JPH11511695A - 超音波溶接方法及び超音波溶接装置並びに超音波溶接によって形成された溶接結合部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［課題］電気的な部分の接触範囲、特に回転する電気的な機械のための整流子の薄板の接触範囲に、相上下して位置する少なくとも２つの線材端部を、ソノトロードと線材端部に押し付け力を導入する装置とを用いて固定するための超音波溶接方法及び超音波溶接装置を改良して、短い時間で少ない費用で行われ、しかも自動的な製造及び組立プロセスに問題なく組込まれるようにすること。［解決手段］少なくとも１つの接触範囲（１４）に固定しようとするすべての線材端部（１６，１８）を押し付け力（Ｆ）で同時に、少なくとも１つの接触範囲（１４）に対して押し付け、接触範囲（１４）の上に支持されている下側の線材端部（１６）を同時にソノトロード（２８）により、押し付け力（Ｆ）に対して横方向に振動させる。

Description

【発明の詳細な説明】 超音波溶接方法及び、超音波溶接装置並びに超音波溶接によって形成された溶 接結合部 本発明は請求項１もしくは３による超音波溶接方法及び超音波溶接装置並びに これによって形成された溶接結合部に関する。 公知技術 回転する電気的な機械、例えば自動車のスタータ駆動モータにおいて、回転す る巻線（電機子巻線）と静止している給電体との間に整流子を結合素子として用 いることは公知である。整流子はこのために、互いに絶縁された薄板を有し、該 薄板が有する接触範囲にはそれぞれ電機子巻線の１つの巻線の始端と他の巻線の 終端とが、選択された電機子回路に相応して接続されている。したがって各接触 範囲には電機子巻線の２つの線材端部が固定される必要がある。このためには、 線材端部を上下に重ねて接触範囲に、抵抗拡散溶接法で固定することが公知であ る。このためには溶接装置の１つの溶接電極が整流子と接続され、他方の溶接電 極が外部から、外部に位置する線材に導かれている。この場合には電流を流すこ とで線材端部が互いに溶接されかつ下方の線材端部が接触範囲に溶接される。こ の場合には、線材端部を抵抗拡散溶接に使用できるよ うにするために線材端部を特別に準備しておかなければならないことが欠点であ る。通常は線材端部は亜鉛メッキされる。さらに不都合であるのは、各薄板が個 別に接触させられねばならず、すべてこの線材端部を整流子に固定するのに比較 的に時間がかかることである。 発明の利点 請求項１もしくは３に述べた特徴を有する本発明による超音波溶接方法及びこ のために使用される溶接装置は、公知の技術に対し、すべての線材端部が該線材 端部に配属された接触範囲に同時に固定可能であり、したがって複数の整流子が ある場合に整流子のすべての薄板を有利には同時に接触させることができるとい う利点を有している。固定しようとする線材端部が、押し付け力を発生させる装 置で接触範囲に押し付けられかつ同時に下にある線材端部がソノトロードにより 押し付け方向に対して横方向に振動させされることにより、線材端部と接触範囲 との間はに、良好に固定付着する溶接結合が得られる。すべての溶接結合は有利 には１つの作業工程で製作される。この場合にはすべての線材端部は同時に、こ れらの線材端部にそれぞれ配属された接触範囲に押し付けられ、ソノトロードが 同時に下側のすべての線材端部を振動させる。下側の線材端部を振動させること によって公知形式で、相上下して位置する線材端部の間と下方の線材端部と接触 範囲との間との接触点においてグリッド構造の交換が生じるので、しっかりした 溶接結合が得られる。線材端部が通常の如くほぼ丸く構成されていることにより 、接触点の大きさは比較的に小さく、したがってソノトロードを介しては比較的 に小さいエネルギの導入しか必要でない。したがってソノトロードは下側に位置 する線材端部に伝達される機械的な超音波振動の比較的に小さい周波数範囲のた めだけに設計されていればよい。 本発明の有利な構成ではソノトロードはトーションソノトロードとして構成さ れている。このソノトロードは有利な形式で少なくとも、同時に固定しようとす る線材端部の数に相応する数の受容範囲を有している。ソノトロードは受容範囲 で、下側に位置する線材端部に形状接続で係合することができるので、ソノトロ ードのトーション振動により、下側に位置する線材端部に均一な振動を与えるこ とができる。ソノトロードをトーションソノトロードとして構成することで、全 体として、下側に位置するすべての線材端部を同時に掴むことを可能にするトー ションソノトロードのためには比較的に小さな空間しか必要とされない。