JP2005319483A - 超音波溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波溶接される導体重合部分に電線が加圧される方向に垂直な方向にも加圧力を作用させて、その方向における溶接の接合力を強め、導体重合部分に外力が作用しても接続不良や断線等を防止し、超音波溶接の信頼性を向上させることができる超音波溶接装置を提供する。
【解決手段】 複数の電線１０の超音波溶接される導体重合部分１２を支持するアンビル１４と、電線重合部分１２に超音波振動を付与するソノトロード１６とを備え、前記アンビル１４とソノトロード１６が、これらの間に複数の電線１０の導体重合部分１２を挟持するように対向して配置され、前記導体重合部分１２をアンビル１４とソノトロード１６間で加圧しながら超音波振動させて溶接するようにした超音波溶接装置において、前記アンビル１４とソノトロード１６の各対向面にＶ形凹溝１４ａ、１６ａが形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車、鉄道等の車両、産業機器等に用いられるワイヤーハーネスにおける電線（被覆を有しない裸導体、バスバー、アース線等の導電材を含む）を超音波溶接する超音波溶接装置に関するものである。

従来、この種の電線を超音波溶接する超音波溶接装置としては、図３に示すように、左右方向に対向して配置された１対の側壁ブロック１、２と、両側壁ブロック１、２間に、複数の電線５の超音波溶接される導体重合部分６を支持するアンビル３と、前記電線重合部分６に超音波振動を付与するソノトロード（超音波ホーン）４とが、これらの間に導体重合部分６を挟持するように上下方向に対向して配置され、且つ、前記アンビル３とソノトロード４の導体重合部分６に当接する各対向面が両側壁ブロック１、２の内面に垂直な方向に延出するフラット面３ａ、４ａに形成され、前記導体重合部分６をアンビル３とソノトロード４間で加圧しながら超音波振動させて溶接するように構成されている（特許文献１参照）。

特開平９−８２３７５号公報（発明の詳細な説明の項の段落番号００３７乃至００４０、図１）

しかしながら、従来の超音波溶接装置によると、アンビル３とソノトロード４の対向面が両側壁ブロック１、２の内面に垂直な方向に延出するフラット面３ａ、４ａに形成されているため、複数の電線５の導体重合部分６をアンビル３とソノトロード４間で加圧しながら超音波振動させて溶接する際、複数の電線５が加圧される方向、即ち、上下方向に位置する電線５は、これに作用する加圧力が大きいので、しっかり溶接されて接合力（溶接強度）が強くなるのに対して、電線５が加圧される方向に垂直な方向、即ち、左右方向に位置する電線５の導体重合部分６は、これに作用する加圧力が小さいので、しっかり溶接されず、接合力が弱くなる。例えば、４本の電線５が正方形状に配列された状態で超音波溶接すると、電線５が加圧される方向に垂直な方向、即ち、左右方向に位置する電線５の導体重合部分６の接合力が、電線５が加圧される方向、即ち、上下方向に位置する電線５の導体重合部分６の接合力の数分の１まで低下してしまう。

このため、導体重合部分６に外力が作用すると、溶接の接合力の弱い個所の電線５がばらけ（剥離し）易く、その電線５がばらけて導体重合部分６に接続不良を起こす恐れがある。これを回避するために、導体重合部分６に加える超音波のエネルギーを上げて導体重合部分６の接合力を強くする方法も考えられるが、そのエネルギーを上げることによって、加圧状態下にある導体重合部分６に発生する超音波振動に基づく摺動摩擦熱が過大になり、導体重合部分６における電線５が断線する等の問題が新たに発生する恐れがある。

本発明は上記課題を解決し、超音波溶接される導体重合部分に電線が加圧される方向に垂直な方向にも加圧力を作用させて、その方向における溶接の接合力を強め、導体重合部分に外力が作用しても接続不良や断線等を防止し、超音波溶接の信頼性を向上させることができる超音波溶接装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載された発明は、複数の電線の超音波溶接される導体重合部分を支持するアンビルと、電線重合部分に超音波振動を付与するソノトロードとを備え、前記アンビルとソノトロードが、これらの間に複数の電線の導体重合部分を挟持するように対向して配置され、前記導体重合部分をアンビルとソノトロード間で加圧しながら超音波振動させて溶接するようにした超音波溶接装置において、前記アンビルとソノトロードの各対向面にＶ形凹溝が形成され、導体重合部分がアンビルとソノトロードのＶ形凹溝で挟持されることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１記載の超音波溶接装置において、前記導体重合部分を挟持するアンビルとソノトロードのＶ形凹溝により、遅くとも前記導体重合部分を挟持した後、加圧終了までの間に、周方向に閉じた略菱形状の貫通穴が形成されることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載された超音波溶接装置によると、アンビルとソノトロードの各対向面にＶ形凹溝が形成されているので、複数の電線の導体重合部分をアンビルとソノトロード間で加圧しながら超音波振動させて溶接する際、導体重合部分にアンビルとソノトロードの各対向面が傾斜して当接される。これにより、導体重合部分に作用する加圧力が電線が加圧される方向とこれに垂直な方向とに分割されて、導体重合部分には、電線が加圧される方向に垂直な方向に位置する電線にも相応の加圧力が作用し、その方向における溶接の接合力も強くなって、導体重合部分の周方向における接合力のばらつきが減少する。よって、導体重合部分に種々の方向から外力が作用しても、電線がばらけて導体重合部分に接続不良を起こすようなことがなくなる。また、超音波のエネルギーを過剰に上げる必要もないので、導体重合部分における電線が断線する等の支障もなくなり、超音波溶接の信頼性を向上させることができる。更に、前記導体重合部分をアンビルとソノトロード間で加圧したとき、該部分の電線が側方へ食み出にくくなるので、導体重合部分を能率よく迅速、且つ、的確に溶接することができる。

