JP5474754B2 - 電線の接合方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機等の巻線に使用される電線の接合方法に関する。

従来から、複数の芯線からなる電線の導体部分を束ね、接続される端子の幅に合わせて幅方向を規制しプレス成形により加圧して平板状に成形し、成形後に端子に挿入して超音波振動によって電線を端子に接合する電線の接合方法が知られている（特許文献１参照）。
また、複数の電線同士を接合するために、２本の電線同士を接合する度毎に加圧を行い超音波振動で複数の芯線を接合する技術も知られている（特許文献２参照）。

特開２００６−１７２９２７号公報 特開２００７−１８５７０６号公報

しかしながら、前者の電線の接合方法においては、複数段の電線が積層された場合に、最上段とその下の電線との間には十分に超音波振動が作用するが、最下段の電線と最下段の上の電線との間に加えられる超音波振動が不十分となり電線同士の接合が弱くなってしまうという課題がある。また、横方向に隣り合う電線間に対しては加圧力は印加されないため、横方向に隣り合う電線の接合力が弱くなってしまう。
また、後者の電線の接合方法においては、接合部の数と同じ回数だけ加圧・加振動の工程が必要となり生産性が悪いという課題がある。

そこで、この発明は、電線同士の接合強度が、横方向に並んだ電線同士を含めて高く、接合する際の生産性を高めることができる電線の接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、絶縁被覆（例えば、実施形態における絶縁被覆５）が剥離されたＮ（Ｎ≧３）本の電線（例えば、実施形態における電線１〜電線４）の芯線（例えば、実施形態における芯線１１〜１４’）に対して、超音波振動を与えて電線同士を接合する電線の接合方法であって、前記Ｎ本の電線を同一平面上かつ平行に並べて、端から（Ｎ−１）番目までの電線（例えば、実施形態における電線１，２，３）を折り曲げて、ｎ（ｎ＝１，２，…Ｎ−２，Ｎ−１）番目の電線の芯線と（ｎ＋１）番目からＮ番目までの電線の芯線に重なる重なり部を形成する工程と、前記重なり部において接触する電線の芯線同士を押圧する方向に圧力を印加しかつ超音波振動を与えて、前記ｎ番目の電線の芯線と前記（ｎ＋１）番目からＮ番目までの電線の芯線それぞれとを接合する接合部（例えば、実施形態における接合部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、ｎ番目の電線の芯線と（ｎ＋１）番目からＮ番目までの電線の芯線それぞれとを一回の加圧・超音波振動によって接合できるため生産性を高めることができる。
また、Ｎ本の電線の芯線それぞれを、（Ｎ−１）本の電線の芯線それぞれとを接合する接合部を形成することができるため、接合力を更に向上させることができる。
また、重なり部において接触する電線の芯線同士を押圧する方向に圧力を印加するため、電線同士の接合力を向上させることができる。
そして、接触する電線の芯線同士が重なる重なり部に対して超音波振動を付与するため、電線同士の接合力を向上させることができる。

第１の参考例の４本の電線を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は正面図である。 第１の参考例の製造工程を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は正面図である。 第１の参考例の製造方法に用いられる超音波溶接装置の構成図である。 第１の参考例の超音波溶接装置による溶接作業を行う様子を示す斜視図である。 第１の参考例の超音波溶接装置による溶接作業を行う様子を示す要部正面図である。 第１の参考例の超音波溶接装置による溶接作業を行う様子を示す要部平面図である。 第２の参考例の４本の電線を示し、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は正面図である。 第２の参考例の製造工程を示し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は正面図である。 この発明の実施形態の４本の電線を示し、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は正面図である。 この発明の実施形態の製造工程を示し、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図、図１０（ｃ）は正面図である。 この発明の実施形態の接合箇所を示す図である。 第３の参考例の製造工程を示す図であり、超音波溶接装置に電線をセットした状態を示す正面図である。 図１２の電線の配置状態を示す側面図である。 第３の参考例の接合状況を示す電線の芯線の正面図である。

