超音波溶接方法及び溶接部
【課題】複数本の電線の端末を超音波溶接する際に発生するバラけや、溶接強度不足の発生を抑制することができる、導体の超音波溶接方法を提供する。
【解決手段】電線配置工程においては、複数の電線を所定の配置に従って配置する。導体移動工程においては、導体２をグライディングジョー１２によって所定方向に押圧することにより、導体２同士の相対位置を変化させる。第１超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２によって押圧された状態の導体２に対して超音波溶接を行う。第２超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２による押圧を解除して、導体２に対して超音波溶接を行う。
【解決手段】電線配置工程においては、複数の電線を所定の配置に従って配置する。導体移動工程においては、導体２をグライディングジョー１２によって所定方向に押圧することにより、導体２同士の相対位置を変化させる。第１超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２によって押圧された状態の導体２に対して超音波溶接を行う。第２超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２による押圧を解除して、導体２に対して超音波溶接を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、複数の電線の導体同士を超音波溶接によって溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電線の導体同士を電気的に接続する場合、絶縁被覆を除去して導体を露出させ、当該露出した導体同士をハンダ付けしたり、手作業などで導体を捻って撚り合わせる方法等が採用されている。特に近年は、作業が簡単かつ確実であるため、導体同士を超音波溶接により溶接する方法が広く採用されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
一方、特許文献２は、前記特許文献１に開示されている方法で超音波溶接を行うと、接続強度に問題があり、導体がバラけてしまうことを指摘している。特許文献２は、この問題を解決する接続方法として、露出した導体同士を同一方向に一緒に捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接する接続方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８８０１８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２２５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の接続方法は、導体を捻るという工程が必要となるため、以下のような問題点があった。即ち、複数の導体同士を同一方向に捻る作業が手作業である場合、捻り工程を忘れたまま溶接工程に進み、そのまま溶接してしまう可能性がある。また、捻り工程を手作業とした場合、手間とコストが掛かってしまう。一方、捻り工程を装置によって行う構成も考えられるが、このような装置は複雑であるため、コストが増大する。
【０００６】
また、捻り工程が手作業であれば、手の皮脂やハンドクリーム等の異物が、導体に付着する可能性がある。一方、捻り工程が装置による処理であれば、保持部のゴム部品や金属粉等の異物が、導体に付着する可能性がある。超音波溶接は、接合される部分に高周波振動を与えることにより金属原子を拡散して接合するものであるため、接合面の間に異物が介在すると、原子拡散を大きく阻害して溶接不良になる可能性が生じる。このように、特許文献２の接続方法で超音波溶接を行った場合、捻り工程において導体に異物が付着してしまうことにより、溶接箇所に溶接不良が発生する可能性があった。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、複数本の電線の端末を超音波溶接する際に発生するバラけや、溶接強度不足の発生を抑制することができる、導体の超音波溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、以下のような超音波溶接方法が提供される。即ち、この超音波溶接方法は、絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を接続する超音波溶接方法であって、電線配置工程と、導体移動工程と、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、を含む。前記電線配置工程においては、前記複数の電線を所定の配置に従って配置する。前記導体移動工程においては、前記導体を所定方向に押圧することにより、導体同士の相対位置を変化させる。前記第１超音波溶接工程においては、前記所定方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行う。前記第２超音波溶接工程においては、前記所定方向の押圧を解除して、前記導体に対して超音波溶接を行う。
【００１０】
このように、導体を押圧して相対位置を変化させると、押圧力を解除したときに、復元力によって導体が元の位置に戻ろうとする。即ち、導体を押圧している時と、前記押圧を解除した時とでは、導体同士の相対位置が異なる。従って、導体を押圧した時に行う第１超音波溶接工程と、前記押圧を解除した時に行う第２超音波溶接工程と、では、異なる位置関係にある導体に対して超音波溶接を行うことができる。これにより、第１超音波溶接工程と第２超音波溶接工程で異なる方向に接続を形成することができるので、導体同士がバラけてしまうことを防止できる。また、導体を押圧するだけで導体の相対位置を変更することができるので、例えば手作業や特殊な装置によって導体を捻ったりする構成に比べて簡単かつ安価に行うことができるとともに、捻り忘れを防止できる。更に、作業者が手で導体を触れたり、特殊な装置で導体を把持したりする必要が無いので、導体に異物が付着してしまうことを防止できる。
【００１１】
上記の超音波溶接方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、前記導体移動工程においては、前記導体を押圧することにより、その押圧方向とは直交する方向に当該導体を並べる。前記第１超音波溶接工程においては、前記導体が並んだ方向に前記超音波溶接を行う。
【００１２】
このように、導体を所定方向に押圧することにより、前記所定方向とは直交する方向に導体を並べることができる。また、導体が並んだ方向に超音波溶接を行うことにより、第１超音波溶接工程における溶接部を、細長く形成できる。このように細長い溶接部は、前記所定方向の押圧力を解除したときに変形し易いため、特に好適である。
【００１３】
上記の超音波溶接方法では、前記電線配置工程において、前記電線は、前記押圧する方向に複数並んでいることが好ましい。
【００１４】
このように、所定方向に電線が複数並んでいる場合、当該所定方向に導体を押圧することで容易に導体同士の相対位置を変更することができる。
【００１５】
上記の超音波溶接方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、この超音波溶接方法は、前記導体に対する前記所定方向の押圧を解除した後、前記導体を別の方向に押圧することにより導体同士の相対位置を変化させる第２導体移動工程を含む。そして、前記第２超音波溶接工程では、前記別の方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行う。
【００１６】
このように、所定方向の押圧を解除した後、別の方向に導体を押圧することで、導体同士を大きく変形させることができる。これにより、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、では導体同士の位置関係が大きく異なる結果、よりバラけにくい溶接部を形成することができる。
【００１７】
また、本発明の第２の観点によれば、絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を超音波溶接により接続した溶接部であって、以下のように形成された溶接部が提供される。即ち、前記導体は複数の素線からなり、前記素線は、隣接する複数の方向の素線と接続されている。
【００１８】
このように、素線同士を複数の方向で接続することにより、バラけにくい溶接部を超音波溶接により形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の超音波溶接方法の処理対象となる電線の構成を示す図。
【図２】従来の超音波溶接方法の問題点を説明する図。
【図３】超音波溶接機の正面図。
【図４】電線配置工程を説明する図。
【図５】グライディングジョーを移動させた様子を説明する図。
【図６】従来の超音波溶接方法における超音波溶接工程を説明する図。
【図７】導体移動工程を説明する図。
【図８】第１超音波溶接工程を説明する図。
【図９】仮溶接部が変形する様子を説明する図。
【図１０】第２超音波溶接工程を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。まず、図１を参照して、本発明の超音波溶接方法による溶接の対象となる電線について説明する。図１（ａ）は電線１を長手方向から見た図、図１（ｂ）は電線１の側面図である。この電線１は、導体２を絶縁被覆３で覆ったものである。なお、図１は、電線１の端部の絶縁被覆３が除去された状態を示している。このように、電線１の絶縁被覆３を剥ぎ取ることにより、内部の導体２を露出させることができる。
【００２１】
