樹脂に食い込ませて行うようにしたことを特徴とする
超音波溶接法。
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