(57)【要約】【課題】  回転電機のコアに捲かれた線材の端部を、渡り線である撚り線に超音波接合方法を用いて高効率に、しかも低コストで接続する接続構造及びその方法を提供する。【解決手段】  底部の表面に凹凸形状が形成された溝を有する絶縁性接続部を設け、この接続部の溝内に回転電機のコアに捲かれた線材の端部と連結用撚り線とを重なるように配置し、加振ツールを介して線材と撚り線との重なり部分を押圧した状態で超音波加振を行い、両者の一体接続を行った後、少なくとも溝内を絶縁性樹脂で覆う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材と複数の芯線を有する撚り線との接続方法であって、底部表面に第１の凹凸形状が形成された溝を備えた絶縁性接続部の該溝内に前記線材を配置し、該線材の上部に前記撚り線を重ねて配置し、該撚り線側から加振ツールを介して前記撚り線及び前記線材に押圧力及び超音波振動を印加して前記線材と前記撚り線との接続を行うことを特徴とする線材と撚り線との接続方法。
【請求項２】
前記溝の底部に金属製保持板が配置され、該金属製保持板の前記線材と接する側の表面に第１の凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１記載の線材と撚り線との接続方法。
【請求項３】
線材と複数の芯線を有する撚り線との接続方法であって、底部表面に第１の凹凸形状が形成された溝を備えた絶縁性接続部の該溝内に前記撚り線を配置し、該撚り線側に配置した加振ツールを介して前記撚り線を押圧整形した後、前記撚り線の上部に前記線材を配置し、該線材側から前記加振ツールを介して前記撚り線及び前記線材に押圧力及び超音波振動を印加して前記線材と前記撚り線との接続を行うことを特徴とする線材と撚り線との接続方法。
【請求項４】
前記溝の底部に金属製保持板が配置され、該金属製保持板の前記線材と接する側の表面に第１の凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項３記載の線材と撚り線との接続方法。
【請求項５】
線材と複数の芯線を有する撚り線との接続方法であって、底部に第２の凹凸形状を設けた溝を有する金属製アンビルの該溝内に前記撚り線を配置し、該撚り線側から加振ツールを介して前記撚り線を押圧整形する第１工程と、該押圧整形された撚り線を、底部表面に第１の凹凸形状が形成された溝を備えた絶縁性接続部の該溝内に配置した後、前記押圧整形された撚り線の上部に前記線材を配置し、該線材側から前記加振ツールを介して前記線材と前記押圧整形された撚り線とに押圧力及び超音波振動を印加して前記線材と前記押圧整形された撚り線との接続を行う第２工程、とを備えたことを特徴とする線材と撚り線との接続方法。
【請求項６】
前記第１および第２の凹凸形状は前記撚り線の長手方向に直交する同一形状の平行溝であって、超音波振動が印加される方向が前記平行溝に直交する方向であることを特徴とする請求項５記載の線材と撚り線との接続方法。
【請求項７】
前記線材と前記撚り線との接続が終了した後、前記溝内を埋めるように絶縁性樹脂を塗布することを特徴とする請求項１、３または５のいずれかに記載の線材と撚り線との接続方法。
【請求項８】
前記線材または前記撚り線と接する側の前記加振ツールの表面に形成された第３の凹凸形状を介して前記線材と前記撚り線との接続が行われることを特徴とする請求項１、３または５のいずれかに記載の線材と撚り線との接続方法。
【請求項９】
コアと、該コアに分布巻された線材と、該線材の端部において複数の線材と撚り線からなる渡り線とを連結するための接続板を備えた回転電機であって、前記接続板に底部に第１の凹凸形状を有する溝を備えた絶縁性接続部が形成され、前記線材の端部と前記渡り線とが重なるように前記溝内で接続されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
前記線材または前記渡り線とが接する側の表面に第１の凹凸形状が形成された金属製保持板を、前記溝の底部と前記線材または前記渡り線との間に配置したことを特徴とする請求項９記載の回転電機。
【請求項１１】