図１において図示は省略しているが、導体２は、複数の細い金属製の素線が束ねられたものである。絶縁被覆３内において、各素線は、絶縁被覆３によって形状的拘束を受けている。ただし、絶縁被覆３内において、各素線は互いにある程度相対移動可能である。また、絶縁被覆３を除去した部分（図１（ｂ）の左側端部）においては、絶縁被覆３による形状的拘束を受けなくなるため、前記素線同士がよりいっそう相対移動し易くなる。このため、絶縁被覆３を除去した部分の導体２に外力を加えることにより、当該導体２を電線１の長手方向から見たときの形状（図１（ａ）に示す形状）を、ある程度変形させることができる。
【００２２】
また、上記のように絶縁被覆３を除去すると素線同士が相対移動し易くなるため、この絶縁被覆３を除去した部分に対して通常の超音波溶接を行っただけでは、素線同士がバラけ易いという問題がある。この点について、図２を参照して簡単に説明する。
【００２３】
図２は、一般的な超音波溶接の原理を説明する模式図である。一般的な超音波溶接では、まず、ソノトロード１００とアンビル１０１によって素線９を挟み込み、図中の矢印で示す方向に素線９を押圧する。そして、図略の超音波発振器によって、ソノトロード１００を図２の紙面に垂直な方向に振動させる。一方、アンビル１０１は振動させない。これにより、押圧方向で隣接する素線９同士が相対移動させられる結果、前記押圧方向で素線９同士が接触している部分（図２中に太い実線の円で囲った部分）に摩擦が発生して、金属表面の酸化皮膜等が除去されるとともに接触面が平滑化される。そして、酸化皮膜等が除去された接触面同士が相対的に往復運動を繰り返す結果、前記接触面同士の間で原子拡散が起こり、金属が再結晶して機械的及び電気的な接合が完了する。
【００２４】
一方、押圧方向に直交する方向で素線９同士が接触している部分（図２中に太い点線の円で囲った部分）では、素線９同士が殆ど相対移動しない。従って、図２中の点線の円で囲った部分では酸化皮膜等の除去や原子拡散が発生しにくく、このため押圧方向と直交する方向で隣接する素線９同士の接続強度が弱いという傾向がある。このため、図１（ａ）のように一方向のみで超音波溶接を行った場合、図２（ｂ）のように、素線同士がバラけ易いという問題があったのである。
【００２５】
次に、本発明の超音波溶接方法で用いる超音波溶接機について、図３を参照して説明する。図３に示すように、この超音波溶接機１０は、ソノトロード１１と、グライディングジョー１２と、アンビルプレート１３と、アンビル１４と、を備えている。
【００２６】
ソノトロード１１は、図略の超音波発振器によって超音波発振することが可能に構成されている。具体的には、ソノトロード１１は、図３の紙面に垂直な方向に振動する。また、ソノトロード１１の上面は平面状となっており、当該上面には、複数本の電線１を並べて載せることができるようになっている。このソノトロード１１の上面のことを、以下では「載置面」と呼ぶ。なお、図３は、載置面に載せた電線１の長手方向で超音波溶接機１０を見た図である。
【００２７】
アンビルプレート１３は、載置面に載せられる電線１の側方に配置されている。また、アンビルプレート１３は、載置面と直交する方向（図３の上下方向）に移動することが可能に構成されている。このようにアンビルプレート１３を上下に移動させることで、同じく上下移動するアンビル１４（後述）との干渉を避けることができる。
【００２８】
グライディングジョー１２は、載置面に載せられる電線１を挟んで、アンビルプレート１３の反対側に配置されている。また、グライディングジョー１２は、載置面に平行で、かつ電線１の長手方向に直交する方向（図３の左右方向）に移動することが可能に構成されている。即ち、グライディングジョー１２は、アンビルプレート１３に対して近づく又は遠ざかる方向に移動させることが可能である。以上の構成で、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３に向かって移動させることにより、載置面に載せられた複数本の電線１の導体２を、グライディングジョー１２及びアンビルプレート１３の間で挟み込むことができる。
【００２９】
アンビル１４は、ソノトロード１１及びアンビルプレート１３の上方に配置される。アンビル１４は、載置面に載せられる電線１の長手方向と直交する平面内で移動可能（即ち、図３の上下左右方向で移動可能）である。アンビル１４の下側の面（載置面に対向する面）は、前記載置面と略平行、かつ略平面状となっている。アンビル１４を下方（ソノトロード１１に近づく方向）に移動させることにより、載置面に載せられた複数本の電線１の導体を、アンビル１４及びソノトロード１１の間で押圧することができる。また、アンビル１４を図３の左右方向に移動させることにより、同じく左右方向に移動するグライディングジョー１２との干渉を避けることができる。
【００３０】
次に、上記のように構成された超音波溶接機１０を用いた従来の超音波溶接方法について、以下に説明する。
【００３１】
まず、電線端末処理工程を行う。即ち、図１（ｂ）に示すように、接続を行う複数の電線１の端部について、絶縁被覆３を所定の長さだけ剥ぎ取り、内部の導体２を露出させる。
【００３２】
次に、複数の電線１を、ソノトロード１１の上面（載置面）上にセットする電線配置工程を行う。図４（ａ）は、載置面にセットした電線１を、当該電線１の長手方向で見た模式図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の電線１の側面図である。図４に示すように、この例では、４本の電線１を、左右２本、上下２段となるように配置している。より具体的には、導体２ｃを有する電線１と導体２ｄを有する電線１とを左右に並べてセットし、前記導体２ｃを有する電線１の上には導体２ａを有する電線１を、前記導体２ｄを有する電線１の上には導体２ｂを有する電線１を、それぞれセットしている。なお、グライディングジョー１２とアンビルプレート１３との間は、導体２が少なくとも左右２本並ぶことができるように、十分な幅を持って開くことができるように構成されている。また、ソノトロード１１とアンビル１４との間は、導体２を少なくとも上下２段に重ねることができるように、十分な幅を持って開くことができるように構成されている。
【００３３】
続いて、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを左右から挟持する導体挟持工程を行う。即ち、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３に近づける方向に移動させ、当該グライディングジョー１２とアンビルプレート１３との間の間隔が、導体２の２本分程度となるまで接近させる。このようにして、グライディングジョー１２及びアンビルプレート１３によって、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟持させる。このときの様子を、図５に示す。なお、図５（ａ）においては、導体２の様子をより良く示すため、電線１に関しては、図５（ｂ）のＡ−Ａ断面矢視図として図示している。なお、他の同種の図面（図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０）においても、同様に、電線１に関しては断面矢視図となっている。上記のようにグライディングジョー１２及びアンビルプレート１３によって導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟持することにより、当該導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの水平方向（図５（ａ）の左右方向）への移動を規制することができる。
【００３４】
次に、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを上下方向に押圧する導体押圧工程を行う。即ち、まず、アンビル１４を移動させて、当該アンビル１４の一部によって導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上を覆う。図５（ａ）では、アンビル１４を左方向（グライディングジョー１２に近づく方向）に移動させる。続いて、アンビル１４及びアンビルプレート１３を移動させ、ソノトロード１１とアンビル１４との間に、電線１の導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟み込む。この時の様子を、図６に示す。図６（ａ）では、アンビル１４及びアンビルプレート１３を、図面下向き（アンビル１４がソノトロード１１に近づく向き）に移動させている。このとき、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対して、後述の超音波溶接を行うための適切な圧力を負荷するように、アンビル１４の移動量を適宜調節する。
【００３５】
最後に、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに超音波振動を付与して溶接する超音波溶接工程を行う。即ち、ソノトロード１１及びアンビル１４により導体２を押圧しながら、ソノトロード１１を超音波振動させる。これにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを溶接することができる。
【００３６】
ただし、このような従来の超音波溶接方法は、１方向にのみ超音波溶接を行うものである。従って、前述のように、素線同士がバラけ易いという欠点があったのである。この点、特許文献２は、上記の欠点を解消するために導体２を捻ってから超音波溶接を行う方法を開示しているが、前述のように、手間やコストの増大、異物混入による接続不良等の問題が発生し得る。
【００３７】
次に、上記のような従来の方法の問題を解決した、本実施形態の超音波溶接方法について説明する。この超音波溶接方法は、電線端末処理工程と、電線配置工程と、導体移動工程と、第１導体押圧工程と、第１超音波溶接工程と、第２導体押圧工程と、第２超音波溶接工程と、を含んでいる。
【００３８】
この超音波溶接方法においても、電線端末処理工程、及び電線配置工程は、上記従来の超音波溶接方法と同様に行う。従って、これらの工程の内容については説明を省略する。
