JP4202617B2 - 被覆電線の超音波接合方法およびその方法を用いた超音波接合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接続しようとする被覆電線を絶縁体を除去することなく交差して、その交差部分を超音波振動で接合する被覆電線の超音波接合方法およびその方法を用いた超音波接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被覆電線の超音波接合は、接合しようとする被覆電線に超音波振動と同時に加圧力を加えて、接合するもので、このような超音波接合では、例えば特開平９−２９４４５号公報に開示されるように、電線同士を接続する技術がある。
【０００３】
これは図５に示すように、接続しようとする電線１，２の交差部分Ｃの上下を、ホーン側チップ３とアンビル側チップ４とで挟み込んで加圧し、この状態でホーン側チップ３に超音波振動を加えることにより、前記交差部分Ｃで電線１，２が接合されるようになっている。なお、５は電線１，２を位置決めする台座である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の超音波振動を用いた電線の接合では、電線１，２が被覆電線である場合、まず、絶縁体を溶融除去した後に、その中身の導体同士を接合する必要がある。このため、被覆電線同士を接合する場合は、ホーン側チップ３に加える超音波振動の振動条件、つまり、この振動条件とは、加圧力、周波数、振幅などによって決定されるが、この振動条件は絶縁体を溶融するときと導体同士を接合するときとで違いが生じてくる。
【０００５】
このため、両方の振動条件を満たすための設定が複雑化され、かつ、その条件設定が電線製造時の導体位置ズレや加圧時のセットズレによって簡単に変化してしまうため、電線の接合作業を作業者の感に頼る部分が大きく、均一な接続状態を得るのが困難になってしまう。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来の課題を解決すべく成されたもので、被覆電線の交差部分を超音波振動によって接合するに際して、絶縁体の溶融と導体同士の接合とで超音波振動の振動条件を切り替えることにより、被覆電線を安定して接続するようにした被覆電線の超音波接合方法およびその方法を用いた超音波接合装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被覆電線を相互に交差し、それぞれの被覆電線の交差部分を超音波振動で接合する被覆電線の超音波接合方法において、前記被覆電線の交差部分を、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に挟んで加圧する挟圧工程と、ホーン側チップに、第１の振動条件で決定される超音波加振力を付加して、前記被覆電線の絶縁体を溶融する絶縁体溶融工程と、絶縁体の溶融によって、前記被覆電線の導体同士が接触する時点を自動検出する導体接触検出工程と、前記導体同士が接触した後、前記ホーン側チップに、第２の振動条件で決定される超音波加振力を付加して、それぞれの導体同士を接合する導体接合工程とを備え、前記導体接合工程で超音波加振力を決定する第２の振動条件は、それぞれの導体同士の接触面積の変化に応じて可変とすることを特徴とする。
【０００８】
この場合、絶縁体溶融工程で用いる超音波加振力の第１の振動条件と、導体接合工程で用いる超音波加振力の第２の振動条件とを、それぞれ適宜設定することにより、絶縁体の溶融と、導体同士の接合とをそれぞれ最適状態で行うことができる。このとき、被覆電線の導体同士の接触は導体接触検出工程によって自動検出できるため、絶縁溶融工程と導体接合工程とを自動で切り替えができるようになり、絶縁体を溶融除去して導体同士を接合するという一連の接続作業を簡単かつ正確に行うことができる。
【００１０】
この場合、導体同士が接触開始した状態から溶融が進行する過程で導体両者の接触面積が増大し、この接触面積の変化で接合進行度合いが判断されることになる。このため、その接触面積が少ない場合と、接触面積が増大した場合とで、それぞれの超音波加振力を変化させることにより、導体同士の接合状況を進行度合いに応じて最適化することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の被覆電線の超音波接合方法において、導体同士の接触面積の変化は、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に導通した電流の抵抗値変化により検出することを特徴とする。
【００１２】