コアと、該コアに分布巻された線材と、該線材の端部において複数の線材と撚り線からなる渡り線とを連結するための接続板を備えた回転電機であって、前記接続板に底部に第１の凹凸形状を有する溝を備えた絶縁性接続部が形成され、前記線材の端部と、前記撚り線であって、底部に第２の凹凸形状を設けた溝を有する金属製アンビルの該溝内に前記撚り線を配置し、該撚り線側から加振ツールを介して前記撚り線を押圧整形した撚り線とが重なるように前記溝内で接続されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
前記第１および第２の凹凸形状は前記撚り線の長手方向に直交する同一形状の平行溝であることを特徴とする請求項１１記載の回転電機。
【請求項１３】
前記溝内を含み、前記絶縁性接続部の少なくとも上部を覆うように絶縁性樹脂で封止されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機。
【請求項１４】
前記絶縁性接続部が形成された前記接続板は円環形状または２分割以上に分割された形状であることを特徴とする請求項９記載の回転電機。
【請求項１５】
前記回転電機が、電動機または発電機であることを特徴とする請求項９記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材と撚り線の接続方法及びそれを用いた回転電機、特に電動機または発電機の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータやオルタネータなどに代表される電動機および発電機（以下、両者を総称して回転電機とする）は、ロータあるいはステータのコアに線材として、例えば電気抵抗の低い銅材からなる単線を巻きつけ、その線材に電流を流すことにより磁界を発生させる。この線材の巻きつけを、一つの回転電機内で複数箇所に分割して行う場合、これらの線材同士を連結するために、渡り線として撚り線を用いることが多い。撚り線は複数の細い芯線から構成されているため柔軟性が高く、回転電機内で取り回しが容易に行えるため、一般的によく用いられる。
【０００３】
この線材の端末と撚り線とを接続する一方法として、かしめ端子を用いる方法がある。この方法はかしめ端子に撚り線と線材の端末とを挿入した後、かしめ端子部をかしめて接続するものであり、接続作業を簡便に行うことができるという利点がある。  しかしながら、かしめ端子は線材と撚り線の周囲をかしめ部材で囲むため、接続部が大きくなるという欠点がある。
【０００４】
近年、回転電機は小型化、高出力化の傾向にあり、線材の接続部も含めて縮小することが強く要求されている。そのため、かしめ端子に代わる別の接続方法の一つとして超音波接合方法がある。この超音波接合方法は、超音波発振する加振ツールと部材（線材と撚り線）を固定するアンビルとで構成される装置を用い、加振ツールとアンビルで部材を挟み、加圧しながら超音波振動を印加することにより、２つの接合部材（線材と撚り線）の界面に拡散接合を生じさせる。超音波接合方法は、かしめ方法のようにかしめ端子等の部品を追加する必要がなく、接続部の小型化および省スペース化に有効である。
【０００５】
撚り線と接続部材とを超音波接合する方法について、特許文献１および２に開示されている。特許文献１は、幅可変のアンビルを用いて予め撚り線を超音波接合によって所定の幅になるよう固めて一体化させ、この一体化した撚り線と接続部材である接続端子をさらに超音波接合するものである。また、特許文献２は、加振ツール先端とアンビルを互いに合致する凹凸の形状とし、その間に撚り線と接続部材である箔状導体を挟みこんで超音波接合するものである。いずれも、超音波接合装置の受け台に、撚り線および接続部材を強固に保持するためのアンビルを設置して接合を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９４２９３号公報