【００３９】
続いて、導体移動工程を行う。まず、上記従来の方法における導体挟持工程と同様に、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３に近づける方向に移動させ、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟持させる。ただし、上記の従来の方法における導体挟持工程では、グライディングジョー１２とアンビルプレート１３との間の間隔は導体２の２本分程度（図５（ａ）の状態）としていたが、本実施形態の導体移動工程においては、図５（ａ）の状態から更にグライディングジョー１２を移動させる。
【００４０】
このように、グライディングジョー１２を、図５（ａ）の状態から更にアンビルプレート１３に近づける方向（図５（ａ）の右方向）に移動させることにより、当該グライディングジョー１２によって導体２ａ，２ｃを図５（ａ）の右側に移動させる方向に押圧することができる。ここで、図５（ａ）に示すように、載置面上に載せられた導体２ａと導体２ｂは、グライディングジョー１２によって押圧される方向に並んでいる。同じく、導体２ｃと導体２ｄも、グライディングジョー１２によって押圧される方向に並んでいる。このように、グライディングジョー１２によって押圧される方向に導体２が並んでいるので、当該グライディングジョー１２によって導体２を押圧することにより、導体２同士を相対移動させることができる。例えば、図５（ａ）の状態からグライディングジョー１２によって導体２を押圧すると、導体２ａが導体２ｂの上に押し出され、導体２ｃが導体２ｂと導体２ｄとの間に押し込まれる。この場合、図７に示すように、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが、この順で上から並んで配置される。なお、このとき相対移動するのは導体２の先端部分のみであり、絶縁被覆３は、殆ど或いは全く相対移動しない。即ち、導体移動工程の後であっても、電線１のうち絶縁被覆３の部分は、電線配置工程でセットされたときの配置（縦２段、横２列）を保った状態となっている。
【００４１】
続いて、第１導体押圧工程が行われる。この第１導体押圧工程は、上記従来の方法の導体押圧工程と同等である。即ち、まず、アンビル１４を移動させて、当該アンビル１４の一部によって導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上を覆う。続いて、アンビル１４及びアンビルプレート１３を移動させ、ソノトロード１１とアンビル１４との間に、電線１の導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟み込む。このとき、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対して、後述の第１の超音波溶接を行うための適切な圧力を負荷するように、アンビル１４の移動量を適宜調節する。
【００４２】
この状態で、第１超音波溶接工程が行われる。即ち、ソノトロード１１を超音波発振し、導体２に含まれる素線同士を超音波溶接する。これにより、アンビル１４の押圧方向で隣接する素線同士が接続される。この第１の超音波溶接によって形成された溶接部を、仮溶接部２０と呼ぶこととする。図８（ａ）には、仮溶接部２０において溶接が行われた方向を、細線の実線で示す。即ち、この細線の実線上に並ぶ素線同士は強力に接続されているが、当該細線の実線と直交する方向に並んでいる素線同士の接続は弱いということになる。
【００４３】
続いて、グライディングジョー１２による導体２（仮溶接部２０）の押圧を解除する。このときの様子を、図９に示す。即ち、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３から遠ざける方向（図９（ａ）の左方向）に移動させることにより、グライディングジョー１２とアンビルプレート１３による導体２（仮溶接部２０）の挟持を解除する。これにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが図９（ａ）の左右方向で移動しないように規制していた力が解除される。
【００４４】
ここで前述のように、各電線１の絶縁被覆３は、電線配置工程でセットされたときの配置（縦２段、横２列）を保っている。従って、グライディングジョー１２の押圧によって強制的に移動させられた導体２は、当該導体２を覆っている絶縁被覆３によって引っ張られるような力を受けている。この状態で、グライディングジョー１２による導体２（仮溶接部２０）の挟持を解除すると、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが絶縁被覆３からの応力を受け、絶縁被覆３と同じ配置（縦２段、横２列）に戻ろうとする。この導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが元の位置に戻ろうとする力によって、仮溶接部２０が変形する。具体的には、図９（ａ）に示すように、Ａ−Ａ断面における仮溶接部２０の形状が、略Ｓ字状となるように変形する。
【００４５】
なお、図８（ａ）に示すように、仮溶接部２０は、縦に細長く形成されている。言い換えると、第１超音波溶接工程を行う時点において、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４によって形成される空間の形状が、電線１の長手方向で見たときに、縦に細長い長方形状となっている。ここで仮に、仮溶接部２０が、図８のＡ−Ａ断面における形状が寸胴となるように形成されていると、当該仮溶接部２０は変形しにくいと考えられる。従って、この場合、グライディングジョー１２による押圧を解除したとしても、仮溶接部２０は殆ど変形しないと考えられる。この点、本実施形態では、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを縦に一列に並べ、当該並んだ方向で超音波溶接を行うことにより、細長い仮溶接部２０を形成しているので、グライディングジョー１２による押圧を解除したときに仮溶接部２０が変形し易くなっている。
【００４６】
次に、第２導体押圧工程が行われる。即ち、図９の状態から、仮溶接部２０（導体２）の上方を覆うようにアンビルプレート１３を移動させる。続いて、アンビル１４及びアンビルプレート１３を移動させ、ソノトロード１１とアンビル１４との間に、仮溶接部２０（導体２）を挟み込む。このとき、仮溶接部２０（導体２）に対して、後述の第２の超音波溶接を行うための適切な圧力を負荷するように、アンビル１４の移動量を適宜調節する。
【００４７】
このときの様子を、図１０に示す。図１０に示すように、図９の状態からアンビル１４によって導体２を押圧することにより、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４によって形成される空間の内部に、仮溶接部２０（導体２）をＳ字状に変形させつつ押し込むことができる。
【００４８】
なお、この第２導体押圧工程は、仮溶接部２０を変形させることにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置を変化させていると考えることができるので、第２導体移動工程であると言うこともできる。この第２導体押圧工程（第２導体移動工程）では、先の導体移動工程とは異なる方向に導体２を押圧しているので、前記導体移動工程とは異なる方向に導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを相対移動させることができる。
【００４９】
最後に、第２超音波溶接工程を行う。即ち、ソノトロード１１を超音波発振させることにより、仮溶接部２０に対して更に超音波溶接を行い、最終的に溶接部２１を形成する。この第２超音波溶接工程によって接続された素線が並ぶ方向を、図１０の溶接部２１の中に、細線の一点鎖線で示す。
【００５０】
前述のように、第２超音波溶接工程を行う時点では、第１超音波溶接工程が終了した時点から仮溶接部２０が変形している。即ち、第１超音波溶接工程を行う時点と、第２超音波溶接工程を行う時点とでは、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置が変化している。従って、第２超音波溶接工程を行うと、第１超音波溶接工程とは異なる方向で素線同士を接続することができる。これにより、１方向にのみ超音波溶接を行う従来の構成と比べて、溶接部２１の素線がバラけにくくすることができる。
【００５１】
そして、上記のように第２の超音波溶接工程を行うことにより、最終的に、素線が複数の方向で隣接する他の素線と超音波溶接された溶接部２１を形成することができる。
【００５２】
また、本実施形態の超音波溶接方法によれば、第１超音波溶接工程と第２超音波溶接工程との間で導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置を変化させるために、手作業で導体２（仮溶接部）を捻ったり、専用の装置を用いて導体２を捻ったりする必要が無い。これにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置を変化させる際に、当該導体２に異物が付着してしまうことを防止できる。
【００５３】
以上で説明したように、本実施形態の超音波溶接方法は、絶縁被覆３を一部除去して導体２を露出させた複数の電線１の前記導体２同士を接続する超音波溶接方法であって、電線配置工程と、導体移動工程と、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、を含んでいる。電線配置工程においては、複数の電線１を所定の配置に従って配置する。導体移動工程においては、導体２をグライディングジョー１２によって所定方向に押圧することにより、導体２同士の相対位置を変化させる。第１超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２によって押圧された状態の導体２に対して超音波溶接を行う。第２超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２による押圧を解除して、導体２に対して超音波溶接を行う。
