(57)【要約】  【課題】  超音波溶接の接合強度を高めるようにした端子金具と芯線との超音波溶接方法を提供する。  【解決手段】  溶接チップ２２の押圧面２３と端子金具１１の底壁１２ａとの間で芯線３１を圧縮するときの両者間の寸法を、芯線３１の中心部に対応する部位より両端部に対応する部位が小さくなるように設定する。これにより、溶接チップ２２により略円形断面の芯線３１に圧縮を加えながら超音波溶接すると、芯線３１を構成する素線３１ａの密集度が両側部で小さい状況であっても全体として均一に押圧力が作用するため、良好な接合状態を得ることができる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素線を撚り合わせた略円形断面の芯線を絶縁被覆で包囲してなる電線と、該電線の端部を皮剥ぎして露出させた上記芯線を受け入れる底壁と該底壁の両側に立設された側壁とからなる略Ｕ字状断面の電線接続部を備えた端子金具とを、アンビルと溶接チップとの間で挟み付けた状態で超音波溶接して端子付き電線を製造する方法であって、
上記溶接チップの押圧面と端子金具の底壁との間で芯線を圧縮するときの両者間の寸法を、上記芯線の中央部に対応する部位より両側部に対応する部位が小さくなるように設定して超音波溶接するようにしたことを特徴とする端子付き電線の製造方法。
【請求項２】
上記溶接チップは押圧面の両側部が中央部よりもアンビルの方へ膨出する形状のものを用いるようにしている請求項１に記載の端子付き電線の製造方法。
【請求項３】
上記端子金具は底壁の中央部が両側壁側よりも溶接チップと反対側に膨出する形状のものを用いるようにしている請求項１または請求項２に記載の端子付き電線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子付き電線の製造方法に関し、詳しくは、複数の撚り線からなる芯線を均一に圧縮しながら端子金具に超音波溶接することにより、接合強度の向上を図るようにするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数本の素線を撚り合わせた芯線を端子に接合するに際し、超音波溶接を利用したものとして特許文献１に記載のものがある。一般に超音波溶接により芯線と端子とを接合するには、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、先ずアンビル１上に端子金具２の電線接続部３を載置し、この電線接続部３の上面に電線Ｗの端末を皮剥ぎして露出させた芯線Ｗａを載置する。次いで、電線接続部３上の芯線Ｗａを溶接チップ４で押圧してアンビル１との間で芯線Ｗａと端子金具２とを挟み付けるようにして超音波振動を付加することにより芯線Ｗａを端子金具２の電線接続部３に接合するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−２０２６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
芯線Ｗａは複数の素線Ｗｂが撚り合わされて略円形断面となるように構成され、一方端子金具２の電線接続部３は、芯線Ｗａが載置される平板状の底壁３ａと両側から垂直に立ち上げた側壁３ｂ、３ｃとから構成されている。これに対し、溶接チップ４の押圧面４ａの断面形状は端子金具２の底壁３ａと対向する平面形状となっているので、底壁３ａ上に載置された芯線Ｗａを溶接チップ４の押圧面４ａとの間で圧縮する際、芯線Ｗａの中央部Ａと両側部Ｂとの間の圧縮状況に差違が生じる。即ち、芯線Ｗａは略円形断面となっているので、中央部Ａでは圧縮方向に存在する素線Ｗｂの数が多いのに対し、両側部Ｂでは素線Ｗｂの数が非常に少ない状態となる。
【０００４】
このため、溶接チップ４によって底壁３ａとの間で芯線Ｗａを圧縮する際、中央部Ａの素線Ｗｂはある程度は両側部Ｂへ移動するが、均一な状態とはならず、両側部Ｂにおける素線Ｗｂの数が少ない状態のまま超音波溶接されることになる。このようにして接合された芯線Ｗａと電線接続部３との接合部の断面を観察すると、図９（Ｂ）に示すように、中央部Ａでは各素線Ｗｂが押し潰されて隙間無く相互に溶接されているが、両側部Ｂでは各素線Ｗｂが十分に押し潰されず隣接する素線Ｗｂとの間に隙間Ｃが存在している状態が確認された。即ち、両側部Ｂでは芯線Ｗａと端子金具２との溶接が不十分となり、十分な接合強度を発揮できないという問題があった。一方、両側部Ｂにおける圧縮不足を補うために溶接チップ４による圧縮を高めたり、超音波振動時間が長くする設定とすれば、芯線Ｗａの中央部Ａでは過剰圧縮となり接合後における素線Ｗｂの切れが発生するおそれがあり、結局、この場合も十分な接合強度を得ることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたもので、溶接チップと端子金具の底壁との間で芯線を均一に圧縮できるようにして、超音波溶接の接合強度を高めるようにした端子付き電線の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、複数の素線を撚り合わせた略円形断面の芯線を絶縁被覆で包囲してなる電線と、該電線の端部を皮剥ぎして露出させた上記芯線を受け入れる底壁と該底壁の両側に立設された側壁とからなる略Ｕ字状断面の電線接続部を備えた端子金具とを、アンビルと溶接チップとの間で挟み付けた状態で超音波溶接して端子付き電線を製造する方法であって、