次に、第１の参考例を図面に基づいて説明する。この参考例の電線の接合方法はハイブリッド車両、燃料電池車両、電気自動車に用いられる回転電機である走行駆動用のモータの巻き線に用いられ（以下の各参考例と実施形態においても同様）、以下に示す工程で接合される。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、中実丸断面の４本の電線１，２，３，４の絶縁被覆５を先端部で剥離しておき、そのうちの３本の電線２，３，４を後述する超音波溶接装置２０（図３参照）のアンビル６上に載置する。ここで載置された３本の電線２，３，４は先端部を揃えた状態で同一平面上に並べられる。尚、図１は、アンビル６に載置した状態を示しているので、左から２，３，４番目の電線２，３，４のみを実線で示す。
次に、４本の電線１，２，３，４の残りの１本の電線１を、電線２の隣に並べ、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように各電線１〜４の長手方向に向かってクランク状に一段（電線の直径分だけ）高い位置まで屈曲させた後に、残りの３本の電線２，３，４の配列方向に屈曲部Ｋで直角に折り曲げて、アンビル６上の３本の電線２，３，４の上に載置する。
このとき、クランク状に折り曲げる部位及び直角に折り曲げた屈曲部Ｋは、絶縁被覆５が剥離された部位である。

図３に示すのは、いわゆるウエッジリード方式の超音波溶接装置２０であって、重ね合わせた被溶接部材の接合面に中庸な圧力を印加しながら超音波振動を与えることにより原子拡散を誘起させ、相互金属の原子的な結合を行う溶接装置である。
超音波溶接装置２０は、溶接する部材を設置する台座であるアンビル６を備え、アンビル６の上方には、加圧装置７を備えている。加圧装置７は上下方向に移動可能に設けられ、上端にマス８を下端にチップ９を備えている。チップ９がアンビル６上の被溶接部材を上方向から押圧する。加圧装置７には溶接する部材に並行振動を与えるトランスジューサー１０が接続されている。

図４〜図６に示すようにアンビルには４本の電線１，２，３，４を側部から保持する凹部１５が形成されている。この凹部１５の底壁１６には４本の電線１，２，３，４をガイドする４つのガイド溝２１，２２，２３，２４が各電線１，２，３，４の長手方向に沿って形成されている。チップ９には電線１の折り曲げられた芯線１１に対応する位置であって４本の電線１，２，３，４の並ぶ方向に沿う押圧部３０が形成され、押圧部３０の下面には押圧力を高めるための凹凸部３１が形成されている。図４において、トランスジューサー１０により印加される振動の方向は矢印で示すように各電線１，２，３，４の長手方向に沿う方向である。

屈曲形成された電線１を既にアンビル６上に載置された３本の電線２，３，４の端に載置すると、折り曲げられた電線１の折り曲げられた芯線１１が他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４，に重なり重なり部が形成される。言い換えると、電線１と他の３本の電線２，３，４の芯線同士を押圧する方向（上下方向）において、電線１の芯線１１が他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４それぞれに対して、間に別の電線が介在することなく重なっている。ここで、３本の電線２，３，４は平行に並べてあり、３本の電線２，３，４に直交する方向に屈曲部Ｋで折り曲げた電線１の芯線１１と他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４，との重なり部の幅Ｌは、３本の電線２，３，４に直交する方向における３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４の配列幅と等しくなっている。したがって、直交する方向に折り曲げられた電線１の先端部は電線１とは反対側に配列された電線４の端から突出していない。

電線１の芯線１１の折り曲げられた部分が他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４に重なった重なり部において、接触する電線の芯線同士を押圧する方向、つまり上から下向きの方向に、マス８による加圧力をチップ９により電線１の芯線１１の折り曲げられた部分に印加する。押圧力を印加する際に、トランスジューサー１０によって加圧装置７に水平方向に超音波振動を与えると、電線１の芯線１１と他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４，それぞれとが重なり部において溶接接合され、ここに一回の作業で接合部ａ，ｂ，ｃが形成される（図２（ｃ）参照）。これによって、電線１の芯線１１が他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４，それぞれに接合される。

したがって、上記第１の参考例によれば、電線１の芯線１１と残りの３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４それぞれとを一回の加圧動作と、これと同時に行われる超音波振動によって接合することができるので、生産性を高めることができる。
また、重なり部において接触する電線の芯線同士が上下に位置し、これらに対して上方から押圧力を印加するため、電線１と残りの３本の電線２，３，４それぞれとの接合力を向上させることができる。よって、電線１と他の電線２，３，４のみならず、電線１を介して横方向の電線２，３，４同士の接合強度を高めることができる。

そして、接触する電線の芯線同士が重なる重なり部に対して超音波振動を付与するため、重なり部が複数段ある場合に比較して、電線同士の接合力を向上させることができる。
とりわけ、電線１に対して残りの３本の電線２，３，４が同一平面上に並べられるため、電線１と他の各電線２，３，４との接合力が均等になり、各接合部ａ，ｂ，ｃにおいて接合力にバラツキが生ずるのを防止できる。

