特許 6227593 複数のワイヤを導電結合するための方法およびアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6227593

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】複数のワイヤを導電結合するための方法およびアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01R 43/02 20060101AFI20171030BHJP

   H02G 1/12 20060101ALI20171030BHJP

   H02G 1/14 20060101ALI20171030BHJP

   B23K 20/10 20060101ALI20171030BHJP

   B23K 20/24 20060101ALI20171030BHJP

   H01R 4/02 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   H01R43/02 B

   H02G1/12 085

   H02G1/14

   B23K20/10

   B23K20/24

   H01R4/02 C

【請求項の数】19

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-106506(P2015-106506)

(22)【出願日】2015年5月26日

(62)【分割の表示】特願2012-545191(P2012-545191)の分割

【原出願日】2010年11月26日

(65)【公開番号】特開2015-233005(P2015-233005A)

(43)【公開日】2015年12月24日

【審査請求日】2015年6月24日

(31)【優先権主張番号】102009059307.1

(32)【優先日】2009年12月23日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】505404688

【氏名又は名称】シュンク・ソノシステムズ・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】ビェルン・クレースピース

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス・モース

(72)【発明者】

【氏名】ディーター・ストロー

(72)【発明者】

【氏名】ウド・バゲンバハ

(72)【発明者】

【氏名】ペーター・バグナー

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー・ツィースラー

【審査官】 高橋 学

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−１８９８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３０９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１３６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３１０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３８３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０８７６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１４４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１７０７６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０４−０２１９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０１−０１８５５２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第３１５２４４２（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｒ ４３／００

Ｈ０１Ｒ ４３／０２

Ｈ０１Ｒ ４３／０４８

Ｈ０１Ｒ ４／１８

Ｈ０１Ｒ ４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の裸のストランド又は複数のワイヤの束を超音波による処置によって導電結合する方法であって、前記束を、前記超音波による処置の前に、金属材料のスリーブのような金属製の被覆によって取り囲み、前記金属製の被覆の縦軸は、前記束の縦方向に延びている方法において、
少なくとも部分的に収容された束を有する前記金属製の被覆の縦軸を、超音波振動を伝達するソノトロードの縦軸に対し横断方向に設け、前記複数のワイヤまたは複数のストランドの互い同士の、及び前記金属製の被覆との堅い結合を、超音波溶接によって行い、
前記ソノトロードはその縦方向において超音波振動し、超音波振動のピークにおいて、前記ソノトロードは、前記金属製の被覆に作用し、同時に、凹部が、前記金属製の被覆の縦軸に対して横断方向に、前記金属製の被覆に形成されることを特徴とする方法。

【請求項2】

絶縁材を備えた複数のワイヤの束を導電結合するための方法であって、前記絶縁材を、少なくとも部分的に、超音波による措置によって除去する方法において、
前記複数のワイヤの前記束は金属製の被覆により収容され、該金属製の被覆の縦軸を前記束の縦方向に通し、
該金属製の被覆の縦軸を、超音波振動を伝達するソノトロードの縦軸に対し横断方向に設け、前記ソノトロードは、その縦方向において超音波振動し、超音波振動のピークにおいて、前記ソノトロードは、前記金属製の被覆に作用し、超音波溶接によって、前記複数のワイヤの互い同士の、及び前記金属製の被覆との堅い結合を行ない、同時に、凹部が、前記金属製の被覆の前記縦軸に対し横断方向に、前記金属製の被覆に形成され、
前記金属製の被覆によって収容された前記束における超音波溶接の最中に、または前記金属製の被覆への挿入の前に、先行の工程段階で、超音波プラスチック溶接によって行なうことによって、前記絶縁材が少なくとも部分的に除去されることを特徴とする方法。

【請求項3】

前記絶縁材は、絶縁ワニスであることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

絶縁材を備えた複数のワイヤの束を導電結合するための方法であって、前記絶縁材を、少なくとも部分的に、超音波による措置によって除去する方法において、
前記束の前記複数のワイヤの前記絶縁材の少なくとも部分的な除去を、超音波プラスチック溶接によって行い、その後、前記複数のワイヤの前記束は、金属製の被覆によって収容され、該金属製の被覆の縦軸を、前記束の縦方向に延ばし、前記金属製の被覆の縦軸を、超音波振動を伝達するソノトロードの縦軸に対し横断方向に設け、前記ソノトロードはその縦方向において超音波振動し、超音波振動のピークにおいて、前記ソノトロードは、前記金属製の被覆に作用し、超音波溶接によって、前記複数のワイヤの互い同士の、及び前記金属製の被覆との堅い結合を行ない、同時に、凹部が、前記金属製の被覆の縦軸に対して横断方向に、前記金属製の被覆に形成されることを特徴とする方法。

【請求項5】

前記絶縁材は、絶縁ワニスであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

絶縁ワニスを備えた複数のワイヤを、材質同士で結合し、該複数のワイヤは直径Ｄを有し、但し、Ｄ≧０．３ｍｍであることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか1項に記載の方法。

【請求項7】

前記直径は、０．４ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍｍであることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記複数のワイヤが、超音波プラスチック溶接後に、前記金属製の被覆によって囲まれ、次に、該金属製の被覆と共に結合されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか1項に記載の方法。

