特許 7598784 導体の接合構造および導体の超音波接合方法

(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】2024-12-04

(45)【発行日】2024-12-12

(54)【発明の名称】導体の接合構造および導体の超音波接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/10 20060101AFI20241205BHJP

   H01R 4/02 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

B23K20/10

H01R4/02 C

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021034792

(22)【出願日】2021-03-04

(65)【公開番号】P2022135166

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-11-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】391045897

【氏名又は名称】古河ＡＳ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】生沼 良樹

(72)【発明者】

【氏名】山田 拓郎

【審査官】山内 隆平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１６９３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００４４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３６２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４０７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２２５４９２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１０

Ｈ０１Ｒ ４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電線の導体同士が超音波接合された導体の接合構造であって、
複数の前記導体を集合させて接合された接合部において、少なくとも、金型の合わせ部跡に対応する位置に配置されている前記導体が、それぞれ別々の編組線で覆われた状態で接合されていることを特徴とする導体の接合構造。

【請求項2】

全ての前記導体に、それぞれ前記編組線が被せられることを特徴とする請求項１記載の導体の接合構造。

【請求項3】

金型の合わせ部跡に対応する位置に配置されている前記導体のみが、それぞれ前記編組線で覆われ、残りの前記導体には前記編組線が被せられないことを特徴とする請求項１記載の導体の接合構造。

【請求項4】

前記電線は、アルミニウムが主成分の前記導体からなり、前記導体と前記編組線とが同一の材料系で構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の導体の接合構造。

【請求項5】

複数の前記電線は、相対的に変形しやすい材質と相対的に変形しにくい材質の異なる材質からなる前記導体が混在しており、前記編組線が、相対的に変形しにくい前記導体と同一の材質又はより変形しにくい材質であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の導体の接合構造。

【請求項6】

接合部の断面が略矩形であり、前記金型の合わせ部跡は、四隅に形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の導体の接合構造。

【請求項7】

複数の電線の導体同士の超音波接合方法であって、
アンビルと、前記アンビルと対向配置されるホーンと、前記アンビルと前記ホーンとの対向方向と直交する方向に対向する一対のギャザーとを用い、
少なくとも、前記アンビルと前記ギャザーとの合わせ部に配置される導体と、前記ホーンと前記ギャザーとの合わせ部に配置されるそれぞれの前記導体を覆うようにそれぞれ編組線をかぶせて、複数の前記導体を集合させた集合体を、前記アンビル及び前記ホーンとで挟み込み、加圧しながら振動を与えて前記導体同士及び前記導体と前記編組線とを接合することを特徴とする導体の超音波接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の電線の導体同士が超音波接合された導体の接合構造及び導体の超音波接合方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車等に用いられるワイヤハーネスは、複数本の電線が接合されて用いられる。このような電線同士の接合としては、例えば、複数の電線のそれぞれの絶縁被覆を皮剥ぎして芯線を露出し、各芯線の先端を揃えた状態にして重ね合わせ、この状態で、芯線を挟み込むようにして超音波接合等で芯線同士を接合する方法がある（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開公報２０１９／２２５４９２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図４（ａ）は、一般的な超音波接合装置１００を示す概略図である。超音波接合装置１００は、主に、ホーン１０５、アンビル１０７、ギャザー１０９等から構成される。アンビル１０７と対向して配置されるホーン１０５は、図示を省略した振動源に接続される。

【0005】

複数の導体１１１は、アンビル１０７とホーン１０５の間に配置される。また、複数の導体１１１の両側方には、ギャザー１０９が配置される。なお、導体１１１は、例えば、複数の素線が撚り合わせられて構成される。

【0006】

次に、図４（ｂ）に示すように、アンビル１０７上に導体１１１が配置された状態で、ギャザー１０９で導体１１１の両側方を挟み込み、上方からホーン１０５を降下させて導体１１１を挟み込む。この状態で、ホーン１０５によって上方から導体１１１を押圧しながら（図中矢印Ｘ）、ホーン１０５から導体１１１同士に超音波振動を加えることで、導体１１１同士が接合され、接合部１１３が形成される。