【特許文献２】特開２００３−３３３６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び２に開示された技術を回転電機の線材と撚り線との接続の適用する場合、多くの問題が発生する。即ち、分割巻きされたモータ線材同士を渡り線である撚り線に接続して連結する場合、撚り線および線材を保持するアンビルを全ての接続点に対して接続の度に回転電機上に着脱する必要があり、接続点数が多いと生産性が悪くなる。また薄型の回転電機では、アンビルを取り付けるスペース的余裕が無い場合もある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、分割巻きされた回転電機の線材を渡り線である撚り線に接続して連結する線材の接続方法において、生産性の高い接続方法、および前記接続方法によって線材と撚り線が接続された小型、高出力の回転電機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】
上記の課題を解決するために、回転電機の線材と複数の芯線を有する撚り線とを接続する場合、撚り線が一体化したときの幅を規制するために、底部に凹凸状表面を形成した溝を複数有する接続部を回転電機側に設け、前記接続部の溝内に前記線材および撚り線を設置し、加振ツールを加圧した状態で超音波加振して、前記撚り線を一体化させて前記線材と接続するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、線材と撚り線とを接続するための接続部を回転電機の構成部品として設けることにより、効率よく接続することが可能となり、その結果、安価な小型、高出力の回転電機を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１乃至第３の実施形態である接続方法を説明するための概略図である。同図（ａ）はステータの全体を表す平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ‘断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である接続方法を説明するための概略図である。同図（ａ）は図１における接続部を拡大して示した平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ‘断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である接続方法における接続手順を説明するための図であって、（ａ）は加振ツールで加圧、加振する前の状態を表す断面図、（ｂ）は撚り線を一体化させ線材との接続が完了した状態を表す断面図、（ｃ）は接続部を樹脂封止したときの状態を表す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である接続方法における接続手順を説明するための図であって、（ａ）は撚り線を接続部の溝内に設置したときの状態を表す断面図、（ｂ）は撚り線を一体化させたときの状態を表す断面図、（ｃ）加振ツールを退避したときの状態を表す断面図、（ｄ）は一体化した撚り線の上に線材を設置したときの状態を表す断面図、（ｅ）は線材を加振ツールで加圧、加振し、撚り線との接続が完了したときの状態を表す断面図、（ｆ）は接続部を樹脂封止したときの状態を表す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である接続方法における接続手順を説明するための図であって、（ａ）は撚り線をアンビル上に設置したときの状態を表す断面図、（ｂ）は撚り線を一体化させたときの状態を表す断面図、（ｃ）は一体化した撚り線を接続部の溝内に設置したときの状態を表す断面図、（ｄ）はその上に線材を設置したときの状態を表す断面図、（ｅ）は線材を加振ツールで加圧、加振し、撚り線との接続が完了したときの状態を表す断面図、（ｆ）は接続部を樹脂封止したときの状態を表す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を説明するための図であって、アンビルおよび接続部のグリップパターンのひとつの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の第１の実施例を図１〜図３を用いて説明する。