【請求項9】

超音波金属溶接の際に必要な場合には金属製の被覆によって囲まれている前記複数のワイヤを、前記超音波振動の縦方向に設けることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記複数のワイヤを有する前記金属製の被覆を、前記超音波溶接の際に、超音波振動方向に対し横断方向に設けることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記束のワイヤ端部の領域に、超音波プラスチック溶接中に、超音波を印加すること、超音波プラスチック溶接中に、前記束を圧縮して平行六面体の形状を形成すること、および超音波プラスチック溶接後に、前記圧縮された束の自由端を切り離すことを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

前記複数のワイヤを、超音波プラスチック溶接中に、圧縮して、超音波振動の縦方向における高さＨ１および該縦方向に対し横断方向における幅Ｂ１を有する第１の平行六面体形状に形成すること、および前記ワイヤを、超音波金属溶接中に二次成形して、高さＨ２および幅Ｂ２を有する第２の平行六面体形状を形成し、但し、Ｈ２＜Ｈ１およびＢ２＞Ｂ１であることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記複数のワイヤの前記束は、超音波プラスチック溶接中に、超音波溶接装置のソノトロードとアンビルの間に設けられる金属製の被覆によって囲まれることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

前記複数のワイヤ同士が、超音波金属溶接の際に、支持体に結合されることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

前記複数のワイヤが、少なくとも、超音波プラスチック溶接への供給中に、補助固定手段によって保持され、あるいは、該補助固定手段によって囲まれることを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項16】

補助固定手段として、固定スリーブ又は固定リングが使用されることを特徴とする、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項17】

超音波プラスチック溶接を、第１の処理ステーションで実行し、超音波金属溶接を第２の処理ステーションで実行することを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項18】

超音波プラスチック溶接及び超音波金属溶接の際に、前記複数のワイヤの前記束を、アンビルと、超音波を発するソノトロードとの間に設ける、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法において、前記方法は、
前記超音波プラスチック溶接及び前記超音波金属溶接を、同一の処理ステーションで実行し、前記超音波プラスチック溶接の場合には、前記超音波金属溶接のための前記ソノトロードがアンビルであり、前記超音波金属溶接の場合には、前記超音波プラスチック溶接のためのソノトロードがアンビルであることを特徴とする方法。

【請求項19】

前記金属製の被覆と、前記束を形成する前記複数のワイヤの絶縁材との間に延びている絶縁除去された領域が、圧縮ホースのような絶縁材によって囲まれていることを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁材、特に絶縁ワニスを備えたワイヤの束を導電結合するための方法であって、絶縁材を、少なくとも部分的に、超音波作用によって除去し、必要な場合には、束を、超音波作用の前に、金属材料のスリーブによって保持する方法に関する。更に、本発明は、絶縁されたワイヤの、特に、絶縁ラックを備えたワイヤの束を、超音波によって材質同士で結合するためのアセンブリであって、束は、超音波溶接装置の圧縮室に設けられることができ、該圧縮室は、向かい側では、超音波振動を発生させるソノトロードおよびアンビルによって、および、横方向では、必要な場合には調整可能なサイドジョーによって区画されていてなるアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

材料を材質同士で結合するために、超音波溶接を用いることができる。この場合、溶接のために必要なエネルギを、機械的振動の形態で溶接金属へ導入する。この目的のために、ソノトロードに、縦方向に、超音波振動が引き起こされる。同時に、ソノトロードに関連した対向電極−アンビルとも呼ばれる−への相対移動がなされる。その目的は、必要な、静的な、溶接加圧力を加えるためである。対向電極とソノトロードとの間に、接合される材料が設けられている。

【0003】

超音波溶接では、プラスチック超音波溶接と金属超音波溶接との間の区別がなされる。プラスチックの超音波溶接の際には、溶接領域における加熱が、機械的な振動の吸収によって、溶接領域における振動の反射によって、および接合面での境界面摩擦によってなされる。振動は、垂直に導入される。すなわち、ソノトロードの縦軸は、対向電極によって規定される平面に対し垂直に延びている。該平面上に、接合相手が設けられている。プラスチック超音波溶接の典型的な周波数は、２０ｋＨｚと７０ｋＨｚの間である。

【0004】

プラスチック溶接とは異なり、金属超音波溶接では、機械的な振動が、アンビルによって規定された平面に対し平行に導入される。この場合、ソノトロードと対向電極との間に作用する静的な力と、振動せん断力と、接合面ゾーンにおける温度上昇との間に複雑な関係が生じる。金属超音波溶接の典型的な周波数は、２０ｋＨｚと４０ｋＨｚの間にあって、動作周波数は、通常、２０ｋＨｚの範囲にある。

【0005】

プラスチック超音波周波数および金属超音波周波数では、接合ゾーンは、最大振動にある。

【0006】

特許文献１からは、ワニスが塗られたワイヤを導電結合するための方法が読み取られる。ここでは、ワニスが塗られたワイヤは、該ワイヤが結合される領域で、導電材料によって、少なくとも部分的に囲まれる。その目的は、続いて、超音波作用によって、同時に絶縁ワニスを破壊しつつ、ワイヤを力で材料と結合させるためである。

