JP4728592B2 - 絶縁電線の接続部及び絶縁電線の接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁被覆を施されている絶縁電線同士を電気的に接続した接続部及び接続方法に関するもので、特に超音波溶接機を用いて接続した接続部及びその接続方法の改良に関するものである。

従来から、例えば絶縁被覆を有する絶縁電線同士を電気的に接続する場合、接続部における絶縁被覆を所定長さ剥ぎ取って導体を露出せしめ、露出せしめた導体同士を半田付けしたり、単に手作業で一緒に捻って接続する等、種々の接続方法が採用されている。
特に昨今では、作業が簡単かつ確実である、という観点から超音波溶接がたびたび採用されている（特許文献１）。

特開２０００−１８８０１８号公報

ところでこの特許文献１に開示されている方法は、複数の絶縁電線の絶縁被覆を剥ぎ取って導体を露出せしめた部分を単に並行に並べて（並行に重ねる意味も含む）、この並行に並べた部分に超音波溶接を施して導体同士の接続を行なっている。

このような方法で超音波溶接を行うと接続強度に問題があるものが出てくる。具体的には接続強度不足で導体が一部ばらけてしまう、という問題がある。

その原因を図３、図４により推測する。因みに、図３は一般的な超音波溶接機の概略正面図、図４は４本の導体同士が超音波溶接により接続される原理を示す模式図である。まず、超音波溶接機で４本の導体同士を接続する方法を図３で説明する。

いま４本の絶縁電線の導体同士を、その端末部分で超音波溶接機により接続する場合の例を図３に示す。図３が示すように、各絶縁電線の端末で絶縁被覆を所定長さ剥ぎ取って露出せしめた４本の導体１を２段積みに並行に並べて、超音波溶接機のソノトロード１１の上にセットした。この状態でグライデイングジョー１２を矢印方向、すなわちこの図３では右方向に移動せしめてアンビルプレート１３との間で４本の導体１を挟持して水平方向の動きを規制した。一方、アンビル１４で４本の導体１に垂直方向下向きの力を付与しながらソノトロード１１が前後（図３において、紙面に垂直な方向）に振動することで超音波を発振し、４本の導体１同士を溶接した。

このように超音波溶接機で溶接する場合の原理を図４に示す。
図４が示すように、４本の導体１を２段に積み上げた状態で、水平方向をグライデイングジョー１２とアンビルプレート１３で挟みつつ、垂直方向下向きにはアンビル１４により力Ｆで加圧しながら、下方に位置し図４の奥行き方向に振動するソノトロード１１で矢印方向に超音波を発振せしめる。
このとき４本の導体１の各界面で摩擦熱が発生し、導体１を形成している金属原子の拡散により金属結合が行なわれる。

この原理から推測するに、２段積みの導体１を水平方向から挟持しているグライデイングジョー１２とアンビル１４との挟持は、どちらかというと静的なものであって、しかもソノトロード１１による振動も伝わり難い。一方、アンビル１４とグライデイングジョー１２による導体１の挟持は動的であって、ソノトロード１１による振動も直接伝わる。
そのため、ソノトロード１１による発振方向と一致する図４における垂直方向ではより溶接され易く、逆に水平方向では溶接がよりされ難くなる傾向がある。すなわち実線の丸が示す部分では導体１同士がより強く接続され、点線で示す丸の位置では、実線の丸が示す部分より接続強度が弱い、という傾向がある。

このような推測に立つと、特許文献１記載の方法の場合、接続する多数本の絶縁電線の導体同士を単にソノトロード１１上に並列に並べて超音波溶接を施していると考えられるため、ソノトロード１１上に並べられている導体同士の中には、単に水平方向の界面だけで隣りの導体と接触し、この状態で溶接されているものがあり、その結果として接続強度が比較的弱いものも含まれてしまう、と考えられる。
そのため超音波溶接後、溶接に起因する接続強度不足が原因で導体が一部ばらけてしまう、という問題が出ている、と推測される。

そこで本発明の目的は、複数本の絶縁電線を電気的に接続する際に、超音波溶接で導体の接続を行っても、十分な接続強度を保証できる絶縁電線の接続部及び接続方法を提供することにある。

