JP7444671B2 - 導体の接合構造および導体の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電線の導体同士が超音波接合された導体の接合構造及び導体の接合方法に関するものである。

自動車等に用いられるワイヤハーネスは、複数本の電線が接合されて用いられる。このような電線同士の接合としては、例えば、複数の電線のそれぞれの絶縁被覆を皮剥ぎして芯線を露出し、各芯線の先端を揃えた状態にして重ね合わせ、この状態で、芯線を挟み込むようにして超音波接合等で芯線同士を接合する方法がある（例えば特許文献１）。

国際公開公報２０１９／２２５４９２

図８（ａ）は、一般的な超音波接合方法を示す図である。まず、複数の導体１０７が、アンビル１０３とホーン１０１の間に配置される。導体１０７は、例えば複数の導体素線１０９からなる。複数の導体１０７の両側方には、押さえ部材１０５が配置される。

次に、図８（ｂ）に示すように、アンビル１０３上に導体１０７が配置された状態で、押さえ部材１０５で導体１０７の両側方を挟み込み、上方からホーン１０１を降下させて導体１０７を挟み込む。この状態で、ホーン１０１より超音波で導体１０７同士に超音波振動を加えることで、導体１０７（導体素線１０９）同士が接合され、接合部１１１が形成される。

しかし、ホーン１０１から発生する超音波振動は接合部１１１の隅に位置する導体１０７（導体素線１０９）へは伝搬しにくい。このため、図９に示すように、特に接合部１１１の隅部の導体素線が十分に接合されずに、素線こぼれがし易く（図中Ｘ）、製造時の歩留まりの悪化の要因となっている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、超音波接合によって効率良く導体同士を接合することが可能な導体の接合構造および導体の接合方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、導体の外周が絶縁被覆で被覆された電線が複数本用いられ、複数の前記電線のそれぞれの端部において前記絶縁被覆が除去されて露出する前記導体同士が超音波接合された導体の接合構造であって、複数の前記電線のそれぞれの露出する前記導体が同一方向を向くように複数の前記電線が配置され、電線の軸方向から見た際に、超音波接合方向を導体接合部の上下方向とし、これと直交する方向を前記導体接合部の両側方とした際に、前記導体接合部が、電線の軸方向から見た際の形状が略矩形に構成され、前記導体接合部の上部と両側部との境界部、又は前記導体接合部の下部と両側部との境界部の少なくとも一方が曲線で構成され、前記曲線の半径が、前記導体の直径の１／２以上であり、前記導体接合部の上部と両側部との境界部、又は前記導体接合部の下部と両側部との境界部のいずれか一方のみが曲線で構成されることを特徴とする導体の接合構造である。

前記導体接合部は、上下方向の高さＨよりも、両側方の幅Ｗの方が大きいことが望ましい。

前記導体接合部の上部と両側部との境界部、又は前記導体接合部の下部と両側部との境界部のいずれか一方のみが曲線で構成されてもよい。

前記曲線の半径が、前記導体接合部の上下方向の高さＨ又は両側方の幅Ｗの小さい方の値の１／２以下であることが望ましい。

前記導体接合部の上面と下面には、凹凸形状が形成されてもよい。

複数の前記導体は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１導体と、銅又は銅合金からなる第２導体とが混在しており、前記第１導体又は前記第２導体が、前記導体接合部において略均等に分散していることが望ましい。

第１の発明によれば、超音波接合された接合部において、隅部が所定以上の大きさの曲線状に形成されるため、超音波振動が伝わりにくい位置における素線こぼれ等の発生を抑制することができる。

また、導体接合部の両側方の幅Ｗを、上下方向の高さＨよりも大きくすることで、アンビルとホーンとで挟み込んだ際にホーンからアンビルへの振動がより伝わりやすくなる。

また、導体接合部の上部と両側部との境界部、又は導体接合部の下部と両側部との境界部のいずれか一方のみが曲線で構成されれば、他方の側の隅部には上述した曲線が不要であるため、従来と同一形状のアンビルやホーン等を使用することができる。

また、曲線の半径が、導体接合部の上下方向の高さＨ又は両側方の幅Ｗの小さい方の値の１／２以下であれば、必要以上に導体接合部を曲線状に形成する必要がなく、導体接合部の高さや幅が大きくなることを抑制することができる。