【0007】

ワニスが塗られたワイヤを溶接前に絶縁除去する必要がないように、該ワイヤは、特許文献２によれば、超音波溶接装置の、ソノトロードおよびアンビルによって区画された保持空間（Aufnahmeraum）に導入される。ソノトロードおよび／またはアンビルは、プロファイルを有する。

【0008】

絶縁材を有するワイヤは、特許文献３によれば、導電材料からなるスリーブによって囲まれる。該スリーブは、次に、超音波溶接装置の中でワイヤに結合される。ソノトロードは、断面がＷ字形の形状を有し、かつ、アンビルに関して、凸面状の曲線を有する。

【0009】

特許文献４からは、電気的に絶縁された導体をケーブルラグと結合するための方法が、読み取られる。絶縁除去のためには、ワイヤには、超音波が作用する。同時に、クリンプ片（Crimpfahnen）が、ワイヤをケーブルラグに取り付けるために、曲げられる。

【0010】

絶縁材によって囲まれる導電体を接続手段と結合させるために、前者は並設される。その目的は、次に、超音波によって、材質同士の結合を達成するためである（特許文献５）。

【0011】

絶縁材によって囲まれるワイヤを、接続手段と結合させるために、特許文献６は、絶縁材を貫通する突出部を有し、かつ、ワイヤを囲む金属要素を意図する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】DE-B-102 29 565

【特許文献2】DE-A-196 36 217

【特許文献3】JP-A-22075481

【特許文献4】JP-A-4370669

【特許文献5】US-A-6,009,366

【特許文献6】US-A-4,317,277

【発明の概要】

【0013】

明細書の最初の部分に記載のタイプの方法およびアセンブリを、絶縁ワイヤ、特に、絶縁ワニスを備えたワイヤ同士の間の、安全な、材質同士の結合が可能であるように、改善するという課題が、本発明の基礎になっている。同時に、知られた方法に比較して、簡素化が与えられていることを意図する。良好な導電結合では、高い機械的強度が保証されていることが意図される。

【0014】

他方、溶接中に問題を引き起こす裸のワイヤまたはストランド同士を必要な程度に結合させるという課題が基礎になっている。

【0015】

上記課題を解決するために、本発明は、実質的に以下のことを意図する。すなわち、第１の段階で、ワイヤの絶縁材をプラスチック超音波溶接によって少なくとも部分的に除去し、かつ、第２の段階で、ワイヤ同士を金属超音波溶接または抵抗溶接によって材質同士で結合させること、あるいは、ワイヤの束を、スリーブのような金属製の被覆によって保持し、かつ、金属製の被覆の縦軸を、超音波振動を伝達するソノトロードの縦軸に対し横方向に設け、超音波溶接によって、絶縁材の部分的な除去のみならず、ワイヤを互いのおよび金属製の被覆との材質同士による結合を行なうことである。この場合、同時に、スリーブのような該金属製の被覆の縦軸に対し横方向に、溝状の切り欠きのような凹部が成形される。絶縁除去は、好ましくは、被覆の中での材質同士での結合に先行する工程段階でなされるとき、驚くべきことに、被覆の中での溶接中にも、絶縁材の少なくとも部分的な除去がなされることができる。

【0016】

絶縁ワニスを備えたこのようなワイヤは、通常、少なくとも０．３ｍｍの直径を有する。好ましい直径の範囲は、０．４ｍｍと１．５ｍｍの間にあるが、このことによって、本発明に係わる教示は、限定されない。ワイヤは、基本的に、中実の銅ワイヤまたはアルミニウムワイヤ、あるいは、銅合金またはアルミニウム合金のワイヤである。材料の混合物、すなわち、異なる材料からなるワイヤも、同様に可能である。この場合、十分な剛性を得るためには、追加的に、少なくとも１つのスチールワイヤが、ワイヤの束に含められていてもよい。しかし、ソノトロードの寿命を短縮することはない。というのは、成形されたシート部分のような、金属製の被覆は、ソノトロードとワイヤの間の直接的な接触を防止するからである。

【0017】

利点は、特に、アルミニウムのワイヤ、大きな横断面のワイヤの溶接の際にも生じる。というのは、スリーブは、付着または部分的な合金化（Anlegierung）に対する防止を提供するからである。

【0018】

スズめっきされたワイヤも、問題なく溶接することができる。

【0019】

ワイヤのコアの剥離が、スリーブにより回避される。

【0020】

異なる横断面のワイヤの束を、超音波によって問題なく溶接することができる。異なる横断面のワイヤの溶接の際の、他の場合には見いだされる減衰は、金属製の被覆により発生しない。

【0021】

本発明によれば、２段階の方法を用いることは好ましい。この方法によって、まず、絶縁材すなわち絶縁ワニスを破壊しかつ取り除き、次に、第２の工程段階で、少なくとも部分的に絶縁除去されたワイヤを互いに材質同士で結合させる。このことが超音波によってなされることは好ましい。但し、抵抗溶接による、少なくとも部分的に除去されたワイヤの溶接が、同様に可能であるとしても、である。