また、３本の電線２，３，４に直交する方向に屈曲部Ｋで折り曲げた電線１の芯線１１と他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４，との重なり部の幅Ｌは、３本の電線２，３，４に直交する方向における３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４の配列幅と等しくなっており、直交する方向に折り曲げられた電線１の先端部は電線１とは反対側に配列された電線４の端から突出していないため、重なり部が３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４，から突出せず、重なり部のサイズを小さくすることができる。

次に、第２の参考例を図７（ａ）〜図８（ｃ）に基づいて図３を援用して説明する。尚、第１の参考例と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。また、超音波溶接装置の基本的構成は前述した参考例と同様であるので説明は省略する（以下の実施形態と参考例においても同様）。
この第２の参考例において、中実丸断面の４本の電線１，２，３，４の絶縁被覆５を先端部で剥離しておく工程を有する点、そのうちの３本の電線２，３，４を後述する超音波溶接装置２０（図３参照）のアンビル６上に載置しておく工程を有する点、４本の電線１，２，３，４の残りの１本の電線１を、電線２の隣に並べ、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように各電線１〜４の長手方向に向かってクランク状に一段（電線の直径分だけ）高い位置まで屈曲させた後に、残りの３本の電線２，３，４の配列方向に屈曲部Ｋで直角に折り曲げて、アンビル６上の３本の電線２，３，４の上に載置する工程を有する点は第１の参考例と同様である。尚、図７は、アンビル６に載置した状態を示しているので、左から２，３，４番目の電線２，３，４のみを実線で示す。

ここで、この参考例では、電線１を３本の電線２，３，４の長手方向に直交する方向に折り曲げた際に、３本の電線２，３，４に電線１の芯線１１から突出部分が生じないようにして重なり部が形成される。つまり、超音波溶接装置２０により電線１の芯線１１と他の３本の電線２，３，４の芯線１１，１２’，１３’との重なり部を溶接することによって接合部ａ，ｂ，ｃが３本の電線２，３，４の芯線１１，１２’，１３’の先端部に形成される（図８（ａ）〜図８（ｃ）参照）。

そのため、この参考例では、図７（ａ）に示すように、電線１の絶縁被覆５を剥離して露出した芯線１１の長さよりも、他の３本の電線２，３，４の芯線１２’，１３’，１４’の長さが短く形成されている。具体的には、他の３本の電線２，３，４を電線１の芯線１１よりも長さＥだけ短くしている。この長さＥは、電線の直径に電線１以外の電線２，３，４の数、この参考例では「３」を乗じた値となる。

したがって、この参考例によれば、上記参考例の効果に加えて、３本の電線２，３，４の芯線１２’，１３’，１４’の長さが長さＥだけ短くなって最小限に押さえられるため、接合部ａ，ｂ，ｃのサイズを小さくすることができる。

次に、この発明の実施形態を図９（ａ）〜図１１に基づいて図３を援用して説明する。尚、第１の参考例と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
この実施形態においても、中実丸断面の４本の電線１，２，３，４の絶縁被覆５を先端部で剥離しておく工程を有する点は第１の参考例と同様である。

この実施形態では、超音波溶接を行うに先だってアンビル６上に載置される４本の電線１，２，３，４を同一平面上かつ平行に並べて、端から３番目までの電線１，２，３を各々直角に折り曲げる。これにより１番目の電線１の芯線１１と２番目から４番目までの電線２，３，４の芯線１２，１３，１４’とが重なる重なり部が形成され、２番目の電線２の芯線１２と３番目と４番目の電線３，４の芯線１３，１４’とが重なる重なり部が形成され、最後に３番目の電線３の芯線１３と４番目の電線４の芯線１４’とが重なる重なり部が形成される。ここで、アンビル６は各重なり部を受けられる形状に形成され、チップ９もこれに対応して形成されている。

次いで、これら重なり部において接触する電線の芯線同士を押圧する方向に圧力を印加しかつ超音波振動を与えることで、電線１の芯線１１と２番目から４番目までの電線２，３，４の芯線１２，１３，１４’との間、電線２の芯線１２と電線３，４の芯線１３，１４’との間、電線３の芯線１３と電線４の芯線１４’との間に６箇所の接合部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが形成される。