本発明の請求項２に記載された超音波溶接装置によると、前記導体重合部分をアンビルとソノトロード間で加圧したとき、電線がその加圧される方向に垂直な方向に作用する加圧力の反力でアンビルとソノトロードの各対向面から側方へ食み出ようとしても、略菱形状の貫通穴を形成するＶ形凹溝の傾斜内壁に当接して食み出しが確実に阻止される。その結果、従来必要とした側壁ブロックが不要になり、溶接装置の構造の簡単、小型化及びコストの低減化を図ることができる。

次に、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波溶接装置の１実施形態を示すもので、アンビル１４とソノトロード１６が開いた状態の概略図、図２はアンビル１４とソノトロード１６の間に電線１０の導体重合部分１２を挟持し、これを超音波振動させて溶接している状態を示す概略図である。

本実施形態の超音波溶接装置は、図１、２に示すように、複数の電線１０の端部から露出された導体（心線）を所定長重ね合わせて形成された導体重合部分１２を支持するアンビル１４と、電線重合部分１２に超音波振動を付与するソノトロード１６とを備える。アンビル１４とソノトロード１６は、これらの各先端部間に、複数の電線１０の導体重合部分１２を挟持するように間隙１８を設けて対向して配置される。

前記アンビル１４とソノトロード１６の導体重合部分１２に当接する各対向面には、導体重合部分１２の長手方向に沿って連続するＶ形凹溝１４ａ、１６ａが形成され、導体重合部分１２がアンビル１４とソノトロード１６のＶ形凹溝１４ａ、１６ａで挟持される。Ｖ形凹溝１４ａ、１６ａの開き角度θは導体重合部分１２を的確に挟持し、且つ、導体重合部分１２に電線１０が加圧される方向に垂直な方向にも的確な加圧力を作用させることができるように、９０〜１２０度の範囲に設定されることが好ましい。また、導体重合部分１２を挟持するアンビル１４とソノトロード１６のＶ形凹溝１４ａ、１６ａにより、遅くとも導体重合部分１２を挟持した後、加圧終了までの間に、周方向に閉じた、即ち、開口部のない略菱形状の貫通穴が形成される。本実施形態は、図２に示すように、導体重合部分１２を挟持したとき、両Ｖ形凹溝１４ａ、１６ａにより略菱形状の貫通穴が形成されるようになっている。なお、両Ｖ形凹溝１４ａ、１６ａの両側端縁部にはくし歯状溝（図示せず）が形成され、アンビル１４とソノトロード１６の両Ｖ形凹溝１４ａ、１６ａ間に導体重合部分１２を挟持したとき、両Ｖ形凹溝１４ａ、１６ａの両側端縁部に形成されたくし歯状溝がかみ合って係止されるようになっている。

アンビル１４はベース２０に固定され、ソノトロード（超音波ホーン）１６はフレーム（図示せず）に支持される。そして、ソノトロード１６には、これを電線１０の導体重合部分１２に押し付けて導体重合部分１２に所定の加圧力を作用させるアクチュエータ２２が設けられ、これによりソノトロード１６を導体重合部分１２を挟持して、これに超音波振動を付与する作動位置と、導体重合部分１２に超音波振動を付与しない非作動位置との間で前進、後退させるようになっている。また、ソノトロード１６は超音波発振器、振動子等の超音波振動発生装置（図示せず）により、導体重合部分１２をアンビル１４とソノトロード１６間で加圧しながら超音波振動させ、これにより電線１０の導体同士を溶接するようになっている。

