JP3455344B2 - 超音波溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、電線の端末処理
等の際に使用される超音波溶接装置に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来より、自動車用電線等の端末処理の
ために、電線の導体芯をソケット端子などに超音波溶接
する場合がある。 【０００３】この溶接に使用される超音波溶接装置は、
図４に示すように、互いに連結するブースター３とコン
バーター４からなる起振ユニットと、ブースター３から
前方に突出するホーン２４と、このホーン２４の先端か
ら下方に突設された溶接チップ６とからなる。 【０００４】この超音波溶接装置２３は、溶接チップ６
とアンビル１４で被溶接物を挟んだ状態で、コンバータ
ー４を介してブースター３に電力が供給されると、ブー
スター３から超音波振動エネルギーが発生して溶接チッ
プ６が超音波振動するので、この振動による発熱によっ
て被溶接物が溶接される。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波溶接
装置により電線の端末処理をする場合においては、図３
に示すように、溶接チップ６の下面の形状が、導体芯１
６の外周面にぴったり沿うものでないと、溶接がうまく
行えない。このため、端末処理する電線の径が変わるた
びに、溶接チップ６を電線の径に合う形状寸法のものに
取り換えなければならない。 【０００６】従来、その溶接チップを取り換えるには、
ホーン２４を起振ユニットから着脱自在として、ホーン
ごと溶接チップを取換える方法や、図５（ａ）（ｂ）に
示すように、溶接チップ２５をホーン２６にボルト２７
止めにより着脱自在として、溶接チップ２５を取り換え
る方法が採られている。 【０００７】ところが、いずれの方法によっても、一旦
はホーン２４又は溶接チップ２５を外して再び取付ける
ため、取付部分に間隙が生じて、図３の一点鎖線で示す
ように、溶接チップが位置ズレして溶接不良が発生し易
くなる。このため、溶接チップの取換えの際には、溶接
チップの取付け位置や角度を細かく合わせなければなら
ないので、超音波溶接装置を再始動させるのに、非常に
時間がかかってしまうという問題があった。 【０００８】この問題は、多品種少量化の傾向が強い近
年においては、益々大きな問題となっている。 【０００９】また、径の異なる電線が混じったフラット
ケーブルを端末処理する場合には、各電線に合った溶接
チップに取換えなければならず、この取換えを短時間、
例えば秒単位で行うことはできないため、この種のフラ
ットケーブルには超音波溶接は行われていなかった。 【００１０】そこで、この発明は、ホーンや溶接チップ
をいちいち外すことなく、所望の溶接チップに取換える
ことができるようにして、溶接処理に要する時間を短縮
すると共に、上記のような特殊フラットケーブルにも適
用できるようにすることを課題とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明に係る超音波溶接装置は、起振ユニット
の前方に突出するホーンの先端から下方に溶接チップを
突設し、この溶接チップを、アンビル上に置かれた被溶
接物に上方から当接させた状態で、ホーンを介して起振
ユニットにより超音波振動させて、被溶接物を溶接する
超音波溶接装置において、上記ホーンを、その中心を通
る水平な軸を中心に回転可能にすると共に、ホーンの先
端部外周面に、複数の溶接チップを、それぞれの溶接チ
ップの先端が上記ホーンの回転に伴って順々に被溶接物
と対向するように設け、ホーンを回転させて複数の溶接
チップを選択的に被溶接物と対向させるようにしたので
ある。 【００１２】上記ホーンに突設された複数の溶接チップ
の形状寸法を互いに違えておくと、ホーンを回転させる
ことにより、異なる形状寸法の溶接チップの先端がアン
ビル上の被溶接物に順々に対向することとなるので、所
望の溶接チップが被溶接物と対向したところでホーンの
回転を止めれば、溶接チップの取換えが完了する。 【００１３】このとき、ホーンは、その水平中心軸を中
心にして回るため、各溶接チップもその中心軸の回りを
回ることとなる。このため、各溶接チップの取付けを、
その中心軸周りに前もって正確に取付け、ステッピング
モーターなどでホーンを正確に回せば所要の溶接チップ
を被溶接物に正確に対向し得る。 【００１４】また、起振ユニットとホーンを一体に回転
させるようにすると、起振ユニットとホーンの間に回転
