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JP2016185009A - 電線の接続方法、接続装置、及び端子付き電線 - Google Patents

電線の接続方法、接続装置、及び端子付き電線 Download PDF

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JP2016185009A
JP2016185009A JP2015063659A JP2015063659A JP2016185009A JP 2016185009 A JP2016185009 A JP 2016185009A JP 2015063659 A JP2015063659 A JP 2015063659A JP 2015063659 A JP2015063659 A JP 2015063659A JP 2016185009 A JP2016185009 A JP 2016185009A
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electric
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JP2015063659A
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賢 中山
Masaru Nakayama
賢 中山
和彦 浅見
Kazuhiko Asami
和彦 浅見
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Furukawa Electric Co Ltd
Furukawa Automotive Systems Inc
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Furukawa Automotive Systems Inc
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Abstract

【課題】この発明は、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる電線の接続方法、接続装置、及び端子付き電線の提供を目的とする。【解決手段】超音波溶接装置10におけるホーン11の電線配置部110に載置された電線1を、可動式ガイド12及びアンビルプレート13で挟持する際に、電線1の電線配置方向Dをホーン11の振動方向Vに対して交差角度θ1に交差させた状態に挟持した後、ホーン11及びアンビル14で挟持する。この後、ホーン11から発振される超音波振動により、ホーン11とアンビル14とで挟持した複数の電線1における芯線2同士を超音波溶接する。【選択図】図3

Description

この発明は、自動車用のワイヤハーネスを構成する複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を超音波溶接する際に用いられる電線の接続方法、接続装置、及び端子付き電線に関する。
自動車等に装備された電装機器は、複数の電線を束ねたワイヤハーネスを介して、別の電装機器や電源装置と接続して電気回路を構成している。この際、ワイヤハーネスと電装機器や電源装置とは、それぞれに装着したコネクタ同士で接続されている。
上述のワイヤハーネスを構成する複数の電線同士を接続する方法としては、複数の電線における芯線同士を束ねて溶接する集中ジョイントと呼ばれる方法が採用されている。この集中ジョイントは、簡単に複数の電線同士を接続することができるため、自動車用のワイヤハーネス等で広く用いられている。
特に近年は、複数の電線における芯線同士の接続作業が簡単で、かつ確実に接続できる接続方法として、例えば、電線における接続部位の絶縁被覆を除去して露出させた芯線同士を超音波溶接する特許文献1のワイヤハーネスにおける電線接続構造と、電線と端子金具とを超音波溶接する特許文献2の端子付き電線の製造方法が提案されている。
しかし、例えば、図14に示すように、一端に端子4が接続された複数の電線1において、該電線1の他端に露出した芯線3同士をホーン211とアンビル214とで挟持して超音波溶接する場合、電線1及び端子4の長手方向Lと、ホーン211から発振される超音波振動の振動方向Vとが一致していると、ホーン211から発振される超音波振動が、芯線2を介して電線1の一端に接続した端子4にまで伝搬されるので、端子4に変形(歪み)が生じやすい。また、端子4に変形が生じると、例えば、接触片等の接点部分に接触不良が生じることがある。
特開2000−188018号公報 特開2014−143177号公報
この発明は、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる電線の接続方法、接続装置、及び端子付き電線を提供することを目的とする。
この発明は、少なくとも一端に端子が接続された、複数の電線における他端の芯線同士又は電線における他端の芯線を構成する撚り線の素線同士を、ホーンとアンビルとで挟持して超音波溶接する電線の接続方法であって、前記電線の長手方向を、前記ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して所定の交差角度に交差させた状態で超音波溶接を行うことを特徴とする。
上記電線は、該電線及び端子の長手方向を一致させて、端子を電線の一端に接続したものである。また、芯線は、例えば、アルミニウム製素線、アルミニウム合金製素線、銅製素線、銅合金製素線等の素線を複数本撚り合せた撚り線、あるいは、単線を含む概念である。また、交差は、例えば、ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して斜めに交差する方向、あるいは、直交する方向を含む概念である。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる。
詳しくは、一端に端子が接続された複数の電線における他端の芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、ホーンとアンビルとで挟持する際に、電線の長手方向を、ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して所定の交差角度に交差させた状態に挟持する。この後、ホーンから発振される超音波振動により、ホーンとアンビルとで挟持した芯線同士を超音波溶接する。
