JP6887203B2 - 導体接続装置及び導体接続方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、車両などに配索される導体を導電可能に接続する導体接続装置及び前記導体の導体接続方法に関する。

近年、自動車には、操作性や快適性を向上させる様々な電気機器が装備されており、このような電気機器は、自動車に配索されるワイヤハーネスなどによって互いに電気的に接続され、信号の送受信や電力の供給が行われている。

上述のワイヤハーネスを構成する複数の被覆電線は、絶縁被覆で覆われた導体を露出させて互いに接続することによって導通可能としている。このように導体同士を導通可能に接続する導体接続装置が従来から提案されている。

例えば特許文献１には、幅方向に所定の間隔を隔てて対向配置された規制部と、前記規制部同士の間において対向配置されたアンビル及びホーンとで形成された導体配置空間に複数の導体を配置し、前記ホーンを前記アンビル側に移動して前記導体を圧縮するとともに、前記ホーンを超音波振動させることで前記導体を接合できる導体接続装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された導体接続装置では、前記導体配置空間に挿入する前記導体の径や本数が異なる場合には、これらの前記導体により製造されるワイヤハーネスの外径が変化するため、前記導体配置空間に前記導体が挿入できないことや、前記導体配置空間に隙間があまり確実に前記導体を接合できないためといった問題があった。

このように前記導体の本数などを変える場合には、前記ホーン及び前記規制部、前記アンビルすべてを交換しなければならず、段替えにおいて手間がかかるといった問題があった。すなわち、特許文献１に開示された導体接続装置では、様々な導体の接合に対応できないといった問題があった。

特開平９−８２３７５号公報

本発明は、上述の問題に鑑み、容易に様々な導体の接合に対応できる導体接続装置及び導体接続方法を提供することを目的とする。

この発明は、複数の導体を超音波溶接して接合させる導体接続装置であって、前記導体と接触するとともに、凹凸形状が形成された接触面を有し、超音波振動するホーンと、前記接触面と当接するとともに、前記接触面に沿って相対移動可能に構成された一対の規制部と、前記接触面に対して接近又は離間する方向に相対移動するアンビルとが備えられ、前記接触面と当接する前記規制部の面には、前記接触面の凹凸形状と噛み合うように、前記規制部の相対移動の方向及び超音波振動の振動方向に沿って凹凸形状が形成され、前記規制部は、前記規制部の面に形成された凹凸形状と前記接触面の凹凸形状とが噛み合ったまま前記接触面に沿って移動でき、前記アンビルが、互いに対向する前記規制部に挟まれるように、前記ホーン及び前記規制部が前記アンビルに対して相対移動し、かつ、一対の前記規制部の少なくとも一方が他方に向けて移動することを特徴とする。

またこの発明は、導体と接触するとともに、凹凸形状が形成された接触面を有し、超音波振動するホーンと、前記接触面と当接するとともに所定の間隔を隔てて対向配置され、前記接触面に沿って相対移動する一対の規制部とで、形成された空間に複数の前記導体を配置する導体配置工程と、前記接触面に対して所定間隔を隔てて配置されたアンビルに対して、前記ホーン及び前記規制部が相対移動するとともに、前記アンビルが対向する前記規制部に挟まれるように一対の前記規制部の少なくとも一方が他方に相対移動し、前記規制部が前記アンビルを挟んで、前記アンビルと前記ホーンとで前記導体を圧縮する移動圧縮工程と、前記ホーンを超音波振動して、前記アンビルと前記ホーンとで圧着された前記導体を超音波溶接する溶接工程とを備え、前記接触面と当接する前記規制部の面には、前記接触面の凹凸形状と噛み合うように、前記規制部の相対移動の方向及び超音波振動の振動方向に沿って凹凸形状が形成され、前記規制部は、前記規制部の面に形成された凹凸形状と前記接触面の凹凸形状とが噛み合ったまま前記接触面に沿って移動できる導体接続方法であることを特徴とする。

前記導体は、導電性を有する素線を撚った撚線、あるいは単線で構成された導体、素線を束ねた導体などを含み、また、前記導体は導電性を有すればどのような材質で構成されていてもよく、銅や銅合金で構成された銅系導体や、アルミニウムやアルミニウム合金などで構成されたアルミニウム系導体で構成されるものを含む。

なお前記導体は、例えば撚線や素線の束を絶縁性の絶縁被覆で被覆させた被覆電線の一端において、外層を形成する前記絶縁被覆を切剥いで露出させた露出導体や、絶縁被覆で被覆されていない撚線導体や素線を束ねた導体などを含む。また、前記導体は例えば銅管や銅箔などで接合部分を囲繞して接合させる場合も含む。

