JP3385980B2 - 超音波溶接機のホーン - Google Patents

超音波溶接機のホーン

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波溶接機のホ
ーンに関し、特に、電線等の芯線とバスバー等の金属板
を超音波溶接により接合するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、電線とバスバー等の金属板と
を直接に接合するには、超音波溶接を用いることがあ
り、電線の芯線を超音波溶接機のホーンで金属板に押し
つけて挟み込み、加圧しながら振動させて溶接してい
る。上記超音波溶接機のホーンの加圧面の形状として
は、図5(A)に示すドーム形や、図6(A)に示すフ
ラット形が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】超音波溶接をドーム形
のホーン1で行う場合は、ホーン1とバスバー2との溶
接時の距離設定が困難であり、特に、電線の芯線が多数
の裸線の撚線からなる場合、芯線が間に介在しないホー
ン1の両端部1bとバスバー2とが接触する場合があ
り、接触すると溶接条件が変化し、規定の溶接強度を確
保できない問題があると共に、両端部1bは厚みが薄い
ため、摩耗や破損の恐れもある。また、図5(B)に示
すように、芯線Sの一部が左右にほぐれていると、溶接
加圧時にドーム1aの内部より外れる部分が発生し、ド
ーム1a内部の芯線Sの裸線本数が減少するため、芯線
Sの圧縮率が不足して芯線が溶けにくくなり、溶接条件
が安定しない問題がある。
【0004】フラット形のホーン1’を用いた場合で
は、芯線Sが加圧面1a’の全体に介在するため、ホー
ン1’とバスバー2’は接触することがなく、芯線Sの
圧縮率も安定させやすく、肉厚の薄い部分もないためホ
ーン1’自体の強度も上昇している。しかし、図6
(B)に示すように、加圧面1a’がフラットな形状で
あるため、ホーン1’を押し当てると、バスバー2’の
上面には一段の裸線しか載らず、芯線Sの裸線本数が多
くなると、バスバー2’の上面より芯線S2がはみ出
し、隣接するバスバー2’−1と短絡する問題がある。
バスバー2’に載せられる芯線Sの裸線本数は、例え
ば、バスバーの幅が1.5mmであれば、φ0.32m
mの裸線は4本しか載せられない計算となる。
【0005】上記した問題に対して、実公平6−225
57号において、図7に示す超音波溶接機のホーン1”
が提案されている。ホーン1”には、入口の幅がその奥
の幅より末広がりに形成される溝1a”を設けて、超音
波による振動で芯線が溝1a”の内部に集まるようにし
て、芯線が金属板よりはみ出ないようにしているが、両
端部1b”には、厚さが薄い部分があると共に両端部1
b”と金属板との距離の設定が困難であるため、上記の
ドーム形のホーン1と同様に、両端部1b”の摩耗や損
傷の恐れがある。
【0006】本発明は、上記した問題を鑑みてなされた
ものであり、超音波溶接時における芯線の圧縮率及び溶
接条件を安定させ、芯線と金属板の溶接強度を向上させ
ることを第一の課題としている。また、芯線が金属板上
面よりはみ出ないようにすることを第二の課題としてい
る。さらに、ホーンの加圧面が金属板上面と接触しない
ようにすることを第三の課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、電線の多数の裸線を撚り合わせた芯線を
金属板に接合するための超音波溶接機のホーンであっ
て、上記ホーンは芯線の軸線方向に所要の厚さを有し、
その下面全面を電線の芯線に押し当てる加圧面とし、上
記加圧面の芯線断面方向の中心部に凹部を設けると共
に、該凹部の両側を水平面とし、上記凹部は芯線の断面
積よりも小さい断面積に設定すると共に、該凹部より強
制的に溢れ出させる芯線部分が上記金属板と上記水平面
との間に位置されて上記金属板からはみ出さない設定と
し、上記金属板の上面に載置した芯線に、上記ホーンの
凹部を押し当てて、該凹部より溢れる芯線を上記水平面
で押し当て、該水平面を金属板に当接させない構成とし