具体的には、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、４本の電線１，２，３，４を同一平面上かつ平行に並べて、図９（ａ）において左側から数えて４番目の電線４の芯線１４’を他の電線１，２，３の芯線１１，１２，１３よりも電線の芯線の直径分だけ短くしておく。尚、図９はアンビル６に載置した状態を示しているので、左から４番目の電線４のみを実線で示す。次に、図１０（ａ）に示すように、左側から３番目の電線３の芯線１３を長手方向に向かってクランク状に一段（電線の直径分だけ）高い位置まで屈曲させた後に、４本の電線１，２，３，４の配列方向に屈曲部Ｋ１で直角に折り曲げて、右側に位置する４番目の電線４の芯線１４’の上に載置する。このときには、電線３の芯線１３の折り曲げられた部分の端部は左から４番目の電線４の端から外側には突出しないようにする。また、この３番目の電線３の芯線１３と４番目の電線４の芯線１４’との重なり部（後に接合部ｆとなる）は４番目の電線４の芯線１４’の先端部に位置する。

次いで、左から２番目の電線２の芯線１２を先の電線３と同じように長手方向に向かってクランク状に一段（電線の直径分だけ）高い位置まで屈曲させた後に、４本の電線１，２，３，４の配列方向に直角であって先の電線３の芯線１３に接するようにして屈曲部Ｋ２で折り曲げて、右側に位置する３番目と４番目の電線３，４の芯線１３，１４’の上に載置する。このときには、左から２番目の電線２の折り曲げられた芯線１２の端部は左から４番目の電線４の端から外側には突出しないようにする。

そして最後に、左側の電線１の芯線１１を先の電線２と同じように長手方向に向かってクランク状に一段（電線の直径分だけ）高い位置まで屈曲させた後に、４本の電線１，２，３，４の配列方向に直角であって先の電線２の芯線１２に接するようにして屈曲部Ｋ３で折り曲げて、右側に位置する２番目，３番目，４番目の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４’の上に載置する。このときにも、折り曲げられた左側の電線１の芯線１１の端部は左から４番目の電線４の端から外側には突出しないようにする。

このようにして、図１１に示すように、図９（ａ）の左側から１番目の電線１の芯線１１と２番目、３番目、４番目の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４’それぞれとの間には重なり部（後に接合部ａ，ｂ，ｃとなる）が形成され、左から２番目の電線２の芯線１２は３番目、４番目の電線３，４の芯線１３，１４’それぞれとの間に重なり部（後に接合部ｄ，ｅとなる）が形成され、左から３番目の電線３の芯線１３と４番目の電線４の芯線１４’との間には重なり部（後に接合部ｆとなる）が形成される。
これら６箇所の重なり部を超音波溶接装置２０のアンビル６で受け、重なり部を上から下に向かって加圧装置７のチップ９で押圧し、かつ、トランスジューサー１０により超音波振動を付与して、一回の作業で各重なり部に接合部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを形成して４本の電線１，２，３，４を接合する。

この実施形態によれば、１番目の電線１の芯線１１と２番目〜４番目の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４’、２番目の電線２の芯線１２と３番目，４番目の電線３，４の芯線１３，１４’、３番目の電線３の芯線１３と４番目の電線４の芯線１４’とのそれぞれを一回の加圧・超音波振動によって接合できるため生産性を高められる。
また、１番目の電線１と２番目〜４番目の電線２，３，４との接合部ａ，ｂ，ｃだけではなく、更に２番目の電線２と３番目、４番目の電線３，４との接合部ｄ，ｅと、３番目の電線３と４番目の電線４と接合部ｆとが形成されるため、接合力を更に向上させることができる。

また、接合部ａ〜ｆを形成する際に各重なり部において接触する各電線１，２，３，４の芯線１１，１２，１３，１４’同士を押圧する上下方向に超音波溶接装置２０の加圧装置７により圧力を印加するため、電線同士の接合力を向上させることができる。
そして、接触する電線１〜４の芯線１１〜１４’同士が重なる重なり部に対して超音波振動を付与するため、電線同士の接合力を向上させることができる。

次に、第３の参考例を図１２〜図１４に基づいて説明する。この参考例は前述した各参考例や実施形態と同様に、絶縁被覆５が剥離された４本の電線１，２，３，４の芯線１１，１２，１３，１４に対して、超音波振動を与えて電線同士を接合する電線の接合方法であるが、この参考例では４本の電線１，２，３，４は同一平面上ではない状態で並べて電線１の芯線１１と他の３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４とを接合している。

