JP2006107882A - 端子付き電線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 端子金具と空気層との間の音響インピーダンスの差により生じる反射波に起因する超音波振動の減衰を抑制して良好な超音波溶接を行う。
【解決手段】 電線Ｗ端末の芯線Ｗａと、端子金具１１における電線接続部１４とを超音波溶接する方法であって、端子金具１１の接触部１５には超音波溶接時の振動エネルギーを吸収する振動吸収手段１６、２６、３６を設けて反射波の発生を抑制することにより、超音波振動の減衰を防止して良好な超音波溶接を行い得るようにしている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、端子付き電線の製造方法に関し、詳しくは、超音波溶接により電線と端子金具とを接合するに際し、溶接部における振動エネルギーのロスを少なくして良好な溶接を行い得るようにするものである。

従来、端子金具と電線の芯線との接合方法に超音波溶接を利用したものとしては特許文献１に記載のものがある。一般に超音波溶接により芯線と端子とを接合するには、図５に示すように、先ずアンビル１上に端子金具２の電線接続部３を載置し、この電線接続部３の上面に電線Ｗの端末を皮剥ぎして露出させた芯線Ｗａを載置する。次いで、電線接続部３上の芯線Ｗａを溶接チップ４で押圧してアンビル１との間で芯線Ｗａと端子金具２とを挟み付けるようにして超音波振動を付加することにより芯線Ｗａを端子金具２の電線接続部３に接合するようにしている。
特開２０００−２０２６４２号公報

上記のように超音波溶接を利用して芯線Ｗａと端子金具２とを接合する過程においては、溶接チップ４から端子金具２へ付加される超音波振動の入射波Ａは端子金具２の他端における相手側端子との接触部５へ伝わるが、同時に反射波Ｂが発生して入射波Ａの振動エネルギーが打ち消されて減衰する場合がある。即ち、図６（Ａ）の関係図に示すように、接触部５と空気層６との間の音響インピーダンスの差が大きいため、接触部５に至った入射波Ａはその一部が空気層６へ透過波Ｃとして逸散されるが、多くは反射波Ｂとして接触部５から電線接続部３へ戻ってくる。そして、この反射波Ｂと入射波Ａに位相のずれが生じると図６（Ｂ）に示すように、反射波Ｂによって入射波Ａの振動エネルギーが弱められ、その結果減衰された合成波Ｄが電線接続部３に生じると考えられる。
このように、電線接続部３に作用する振動エネルギーが反射波Ｂによって弱められるため、芯線Ｗａと電線接続部３との接合が不十分となる場合があった。

本発明は上記した問題に鑑みてなされたもので、端子金具と空気層との間の音響インピーダンスの差違により生じる反射波の発生を極力小さくすることができる超音波溶接方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明では、電線の端末部を皮剥ぎして露出させた芯線と、該芯線を受け入れる電線接続部を一端に備えると共に相手側端子との接触部を他端に備えた端子金具とをアンビルと溶接チップとの間で挟み付けた状態で超音波溶接して端子付き電線を製造する方法であって、
上記端子金具の接触部に超音波溶接時の振動エネルギーを吸収して反射波の発生を抑制する振動吸収手段を作用させて超音波溶接するようにしたことを特徴とする端子付き電線の製造方法を提供している。

この方法によれば、端子金具の電線接続部から接触部へ至った入射波の振動エネルギーを振動吸収手段によって効果的に吸収することができるため、接触部と空気層との間の音響インピーダンスの大差により生じる反射波の発生を抑制することができる。
なお、芯線の溶接すべき端子金具としては、雌端子、雄端子、アース端子、バッテリー端子等の種々の端子に適用できる。

具体的には、前記振動吸収手段は上記端子金具の接触部に備えられた弾性接触片からなり、該弾性接触片は端子金具の本体とは別体で成形したものを本体に対し揺動可能な状態で嵌合固定している。
このようにすれば、接触部の弾性接触片は端子金具の電線接続部から接触部へ至った入射波の振動エネルギーによって、本体とは別個に揺動するため、これにより反射波が発生する前に接触部に伝達された振動エネルギーを吸収することができる。