上述の複数の導体とは、同一又は異なる種類の導体で構成されていてもよい。具体的には、外径や材質が異なる導体であってもよく、また一部は撚線で一部は単線であってもよい。

この発明により、容易に様々な導体の接合に対応できる。
詳述すると、前記規制部は前記ホーンにおける前記接触面に沿って移動可能に構成されているため、前記導体の外径や本数が変更された場合であっても、前記規制部の位置を調整することで、前記導体を前記接触面と前記規制部とで形成される導体配置空間に配置できる。

このため、接合される前記導体に適した前記アンビルを交換するだけで前記導体を接合できる。したがって、前記導体を超音波溶接するのに、段替えを手間取ることを防止でき、容易に前記導体を接合できる。

具体的には、接合させた導体で構成されるワイヤハーネスの外径が、従前に導体を接合させて製造していたワイヤハーネスの外径と異なる場合や、接合させる導体の本数が異なる場合などであっても、前記規制部を前記接触面に沿って移動させて、前記導体を挿入に適した前記導体配置空間を形成することができるため、容易に前記導体に適した前記導体配置空間を形成でき、前記導体を接合するための段替えを容易に行うことができる。

また、前記規制部は前記ホーンにおける前記接触面に沿って移動可能に構成されているため、前記ホーンの超音波振動により、前記規制部と前記ホーンとの間に隙間が形成されることがない。したがって、前記アンビルに対して前記ホーンを相対移動させて圧縮するとともに、前記ホーンを超音波振動させたとしても、前記ホーンと前記規制部との間に形成される隙間に前記導体が噛み込まれて、バリが形成されることを防止できる。

さらに、前記規制部は、前記ホーンにおける前記接触面に沿って相対移動可能に構成されているため、前記規制部の位置を前記接触面に沿って適宜移動させることで、前記導体と接触する前記接触面の位置を変更できる。すなわち、前記ホーンの超音波振動により摩耗する位置を変更できるため、前記ホーンが局所的に摩耗することを防止でき、装置の寿命を延ばすことができる。

なお、前記アンビルに対する前記ホーン及び前記規制部の相対移動と、一対の前記規制部の移動とは、前記規制部の移動と前記ホーンなどの移動とが同じタイミングで移動する場合や、対向配置された前記規制部の前記接触面に沿った移動と、前記ホーン及び前記規制部のアンビルに対する相対移動とが独立して行われる場合を含む。

この発明の態様として、前記ホーンは、一対の前記規制部が対向する方向及び、前記ホーンと前記アンビルとが対向する方向と交差する方向に沿って超音波振動してもよい。
上述の交差する方向とは、前記規制部が対向する方向（対向方向とする）及び前記ホーンと前記アンビルとが対向する方向（圧縮方向とする）とに直交する直交方向に限らず、前記直交方向と交差する方向であってもよい。

この発明により、前記導体を効率よく接合させることができる。
詳述すると、前記導体配置空間に配置された前記導体を前記ホーンと前記アンビルとが圧縮するため、前記圧縮方向に並べられた前記導体同士の接触面には圧縮方向に向かって外力が作用する。また、前記ホーンと前記アンビルとが前記導体を圧縮するため、前記導体は前記対向方向へと広がろうとするが、前記規制部により前記導体の前記対向方向への移動は規制される。このため、前記対向方向に並んだ前記導体の接触面には前記対向方向に向かって外力が作用する。

この状態において、例えば、前記ホーンを前記圧縮方向及び前記対向方向と直交する方向に超音波振動させた場合、前記導体において外力が作用している前記圧縮方向及び前記対向方向と直交する方向に沿って前記導体が超音波振動される。これにより、外力が作用している前記導体の金属表面の酸化皮膜などが確実に除去され、前記導体を構成する金属の原子間引力により、前記導体が溶接されるやすくなる。これにより、前記圧縮方向又は前記対向方向に並んだ前記導体を効率よく確実に接合できる。

またこの発明の態様として、前記アンビルに対する前記ホーン及び前記規制部の相対移動と、一対の前記規制部の少なくとも一方の他方に対する移動とを同期させる制御部が備えられてもよい。

この発明によると、前記ホーン及び前記規制部の圧縮方向への移動と、前記規制部の対向方向への移動とを同期させることで、前記アンビルと前記ホーンとが前記導体を圧縮する前に前記アンビルと前記規制部とを当接させることができ、前記導体が前記アンビルと前記規制部との間に形成される隙間に噛み込むことを確実に防止できる。

