JP2012105421A - 電線の超音波接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の芯線を矩形状に複数段、複数列に配置して超音波接合するにあたり、芯線の列間の接合性能を向上させ、かつ、１回の工程で超音波接合できるとともに、ホーンから離れた段間の芯線の接合性能を向上させることができる超音波接合方法を実現する。
【解決手段】複数の電線の絶縁被覆を除去した芯線１を加圧方向に複数段、加圧方向に直交する方向に複数列配置して、加圧しながら超音波加振により超音波接合する電線の超音波接合方法において、少なくとも加圧方向に直交する方向に配置した芯線１の列間に金属粉末１１を介在させて超音波接合を行うことにより、芯線１の列間の接合性能を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電線の超音波接合方法に係り、特に、複数の芯線を複数段、複数列に配置して超音波接合する技術に関する。

例えば、特許文献1には、複数の電線の絶縁被覆を除去した芯線を矩形状に複数段、複数列に配置した芯線の束を超音波接合する際、芯線の束を対向する辺部から加圧し、その加圧方向と超音波の照射方向を対向させて芯線同士を超音波接合することが開示されている。この場合、加圧方向と超音波の照射方向に配置された芯線相互間の接合性能は高いが、加圧方向と超音波の照射方向に直交する方向に配置された芯線相互間は、加圧力が小さく、かつ超音波が伝播されにくいから、接合性能が低いという問題がある。そこで、特許文献１は、加圧方向と超音波の照射方向を９０°回転させて２度超音波接合を行うことが提案されている。

一方、特許文献２には、２本の芯線を加圧しながら、芯線の軸方向に超音波振動を付与して芯線同士を超音波接合することが開示されている。その際に、酸化被膜などの汚染皮膜を除去するために、芯線相互間に金属粉末を介在させて超音波振動を付与し、金属粉末により汚染皮膜を破壊させて超音波接合することが提案されている。

特開２０１０−２１８７９６号公報 特開平８−１３８８２２号公報

しかしながら、特許文献１の方法によれば、超音波接合の工程が２回になり、超音波接合の作業効率が低下する。また、複数段、複数列に配置した芯線の束の断面が正方形であれば、同一の超音波接合装置により実施できるが、正方形でない場合は、超音波接合装置を段取り替えしなければならないから、超音波接合の作業効率が更に低下する。さらに、超音波の伝播は、ホーンから離れるにつれて減衰するから、ホーンから遠い芯線相互間の接合性能が低下する。

一方、特許文献２には、複数の芯線を矩形状に複数段、複数列に配置して超音波接合することにともなう問題については配慮されていない。

本発明が解決しようとする課題は、複数の芯線を矩形状に複数段、複数列に配置して超音波接合するにあたり、芯線の列間の接合性能を向上させ、かつ、１回の工程で超音波接合できるとともに、ホーンから離れた段間の芯線の接合性能を向上させることができる超音波接合方法を実現することある。

上記の課題を解決するため、本発明は、複数の電線の絶縁被覆を除去した芯線を加圧方向に複数段、加圧方向に直交する方向に複数列配置して、加圧しながら超音波加振により超音波接合する電線の超音波接合方法において、少なくとも加圧方向に直交する方向に配置した芯線の列間に金属粉末を介在させて超音波接合を行うことを特徴とする。

これによれば、少なくとも加圧方向に直交する方向に配置した芯線の列間に金属粉末を介在させたことから、芯線の列間の隙間が金属粉末により埋まり、列間における芯線の界面の音響インピーダンスを下げることができる。そのため、超音波の減衰を低減でき、列間の芯線相互間の超音波の伝播が改善されるから、芯線の弾性変形、塑性変形、摩擦熱による温度上昇が促進され、芯線の列間の接合性能を向上できる。これにより、芯線の束を回転することなく、１回の工程で段間及び列間の芯線を超音波接合できる。

一方、芯線の段間は、列間に比べて密着性が高いが、多数段に芯線を配置して超音波接合する場合、ホーンから遠くなるにしたがい超音波が減衰する。そのため、列間に加えて段間に金属粉末を介在させ、段間の芯線の界面の音響インピーダンスを下げることにより、ホーンから離れた芯線の段間の接合性能を向上できる。

この場合において、芯線と金属粉末の標準電位の差が大きいと電気腐食が生じるおそれがあるから、電気腐食が生じないように、芯線との標準電位差が小さい材料の金属粉末を使用することができ、例えば、芯線と同じ材料の金属粉末を用いることができる。

本発明によれば、複数の芯線を矩形状に複数段、複数列に配置して超音波接合するにあたり、芯線の列間の接合性能を向上でき、かつ、１回の工程で超音波接合できるとともに、ホーンから離れた段間の芯線の接合性能を向上できる超音波接合方法を実現できる。