つまり、電線の長手方向をホーンの振動方向に対して交差させているので、超音波振動のうち電線や端子の長手方向と平行する方向の振動成分(応力)が、ホーンの振動方向と交差する方向に分力又は分散されるため、超音波振動のうち電線や端子の長手方向に平行な振動成分は電線や端子側へ伝搬されるが、電線や端子の長手方向に垂直な振動成分は端子側へほとんど伝搬しない。
このため、電線の長手方向をホーンの振動方向と平行にした場合よりも、電線の長手方向をホーンの振動方向に対して交差させた方が、端子へ伝搬する超音波振動の振幅を小さくすることができる。
これにより、電線に接続した端子に変形(歪み)が生じることを防止することができる。また、端子における比較的強度が弱い部分に疲労破壊が起きることを防止できる。
この結果、電線に接続された端子を変形や疲労破壊することなく、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる。
この発明の態様として、前記電線の長手方向と前記超音波振動の振動方向との交差する交差角度を、該振動方向を基準として60度〜90度の範囲に含まれる角度に設定することができる。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態により正確に接続することができる。
詳しくは、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士をホーンとアンビルで挟持する際に、電線の長手方向を、超音波振動の振動方向に対して60度〜90度の範囲に含まれる角度に交差させて挟持する。
すなわち、超音波振動のうち電線の長手方向に平行な振動成分を小さくすることにより、電線に接続した端子に伝搬される振動をより低減することができる。
この結果、端子に対して伝搬される振動が減衰されるとともに、端子の振幅を抑えることができるため、端子に変形や疲労破壊が起きることをより確実に防止することができる。
上述の交差角度を90度に設定した場合、超音波振動の振動方向と電線および端子の長手方向とが直交し、振動が端子側へ伝搬されにくくなるので、端子の振幅をより低く抑えることができる。これにより、電線に接続した端子に変形や疲労破壊が起きることをより確実に防止することができる。
またこの発明の態様として、前記複数の電線における前記芯線同士又は前記電線における前記芯線を構成する撚り線の素線同士を1つに束ねた芯線集束部に、該芯線集束部を覆うジョイント端子を導電可能に装着することができる。
上記ジョイント端子は、例えば、両端を開口した筒状の端子、あるいは、一端を開口した端子等を含む概念である。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を1つに束ねた状態に拘束したまま、確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる。
詳しくは、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を1つに束ねた芯線集束部をジョイント端子で覆って、芯線集束部の芯線同士を1つに束ねた状態に拘束した後、芯線集束部をジョイント端子で覆ったまま、ホーンとアンビルとで挟持して超音波溶接する。
このため、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士の配置が、例えば、電線の長手方向と平行する方向、あるいは、該長手方向と交差する方向に変位する等して不揃いになることを確実に防止できる。
この結果、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を1つに束ねたまま、確実な導電性が確保される良好な状態により正確に超音波溶接することができる。
しかも、芯線集束部をジョイント端子で覆ったまま超音波溶接するため、超音波溶接時において、ジョイント端子で覆った部分から芯線の溶融金属が流出することを防止できるとともに、ホーン及びアンビルにおける電線を挟持する部分に芯線の溶融金属が付着することを防止できる。
つまり、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を超音波溶接する際の条件を一定に保つことができるため、芯線集束部における芯線同士を接続する作業が安定して行える。
またこの発明の態様として、前記ホーン及び前記アンビルのうち少なくとも一方の前記電線を挟持する部分に、前記電線の長手方向に対して交差する凹凸を設けることができる。
上記凹凸は、例えば、綾目形状、波目形状に形成した突起、あるいは、溝部等を含む概念である。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる。
詳しくは、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、ホーンとアンビルとで挟持する際に、ホーン及びアンビルにおける電線を挟持する部分に設けた凹凸を、電線の長手方向に対して交差させて芯線集束部の芯線に食い込ませることにより、芯線同士をより確実に挟持することができる。
これにより、ホーンから発振される超音波振動を、芯線集束部における芯線同士に対して確実に伝搬することができるため、芯線同士をより確実に超音波溶接することができる。
この結果、芯線の配置に依存することなく、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、より確実な導電性が確保される良好な状態に超音波溶接することができる。
しかも、超音波溶接時において、ホーンとアンビルとで挟持した芯線同士の配置や位置が変位することを確実に防止できるとともに、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を超音波溶接する作業がより正確に行える。
またこの発明は、少なくとも一端に端子が接続された、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、上下に配置したホーンとアンビルとで挟持して超音波溶接する電線の接続装置であって、前記電線の長手方向が所望する方向となるように該電線を配置する電線配置方向を、前記ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して所定の交差角度に交差した角度に規制する電線規制部を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に正確に接続することができる。