図１は、三相誘導電動機のステータを本発明の接続方法によって製造する過程を示した図であり、（ａ）はステータの全体を表す平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ‘断面図である。ステータ９のコア１０には線材１が複数個、分割して巻き線されている。ステータ９の上部には円環状の接続板１１が設けられており、接続板１１は線材１と撚り線２を接続するための接続部１１ａを、その上面に分割巻きの個数と同数備えている。複数の線材１は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を担当しており、各相の線材１の巻き線の一端を接続部１１ａにおいて、各相に対応する３本の撚り線２に接続して連結する。一方、線材１の巻き線の他端は別途、中性点として相互に連結される。（図示せず。）
図２は、接続部１１ａの詳細を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ‘断面図である。同図（ａ）において、撚り線２は、接続部１１ａの溝１１ｂにかかる部分で絶縁被覆を剥した状態の撚り線２aにして設置されている。同図（ｂ）において、溝１１ｂの底部にある保持板１２には、その上面に凹凸形状のグリップパターン１２ｇａおよび溝１２ｂの底部に第１の凹凸形状であるグリップパターン１２ｇｂが形成されている。線材１をグリップパターン１２ｂｇ上に設置し、更にその上に撚り線２の被覆を剥して露出させた撚り線２ａを設置する。撚り線２ａは複数の芯線２ｂから構成されている。
【００１４】
接続板１１およびそれと一体の接続部１１ａ、溝１１ｂは電気絶縁性の樹脂であり、保持板１２は金属である。保持板１２は溝１１ｂの底部に接着で固着されるか、もしくは接続板１１および接続部１１ａ、溝１１ｂを樹脂成形にて製作する際にインサートモールド成形によって固着される。接続板１１及び保持板１２は何れも回転電機の構成部材である。
【００１５】
図３は、その後の接続手順を説明する図である。同図（ａ）は、撚り線２ａの上方から加振ツール３にて加圧しながら加振する状態を示したものである。加振ツール３の底部には第３の凹凸形状であるグリップパターン３ｇが形成されており、これによって撚り線２ａの上面に、同図の紙面に垂直な方向の超音波振動を印加する。
【００１６】
超音波振動は撚り線２ａの内部および線材１に伝達され、線材１はグリップパターン１２ｇｂによって振動を受け止めるように拘束される。加振ツール３の加圧、加振によって、撚り線２ａは芯線２ｂが動くことによってその断面形状が変化しつつ、加振ツール３に当接した上部から芯線２ｂ同士が互いに接合する一体化が進行する。
【００１７】
同図（ｂ）は、一体化した撚り線２ａａと線材１の接続が完了した状態を示したものである。撚り線２ａａの複数の芯線２ｂと線材１の接触部分は拡散接合による接合界面１２０を形成する。また、同図（ｃ）は、その後封止樹脂２１によって、接続部全体を封止した際の状態を示したものである。封止樹脂２１は、電気絶縁性の樹脂であり、溶融状態で接続板１１の接続部１１aに滴下され、硬化して撚り線２ａａおよび線材１を接続部１１ａに固定する。
【００１８】
以上、第１の実施例によれば、金属製の保持板１２にグリップパターンを形成して超音波振動を受け止めるため、撚り線を一体化するときの大きな振動エネルギーに対してアンビルと同等の保持効果を得ることができる。したがって、アンビル等の受け治具を接続の都度、着脱する必要がなく、また、加振ツール３による加圧、加振を１回行うだけで、線材と撚り線の接続が得られるため、製造工数の少ない、生産性の高い接続方法とすることができる。
【００１９】
また、接続後の絶縁、固定処理を電気絶縁性樹脂の封止で行うため、絶縁テープおよび熱収縮チューブ等を用いた絶縁、固定処理方法に比べ、部材費および製造工数の少ない接続方法とすることができる。従って、安価な電動機および発電機を提供することができる。
【実施例２】
【００２０】
図４を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。
図４は、本実施例における接続部１１ａの詳細および接続手順説明する断面図である。同図（ａ）において、溝１１ｂの底部にある保持板１３には、その上面に第１の凹凸形状であるグリップパターン１３ｇが形成されている。その上に撚り線２の被覆を剥して露出させた撚り線２ａを設置する。撚り線２ａは複数の芯線２ｂから構成されている。
【００２１】