連結部ができないので、溶接チップの取換え作用に関係
なく、起振ユニットからホーンへの超音波振動エネルギ
ーの伝達が均一かつ効率よく行われる。 【００１５】 【発明の実施の形態】図１に示される超音波溶接装置１
は、電線の端末処理に使用されるものであり、角筒形の
シェル２に後端部を突出させた状態で収容されるブース
ター３と、このブースター３の後端に接続されたコンバ
ーター４と、ブースター３から前方へ延びてシェル２の
外部へ突出するホーン５と、このホーン５の先端に設け
られた溶接チップ６とからなる。 【００１６】ブースター３は、シェル２の内壁にベアリ
ング７を介して回転自在に固定されており、シェル２
は、前後面が保持リング８に取り付けられたダイヤフラ
ム９によりそれぞれ閉塞されている。 【００１７】コンバーター４は、電源ケーブル１０を介
して外部電源（図示省略）と接続されており、外部電源
からの電圧や電流をブースター３に合うように変換して
いる。 【００１８】また、コンバーター４は、後端が閉塞され
た円筒形のシリンダ１１に収容されており、このシリン
ダ１１は、前端部が、ブースター３の後端部の外周面に
固定されている。 【００１９】ホーン５は、水平な前後方向の軸で回転対
称となるような形状を有し、この対称軸が上記ブースタ
ー２のシェル１に対する回転軸と一致するように、ブー
スター３に固定されている。 【００２０】また、ホーン５は、図２に示すように、先
端部が、上記回転軸を中心とする円盤形状に形成されて
おり、この円盤形状に形成された先端部の外周面には、
形状寸法を互いに違えた８個の溶接チップ６が等間隔で
突設されている。溶接チップ６の数は、任意に設定し得
る。 【００２１】これらの溶接チップ６は、シリンダ１１の
後端にカップリング１２を介して接続されたモーター１
３により、上記回転軸を中心として、シリンダ１１、ブ
ースター３及びホーン５と共に回転して、順々にアンビ
ル１４の上面と対向するようになっている。 【００２２】モーター１３は、図３の実線で示すよう
に、各溶接チップ６の先端が電線１５の導体芯１６に真
上からまっすぐ当接する位置にくるようホーン５等を回
転させるために、あらかじめ決められた角度だけ正確に
回転するステッピングモーターであるのが望ましい。 【００２３】図２に示すように、モーター１３やブース
ター３等は、取付台１７上に固定されており、この取付
台１７は、両側部が支持フレーム１８により支持されて
いる。 【００２４】支持フレーム１８は、前面下部に、前方へ
突出するアンビル１４を備えており、昇降機構（図示省
略）により取付台１７を昇降させて、溶接チップ６の下
面をアンビル１４上の電線１５に適度に押圧することが
できる。 【００２５】この超音波溶接装置１による電線の端末処
理作業は、以下のようにして行われる。 【００２６】まず、ホッパーから投下されたソケット端
子１９は、左右に延びるレール２０を渡りアンビル１４
上に載置される。その後、このアンビル１４のソケット
端子１９に向けて、前方から電線１５が移送台２１上を
運搬されてくる。 【００２７】この電線１５は、先端部の被覆が剥がされ
て導体芯１６が露出しており、上記運搬が終了すると、
この露出した導体芯１６が、図３に示すように、ソケッ
ト端子１９の電極板２２の上面に当接する。 【００２８】そして、使用者は、電線１５の径に合う形
状寸法の溶接チップ６が、図３に示すように、電線１５
の導体芯１６と対向するまで、モーター１７によりホー
ン５等を回転させる。なお、この作業は、電線１５の径
を自動的に判別して所要の角度だけモーター１３を回す
ようなシステムを、コンピューターや各種センサーによ
って構築することによって、自動化することができる。 【００２９】次に、取付台１７を支持フレーム１８に対
して降下させることによって、溶接チップ６の下面で、
電線１５の導体芯１６とソケット端子１９の電極板２２
を、アンビル１４の上面に適度に押し付け、この押し付
けた状態でブースター３により溶接チップ６を振動させ
ると、導体芯１６と電極板２２との接触面の皮膜が破壊
され、局部的な振動発熱によって再結晶溶接が行われ
て、電線１５にソケット端子１９が取付けられる。 【００３０】また、ある径の電線の端末処理が終了し、
異なる径の電線を続けて端末処理する場合には、モータ
ー１３によりホーン５等を回転させて、所望の溶接チッ
プに取換えればよい。この際、溶接チップ６やホーン５
を一旦外すことがないので、溶接チップ６のホーン５へ
の取付位置や角度を前もって細かく調整しておくと、ホ
ーン５を所定の角度だけ回せば溶接チップ６の取換えが
