特許 7498026 超音波接合装置

(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】

(24)【登録日】2024-06-03

(45)【発行日】2024-06-11

(54)【発明の名称】超音波接合装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/10 20060101AFI20240604BHJP

   H01R 43/02 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

B23K20/10

H01R43/02 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020098222

(22)【出願日】2020-06-05

(65)【公開番号】P2021186875

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-03-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】宮内 宏隆

(72)【発明者】

【氏名】松本 和弘

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１８５７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００５３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５３０７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波接合用のホーンとアンビル間で少なくとも２本の異なる種類の電線の各導体同士を超音波接合により接合する超音波接合装置であって、
前記ホーンと前記アンビルの少なくとも一方の側に、前記少なくとも２本の異なる種類の電線の位置関係を保った状態で前記各導体同士を接合可能にする受け治具を備え、
前記ホーンはベースに固定され、前記ベースに固定された前記ホーンに対して前記アンビルが昇降自在に設けられており、
前記アンビルで電線を押さえる側の前記ベースに、アンビル側の受け治具が配置され、
前記アンビル側の受け治具は、少なくとも２本の異なる種類の電線の位置関係を保つ電線受け板を有し、
前記電線受け板は、前記アンビルの昇降に伴って昇降する、超音波接合装置。

【請求項2】

前記ホーンで電線を押さえる側の前記ベースに、ホーン側の受け治具が固定され、
前記ホーン側の受け治具は、前記ホーンの超音波振動付与面と同じ位置に少なくとも２本の異なる種類の電線のうちの一方の電線の位置を保つ電線受け板を有している、請求項１に記載の超音波接合装置。

【請求項3】

前記ベースの前記ホーンで電線を押さえる側と前記アンビルで電線を押さえる側の両側にホーン側の受け治具とアンビル側の受け治具がそれぞれ配置され、
前記ホーンで電線を押さえる側の前記ベースに固定されたホーン側の受け治具が、少なくとも２本の異なる種類の電線のうち、硬い金属からなる導体若しくはサイズの大きい導体を有する電線を所定の位置に保持する、請求項１に記載の超音波接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の電線の各々の導体に超音波振動を付与して各導体同士を接合する超音波接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の超音波接合装置として、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された超音波接合装置は、超音波接合装置本体と、導体同士の超音波接合時に各電線を配列させる電線配列治具と、を備えている。この電線配列治具は、電線の挿入開始側から底部に向かって幅方向の間隔が連続的に狭くなる電線配列溝を有している。そして、電線配列治具の電線配列溝に配列された各電線の導体には、超音波エネルギーが均一に印加されるため、良好な接合強度を得ることができるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１４０３９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記従来の超音波接合装置では、電線の配列を規制し、任意でコントロールできる設備が無いため、安定した機械性能及び電気性能を確保することが困難である。

【0005】

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、多種多様の複数の電線の各導体同士を適切な状態で接合することができ、安定した機械性能及び電気性能を確保することができる超音波接合装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様に係る超音波接合装置は、超音波接合用のホーンとアンビル間で少なくとも２本の異なる種類の電線の各導体同士を超音波接合により接合する超音波接合装置であって、前記ホーンと前記アンビルの少なくとも一方の側に、前記少なくとも２本の異なる種類の電線の位置関係を保った状態で前記各導体同士を接合可能にする受け治具を備えたものである。

【0007】

前記ホーンは、ベースに固定され、前記ベースに固定された前記ホーンに対して前記アンビルが昇降自在に設けられていることが好ましい。

【0008】

前記アンビルで電線を押さえる側の前記ベースに受け治具が配置され、前記受け治具は、少なくとも２本の異なる種類の電線の位置関係を保つ電線受け板を有し、前記電線受け板は、前記アンビルの昇降に伴って昇降することが好ましい。

【0009】

前記ホーンで電線を押さえる側の前記ベースに受け治具が固定され、前記受け治具は、前記ホーンの超音波振動付与面と同じ位置に少なくとも２本の異なる種類の電線のうちの一方の電線の位置を保つ電線受け板を有していることが好ましい。

【0010】

前記ベースの前記ホーンで電線を押さえる側と前記アンビルで電線を押さえる側の両側に受け治具がそれぞれ配置され、前記ホーンで電線を押さえる側の前記ベースに固定された受け治具が、少なくとも２本の異なる種類の電線のうち、硬い金属からなる導体若しくはサイズの大きい導体を有する電線を所定の位置に保持することが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、多種多様の複数の電線の各導体同士を適切な状態で接合することができ、安定した機械性能及び電気性能を確保することができる超音波接合装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る超音波接合装置で２本の電線を突き合わせて接合する前の状態の一例を示す概略正面図である。