また、記振動吸収手段は上記端子金具の接触部をアンビルに対し弾性的に押圧する押え片から構成するようにしてもよい。
このように構成すれば、端子金具の電線接続部から接触部へ至った入射波の振動エネルギーは、接触部を弾性的に押圧する押え片によって吸収されるため、反射波の発生を効果的に抑制することができる。

更に、上記振動吸収手段は上記端子金具の接触部の先端を突き当て可能に上記アンビルに形成した段部と、該段部に対し上記端子金具を弾性的に押圧する押し付け手段とからなるようにしてもよい。
このようにすれば、端子金具の接触部は段部を介してアンビルに緊密に押し付けられた状態となる。このため、電線接続部から接触部へ至った入射波の振動エネルギーは、そのほとんどがアンビルに伝達されるが、端子金具とアンビルとの間の音響インピーダンスの差は空気層に比し極めて小さいため、入射波の振動エネルギーはアンビルによって吸収され、よって反射波の発生を効果的に抑制することができる。

以上の説明より明らかなように、本発明の端子付き電線の製造方法によれば、反射波の発生に起因する電線接続部での振動エネルギーの減衰を防止して、良好な超音波溶接を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１〜図２は、本発明の第１実施形態を示し、超音波溶接機１０を用いて端子金具１１に電線Ｗの端末を皮剥ぎして露出させた芯線Ｗａを超音波溶接することで端子付電線を製造する工程を示している。超音波溶接機１０は端子金具１１を載置するアンビル１２と、このアンビル１２の上方に対向してアンビル１２との間で端子金具１１と電線Ｗとを挟みつける溶接チップ１３とからなり、この溶接チップ１３とアンビル１２との間で端子金具１１と芯線Ｗａに超音波振動を付与することで両者を接合するようにしている。

本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、端子金具１１は、その一端には芯線Ｗａを接合固定すべき電線接続部１４を備えている。電線接続部１４は平板状の底壁１４ａと、この底板部１４ａの両側から垂直上方へ立ち上げて延出した側壁１４ｂを備え、断面が略Ｕ字形状となっている。一方、端子金具１１の他端には相手側端子（図示せず）を受け入れる箱状の接触部１５を備え、その内部には別体で山状に成形された振動吸収手段を兼用した弾性接触片１６を備え、この弾性接触片１６と接触部１５の内面の上面部１５ａとの間で相手側端子を弾性的に挟持することで電気的接触を得るようにしている。
弾性接触片１６は、図１（Ｂ）に示すように、基部両端に係合突起１６ａを突設する一方、接触部１５の両側壁には係合孔１５ｂを形成して弾性接触片１６の係合突起１６ａを嵌合することで弾性接触片１６を端子金具１１の本体１１ａに対し若干揺動可能に固定するようにしている。

端子金具１１に溶接すべき電線Ｗは、複数本の素線を断面円形状に撚り合わせた芯線Ｗａを合成樹脂製の絶縁被覆Ｗｂで外装してなり、端末部の絶縁被覆Ｗｂを端子金具１１への接合に必要な所定長さにわたって皮剥ぎすることで芯線Ｗａを露出させている。

次に、第１実施形態による端子付き電線の製造方法について説明する。
図２（Ａ）に示すように、超音波溶接機１０のアンビル１２は本体基部に固定されており、上面部に端子金具１１の電線接続部１２を収容して位置決めするための収容部１２ａが凹設されている。溶接チップ１３は端子金具１１の電線接続部１２内に進入可能な幅を有するブロック形状をなし、アンビル１２の上方に対向して上下方向に作動できるようになっている。この溶接チップ１３の下面は芯線３１に対する押圧面１３ａとされ、この押圧面１３ａと電線接続部１４の底壁１４ａとの間で芯線Ｗａを圧縮して芯線Ｗａと電線接続部１４との間に超音波振動を付与するようになっている。