トーシ ョンソノトロードの構造によって超音波溶接プロセスは１つの製作、例えば電気 的な機械のための整流子を製作する組立ラインに簡単な形式で包含させることが できる。すべての線材端部を同時に固定することに基 づき、線材端部を固定するためには比較的にわずかな取付け時間しか必要とされ ず、したがって全体として短い工程時間が維持される。 さらに有利であることは、押し付け力を導入する装置が、外側の線材端部を案 内するかもしくは掴む、半径方向に移動可能な緊定部材を有し、この緊定部材が 空気力又は液力で作動可能であることである。これによりソノトロードを下側の 線材端部に近づける手段は、押し付け力を与える装置と連結されることができる ので、全体としてはきわめてコンパクトな、わずかな空間しか必要としない超音 波溶接装置が得られる。緊定スリーブの緊定ジョーにより形成されていると有利 である、半径方向に移動可能な緊定部材により、固定しようとするすべて線材端 部に対するほぼ均一な力の導入が可能になる。緊定部材によっては同時に、超音 波溶接装置全体の自動調整が行われるので、ソノトロードがその受容範囲で下方 の線材端部を正確に掴むことが保証される。このためには受容範囲は有利にはソ ノトロードに設けられた、走入面を有する切欠きとして構成されているので、こ の場合にはソノトロードの自動調整される位置決めも可能である。 本発明の有利な別の構成は従属請求項に述べた他の特徴によって得られる。 図面 第１図は整流子の概略的な部分側面図。 第２図はソノトロードの概略的な縦断面図。 第３図はソノトロードの概略的な平面図。 第４図は展開されたソノトロードの部分側面図。 実施例の説明 第１図には全体が符号１０で示されている整流子の１部が側面図で示されてい る。整流子１０は図示されていない電気的な機械、例えば自動車のスタータ駆動 モータの電機子軸１２に配置されている。整流子１０は互いに絶縁されて配置さ れた薄板１３を有している。これらの薄板１３にはそれぞれ１つの接触範囲１４ が配属されている。薄板の数に相応して相当数の接触範囲１４が整流子の外周に 互いに分配されている。ここでは部分的に、３つの薄板１３だけがその接続もし くは接触範囲１４と共に図示されている。接触範囲１４には線材端部１６の下側 の列が配置されている。この線材端部１６の下側の列の上には線材端部１８の上 側の列が配置されている。線材端部１６と１８は電機子内にあって電気的な機械 の使用に相応して選択的に不動に接続された、電機子巻線を形成する巻線に通じ ている。相上下して位置する線材端部１６，１８を相互にかつ接触範囲１４に固 定するためには、すなわち導電的な結合を得るためには、本発明によれば超音波 溶接方法が用いられる。このためには外側の線材端部１８は緊定部材２１の軸方 向の案内１９内に受容され、この緊定部材２１により押し付け力Ｆで負荷される のに対し、下側の線材端部１６には同時にあとで詳しく説明するリング状のトー ションソノトロードで振動が与えられる。この場合、下側の線材端部１６は複矢 印２０で示した方向へ振動する。したがって下方の線材端部１６の振動平面は振 動方向２０で相応して押し付け力Ｆに対して横方向に位置している。下側の線材 端部１６の振動により下側の線材端部１６と上側の線材端部１８との間の接触点 ２２と下側の線材端部１６と接触範囲１４との間の接触点２４とにおいて超音波 溶接が行われる。接触点２２と２４（本来の接触面）が比較的に小さな面を有し ていることによってエネルギ導入が比較的にわずかであるにも拘らずソノトロー ドを介して線材端部１６と１８との間もしくは線材端部１６と接触範囲１４との 間に、しっかりと固着する冷間溶接が行われる。この場合、ソノトロードは例え ば約５０μｍのトーション周波数、すなわち超音波周波数範囲において機械的に 線材端部１６に伝達する約１００μｍの総トーション距離を有している。 第２図にはソノトロード２８の旋回ヘッド２６が示されている。ソノトロード ２８は円筒形の基本体３０を有し、該基体３０内には一方の端面側３２から段付 き孔３４が形成されている。段付き孔３４は内側に位置する直径の小さい方の範 囲３８に移行する、直径の大きい方の範囲３６を有している。この場合、直径の 大きい方の範囲３６の直径は整流子１０の接続範囲の 直径にほぼ相応している。範囲３８の直径は、この直径が電機子軸１２の直径よ りも大きいように選択されている。したがって基本３０は範囲３６を取囲む壁に より形成されたスリーブ状の延長部４０を有している。この延長部４０は端面側 に受容範囲４４を有している。この受容範囲４４は延長部４０の円周に亙って分 配されている。