【００５４】
このように、導体２を押圧して相対位置を変化させると、押圧力を解除したときに、復元力によって導体２が元の位置に戻ろうとする。即ち、導体２を押圧している時と、前記押圧を解除した時とでは、導体２同士の相対位置が異なる。従って、導体２を押圧した時に行う第１超音波溶接工程と、前記押圧を解除した時に行う第２超音波溶接工程と、では、異なる位置関係にある導体２に対して超音波溶接を行うことができる。これにより、第１超音波溶接工程と第２超音波溶接工程で異なる方向に接続を形成することができるので、導体２の素線がバラけてしまうことを防止できる。また、導体２を押圧するだけで導体２の相対位置を変更することができるので、例えば手作業や特殊な装置によって導体２を捻ったりする構成に比べて簡単かつ安価に行うことができるとともに、捻り忘れを防止できる。更に、作業者が手で導体２を触れたり、特殊な装置で導体を把持したりする必要が無いので、導体２に異物が付着してしまうことを防止できる。
【００５５】
また、本実施形態の超音波溶接方法は、以下のように行っている。即ち、導体移動工程においては、グライディングジョー１２によって導体２を押圧することにより、その押圧方向とは直交する方向に導体２を並べる。第１超音波溶接工程においては、導体２が並んだ方向に超音波溶接を行う。
【００５６】
このように、導体２を所定方向に押圧することにより、前記押圧する方向とは直交する方向に導体２を並べることができる。また、導体２が並んだ方向に超音波溶接を行うことにより、第１超音波溶接工程における溶接部を、細長く形成できる。このように細長い溶接部は、前記押圧する力を解除したときに変形し易いため、特に好適である。
【００５７】
また、本実施形態の超音波溶接方法では、電線配置工程において、電線１は、グライディングジョー１２によって押圧する方向に複数並んでいる。
【００５８】
このように、グライディングジョー１２によって押圧する方向に電線１が複数並んでいる場合、当該押圧する方向に導体２を押圧することで容易に導体２同士の相対位置を変更することができる。
【００５９】
また、本実施形態の超音波溶接方法は、以下のように行われる。即ち、この超音波溶接方法は、導体２に対するグライディングジョー１２による押圧を解除した後、アンビル１４によって導体２を別の方向に押圧することにより導体２同士の相対位置を変化させる第２導体押圧工程を含む。そして、第２超音波溶接工程では、別の方向に押圧された状態の導体２に対して超音波溶接を行う。
【００６０】
このように、グライディングジョー１２による押圧を解除した後、アンビル１４によって別の方向に導体２を押圧することで、導体２を大きく変形させることができる。これにより、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、では導体２同士の位置関係が大きく異なる結果、よりバラけにくい溶接部２１を形成することができる。
【００６１】
また、本発明の超音波溶接方法によって形成される溶接部２１は、絶縁被覆３を一部除去して導体２を露出させた複数の電線１の導体２同士を超音波溶接により接続した溶接部であって、以下のように形成されている。即ち、導体２は複数の素線からなり、前記素線は、隣接する複数の方向の素線と接続されている。
【００６２】
このように、素線同士を複数の方向で接続することにより、バラけにくい溶接部を超音波溶接により形成することができる。
【００６３】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００６４】
上記実施形態では、電線配置工程において、電線１を、横に２本、縦に２本で配置するものとしたが、これに限らない。そもそも、電線１は４本に限らず、複数本であれば本発明の方法を適用することができる。
【００６５】
上記実施形態では、仮溶接部２０が略Ｓ字状に変形するものとして説明したが、必ずしもこのようにＳ字状とならなくても良い。要は、第１超音波溶接工程の後で、仮溶接部２０が変形することにより、第２超音波溶接工程で異なる方向に超音波溶接を行うことができれば良い。
【００６６】
上記実施形態では、グライディングジョー１２によって押圧することにより、導体２ａ，導体２ｂ，導体２ｃ，導体２ｄの順で並ぶとして説明したが、必ずしもこの順で導体２が並ぶとは限らない。例えば、導体２ｂ，導体２ａ，導体２ｃ，導体２ｄの順で並ぶ可能性もある。この場合、グライディングジョー１２による押圧を解除した時には、仮溶接部２０は上記のようにＳ字状には変形せず、例えば略Ｃ字状に変形すると考えられる。このように、導体２が並ぶ順番が異なっていても、グライディングジョー１２による押圧を解除することにより仮溶接部２０が変形するので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
上記実施形態では、超音波溶接を２回に分けて行う例を示しているが、例えば３回でも同様の効果を得ることができる。要は、複数回の超音波溶接を、導体２の相対位置を変化させながら行うことができれば良い。
【００６８】
上記実施形態では、最初にグライディングジョー１２で押圧することにより導体２を相対移動させ、次にアンビル１４で押圧することにより仮溶接部２０を変形する構成としたが、これに限らない。例えば、まずアンビル１４で押圧することにより導体２を相対移動させ（導体移動工程、第１導体押圧工程）、第１超音波溶接工程を行ってもよい。この場合、横に細長い仮溶接部が形成される。また、導体移動工程をこのように行った場合は、その後、アンビル１４の押圧を解除し、グライディングジョー１２で押圧することにより仮溶接部をＳ字状に変形させ（第２導体移動工程）、更にアンビル１４によって再び押圧して（第２導体押圧工程）、第２超音波溶接工程を行うことになる。このように、第２導体移動工程と第２導体押圧工程が別々の工程であっても良い。
【００６９】
仮溶接部２０は、電線１の長手方向で見たときの形状が細長い方が、第２導体移動工程において変形させ易いため好適である。ただし、グライディングジョー１２の押圧によって導体を相対移動させる距離は限界もある。以上の点を考慮すれば、仮溶接部２０の形状としては、電線１の長手方向で見たときの縦横比が、２：１（又は１：２）程度であることが理想的である。ただしこれに限らず、前記縦横比が５：１〜１：１（又は１：１〜１：５）の範囲であれば良好である。もっとも、仮溶接部２０の形状が上記縦横比の範囲外であっても、第２導体移動工程においてその形状を変形させることができれば良いのであるから、仮溶接部２０の形状が上記縦横比の範囲内に限定される訳では無い。
【００７０】
また、上記実施形態では、仮溶接部２０及び溶接部２１は、電線１の長手方向で見たときの形状が略四角形となっている（より正確に言うと、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４によって形成される空間の形状が、電線１の長手方向で見たときに略四角形となっている）。しかし、仮溶接部２０及び溶接部２１の形状はこれに限らず、例えば、電線１の長手方向で見たときの形状が三角形や丸型、六角形であっても良い。このように、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４の形状、配置関係、個数等は一例であって、上記実施形態に限るものではない。ただし、導体２の相対位置を変化させる必要があるので、仮溶接部２０と溶接部２１とでは、電線１の長手方向で見たときの形状が異なっていることが普通である。
【００７１】
上記の超音波溶接方法の各工程は、必ずしも連続して行う必要はない。
【００７２】
上記実施形態の説明では、ソノトロード１１の上面（載置面）及びアンビル１４の下面は略平面状としたが、実際の装置においては、完全な平滑面として形成されることは少ない。具体的には、ソノトロード１１の上面及びアンビル１４の下面には、ソノトロード１１の振動方向に対して直交する方向に溝を形成する等により、超音波振動させる際に導体２との間でスリップが発生しないような形状とすることが一般的である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 電線
２ 導体
３ 絶縁被覆
１０ 超音波溶接機
１１ ソノトロード
１２ グライディングジョー
１３ アンビルプレート
１４ アンビル
２１ 溶接部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、複数の電線の導体同士を超音波溶接によって溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電線の導体同士を電気的に接続する場合、絶縁被覆を除去して導体を露出させ、当該露出した導体同士をハンダ付けしたり、手作業などで導体を捻って撚り合わせる方法等が採用されている。特に近年は、作業が簡単かつ確実であるため、導体同士を超音波溶接により溶接する方法が広く採用されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
一方、特許文献２は、前記特許文献１に開示されている方法で超音波溶接を行うと、接続強度に問題があり、導体がバラけてしまうことを指摘している。特許文献２は、この問題を解決する接続方法として、露出した導体同士を同一方向に一緒に捻り、この捻った部分を超音波溶接により溶接する接続方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８８０１８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２２５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の接続方法は、導体を捻るという工程が必要となるため、以下のような問題点があった。即ち、複数の導体同士を同一方向に捻る作業が手作業である場合、捻り工程を忘れたまま溶接工程に進み、そのまま溶接してしまう可能性がある。また、捻り工程を手作業とした場合、手間とコストが掛かってしまう。一方、捻り工程を装置によって行う構成も考えられるが、このような装置は複雑であるため、コストが増大する。