詳しくは、一端に端子が接続された複数の電線における他端の芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、ホーンとアンビルとで挟持する際に、電線を配置する電線配置方向を、ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して所定の交差角度に交差する角度に電線規制部にて規制する。
すなわち、電線の長手方向が所望する方向となるように、電線の電線配置方向を、ホーンの振動方向に対して所定の交差角度に交差する角度に電線規制部にて規制したまま、ホーンから発振される超音波振動により複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を超音波溶接する。
つまり、電線の電線配置方向を、ホーンの振動方向に対して交差する角度に電線規制部にて規制するので、超音波振動のうち電線や端子の長手方向に平行な振動成分は電線や端子側へ伝搬するが、電線や端子の長手方向に垂直な振動成分は端子側へほとんど伝搬しない。
このため、電線の長手方向をホーンの振動方向と平行にした場合よりも、端子へ伝搬する超音波振動の振幅を小さくすることができる。
さらに、電線に接続した端子に変形が生じることを防止することができる。また、端子における比較的強度が弱い部分に疲労破壊が起きることを防止できる。
この結果、電線に接続された端子を変形又は疲労破壊することなく、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に正確に接続することができるとともに、接続精度を向上することができる。
この発明の態様として、前記電線規制部を、前記ホーンに載置された前記電線の一側と対向して、該ホーンの一側部に配置した可動式ガイドと、前記ホーンに載置された前記電線の他側と対向して、該ホーンの他側部に配置したアンビルプレートとで構成し、前記可動式ガイド及び前記アンビルプレートを、前記ホーンに載置された前記電線を挟持する方向に相対移動可能に設けることができる。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態により正確に接続することができる。
詳しくは、ホーンに載置された複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、可動式ガイドとアンビルプレートとで挟持して、電線の電線配置方向を、ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して所定の交差角度に交差する角度に規制する。
すなわち、電線の電線配置方向を、ホーンの振動方向に対して所定の交差角度に交差する角度に可動式ガイド及びアンビルプレートで規制したまま、ホーンから発振される超音波振動により複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を超音波溶接する。
つまり、超音波振動のうち電線の長手方向に平行な振動成分を小さくすることにより、端子側へ伝搬される振動の成分を低減して、端子に付与される振動を抑えることができる。
この結果、電線に接続された端子を変形又は疲労破壊することなく、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に正確に接続することができるとともに、接続精度を向上することができる。
またこの発明の態様として、前記電線規制部を、前記複数の電線における前記芯線同士又は前記電線における前記芯線を構成する撚り線の素線同士を挟持した状態において、前記電線の電線配置方向と前記超音波振動の振動方向との交差する交差角度を、該振動方向を基準として60度〜90度の範囲に含まれる角度に規制する面で構成することができる。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態により正確に接続することができる。
詳しくは、ホーンに載置された複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、可動式ガイド及びアンビルプレートにおける電線を規制する面で挟持して、電線の電線配置方向をホーンの振動方向に対して60度〜90度の範囲に含まれる角度に確実に規制する。
この結果、ホーンの振動方向に対する電線の交差角度が、上述の交差角度に含まれない範囲の角度に変位することを確実に防止できるとともに、複数の電線及び単数の電線を所定の交差角度に規制したままより正確に超音波溶接することができる。
またこの発明の態様として、前記ホーン及び前記アンビルのうち少なくとも一方の前記電線を挟持する部分に、前記電線の電線配置方向に対して交差する凹凸部を設けることができる。
また、前記可動式ガイド及び前記アンビルプレートのうち少なくとも一方の前記電線を挟持する部分に、前記電線の電線配置方向に対して交差する凹凸部を設けることができる。
詳しくは、複数の電線又は電線を、可動式ガイド及びアンビルプレートで挟持する際に、ホーン及びアンビルに設けた凹凸を電線に対して上下から食い込ませる。また、可動式ガイド及びアンビルプレートに設けた凹凸を電線に対して左右から食い込ませる。
これにより、ホーンから発振される超音波振動を、芯線集束部における芯線同士又は素線同士に対してより確実に伝搬することができるため、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士をより確実に超音波溶接することができる。
この結果、ホーンの振動方向に対する電線の交差角度が変位することをより確実に防止することができるとともに、端子に付与される振動をより確実に抑えて、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士をより正確に超音波溶接することができる。
しかも、上下及び左右の凹凸による食い込み力が相乗して得られるため、複数の電線における芯線同士又電線におけるは芯線を構成する撚り線の素線同士をより確実に挟持することができる。
またこの発明は、少なくとも一端に端子が接続された、複数の電線における他端の芯線同士又は電線における他端の芯線を構成する撚り線の素線同士を超音波溶接した端子付き電線であって、前記電線における超音波溶接した箇所に、前記電線の長手方向と交差する方向に凹凸形状の圧痕が形成されたことを特徴とする。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、確実な導電性が確保される良好な状態に接続した端子付き電線を提供することができる。
この発明によれば、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる電線の接続方法、接続装置、及び端子付き電線を提供することができる。