またこの発明の態様として、前記ホーン及び前記規制部が前記アンビルに向けて移動してもよい。
この発明によると、前記ホーン及び前記規制部、又は前記アンビルの双方を移動させる複雑な構成とする必要がなく、また駆動機構を前記ホーン側にのみ設けることができるため、簡易な構成で前記導体を確実に接続することができる。

またこの発明の態様として、前記アンビルにおける前記接触面と対向する対向接触面が、凹凸形状で形成してもよい。
この発明によると、前記対向接触面と当接した前記導体が凹凸形状に沿って配置されるため、前記導体同士が接触する接触面が前記圧縮方向あるいは前記対向方向と交差する位置に形成されやすくなる。

このため前記ホーンを超音波振動させた場合に、前記接触面と前記振動方向とが垂直とならずに、前記接触面における酸化皮膜をより除去しやすくなる。したがって、効率よく超音波溶接することができ、確実に前記導体同士を接合できる。

またこの発明の態様として、前記対向接触面の凹凸形状が、前記ホーンの超音波振動の振動方向と交差する方向に沿って形成してもよい。
この発明により、より確実に前記導体同士の接触面と前記振動方向とを交差させることができるため、前記ホーンの超音波振動により前記導体同士の接触面においてより効率よく酸化皮膜を除去できる。したがって、前記導体をより確実に接合できる。

またこの発明の態様として、交換可能に構成された前記導体に応じた複数の前記アンビルが備えられてもよい。
この発明により、より容易に前記アンビルを所望のアンビルに交換できるため、前記導体を超音波溶接に手間取ることをより確実に防止でき、汎用性を向上させることができる。

この発明により、容易に様々な導体の接合に対応できる導体接続装置及び導体接続方法を提供することができる。

導体接続装置の概略斜視図。 導体接続装置の概略分解斜視図。 ホーンの説明図。 規制部の説明図。 導体接続装置の説明図。 導体接続方法のフローチャート。 導体接続方法の説明図。 導体接続方法の説明図。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
図１は導体接続装置１の概略斜視図を示し、図２は導体接続装置１の概略分解斜視図を示し、図３は導体接続装置１を構成するホーン１３の説明図を示し、図４は導体接続装置１を構成する規制部２１の説明図を示す。

図３について詳述すると、図３（ａ）はホーン１３の底面を拡大した拡大底面図を示し、図３（ｂ）はホーン１３を＋Ｙ側から視た拡大側面図を示し、図３（ｃ）はホーン１３を＋Ｘ側から視た拡大正面図を示す。なお、図３(ｂ)及び図３（ｃ）ではホーン１３の一部分のみを拡大して表示する。

また、図４について詳述すると、図４（ａ）は規制部２１の上面を拡大した拡大平面図を示し、図４（ｂ）は規制部２１を＋Ｙ側から視た拡大側面図を示し、図４（ｃ）は規制部２１を＋Ｘ側から視た拡大正面図を示す。なお、図４(ａ)及び図４（ｃ）では規制部２１の一部分のみを拡大して表示する。

図５は導体接続装置１の構成を説明する説明図を示す。図５について詳述すると、図５（ａ）は導体接続装置１において被覆電線１００を接続する部位を＋Ｘ方向から視た概略正面図を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示す。

ここで、被覆電線１００の長手方向を長手方向Ｘとし、被覆電線１００の横幅方向であって長手方向Ｘと直交する方向を幅方向Ｙとし、図１中の長手方向Ｘに沿って左側を＋Ｘ方向とし、右側を−Ｘ方向とするとともに、幅方向Ｙに沿って左側を−Ｙ方向とし、右側を＋Ｙ方向とする。
また、図１中において、縦方向を上下方向Ｚとし、図１中の上側を＋Ｚ方向（上方）、下側を−Ｚ方向（下方）とする。

導体接続装置１は、図１に示すように、複数本の被覆電線１００の先端側に設けた導体露出部１２０同士を超音波溶接（超音波金属接合）する装置であり、上下方向Ｚに昇降する超音波溶接具１０と、超音波溶接具１０の＋Ｘ方向側に固定された一対の幅方向調整部２０と、下降する超音波溶接具１０とで導体露出部１２０を圧縮する複数のアンビル３０と、超音波溶接具１０及び幅方向調整部２０の移動を制御する制御部４０とで構成されている。

被覆電線１００は、アルミニウム合金の素線を撚り合わせて形成された撚線導体を絶縁樹脂製の絶縁被覆１１０で被覆して構成されており、被覆電線１００の先端側には絶縁被覆１１０を所定の長さ分剥いで撚線導体を露出させた導体露出部１２０が設けられている。