【図2】図１中ＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【図3】上記２本の電線を突き合わせて接合した状態を示す概略正面図である。

【図4】図３中IV－IV線に沿う断面図である。

【図5】上記第１実施形態の他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合する前の状態を示す概略正面図である。

【図6】上記第１実施形態の他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合した状態を示す概略正面図である。

【図7】上記第１実施形態の別の形態の受け治具で２本の電線を突き合わせて接合する前の状態を示す概略正面図である。

【図8】図７中VIII－VIII線に沿う断面図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る超音波接合装置で２本の電線を突き合わせて接合する前の状態の一例を示す概略正面図である。

【図10】図９中Ｘ－Ｘ線に沿う断面図である。

【図11】上記第２実施形態の超音波接合装置で２本の電線を突き合わせて接合した状態を示す概略正面図である。

【図12】図１１中XII－XII線に沿う断面図である。

【図13】上記第２実施形態の他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合する前の状態を示す概略正面図である。

【図14】上記第２実施形態の他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合した状態を示す概略正面図である。

【図15】本発明の第３実施形態に係る超音波接合装置で品種の異なる３本の電線を突き合わせて接合する前の状態の一例を示す概略正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る超音波接合装置について詳細に説明する。

【0014】

図１は本発明の第１実施形態に係る超音波接合装置で２本の電線を突き合わせて接合する前の状態の一例を示す概略正面図である。図２は図１中ＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。図３は２本の電線を突き合わせて接合した状態を示す概略正面図である。図４は図３中IV－IV線に沿う断面図である。図５は他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合する前の状態を示す概略正面図である。図６は他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合した状態を示す概略正面図である。図７は別の形態の受け治具で２本の電線を突き合わせて接合する前の状態を示す概略正面図である。図８は図７中VIII－VIII線に沿う断面図である。

【0015】

図１～図８に示すように、超音波接合装置１０は、ベース１１に固定されたホーン１２と、このホーン１２に対して昇降するアンビル１３との間で２本の電線２０，２０の複数の素線２２ａからなる各芯線（導体）２２同士を超音波接合により接合するものである。そして、アンビル１３で電線２０を押さえる側（以下、アンビル１３側という）のベース１１には、２本の電線２０，２０の位置関係を保った状態で各芯線２２同士を接合可能にする受け治具１５を備えている。

【0016】

図１、図２に示すように、ホーン１２は、ベース１１に固定されて下側に配置されており、その上面１２ａが超音波振動付与面となっている。また、上側に配置されているアンビル１３は、下側のホーン１２に対して昇降機構（図示省略）を介して昇降自在に設けられおり、その下面１３ｂが加工対象物を受ける加圧面となっている。

【0017】

アンビル１３側のベース１１に配置された受け治具１５は、ベース１１に設けられた穴部１１ａ内に収容された付勢手段としての圧縮コイルバネ１６を介して昇降自在に支持された棒状の治具本体１５ａを有している。また、受け治具１５は、治具本体１５ａの上部に水平に取り付けられて、コントロールしたい１本の電線２０を載せて２本の電線２０，２０の位置関係を保つ電線受け板１５ｂを有している。そして、この電線受け板１５ｂは、アンビル１３の昇降に伴って昇降するようになっている。すなわち、アンビル１３が下降して電線受け板１５ｂに載せた一方の電線２０の芯線２２をホーン１２側に押し付けると同時に、電線受け板１５ｂも該一方の電線２０と共に下降するようになっている。なお、受け治具１５は、一方の電線２０の下降と共に該一方の電線２０を載せた電線受け板１５ｂをその押圧力により下降させることで、下降するようにしたが、アンビル１２を昇降させる図示しない昇降機構に連動させて上下方向に可動するようにしても良い。

【0018】

ホーン１２側及びアンビル１３側に配置される各電線２０は、一端２０ａ側の絶縁被膜２１から露出した複数の素線２２ａからなる芯線（導体）２２を有している。そして、２本の電線２０，２０は、図１、図３に示すように、各芯線２２同士を突き合わせた状態で、或いは、図５、図６に示すように、各芯線２２を同じ向きに合わせた状態で、ホーン１２とアンビル１３間で超音波接合により接合されるようになっている。また、２本の電線２０，２０の接合される各芯線２２の材質は、基本的に異なる材質であり、同じ材質である場合は、線径が異なる。よって、芯線２２は、少なくとも材質又はサイズのどちらか一方が異なるものが良い。さらに、芯線２２の材質としては、例えば、アルミニウム製、アルミニウム合金製、銅製、銅合金製、銅に錫めっきしたものでも良く、撚り線でも単芯線であっても良い。