【０００６】
また、捻り工程が手作業であれば、手の皮脂やハンドクリーム等の異物が、導体に付着する可能性がある。一方、捻り工程が装置による処理であれば、保持部のゴム部品や金属粉等の異物が、導体に付着する可能性がある。超音波溶接は、接合される部分に高周波振動を与えることにより金属原子を拡散して接合するものであるため、接合面の間に異物が介在すると、原子拡散を大きく阻害して溶接不良になる可能性が生じる。このように、特許文献２の接続方法で超音波溶接を行った場合、捻り工程において導体に異物が付着してしまうことにより、溶接箇所に溶接不良が発生する可能性があった。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、複数本の電線の端末を超音波溶接する際に発生するバラけや、溶接強度不足の発生を抑制することができる、導体の超音波溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、以下のような超音波溶接方法が提供される。即ち、この超音波溶接方法は、絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を接続する超音波溶接方法であって、電線配置工程と、導体移動工程と、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、を含む。前記電線配置工程においては、前記複数の電線を所定の配置に従って配置する。前記導体移動工程においては、前記導体を所定方向に押圧することにより、導体同士の相対位置を変化させる。前記第１超音波溶接工程においては、前記所定方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行う。前記第２超音波溶接工程においては、前記所定方向の押圧を解除して、前記導体に対して超音波溶接を行う。
【００１０】
このように、導体を押圧して相対位置を変化させると、押圧力を解除したときに、復元力によって導体が元の位置に戻ろうとする。即ち、導体を押圧している時と、前記押圧を解除した時とでは、導体同士の相対位置が異なる。従って、導体を押圧した時に行う第１超音波溶接工程と、前記押圧を解除した時に行う第２超音波溶接工程と、では、異なる位置関係にある導体に対して超音波溶接を行うことができる。これにより、第１超音波溶接工程と第２超音波溶接工程で異なる方向に接続を形成することができるので、導体同士がバラけてしまうことを防止できる。また、導体を押圧するだけで導体の相対位置を変更することができるので、例えば手作業や特殊な装置によって導体を捻ったりする構成に比べて簡単かつ安価に行うことができるとともに、捻り忘れを防止できる。更に、作業者が手で導体を触れたり、特殊な装置で導体を把持したりする必要が無いので、導体に異物が付着してしまうことを防止できる。
【００１１】
上記の超音波溶接方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、前記導体移動工程においては、前記導体を押圧することにより、その押圧方向とは直交する方向に当該導体を並べる。前記第１超音波溶接工程においては、前記導体が並んだ方向に前記超音波溶接を行う。
【００１２】
このように、導体を所定方向に押圧することにより、前記所定方向とは直交する方向に導体を並べることができる。また、導体が並んだ方向に超音波溶接を行うことにより、第１超音波溶接工程における溶接部を、細長く形成できる。このように細長い溶接部は、前記所定方向の押圧力を解除したときに変形し易いため、特に好適である。
【００１３】
上記の超音波溶接方法では、前記電線配置工程において、前記電線は、前記押圧する方向に複数並んでいることが好ましい。
【００１４】
このように、所定方向に電線が複数並んでいる場合、当該所定方向に導体を押圧することで容易に導体同士の相対位置を変更することができる。
【００１５】
上記の超音波溶接方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、この超音波溶接方法は、前記導体に対する前記所定方向の押圧を解除した後、前記導体を別の方向に押圧することにより導体同士の相対位置を変化させる第２導体移動工程を含む。そして、前記第２超音波溶接工程では、前記別の方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行う。
【００１６】
このように、所定方向の押圧を解除した後、別の方向に導体を押圧することで、導体同士を大きく変形させることができる。これにより、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、では導体同士の位置関係が大きく異なる結果、よりバラけにくい溶接部を形成することができる。
【００１７】
また、本発明の第２の観点によれば、絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を超音波溶接により接続した溶接部であって、以下のように形成された溶接部が提供される。即ち、前記導体は複数の素線からなり、前記素線は、隣接する複数の方向の素線と接続されている。
【００１８】
このように、素線同士を複数の方向で接続することにより、バラけにくい溶接部を超音波溶接により形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の超音波溶接方法の処理対象となる電線の構成を示す図。
【図２】従来の超音波溶接方法の問題点を説明する図。
【図３】超音波溶接機の正面図。
【図４】電線配置工程を説明する図。
【図５】グライディングジョーを移動させた様子を説明する図。
【図６】従来の超音波溶接方法における超音波溶接工程を説明する図。
【図７】導体移動工程を説明する図。
【図８】第１超音波溶接工程を説明する図。
【図９】仮溶接部が変形する様子を説明する図。
【図１０】第２超音波溶接工程を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。まず、図１を参照して、本発明の超音波溶接方法による溶接の対象となる電線について説明する。図１（ａ）は電線１を長手方向から見た図、図１（ｂ）は電線１の側面図である。この電線１は、導体２を絶縁被覆３で覆ったものである。なお、図１は、電線１の端部の絶縁被覆３が除去された状態を示している。このように、電線１の絶縁被覆３を剥ぎ取ることにより、内部の導体２を露出させることができる。
【００２１】
図１において図示は省略しているが、導体２は、複数の細い金属製の素線が束ねられたものである。絶縁被覆３内において、各素線は、絶縁被覆３によって形状的拘束を受けている。ただし、絶縁被覆３内において、各素線は互いにある程度相対移動可能である。また、絶縁被覆３を除去した部分（図１（ｂ）の左側端部）においては、絶縁被覆３による形状的拘束を受けなくなるため、前記素線同士がよりいっそう相対移動し易くなる。このため、絶縁被覆３を除去した部分の導体２に外力を加えることにより、当該導体２を電線１の長手方向から見たときの形状（図１（ａ）に示す形状）を、ある程度変形させることができる。
【００２２】
また、上記のように絶縁被覆３を除去すると素線同士が相対移動し易くなるため、この絶縁被覆３を除去した部分に対して通常の超音波溶接を行っただけでは、素線同士がバラけ易いという問題がある。この点について、図２を参照して簡単に説明する。
【００２３】
図２は、一般的な超音波溶接の原理を説明する模式図である。一般的な超音波溶接では、まず、ソノトロード１００とアンビル１０１によって素線９を挟み込み、図中の矢印で示す方向に素線９を押圧する。そして、図略の超音波発振器によって、ソノトロード１００を図２の紙面に垂直な方向に振動させる。一方、アンビル１０１は振動させない。これにより、押圧方向で隣接する素線９同士が相対移動させられる結果、前記押圧方向で素線９同士が接触している部分（図２中に太い実線の円で囲った部分）に摩擦が発生して、金属表面の酸化皮膜等が除去されるとともに接触面が平滑化される。そして、酸化皮膜等が除去された接触面同士が相対的に往復運動を繰り返す結果、前記接触面同士の間で原子拡散が起こり、金属が再結晶して機械的及び電気的な接合が完了する。
【００２４】
一方、押圧方向に直交する方向で素線９同士が接触している部分（図２中に太い点線の円で囲った部分）では、素線９同士が殆ど相対移動しない。従って、図２中の点線の円で囲った部分では酸化皮膜等の除去や原子拡散が発生しにくく、このため押圧方向と直交する方向で隣接する素線９同士の接続強度が弱いという傾向がある。このため、図１（ａ）のように一方向のみで超音波溶接を行った場合、図２（ｂ）のように、素線同士がバラけ易いという問題があったのである。
【００２５】
次に、本発明の超音波溶接方法で用いる超音波溶接機について、図３を参照して説明する。図３に示すように、この超音波溶接機１０は、ソノトロード１１と、グライディングジョー１２と、アンビルプレート１３と、アンビル１４と、を備えている。
【００２６】
ソノトロード１１は、図略の超音波発振器によって超音波発振することが可能に構成されている。具体的には、ソノトロード１１は、図３の紙面に垂直な方向に振動する。また、ソノトロード１１の上面は平面状となっており、当該上面には、複数本の電線１を並べて載せることができるようになっている。このソノトロード１１の上面のことを、以下では「載置面」と呼ぶ。なお、図３は、載置面に載せた電線１の長手方向で超音波溶接機１０を見た図である。
【００２７】