先ず、図２（Ａ）に示すように、電線Ｗの端部から露出された芯線Ｗａを、アンビル１２の収容部１２ａに収容された端子金具１１の電線接続部１４内に載置する。このとき、芯線Ｗａの上方には超音波溶接機１０の溶接チップ１３が上昇位置で待機している。次いで図２（Ｂ）に示すように、溶接チップ１３をアンビル１２に向けて下降させると、芯線Ｗａはアンビル１２により押し潰されて底壁１４ａとの間で圧縮され、同時に溶接チップ１３から超音波振動が付与される。これにより、次第に芯線Ｗａが摩擦熱により温度上昇して軟化し、端子金具１１の底壁１４ｂに接合されることとなる。

上記の超音波振動の付与によって電線接続部１４に作用する入射波は先端の接触部１５から空気層へ伝達されるとき、両者の音響インピーダンスの差が大きいため反射波となって電線接続部１４に戻される成分がある。この反射波は電線接続部１４から離れた位置から戻ってくるため入射波に対し位相がずれた状態となるため電線接続部１４に作用する入射波の振動エネルギーが大きく相殺する場合がある。本実施形態では、接触部１５に設けた弾性接触片１６が別体部品からなり、本体１１ａに対し揺動可能に嵌合固定されているため、接触部１５に伝達された入射波の振動エネルギーによって弾性接触片１６が共振する結果、空気層へ伝達される振動エネルギーの多くが吸収される。このため、接触部１５と空気層との間の音響インピーダンスの差に起因する反射波の発生を効果的に抑制することができ、よって電線接続部１４に対する超音波振動のエネルギーの損失を最小限に止めることができるため、良好な超音波溶接を行うことができる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は端子付き電線の製造方法の第２実施形態を示す。
振動吸収手段として端子金具２１の先端の接触部２５をアンビル２２に対して弾性的に押圧する押え片２６を設けている。押え片２６は、弾性を有する山状の板状部材からなり、例えばアンビル２２の上面に立設した支持部材２２ａに対し、その中間部に突設した支持ピン２６ａを介して回動可能に支持している。そして、通常の状態において押え片２６は図３（Ａ）に示すように、先端の押圧部２６ｂがアンビル２２の上面に弾性的に接触する状態で支持されている。また、押圧部２６ｂの先端部は上方へ湾曲させて端子金具２１を受け入れ可能な案内部２６ｃを形成している。第２実施形態で超音波溶接すべき端子金具２１は、平板状の接触部２５を備えた雄端子またはアース端子等としている。なお、その他の構成は第１実施形態と同様のため、同一符号を付してその説明を省略する。

次に、第２実施形態による端子付き電線の製造方法について説明する。
図２（Ａ）に示す押え片２６に対し、図２（Ｂ）に示すように、案内部２６ｃを通して端子金具２１の接触部２５を押圧部２６ｂとアンビル２２の上面との間に挿入し、押え片２６によって接触部２５をアンビル２２に向けて弾性的に押圧保持した状態とする。次いで、電線Ｗの芯線Ｗａを電線接続部１４内に配置する。そして、図２（Ｃ）に示すように、溶接チップ１３を下降動作させて芯線Ｗａと電線接続部１４との間に超音波振動を付与することにより両者間を超音波接合する。

本実施形態では、接触部２５をアンビル２２に向けて押え片２６によって弾性的に押圧した状態で保持しているため、接触部２５に伝達された入射波の振動エネルギーによって押え片２６が共振する結果、空気層へ伝達される振動エネルギーの多くが吸収される。このため、接触部２５と空気層との間の音響インピーダンスの差に起因する反射波の発生を効果的に抑制することができ、よって良好な超音波溶接を行うことができる。

図４（Ａ）（Ｂ）は端子付き電線の製造方法の第３実施形態を示す。
振動吸収手段として端子金具３１の先端の接触部３５をアンビル３２に形成した段部３２ａと、この段部３２ａ対して接触部３５を弾性的に押圧する押し付け手段３６とから構成している。段部３２ａは端子金具３１の接触部３５の先端面を当接状態で受け入れ可能な形状としている。一方、押し付け手段３６は、端子金具３１の電線接続部１４側から接触部３５に向けて押圧するピストン等によって弾性的に押圧される押圧片３６ａから構成している。第３実施形態で超音波溶接すべき端子金具３１は、箱型の雌端子であっても、平板状の雄端子またはアース端子等であってもよい。なお、その他の構成は第１実施形態と同様のため、同一符号を付してその説明を省略する。