【0022】

絶縁除去および材質同士の結合が、２つの工程段階でなされるのではなく、只１つの工程段階で実行されるとき、本発明の代替案は、ワイヤの束をスリーブにまたは対応の被覆に導入し、かつ、該スリーブを、超音波溶接装置の、超音波振動を伝達するソノトロードに対して、以下のように、すなわち、スリーブまたは被覆の縦軸が、超音波振動の縦方向に対し横方向に、従って、ソノトロードの縦軸に対し横方向に延びているように、整列されることを意図する。このようなアセンブリでは、驚くべきことに、絶縁ワニスを、同様に、必要な程度に破壊しかつ取り除き、次に、材質同士の結合を可能にすることが明らかになった。同時に、スリーブまたは被覆の二次成形がなされる。スリーブまたは被覆は、超音波溶接中に、ソノトロードを介して作用する力によって、縦方向に対し垂直に、切り欠きのような凹部を生じさせる。このことによって、更に、スリーブと、絶縁除去されたワイヤとの結合が強められる。

【0023】

スリーブまたは被覆−簡略化のために以下基本的にスリーブと呼ぶ−の縦軸は、ワイヤの方向に、すなわち、ワイヤからなる溶接される束の縦方向に延びている。

【0024】

２段階の作業プロセスでは、ワイヤを、プラスチック超音波溶接後に、スリーブによって囲み、次に、スリーブと共に材質同士で結合させることが意図される。この場合、ワイヤを有するスリーブの縦軸を、超音波振動の縦方向に整列することができるのは、超音波の適用が、金属超音波溶接中になされるときである。

【0025】

しかしながら、プラスチック金属溶接によって、ノードへと圧縮されたワイヤをスリーブに導入することは、必ずしも必要ではない。

【0026】

スリーブが使用されるとき、更に、スリーブの縦軸を超音波振動に対し横方向に設けて、この場合、前述のように、切り欠きが生じるようにする可能性がある。

【0027】

特に良好な振動結果が得られるのは、ワイヤを、プラスチック超音波溶接中に、圧縮して、超音波振動の縦方向における高さＨ１および縦方向に対し横方向における幅Ｂ１を有する第１の平行六面体形状に形成し、次に、ワイヤを、金属超音波溶接中に二次成形して、高さＨ２および幅Ｂ２を有する第２の平行六面体形状を形成し、但し、Ｈ２＜Ｈ１およびＢ２＞Ｂ１であるときである。

【0028】

ワイヤを、更に、金属超音波溶接中に、支持体と材質同士で結合させることができる。この場合に、予め絶縁除去されたワイヤが、スリーブによって囲まれていることは、しばしば不要である。

【0029】

ワイヤを超音波振動装置の圧縮室へ供給する際に、ワイヤが広げられていて、ワイヤの問題となる導入があり得ることを排除するために、本発明の改善では、ワイヤを、少なくとも、プラスチック超音波溶接への供給中に、補助固定手段によって保持し、あるいは、該補助固定手段によって囲むことを意図する。この場合、補助固定手段として、固定スリーブを使用することができる。実際また、もっぱら圧力室への供給の際にワイヤの束を囲むツールが用いられる。

【0030】

絶縁材の少なくとも部分的な除去、特に、ワニスの破壊を、第１の処理ステーションで実行することができ、これに対し、材質同士の結合を、第２の処理ステーションで実行することができる。

【0031】

しかしながら、本発明の、強調される実施の形態では、プラスチック超音波溶接および金属超音波溶接を、同一の処理ステーションで実行し、プラスチック超音波溶接の場合には、金属超音波溶接のためのソノトロードが、プラスチック超音波溶接の際のアンビルであり、金属超音波溶接の場合には、プラスチック超音波溶接のためのソノトロードが、金属超音波溶接のためのアンビルであることが意図されている。

【0032】

超音波作用中に、絶縁ワニスを破壊する際に、絶縁ワニスの部分的な蒸発および絶縁ワニスの焼け焦げがなされる。このことによって金属超音波溶接中に材質同士の結合が損なわれることを回避するために、本発明は、ワイヤの端部の領域で、プラスチック超音波溶接中に、ワイヤの束に超音波を当て、束を圧縮して平行六面体を形成し、次に、プラスチック超音波溶接後に、圧縮された束の自由端を分離、例えば切断することを意図する。このことによって、ワイヤ同士の間にあるワニスの残りが更に除去される。

【0033】

更に、本発明は、裸のストランドまたはワイヤの束を超音波作用によって導電結合する方法であって、束を超音波作用の前に、金属材料のスリーブのような金属製の被覆によって保持する方法において、束を金属製の被覆によって保持し、金属製の被覆の縦軸を、超音波振動を伝達するソノトロードの縦軸に対し横方向に設け、ワイヤまたはストランドの互いのまたは金属製の被覆との材質同士の結合を、超音波振動によって実行し、同時に、金属製の被覆の縦軸に対し横方向に、該被覆に、凹部を成形することを特徴とする。適切な方法では、このことに応じて、前述の特徴が、請求される。