【0007】

しかし、ホーン１０５及びギャザー１０９は、可動であるため、ホーン１０５とギャザー１０９、ギャザー１０９とアンビル１０７の互いのクリアランスを完全に０にすることは困難である。図５は、図４（ｂ）のＹ部拡大概念図である。図示したように、例えば、ホーン１０５とギャザー１０９との間には、所定のクリアランス１１５が形成される。一方、前述したように、超音波接合の際には、導体を圧縮するため、導体が変形する。したがって、このクリアランス１１５に導体の一部が入り込み、いわゆるバリの要因となる。

【0008】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、バリの発生を抑制して導体同士を超音波接合することが可能な導体の接合構造および導体の超音波接合方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前述した目的を達するために、第１の発明は、複数の電線の導体同士が超音波接合された導体の接合構造であって、複数の前記導体を集合させて接合された接合部において、少なくとも、金型の合わせ部跡に対応する位置に配置されている前記導体が、それぞれ別々の編組線で覆われた状態で接合されていることを特徴とする導体の接合構造である。

【0010】

全ての前記導体に、それぞれ前記編組線が被せられてもよい。

【0011】

金型の合わせ部跡に対応する位置に配置されている前記導体のみが、それぞれ前記編組線で覆われ、残りの前記導体には前記編組線が被せられなくてもよい。

【0012】

前記電線は、アルミニウムが主成分の前記導体からなり、前記導体と前記編組線とが同一の材料系で構成されてもよい。

【0014】

複数の前記電線は、相対的に変形しやすい材質と相対的に変形しにくい材質の異なる材質からなる前記導体が混在しており、前記編組線が、相対的に変形しにくい前記導体と同一の材質又はより変形しにくい材質であってもよい。

【0015】

接合部の断面が略矩形であり、前記金型の合わせ部跡は、四隅に形成されてもよい。

【0016】

第１の発明によれば、金型の合わせ部に対応する部位に配置される導体が編組線で覆われているため、金型のクリアランスに導体の一部が入り込むことを抑制し、バリの発生を抑制することができる。例えば、編組線は、柔軟であるため、導体同士の集合体と合わせて超音波接合した際に、導体の外形に応じて容易に変形し一体化することができる。また、編組線は、縦横の繊維が編み込まれているため、変形する際に、縦又は横の一方の繊維が他方の繊維の移動を妨げ、金型のクリアランスに繊維が入り込むことを抑制することができる。

【0019】

また、特にアルミニウムが主成分の導体では、導体が容易に変形するため、クリアランスに導体の一部が入り込みバリが生じやすい。このため、アルミニウムが主成分の導体からなる電線の場合に、より大きな効果を得ることができる。

【0020】

また、導体と編組線の材質を同じ材料系とすることで、超音波接合した際に、より確実に導体及び編組線を一体化することができる。

【0021】

また、複数の異なる材質の導体が混在してもよい。この場合、編組線を、最も変形しにくい導体の材質と同一又はそれよりも変形にくい材質で構成することで、金型の合わせ部のクリアランスへの変形を抑制することができる。

【0022】

第２の発明は、複数の電線の導体同士の超音波接合方法であって、アンビルと、前記アンビルと対向配置されるホーンと、前記アンビルと前記ホーンとの対向方向と直交する方向に対向する一対のギャザーとを用い、少なくとも、前記アンビルと前記ギャザーとの合わせ部に配置される導体と、前記ホーンと前記ギャザーとの合わせ部に配置されるそれぞれの前記導体を覆うようにそれぞれ編組線をかぶせて、複数の前記導体を集合させた集合体を、前記アンビル及び前記ホーンとで挟み込み、加圧しながら振動を与えて前記導体同士及び前記導体と前記編組線とを接合することを特徴とする導体の超音波接合方法である。

【0023】

第２の発明によれば、金型の合わせ部に対応する部位に配置される導体が編組線で覆われているため、金型のクリアランスに導体の一部が入り込みにくく、バリの発生を抑制することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、バリの発生を抑制して導体同士を超音波接合することが可能な導体の接合構造および導体の超音波接合方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】（ａ）は、接合構造１０を示す図、（ｂ）は接合部１３の断面図。