接続板１１およびそれと一体の接続部１１ａ、溝１１ｂは電気絶縁性の樹脂であり、保持板１３は金属である。保持板１３は溝１１ｂの底部に接着で固着されるか、もしくは接続板１１および接続部１１ａ、溝１１ｂを樹脂成形にて製作する際にインサートモールド成形によって固着される。接続板１１及び保持板１３は何れも回転電機の構成部材である。
【００２２】
同図（ｂ）は、加振ツール３の加圧、加振によって、撚り線２ａを一体化させ撚り線２ａａとした際の状態を示したものである。加振ツール３の底部の第３の凹凸形状であるグリップパターン３ｇによって撚り線２ａの上面に、同図の紙面に垂直な方向の超音波振動を印加し、撚り線２ａは、グリップパターン１３ｇによって内部に伝達された超音波振動を受け止めるように拘束される。また、同図（ｃ）は、加振ツール３を一旦、退避させた状態を示す。そして、同図（ｄ）において、撚り線２ａａの上に、線材１を設置する。
【００２３】
同図（ｅ）は、一体化した撚り線２ａａと線材１の接続が完了した状態を示したものである。加振ツール３の加圧、加振によって、線材１は変形して線材１ｂとなり、撚り線２ａａの上面と線材１ｂの接触部分は拡散接合による接合界面１２１を形成する。線材１を接続する際の加振ツール３の振動方向は同じく紙面に垂直な方向であるが、加圧、加振条件は、同図（ｂ）において撚り線２ａを一体化させる際の加圧、加振条件とは異なっている。
【００２４】
複数の線材１を一本の撚り線２に接続するため、線材１より撚り線２ａのほうが導体断面積が大きく、したがって線材１を接続する際の加圧、加振条件は、撚り線２ａを一体化させる条件より投入エネルギーの少ない条件となる。そのため、同図（ｂ）と同図（ｅ）では、超音波接合装置の装置条件を切り替えて接合を行う。
【００２５】
同図（ｆ）は、その後封止樹脂２１によって、接続部全体を封止した際の状態を示したものである。封止樹脂２１は、電気絶縁性の樹脂であり、溶融状態で接続板１１の接続部１１ａに滴下され、硬化して撚り線２ａａおよび線材１を接続部１１ａに固定する。
【００２６】
以上、第２の実施例によれば、金属製の保持板１３にグリップパターンを形成して超音波振動を受け止めるため、撚り線を一体化するときの大きな振動エネルギーに対してアンビルと同等の保持効果を得ることができる。従って、アンビル等の受け治具を接続の都度、着脱する必要がなく、製造工数の少ない接続方法とすることができる。
【００２７】
また、撚り線２ａの芯線２ｂにＳｎなどのメッキが施されている場合、撚り線２ａを一体化する過程で、加振ツール３が当接した上面からはメッキが飛散して、芯線２bのＣｕ部が露出するため、同じくＣｕである線材１との接合界面１２１に強固な拡散接合が得られ、信頼性の高い接続方法とすることができる。
【００２８】
また、接続後の絶縁、固定処理を電気絶縁性樹脂の封止で行うため、絶縁テープおよび熱収縮チューブ等を用いた絶縁、固定処理方法に比べ、部材費および製造工数の少ない接続方法とすることができる。これにより、安価な電動機および発電機を提供することができる。
【実施例３】
【００２９】
図５および図６を用いて、本発明の第３の実施例を説明する。
図５は、本実施例における接続部１１ａの詳細および接続手順説明する断面図である。本実施例の線材の接続方法は、アンビルを用いて撚り線を一体化させる第一の工程と、一体化した撚り線を電動機の線材に接続する第二の工程とを有する。
【００３０】
同図（ａ）（ｂ）は第一の工程を説明する図である。同図（ａ）において、撚り線２の被覆を剥して露出させた撚り線２ａは、アンビル４の溝４ｂ内に設置される。溝４ｂの底部には、第２の凹凸形状であるグリップパターン４ｇが形成されている。同図（ｂ）は、加振ツール３の加圧、加振によって、撚り線２ａを一体化させ撚り線２ａａとした際の状態を示したものである。撚り線２ａａの底部には、アンビル４の凹凸状のグリップパターン４ｇが転写され、凹凸形状が形成される。
【００３１】
同図（ｃ）〜（ｆ）は第二の工程を説明する図である。同図（ｃ）において、一体化した撚り線２ａａを、前記凹凸形状が形成された底部を下にして、回転電機の構成部材である接続板１１の接続部１１ａの溝１１ｂ内に設置する。溝１１ｂの底部には第１の凹凸形状であるグリップパターン１１ｇが形成されている。グリップパターン１１ｇは接続板１１および接続部１１ａ、溝１１ｂを樹脂成形にて製作する際に、その他の形状と同様に成形型によって形成される。
【００３２】