【0034】

更に、絶縁されたワイヤの、特に、絶縁ラックを備えたワイヤの束を、超音波によって材質同士で結合するためのアセンブリであって、束は、超音波溶接装置の圧縮室に設けられることができ、該圧縮室は、向かい側では、超音波振動を発生させるソノトロードおよびアンビルによって、および、横方向では、必要な場合には調整可能なサイドジョーによって区画されているアセンブリは、該アセンブリは、第１のおよび第２のソノトロードを有し、両者の縦軸は、直角で交差していること、アセンブリは、金属超音波溶接およびプラスチック超音波溶接のために適していること、および、金属超音波溶接の場合には、第２のソノトロードが励起しておらず、第１のソノトロードのためのアンビルおよび該第１のソノトロードは励起可能であり、プラスチック超音波溶接の場合、第１のソノトロードは励起されておらず、第２のソノトロードのためのアンビルおよび該第２のソノトロードは励起可能であることを特徴とする。このアセンブリによって、前になされた記述の、方法に係わる特徴を適用することができる。

【0035】

本発明の複数の他の詳細、利点および特徴は、複数の請求項と、これらの請求項から読み取れる、単独および／または組合せで生じる複数の特徴とからのみならず、図面から見て取れる複数の好ましい実施の形態の以下の記述からも明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】超音波溶接アセンブリの原理図を示す。

【図2】プラスチック超音波溶接装置の部分図を示す。

【図3】金属超音波溶接装置の部分図を示す。

【図4】プラスチック・金属超音波溶接装置の部分図を示す。

【図5a】本発明に係わるプロセスシーケンスを示す。

【図5b】本発明に係わるプロセスシーケンスを示す。

【図5c】図５ａおよび５ｂの変形例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0037】

基本的には同一の要素に対して同一の参照符号が用いられてなる図には、絶縁材を備えた複数のワイヤを材質同士で（stoffschluessig）結合させるための本発明に係わる方法の、好ましい実施の形態または適用例が示されている。ワイヤ１０が、塗装されたワイヤであることは好ましい。溶接されるワイヤは、前もってまとめられて、束に形成される。広がることを回避するために、束１２は、基本的に図から明らかなように、リング１４またはスリーブの形態をとる固定補助手段によって囲まれていることができる。

【0038】

０．３ｍｍと１．５ｍｍの間の直径を有することができ従ってまた十分に硬い絶縁されたワイヤ１０の束１２を圧縮し、かつ導電接続するために、プラスチック超音波溶接が、金属超音波溶接と組み合わせて用いられる。金属超音波溶接を、必要な場合には、抵抗溶接によって置き換えることができる。

【0039】

図１には、重要な要素を説明するために、超音波溶接アセンブリが基本的に示されている。ここでは、アセンブリ１１０を、金属を溶接するために定められた超音波溶接装置１１１を参照して説明する。

【0040】

超音波溶接アセンブリ１１０は、重要な要素として、コンバータ１１２およびソノトロード１１４を有する。両者の間には、振幅を増大させるためのブースタ１１６が設けられている。コンバータ１１２、ブースタ１１６およびソノトロード１１４は、ブースタ１１６に取り付けられているいわゆる超音波発振機１１７を形成する。ソノトロードのヘッドは、図１には認められない。ソノトロード１１４には、対向電極１１５が関連づけられている。該対向電極に対して発振機１１７が下げられることができる。その目的は、溶接の際に力を接合相手に導入するためである。更に、サイドスライダがある。その目的は、ソノトロード１１４、対向電極またはアンビル１１５およびサイドスライダによって囲まれた圧縮室の高さおよび幅を所望の程度に調節することができるためである。対向電極１１５は、例えば、US-A-4,596,352に記載されているように、特に複数の部分に形成されている。

【0041】

コンバータ１１２は、ライン１１８を介して、ジェネレータ１２０に接続されている。該ジェネレータ自体は、ライン１２２を介して、コンピュータ１２４に接続されている。ジェネレータ１２０を介して、コンバータ１１２、詳しくは該コンバータに設けられた圧電性結晶ディスクには、高周波数電圧が印加される。その目的は、このことに対応して、ディスクを膨張させ、または収縮させるためである。このことによって、超音波振動は、ブースタ１１６によって強化されてソノトロードに伝達される振幅で、発生される。

【0042】

本発明によれば、束１２にまとめられたワイヤ１０のワニス絶縁材は、超音波によって破壊されかつ除かれる。硬いワイヤ１０は、超音波および力の導入の際に、必要な抵抗を形成する。その目的は、ワニスが剥がれることができるためである。同時に、圧縮がなされる。このことは、図２から基本的に見て取れるように、プラスチック超音波溶接装置２６の中でなされる。

【0043】

万が一ワイヤ１０が十分に硬くないときは、束の中に、スチールワイヤを挿入してもよい。このことによって、所望のまたは必要な硬さが得られる。その目的は、超音波の適用の際に、絶縁材またはワニスを除去し、または剥がすためである。

【0044】

このようなスチールワイヤは、束が、以下に説明するように、溶接の前に、金属製の被覆またはスリーブによって保持され、該被覆またはスリーブが束と溶接されるときは、ソノトロードを、増加した磨耗に晒すことをもたらさない。