ている超音波溶接機のホーンを提供している。
【0008】上記のように、本発明のホーンの加圧面は
ドーム形とフラット形の形状を併せ持つ形状としてお
り、即ち、加圧面の中央部に凹部を設けると共に、凹部
の両側にフラット形状の水平面を設けており、この形状
により芯線との当接面積を増大することができる。ま
た、加圧面を芯線に押し当てる際、凹部へ芯線を押し込
むと共に、凹部より溢れる芯線を凹部の両側の水平面で
押し当てて、挟み込むようにすることで、従来、金属板
よりはみ出ていた分の芯線を凹部で吸収して、芯線を金
属板よりはみ出ないようにすることができる。
【0009】また、水平面では、芯線を確実に挟み込ん
でいるので、芯線の圧縮率を安定させて溶接強度を向上
させることができると共に、芯線の介在により加圧面が
金属板と直接に接触することを防ぐことができる。さら
に、凹部の断面積を従来のドーム形のホーンに比べ小さ
く抑えているので、凹部の両側は肉厚が十分あり、ホー
ン自体の強度も高くできる。
【0010】上記凹部の芯線断面方向の断面はV形状に
形成されていることが好ましい。凹部の断面形状をV形
状にすることで、芯線をより効率的に凹部へ集めること
が可能となると共に、凹部内部における芯線の本数が多
少の減少しても、芯線の圧縮率に余り影響を与えないよ
うにすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は、本発明にかかる超音波溶接
機のホーン10を超音波溶接機に取り付けた状態を示
し、アンビル11は金属板であるバスバー12を固定す
るために用いている。超音波溶接による電線の芯線Sと
バスバー12との接合は、図中の矢印Yの向きに超音波
溶接機のホーン10をバスバー12に載せた芯線Sに押
し当てて加圧すると共に図中のX方向にホーン10を振
動させて行っている。被溶接物となる電線は、撚線が使
用される場合が多く、撚線の芯線Sは多数の裸線より構
成されている。
【0012】図2(A)(B)(C)はホーン10の先
端部を示し、ホーン10は溶接する芯線の軸線方向に所
要の厚さを有し、下面のフラット形状の加圧面10−1
の中央部、つまり芯線断面方向の中心部に、ホーン10
の一端面10cから他端面10dへ連続して凹部10a
を設けている。凹部10aの形状は、芯線断面方向にお
ける断面がV形状になるようにして形成している。この
凹部10aの加圧面10−1における開口幅は、凹部1
0aの両側にフラット形状の水平面10bが確実に形成
されるように設定しており、水平面10bの表面にはナ
ール加工が施されている。
【0013】また、図2(A)における凹部10aのV
形状の斜面の傾き角度Kは、溶接の際に、芯線Sの裸線
本数が多少減少した場合でも、凹部10aの内部におけ
る芯線Sの収容本数により圧縮率があまり変動しないよ
うに、接合する一本の芯線の直径を考慮して設定してい
る。
【0014】なお、上記のように凹部10aの形状を設
定する際には、凹部10aのV形状の断面積も考慮する
必要がある。つまり、凹部10aのV形状の断面積は多
数の裸線からなる芯線Sの断面積より小さくなるように
しており、その上で、芯線Sの裸線をバスバー上面に一
段で並べた際に、バスバー上に載らず余剰となる分の芯
線Sの断面積合計と凹部10aの断面積を比較考慮しな
がら設定している。上記のようにしてホーン10の加圧
面10−1を形成し、芯線との当接面積を大きくしてい
る。なお、凹部10aの上記V形状に限定されることは
なく、例えば、台形状、半円状としてもよい。
【0015】超音波溶接による芯線Sのバスバー12の
接合は図3(A)に示すように、アンビル11の上に固
定したバスバー12の上面に芯線Sを載置している。こ
の際、バスバー12の中央部に芯線Sを載置すると共
に、バスバー12とホーン10の夫々中心が一致するよ
うにしている。
【0016】上記のようにしてホーン10を図中の矢印
の向きに下降させて、加圧面10−1の下面全面で芯線
Sを押し当てていくと、最初、芯線Sは凹部10aのV
形状により中央部に集められるが、図3(B)に示すよ