請求項１記載の絶縁電線の接続方法は、複数本の絶縁電線の絶縁被覆を各々所定長さ剥ぎ取って導体を露出せしめ、露出せしめた導体同士を同一方向に一緒に１／４回転以上捻り、前記導体同士を超音波溶接機のソノトロード上に載置し、少なくとも一部の電線は水平方向に並べ、前記導体同士の捻られた部位の水平方向をグライディングジョーとアンビルプレートで挟持規制し、垂直方向をソノトロードとアンビルで挟持固定し、捻られた状態の互いに隣接する前記導体同士が、溶接される導体長手方向で必ず、超音波溶接機のソノトロードとアンビルとで挟持される方向と一致する位置関係になる部分を有するようにして、この捻った部分を導体長手方向に振動して超音波を発振する超音波溶接により溶接して接続することを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項１記載の絶縁電線の接続方法によれば、露出せしめた導体同士を同一方向に、１／４回転以上一緒に捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接するため、超音波溶接機のソノトロード上に積み重ねられた隣接する導体同士は、溶接されるグライディングジョーとアンビルプレートおよびアンビルとソノトロードとで挟持されるその長さ方向の幅の中で、ほぼすべての隣接する導体同士が図３、図４における垂直方向に位置する位置関係を有することになる。換言すると、いずれの導体同士にあっても図３及び図４における水平方向の位置関係のみ有する導体同士は存在しなくなる。
その結果、超音波溶接機で溶接される各導体同士の接続強度は確実に高くなり、溶接後一部の導体がばらける、という問題はなくなる。

また請求項２記載の絶縁電線の接続方法は、請求項１記載の絶縁電線の接続方法において、前記露出せしめた導体は同一方向に撚られた撚り線導体であって、各導体は撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻され、並列状態に並べられた各導体同士をいずれかの方向に一緒にさらに捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接して接続することを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項２記載の絶縁電線の接続方法によれば、前記露出せしめた導体は同一方向に撚られた撚り線導体であって、各導体は撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻され、並列状態に並べられた各導体同士をいずれかの方向、すなわち撚りが戻される方向であってもよいし、その逆の方向でもあってもよいが、一緒にさらに捻り、この捻った部分を超音波溶接機により溶接しているので、撚り線からなる各導体はより一層絡みあって図３、図４におけるソノトロードに対する垂直方向の位置関係を取り易くなる。その結果、超音波溶接機で溶接される各導体同士の接続強度は確実に高くなり、接続後一部の導体がばらける、という問題は一層起こり難くなる。

このようにしてなる請求項２記載の絶縁電線の接続方法によれば、前記各導体は撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻され、並列状態に並べられている各導体同士をいずれかの方向に一緒にさらに１／４回転以上捻られて溶接されるので、図３及び図４におけるソノトロード上で、ほぼすべての導体同士がソノトロードに対して垂直方向の位置関係をより確実に有することになる。
その結果、超音波溶接機で溶接される各導体同士の接続強度はさらに一層確実に高くなって、溶接後一部の導体がばらける、ということがますます起こり難くなる。

また請求項３記載の絶縁電線の接続方法は、請求項１記載の絶縁電線の接続方法において、前記露出せしめた導体は撚り線導体であって、各導体は撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻され、直線状に互いに向き合わされて重ねられた各導体同士をいずれかの方向に一緒にさらに捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接して接続することを特徴としている。

このようにしてなる請求項３記載の絶縁電線の接続方法によれば、前記露出せしめた導体は同一方向に撚られた撚り線導体である場合にあって、しかも超音波溶接する絶縁電線同士が直線状に互いに向き合わされて接続される場合、すなわち直線接続する場合には、撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻された状態で対向され、この状態で導体同士をいずれかの方向に一緒にさらに捻った上で超音波溶接するため、各導体は十分に絡みあって、図３、図４におけるソノトロードに対する垂直方向の位置関係を取り易くなる。その結果、超音波溶接機で溶接される各導体同士の接続強度は確実に高くなる。

このようにしてなる請求項３記載の絶縁電線の接続方法によれば、前記各導体は撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻され、直線状に向き合わされた導体同士をいずれかの方向に一緒にさらに１／４回転以上捻られて溶接されるので、図３及び図４におけるソノトロード上で、ほぼすべての導体同士がソノトロードに対して垂直方向の位置関係をより確実に有することになる。
その結果、各導体同士の接続強度はさらに一層確実に高くなる。

以上のように本発明によれば、複数本の絶縁電線を電気的に接続する際に、超音波溶接機で導体を溶接し、接続を行っても、十分な接続強度を保証できる絶縁電線の接続部及び接続方法を得ることができる。