本実施形態の超音波溶接装置は上記構成になっている。この溶接装置を用いて複数の電線１０の導体重合部分１２を超音波溶接する場合には、図１に示すように、アクチュエータ２２によりソノトロード１６を非作動位置まで後退させてアンビル１４とソノトロード１６のＶ形凹溝１４ａ、１６ａを開いた状態にした後、アンビル１４のＶ形凹溝１４ａ上に、複数の電線１０の端部から露出された導体を載せ、導体同士を所定長重ね合わせて導体重合部分１２を形成する。次に、アクチュエータ２２を作動させてソノトロード１６を導体重合部分１２を挟持する作動位置まで前進させ、図２に示すように、導体重合部分１２をアンビル１４とソノトロード１６の間に挟持して加圧する。この加圧状態下においてソノトロード１６により導体重合部分１２を超音波振動させて溶接する。溶接終了後、アクチュエータ２２により、ソノトロード１６を非作動位置まで後退させ、アンビル１４とソノトロード１６の両Ｖ形凹溝１４ａ、１６ａを開き、導体重合部分１２を超音波溶接装置から取り出す。

本発明の超音波溶接装置によると、アンビル１４とソノトロード１６の各対向面にＶ形凹溝１４ａ、１６ａが形成されているので、複数の電線１０の導体重合部分１２をアンビル１４とソノトロード１６間で加圧しながら超音波振動させて溶接する際、導体重合部分１２にアンビル１４とソノトロード１６の各対向面が傾斜して当接される。これにより、導体重合部分１２に作用する加圧力が電線１０が加圧される方向とこれに垂直な方向とに分割されて、導体重合部分１２には、電線１０が加圧される方向に垂直な方向に位置する電線１０にも相応の加圧力が作用し、その方向における溶接の接合力も強くなって、導体重合部分１２の周方向における接合力のばらつきが減少する。よって、導体重合部分１２に種々の方向から外力が作用しても、電線１０がばらけて導体重合部分１２に接続不良を起こすようなことがなくなる。また、超音波のエネルギーを過剰に上げる必要もないので、導体重合部分１２における電線１０が断線する等の支障もなくなり、超音波溶接の信頼性を向上させることができる。更に、前記導体重合部分１２をアンビル１４とソノトロード１６間で加圧したとき、該部分１２の電線１０が側方へ食み出にくくなるので、導体重合部分１２を能率よく迅速、且つ、的確に溶接することができる。

また、前記実施形態のように、導体重合部分１２を挟持するアンビル１４とソノトロード１６のＶ形凹溝１４ａ、１６ａにより、遅くとも前記導体重合部分１２を挟持した後、加圧終了までの間に、周方向に閉じた略菱形状の貫通穴が形成されるようにすると、導体重合部分１２をアンビル１４とソノトロード１６間で加圧したとき、電線１０がその加圧される方向に垂直な方向に作用する加圧力の反力でアンビルとソノトロードの各対向面から側方へ食み出ようとしても、略菱形状の貫通穴を形成するＶ形凹溝１４ａ、１６ａの傾斜内壁に当接して食み出しが確実に阻止される。その結果、従来必要とした側壁ブロックが不要になり、溶接装置の構造の簡単、小型化及びコストの低減化を図ることができる。

なお、前記導体重合部分１２は複数の電線１０を直列に配列して端部の導体同士を重ね合わせて形成するもの以外に、複数の電線１０を並列に配列して端部の導体同士を重ね合わせて形成するもの、一方の電線１０の中間部における導体と他方の電線１０の端部又は中間部における導体同士を重ね合わせて形成するようにしてもよい。また、前記アクチュエータ２２はソノトロード１６ではなく、アンビル１４に設け、アンビル１４側を導体重合部分１２に対して前進、後退させて、アンビル１４とソノトロード１６の間に導体重合部分１２を挟持するようにしてもよい。

本発明に係る超音波溶接装置の１実施形態を示すもので、アンビルとソノトロードが開いた状態の概略図である。 図１の超音波溶接装置において、アンビルとソノトロードの間に電線の導体重合部分を挟持し、これを超音波振動させて溶接している状態を示す概略図である。 従来の超音波溶接装置を示す概略図である。

符号の説明

１０ 電線
１２ 導体重合部分
１４ アンビル
１６ ソノトロード
１８ 間隙
２０ ベース
２２ アクチュエータ
θ Ｖ形凹溝の開き角度

Claims (2)

1. 複数の電線の超音波溶接される導体重合部分を支持するアンビルと、電線重合部分に超音波振動を付与するソノトロードとを備え、前記アンビルとソノトロードが、これらの間に複数の電線の導体重合部分を挟持するように対向して配置され、前記導体重合部分をアンビルとソノトロード間で加圧しながら超音波振動させて溶接するようにした超音波溶接装置において、前記アンビルとソノトロードの各対向面にＶ形凹溝が形成され、導体重合部分がアンビルとソノトロードのＶ形凹溝で挟持されることを特徴とする超音波溶接装置。
2. 前記導体重合部分を挟持するアンビルとソノトロードのＶ形凹溝により、遅くとも前記導体重合部分を挟持した後、加圧終了までの間に、周方向に閉じた略菱形状の貫通穴が形成されることを特徴とする請求項１記載の超音波溶接装置。

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