【図2】（ａ）、（ｂ）は、導体１５の接合方法を示す図。

【図3】（ａ）、（ｂ）は、導体１５の他の接合方法を示す図。

【図4】（ａ）、（ｂ）は、従来の導体１１１の接合方法を示す図。

【図5】従来の接合部１１３を示す概念図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。図１（ａ）は、接合構造１０を示す概略図であり、図１（ｂ）は接合部１３の断面図である。接合構造１０は、複数の電線１７の導体１５同士が超音波接合されたものである。電線１７は、導体１５の外周が絶縁被覆で被覆されて構成される。電線１７の端部は、所定の範囲の絶縁被覆が除去され、内部の導体１５が露出する。導体１５は、複数の素線が撚り合わせられて構成される。なお、導体１５は単線であってもよい。

【0027】

電線１７の導体１５には、アルミニウム系（アルミニウム又はアルミニウム合金）や銅系（銅又は銅合金）などの材質が適用可能であるが、アルミニウム（いわゆる純アルミニウム系）が主成分の導体１５からなる電線１７であることが望ましい。例えば、アルミニウム系の導体１５の場合には、銅系の材料と比較して比較的軟らかいため変形しやすく、バリが発生しやすい。このため、本実施形態では、アルミニウム（特に純アルミニウム系）の材料に対して特に有効である。

【0028】

複数の電線１７のそれぞれの導体１５が、同一方向に向けて配列され、導体１５の先端部において、各導体１５が互いに超音波接合された接合部１３が形成される。すなわち、接合部１３において、導体１５は一体化される。なお、電線１７の方向は、必ずしも全てが同一方向でなくてもよい。

【0029】

接合部１３においては、導体１５の外周部に編組線１９が設けられる。すなわち、接合部１３においては、複数の電線１７の導体１５の全体が、一括して編組線１９で覆われており、導体１５と編組線１９とが一体化する。なお、接合部１３において、複数の電線１７は、異なる材質からなる導体１５が混在していてもよい。例えばアルミニウム系（アルミニウム又はアルミニウム合金）の導体と銅系（銅又は銅合金）の導体が混在していてもよい。なお、編組線１９の材質は、導体１５と同一の材料系であることが望ましい。例えば、導体１５の材質がアルミニウム系の場合には、編組線１９は、アルミニウム系であることが望ましく、導体１５の材質が混在している場合（例えばアルミニウム系と銅系）には、編組線１９は、相対的に変形しにくい材料（この場合には銅系）と同一の材質又はより変形しにくい材質であることが望ましい。なお、編組線１９は、素線が縦横に編み込まれたものであり、柔軟性を有する。

【0030】

次に、超音波接合装置を用いた複数の電線１７の導体１５同士の超音波接合方法について説明する。図２（ａ）は、導体同士を超音波接合によって形成するための超音波接合装置１を示す図である。超音波接合装置１は、アンビル７と、アンビル７と対向配置されるホーン５と、アンビル７とホーン５との対向方向と直交する方向に対向する一対のギャザー９とを有する。なお、ホーン５に振動を与える振動源は図示を省略する。

【0031】

ここで、前述したように、本実施形態では、複数の導体１５が集合された集合体を一括して覆うように編組線１９が配置される。編組線１９は例えば筒状であり、少なくとも導体１５の集合体の先端部近傍に配置される。

【0032】

超音波接合を行うためには、まず、複数の電線１７の導体１５を集合させた集合体に編組線１９を被せ、上下方向に対向するアンビル７とホーン５との間に配置する。また、導体１５の集合体の両側にはギャザー９が配置される。すなわち、導体１５の集合体は、上下方向をアンビル７とホーン５とで挟まれ、幅方向を一対のギャザー９で挟まれる。

【0033】

次に、集合体の幅方向をギャザー９で挟み込んで規制した状態で、図２（ｂ）に示すように、上下方向からアンビル７とホーン５とで集合体を挟んで一括して加圧しながら（図中矢印Ａ方向）、ホーン５から集合体に超音波振動を与える。

【0034】

この際、編組線１９が導体１５の全周にわたって配置される。すなわち、少なくとも、アンビル７とギャザー９との合わせ部に配置される導体と、ホーン５とギャザー９との合わせ部に配置される導体は、編組線１９が被せられている。なお、以下の説明において、アンビル７とギャザー９との合わせ部と、ホーン５とギャザー９との合わせ部を合わせて、単に金型の合わせ部という場合がある。

【0035】

このように、導体１５の集合体を形成する際に、複数の導体１５を集合させて接合された接合部１３において、少なくとも、金型の合わせ部に対応する位置に配置されている導体１５が、編組線１９で覆われた状態で接合される。