具体的には、図１２に示すように、超音波溶接装置２０のアンビル６’は凹部１５’を備え、この凹部１５’には電線４の芯線１４を受け入れる断面半円形凹溝３６が形成されている。断面半円形凹溝３６内に電線４の芯線１４が配置され、この電線４の芯線１４の上に振り分けるようにして、互いに接触する２本の電線２，３の芯線１２，１３がアンビル６’の両側壁３７にも接触した状態で載置されている。そして、２本の電線２，３の芯線１２，１３の上に電線１の芯線１１が載置されている。したがって、４本の電線１，２，３，４の芯線１１，１２，１３，１４が、前述した参考例や実施形態のように平面上にはなく、垂直方向側が長い菱形に並んで配置されている。

ここで、図１３に示すように各電線１，２，３，４の芯線１１，１２，１３，１４は各々同じ長さに設定されているが、電線１と電線４の芯線１１，１４が電線２と電線３の芯線１２，１３よりも前側に突出するようにして、電線１，２，３，４がアンビル６’に配置されている。
また、アンビル６’に対向するチップ９’の押圧部３０’には、アンビル６’の凹部１５’に載置された最上部の電線１の芯線１１の上半部を押圧するように、断面半円形状の凹溝３８が形成されている。

４本の電線１，２，３，４を接合するには、各電線１，２，３，４を図１２，図１３に示すように真っ直ぐにしてアンビル６’上に配置し、この状態で電線１の芯線１１を図１３に矢印で示すように加圧装置７のチップ９’の凹溝３８で下側に押圧する。すると、電線１と電線４との芯線１１，１４同士が上下方向で重なる重なり部が形成される（図１２鎖線参照）と共に電線１と電線２，３とが上下方向で重なる重なり部が形成される。

この状態で接触する電線１を電線２，３，４に対して押圧したまま、且つトランスジューサー１０により超音波振動を与える。これにより、図１４に示すように、各重なり部が電線１の芯線１１と、他の３本の電線４，２，３の芯線１４，１２，１３との接合部ａ’，ｂ’，ｃ’となり電線１と電線２，３と電線４とが接合される。尚、電線１を押圧する力により、電線２，３の芯線１２，１３と電線４の芯線１４とが重なる重なり部も形成されるため、ここにおいても、接合部ａ’，ｂ’，ｃ’よりは結合力は小さいが接合部ｘ，ｙが形成される（図１３では図示省略）。尚、図１３では接合部ａ’となる部分を電線１，４の各々についてａ’として示した。

したがって、この参考例においても、電線１の芯線１１と残りの３本の電線２，３，４の芯線１２，１３，１４それぞれとを一回の加圧・超音波振動によって接合することができるので、生産性を高めることができる。
また、重なり部において接触する電線１の芯線１１と電線２、３，４の芯線１２，１３，１４同士がほぼ上下に位置し、これらを上方から押圧する方向に圧力を印加するため、電線１と残りの３本の電線２，３，４それぞれとの接合力を向上させることができる。

そして、接触する電線１の芯線１１と電線２、３，４の芯線１２，１３，１４同士が重なる重なり部に対して超音波振動を付与するため、重なり部が複数段ある場合に比較して、電線同士の接合力を向上させることができる。
とりわけ、電線１に対して残りの３本の電線２，３，４が互いに角度をもってはいるがほぼ均等に配置されるため、電線１と他の各電線２，３，４との接合力が均等になり、各接合部において接合力にバラツキが生ずるのを防止できる。

尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、走行駆動用モータの巻き線に用いられる電線を例にして説明したが、走行駆動用のモータに限られず、様々なモータの電線に用いることができ、更にモータの電線以外の電線にも使用できる。

５ 絶縁被覆
１，２，３，４ 電線
１１，１２，１３，１４’ 芯線
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ 接合部

Claims (1)

1. 絶縁被覆が剥離されたＮ（Ｎ＝３，４，…）本の電線の芯線に対して、超音波振動を与えて電線同士を接合する電線の接合方法であって、
   前記Ｎ本の電線を同一平面上かつ平行に並べて、端から（Ｎ−１）番目までの電線を折り曲げて、ｎ（ｎ＝１，２，…Ｎ−２，Ｎ−１）番目の電線の芯線と（ｎ＋１）番目からＮ番目までの電線の芯線に重なる重なり部を形成する工程と、
   前記重なり部において接触する電線の芯線同士を押圧する方向に圧力を印加しかつ超音波振動を与えて、前記ｎ番目の電線の芯線と前記（ｎ＋１）番目からＮ番目までの電線の芯線それぞれとを接合する接合部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする電線の接合方法。

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