うに、凹部10aの内部に入りきれない芯線Sが溢れ、
バスバー12の上面で両端部まで広がり、水平面10b
で押し当てられ、挟み込まれている。このように芯線S
はバスバー12の上面で確実に挟み込まれているので、
はみ出る芯線は生じていない。この加圧状態で、超音波
により振動させて芯線Sをバスバー12に接合してい
る。
【0017】また、図4に示すように、通常より数本の
裸線が抜けている芯線S’を接合する場合でも、ホーン
10を芯線S’に押し当てていくとと、凹部10aの内
部に、入りきれない芯線S’が溢れているが、芯線S’
の全体本数が少ないため、溢れている本数も少なく、バ
スバー12上面の両端部の手前までしか広がっていな
い。しかし、この溢れている芯線S’も水平面10bで
確実に挟み込まれているため、加圧状態でも、水平面1
0bがバスバー12の上面に接触することはなく、ま
た、凹部10a内部では、芯線S’の圧縮率が余り変動
することなく、芯線S’とバスバー12を超音波溶接に
より接合している。
【0018】
【発明の効果】上記の説明より明らかなように、超音波
溶接機のホーンの加圧面で確実に芯線を挟み込むと同時
に、溶接する芯線の裸線本数が多少減少しても凹部の内
部で圧縮率の変動を抑えているので、溶接条件が安定
し、溶接強度が向上させることができる。それにより、
溶接品の溶接強度の格差を抑えることができる。また、
ホーンの凹部で、バスバーよりはみ出ていた芯線部分を
吸収できるので、バスバー上面から芯線がはみ出ること
無くすことができ、短絡も解消できる。
【0019】さらに、ホーンの加圧面は水平面で芯線を
介在させてバスバーに加圧しているため、バスバーと直
接接触することがなくなり、溶接条件を安定させること
ができると共に、バスバーとの接触によるホーンの摩耗
および破損を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のホーンを超音波溶接機に取り付けた
状態を示す斜視図である。
【図2】 本発明のホーンを示し、(A)は正面図、
(B)は側面図、(C)は下面図である。
【図3】 本発明のホーンによる溶接状態を示し、
(A)はホーンの押し当て前の概略図、(B)はホーン
の押し当て時の概略図である。
【図4】 本発明のホーンによる溶接状態の押し当て時
を示し、溶接する芯線の本数が少ない場合の概略図であ
る。
【図5】 従来のドーム形のホーンによる溶接状態を示
し、(A)はホーンの押し当て前の概略図、(B)はホ
ーンの押し当て時の概略図である。
【図6】 従来のフラット形のホーンによる溶接状態を
示し、(A)はホーンの押し当て前の概略図、(B)は
ホーンの押し当て時の概略図である。
【図7】 別の従来のホーンを示す正面図である。
【符号の説明】
1、1’、1”、10 ホーン 2、12 バスバー 10a 凹部 10b 水平面 11 アンビル S 芯線

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電線の多数の裸線を撚り合わせた芯線を
    金属板に接合するための超音波溶接機のホーンであっ
    て、 上記ホーンは芯線の軸線方向に所要の厚さを有し、その
    下面全面を電線の芯線に押し当てる加圧面とし、 上記加圧面の芯線断面方向の中心部に凹部を設けると共
    に、該凹部の両側を水平面とし、上記凹部は芯線の断面
    積よりも小さい断面積に設定すると共に、該凹部より強
    制的に溢れ出させる芯線部分が上記金属板と上記水平面
    との間に位置されて上記金属板からはみ出さない設定と
    し、 上記金属板の上面に載置した芯線に、上記ホーンの凹部
    を押し当てて、該凹部より溢れる芯線を上記水平面で押
    し当て、該水平面を金属板に当接させない構成としてい
    る超音波溶接機のホーン。
  2. 【請求項2】 上記凹部の芯線断面方向の断面はV形状
    に形成されている請求項1に記載の超音波溶接機のホー
    ン。
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