なお、撚線導体は導電性を有していれば、どのような素材であってもよく、例えば、アルミニウムや銅、銅合金などの素線を撚り合わせてもよい。また、撚線導体は必ずしも撚線である必要はなく導電性を有する素線を束ねて構成されていてもよい。

導体接続装置１を構成する超音波溶接具１０は、図示しない昇降用モータによって上下方向Ｚに沿って昇降する昇降部１１と、昇降部１１の中央部分から＋Ｘ方向側に突出するホーン支持部１２と、ホーン支持部１２の＋Ｘ方向側端面から下方に延びるホーン１３とで構成されている。
なお、昇降用モータは制御部４０により制御されている。

ホーン支持部１２は、昇降部１１の中央部分から＋Ｘ方向側に突出するとともに、ホーン１３を昇降部１１に支持するように構成されている。
ホーン１３は、図１乃至図５に示すように、ホーン支持部１２の＋Ｘ方向側端面から下方に延び、図示しない超音波発振器と接続されることで長手方向Ｘに沿って超音波振動するように構成されている。

また、ホーン１３の底面であるホーン側下面１３ａには、図３（ａ）に示すように、上方に窪ませて形成したホーン側凹部１４と、下方に突出させて形成したホーン側凸部１５が、長手方向Ｘ及び幅方向Ｙに沿って格子状に複数設けられている。すなわち、ホーン１３の底面は長手方向Ｘ及び幅方向Ｙから視て凹凸形状となるように形成されている。

ホーン側凹部１４は、ホーン側下面１３ａから幅方向Ｙに沿って上方に窪ませて形成されたホーン幅方向谷部１４１（図３（ｂ）参照）と、ホーン側下面１３ａを長手方向Ｘに沿って上方に窪ませて形成されたホーン長手方向谷部１４２（図３（ｃ）参照）との交差部分に形成される凹部であり、ホーン側凸部１５はホーン側下面１３ａから幅方向Ｙに沿って下方に突出するように、ホーン幅方向谷部１４１を間に挟んで形成されたホーン幅方向山部１５１（図３（ｂ）参照）と、ホーン側下面１３ａを長手方向Ｘに沿って下方に突出するように、ホーン長手方向谷部１４２を間に挟んで形成されたホーン長手方向山部１５２（図３（ｃ）参照）との交差部分に形成される凸部である。

このホーン幅方向谷部１４１及びホーン幅方向山部１５１は、幅方向Ｙに沿ってそれぞれ等間隔に５列及び６列配列され、ホーン長手方向谷部１４２及びホーン長手方向山部１５２は長手方向Ｘに沿ってそれぞれ等間隔に２３列及び２４列配列されており（図３（ａ）参照）、ホーン側凹部１４及びホーン側凸部１５は長手方向Ｘ及び幅方向Ｙに沿って格子状に形成されることとなる。

超音波溶接具１０の＋Ｘ方向側において幅方向Ｙに沿って対向配置された幅方向調整部２０は、被覆電線１００の幅方向Ｙへの移動を規制する規制部２１と、規制部２１を固定するとともに支持する固定支持部２２と、規制部２１を間接的に昇降部１１に固定する固定部２３と、固定部２３に対して固定支持部２２を移動可能に連結させる連結部２４とで構成されている。

規制部２１は、図１及び図２に示すように、長手方向Ｘに沿った長さが対応するホーン１３の長さと等しく、上下方向Ｚに沿った高さが導体露出部１２０の外径の３倍に比べて十分に長くなるように構成された直方体である。

規制部２１の上面には、ホーン側凹部１４及びホーン側凸部１５と噛み合うように、上方に突出する複数の規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６が形成されている。
詳述すると、規制部側凸部２５は、幅方向Ｙに沿って上方に突出する規制部幅方向山部２５１（図４（ｂ）参照）と、長手方向Ｘに沿って上方に突出する規制部長手方向山部２５２（図４（ｃ）参照）との交差部分に形成される凸部であり、規制部側凹部２６は、幅方向Ｙに沿って下方に窪んだ、規制部幅方向山部２５１の間に形成される規制部幅方向谷部２６１（図４（ｂ）参照）と、長手方向Ｘに沿って下方に窪んだ、規制部長手方向山部２５２の間に形成される規制部長手方向谷部２６２（図４（ｃ）参照）との交差部分に形成される凹部である。

この規制部幅方向山部２５１及び規制部幅方向谷部２６１は、ホーン幅方向谷部１４１及びホーン幅方向山部１５１と対応するように、幅方向Ｙに沿って等間隔に７列及び６列配列され、規制部長手方向山部２５２及び規制部長手方向谷部２６２は、長手方向Ｘに沿って等間隔に複数列配列されている。すなわち、規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６は長手方向Ｘ及び幅方向Ｙに沿って格子状に形成されており、規制部２１の上面は、ホーン側下面１３ａと対応して長手方向Ｘ及び幅方向Ｙから視て凹凸形状となる。