次に、第３実施形態による端子付き電線の製造方法について説明する。
図４（Ａ）に示すようにアンビル３２の段部３２ａに端子金具３１の接触部３５を嵌合するようにしてアンビル３２の上面に配置する。次いで、押圧片３６ａを介して電線接続部１４側から接触部３５へ向けて端子金具３１を押圧することで接触部３５を段部３２ａに弾性的に押し付け、かかる状態で電線Ｗの芯線Ｗａを電線接続部１４内に配置する。そして、図４（Ｂ）に示すように、溶接チップ１３を下降動作させて芯線Ｗａと電線接続部１４との間に超音波振動を付与することにより両者間を超音波接合する。

本実施形態では、接触部３５をアンビル３２の段部３２ａに向けて押圧片３６ａによって押圧した状態で保持しているため、接触部３５に伝達された入射波の振動エネルギーは段部３２ａを介してアンビル３２に伝達される。端子金具３１とアンビル３２との間の音響インピーダンスの差は、端子金具３１と空気層との差に比し極めて小さいので、音響インピーダンスの差に起因する反射波の発生を効果的に抑制することができ、よって良好な超音波溶接を行うことができる。

なお、上記各実施形態において端子金具に超音波溶接すべき電線は一般の銅電線に限らず、アルミニウム電線にも同様に適用することができ、同様に端子金具の材質としては、一般の銅合金に限らずアルミニウム端子や他の金属端子にも同様に適用することができる。

本発明の端子付き電線の製造方法の第１実施形態を示し、（Ａ）は端子金具とこれに接続すべき電線の分解斜視図、（Ｂ）は端子金具の要部の拡大斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）は第１実施形態の超音波溶接工程を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は第２実施形態の超音波溶接工程を示す断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は第３実施形態の超音波溶接工程を示す断面図である。 従来例を示す図である。 （Ａ）は端子金具と空気層との音響インピーダンスの関係を示す図、（Ｂ）は入射波、反射波、合成波の関係を示す図である。

符号の説明

１１、２１、３１ 端子金具
１１ａ 本体
１２、２２、３２ アンビル
１３ 溶接チップ
１４ 電線接続部
１５、２５、３５ 接触部
１６ 弾性接触片（振動吸収手段）
２６ 押え片（振動吸収手段）
３２ａ 段部（振動吸収手段）
３６ 押し付け手段（振動吸収手段）
Ｗ 電線
Ｗａ 芯線

Claims (4)

1. 電線の端末部を皮剥ぎして露出させた芯線と、該芯線を受け入れる電線接続部を一端に備えると共に相手側端子との接触部を他端に備えた端子金具とをアンビルと溶接チップとの間で挟み付けた状態で超音波溶接して端子付き電線を製造する方法であって、
   上記端子金具の接触部に超音波溶接時の振動エネルギーを吸収して反射波の発生を抑制する振動吸収手段を作用させて超音波溶接するようにしたことを特徴とする端子付き電線の製造方法。
2. 上記振動吸収手段は上記端子金具の接触部に備えられた弾性接触片からなり、該弾性接触片は端子金具の本体とは別体で成形したものを本体に対し揺動可能な状態で嵌合固定している上記請求項１に記載の端子付き電線の製造方法。
3. 上記振動吸収手段は上記端子金具の接触部をアンビルに対し弾性的に押圧する押え片からなる請求項１に記載の端子付き電線の製造方法。
4. 上記振動吸収手段は上記端子金具の接触部の先端を突き当て可能に上記アンビルに形成した段部と、該段部に対し上記端子金具を弾性的に押圧する押し付け手段とからなる請求項１に記載の端子付き電線の製造方法。

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