アンビルプレート１３は、載置面に載せられる電線１の側方に配置されている。また、アンビルプレート１３は、載置面と直交する方向（図３の上下方向）に移動することが可能に構成されている。このようにアンビルプレート１３を上下に移動させることで、同じく上下移動するアンビル１４（後述）との干渉を避けることができる。
【００２８】
グライディングジョー１２は、載置面に載せられる電線１を挟んで、アンビルプレート１３の反対側に配置されている。また、グライディングジョー１２は、載置面に平行で、かつ電線１の長手方向に直交する方向（図３の左右方向）に移動することが可能に構成されている。即ち、グライディングジョー１２は、アンビルプレート１３に対して近づく又は遠ざかる方向に移動させることが可能である。以上の構成で、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３に向かって移動させることにより、載置面に載せられた複数本の電線１の導体２を、グライディングジョー１２及びアンビルプレート１３の間で挟み込むことができる。
【００２９】
アンビル１４は、ソノトロード１１及びアンビルプレート１３の上方に配置される。アンビル１４は、載置面に載せられる電線１の長手方向と直交する平面内で移動可能（即ち、図３の上下左右方向で移動可能）である。アンビル１４の下側の面（載置面に対向する面）は、前記載置面と略平行、かつ略平面状となっている。アンビル１４を下方（ソノトロード１１に近づく方向）に移動させることにより、載置面に載せられた複数本の電線１の導体を、アンビル１４及びソノトロード１１の間で押圧することができる。また、アンビル１４を図３の左右方向に移動させることにより、同じく左右方向に移動するグライディングジョー１２との干渉を避けることができる。
【００３０】
次に、上記のように構成された超音波溶接機１０を用いた従来の超音波溶接方法について、以下に説明する。
【００３１】
まず、電線端末処理工程を行う。即ち、図１（ｂ）に示すように、接続を行う複数の電線１の端部について、絶縁被覆３を所定の長さだけ剥ぎ取り、内部の導体２を露出させる。
【００３２】
次に、複数の電線１を、ソノトロード１１の上面（載置面）上にセットする電線配置工程を行う。図４（ａ）は、載置面にセットした電線１を、当該電線１の長手方向で見た模式図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の電線１の側面図である。図４に示すように、この例では、４本の電線１を、左右２本、上下２段となるように配置している。より具体的には、導体２ｃを有する電線１と導体２ｄを有する電線１とを左右に並べてセットし、前記導体２ｃを有する電線１の上には導体２ａを有する電線１を、前記導体２ｄを有する電線１の上には導体２ｂを有する電線１を、それぞれセットしている。なお、グライディングジョー１２とアンビルプレート１３との間は、導体２が少なくとも左右２本並ぶことができるように、十分な幅を持って開くことができるように構成されている。また、ソノトロード１１とアンビル１４との間は、導体２を少なくとも上下２段に重ねることができるように、十分な幅を持って開くことができるように構成されている。
【００３３】
続いて、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを左右から挟持する導体挟持工程を行う。即ち、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３に近づける方向に移動させ、当該グライディングジョー１２とアンビルプレート１３との間の間隔が、導体２の２本分程度となるまで接近させる。このようにして、グライディングジョー１２及びアンビルプレート１３によって、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟持させる。このときの様子を、図５に示す。なお、図５（ａ）においては、導体２の様子をより良く示すため、電線１に関しては、図５（ｂ）のＡ−Ａ断面矢視図として図示している。なお、他の同種の図面（図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０）においても、同様に、電線１に関しては断面矢視図となっている。上記のようにグライディングジョー１２及びアンビルプレート１３によって導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟持することにより、当該導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの水平方向（図５（ａ）の左右方向）への移動を規制することができる。
【００３４】
次に、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを上下方向に押圧する導体押圧工程を行う。即ち、まず、アンビル１４を移動させて、当該アンビル１４の一部によって導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上を覆う。図５（ａ）では、アンビル１４を左方向（グライディングジョー１２に近づく方向）に移動させる。続いて、アンビル１４及びアンビルプレート１３を移動させ、ソノトロード１１とアンビル１４との間に、電線１の導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟み込む。この時の様子を、図６に示す。図６（ａ）では、アンビル１４及びアンビルプレート１３を、図面下向き（アンビル１４がソノトロード１１に近づく向き）に移動させている。このとき、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対して、後述の超音波溶接を行うための適切な圧力を負荷するように、アンビル１４の移動量を適宜調節する。
【００３５】
最後に、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに超音波振動を付与して溶接する超音波溶接工程を行う。即ち、ソノトロード１１及びアンビル１４により導体２を押圧しながら、ソノトロード１１を超音波振動させる。これにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを溶接することができる。
【００３６】
ただし、このような従来の超音波溶接方法は、１方向にのみ超音波溶接を行うものである。従って、前述のように、素線同士がバラけ易いという欠点があったのである。この点、特許文献２は、上記の欠点を解消するために導体２を捻ってから超音波溶接を行う方法を開示しているが、前述のように、手間やコストの増大、異物混入による接続不良等の問題が発生し得る。
【００３７】
次に、上記のような従来の方法の問題を解決した、本実施形態の超音波溶接方法について説明する。この超音波溶接方法は、電線端末処理工程と、電線配置工程と、導体移動工程と、第１導体押圧工程と、第１超音波溶接工程と、第２導体押圧工程と、第２超音波溶接工程と、を含んでいる。
【００３８】
この超音波溶接方法においても、電線端末処理工程、及び電線配置工程は、上記従来の超音波溶接方法と同様に行う。従って、これらの工程の内容については説明を省略する。
【００３９】
続いて、導体移動工程を行う。まず、上記従来の方法における導体挟持工程と同様に、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３に近づける方向に移動させ、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟持させる。ただし、上記の従来の方法における導体挟持工程では、グライディングジョー１２とアンビルプレート１３との間の間隔は導体２の２本分程度（図５（ａ）の状態）としていたが、本実施形態の導体移動工程においては、図５（ａ）の状態から更にグライディングジョー１２を移動させる。
【００４０】
このように、グライディングジョー１２を、図５（ａ）の状態から更にアンビルプレート１３に近づける方向（図５（ａ）の右方向）に移動させることにより、当該グライディングジョー１２によって導体２ａ，２ｃを図５（ａ）の右側に移動させる方向に押圧することができる。ここで、図５（ａ）に示すように、載置面上に載せられた導体２ａと導体２ｂは、グライディングジョー１２によって押圧される方向に並んでいる。同じく、導体２ｃと導体２ｄも、グライディングジョー１２によって押圧される方向に並んでいる。このように、グライディングジョー１２によって押圧される方向に導体２が並んでいるので、当該グライディングジョー１２によって導体２を押圧することにより、導体２同士を相対移動させることができる。例えば、図５（ａ）の状態からグライディングジョー１２によって導体２を押圧すると、導体２ａが導体２ｂの上に押し出され、導体２ｃが導体２ｂと導体２ｄとの間に押し込まれる。この場合、図７に示すように、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが、この順で上から並んで配置される。なお、このとき相対移動するのは導体２の先端部分のみであり、絶縁被覆３は、殆ど或いは全く相対移動しない。即ち、導体移動工程の後であっても、電線１のうち絶縁被覆３の部分は、電線配置工程でセットされたときの配置（縦２段、横２列）を保った状態となっている。
【００４１】
続いて、第１導体押圧工程が行われる。この第１導体押圧工程は、上記従来の方法の導体押圧工程と同等である。即ち、まず、アンビル１４を移動させて、当該アンビル１４の一部によって導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上を覆う。続いて、アンビル１４及びアンビルプレート１３を移動させ、ソノトロード１１とアンビル１４との間に、電線１の導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟み込む。このとき、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対して、後述の第１の超音波溶接を行うための適切な圧力を負荷するように、アンビル１４の移動量を適宜調節する。