受容範囲４４が延長部４０の円周に亙って分配されているピッチ は、整流子１０の円周に亙って配置された下側の線材端部の間隔に相応する。受 容範囲４４は延長部４０に設けられた、縁の開放した切欠き４６によって形成さ れている。切欠き４６の底４８は例えば半円形に構成されている。切欠き４６は 下側の線材端部１６の直径に相当する幅ｗを有している。 下側の線材端部１６に面した側からソノトロード２８を見た第３図の平面から は、延長部４０の円周に亙って受容範囲４４が互いに適当な間隔をおいて配置さ れていることが判る。段付き孔３４の範囲３８は整流子１０にソノトロード２８ が近づけられた場合に整流子１０から突出する電機子軸１２のジャーナルが、ソ ノトロード２８と電機子軸１２とが接触することなく突入できるように構成され ている。ソノトロード２８は適当な装置を介して整流子１０に接近させられるの で、下側の線材端部１６はソノトロード２８に向いた端面で受容範囲４４内に係 合する。 第４図によれば展開された延長部４０の１部が受容範囲４４内に導入された下 側の線材端部１６と一緒に示されている。下側の線材端部１６の導入を容易にす るために、切欠き４６は面取り部５０を有していることができる。この面取り部 ５０は下側の線材端部１６に対するソノトロード２８の自動的なセンタリングを 助ける。 図示されていない旋回駆動装置を介して、ソノトロード２８には、その長手方 向軸線５２（第２図）を中心として、超音波周波数範囲の機械的なトーション振 動が与えられる。このトーション振動は下側の線材端部１６に伝達される。下側 の線材端部１６の直径は切欠き４６の幅ｗに相応しているので、下側の線材端部 １６は形状による結合で延長部４０に接触する。したがってほぼ損失のない超音 波振動の伝達が可能である。下側の線材端部１６の振動によって下側の線材端部 は上側の線材端部１８と接触範囲１４とに対して相対運動させられる。この結果 、同時に押し付け力Ｆを作用させて、一方では下側の線材端部１６と上側の線材 端部１８との間の接触点２２においてかつ他方では下側の線材端部１６と接触範 囲１４との間の接触点２４において冷間溶接が行われる。押し付け力Ｆは緊定部 材２１から与えられる。この緊定部材２１はこのために有利にはスリーブ形又は すべての外側の線材端部１８を同時に掴む、相応に形成された切欠きを有する装 置の構成部分であることができる。押し付け力Ｆの作用方向に相応して半径方向 に移動可能な緊定部材２１の作動により、外側の線材端部には均一な押し付け力 Ｆが生ぜしめられる。 もちろん本発明は図示の実施例に限定されるものではない。したがって同時に すべての下側の線材端部１６を上側の線材端部１８と接触範囲１４とに対して相 対運動させ、整流子１０のすべての固定点を同時に冷間溶接するために別の装置 を用いることも考えられる。すべての接触点を同時に溶接することにより、自動 的に経過する製造及び組立プロセスに問題なく組込まれる、時間を節約した、費 用のかからない線材端部１６もしくは１８の接触が可能になる。もちろん実施例 に示された原理は相上下して配置された複数の線材端部又は線材範囲を接触させ ることに転用することができる。この場合には例えば押し付け力Ｆが作用するこ とにより線材端部を適当に位置固定してそれぞれ隣接する線材端部に相対運動を 与え、線材端部の接触点の間で溶接結合が与えられる。横に並べて配置された相 上下して位置する線材端部を接触させるためには例えば、ソノトロードは線材端 部を受容するために相応の切欠きを有する櫛形の構造を有していることができる 。この場合には、記述した形式で溶接結合を形成する直線振動が与えられる。こ れは、接触範囲に多数の接続線材を取付ける必要があると、横に並んで位置する 個々の又は複数の差込み結合、切換え接点、電極又はそれに類似したものを接触 させるためにも有利である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年８月５日 【補正内容】 請求の範囲 １．相上下して位置する少なくとも２つの線材端部（１６，１８）を電気的な部 分の接触範囲、特に回転する電気的な機械のための整流子（１０）の薄板（１３ ）の接触範囲（１４）に固定するための超音波溶接方法であって、線材端部の軸 線方向に対して横方向に振動するソノトロード（２８）と線材端部に対する押し 付け力を導入する装置（２１）とが用いられる形式のものにおいて、線材端部（ １６，１８）に押し付け力を導入するための装置（２１）が静止しており、少な くとも１つの接触範囲（１４）に固定しようとするすべての線材端部（１６，１ ８）が当該装置（２１）の押し付け力（Ｆ）で、少なくとも１つの接触範囲（１ ４）に同時に押し付けられ、同時に該接触範囲（１４）に載着された下方の線材 端部（１６）がソノトロード（２８）により、押し付け力（Ｆ）に対して横方向 に振動させられ、この線材端部（１６）が当該接触範囲（１４）と上方の線材端 部（１８）とに対し相対運動を行い、その際に上方の線材端部（１８）が、静止 している当該装置（２１）の軸方向の案内（１９）により受容されていることを 特徴とする、超音波溶接方法。 ８．相上下して位置する少なくとも２つの線材端部（１６，１８）を電気的な部 分（１３）の接触範囲（ １４）に、請求項１に記載した方法にしたがって溶接した溶接結合部において、 相上下して位置する線材端部（１６，１８）の下方の線材端部（１６）の超音波 振動によって、下方の線材端部（１６）とその上にある線材端部（１８）との接 触点（２２）と、下方の線材端部（１６）と該線材端部（１６）に配属された電 気的な部分（１３）の接触範囲（１４）との接触点（２４）とにおいて溶接が行 われていることを特徴とする、超音波溶接によって形成された溶接結合部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気的な部分の接触範囲、特に回転する電気的な機械のための整流子の薄板 の接触範囲に、相上下して位置する少なくとも２つの線材端部を、ソノトロード と線材端部に押し付け力を導入する装置とを用いて固定するための超音波溶接方 法において、少なくとも１つの接触範囲（１４）に固定しようとするすべての線 材端部（１６，１８）を押し付け力（Ｆ）で同時に、少なくとも１つの接触範囲 （１４）に対して押し付け、接触範囲（１４）の上に支持されている下側の線材 端部（１６）を同時にソノトロード（２８）により、押し付け力（Ｆ）に対して 横方向に振動させることを特徴とする、超音波溶接方法。 ２．すべての接触範囲（１４）の固定しようとする線材端部（１６，１８）を同 時に、その接触範囲（１４）に対して押し付け、下側のすべての線材端部（１６ ）を同時にソノトロード（２８）により、押し付け力（Ｆ）に対して横方向に振 動させる、請求項１記載の超音波溶接方法。 ３．請求項１又は２記載の方法を実施するための超音波溶接装置において、押し 付け力（Ｆ）を導入する装置が外側の線材端部（１８）のための案内（１９）を 有する緊定部材（２１）を有し、ソノトロード （２８）が、少なくとも同時に固定される下側の線材端部（１６）の数に相当す る受容範囲（４４）を下側の線材端部（１６）を受容するために有していること を特徴とする、超音波溶接装置。 ４．ソノトロード（２８）がスリーブ形の延長部（４０）を有し、この延長部（ ４０）の端面側（３２）に受容範囲（４４）が配置されている、請求項３記載の 超音波溶接装置。 ５．受容範囲（４４）が延長部（４０）に設けられた、端面側（３２）へ縁の開 放した切欠き（４６）により形成されている、請求項３又は４記載の超音波溶接 装置。 ６．切欠き（４６）が端面側（３２）に向って面取り部（５０）を有している、 請求項３から５までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。 ７．それぞれ切欠き（４６）の底（４８）が線材端部（１６）の端面のためのス トッパを形成している、請求項３から６までのいずれか１項記載の超音波溶接装 置。 ８．切欠き（４６）の幅（ｗ）が線材端部の直径に相応している、請求項３から ７までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。 ９．延長部（４０）の直径が下側の線材端部（１６）の位置する仮想円の直径に 相応している、請求項３から８までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。 10．押し付け力（Ｆ）を導入するための装置が外側の線材端部を掴む、半径方向 に移動可能な緊定部材を有している、請求項３から９までのいずれか１項記載の 超音波溶接装置。 11．緊定部材（２１）が空気力又は液力式に作動可能である、請求項３から１０ までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。 12．ソノトロード（２８）がトーションソノトロードである、請求項３から１１ までのいずれか１項記載の超音波溶接装置。 13．請求項１による方法で形成された溶接結合部において、それぞれ相上下して 位置する線材端部の下側の線材端部がその接触点（２２，２４）で一方では該線 材端部の上側にある線材端部（１８）と溶接され、他方では電気的な部分（１０ ，１３）の該線材端部に配属された接触範囲（１４）と溶接されていることを特 徴とする、溶接結合部。