同図（ｄ）において、撚り線２ａａの上に、線材１を設置する。そして、同図（ｅ）は、一体化した撚り線２ａａと線材１の接続が完了した状態を示したものである。加振ツール３から印加される超音波振動は、グリップパターン１１ｇによって受け止められ、撚り線２ａａが拘束される。加振ツール３の加圧、加振によって、線材１は変形して線材１ｂとなり、撚り線２ａａの上面と線材１ｂの接触部分は拡散接合による接合界面１２１を形成する。
【００３３】
加振ツール３の加圧、加振条件は、同図（ｂ）において撚り線２ａを一体化させる際の加圧、加振条件とは異なっている。複数の線材１を一本の撚り線２に接続するため、線材１より撚り線２ａのほうが導体断面積が大きく、したがって線材１を接続する際の加圧、加振条件は、撚り線２ａを一体化させる条件より投入エネルギーの少ない条件となる。そのため、前記グリップパターン１１ｇが樹脂で製作されていても、超音波振動によって溶融、磨耗することなく確実な接合が得られる。
【００３４】
同図（ｆ）は、その後封止樹脂２１によって、接続部全体を封止した際の状態を示したものである。封止樹脂２１は、電気絶縁性の樹脂であり、溶融状態で接続板１１の接続部１１ａに滴下され、硬化して撚り線２ａａおよび線材１を接続部１１ａに固定する。
【００３５】
図６は、前記アンビル４の第２の凹凸形状であるグリップパターン４ｇおよび接続部１１ａの第１の凹凸形状であるグリップパターン１１ｇの一実施形態を示したものである。撚り線２および撚り線２ａに対して、加振ツールによる超音波振動は、振動方向３０の方向に印加される。グリップパターン４ｇは、振動方向３０と直交する方向の平行溝を複数有する形状であり、一体化した撚り線２ａａにはこのパターンが転写される。グリップパターン１１ｇはこれと同一形状であり、前記撚り線２ａａの転写パターンとかみ合うことによって、超音波振動の受け止めが確実になされる。
【００３６】
以上、第３の実施例によれば、線材と撚り線の接続を行うための電気絶縁性樹脂の接続部を、別の金属部材を付加することなく形成できるため、製造コストの少ない接続方法とすることができる。
【００３７】
また、撚り線２ａの芯線２ｂにＳｎなどのメッキが施されている場合、撚り線２ａを一体化する過程で、加振ツール３が当接した上面からはメッキが飛散して、芯線２ｂのＣｕ部が露出するため、同じくＣｕである線材１との接合界面１２１に強固な拡散接合が得られ、信頼性の高い接続方法とすることができる。
【００３８】
また、接続後の絶縁、固定処理を電気絶縁性樹脂の封止で行うため、絶縁テープおよび熱収縮チューブ等を用いた絶縁、固定処理方法に比べ、部材費および製造工数の少ない接続方法とすることができる。これにより、安価な電動機および発電機を提供することができる。
【００３９】
以上、本発明について実施形態に基づき具体的に説明したが、前記複数の接続部を有する接続板は円環状の一体部品ではなく、製造、組込みの容易さに応じて分割した部品を組み合わせる構成でもよい。また、一体化する前の撚り線および線材の断面形状が円形の場合の例を用いて説明したが、それ以外の断面形状の場合においても、同様の効果を得ることができる。すなわち本発明は前記発明の実施形態に限定されるものではなく、撚り線と線材の超音波接合において、その要旨を逸脱しない範囲において変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・線材、１ｂ・・・線材、２・・・撚り線、２ａ・・・撚り線、２ｂ・・・芯線、２ａａ・・・撚り線、３・・・加振ツール、３ｇ・・・グリップパターン、４・・・アンビル、４ｂ・・・溝、４ｇ・・・グリップパターン、９・・・ステータ、１０・・・コア、１１・・・接続板、１１ａ・・・接続部、１１ｂ・・・溝、１１ｇ・・・グリップパターン、１２・・・保持板、１２ｂ・・・溝、１２ｇａ・・・グリップパターン、１２ｇｂ・・・グリップパターン、１３・・・保持板、１３ｇ・・・グリップパターン、２１・・・封止樹脂、３０・・・振動方向、１２０・・・接合界面、１２１・・・接合界面
【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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