【0045】

このような装置２６の重要な構成要素は、振動ノードに取り付けられているソノトロード２８である。実施の形態ではλ／２の振動機であるソノトロード２８は、端面を有するソノトロードヘッド３０を具備する。端面は、対向電極３４の支持面３２に平行に延びている。該支持面に、束１２が位置決めされる。ソノトロード２８は、縦軸の方向に振動される。それ故に、ソノトロード２８を設けることによって、および、ソノトロードヘッド３０の端面によって形成された、ソノトロードの溶接面を、同様に溶接面として用いられる、アンビル３４の支持面３２に対し設けることによって、超音波振動が、ワイヤの縦軸に対し垂直方向に、束１２のワイヤ１０に導入されるのは、アンビル３４の溶接面３２上に、このような束１２が設けられている場合である。従って、圧縮室内のワイヤ１０または束１２の縦軸は、ソノトロード２８の縦軸に対し垂直に延びている。超音波振動を導入するために、このことに対応して、ソノトロード２８は、図示しない束１２の方向に下げられる。一方ではソノトロードヘッド３０の端面によっておよび他方ではアンビル３４の溶接面３２によって区画された圧縮室を、側方で、詳細には示されないスライダによって閉じることができる。その目的は、幅を調整することができるためである。

【0046】

適切な工程段階は、図５ａからも見て取れる。該工程段階には、参照符号１が付されている。かくして、固定スリーブ１４によって囲まれているワイヤ１０の束１２は、図２に対応している超音波溶接装置の適切な圧縮室に入れられる。超音波の適用によって、ワニスの破壊および取り除きが、圧縮・溶接室内の束１２の圧縮と同時に、なされる。それ故に、圧縮室の周囲形状に対応して、束１２の圧縮された端部領域３６に、平行六面体形状が生じる。

【0047】

超音波作用によって、既述のように、同時に、ワイヤ１０の絶縁ワニスが、破壊されかつ取り除かれる。更に、部分的な蒸発がなされる。後続の工程段階を妨げる焼けすぎたラックが、端部領域にあるときは、平行六面体状に二次成形された端部領域３６の自由端は切断されるだろう。

【0048】

プラスチック超音波溶接に晒された束１２が、圧縮室から取り出された後には（図５ａの段階２）、実施の形態では、束１２の、平行六面体状の端部部分３６の表面に沿って、接続スリーブまたはいわゆるリングケーブルラグ３８が押し被せられる（工程段階３）。このようなユニットは、次に、金属超音波溶接装置４０の圧縮室に挿入される。その目的は、リングケーブルラグ３８または他方の要素、例えばスリーブまたはシートと、少なくとも部分的にラックで絶縁された剥き出しのワイヤ束１２との間で材質同士の結合をするためである。この場合、結合アイ（Anschlussoese）を、金属超音波溶接装置４０の圧縮室へ、ソノトロード４２の縦方向に（図面平面に対し垂直に）、あるいは、図５ｂからは基本的に明らかなように、該ソノトロードに対し横方向に、すなわち、矢印５の方向に挿入する可能性がある。この場合には、リングケーブルラグ３８の縦軸は、ソノトロードの縦軸に対し垂直に延びている。その結果、力の作用および超音波の伝達の際に、ソノトロードの形状に対応して、ソノトロードがリングケーブルラグ３８に作用してなる振動ピークにおいて、切り欠き４４が形成される（図５ｂの除去段階６を参照せよ）。このことによって、追加的に、リングケーブルラグ３８と束１２との間の形状係合および力の係合（Form-und Kraftschluss）が強化される。

【0049】

リングケーブルラグ３８の代わりに、束１２は、適切な形状の金属製の被覆によって保持されていることができる。

【0050】

図５の実施の形態では、ソノトロード４２として、λ-ソノトロードが使用される。該λ-ソノトロードは、一端で取り付けられており、かつ、端面４４から間隔λ／２をあけて、リングケーブルラグ３８に作用する。

【0051】

リングケーブルラグ３８は、金属超音波溶接の際に、ソノトロードの縦軸に平行に位置決めされるとき、二次成形は、図５ｂの右下の図によって基本的に示すように、リングケーブルラグ３８の縦方向になされる。

【0052】

換言すれば、リングケーブルラグ３８と材質同士で結合されかつ予め部分的に絶縁が除去された複数のワイヤ１０は、図５ｂの左下の図では、リングケーブルラグ３８の整列の際に、ソノトロードの縦軸に対し横方向に、かつ右下の図では、ソノトロード縦軸に対し平行に、詳しく示されない圧縮室に位置決めされたのである。

【0053】

複数の絶縁されたワイヤの互いのまたはリングケーブルラグとの、材質同士の結合のための措置および工程段階を、図４および５との関連で説明した。該措置および工程段階は、対応して、裸のストランドおよびワイヤ同士の、または対応のリングケーブルラグ３８との、または適切な形状の金属製の他の被覆との、材質同士での結合に当てはまる。超音波溶接後に、リングケーブルラグまたは被覆の縦方向に対し横方向に延びておりかつ図５ｂに示した切り欠き４４に対応する切り欠きが、リングケーブルラグ３８または被覆に成形されている。

【0054】

図３には、超音波溶接装置４６の部分図が示されている。該超音波溶接装置によって、部分的に絶縁が除去された複数のワイヤ１０が、材質同士で互い結合される。実施の形態では、ワイヤ１０は、ソノトロード４８の縦軸に対し平行に整列される。ここでは、ワイヤ１０が、絶縁除去後に、スリーブによって保持される必要はない。むしろ、ワイヤ１０を、例えばシートと溶接することができる。該シートは、超音波溶接装置４６のアンビル５０上に位置決めされる。更に、サイドスライダ５２，５４が認められ、該サイドスライダは、圧縮室を側方に区画する。