【0019】

次に、以上第１実施形態の超音波接合装置１０による２本の異なる種類の電線２０，２０の各芯線２２同士の超音波接合による接合を説明する。

【0020】

まず、図１、図２に示すように、アンビル１３側に配置された受け治具１５の電線受け板１５ｂに、配置をコントロールしたい一方の電線２０を載せてセットする。このセットにより、配置をコントロールしたい一方の電線２０とホーン１２の上面１２ａに芯線２２を載せた硬い電線・電線サイズの大きい他方の電線２０との位置関係が保たれる。

【0021】

次に、２本の電線２０，２０の位置関係が保たれた状態で、図３、図４に示すように、アンビル１３を下降させると、アンビル１３が一方の電線２０の芯線２２をホーン１２の上面１２ａ側に押し付ける。また、このアンビル１３の押し付けと同時に、受け治具１５の電線受け板１５ｂが圧縮コイルバネ１６の付勢力に抗して一方の電線２０と共に下降する。この際、各芯線２２同士は、ホーン１２の超音波振動及びアンビル１３の加圧による超音波接合で接合される。

【0022】

上記の超音波接合の際に、ホーン１２の超音波振動付与面である上面１２ａから発振される超音波振動エネルギーがアンビル１３に向かって伝播され、アンビル１３の加圧面である下面１３ｂで各芯線２２同士が加圧される。この超音波接合により、図３、図４に示すように、突き合わされて配置された２本の異なる種類の電線２０，２０の各芯線２２同士を適切な状態で接合することができる。このように、各芯線２２同士を適切な状態で接合することができるため、安定した接合部の強度等の機械性能及び接合部の導通等の電気性能を確保することができる。

【0023】

また、図５、図６に示すように、２本の異なる種類の電線２０，２０を同じ向きに合わせて各芯線２２同士を接合する場合、アンビル１３側に配置された受け治具１５を用いる。これを用いることで、２本の異なる種類の電線２０，２０を突き合わせて接合する場合と同様の作用・効果を得ることができる。この場合、一方の電線２０を受け治具１５の電線受け板１５ｂの上側にセットし、硬い電線・電線サイズの大きい他方の電線２０を受け治具１５の電線受け板１５ｂの下側にセットして接合を行う。

【0024】

さらに、図７、図８に示すように、アンビル１３側に配置された受け治具１５の平板状の電線受け板１５ｂの代わりにＵ字形状の電線受け板１５Ｂを用いれば、配置をコントロールしたい一方の電線２０を落下させることなく確実に載せてセットすることができる。

【0025】

図９は本発明の第２実施形態に係る超音波接合装置で２本の電線を突き合わせて接合する前の状態の一例を示す概略正面図である。図１０は図９中Ｘ－Ｘ線に沿う断面図である。図１１は２本の電線を突き合わせて接合した状態を示す概略正面図である。図１２は図１１中XII－XII線に沿う断面図である。図１３は他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合する前の状態を示す概略正面図である。図１４は他の形態で２本の電線を同じ向きに合わせて接合した状態を示す概略正面図である。

【0026】

この第２実施形態の超音波接合装置１０Ａは、ホーン１２で電線２０を押さえる側（以下、ホーン１２側という）のベース１１に受け治具１８を配置した点が、前記第１実施形態のアンビル１３側のベース１１に受け治具１５を配置したものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0027】

この第２実施形態の超音波接合装置１０Ａでは、ホーン１２側のベース１１に配置された受け治具１８が、ベース１１に固定された板状の治具本体１８ａを有している。また、受け治具１８は、治具本体１８ａの上部に水平に取り付けられて、コントロールしたい１本の電線２０を載せて２本の異なる種類の電線２０，２０の位置関係を保つ電線受け板１８ｂを有している。そして、電線受け板１８ｂの上面とホーン１２の上面（超音波振動付与面）１２ａとは同じ位置（同じ高さ）に位置している。

【0028】

次に、以上第２実施形態の超音波接合装置１０Ａによる２本の異なる種類の電線２０，２０の各芯線２２同士の超音波接合による接合を説明する。

【0029】

まず、図９、図１０に示すように、ホーン１２側に固定された受け治具１８の電線受け板１８ｂに、配置をコントロールしたい硬い電線・電線サイズの大きい他方の電線２０を載せてセットする。このセットにより、配置をコントロールしたい硬い電線・電線サイズの大きい他方の電線２０とアンビル１３の下方に配置された一方の電線２０との位置関係が保たれる。