実施例1における一端に端子を接続した電線の説明図。 ジョイント端子を電線に装着した部分の説明図。 実施例1の超音波溶接装置おける電線を溶接する部分の斜視図。 電線の芯線集束部を挟持する直前の状態を示す平面図。 電線の芯線集束部を挟持した直後の状態を示す平面図。 上下凸部を食い込ませて超音波溶接した部分を振動方向に分断した断面図。 絶縁キャップを電線の溶接部に装着した部分の拡大断面図。 実施例2の超音波溶接装置おける電線を溶接する部分の斜視図。 超音波溶接装置により電線を挟持する直前の状態を示す平面図。 超音波溶接装置により電線を挟持した直後の状態を示す平面図。 実施例3の上下左右の凸部を食い込ませて超音波溶接した部分を振動方向に分断した断面図。 ホーンの振動方向に対する電線の交差角度を変えて、端子に伝搬する振動の振幅を測定した結果を示す説明図。 超音波溶接することが可能な電線の交差角度の範囲を示す説明図。 従来の電線の接続方法及び超音波溶接装置の説明図。
この発明の一実施形態を以下図面に基づいて詳述する。
(実施例1)
図1は実施例1における一端に端子4を接続した電線1の説明図、図2はジョイント端子21を電線1に装着した部分の説明図であり、詳しくは、図2(a)はジョイント端子21を電線1の芯線集束部20に装着する直前の状態を示す拡大平面図、図2(b)はジョイント端子21を電線1の芯線集束部20に装着した状態を示す拡大平面図である。
実施例1の電線1は、導電性を有する芯線2の外面を、絶縁性を有する絶縁被覆3で覆ったものである。芯線2は、アルミニウム製素線2aを複数本撚り合せて、1.05sq〜15sq(平方ミリメートル)に形成した撚り線で構成している(図1参照)。
電線1における長手方向Lの一端は、端子4における圧着部40を加締め圧着して、電線1及び端子4の長手方向Lを一致させた状態に接続している。電線1における長手方向Lの他端は、該他端側の絶縁被覆3を15mm除去して、芯線2を露出している(図1参照)。
端子4は、電線1(芯線2)の一端を加締め圧着する圧着部40と、図示しない雄型端子の接続片が挿入されるボックス部41と、該ボックス部41内に形成した接触部42とで構成している。
接触部42は、弾性を有する上下の接触片43,44と、接触片43,44を連結する連結部45とで構成している(図1参照)。
また、電線1は、複数の電線1における他端に露出した芯線2同士を1つに束ねて芯線集束部20を構成し、該芯線集束部20をジョイント端子21で覆ったまま超音波溶接することにより、例えば、自動車に装備された電装機器と電源装置を接続する際に用いられる図示しないワイヤハーネスを構成することができる(図2参照)。
ジョイント端子21は、導電性を有する金属で構成され、両端を開口した筒状の端子である。該ジョイント端子21の内部は、複数の電線1における芯線2同士を1つに束ねてなる芯線集束部20の挿入を許容する大きさ及び形状に開口している(図2参照)。
実施例では、電線1における他端側の絶縁被覆3を15mm除去して、該他端側の芯線2を露出するので、ジョイント端子21の長さは、5mm〜12mmに形成している。
上述のように構成した複数の電線1同士を接続する際に用いられる超音波溶接装置10について説明する。
図3は実施例1の超音波溶接装置10における電線1を超音波溶接する部分の斜視図、図4は電線1の芯線集束部20を挟持する直前の状態を示す平面図、図5は電線1の芯線集束部20を挟持した直後の状態を示す平面図、図6は電線1の超音波溶接した部分を振動方向Vに分断した断面図、図7は絶縁キャップ23を電線1の溶接部22に装着した部分の拡大断面図である。
超音波溶接装置10は、複数の電線1を載置するホーン11と、該ホーン11に載置された電線1を後述するアンビルプレート13に対して押し付ける可動式ガイド12と、ホーン11に載置された電線1を可動式ガイド12とで挟持するアンビルプレート13と、ホーン11に載置された電線1を垂直に加圧するアンビル14と、可動式ガイド12、アンビルプレート13、アンビル14を移動する図示しない移動機構と、超音波振動をホーン11に付与する図示しない超音波発信器とを備えている(図3〜図5参照)。
ホーン11は、図示しない超音波発振器によって超音波振動するように構成されており、該ホーン11の電線配置部110に載置される電線1の電線配置方向D(又は長手方向L)と交差する振動方向Vに向けて超音波振動を発振する(図3〜図5参照)。
ホーン11におけるアンビル14と対向する部分には、複数の電線1における芯線2同士を1つに束ねてなる芯線集束部20を載置する電線配置部110を形成している。電線配置部110は、後述するアンビル14の電線押圧部140と略平行で、かつ略平坦に形成するとともに、芯線集束部20を載置することが可能な大きさに形成している(図3〜図5参照)。
ホーン11の電線配置部110には、上方に向けて突出する断面略三角形の凸部111を綾目形状に形成している。凸部111は、電線配置部110に載置される電線1の電線配置方向Dに対して交差する配置に多数配列している(図4〜図6参照)。
可動式ガイド12は、ホーン11の電線配置部110に載置される電線1の一側と対向して、後述するアンビルプレート13と反対側に配置している(図3〜図5中の左側)。また、可動式ガイド12は、ホーン11の電線配置部110に平行して、該電線配置部110に載置される電線1の電線配置方向Dと交差する方向に向けて移動可能に設けている(図3〜図5参照)。
可動式ガイド12におけるアンビルプレート13と対向する部分には、ホーン11の電線配置部110に載置された電線1の芯線集束部20を、後述するアンビルプレート13とで挟持する電線挟持部120を形成している。
電線挟持部120は、ホーン11の振動方向Vに対して斜めに交差する交差角度θ1(60度)に傾斜するとともに、ホーン11の電線配置部110に載置される電線1の電線配置方向Dと平行する面に形成している(図5参照)。
上述のように構成した可動式ガイド12は、アンビルプレート13に対して近づく方向と、遠ざかる方向とに左右移動可能に設けている。
すなわち、可動式ガイド12を、アンビルプレート13に向けて近づく方向に移動させることにより、ホーン11の電線配置部110に載置された電線1の芯線集束部20を、可動式ガイド12とアンビルプレート13とで挟持することができる(図5、図6参照)。
アンビルプレート13は、ホーン11の電線配置部110に載置される電線1の他側と対向して、上述の可動式ガイド12と反対側(ホーン11の右側部)に配置している(図3〜図5中の右側)。
また、アンビルプレート13は、ホーン11の右側部と平行して、該ホーン11の電線配置部110に載置された電線1の電線配置方向Dと平行する垂直な面に沿って上下移動可能に設けている(図3〜図5参照)。