本発明の一実施形態の電線の超音波接合方法を説明するための超音波接合装置の主要部の断面図である。

（実施形態）
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１に示すとおり、本実施形態の電線の超音波接合方法は、複数の電線の絶縁被覆を除去した芯線１を、断面矩形状に複数段、複数列（図示例では、３段２列）に配置し、この芯線１の束を公知の超音波接合装置に配置して超音波接合するようになっている。

超音波接合装置は、対向して固定配置される一対の押え部材３と、押え部材３の間に固定配置されたホーン５と、ホーン５に対向して配置され、一対の押え部材３の間をホーン５に向かって摺動可能に設けられたアンビル７を備えている。ホーン５は、アンビル７に向けて超音波を照射可能に形成されている。アンビル７は、図示していない駆動装置に接続され、一対の押え部材３の間をホーン５に向かって進行し、又は、ホーン５から後退可能に形成されている。

次に、本実施形態の特徴の電線の超音波接合方法を説明する。まず、アンビル７をホーン５から離れる方向に後退させて芯線１の束を押え部材３の間に設置する。この際、芯線１の束は、アンビル７の摺動方向（加圧方向）に複数段、アンビル７の摺動方向（加圧方向）に直交する方向に複数列になるように設置される。次に、芯線１の束の隙間に金属粉末１１が介在するように、例えば、芯線１の先端側から金属粉末１１を芯線１の隙間に混ぜ入れる。そして、アンビル７をホーン５に向けて進行させ、ホーン５とアンビル７で芯線１の束を挟み込み加圧するとともに、ホーン５から矢印９に示すように超音波を照射する。また、摺動方向に直交する芯線１の動きは、一対の押え部材３により規制される。この際、加圧力により各芯線１と金属粉末１１との接触面積が大きくなる。すなわち、芯線１同士の接触面積を大きくすることにより、芯線１の界面における音響インピーダンスを下げて、芯線１の界面における超音波の反射等の超音波の減衰を抑制する。これにより、列間における芯線１相互間を超音波が伝播しやすくなり、芯線１の弾性変形、塑性変形、摩擦熱による温度上昇が促進され、芯線１の列間の接合性能が向上する。

本実施形態によれば、芯線１相互間の接合性能が向上するので、加圧方向及び超音波の照射方向を変える芯線の束を回転する工程は不要であり、１回の工程で段間及び列間の芯線１を超音波接合できるから、超音波接合の作業効率を向上できる。

一方、芯線１を多数段、例えば、３段以上に配置する場合、超音波の減衰によりホーン５から遠い位置（アンビル７側）の芯線１に超音波が伝播しにくいから、接合性能が低くなる。しかし、芯線１の束の隙間が金属粉末１１により埋まるから、段間の芯線１の界面の音響インピーダンスも下げることができる。これにより、段間の芯線１の界面における超音波の減衰を低減できるから、ホーン５から遠い位置における段間の芯線１の接合性能が向上する。

なお、芯線１に金属粉末１１を介在させる方法は、本実施形態に限定されない。例えば、超音波接合装置に設置された芯線１の束の先端側から金属粉末１１を吹き付けて、芯線１の列間及び段間の隙間に金属粉末１１を介在させることができる。

また、芯線１の束を超音波接合装置に設置する前に、芯線１の束に金属粉末１１を吹き付ける、又は、金属粉末１１の溜まりに芯線１の束を浸ける等により、芯線１の表面に金属粉末１１を付着させて、芯線１の列間及び段間の隙間に金属粉末１１を介在させることができる。

なお、芯線１と金属粉末１１の標準電位の差が大きいと、電気腐食が生じるおそれがあるから、芯線１と金属粉末１１の標準電位を近づけることが好ましく、例えば、芯線１と金属粉末１１を同じ金属にする、又は、電気腐食が生じない軟らかい金属にすることが好ましい。

１ 芯線
３ 押え部材
５ ホーン
７ アンビル
１１ 金属粉末

Claims (2)

1. 複数の電線の絶縁被覆を除去した芯線を加圧方向に複数段、前記加圧方向に直交する方向に複数列配置して、加圧しながら超音波加振により超音波接合する電線の超音波接合方法において、
   少なくとも前記加圧方向に直交する方向に配置した前記芯線の列間に金属粉末を介在させて前記超音波接合を行うことを特徴とする電線の超音波接合方法。
2. 請求項１に記載の電線の超音波接合方法において、
   前記金属粉末は、前記芯線と同種の材料で形成されることを特徴とする電線の超音波接合方法。
   
   
   

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