この場合、ホーン側チップとアンビル側チップとの間の抵抗値変化で導体同士の接触面積を正確に検知できるため、接合進行度合いを簡単かつ正確に推定して、第２の振動条件を適正に変化させることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、被覆電線を相互に交差し、それぞれの被覆電線の交差部分を超音波振動で接合する被覆電線の超音波接合装置において、前記被覆電線の交差部分を挟んで加圧するホーン側チップおよびアンビル側チップと、ホーン側チップに、前記被覆電線の絶縁体を溶融する第１の振動条件で決定される超音波加振力を出力するとともに、前記被覆電線の導体同士が接触した後、それぞれの導体同士を接合する第２の振動条件で決定される超音波加振力を出力する超音波加振機と、を備え、それぞれの導体同士の接触面積の変化を検出する検出手段と、検出手段で検出した接触面積の変化に応じて、超音波加振力を決定する第２の振動条件を可変とする制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この場合、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に被覆電線の交差部分を挟んで加圧した状態で、超音波加振機から超音波加振力をホーン側チップに出力することにより、超音波振動により被覆電線の交差部分を溶融することができる。このとき、絶縁体を溶融する超音波加振力は第１の振動条件で決定されるとともに、導体同士を接合する超音波加振力は第２の振動条件で決定されることにより、これら第１の振動条件および第２の振動条件を、絶縁体の溶融と、導体同士の接合とが最適状態となるように設定しておくことにより、絶縁体を溶融除去して導体同士を接合するという一連の接続作業を簡単かつ安定して行うことができる。
【００１６】
この場合、検出手段で検出した結果が制御手段に出力されて第２の振動条件が導体同士の接触面積の変化で可変となるため、導体同士が接触開始してそれぞれの接触面積が少ない場合と、導体同士の溶融が進行してそれぞれの接触面積が増大した場合とで、それぞれの超音波加振力を変化させることができ、導体同士の接合状況を進行度合いに応じて最適化することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３に記載の被覆電線の超音波接合装置において、
検出手段は、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に導通した電流の抵抗値変化を検出することを特徴とする。
【００１８】
この場合、ホーン側チップとアンビル側チップとの間の抵抗値変化で導体同士の接触面積を正確に検知できるため、接合進行度合いを簡単かつ正確に推定して、第２の振動条件を適正に変化させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図４は本発明の一実施形態を示し、図１は被覆電線のセット状態を示す被覆電線の超音波接合装置の構成図、図２は被覆電線の挟圧工程を示す超音波接合装置の構成図、図３は被覆電線の絶縁体溶融工程を示す超音波接合装置の構成図、図４は被覆電線の導体接合工程を示す超音波接合装置の構成図である。
【００２０】
即ち、本実施形態の被覆電線の超音波接合方法は、図１に示す超音波接合装置１０によって達成される。この超音波接合装置１０は、上下方向に対向配置されるホーン側チップ１１とアンビル側チップ１２とを備え、これら両チップ１１，１２間に接続しようとする被覆電線２０，２１を交差して配置するようになっている。前記ホーン側チップ１１は昇降自在になる一方、前記アンビル側チップ１２は固定され、ホーン側チップ１１の下降により、両チップ１１，１２間に配置した前記被覆電線２０，２１の交差部分Ｃが適宜の加圧力をもって挟み込まれる。
【００２１】
前記ホーン側チップ１１には超音波加振機１３が接続され、この超音波加振機１３で発生される超音波振動がホーン側チップ１１に入力されるようになっている。また、ホーン側チップ１１とアンビル側チップ１２との間には電流が導通され、これら両チップ１１，１２間の電気抵抗値変化を検出する検出手段１４が設けられるとともに、この検出手段１４の検出信号は、前記超音波加振機１３で発生する超音波振動の振動条件を変化させる制御手段１５に出力される。
【００２２】
前記超音波加振機１３は、被覆電線２０，２１の絶縁体２０ａ，２１ａを溶融するに最適な超音波振動を第１の振動条件によって決定するとともに、被覆電線２０，２１の導体２０ｂ，２１ｂを接合するに最適な超音波振動を第２の振動条件によって決定するようになっている。これら第１の振動条件と第２の振動条件は、前記検出手段１４により被覆電線２０，２１の導体２０ｂ，２１ｂが接触した時点、つまり、両導体２０ｂ，２１ｂを介して通電される時点を検出して切り替えられる。
【００２３】