また、導体接合部の全周が曲線で形成されれば、超音波振動が伝わりにくい角形状を確実になくして効率良く接合を行うことができる。

また、導体接合部の上面と下面に凹凸形状を形成することで、超音波振動を伝達しやすくすることができる。

また、複数の導体が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１導体と、銅又は銅合金からなる第２導体とが混在している場合において、第１導体又は第２導体を、導体接合部において略均等に分散させることで、いずれかの導体が一部に集中することを抑制することができる。このため、全体を略均一に接合することができる。

第２の発明は、導体の外周が絶縁被覆で被覆された電線を複数本用い、複数の前記電線のそれぞれの端部において前記絶縁被覆が除去されて露出する前記導体を集合させて超音波接合して導体接合部を形成する導体の接合方法であって、複数本の前記電線のそれぞれの露出する前記導体を同一方向に向けて、電線の軸方向から見た際の形状が略矩形状となるように配置し、複数の導体をホーンとアンビルとで挟み込んで超音波接合を行う際に、超音波接合後において、電線の軸方向から見て、少なくとも前記導体接合部のアンビル側の両側部を、前記導体の直径の１／２以上の半径の曲線で構成し、前記導体接合部の上部と両側部との境界部、又は前記導体接合部の下部と両側部との境界部のいずれか一方のみを曲線で構成することを特徴とする導体の接合方法である。
前記アンビルと前記ホーンとの間に、接合対象の導体を配置し、一対の押さえ部材によって幅方向を規制した状態でホーンとアンビルとで導体を一括して圧縮しながらホーンより超音波振動を発生させてもよい。

第２の発明によれば、素線こぼれ等の発生を抑制して、確実に導体同士を接合することができる。

本発明によれば、超音波接合によって効率良く導体同士を接合することが可能な導体の接合構造および導体の接合方法を提供することができる。

導体接合構造１を示す概略図。 （ａ）は、図１のＡ－Ａ線端面図、（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ線端面図。 （ａ）は、図２（ｂ）のＣ部拡大図、（ｂ）は、図２（ｂ）のＤ部拡大図。 導体接合構造１の接合方法を示す図。 図２に対応する図であり、導体部５ａ、５ｂが混在する状態を示す図。 導体接合部７ｂの接合方法を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、導体接合部７ｃの接合方法を示す図。 従来の導体１０７の接合方法を示す図。 従来の接合部１１１を示す概念図。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、導体接合構造１を示す概略図であり、図２（ａ）は、図１のＡ－Ａ線端面図、図２（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ線端面図である。

導体接合構造１は、複数の電線の導体同士が超音波接合された導体の接合構造である。電線３は、導体部５の外周が絶縁被覆で被覆されて構成される。電線３の端部は、所定の範囲の絶縁被覆が除去され、内部の導体部５が露出する。図２（ａ）に示すように、導体部５は、複数の導体素線９が撚り合わせられて構成される。なお、導体部５は単線であってもよい。

導体部５は、アルミニウム系（アルミニウム又はアルミニウム合金）や銅系（銅又は銅合金）などが適用可能である。なお、本実施形態では、同一金属の導体部５を接合する例について説明する。

複数の電線３のそれぞれの導体部５が、同一方向に向けて配置され、導体部５の先端部において、各導体部５が互いに超音波接合された導体接合部７が形成される。すなわち、導体接合部７において、導体部５は一体化される。なお、電線３の方向は、必ずしも全てが同一方向でなくてもよい。

ここで、電線３の軸方向から見た際に、超音波接合方向を導体接合部７の上下方向（図２（ｂ）の上下方向）とし、これと直交する方向を導体接合部７の両側方（図２（ｂ）の左右方向）とする。この場合、図２（ｂ）に示すように、導体接合部７は、上下方向の高さＨよりも、両側方の幅Ｗの方が大きいことが望ましい。このようにすることで、後述する超音波接合時に、より効率良く超音波振動を伝達させることができる。なお、超音波接合が可能であれば、導体接合部７の上下方向の高さＨを、両側方の幅Ｗ以上としてもよい。