【0030】

次に、２本の電線２０，２０の位置関係が保たれた状態で、図１１、図１２に示すように、アンビル１３を下降させると、アンビル１３が一方の電線２０の芯線２２をホーン１２の上面１２ａ側に押し付ける。この際、各芯線２２同士は、ホーン１２の超音波振動及びアンビル１３の加圧による超音波接合で接合される。すなわち、ホーン１２の超音波振動付与面である上面１２ａから発振される超音波振動エネルギーがアンビル１３に向かって伝播され、アンビル１３の加圧面である下面１３ｂで各芯線２２同士が加圧される。この超音波接合により、図１１、図１２に示すように、突き合わされて配置された２本の異なる種類の電線２０，２０の各芯線２２同士を適切な状態で接合することができる。このように、各芯線２２同士を適切な状態で接合することができるため、安定した接合部の強度等の機械性能及び接合部の導通等の電気性能を確保することができる。

【0031】

また、図１３、図１４に示すように、２本の異なる種類の電線２０，２０を同じ向きに合わせて各芯線２２同士を接合する場合、ホーン１２側に配置された受け治具１８を用いる。これを用いることで、２本の異なる種類の電線２０，２０を突き合わせて接合する場合と同様の作用・効果を得ることができる。この場合、一方の電線２０を受け治具１８の電線受け板１８ｂの上側にセットし、硬い電線・電線サイズの大きい他方の電線２０を受け治具１８の電線受け板１８ｂの下側にセットして接合を行う。

【0032】

図１５は本発明の第３実施形態に係る超音波接合装置で品種の異なる３本の電線を突き合わせて接合する前の状態の一例を示す概略正面図である。

【0033】

この第３実施形態の超音波接合装置１０Ｂは、ベース１１のアンビル１３側とホーン１２側の両側に受け治具１５，１８をそれぞれ配置した点が、前記第１及び第２実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１及び第２実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0034】

この第３実施形態の超音波接合装置１０Ｂでは、アンビル１３側の受け治具１５とホーン１２側の受け治具１８の高さを変えることで、複数本の異なる種類の電線２０の配置を制御することができるようになっている。すなわち、アンビル１３側の受け治具１５の電線受け板１５ｂの位置をホーン１２側の受け治具１８の電線受け板１８ｂの位置よりも高さＨ高く設定してある。

【0035】

次に、以上第３実施形態の超音波接合装置１０Ｂによる３本の異なる種類の電線２０の各芯線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ同士の超音波接合による接合を説明する。

【0036】

まず、受け治具１８の電線受け板１８ｂの下側に、硬い銅製の複数の素線２２ａからなる大径の芯線（導体）２２Ａを有する電線２０をセットし、電線受け板１８ｂの上側に、硬い銅製の複数の素線２２ａからなる小径の芯線２２Ｂを有する電線２０をセットする。また、受け治具１５の電線受け板１５ｂの上側に、柔らかいアルミ製の複数の素線２２ａからなる大径（銅製の芯線２２Ａと同径）の芯線（導体）２２Ｃを有する電線２０をセットする。

【0037】

上記のセット状態からアンビル１３を下降させ、このアンビル１３の下面１３ｂとホーン１２の上面１２ａとの間で各芯線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに超音波振動を付与しながら加圧することで、各芯線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ同士を確実に接合することができる。
すなわち、アルミ製の芯線２２Ｃや小さいサイズの芯線２２Ｂをホーン１２の上面１２ａに載せると、過溶接となる。しかしながら、銅製で断面積の大きい芯線２２Ａをホーン１２の上面１２ａに載せ、アルミ製で断面積の大きい芯線２２Ｃをアンビル１３の下面１３ｂ側に配したことで、各芯線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ同士を損傷等させることなく接合することができる。この接合により、多種多様の３本の電線２０の各芯線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ同士を適切な状態で接合することができ、安定した接合部の強度等の機械性能及び接合部の導通等の電気性能を確保することができる。すなわち、従来の超音波接合による接合の場合に比べて、各芯線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ同士の接合部の強度低下を最小限に抑えることができると共に、安定した導通状態を得ることができる。

【0038】

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【0039】

すなわち、前記各実施形態によれば、複数本の電線を突き合わせて接合し、複数本の電線を同じ向きに合わせて接合したが、一方の電線の端部の絶縁被膜からに露出した導体に、他方の電線の中途の絶縁被膜から露出した導体を接合するようにしても良い。

【符号の説明】

【0040】

１０，１０Ａ，１０Ｂ 超音波接合装置
１１ ベース
１２ ホーン
１２ａ 上面（超音波振動付与面）
１３ アンビル
１５ アンビル側の受け治具
１５ｂ，１５Ｂ 電線受け板
１８ ホーン側の受け治具
１８ｂ 電線受け板
２０ 電線
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 芯線（導体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】