アンビルプレート13における可動式ガイド12と対向する部分には、ホーン11の電線配置部110に載置された電線1の芯線集束部20を、上述の可動式ガイド12とで挟持する電線挟持部130を形成している。
電線挟持部130は、ホーン11の振動方向Vに対して斜めに交差する交差角度θ1(60度)に傾斜するとともに、ホーン11の電線配置部110に載置される電線1の電線配置方向Dと平行する面に形成している(図5参照)。
アンビル14は、ホーン11の電線配置部110に載置される電線1と対向して、ホーン11及びアンビルプレート13の上方に配置している(図3中の上側)。また、アンビル14は、ホーン11の電線配置部110に載置された電線1の電線配置方向Dと直交する垂直な面に沿って上下方向及び左右方向に移動可能に設けている(図3〜図5参照)。
アンビル14におけるホーン11と対向する部分には、ホーン11の電線配置部110に載置された電線1の芯線集束部20を押圧する電線押圧部140を形成している。電線押圧部140は、ホーン11の電線配置部110と略平行で、かつ略平坦に形成するとともに、電線配置部110に載置された芯線集束部20を押圧することが可能な大きさに形成している(図3〜図5参照)。
アンビル14の電線押圧部140には、下方に向けて突出する断面略三角形の凸部141を綾目形状に形成している。凸部141は、ホーン11の電線配置部110に載置される電線1の電線配置方向Dに対して交差する配置に多数配列している(図4〜図6参照)。
上述のように構成したアンビル14は、ホーン11と可動式ガイド12に対して近づく方向と、遠ざかる方向とに上下移動可能及び左右移動可能に設けている。
すなわち、アンビル14を、ホーン11に向けて近づく方向に移動させることにより、ホーン11の電線配置部110に載置された芯線集束部20を、ホーン11とアンビル14とで挟持することができる。
上述のように構成した超音波溶接装置10を用いて、複数の電線1同士を超音波溶接して図示しないワイヤハーネスを構成する際の接続方法について説明する。
ここで、予め、複数の電線1における芯線2同士を1つに束ねてなる芯線集束部20をジョイント端子21で覆った後、ジョイント端子21を芯線集束部20に対して加締め圧着してもよい(図1、図2参照)。
つまり、複数の電線1における芯線2同士を1つに束ねた状態にジョイント端子21で仮固定するため、超音波溶接を行うまでに、芯線2同士及び素線2a同士の配置や位置が不揃いになることを防止できる。
上述のジョイント端子21にて仮固定した芯線集束部20を、超音波溶接装置10における左右に離間した可動式ガイド12とアンビルプレート13との間に挿入して、ホーン11の電線配置部110に載置する(図4、図5参照)。
この後、可動式ガイド12を、アンビルプレート13に対して近づく方向に移動させて、ホーン11の電線配置部110に載置された芯線集束部20を、アンビルプレート13の電線挟持部130に押し付けるとともに、該芯線集束部20を可動式ガイド12及びアンビルプレート13の電線挟持部120,130で挟持する。
これにより、複数の電線1を、該電線1の長手方向Lが所望する方向となるように該電線1を配置する電線配置方向Dを、ホーン11の振動方向Vに対して斜めに交差する交差角度θ1(60度)に仮規制する(図3、図5参照)。
続いて、アンビル14を、ホーン11に対して近づく方向に移動させて、アンビル14の電線押圧部140を、ホーン11の電線配置部110に載置された芯線集束部20に対して上方から押圧するとともに、アンビル14の押圧力(4kN)により芯線集束部20をホーン11の電線配置部110に押し付ける。
さらに電線配置部110に突出した綾目形状の凸部111と、電線押圧部140に突出した綾目形状の凸部141を、ジョイント端子21を介して芯線集束部20における芯線2に上下から食い込ませるため、ホーン11から発振される超音波振動を、芯線集束部20における芯線2同士及び素線2a同士に対して確実に伝搬することができる(図6参照)。
なお、芯線集束部20に圧着したジョイント端子21の上下外面には、電線1の電線配置方向Dと直交する方向(短軸方向)に凸部111,141を食い込ませた凹凸形状の圧痕が残る。
これにより、ジョイント端子21を芯線集束部20における芯線2に対して確実に圧着接続することができるとともに、複数の電線1を、該電線1の電線配置方向Dをホーン11の振動方向Vに対して所定の交差角度θ1に交差させた状態に規制することができる。(図3、図5参照)。
上述のように複数の電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して斜めに交差する交差角度θ1に規制したまま、ホーン11から発振される超音波振動により、ホーン11とアンビル14とで挟持した芯線集束部20における芯線2同士及び素線2a同士を超音波溶接して、溶接部22を形成する。
超音波溶接装置10による超音波溶接が完了した後、可動式ガイド12を、アンビルプレート13に対して遠ざかる方向へ移動させ、アンビル14を、ホーン11に対して遠ざかる方向へ移動させ、1つに接続された複数の電線1を超音波溶接装置10から取り出すことにより、図示しないワイヤハーネスを構成することができる。
超音波溶接後において、複数の電線1における芯線2同士を超音波溶接して形成した溶接部22に、該溶接部22を覆う絶縁キャップ23を装着した後、シリコン樹脂系の止水剤24を絶縁キャップ23内に充填して止水処理する。
さらに絶縁テープ25を、絶縁キャップ23に形成した突出片23aの上から1つに束ねられた電線1に巻き付けて固定する(図7参照)。
なお、芯線集束部20またはジョイント端子21についた圧痕は止水剤24との密着度を高める。
上述の超音波溶接装置10を用いた接続方法により、複数の電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して交差角度θ1に規制したまま、ホーン11から発振される超音波振動により複数の電線1における芯線2同士を超音波溶接する。
つまり、超音波振動のうち電線1や端子4の長手方向Lと平行する方向の振動成分(応力)が、ホーン11の振動方向Vと交差する方向に分力又は分散されるため、超音波振動のうち電線1や端子4の長手方向Lに平行な振動成分は電線1や端子4側へ伝搬するが、電線1や端子4の長手方向Lに垂直な振動成分は端子4側へほとんど伝搬しない。
このため、電線1の長手方向Lをホーン11の振動方向Vと平行にした場合よりも、端子4へ伝搬する超音波振動の振幅を小さくすることができる。
これにより、電線1の一端に接続した端子4、例えば、接触片43,44等の接触部42に変形(歪み)が生じることを防止することができる。また、端子4における連結部45等の振動しやすい部分や比較的強度が弱い部分に疲労破壊が起きることを防止できる。