【００４２】
この状態で、第１超音波溶接工程が行われる。即ち、ソノトロード１１を超音波発振し、導体２に含まれる素線同士を超音波溶接する。これにより、アンビル１４の押圧方向で隣接する素線同士が接続される。この第１の超音波溶接によって形成された溶接部を、仮溶接部２０と呼ぶこととする。図８（ａ）には、仮溶接部２０において溶接が行われた方向を、細線の実線で示す。即ち、この細線の実線上に並ぶ素線同士は強力に接続されているが、当該細線の実線と直交する方向に並んでいる素線同士の接続は弱いということになる。
【００４３】
続いて、グライディングジョー１２による導体２（仮溶接部２０）の押圧を解除する。このときの様子を、図９に示す。即ち、グライディングジョー１２をアンビルプレート１３から遠ざける方向（図９（ａ）の左方向）に移動させることにより、グライディングジョー１２とアンビルプレート１３による導体２（仮溶接部２０）の挟持を解除する。これにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが図９（ａ）の左右方向で移動しないように規制していた力が解除される。
【００４４】
ここで前述のように、各電線１の絶縁被覆３は、電線配置工程でセットされたときの配置（縦２段、横２列）を保っている。従って、グライディングジョー１２の押圧によって強制的に移動させられた導体２は、当該導体２を覆っている絶縁被覆３によって引っ張られるような力を受けている。この状態で、グライディングジョー１２による導体２（仮溶接部２０）の挟持を解除すると、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが絶縁被覆３からの応力を受け、絶縁被覆３と同じ配置（縦２段、横２列）に戻ろうとする。この導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが元の位置に戻ろうとする力によって、仮溶接部２０が変形する。具体的には、図９（ａ）に示すように、Ａ−Ａ断面における仮溶接部２０の形状が、略Ｓ字状となるように変形する。
【００４５】
なお、図８（ａ）に示すように、仮溶接部２０は、縦に細長く形成されている。言い換えると、第１超音波溶接工程を行う時点において、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４によって形成される空間の形状が、電線１の長手方向で見たときに、縦に細長い長方形状となっている。ここで仮に、仮溶接部２０が、図８のＡ−Ａ断面における形状が寸胴となるように形成されていると、当該仮溶接部２０は変形しにくいと考えられる。従って、この場合、グライディングジョー１２による押圧を解除したとしても、仮溶接部２０は殆ど変形しないと考えられる。この点、本実施形態では、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを縦に一列に並べ、当該並んだ方向で超音波溶接を行うことにより、細長い仮溶接部２０を形成しているので、グライディングジョー１２による押圧を解除したときに仮溶接部２０が変形し易くなっている。
【００４６】
次に、第２導体押圧工程が行われる。即ち、図９の状態から、仮溶接部２０（導体２）の上方を覆うようにアンビルプレート１３を移動させる。続いて、アンビル１４及びアンビルプレート１３を移動させ、ソノトロード１１とアンビル１４との間に、仮溶接部２０（導体２）を挟み込む。このとき、仮溶接部２０（導体２）に対して、後述の第２の超音波溶接を行うための適切な圧力を負荷するように、アンビル１４の移動量を適宜調節する。
【００４７】
このときの様子を、図１０に示す。図１０に示すように、図９の状態からアンビル１４によって導体２を押圧することにより、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４によって形成される空間の内部に、仮溶接部２０（導体２）をＳ字状に変形させつつ押し込むことができる。
【００４８】
なお、この第２導体押圧工程は、仮溶接部２０を変形させることにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置を変化させていると考えることができるので、第２導体移動工程であると言うこともできる。この第２導体押圧工程（第２導体移動工程）では、先の導体移動工程とは異なる方向に導体２を押圧しているので、前記導体移動工程とは異なる方向に導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを相対移動させることができる。
【００４９】
最後に、第２超音波溶接工程を行う。即ち、ソノトロード１１を超音波発振させることにより、仮溶接部２０に対して更に超音波溶接を行い、最終的に溶接部２１を形成する。この第２超音波溶接工程によって接続された素線が並ぶ方向を、図１０の溶接部２１の中に、細線の一点鎖線で示す。
【００５０】
前述のように、第２超音波溶接工程を行う時点では、第１超音波溶接工程が終了した時点から仮溶接部２０が変形している。即ち、第１超音波溶接工程を行う時点と、第２超音波溶接工程を行う時点とでは、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置が変化している。従って、第２超音波溶接工程を行うと、第１超音波溶接工程とは異なる方向で素線同士を接続することができる。これにより、１方向にのみ超音波溶接を行う従来の構成と比べて、溶接部２１の素線がバラけにくくすることができる。
【００５１】
そして、上記のように第２の超音波溶接工程を行うことにより、最終的に、素線が複数の方向で隣接する他の素線と超音波溶接された溶接部２１を形成することができる。
【００５２】
また、本実施形態の超音波溶接方法によれば、第１超音波溶接工程と第２超音波溶接工程との間で導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置を変化させるために、手作業で導体２（仮溶接部）を捻ったり、専用の装置を用いて導体２を捻ったりする必要が無い。これにより、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの相対位置を変化させる際に、当該導体２に異物が付着してしまうことを防止できる。
【００５３】
以上で説明したように、本実施形態の超音波溶接方法は、絶縁被覆３を一部除去して導体２を露出させた複数の電線１の前記導体２同士を接続する超音波溶接方法であって、電線配置工程と、導体移動工程と、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、を含んでいる。電線配置工程においては、複数の電線１を所定の配置に従って配置する。導体移動工程においては、導体２をグライディングジョー１２によって所定方向に押圧することにより、導体２同士の相対位置を変化させる。第１超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２によって押圧された状態の導体２に対して超音波溶接を行う。第２超音波溶接工程においては、グライディングジョー１２による押圧を解除して、導体２に対して超音波溶接を行う。
【００５４】
このように、導体２を押圧して相対位置を変化させると、押圧力を解除したときに、復元力によって導体２が元の位置に戻ろうとする。即ち、導体２を押圧している時と、前記押圧を解除した時とでは、導体２同士の相対位置が異なる。従って、導体２を押圧した時に行う第１超音波溶接工程と、前記押圧を解除した時に行う第２超音波溶接工程と、では、異なる位置関係にある導体２に対して超音波溶接を行うことができる。これにより、第１超音波溶接工程と第２超音波溶接工程で異なる方向に接続を形成することができるので、導体２の素線がバラけてしまうことを防止できる。また、導体２を押圧するだけで導体２の相対位置を変更することができるので、例えば手作業や特殊な装置によって導体２を捻ったりする構成に比べて簡単かつ安価に行うことができるとともに、捻り忘れを防止できる。更に、作業者が手で導体２を触れたり、特殊な装置で導体を把持したりする必要が無いので、導体２に異物が付着してしまうことを防止できる。
【００５５】
また、本実施形態の超音波溶接方法は、以下のように行っている。即ち、導体移動工程においては、グライディングジョー１２によって導体２を押圧することにより、その押圧方向とは直交する方向に導体２を並べる。第１超音波溶接工程においては、導体２が並んだ方向に超音波溶接を行う。
【００５６】
このように、導体２を所定方向に押圧することにより、前記押圧する方向とは直交する方向に導体２を並べることができる。また、導体２が並んだ方向に超音波溶接を行うことにより、第１超音波溶接工程における溶接部を、細長く形成できる。このように細長い溶接部は、前記押圧する力を解除したときに変形し易いため、特に好適である。
【００５７】
また、本実施形態の超音波溶接方法では、電線配置工程において、電線１は、グライディングジョー１２によって押圧する方向に複数並んでいる。
【００５８】
このように、グライディングジョー１２によって押圧する方向に電線１が複数並んでいる場合、当該押圧する方向に導体２を押圧することで容易に導体２同士の相対位置を変更することができる。
【００５９】
また、本実施形態の超音波溶接方法は、以下のように行われる。即ち、この超音波溶接方法は、導体２に対するグライディングジョー１２による押圧を解除した後、アンビル１４によって導体２を別の方向に押圧することにより導体２同士の相対位置を変化させる第２導体押圧工程を含む。そして、第２超音波溶接工程では、別の方向に押圧された状態の導体２に対して超音波溶接を行う。
【００６０】
このように、グライディングジョー１２による押圧を解除した後、アンビル１４によって別の方向に導体２を押圧することで、導体２を大きく変形させることができる。これにより、第１超音波溶接工程と、第２超音波溶接工程と、では導体２同士の位置関係が大きく異なる結果、よりバラけにくい溶接部２１を形成することができる。