上記溶接チップの押圧面と端子金具の底壁との間で芯線を圧縮するときの両者間の寸法を、上記芯線の中央部に対応する部位より両側部に対応する部位が小さくなるように設定して超音波溶接するようにしたことを特徴とする端子付き電線の製造方法を提供している。
【０００７】
このようにすれば、溶接チップと端子金具の底壁との間で芯線を圧縮する際、素線の本数が少ない両側部においては、中央部よりも溶接チップの押圧面と端子金具の底壁との圧縮間隔が狭くなるので、各素線に対する圧縮が不十分となることなく均一な状態で接合することができる。
【０００８】
具体的には、上記溶接チップは押圧面の両端部が中央部よりもアンビルの方へ膨出する形状のものを用いるようにしている。
このように構成すれば、溶接チップにおける押圧面の膨出した両端部によって、中央部に比べて密集度の低い芯線の両側部を確実に圧縮して隙間のない接合状態を得ることができる。なお、溶接チップの押圧面の形状としては、断面が逆凹形状、山形状、円弧形状等、芯線の圧縮状況に応じて種々の形状を採用することができる。
【０００９】
また、上記端子金具は底壁の中央部が両側壁側よりも対向する溶接チップと反対側に膨出する形状のものを用いるようにしてもよい。
このようにすれば、溶接チップの押圧面は平坦状のままでよいので、溶接チップと端子金具の底壁との間における芯線の圧縮操作の際、押圧面と接触する芯線の各素線の両側部方向への移動を円滑に行いつつ、素線の密集度が高い中央部を底壁の膨出した部分に受け入れて過剰圧縮となるのを防止できる。なお、端子金具の底壁の断面形状としては、中央部分へ向かって緩やかに下方へ湾曲して膨出する形状、Ｖ形状、中央部に凹部を設けた形状等、芯線の圧縮状況に応じて種々の形状を採用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上の説明より明らかなように、本発明の端子付き電線の製造方法によれば、芯線と端子金具との接合部において中央部から両側部にわたって均一な状態で超音波溶接を行うことができる。よって、芯線と端子金具との間の接合強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１〜図５は、本発明の第１実施形態を示し、超音波溶接機を用いて端子金具１１に電線３０の端末を超音波溶接することで端子付電線１０を製造する工程を示している。超音波溶接機は端子金具１１を載置するアンビル２１と、このアンビル２１の上方に対向してアンビル２１との間で端子金具１１と電線３０とを挟みつける溶接チップ２２とからなり、この溶接チップ２２とアンビル２１との間で端子金具１１と電線３０に超音波振動を付与することで両者を接合するようにしている。
【００１２】
端子金具１１に溶接すべき電線３０は、複数本の素線３１ａを断面円形状に撚り合わせた芯線３１を合成樹脂製の絶縁被覆３３で外装してなり、端末部の絶縁被覆３３を端子金具１１への接合に必要な所定長さにわたって皮剥ぎすることで芯線３１を露出させている。
【００１３】
端子金具１１は、一般の雄または雌端子の他、アース端子等として用いられるものも含み、その端部には芯線３１を接合固定すべき電線接続部１２を備えている。電線接続部１２は平板状の底壁１２ａと、この底板部２２ａの両側から垂直上方へ立ち上げて延出した側壁１２ｂ、１２ｃを備え、断面が略Ｕ字形状となっている。
【００１４】
アンビル２１は超音波溶接機（図示せず）の本体基部に固定されており、上部には端子金具１１の電線接続部１２を収容して位置決めするための収容部２１ａが凹設されている。この収容部２１ａは上面が開放された断面凹形状とされ、電線接続部１２をガタ付きなく収容保持できるように電線接続部１２の底壁１２ａおよび側壁１２ｂ、１２ｃに面接触して保持可能な形状とされている。
【００１５】
溶接チップ２２は端子金具１１の電線接続部１２内に進入可能な幅を有するブロック形状をなし、アンビル２１の上方に対向して上下方向に作動できるようになっている。この溶接チップ２２の下面は芯線３１に対する押圧面２３とされ、この押圧面２３は平坦な中央部の中央押圧部２３ａと両端部を下方（アンビル２１側）へ向けて小さなブロック状に膨出させた端部押圧部２３ｂとからなっている。これにより、溶接チップ２２と端子金具１１の底壁１２ａとの間で芯線３１を圧縮するとき、図２に示すように、芯線３１の中央部Ａに対応する中央押圧部２３ａと底壁１２ａとの間の寸法Ｌａよりも、芯線３１の両端部Ｂに対応する端部押圧部２３ｂと底壁１２ａとの間の寸法Ｌｂが小さくなる設定とされている。