【0055】

実際また、ワイヤ１０の、まず部分的に絶縁が除去された束１２が、他の金属製の要素との結合がなされることなく、圧縮されてノードに形成され、かつ溶接される可能性がある。

【0056】

本発明に係わる教示によれば、図２のような第１の作業ステーションにおいて、ワイヤ１０の絶縁除去を行ない、更なる圧縮、ならびに、互いの、および支持体またはスリーブとの材質同士の結合を、図３に示すように第２の作業ステーションで行なうことができる。

【0057】

図４の実施の形態から、他の代替方法が生じる。該代替方法によれば、ワイヤ１０の少なくとも部分的な絶縁除去およびワイヤの材質同士の結合を、只１つの作業ステーションで行なう。該作業ステーションは、この目的のために、図２および３に示すように、２つのソノトロード２８，４８を有する。ここでは、ヘッド３０，４９を有するソノトロード２８，４８は、該ヘッドが二重機能を果たし、すなわち、一方では、必要な超音波振動を伝達するために用いられ、他方では、アンビルの機能を果たすように、互いに整列される。

【0058】

図４に示す、ソノトロードヘッド３０，４９によって区画された圧縮室で、ワイヤ１０の絶縁除去がなされることが意図されるとき、ソノトロード４８のソノトロードヘッド４９が、アンビルとして用いられる。ソノトロード２８は、次に、ワニスまたは絶縁材を破壊するために、超音波振動を発する。従って、プラスチック溶接プロセスが実行される。

【0059】

続いて、必要な場合には、スリーブをワイヤ１０の束１２の表面に沿って押し被せた後に、材質同士の結合がなされることが意図されるとき、ソノトロード２８のソノトロードヘッド３０が、対向電極またはアンビルとして用いられる。これに対し、ソノトロード４８は、超音波振動され、該超音波振動を、接合される材料に伝達する。金属溶接工程がなされる。

【0060】

まず、ワイヤ１０の絶縁除去および次にリングケーブルラグ３８のようなスリーブとの、または、例えば成形されたシートによって形成された他の被覆との溶接がなされるとき、通常は、ワイヤ１０は、スリーブの外側で、数ミリメートルの部分に亘って絶縁除去されている。この領域３７は、２つの環状の境界によって、一方では、スリーブ３８の開口部３９によって、および他方では、ワイヤ１０の絶縁材の縁部４３によって、区画される。この領域３７を、ワイヤ１０を絶縁するために、収縮チューブ４５によって問題なく囲むことができる（図５ｃ）。

【0061】

溶接されるワイヤ１０に関して、以下のことに言及しなければならない。すなわち、ワイヤが、同一の材料からならず、かつ、同一の横断面を有する必要がないことである。

【0062】

むしろ、材料混合物を溶接することできる。異なった横断面のワイヤ１０も、溶接することができる。

【0063】

実際また、本発明に係わる教示は、被覆の中でまたは被覆と材質同士で結合される裸のワイヤまたはストランドにも当てはまる。

【0064】

従って、金属製の被覆の中で裸のストランドまたはワイヤを溶接することは、同様に、本発明に係わる教示に含まれる。溶接の際に、被覆の縦軸が、ソノトロードの縦軸に対し横方向に設けられる。その目的は、被覆の縦軸に対し横方向に、被覆に、凹部を成形するためである。