【0036】

前述したように、金型の合わせ部には、クリアランスが形成される。導体１５を構成する素線がこのクリアランスに入り込むとバリとなる。通常、図４（ａ）に示すように、導体１５の素線は、金型の合わせ部（クリアランス）に沿って配置される。このため、導体１５の素線がクリアランスに入り込みやすい。

【0037】

一方、編組線１９は、縦と横に素線が編み込まれたものである。このため、編組線１９の素線の一部は、クリアランスに直交する方向（クリアランスを跨ぐような方向）に配置される。また、編組線１９の縦横の素線は、互いに拘束されているため、クリアランスに入り込みにくい。このように、クリアランスの形成される部位に編組線１９を配置することで、導体１５の集合体を圧縮して超音波接合をした際に、バリが生じにくい。

【0038】

なお、編組線１９と導体１５とを同じ材料系とすることで、超音波接合後に、導体１５と編組線１９とを確実に一体化することができる。この際、接合部１３の端面を観察すると、導体１５の素線同士の境界や導体１５と編組線１９との境界を把握することができる。また、金型の合わせ部は、接合部１３の外周面から金型の合わせ部跡として把握することができる。

【0039】

したがって、接合部１３から、どの部位が金型の合わせ部であって、編組線１９がどこに位置しているかを把握することができる。このため、接合部１３を確認することで、少なくとも、金型の合わせ部に対応する位置に配置されている導体１５が編組線１９で覆われていることを把握することができる。

【0040】

なお、例えば、図示したように、電線の軸方向に垂直な方向の接合部１３の断面が略矩形である場合には、金型の合わせ部は、接合部１３の四隅に位置する場合が多い。このため、この場合には、接合部１３の少なくとも四隅に位置する導体１５が編組線１９で覆われていることが望ましい。すなわち、編組線１９は、必ずしも導体１５の集合体の全周を覆っていなくてもよく、少なくとも金型の合わせ部に対応する部位に配置されていればよい。

【0041】

以上により、導体１５同士と編組線１９とが接合されて一体化した接合部１３を形成することができる。

【0042】

以上、第１の実施の形態によれば、導体の集合体を形成する際に、金型の合わせ部に対応する部位に、予め編組線１９を被せておくことで、金型同士のクリアランスに導体素線の一部が入り込むことを抑制することができる。このため、バリの発生を抑制することができる。

【0043】

（第２実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）は、第２の実施形態にかかる導体１５を超音波接合する工程を示す概略図である。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の機能を奏する構成については、図１～図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0044】

図３（ａ）に示すように、第２の実施形態では、導体１５の集合体を一括して編組線１９で覆うのではなく、複数の電線１７の導体１５（例えば複数の素線からなる導体１５）が、それぞれ編組線１９で覆われている。

【0045】

編組線１９が被せられた導体１５が集合された集合体の幅方向をギャザー９で挟み込んで規制した状態で、図３（ｂ）に示すように、上下方向からアンビル７とホーン５とで集合体を挟んで一括して加圧しながら（図中矢印Ａ方向）、ホーン５から集合体に超音波振動を与える。以上により、編組線１９と導体１５とが一体化した接合部１３を形成することができる。

【0046】

なお、図示した例では、全ての導体１５に対して編組線１９を被せたが、少なくとも金型の合わせ部に位置する導体１５のみに編組線１９を被せ、他の導体１５には編組線１９を被せなくてもよい。例えば、略矩形断面の接合部１３の場合には、四隅に位置する導体１５にのみ編組線１９を被せ、残りの導体１５には編組線１９を被せなくてもよい。

【0047】

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、少なくとも、金型の合わせ部に対応する位置に配置されている導体１５が編組線１９で覆われた状態で接合することで、金型の合わせ部に生じるクリアランスに導体１５の素線が入り込み、バリとなることを抑制することができる。

【0048】

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0049】

たとえば、電線の本数や配置は、導体を構成する素線数などは図示した例には限られない。

【符号の説明】

【0050】

１………超音波接合装置
５………ホーン
７………アンビル
９………ギャザー
１０………接合構造
１３………接合部
１５………導体
１７………電線
１９………編組線
１００………超音波接合装置
１０５………ホーン
１０７………アンビル
１０９………ギャザー
１１１………導体
１１３………接合部
１１５………クリアランス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】