また、導体接合部７の上部と両側部との境界部及び導体接合部７の下部と両側部との境界部が曲線で構成される。すなわち、導体接合部７を略矩形とした場合に、矩形の角部が除去された形状である。この際、曲線の半径Ｒ（図２（ｂ）参照）は、導体の直径ｄ（図２（ａ）参照）の１／２以上である。より好ましくは、曲線の半径Ｒ（図２（ｂ）参照）は、導体の直径ｄ（図２（ａ）参照）以上とする。なお、導体部５が複数の導体素線９からなる場合には、導体の直径ｄは、導体素線９の直径とする。また、導体部５が単線の場合には、導体の直径は導体部５の直径とする。

曲線の半径Ｒが小さすぎると、本発明の効果が小さくなる。なお、曲線の半径Ｒが、導体の直径ｄの１／２の場合には、接合前（変形前）の導体の外形と曲線とが略一致するため、超音波振動が逃げにくく効率良く超音波振動を四隅まで伝達させることができる。さらに、曲線の半径Ｒを、導体の直径ｄ以上とすれば、曲線部分に接合前（変形前）の導体を二つ以上接触させることが可能となり、より効率良く超音波振動を四隅まで伝達させることができる。

このように、導体接合部７の角形状をなくして、所定の大きさの曲線で構成することで、超音波振動の伝わりにくい部位における導体をなくし、効率良く導体同士を接合することができる。なお、曲線の半径Ｒは、導体接合部７の上下方向の高さＨ又は両側方の幅Ｗの小さい方（同一の場合にはいずれか）の値の１／２以下であることが望ましい。過剰に大きな曲線とすると、導体接合部７の高さや幅が大きくなるためである。

なお、導体接合部７の上下面及び両側面の、四隅の曲線部以外の部位は、必ずしも一直線に形成されなくてもよい。

図３（ａ）は、図２（ｂ）のＣ部拡大図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）のＤ部拡大図である。図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、導体接合部７の上面と下面には、凹凸形状が形成されることが望ましい。すなわち、導体接合部７の後述するアンビルとホーンとの接触部には、凹凸形状が形成されることが望ましい。

なお、凹凸形状は必ずしも図示したような矩形でなくてもよい。また、凹凸形状が所定のピッチで繰り返される場合において、凸部のピッチは前述した導体の直径ｄ以上であり、導体接合部７の幅Ｗの１／１０以下とすることが望ましい。また、凸部の高さは、前述した導体の直径ｄ以上であり、導体接合部７の高さＨの１／１０以下とすることが望ましい。このような細かな凹凸形状を形成することで、後述する超音波振動をより効率良く伝達させることができる。

次に、複数の電線３の導体を集合させて超音波接合して導体接合部７を形成する導体の接合方法について説明する。図４は、導体接合部７を超音波接合によって形成する工程を示す図である。前述したように、アンビル１３とホーン１１との間に、接合対象の導体部５を配置し、押さえ部材１５によって幅方向を規制した状態でホーン１１とアンビル１３とで導体部５を一括して圧縮しながらホーン１１より超音波振動を発生させる。以上により、導体部５同士が接合されて、導体接合部７が形成される。

このように、複数の導体をホーン１１とアンビル１３とで挟み込んで超音波接合を行う際、電線３の軸方向から見て、使用されるホーン１１及びアンビル１３の両端部が、導体接合部７の形状に応じて、導体の直径ｄの１／２以上の半径の曲線で構成される。すなわち、ホーン１１及びアンビル１３の対向面において、ホーン１１及びアンビル１３の両端部には、端部に行くにつれて互いの距離が徐々に近くなるように凸形状が形成される。

このような形状のホーン１１及びアンビル１３を用いることで、従来と同様の手法で超音波接合を行っても、導体接合部７の四隅を曲線形状とすることができる。

以上、第１の実施の形態によれば、複数の電線３を超音波接合によって接合する際に、導体接合部７の四隅を曲線形状とすることで、従来の矩形の導体接合部における角形状をなくし、この部位における素線こぼれが生じることを抑制することができる。したがって、超音波接合によって効率良く、信頼性の高い導体接合部を形成することができる。

また、導体接合部７の幅Ｗを、上下方向の高さＨよりも大きくすることで、アンビル１３とホーン１１とで挟み込んだ際に、ホーン１１からアンビル１３方向へ振動がより伝わりやすくなる。