以下に本発明の絶縁電線の接続方法の一実施例を図１、図２を用いて説明する。
因みに、図１（ａ）は、図３における超音波溶接機のソノトロード１１上に並列に積み上げられる４本の導体の正面図、図１（ｂ）はその側面図である。また図２（ａ）は、図１に示す各導体を図１が示す矢印方向（反時計回り）に一緒に捻った状態のものを、図３における超音波溶接機のソノトロード１１上に並列に積み上げた状態を示す正面図、図２（ｂ）はその側面図である。

図１は、例えば単線からなる導体１に絶縁被覆２を施した４本の絶縁電線３の接続部分、この例では各絶縁電線３の先端部が接続部分になっていて、この先端部において溶接するために必要な長さ（これを所定長さという）分絶縁被覆２を剥ぎ取って導体１をそれぞれ露出させた状態を示している。
この単線からなる４本の導体１同士を一緒に指でつまんで、図１（ａ）の矢印の方向に４本一緒に１／４回転捻った。すなわち約９０度捻った。具体的には図１（ａ）で示す導体１ａが図に向かって左上の位置から左下の位置に来るまで捻った。

このように捻った４本の導体１を指でつまんで図３に示すように、超音波溶接機のソノトロード１１に載置し、水平方向をグライデイングジョー１２とアンビルプレート１３で挟持し、かつ垂直方向をソノトロード１１とアンビル１４とで挟んだ状態で固定し、ソノトロード１１から超音波を発振して超音波溶接を行った。
このように導体１を４本一緒に１／４回転捻った結果、例えば隣接する導体１ａと導体１ｂは絶縁被覆２側で、例えば仮に図１（ａ）のように水平方向で接触している位置関係にあったとしても、絶縁被覆２が除去された導体１の先端側にいくと図２（ａ）が示すように垂直方向で接触する位置関係になる。

その結果、隣接する導体１同士は、超音波溶接される導体長手方向の長さの中で、どこかでほぼ必ず垂直の位置関係になっている部分を有することになる。それ故、隣接するいずれの導体１同士も、図４における実線の丸が示す位置関係を有することになるから、超音波溶接による接続強度は確実に高められる。すなわち超音波溶接後、導体の一部がばらける恐れがほとんどなくなる。

前述した実施例では、導体１が単線の場合を示しているが、導体１が撚り線からなる場合も同様である。
但し、撚り線である場合には、互いの導体１同士をより絡み合わせた方がより一層溶接後の接続強度が高くなる。そこで、導体１が撚り線の場合には、まず各導体１を予め撚り線の撚り方向と逆方向に捻って、撚り線の撚りを戻してばらけさせておき、互いの導体同士をより絡み易くする。因みに各導体１を構成する撚り線の撚り方向は同じものとする。
しかる後、各導体１を指で一緒につまみ、これらを一緒に導体１の撚り方向と逆方向に、あるいは撚り方向と同じ方向に、さらに１／４回転以上捻ってやる。この状態で図３に示す超音波溶接機のソノトロード１１上に載置し、あとは前述したようにグライデイングジョー１２とアンビルプレート１３とで水平方向を押さえて規制し、かつ垂直方向をソノトロード１１とアンビル１４とで力Ｆを加えて挟持して、ソノトロード１１で超音波を発振し、超音波溶接を行う。

尚、導体１が撚り線の場合を図１、図２に対応させると、図１は導体１を撚り線の撚り方向と逆方向に捻って撚り線の撚りを戻した状態を示しており、図２は撚りを戻した状態の４本の導体１を指でつまんで、一緒に反時計方向に９０度回転させた状態を示している、ということができる。
以上のように本発明は、導体１が単線であろうと撚り線であろうと、最終的には、導体１同士を一緒に同一方向に捻って、すなわち時計方向であろうが反時計方向であろうが４本の導体１を一緒に同一方向に捻って、より好ましくは一緒に１／４回転以上捻って、隣接するいずれの導体１同士にあっても溶接に際して、ソノトロード１１とアンビル１４の方向、すなわち図３及び図４における垂直方向の位置関係を有するようにするものである。