この結果、電線1に接続した端子4を変形や疲労破壊することなく、複数の電線1同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができるとともに、良好な接続状態の図示しないワイヤハーネスを構成することができる。
しかも、電線配置部110に突出した凸部111と、電線押圧部140に突出した凸部141とを、ジョイント端子21を介して芯線集束部20における芯線2に食い込ませるため、ホーン11から発振される超音波振動を、芯線集束部20における芯線2同士及び素線2a同士に対して確実に伝搬することができる。
また、ホーン11の振動方向Vに対する電線1の交差角度θ1が変位することを確実に防止することができるとともに、端子4に付与される振動をより確実に抑えることができる。
さらに、芯線集束部20をジョイント端子21で覆ったまま超音波溶接するため、超音波溶接を行うまでに、芯線集束部20における芯線2同士及び素線2a同士の配置や位置が、例えば、電線1の電線配置方向Dと平行する方向、あるいは、該電線配置方向Dと交差する方向に変位する等して不揃いになることを確実に防止できる。
さらにまた、ジョイント端子21で覆った部分から芯線2の溶融金属が流出することを防止できるとともに、ホーン11の電線配置部110やアンビル14の電線押圧部140に対して芯線2の溶融金属が付着することを防止できる。
これにより、超音波溶接装置10により超音波溶接する際の条件を常時一定に保つことができるため、芯線集束部20における芯線2同士及び素線2a同士を超音波接続する作業が安定して行える。
さらにまた、電線配置部110の凸部111と電線押圧部140の凸部141とを、ジョイント端子21を介して芯線集束部20における芯線2に食い込ませるため、ホーン11から発振される超音波振動を、芯線集束部20における芯線2同士及び素線2a同士に対して確実に伝搬することができる。ジョイント端子21を芯線2に対してより確実に圧着することができ、より確実な導電性を確保することができる。
さらにまた、複数の電線1における芯線2同士を超音波溶接して形成した溶接部22に、該溶接部22を覆う絶縁キャップ23を装着した後、シリコン樹脂系の止水剤24を絶縁キャップ23内に充填するため、溶接部22における絶縁性を確保でき、不用意に溶接部22がショートすることを防止できるとともに、確実に止水することができる。
これにより、溶接部22が腐食することを防止することができるとともに、長期に亘って絶縁性及び止水性を確保することができる。
以下、上述の電線1の接続方法、及び超音波溶接装置10のその他の例について説明する。この説明において、前記構成と同一または同等の部位については同一の符号を記してその詳しい説明を省略する。
(実施例2)
上述の実施例1では、複数の電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して交差角度θ1に交差させた状態で超音波溶接する接続方法を説明したが、図8〜図10に示すように、複数の電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して交差角度θ2(90度)に交差させた状態で超音波溶接する実施例2の接続方法及び超音波溶接装置10について説明する。
図8は実施例2の超音波溶接装置10における電線1を超音波溶接する部分の斜視図、図9は電線1の芯線集束部20を挟持する直前の状態を示す平面図、図10は電線1の芯線集束部20を挟持した直後の状態を示す平面図である。
実施例2の超音波溶接装置10における可動式ガイド12の電線挟持部121と、アンビルプレート13の電線挟持部131とを、ホーン11の振動方向Vと直交する面で構成している。
すなわち、電線挟持部121,131を、ホーン11の振動方向Vに対して直交する交差角度θ2(90度)に形成するとともに、ホーン11の電線配置部110に載置される電線1の電線配置方向Dと平行する面に形成している(図10参照)。
実施例2の超音波溶接装置10を用いて、複数の電線1同士を超音波溶接して図示しないワイヤハーネスを構成する際の接続方法について説明する。
先ず、複数の電線1における芯線2同士を1つに束ねてなるジョイント端子21で仮固定し芯線集束部20を、超音波溶接装置10における左右に離間した可動式ガイド12とアンビルプレート13との間に挿入して、ホーン11の電線配置部110に載置する(図9、図10参照)。
この後、可動式ガイド12を、アンビルプレート13に対して近づく方向に移動させ、ホーン11の電線配置部110に載置された芯線集束部20を、アンビルプレート13の電線挟持部130に押し付けるとともに、該芯線集束部20を可動式ガイド12及びアンビルプレート13の電線挟持部121,131で挟持する。
これにより、複数の電線1を、該電線1を配置する電線配置方向Dをホーン11の振動方向Vに対して直交する交差角度θ2(90度)に仮規制する(図8、図10参照)。
続いて、アンビル14を、ホーン11に対して近づく方向に移動させ、アンビル14の電線押圧部140を、ホーン11の電線配置部110に載置された芯線集束部20に対して上方から押圧するとともに、アンビル14の押圧力により芯線集束部20をホーン11の電線配置部110に押し付ける。
さらに電線配置部110に突出した多数の凸部111と、電線押圧部140に突出した多数の凸部141を、ジョイント端子21を介して芯線集束部20における芯線2に上下から食い込ませるため、ホーン11から発振される超音波振動を、芯線集束部20における芯線2同士及び素線2a同士に対して確実に伝搬することができる(図6参照)。
これにより、ジョイント端子21を芯線集束部20における芯線2に対して確実に圧着接続することができるとともに、複数の電線1を、該電線1の電線配置方向Dをホーン11の振動方向Vに対して交差角度θ2に直交させた状態に挟持することができる(図8、図10参照)。
上述のように複数の電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して直交する交差角度θ2に規制したまま、ホーン11から発振される超音波振動により複数の電線1における芯線2同士を超音波溶接するため、実施例1のように交差角度θ1に規制して超音波溶接するよりも、端子4に対して超音波振動がより伝搬されにくくなる。
つまり、電線1及び端子4の長手方向Lが一致していても、電線1の一端に接続した端子4にまで超音波振動が伝搬されにくくなるため、端子4に付与される振動をより抑えることができる。