完了し、すぐに溶接作業を再開できる。 【００３１】径の異なる電線が混じったフラットケーブ
ルを端末処理する場合においても、モーター１３を回転
させることにより、溶接チップ６を所望のものに次々と
すばやく取換えることができるので、フラットケーブル
の個々の電線をいろいろ立ち上げることなく、並んだ電
線を連続的にソケット端子に取付けられる。このため、
このような特殊フラットケーブルに超音波溶接を行うこ
とが可能となる。 【００３２】なお、この実施の形態においては、ホーン
５、ブースター３及びコンバーター４等をモーター１３
により一体に回転させるようにしたが、ホーン５だけを
回転させるようにしてもよいし、ホーン５とブースター
３を回転させるようにしてもよい。ホーン５とブースタ
ー３を一体にすると、ホーン５とブースター３の間に回
転連結部が生じないので、ブースター３からホーン５へ
の超音波振動エネルギーの伝達が効率よく行われる。 【００３３】また、ブースター３やホーン５をモーター
１３とともに昇降させるようにしたが、モーター１３を
昇降させないようにし、カップリング１２でシャフトを
屈曲させて、ブースター３等だけを昇降させるようにし
てもよい。この昇降方法としては、公知の種々のものが
考えられる。 【００３４】 【効果】この発明は、以上のようであることにより、溶
接チップを異なる形状寸法のものにすばやく取換えるこ
とができるので、被溶接物が代わっても、すぐに溶接作
業を再開することができる。 【００３５】また、被溶接物が特殊フラットケーブルの
ように形状等が異なる複数の溶接チップを使用して溶接
しなければならないものであっても、超音波溶接が可能
となる。 【００３６】さらに、モーターの回転角度等を時間的に
監視して、記録しておけば、各溶接チップの使用時間や
使用回数を正確かつ容易に把握することができるので、
生産ラインの使用状況を定量的に管理することができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明に係る超音波溶接装置の一実施の形態
を示す断面図 【図２】同上の実施の形態の使用状況を示す斜視図 【図３】溶接作業を示す断面図 【図４】従来の超音波溶接装置の断面図 【図５】（ａ）ホーンに対して着脱自在な溶接チップを
示す側面図 （ｂ）図５（ａ）の正面図 【符号の説明】 １ 超音波溶接装置 ２ シェル ３ ブースター ４ コンバーター ５、２４、２６ ホーン ６、２５ 溶接チップ ７ ベアリング ８ 保持リング ９ ダイヤフラム １０ 電源ケーブル １１ シリンダ １２ カップリング １３ モーター １４ アンビル １５ 電線 １６ 導体芯 １７ 取付台 １８ 支持フレーム １９ ソケット端子 ２０ レール ２１ 移送台 ２２ 電極板 ２３ 従来の超音波溶接装置 ２７ ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 俊秋 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 昭60−250891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−107281（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−122934（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−1163（ＪＰ，Ａ) 特公 昭41−8210（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/10

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 起振ユニットの前方に突出するホーン５
   の先端から下方に溶接チップ６を突設し、この溶接チッ
   プ６を、アンビル１４上に置かれた被溶接物に上方から
   当接させた状態で、ホーン５を介して起振ユニットによ
   り超音波振動させて、被溶接物を溶接する超音波溶接装
   置において、 上記ホーン５を、その中心を通る水平な軸を中心にベア
   リング７を介して回転自在にシェル２に固定すると共
   に、ホーン５の先端部外周面に、複数の溶接チップ６
   を、それぞれの溶接チップ６の先端が上記ホーン５の回
   転に伴って順々に被溶接物と対向するように設け、モー
   ター１３により、ホーン５を回転させて複数の溶接チッ
   プ６を選択的に被溶接物と対向させるようにしたことを
   特徴とする超音波溶接装置。