このように構成された規制部２１の一端側は、固定支持部２２と嵌合されて固定されており、幅方向Ｙに沿うように支持されている。
なお、本実施形態において、規制部２１の高さは、導体露出部１２０の外径の３倍に比べて十分な長さとしているが、導体露出部１２０の外径の３倍である必要はなく、超音波溶接される複数の導体露出部１２０が形成する電線束の総外径よりも十分に長く形成されていればよい。

連結部２４は、図１及び図２に示すように、昇降部１１に固定された固定部２３を幅方向Ｙに沿って貫通するとともに、一端が固定支持部２２に固定された棒状体であり、制御部４０により制御されている図示しない幅方向移動用モータによって、幅方向Ｙに沿って移動可能に構成されている。

すなわち、連結部２４は固定支持部２２と固定部２３とを連結するとともに、固定部２３に対して規制部２１が固定された固定支持部２２を移動させることができる。なお、固定部２３は昇降部１１に固定されているため規制部２１及び固定支持部２２は昇降部１１に対して間接的に固定されている。

図示しない昇降用モータと幅方向移動用モータを制御する制御部４０は、昇降用モータと幅方向移動用モータを同期させて駆動させることができる構成であり、超音波溶接具１０を下降させるとともに、規制部２１の幅方向Ｙに沿って移動させることができる。
なお、規制部２１は別個独立に幅方向Ｙに沿って移動できる。

アンビル３０は、導体接続装置１の基板上に設けられた直方体状の受け具であり、上面には＋Ｚ方向に向けてアンビル上部３１が立設されている。このアンビル上部３１は、超音波溶接される複数の導体露出部１２０が形成する電線束の総外径に対応するように所定の幅を有するとともに、高さが規制部２１の高さよりも高くなるように形成されており、アンビル上部３１の上面であるアンビル側上面３１ａには、長手方向Ｘに沿って凸部が２つ設けられた緩やかに連続する凹凸形状が形成されている（図５（ａ）参照）。

アンビル側上面３１ａに形成された凹凸形状について詳述する。この凹凸形状は、幅方向Ｙ及び上下方向Ｚと並行となるように整列させた複数の導体露出部１２０が凹部及び凸部と接触することで、互いに接触する導体露出部１２０同士の接触面が幅方向Ｙ及び上下方向Ｚと交差して配置されるように形成されている。

例えば、アンビル側上面３１ａに形成された凹凸形状は、凸部の頂点同士の長さ（凹部の幅）及び凹部の頂点同士の長さ（凸部の幅）がそれぞれ導体露出部１２０の外径よりも長くなるとともに、凸部と凹部の高さが導体露出部１２０の外径よりも短くなるように形成されている。

なお、本実施形態においては、アンビル上部３１の幅方向Ｙの幅が異なるように構成されたアンビル３０が３個設けられている（アンビル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）。なお、幅方向Ｙの幅は、アンビル３０ａが一番小さく、アンビル３０ｃが一番大きくなるように形成されている。

また、このように複数設けられたアンビル３０（アンビル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）は、レール５０に沿って移動可能に構成され、所望のアンビル３０を超音波溶接具１０の下方に配置させることができる。

なお、本実施形態において、アンビル３０は３個設けられているが、接続する被覆電線１００に合わせて設ける個数を適宜調整でき、また各アンビル３０におけるアンビル上部３１の幅も適宜調整できる。

このように構成された超音波溶接具１０と幅方向調整部２０は、図１及び図５に示すように、ホーン側凹部１４及びホーン側凸部１５に規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６がそれぞれ挿通されており、規制部２１の上面とホーン１３の下面であるホーン側下面１３ａとが面一の状態で、規制部２１がホーン側下面１３ａに沿って幅方向Ｙに移動可能に配置されている。

また、アンビル３０は、ホーン側下面１３ａとアンビル側上面３１ａとが対向する位置にアンビル３０を配置されている。このときアンビル上部３１の−Ｘ方向側端部がホーン１３及び昇降部１１と対向しないようにアンビル３０は配置されている（図５（ｂ）参照）。
なお、アンビル３０はレール５０に沿って移動させてホーン１３の下方に配置される。

このように超音波溶接具１０と幅方向調整部２０とを固定されるとともに、超音波溶接具１０の下方にアンビル３０を配置させた導体接続装置１は、制御部４０の制御により昇降用モータで超音波溶接具１０及び幅方向調整部２０を下方側に移動できるとともに、幅方向移動用モータにより規制部２１を幅方向Ｙに沿って移動させることができる。