また、導体接合部７の上面と下面に凹凸形状を形成することで、より効率良く超音波振動を伝達しやすくすることができる。

（第２実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）は、第２の実施形態にかかる導体部５ａ、５ｂ及び導体接合部７ａを示す図で、図２（ａ）、図２（ｂ）に対応する図である。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の機能を奏する構成については、図１～図４と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２の実施形態では、複数の導体部がすべて同一の金属ではなく、複数の金属が混在する。例えば、第１導体である導体部５ａは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、第２導体である導体部５ｂは、銅又は銅合金からなる。すなわち、異なる金属からなる導体部５ａ、５ｂが混在している。

本実施形態では、接合前において、導体部５ａに対して、導体部５ｂが一カ所に偏らないように配置される。このため、接合後の導体接合部７ａにおいて、導体部５ｂが略均等に分散している。

ここで、導体接合部７ａにおいて、導体部５ｂが略均等に分散しているとは、導体部５ａを構成する材料に対して、導体部５ｂを構成する材料が分散していることを意味する。また、ほぼ均等に分散しているとは、導体部５ｂ同士の距離が均等であることまでを要さず、いずれかの位置に集合せずに配置されることを意味する。

なお、本実施形態では、相対的に数の多い導体部５ａに対して、導体部５ｂが一カ所に偏らないように配置される例を示すが、導体部５ａと導体部５ｂは逆であってもよい。また、導体部５ａ、５ｂが複数の導体素線からなる場合には、導体素線が分散することを意味するのではなく、電線３の単位において、導体部が分散していればよい。

なお、導体接合部７ａの形状は、前述した導体接合部７と略同様である。すなわち、電線３の軸方向から見た際に、導体接合部７ａの上部と両側部との境界部、及び導体接合部７ａの下部と両側部との境界部が曲線で構成され、曲線の半径は、導体の直径の１／２以上である。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、複数の材質からなる導体が、ほぼ均等に分散されているため、局所的に他の部位とは異なる材質で構成されることがなく、全体をほぼ均等に接合することができる。

例えば、銅系の導体は、材料が比較的硬いので、振動が伝わりにくいと接合不足になりやすい。一方、アルミニウム系の導体の場合には、材料は比較的軟らかいが、振動が伝わりにくいと酸化被膜が除去されず接合不足になりやすい。このため、銅とアルミニウムのどちらでも接合不足は起こりうるが、このような影響は、いずれかの導体が局所的に集中した際に起こりやすいため、導体をほぼ均等に分散させることで、このような影響を抑制することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図６は、第３の実施形態にかかる導体接合部７ｂを形成する工程を示す図である。導体接合部７ｂは、導体接合部７と略同様の構成であるが、導体接合部７ｂの上部（ホーン１１側）と両側部との境界部には、曲線が形成されない点で異なる。

このように、導体接合部７ｂの四隅の全てを曲線とするのではなく、導体接合部７ｂの上部と両側部との境界部、又は導体接合部７ｂの下部と両側部との境界部のいずれか一方のみが曲線で構成されればよい。

なお、この場合には、導体接合部７ｂの下部と両側部との境界部のみを曲線で構成することが望ましい。すなわち、電線３の軸方向から見て、少なくとも導体接合部７ｂのアンビル１３側の両側部を曲線とすることが望ましい。ホーン１１側は、超音波振動の発生部に近いため、隅部にも十分に超音波振動が伝達しやすいが、ホーン１１から離れた位置のアンビル１３側では、隅部に超音波振動が伝達しにくいためである。

このため、電線３の軸方向から見て、ホーン１１のアンビル１３側は、フラットに形成され、アンビル１３は、前述したように、両端部において曲線が形成されるように凸形状となる。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、導体接合部７ｂの四隅の全てを曲線とするのではなく、導体接合部７ｂの上部と両側部との境界部、又は導体接合部７ｂの下部と両側部との境界部の少なくとも一方が曲線で構成されればよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図７（ａ）は、第４の実施形態にかかる導体接合部７ｃを形成する工程を示す図である。導体接合部７ｃは、導体接合部７と略同様の構成であるが、導体接合部７ｃの全周が曲線で構成され、直線部が形成されない。すなわち、導体接合部７ｃの上部と両側部との境界部、及び導体接合部７ｃの下部と両側部との境界部のいずれも曲線で構成される。