【００１６】
次に、第１実施形態による端子付き電線の製造方法について説明する。
先ず、図１に示すように、電線３０の端末を皮剥ぎすることにより露出された芯線３１を、アンビル２１の収容部２１ａに収容された端子金具１１の電線接続部１２内に載置する。このとき、図２に示すように、芯線３１は素線３１ａの束によって略円形断面の状態で底壁１２ａに載置された状態となり、芯線３１の上方には超音波溶接機の溶接チップ２２が上昇位置で待機している。次いで図３（Ａ）に示すように、溶接チップ２２をアンビル２１に向けて下降させると、先ず芯線３１の中央部Ａ外周に中央押圧部２３ａが当接することで各素線３１ａが垂直方向に圧縮されると共に、これに伴い中央の素線３１ａが両側部Ｂへ押しやられる。このように素線３１ａの一部は両側部Ｂへ移動するが、それでも両側部Ｂにおける素線３１ａの数は中央部Ａより少なく密集度の低い状態となっている。
【００１７】
しかしながら、本実施形態では、押圧面２３の両端部に端部押圧部２３ｂを設けているので、両側部Ｂにおける押圧面２３と底壁１２ａとの間隔が中央部Ａより狭くなり、これによって両側部Ｂにおける密集度の低い素線３１ａに対しても中央部Ａと同様に十分な押圧力を作用させることができる。ついで、溶接チップ２２の押圧力を芯線３１に作用させた状態で溶接チップ２２を高速で前後に復動作させることにより、溶接チップ２２と芯線３１との接触部および芯線３１と端子金具１１の電線接続部１２内面との接触部に超音波振動を付与する。これにより、次第に各素線３１ａが摩擦熱により温度上昇して軟化し、図３（Ｂ）に示すように、溶接チップ２２による押圧力の作用によって軟化状態の素線３１ａが潰れるように変形してゆく。このような素線３１ａの軟化変形が芯線３１全体に広がって、ついには隣接する素線３１ａ同士および電線接続部１２の内面との間で互いに接合されることとなる。このように、本実施形態では押圧面２３の両端部に端部押圧部２３ｂを下方へ向けて膨出させた溶接チップ２２を用いることによって、素線３１ａの密集度の低い芯線３１の両側部Ｂにおいても各素線３１ａに十分な押圧力を作用させながら電線接続部１２に対し超音波溶接を行うことができる。
【００１８】
図４、図５は上記第１実施形態の変形例を示し、溶接チップ２２の押圧面２３の形状を種々変形させたものである。
【００１９】
図４（Ａ）の溶接チップ２２Ａは、押圧面２３Ａにおける中央押圧部２３Ａａを山状にすることで、両端部の端部押圧部２３Ａｂへテーパー状に移行させるようにしている。
図４（Ｂ）の溶接チップ２２Ｂは、押圧面２３Ｂの中央押圧部２３Ｂａを山状にすると共に、端部押圧部Ｂ２３ｂは中央押圧部２３Ｂａからテーパー状に移行する延長部分として形成している。
【００２０】
図５（Ａ）の溶接チップ２２Ｃは、押圧面２３Ｃの略１／３の幅領域の中央押圧部２３Ｃａを平坦面とし、端部押圧部２３Ｃｂはこの中央押圧部２３Ｃａの両端からテーパー状に移行する延長部分として形成している。
図５（Ｂ）の溶接チップ２２Ｄは、押圧面２３Ｄを内方へ湾曲した曲面部として両端部の端部押圧部２３Ｄｂへ曲面で移行させるようにしている。
上記変形例はいずれも、溶接チップ２２Ａ〜２２Ｄの端部押圧部２３Ａｂ〜２３Ｄｂを中央押圧部２３Ａａ〜２３Ｄａにより下方へ膨出させているので、芯線３１の両端部Ｂにおける素線３１ａの密集度の低い部分に対しても十分な押圧力を作用することができる。これらの変形例における溶接チップ２２Ａ〜２２Ｄの形状は、芯線３１に対する押圧作用時の両側部Ｂへの移動状態、密集度合いに応じて適宜選択して最適な形状を選択するようにしている。
【００２１】
図６〜図８は、第２実施形態を示し、本実施形態では溶接チップ１２２を押圧面１２３が平坦面の一般形状のものを採用する一方、端子金具１１１の電線接続部１１２の形状に変更を加えている。即ち、電線接続部１１２の底壁１１２ａの中央部を両側壁１１１ｂ、１１１ｃよりも下方（対向する溶接チップ１２２と反対側）へ膨出させた押圧吸収部１１３を形成している。このような端子金具１１１を用いることで、溶接チップ１２２と端子金具１１１の底壁１１２ａとの間で芯線３１を圧縮するとき、芯線３１の中央部Ａに対する押圧面１２３と押圧吸収部１１３との間の寸法Ｌ１ａよりも、芯線３１の両側部Ｂにおける押圧面１２３との間の寸法Ｌ１ｂが小さくなる設定としている。また、アンビル１２１における収容部１２１ａの底面は、端子金具１１１の電線接続部１１２の形状に対応して中央部が窪んだ形状とされている。
なお、その他の構成は第１実施形態と同様のため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
次に、上記第２実施形態による端子付き電線の製造方法について説明する。