また、幅方向調整部２０が超音波溶接具１０に固定された状態において、互いに対向する規制部２１の先端面２１ａ同士は所定の間隔を隔てるように配置させて、規制部２１とホーン１３とで複数本の被覆電線１００（導体露出部１２０）を挿入させて配置させることができる配置空間Ｓを形成できる（図５（ａ）参照）。

以下、導体接続装置１を用いた被覆電線１００の接続方法について、図６乃至図８に基づいて簡単に説明する。
ここで図６は、複数本の被覆電線１００における導体露出部１２０を溶接して接続する導体接続方法のフローチャートを示し、図７及び図８は、図５におけるα部におけるＢ−Ｂ断面図を用いて導体露出部１２０を接続する導体接続方法を説明する説明図を示す。

詳述すると、図７（ａ）は配置空間Ｓに導体露出部１２０を挿入した状態におけるＢ−Ｂ断面図を示し、図７（ｂ）は配置空間Ｓに導体露出部１２０を挿入した状態で超音波溶接具１０及び幅方向調整部２０を下降させた状態におけるＢ−Ｂ断面図を示す。

図８（ａ）は配置空間Ｓに挿入した導体露出部１２０をホーン１３とアンビル３０とで圧縮した状態におけるＢ−Ｂ断面図を示し、図８（ｂ）は圧縮した導体露出部１２０に対して超音波溶接をした状態におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
なお、図７及び図８においては規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６の図示を省略している。

被覆電線１００の端末部分に設けられた導体露出部１２０は、図６に示すように、配置空間Ｓに導体露出部１２０を配置する電線配置工程ｓ１と、超音波溶接具１０と幅方向調整部２０とを下降する圧縮移動工程ｓ２と、ホーン１３とアンビル３０とで導体露出部１２０を圧縮する導体圧縮工程ｓ３と、圧縮された導体露出部１２０を超音波により溶接する超音波溶接工程ｓ４とをこの順に行うことで導通可能に接続される。

以下、各工程について図７及び図８に基づいて詳述する。
あらかじめ、複数本（本実施形態では９本）の被覆電線１００を用意して、被覆電線１００の一端側（―Ｘ方向側）の絶縁被覆１１０を所定の長さ分だけ切り剥ぎ、絶縁被覆１１０に囲繞された撚線導体を露出させて導体露出部１２０を形成する。

次に、接続する導体露出部１２０の本数や外径に適したアンビル３０を選択し、アンビル側上面３１ａがホーン側下面１３ａと対向配置するようにレール５０に沿って移動させ、アンビル３０を所定の位置に配置する。ここではアンビル３０ａを超音波溶接具１０の下方側に配置することとする。

続いて、先端面２１ａが所定の間隔となるまで規制部２１を幅方向Ｙに沿って移動させるとともに、ホーン１３が所定の高さとなるまで超音波溶接具１０を上昇させて、配置空間Ｓを形成させる。

この状態において、図７（ａ）に示すように、所定の間隔を隔てて対向配置された規制部２１とホーン１３とで形成された配置空間Ｓに、９本の導体露出部１２０を上下方向Ｚに沿って３本、幅方向Ｙに沿って３本ずつ配列させて、＋Ｘ方向側から−Ｘ方向側に向けて挿入する（電線配置工程ｓ１）。

そして、図７（ｂ）に示すように、制御部４０の制御により、超音波溶接具１０を下降させるとともに、超音波溶接具１０の下降と同期させて規制部２１を導体露出部１２０側へ幅方向Ｙに沿って移動させる。これにより、先端面２１ａがアンビル上部３１の幅方向Ｙ側の両側面と当接するとともに、導体露出部１２０がホーン側下面１３ａ及びアンビル側上面３１ａとで挟み込まれ、導体露出部１２０がホーン１３により上方から押し付けられる（圧縮移動工程ｓ２）。

ここで、図５（ｂ）に示すように、規制部２１はホーン側凹部１４及びホーン側凸部１５と規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６とがそれぞれ噛み合った状態でホーン側下面１３ａに沿って移動できるため、ホーン１３と規制部２１との間に隙間が生じない。このため、幅方向Ｙに沿って規制部２１を移動させた場合に、導体露出部１２０がホーン１３と規制部２１とで噛み込まれることも防止できる。