これにより、電線1の一端に接続した端子4、例えば、接触片43,44等の接触部42に変形が生じることをより確実に防止することができる。特また、端子4における連結部45等の振動しやすい部分や比較的強度が弱い部分に疲労破壊が起きることをより確実に防止できる。
この結果、電線1に接続した端子4を変形や疲労破壊することなく、複数の電線1同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができるとともに、良好な接続状態の図示しないワイヤハーネスを構成することができるため、実施例1と略同等、あるいは同等以上の作用及び効果を奏することができる。
(実施例3)
上述の実施例1,2では、凸部111をホーン11の電線配置部110に配置し、凸部141をアンビル14の電線押圧部140に配置した方法及び装置について説明したが、図11に示すように、凸部121を可動式ガイド12の電線挟持部120に配置し、凸部131をアンビルプレート13の電線挟持部130に配置して行う実施例3の超音波溶接装置10による接続方法について説明する。
図11は上下の凸部111,141及び左右の凸部121,131を食い込ませて超音波溶接した部分を振動方向Vに分断した断面図である。
詳述すると、ホーン11の電線配置部110に載置された芯線集束部20をホーン11及びアンビル14で上下から挟持する際に、電線配置部110に突出した凸部111と、電線押圧部140に突出した凸部141とを、ジョイント端子21を介して芯線集束部20における芯線2に上下から食い込ませる。
さらに、芯線集束部20を可動式ガイド12及びアンビルプレート13で左右から挟持する際に、電線挟持部120,130に突出した綾目形状の凸部121,131を、ジョイント端子21を介して芯線集束部20における芯線2に左右から食い込ませる。
これにより、上下の凸部111,141のみを芯線集束部20に食い込ませるよりも、上下の凸部111,141及び左右の凸部121,131を相乗して芯線集束部20に食い込ませることにより、芯線集束部20をより確実に挟持することができるとともに、ホーン11から発振される超音波振動を、芯線集束部20における芯線2同士に対してよりを確実に伝搬することができる。
この結果、ホーン11の振動方向Vに対する電線1の交差角度θ1,θ2が変位することをより確実に防止することができるとともに、端子4に付与される振動をより確実に抑えて、複数の電線1における芯線2同士をより正確に超音波溶接することができる。
上述の実施例1,2における超音波溶接装置10を用いて超音波溶接する際に、電線1の一端に接続した端子4に生じる振幅を測定する測定方法について説明する。
図12はホーン11の振動方向Vに対する電線1の交差角度を変えて、端子4に伝搬する振動の振幅を測定した結果を示す説明図であり、詳しくは、図12(a)はホーン11の振動方向Vに対して電線1の交差角度を0度から90度に変化させた説明図、図12(b)は電線1の交差角度に応じて端子4の振幅を測定した測定結果を示すグラフ、図12(c)はグラフに記録された端子4の測定結果を数値で示す表である。
詳述すると、超音波溶接装置10を用いて超音波溶接する際に、電線1の一端に接続した端子4に生じる振幅をドップラー試験方法にて測定した。
つまり、図12(a)に示すように、電線1及び端子4の長手方向Lを一致させた状態に接続して、複数の電線1における他端に露出した芯線2同士を、ホーン11から発振される超音波振動(周波数=20kHz)により超音波溶接する際に、図示しないドップラー振動計から出光されるレーザー光線を、電線1の一端に接続した端子4に照射して、端子4に生じる振幅を測定した結果、図12(b)(c)に示すような測定結果が得られた。
すなわち、電線1の長手方向Lをホーン11の振動方向Vに対して0度から90度に交差する角度に変化させて振動を測定した結果、ホーン11の振動方向Vと、電線1及び端子4の長手方向Lとが一致する0度の場合、44.8μmの振幅が端子4に生じた。
しかし、ホーン11の振動方向Vを基準として、電線1の長手方向Lをホーン11の振動方向Vに対して30度に交差する角度に変化させて測定した場合、端子4に生じる振幅が33.5μmに減少し、さらに45度に変化させると振幅が23.7μmに減少する。
さらにまた、60度に変化させると振幅が15.3μmに減少し、90度に変化させる振幅が13.7に減少するという測定結果が得られた(図12(b)(c)参照)
上述の測定結果から解るように、電線1の長手方向Lを、ホーン11の振動方向Vに対して0度から90度に交差する角度に変化させることにより、端子4に生じる振幅を減少させることができる。
すなわち、ホーン11の振動方向Vに対する電線1の交差角度を60度から90度の範囲に含まれる角度に設定すれば、電線1の一端に接続した端子4、例えば、接触片43,44等の接触部42に変形(歪み)が生じることを防止することができる。また、端子4における連結部45等の振動しやすい部分や比較的強度が弱い部分に疲労破壊が起きることを防止できる。
この結果、電線1に接続した端子4を変形や疲労破壊することなく、複数の電線1における芯線2同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる。
この発明の構成と、前記実施形態との対応において、
この発明の接続装置は、実施形態の超音波溶接装置10に対応し、
以下同様に、
ホーン11及びアンビル14における電線1を挟持する部分は、電線配置部110と、電線押圧部140に対応し、
可動式ガイド12及びアンビルプレート13における電線1を挟持する部分は、電線挟持部120,130に対応し、
電線規制部は、可動式ガイド12とアンビルプレート13に対応し、
凹凸部は、凸部111,121,131,141に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。
例えば、ホーン11とアンビル14、および可動式ガイド12とアンビルプレート13の配置は、上下と左右に限定されるものではない。それぞれが対向していればよく、上下と左右が入れ替わる、あるいは超音波溶接装置10の全体が水平面に対して角度を持って設置されるものであってもよい。
上述のホーン11から発振される超音波振動が電線1に接続した端子4に対して伝搬されにくい交差角度であれば、例えば、60度〜90度の範囲に含まれる交差角度に交差させた状態で超音波溶接してもよい。
また、複数の電線1のうち少なくとも1本以上の電線の一端に端子が付いていれば本発明の効果が得られる。このとき、端子の形状や種類は問わない。