なお、この場合、必ずしも、導体接合部７ｃの上部及び下部のそれぞれと、両側部との境界は明確ではない。このような場合には、導体接合部を、幅方向の中心線と、高さ方向の中心線とで４区分し、それぞれの境界部は、それぞれの領域の中のいずれかの位置に存在しているものとする。

導体接合部７ｃは、ホーン１１とアンビル１３とで上下から挟まれるとともに、幅方向の両側部は押さえ部材１５によって規制される。この際、ホーン１１及びアンビル１３の対向面が曲面で構成され、押さえ部材１５の対向面にも、ホーン１１及びアンビル１３の曲面と連続するように、曲面で形成される。このようにすることで、全周面が曲線で構成される導体接合部７ｃが形成される。例えば、導体接合部７ｃは、略円形状又は略楕円形状である。

なお、図７（ｂ）に示すように、導体接合部７ｃは、押さえ部材を用いずに、ホーン１１とアンビル１３とを突き合せて連続する曲線を形成するようにしてもよい。

以上、第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、矩形の形状を想定した際に、導体接合部７ｃは、この四隅部分を確実に切除した形態となるため、超音波振動を全体に伝達することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、電線の本数や配置は、図示した例には限られない。また、各実施形態の構成は、互いに適宜組み合わせることもできる。

１………導体接合構造
３………電線
５、５ａ、５ｂ………導体部
７、７ａ、７ｂ、７ｃ………導体接合部
９………導体素線
１１………ホーン
１３………アンビル
１５………押さえ部材
１０１………ホーン
１０３………アンビル
１０５………押さえ部材
１０７………導体
１０９………導体素線
１１１………接合部

Claims (7)

1. 導体の外周が絶縁被覆で被覆された電線が複数本用いられ、複数の前記電線のそれぞれの端部において前記絶縁被覆が除去されて露出する前記導体同士が超音波接合された導体の接合構造であって、
   複数の前記電線のそれぞれの露出する前記導体が同一方向を向くように複数の前記電線が配置され、
   電線の軸方向から見た際に、超音波接合方向を導体接合部の上下方向とし、これと直交する方向を前記導体接合部の両側方とした際に、
   前記導体接合部が、電線の軸方向から見た際の形状が略矩形に構成され、前記導体接合部の上部と両側部との境界部、又は前記導体接合部の下部と両側部との境界部の少なくとも一方が曲線で構成され、前記曲線の半径が、前記導体の直径の１／２以上であり、
   前記導体接合部の上部と両側部との境界部、又は前記導体接合部の下部と両側部との境界部のいずれか一方のみが曲線で構成されることを特徴とする導体の接合構造。
2. 前記導体接合部は、上下方向の高さＨよりも、両側方の幅Ｗの方が大きいことを特徴とする請求項１記載の導体の接合構造。
3. 前記曲線の半径が、前記導体接合部の上下方向の高さＨ又は両側方の幅Ｗの小さい方の値の１／２以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導体の接合構造。
4. 前記導体接合部の上面と下面には、凹凸形状が形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の導体の接合構造。
5. 複数の前記導体は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１導体と、銅又は銅合金からなる第２導体とが混在しており、前記第１導体又は前記第２導体が、前記導体接合部において略均等に分散していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の導体の接合構造。
6. 導体の外周が絶縁被覆で被覆された電線を複数本用い、複数の前記電線のそれぞれの端部において前記絶縁被覆が除去されて露出する前記導体を集合させて超音波接合して導体接合部を形成する導体の接合方法であって、
   複数本の前記電線のそれぞれの露出する前記導体を同一方向に向けて、電線の軸方向から見た際の形状が略矩形状となるように配置し、複数の導体をホーンとアンビルとで挟み込んで超音波接合を行う際に、
   超音波接合後において、電線の軸方向から見て、少なくとも前記導体接合部のアンビル側の両側部を、前記導体の直径の１／２以上の半径の曲線で構成し、
   前記導体接合部の上部と両側部との境界部、又は前記導体接合部の下部と両側部との境界部のいずれか一方のみを曲線で構成することを特徴とする導体の接合方法。
7. 前記アンビルと前記ホーンとの間に、接合対象の導体を配置し、一対の押さえ部材によって幅方向を規制した状態でホーンとアンビルとで導体を一括して圧縮しながらホーンより超音波振動を発生させることを特徴とする請求項６記載の導体の接合方法。

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