また前記実施例のものは、絶縁電線３を並列に並べた状態、すなわち露出せしめた導体１の先端を同じ方向に向けて並べて超音波溶接機により溶接し接続するものであったが、絶縁電線３を直線状に向き合わせて、すなわち露出せしめた導体１同士を対向させ、導体１の先端部を重ねた状態で超音波溶接する場合にも本発明を適用することができる。
この場合、特に導体１が撚り線導体の場合には、各導体１を撚り線の撚り方向と逆方向にまず捻って、撚りを戻して撚り線をばらけさせておく。そして直線状に向き合わされて重ねられたこれら導体１同士を、時計方向または反時計方向のいずれかの方向に一緒にさらに捻り、好ましくは１／４回転以上捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接すればよい。

もちろん、この場合でも導体１は単線であっても問題ない。単線の場合には、撚りを戻す作業がないだけで後は前述した撚り線の場合と同じである。
またこの直線状の接続に際して、露出せしめた導体１同士を対向させ、導体１の先端部を重ねた状態で超音波溶接する、という場合の「重ねる」とは、撚り線導体の場合には、単純に導体同士を重ねる、という意味に加えて、撚り線を構成する細線を互いの導体の細線間に差し込むような状態も意味するものとする。

また超音波溶接する絶縁電線３の本数は、２本以上常識的な本数の範囲であればいずれの本数にも適用できる。さらにまた本発明の絶縁電線の接続方法は、絶縁電線同士を並列状接続か直線状接続かを問わず、また導体が単線であろうが撚り線であろうが関係なく適用できる。
さらにまた接続する導体同士を一緒にさらに捻る場合には、導体を指でつかんで捻ってもよいし、工具を用いて捻ってもよいことはいうまでもない。具体的には一対の回転ブラシに接続しようとする導体を挿入して一緒に捻ってもよいし、導体をクランプして一緒に同一方向に回転させ捻ってもよい。
さらにまた本発明の接続部は、導体１の露出部の長さ方向に複数箇所設けてもよく、その場合、導体１同士の捻り方向と回転角度は各接続部で異なっていてもよい。但し、いずれの箇所においても１／４回転以上捻ることが好ましい。

以上のように本発明の絶縁電線の接続方法によれば、複数本の絶縁電線を電気的に接続する際に、超音波溶接機で導体を溶接しても、十分な接続強度を保証できる絶縁電線の接続方法を提供することができる。

本発明を適用する前の絶縁電線の状態を示すもので、図１（ａ）は、超音波溶接機のソノトロードに並列に積み上げられる４本の導体の正面図、図１（ｂ）はその側面図である。 本発明を適用する絶縁電線の状態を示すもので、図２（ａ）は、絶縁電線の状態を示す正面図、図２（ｂ）はその側面図である。 超音波溶接機で絶縁電線を並列状に接続する場合を示す一般的な超音波溶接機の概略正面図である。 導体同士が超音波溶接により接続される原理を示す模式図である。

符号の説明

１ 導体
２ 絶縁被覆
３ 絶縁電線
１１ ソノトロード
１２ グライデイングジョー
１３ アンビルプレート
１４ アンビル

Claims (3)

1. 複数本の絶縁電線の絶縁被覆を各々所定長さ剥ぎ取って導体を露出せしめ、露出せしめた導体同士を同一方向に一緒に１／４回転以上捻り、前記導体同士を超音波溶接機のソノトロード上に載置し、少なくとも一部の電線は水平方向に並べ、前記導体同士の捻られた部位の水平方向をグライディングジョーとアンビルプレートで挟持規制し、垂直方向をソノトロードとアンビルで挟持固定し、捻られた状態の互いに隣接する前記導体同士が、溶接される導体長手方向で必ず、超音波溶接機のソノトロードとアンビルとで挟持される方向と一致する位置関係になる部分を有するようにして、この捻った部分を導体長手方向に振動して超音波を発振する超音波溶接により溶接して接続することを特徴とする絶縁電線の接続方法。
2. 前記露出せしめた導体は同一方向に撚られた撚り線導体であって、各導体は撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻され、並列状態に並べられた各導体同士をいずれかの方向に一緒にさらに捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接して接続することを特徴とする請求項１記載の絶縁電線の接続方法。
3. 前記露出せしめた導体は撚り線導体であって、各導体は撚り方向と逆方向に捻られて撚りが戻され、直線状に互いに向き合わされて重ねられた各導体同士をいずれかの方向に一緒にさらに捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接して接続することを特徴とする請求項１記載の絶縁電線の接続方法。
   

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