また、実施例1,2では、複数の電線1における芯線2同士を超音波溶接する例を説明したが、本発明はこれに限られず、一端に端子4が接続された1本又は複数の電線2において、他端の芯線2を構成する複数本の素線2aを撚り合わせて形成した撚り線における素線2a同士を超音波溶接してもよい。
この場合も、実施例1,2と同様に、電線1に接続した端子4を変形や疲労破壊することなく、電線1における素線2a同士を確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができるという効果を奏する。
また、実施例1,2では、芯線2を、アルミニウム製素線2aを複数本撚り合せた撚り線で構成した例を説明したが、例えば、アルミニウム製素線、アルミニウム合金製素線等の単線で構成してもよい。また、銅製素線、銅合金製素線等の素線を撚り合せた撚り線または単線で構成してもよい。
またアルミニウム製素線と銅製素線などを撚り合わせた撚り線または単線が混在している構成でもよい。
さらに素線2aや電線1の線径に依存せず、ホーン11から発振される超音波振動が電線1の端子4に対して伝搬されにくい所定の交差角度θ1であれば本発明の効果が得られる。
また、ジョイント端子21を装着せずに、複数の電線1における芯線2同士を1つに束ねてなる芯線集束部20をホーン11とアンビル14とで挟持して超音波溶接することも可能である。
この場合、超音波溶接により芯線集束部20に凸凹形状の圧痕が形成され、止水剤24との密着性が向上する。
さらに本発明では、電線1の長手方向Lに対して交差する方向にホーン11を振動させるので、ホーン11の振動方向Vが電線1における芯線2間と交差する方向となる。これにより、例えば、電線1の長手方向Lと一致する方向にホーン11を振動させる場合に比べて、芯線2の配置に依存することなく良好な状態に接続することができるとともに、溶接性への影響を低減できる効果を奏する。
さらにまた、実施例1,2では、電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して該ホーン11の左側斜め手前から60度から90度に交差して水平配置した例について説明したが(図12(a)参照)、例えば、電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して右側斜め手前から交差して水平配置してもよい。また、電線1を、ホーン11の振動方向Vに対して右側斜め後方あるいは左側斜め後方から交差して水平配置してもよい。つまり、ホーン11の振動方向Vを基準として、図13中の斜線で示す範囲に含まれる角度であれば本発明の効果が得られる。
L…長手方向
D…電線配置方向
V…振動方向
1…電線
2…芯線
2a…素線
3…絶縁被覆
20…芯線集束部
21…ジョイント端子
22…溶接部
23…絶縁キャップ
24…止水剤
4…端子
40…圧着部
42…接触部
45…連結片
10…超音波溶接装置
11…ホーン
110…電線配置部
111…凸部
12…可動式ガイド
13…アンビルプレート
120,121,130,131…電線挟持部
14…アンビル
140…電線押圧部
141…凸部

Claims (10)

  1. 少なくとも一端に端子が接続された、複数の電線における他端の芯線同士又は電線における他端の芯線を構成する撚り線の素線同士を、ホーンとアンビルとで挟持して超音波溶接する電線の接続方法であって、
    前記電線の長手方向を、
    前記ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して所定の交差角度に交差させた状態で超音波溶接を行うことを特徴とする
    電線の接続方法。
  2. 前記電線の長手方向と前記超音波振動の振動方向との交差する交差角度を、該振動方向を基準として60度〜90度の範囲に含まれる角度に設定した
    請求項1に記載の電線の接続方法。
  3. 前記複数の電線における前記芯線同士又は前記電線における前記芯線を構成する撚り線の素線同士を1つに束ねた芯線集束部に、該芯線集束部を覆うジョイント端子を導電可能に装着した
    請求項1又は2に記載の電線の接続方法。
  4. 前記ホーン及び前記アンビルのうち少なくとも一方の前記電線を挟持する部分に、前記電線の長手方向に対して交差する凹凸部を設けた
    請求項1〜3のいずれか一つに記載の電線の接続方法。
  5. 少なくとも一端に端子が接続された、複数の電線における芯線同士又は電線における芯線を構成する撚り線の素線同士を、上下に配置したホーンとアンビルとで挟持して超音波溶接する電線の接続装置であって、
    前記電線における前記芯線同士を、前記ホーン及び前記アンビルで挟持した状態において、
    前記電線の長手方向が所望する方向となるように該電線を配置する電線配置方向を、
    前記ホーンから発振される超音波振動の振動方向に対して所定の交差角度に交差した角度に規制する電線規制部を備えた
    電線の接続装置。
  6. 前記電線規制部を、
    前記ホーンに載置された前記電線の一側と対向して、該ホーンの一側部に配置した可動式ガイドと、
    前記ホーンに載置された前記電線の他側と対向して、該ホーンの他側部に配置したアンビルプレートとで構成し、
    前記可動式ガイド及び前記アンビルプレートを、
    前記ホーンに載置された前記電線を挟持する方向に相対移動可能に設けた
    請求項5に記載の電線の接続装置。
  7. 前記電線規制部を、
    前記複数の電線における前記芯線同士又は前記電線における前記芯線を構成する撚り線の素線同士を挟持した状態において、
    前記電線の電線配置方向と前記超音波振動の振動方向との交差する交差角度を、該振動方向を基準として60度〜90度の範囲に含まれる角度に規制する面で構成した
    請求項5又は6に記載の電線の接続装置。
  8. 前記ホーン及び前記アンビルのうち少なくとも一方の前記電線を挟持する部分に、前記電線の電線配置方向に対して交差する凹凸部を設けた
    請求項5〜7のいずれか一つに記載の電線の接続装置。
  9. 前記可動式ガイド及び前記アンビルプレートのうち少なくとも一方の前記電線を挟持する部分に、前記電線の電線配置方向に対して交差する凹凸部を設けた
    請求項5〜8のいずれか一つに記載の電線の接続装置。
  10. 少なくとも一端に端子が接続された、複数の電線における他端の芯線同士又は電線における他端の芯線を構成する撚り線の素線同士を超音波溶接した端子付き電線であって、
    前記電線における超音波溶接した箇所に、
    前記電線の長手方向と交差する方向に凹凸形状の圧痕が形成されたことを特徴とする
    端子付き電線。
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