従って、前記超音波接合装置１０を用いた被覆電線２０，２１の超音波接合方法では、まず、図２に示すように、被覆電線２０，２１の交差部分Ｃを、ホーン側チップ１１とアンビル側チップ１２との間に挟んで加圧（挟圧工程）する。次に、図３に示すように、ホーン側チップ１１に、第１の振動条件で決定される超音波加振力を付加して、前記被覆電線２０，２１の絶縁体２０ａ，２１ａを溶融（絶縁体溶融工程）する。そして、絶縁体２０ａ，２１ａの溶融によって、図４に示すように、被覆電線２０，２１の導体２０ｂ，２１ｂ同士が接触する時点を検出手段１４によって自動検出（導体接触検出工程）する。その後、導体２０ｂ，２１ｂ同士が接触した後、前記ホーン側チップ１１に、第２の振動条件で決定される超音波加振力を付加して、それぞれの導体２０ｂ，２１ｂ同士を接合（導体接合工程）する。
【００２４】
また、前記導体接合工程で超音波加振力を決定する第２の振動条件は、導体２０ｂ，２１ｂの接合進行に伴って両者間の接触面積が増大することになるが、この接合進行度合いは前記検出手段１４により電気抵抗値の変化により検出され、この抵抗値変化に応じて制御手段１５から超音波加振機１３に制御振動を出力して、前記第２の振動条件を接合進行度合いに応じて可変とするようになっている。
【００２５】
以上の構成により本実施形態の超音波接合装置１０では、図２に示すように、ホーン側チップ１１とアンビル側チップ１２との間に被覆電線２０，２１の交差部分Ｃを挟んで加圧した状態で、超音波加振機１３から超音波加振力をホーン側チップ１１に出力することにより、超音波振動により被覆電線２０，２１が交差部分Ｃで接続される。このとき、まず、図３に示すように、被覆電線２０，２１の絶縁体２０ａ，２１ａを溶融する状態では、超音波加振機１３から出力される超音波加振力は第１の振動条件により決定されて、専ら、樹脂などを素材とする絶縁体２０ａ，２１ａを最適状態で溶融することができる。
【００２６】
次に、絶縁体２０ａ，２１ａの溶融が進行して、図４に示すように、導体２０ｂ，２１ｂ同士が接触される状態では、これを検出手段１４が電気抵抗値から検出して、超音波加振機１３から出力する超音波加振力を第２の振動条件によって決定されるように自動的に切り替えて、導体２０ｂ，２１ｂ同士を接合するようになっている。このとき、前記第２の振動条件は、導体２０ｂ，２１ｂ同士の接触面積の変化で可変となるため、例えば、導体２０ｂ，２１ｂ同士が接触開始してそれぞれの接触面積が少ない場合と、導体２０ｂ，２１ｂ同士の溶融が進行してそれぞれの接触面積が増大した場合とで、それぞれの超音波加振力を変化させることができ、これによって導体２０ｂ，２１ｂ同士の接合状況を進行度合いに応じて最適化することができる。
【００２７】
この接合では、導体２０ｂ、２１ｂの接合面の酸化皮膜が超音波エネルギで破壊されて金属の表面が清掃されて、その結果活性化した金属原子が互いに結合することで導体２０ｂ、２１ｂ同士が電気的に結合する。この場合、導体２０ｂ、２１ｂの溶融温度より低い温度で接合するいわゆるコールド接合がなされる。
【００２８】
また、本実施形態では、導体２０ｂ，２１ｂの接触面積の変化に応じて前記第２の振動条件を可変するにあたって、ホーン側チップ１１とアンビル側チップ１２との間に導通した電流の抵抗値変化を検出手段１４で検出するようにしたので、前記接触面積の変化を簡単かつ正確に推定して、第２の振動条件を適正に変化させることができる。このため、被覆電線２０，２１の種類、例えば導線２０ｂ，２１ｂが単線か撚り線かの違いや両者のセット状態のバラツキなどに関係なく、一定の接合状態を得ることができる。
【００２９】
従って、本実施形態の超音波接合装置１０では、加圧力、周波数、振幅などによって決定される第１の振動条件および第２の振動条件を、絶縁体２０ａ，２１ａの溶融および導体２０ｂ，２１ｂ同士の接合がそれぞれ最適状態となるように設定しておくことにより、絶縁体２０ａ，２１ａを溶融除去して導体２０ｂ，２１ｂ同士を接合するという一連の接続作業を、作業者の熟練度に関わりなく簡単かつ安定して行うことができる。このため、その接続部分の信頼性を向上することができるとともに、接続作業性を向上することができる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明にかかる被覆電線の超音波接合方法によれば、絶縁体溶融工程の超音波加振力の第１の振動条件と、導体接合工程の超音波加振力の第２の振動条件とを適宜設定することにより、絶縁体の溶融と、導体同士の接合とをそれぞれ最適状態で行うことができ、また、導体接触検出工程により絶縁溶融工程と導体接合工程とを自動で切り替えができるようになるため、絶縁体を溶融除去して導体同士を接合するという一連の接続作業を簡単かつ正確に行うことができる。このため、被覆電線の接続を作業者の熟練度に関わりなく簡単かつ安定して行って、その接続部分の信頼性を向上することができるとともに、接続作業性を向上することができる。
【００３１】
また、第２の振動条件を導体同士の接触面積に応じて可変としたので、導体同士の接合状況を進行度合いに応じて最適化することができる。このため、被覆電線の種類や両者のセット状態のバラツキなどに関係なく、一定の接合状態を得ることができる。
【００３２】