また、導体露出部１２０の延びる長手方向Ｘと直交する幅方向Ｙに沿うようにホーン幅方向谷部１４１及び規制部幅方向山部２５１とが形成され、長手方向Ｘに沿ってホーン長手方向谷部１４２及び規制部長手方向山部２５２とが形成されており、ホーン側凹部１４及びホーン側凸部１５と規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６とが噛み合っているため、ホーン１３と規制部２１との間に長手方向Ｘに沿った隙間が形成されにくく、導体露出部１２０がホーン１３と規制部２１との間に噛み込まれることをより防止できる。

また、先端面２１ａは、ホーン１３により押し付けられた導体露出部１２０と当接する前にアンビル上部３１の幅方向Ｙ側の両側面と当接するため、規制部２１とアンビル上部３１との間に隙間が生じない。これにより、導体露出部１２０が上方から押されて幅方向Ｙに移動したとしても、上方から押された導体露出部１２０が幅方向Ｙ方向に移動することを規制できるとともに、規制部２１とアンビル上部３１との間に導体露出部１２０が噛み込まれることを防止できる。

さらにまた、上方から押し付けられた導体露出部１２０を支持するアンビル側上面３１ａが凹凸形状で形成されているため、下方側に配列された３本の導体露出部１２０が凹凸形状に沿って互いに上下方向Ｚ及び幅方向Ｙにずれて配置されることとなり、導体露出部１２０同士の接触面が上下方向Ｚ及び幅方向Ｙを交差する方向に配置される（図７（ｂ）参照）。

これにより、中央に配置された３本の導体露出部１２０が、幅方向Ｙ及び上下方向Ｚにずれた導体露出部１２０同士の間などに配置されることとなり、３本の導体露出部１２０同士の接触面も幅方向Ｙ及び上下方向Ｚと交差する方向に沿って配置される。同様に、上方に配置された３本の導体露出部１２０同士の接触面も幅方向Ｙ及び上下方向Ｚと交差する方向に沿って配置される。

このように、９本の導体露出部１２０は配置空間Ｓの内部に乱雑に配置されることにより、導体露出部１２０同士の接触面が超音波振動の方向である長手方向Ｘと垂直からずれた位置に形成され易くなるため、超音波振動によって、より確実に導体露出部１２０を接合させることができ、接続不良を防止できる（図７（ｂ）参照）。

そして、導体露出部１２０が配置空間Ｓにおいて乱雑して配列された状態で、ホーン１３をさらに下降することにより、導体露出部１２０を上下方向Ｚから圧縮させることができ（導体圧縮工程ｓ３）、導体露出部１２０同士の接触箇所を増やすとともに、接触面積を大きくすることができる（図８（ａ）参照）。

そして、導体露出部１２０をホーン１３で圧縮した状態で、ホーン１３を長手方向Ｘに沿って超音波振動させながらさらに超音波溶接具１０（ホーン１３）を下降させることで、導体露出部１２０同士が超音波溶接により互いに超音波金属接合される（超音波溶接工程ｓ４）。

このように、導体露出部１２０を圧縮させながら超音波金属接合することにより、図８（ｂ）に示すように、複数本の導体露出部１２０の接触面において溶接されて、被覆電線１００を束ねたワイヤハーネス２００を製造することができる。
したがって、導体露出部１２０同士の接合不良が起こることを防止でき、導体露出部１２０をより確実に電気的に接続することができる。

このように、被覆電線１００を束ねて溶接したワイヤハーネス２００は、導体露出部１２０を溶接した溶接断面におけるアンビル３０側が凹凸形状で構成されている。

なお、ホーン１３とアンビル３０とで導体露出部１２０を圧縮することにより、導体露出部１２０同士をより確実に接触させることができ、溶接した場合において、導体露出部１２０同士の間に空洞が形成されることを防止できる。

なお、本実施形態では、ホーン１３を下降させて導体露出部１２０を圧縮したのちに、ホーン１３を超音波振動しているが、ホーン１３を超音波振動させながら導体露出部１２０を圧縮してもよい。

このように構成された、複数の導体露出部１２０を超音波溶接して超音波金属接合させる導体接続装置１は、導体露出部１２０を圧縮するホーン側下面１３ａを有し、超音波振動するホーン１３と、ホーン側下面１３ａと当接するとともに、ホーン側下面１３ａに沿って移動可能に構成された一対の規制部２１と、ホーン側下面１３ａに対して接近又は離間する方向に相対移動するアンビル３０とが備えられ、アンビル３０を構成するアンビル上部３１が一対の規制部２１において互いに対向する規制部２１に挟まれるように、ホーン１３及び規制部２１をアンビル３０に対して下降させ、かつ、一対の規制部２１を導体露出部１２０に向けて移動させることにより、容易に様々な導体露出部１２０の接合に対応できる