【００６１】
また、本発明の超音波溶接方法によって形成される溶接部２１は、絶縁被覆３を一部除去して導体２を露出させた複数の電線１の導体２同士を超音波溶接により接続した溶接部であって、以下のように形成されている。即ち、導体２は複数の素線からなり、前記素線は、隣接する複数の方向の素線と接続されている。
【００６２】
このように、素線同士を複数の方向で接続することにより、バラけにくい溶接部を超音波溶接により形成することができる。
【００６３】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００６４】
上記実施形態では、電線配置工程において、電線１を、横に２本、縦に２本で配置するものとしたが、これに限らない。そもそも、電線１は４本に限らず、複数本であれば本発明の方法を適用することができる。
【００６５】
上記実施形態では、仮溶接部２０が略Ｓ字状に変形するものとして説明したが、必ずしもこのようにＳ字状とならなくても良い。要は、第１超音波溶接工程の後で、仮溶接部２０が変形することにより、第２超音波溶接工程で異なる方向に超音波溶接を行うことができれば良い。
【００６６】
上記実施形態では、グライディングジョー１２によって押圧することにより、導体２ａ，導体２ｂ，導体２ｃ，導体２ｄの順で並ぶとして説明したが、必ずしもこの順で導体２が並ぶとは限らない。例えば、導体２ｂ，導体２ａ，導体２ｃ，導体２ｄの順で並ぶ可能性もある。この場合、グライディングジョー１２による押圧を解除した時には、仮溶接部２０は上記のようにＳ字状には変形せず、例えば略Ｃ字状に変形すると考えられる。このように、導体２が並ぶ順番が異なっていても、グライディングジョー１２による押圧を解除することにより仮溶接部２０が変形するので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
上記実施形態では、超音波溶接を２回に分けて行う例を示しているが、例えば３回でも同様の効果を得ることができる。要は、複数回の超音波溶接を、導体２の相対位置を変化させながら行うことができれば良い。
【００６８】
上記実施形態では、最初にグライディングジョー１２で押圧することにより導体２を相対移動させ、次にアンビル１４で押圧することにより仮溶接部２０を変形する構成としたが、これに限らない。例えば、まずアンビル１４で押圧することにより導体２を相対移動させ（導体移動工程、第１導体押圧工程）、第１超音波溶接工程を行ってもよい。この場合、横に細長い仮溶接部が形成される。また、導体移動工程をこのように行った場合は、その後、アンビル１４の押圧を解除し、グライディングジョー１２で押圧することにより仮溶接部をＳ字状に変形させ（第２導体移動工程）、更にアンビル１４によって再び押圧して（第２導体押圧工程）、第２超音波溶接工程を行うことになる。このように、第２導体移動工程と第２導体押圧工程が別々の工程であっても良い。
【００６９】
仮溶接部２０は、電線１の長手方向で見たときの形状が細長い方が、第２導体移動工程において変形させ易いため好適である。ただし、グライディングジョー１２の押圧によって導体を相対移動させる距離は限界もある。以上の点を考慮すれば、仮溶接部２０の形状としては、電線１の長手方向で見たときの縦横比が、２：１（又は１：２）程度であることが理想的である。ただしこれに限らず、前記縦横比が５：１〜１：１（又は１：１〜１：５）の範囲であれば良好である。もっとも、仮溶接部２０の形状が上記縦横比の範囲外であっても、第２導体移動工程においてその形状を変形させることができれば良いのであるから、仮溶接部２０の形状が上記縦横比の範囲内に限定される訳では無い。
【００７０】
また、上記実施形態では、仮溶接部２０及び溶接部２１は、電線１の長手方向で見たときの形状が略四角形となっている（より正確に言うと、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４によって形成される空間の形状が、電線１の長手方向で見たときに略四角形となっている）。しかし、仮溶接部２０及び溶接部２１の形状はこれに限らず、例えば、電線１の長手方向で見たときの形状が三角形や丸型、六角形であっても良い。このように、ソノトロード１１、グライディングジョー１２、アンビルプレート１３及びアンビル１４の形状、配置関係、個数等は一例であって、上記実施形態に限るものではない。ただし、導体２の相対位置を変化させる必要があるので、仮溶接部２０と溶接部２１とでは、電線１の長手方向で見たときの形状が異なっていることが普通である。
【００７１】
上記の超音波溶接方法の各工程は、必ずしも連続して行う必要はない。
【００７２】
上記実施形態の説明では、ソノトロード１１の上面（載置面）及びアンビル１４の下面は略平面状としたが、実際の装置においては、完全な平滑面として形成されることは少ない。具体的には、ソノトロード１１の上面及びアンビル１４の下面には、ソノトロード１１の振動方向に対して直交する方向に溝を形成する等により、超音波振動させる際に導体２との間でスリップが発生しないような形状とすることが一般的である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 電線
２ 導体
３ 絶縁被覆
１０ 超音波溶接機
１１ ソノトロード
１２ グライディングジョー
１３ アンビルプレート
１４ アンビル
２１ 溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を接続する超音波溶接方法であって、
前記複数の電線を所定の配置に従って配置する電線配置工程と、
前記導体を所定方向に押圧することにより、導体同士の相対位置を変化させる導体移動工程と、
前記所定方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行う第１超音波溶接工程と、
前記所定方向の押圧を解除して、前記導体に対して超音波溶接を行う第２超音波溶接工程と、
を含むことを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波溶接方法であって、
前記導体移動工程においては、前記導体を押圧することにより、その押圧方向とは直交する方向に当該導体を並べ、
前記第１超音波溶接工程においては、前記導体が並んだ方向に前記超音波溶接を行うことを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波溶接方法であって、
前記電線配置工程において、前記電線は、前記押圧する方向に複数並んでいることを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波溶接方法であって、
前記導体に対する前記所定方向の押圧を解除した後、前記導体を別の方向に押圧することにより導体同士の相対位置を変化させる第２導体移動工程を含み、
前記第２超音波溶接工程では、前記別の方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行うことを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項５】
絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を超音波溶接により接続した溶接部であって、
前記導体は複数の素線からなり、
前記素線は、隣接する複数の方向の素線と接続されていることを特徴とする溶接部。
【請求項１】
絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を接続する超音波溶接方法であって、
前記複数の電線を所定の配置に従って配置する電線配置工程と、
前記導体を所定方向に押圧することにより、導体同士の相対位置を変化させる導体移動工程と、
前記所定方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行う第１超音波溶接工程と、
前記所定方向の押圧を解除して、前記導体に対して超音波溶接を行う第２超音波溶接工程と、
を含むことを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波溶接方法であって、
前記導体移動工程においては、前記導体を押圧することにより、その押圧方向とは直交する方向に当該導体を並べ、
前記第１超音波溶接工程においては、前記導体が並んだ方向に前記超音波溶接を行うことを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波溶接方法であって、
前記電線配置工程において、前記電線は、前記押圧する方向に複数並んでいることを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波溶接方法であって、
前記導体に対する前記所定方向の押圧を解除した後、前記導体を別の方向に押圧することにより導体同士の相対位置を変化させる第２導体移動工程を含み、
前記第２超音波溶接工程では、前記別の方向に押圧された状態の前記導体に対して超音波溶接を行うことを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項５】
絶縁被覆を一部除去して導体を露出させた複数の電線の前記導体同士を超音波溶接により接続した溶接部であって、
前記導体は複数の素線からなり、
前記素線は、隣接する複数の方向の素線と接続されていることを特徴とする溶接部。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１９８５０６（Ｐ２０１１−１９８５０６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６１０４７（Ｐ２０１０−６１０４７）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
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