【0065】

複数の実施の形態において、本発明に係わる教示を、ワニスで絶縁された、すなわち硬い絶縁材を有するワイヤを用いて、説明した。この場合、用途は、軟らかい絶縁材を備えた他のワイヤのためにも可能である。
以下に、出願時の特許請求の範囲の記載事項を付記する。
［条項１］ 絶縁材、特に絶縁ワニスを備えた複数のワイヤの束を導電結合するための方法であって、前記絶縁材を、少なくとも部分的に、超音波作用によって除去し、必要な場合には、前記束を、前記超音波作用の前に、金属材料のスリーブのような金属製の被覆によって保持する方法において、
前記複数のワイヤの前記束を、前記金属製の被覆によって保持し、該金属製の被覆の縦軸を、超音波振動を伝達するソノトロードの縦軸に対し横方向に設け、超音波溶接によって、前記複数のワイヤを互いのおよび前記金属製の被覆との材質同士の結合を行ない、同時に、該金属製の被覆の前記縦軸に対し横方向に、この金属製の被覆に、凹部を成形し、前記絶縁材の少なくとも１つの部分的な除去を、前記金属製の被覆によって保持された束における超音波溶接の最中に、または前記金属製の被覆への挿入の前に、先行の工程段階で、プラスチック超音波溶接によって行ない、あるいは、第１の段階で、前記複数のワイヤの前記絶縁材を、プラスチック超音波溶接によって少なくとも部分的に除去し、第２の段階では、前記複数のワイヤを、金属超音波溶接または抵抗溶接によって材質同士で結合することを特徴とする方法。
［条項２］ 絶縁ワニスを備えた複数のワイヤを、材質同士で結合し、該複数のワイヤは直径Ｄを有し、但し、Ｄ≧０．３ｍｍ、特に、０．４ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍｍであることを特徴とする条項１に記載の方法。
［条項３］ 前記複数のワイヤを、前記プラスチック超音波溶接後に、前記金属製の被覆によって囲み、次に、該金属製の被覆と共に、材質同士で結合することを特徴とする条項１または２に記載の方法。
［条項４］ 前記金属超音波溶接の際に必要な場合には金属製の被覆によって囲まれている前記複数のワイヤを、前記超音波振動の縦方向に設けることを特徴とする条項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
［条項５］ 前記複数のワイヤを有する前記金属製の被覆を、前記超音波溶接の際に、超音波振動方向に対し横方向に設けることを特徴とする条項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
［条項６］ 前記束のワイヤ端部の領域に、プラスチック超音波溶接中に、超音波を印加すること、該プラスチック超音波溶接中に、前記束を圧縮して平行六面体の形状を形成すること、およびプラスチック超音波溶接後に、前記圧縮された束の自由端を切り離すことを特徴とする条項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
［条項７］ 前記複数のワイヤを、前記プラスチック超音波溶接中に、圧縮して、超音波振動の縦方向における高さＨ１および該縦方向に対し横方向における幅Ｂ１を有する第１の平行六面体形状に形成すること、および前記ワイヤを、前記金属超音波溶接中に二次成形して、高さＨ２および幅Ｂ２を有する第２の平行六面体形状を形成し、但し、Ｈ２＜Ｈ１およびＢ２＞Ｂ１であることを特徴とする条項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
［条項８］ 前記複数のワイヤの前記束を、前記プラスチック超音波溶接中に、超音波溶接装置のソノトロードとアンビルの間に設けられる金属製の被覆によって囲むことを特徴とする条項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
［条項９］ 前記複数のワイヤを、金属超音波溶接の際に、支持体に材質同士で結合することを特徴とする条項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
［条項１０］ 前記複数のワイヤを、少なくとも、プラスチック超音波溶接への供給中に、補助固定手段によって保持し、あるいは、該補助固定手段によって囲むことを特徴とする条項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
［条項１１］ 補助固定手段として、固定スリーブまたは固定リングを使用することを特徴とする条項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
［条項１２］ 前記プラスチック超音波溶接を、第１の処理ステーションで実行し、前記金属超音波溶接を第２の処理ステーションで実行することを特徴とする条項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
［条項１３］ 前記プラスチック超音波溶接および前記金属超音波溶接の際に、前記複数のワイヤの前記束を、アンビルと、超音波を発するソノトロードとの間に設ける、条項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法において、前記方法は、
前記プラスチック超音波溶接および前記金属超音波溶接を、同一の処理ステーションで実行し、前記プラスチック超音波溶接の場合には、前記金属超音波溶接のための前記ソノトロードがアンビルであり、前記金属超音波溶接の場合には、前記プラスチック超音波溶接のためのソノトロードがアンビルであることを特徴とする。
［条項１４］ 前記金属製の被覆と、前記束を形成する前記複数のワイヤの前記絶縁材との間に延びている絶縁除去された領域を、圧縮ホースのような絶縁材によって囲むことを特徴とする条項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
［条項１５］ 複数の裸のストランドまたは複数のワイヤの束を超音波作用によって導電結合する方法であって、前記束を超音波作用の前に、金属材料のスリーブのような金属製の被覆によって保持する方法において、
部分的に保持された束を有する前記被覆の縦軸を、超音波振動を伝達するソノトロードの縦軸に対し横方向に設け、前記複数のワイヤまたは複数のストランドの互いのまたは前記金属製の被覆との材質同士の結合を、超音波振動によって実行し、同時に、前記金属製の被覆の縦軸に対し横方向に、該被覆に、凹部を成形することを特徴とする方法。
［条項１６］ 複数の絶縁されたワイヤ（１０）の、特に、絶縁ラックを備えた複数のワイヤの束（１２）を、超音波によって材質同士で結合するためのアセンブリであって、前記束は、超音波溶接装置（２６）の圧縮室に設けられることができ、該圧縮室は、向かい側では、超音波振動を発生させるソノトロード（２８，４８）およびアンビル（３４，５０）によって、および、横方向では、必要な場合には調整可能なサイドジョー（５２，５４）によって区画されているアセンブリにおいて、
該アセンブリは、第１のおよび第２のソノトロード（２８，４８）を有し、両者の縦軸は、直角で交差していること、前記アセンブリは、前記金属超音波溶接および前記プラスチック超音波溶接のために適していること、および、前記金属超音波溶接の場合には、前記第２のソノトロード（２８）が励起しておらず、前記第１のソノトロード（４８）のアンビルおよび該第１のソノトロードは励起可能であり、前記プラスチック超音波溶接の場合、前記第１のソノトロードは励起されておらず、前記第２のソノトロードのためのアンビルおよび該第２のソノトロードは励起可能であることを特徴とするアセンブリ。

【符号の説明】

【0066】

１０ ワイヤ
１２ 束
２６ 超音波溶接装置
２８ ソノトロード
３４ アンビル
４８ ソノトロード
５０ アンビル
５２ サイドジョー
５４ サイドジョー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】