請求項２に記載の本発明にかかる被覆電線の超音波接合方法によれば、請求項２の効果に加えて、導体同士の接合進行度合をホーン側チップとアンビル側チップとの間の電気抵抗値の変化で検出したので、接合進行度合いを簡単かつ正確に推定して、第２の振動条件を適正に変化させることができる。
【００３３】
請求項３に記載の本発明にかかる被覆電線の超音波接合装置によれば、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に被覆電線の交差部分を挟んで加圧した状態で、超音波加振機から超音波加振力をホーン側チップに出力して被覆電線の交差部分を溶融する際に、絶縁体を溶融する超音波加振力を第１の振動条件で決定するとともに、導体同士を接合する超音波加振力を第２の振動条件で決定するようにしたので、これら第１の振動条件および第２の振動条件を、絶縁体の溶融と、導体同士の接合とが最適状態となるように設定しておくことにより、絶縁体を溶融除去して導体同士を接合するという一連の接続作業を簡単かつ安定して行うことができる。
【００３４】
また、検出手段で検出した導体同士の接触面積の変化から制御手段で第２の振動条件を可変としたので、導体同士の接合進行度合いに応じて超音波加振力を最適に変化させることができる。
【００３５】
請求項４に記載の本発明にかかる被覆電線の超音波接合装置によれば、請求項３の効果に加えて、ホーン側チップとアンビル側チップとの間の抵抗値変化で導体同士の接触面積を正確に検知できるため、接合進行度合いを簡単かつ正確に推定して、第２の振動条件を適正に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる被覆電線の超音波接合装置の一実施形態を示す被覆電線のセット状態の構成図である。
【図２】本発明にかかる被覆電線の超音波接合装置の一実施形態を示す被覆電線の挟圧工程の構成図である。
【図３】本発明にかかる被覆電線の超音波接合装置の一実施形態を示す被覆電線の絶縁体溶融工程の構成図である。
【図４】本発明にかかる被覆電線の超音波接合装置の一実施形態を示す被覆電線の導体接合工程の構成図である。
【図５】従来の被覆電線の超音波接合装置による接合状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 超音波接合装置
１１ ホーン側チップ
１２ アンビル側チップ
１３ 超音波加振機
１４ 検出手段
１５ 制御手段
２０，２１ 被覆電線
２０ａ，２１ａ 絶縁体
２０ｂ，２１ｂ 導体
Ｃ 交差部分

Claims (4)

1. 被覆電線を相互に交差し、それぞれの被覆電線の交差部分を超音波振動で接合する被覆電線の超音波接合方法において、
   前記被覆電線の交差部分を、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に挟んで加圧する挟圧工程と、
   ホーン側チップに、第１の振動条件で決定される超音波加振力を付加して、前記被覆電線の絶縁体を溶融する絶縁体溶融工程と、
   絶縁体の溶融によって、前記被覆電線の導体同士が接触する時点を自動検出する導体接触検出工程と、
   前記導体同士が接触した後、前記ホーン側チップに、第２の振動条件で決定される超音波加振力を付加して、それぞれの導体同士を接合する導体接合工程とを備え、
   前記導体接合工程で超音波加振力を決定する第２の振動条件は、それぞれの導体同士の接触面積の変化に応じて可変とすることを特徴とする被覆電線の超音波接合方法。
2. 請求項１に記載の被覆電線の超音波接合方法において、
   導体同士の接触面積の変化は、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に導通した電流の抵抗値変化により検出することを特徴とする被覆電線の超音波接合方法。
3. 被覆電線を相互に交差し、それぞれの被覆電線の交差部分を超音波振動で接合する被覆電線の超音波接合装置において、
   前記被覆電線の交差部分を挟んで加圧するホーン側チップおよびアンビル側チップと、
   ホーン側チップに、前記被覆電線の絶縁体を溶融する第１の振動条件で決定される超音波加振力を出力するとともに、前記被覆電線の導体同士が接触した後、それぞれの導体同士を接合する第２の振動条件で決定される超音波加振力を出力する超音波加振機と、を備え、
   それぞれの導体同士の接触面積の変化を検出する検出手段と、
   検出手段で検出した接触面積の変化に応じて、超音波加振力を決定する第２の振動条件を可変とする制御手段と、を設けたことを特徴とする被覆電線の超音波接合装置。
4. 請求項３に記載の被覆電線の超音波接合装置において、
   検出手段は、ホーン側チップとアンビル側チップとの間に導通した電流の抵抗値変化を検出することを特徴とする被覆電線の超音波接合装置。

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