図６（Ｂ）に示すように、端子金具１１１の電線接続部１１２に載置された芯線３１に対し、溶接チップ１２２を下降して押圧を作用させる。これにより、芯線３１の中央部Ａ外周に押圧面１２３が当接することで各素線３１ａが垂直方向に圧縮されると共に、これに伴い中央の素線３１ａが両側部Ｂへ押しやられる。このように素線３１ａの一部は両側部Ｂへ移動するが、それでも両側部Ｂにおける素線３１ａの数は中央部Ａより少なく低密度状態となっている。
本実施形態では、電線接続部１１２の底壁１１２ａの中央部を両側壁１１２ｂ、１１２ｃよりも下方へ膨出させた形状の端子金具１１１を使用しているので、溶接チップ１２２の押圧面１２３と電線接続部１１２の底壁１１２ａの両端部との間の間隔が中央部より狭くなっている。このため、素線３１ａの密集度の高い中央部Ａが圧縮過剰とならず、密集度の低い両端部Ｂとバランスして全範囲にわたって均等な圧縮力を各素線３１ａに作用することができる。
【００２３】
そして、第１実施形態と同様に、溶接チップ１２２の押圧力を芯線３１に作用させた状態で溶接チップ１２２を介して芯線３１に超音波振動を付与することで、芯線３１は隣接する素線３１ａ同士および電線接続部１１２の内面との間で互いに均一に接合することができる。
【００２４】
図７、図８は上記第２実施形態の変形例を示し、端子金具１１１における底壁１１２ａの形状を種々変形させたものである。
図７（Ａ）の底壁１１２Ａａは、押圧吸収部１１３Ａを中央に向かって両側からテーパー状に窪んだＶ形状としたものを採用している。
図７（Ｂ）の底壁１１２Ｂａは、押圧吸収部１１３Ｂを中央に向かって両側からテーパー状に窪ませると共に、平坦部を有する逆台形状としたものを採用している。
図８の底壁１１２Ｃａは、押圧吸収部１１３Ｃとして中央部を段差状に窪ませた形状のものを採用している。
【００２５】
上記変形例はいずれも、端子金具１１１における電線接続部１１２の底壁１１２ａの形状として、中央部が窪んだ押圧吸収部１１３Ａ〜１１３Ｃを設けているので、芯線３１の両端部Ｂにおける素線３１ａの密集度の低い部分に対しても十分な押圧力を作用することができる。これらの変形例は、芯線３１に対する押圧作用時の両側部Ｂへの移動状態、密集度合いに応じて適宜選択して最適な形状を設定するようにしている。
【００２６】
なお、上記第１実施形態における溶接チップの端部押圧部の突出形状の採用と、上記第２実施形態における端子金具の押圧吸収部の採用は、別個に適用した例を示したが、両者を同時に備えたものであってもよい。また、第１実施形態における溶接チップの端部押圧部の突出寸法と、第２実施形態における端子金具の押圧吸収部の窪み寸法は、芯線における素線の本数、大きさ、溶接チップによる押圧作用時の両側部への移動状況に応じ芯線の全領域に対する押圧力が均一に作用するように適宜調整するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の端子付き電線の製造方法の第１実施形態における超音波溶接工程を示す斜視図である。
【図２】溶接チップの待機状態を示す断面図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は溶接チップによる圧縮工程を示す断面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）は第１実施形態の他の変形例を示す断面図である。
【図６】（Ａ）は第２実施形態における溶接チップの待機状態の断面図、（Ｂ）は圧縮工程の断面図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）は第２実施形態の変形例を示す断面図である。
【図８】第２実施形態の他の変形例を示す断面図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は従来例の超音波溶接による端子付き電線の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  端子付電線
１１、１１１  端子金具
１２、１１２  電線接続部
１２ａ、１１２ａ  底壁
１２ｂ、１２ｃ、１１２ｂ、１１２ｃ  側壁
１１３  押圧吸収部
２１  アンビル
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ  溶接チップ
２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ  押圧面
３０  電線
３１  芯線
３１ａ  素線
３２  絶縁被覆
Ａ  中央部
Ｂ  両側部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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