詳述すると、規制部２１はホーン１３におけるホーン側下面１３ａに沿って移動可能に構成されているため、導体露出部１２０の外径や本数が変更された場合であっても、規制部２１の位置を調整することで、ホーン側下面１３ａと規制部２１とで形成される配置空間Ｓに外径や本数が変更された導体露出部１２０を配置できる。

これにより、接合される導体露出部１２０に適したアンビル３０を交換するだけで、様々な導体露出部１２０を接合できる。したがって、導体露出部１２０を超音波溶接するのに、段替えを手間取ることを防止でき、容易に導体露出部１２０を接合できる。

具体的には、接合させた複数の導体露出部１２０で構成される電線束の外径が、従前に導体露出部１２０を接合させて製造していた電線束の外径と異なる場合や、接合させる導体露出部１２０の本数が異なるために電線束の外径が異なる場合などであっても、規制部２１をホーン側下面１３ａに沿って移動させて、導体露出部１２０を挿入させるのに適した配置空間Ｓを形成することができるため、容易に導体露出部１２０同士を接合できる。

また、規制部２１はホーン１３におけるホーン側下面１３ａに沿って移動可能に構成されているため、ホーン１３の超音波振動により、規制部２１とホーン１３との間に隙間が形成されることがない。したがって、アンビル３０に対してホーン１３を相対移動させて導体露出部１２０を圧縮するとともに、ホーン１３を超音波振動させたとしても、導体露出部１２０がホーン１３と規制部２１との間に形成される隙間に噛み込まれて、バリが形成されることを防止できる。

さらに、規制部２１は、ホーン１３におけるホーン側下面１３ａに沿って相対移動可能に構成されているため、規制部２１の位置をホーン側下面１３ａに沿って適宜移動させることで、導体露出部１２０と接触するホーン側下面１３ａの位置を変更できる。すなわち、ホーン１３の超音波振動によりホーン側下面１３ａの摩耗する位置を変更できるため、ホーン１３が局所的に摩耗することを防止でき、導体接続装置１の寿命を延ばすことができる。

また、ホーン１３は、一対の規制部２１が対向する方向である幅方向Ｙ及び、ホーン１３とアンビル３０とが対向する方向である上下方向Ｚと交差する方向に沿って超音波振動することにより、導体露出部１２０を効率よく接合させることができる。

詳述すると、配置空間Ｓに配置された露出導体１３０をホーン１３とアンビル３０とが導体露出部１２０を上下方向Ｚから圧縮するため、圧縮方向である上下方向Ｚ沿って並べられた導体露出部１２０同士の接触面には上下方向Ｚに向けて外力が作用する。また、ホーン１３とアンビル３０とが導体露出部１２０を圧縮するため、導体露出部１２０が幅方向Ｙへと広がろうとするが、規制部２１により導体露出部１２０の幅方向Ｙへの移動は規制される。このため、幅方向Ｙに並んだ導体露出部１２０の接触面には幅方向Ｙに向けて外力が作用する。

この状態において、ホーン１３を上下方向Ｚ及び幅方向Ｙと直交する方向（長手方向Ｘ）に超音波振動させることにより、すなわち導体露出部１２０において外力が作用している上下方向Ｚ及び幅方向Ｙと直交する長手方向Ｘに沿って導体露出部１２０を超音波振動させるため、超音波振動により導体露出部１２０の金属表面の酸化皮膜などを除去され、導体露出部１２０を構成する金属の原子間引力により、導体露出部１２０が溶接されることとなる。これにより、上下方向Ｚ又は幅方向Ｙに並んだ導体露出部１２０を効率よく確実に接合できる。

さらにまた、アンビル３０に対するホーン１３及び規制部２１の相対移動と、一対の規制部２１の少なくとも一方の他方に対する移動とを同期させる制御部４０が備えられることにより、アンビル３０とホーン１３とが導体露出部１２０を圧縮する前にアンビル３０と規制部２１とを当接させることができるため、導体露出部１２０がアンビル３０と規制部２１との間に形成される隙間に噛み込むことを確実に防止できる。

また、ホーン１３及び規制部２１がアンビル３０に向けて移動することにより、ホーン１３及び規制部２１、又はアンビル３０の双方を移動させる複雑な構成とする必要がなく、また駆動機構をホーン１３側にのみ設けることができるため、簡易な構成で導体露出部１２０を確実に接続することができる。

また、アンビル３０におけるホーン側下面１３ａと対向するアンビル側上面３１ａが、凹凸形状で形成されることにより、アンビル側上面３１ａと当接した導体露出部１２０が凹凸形状に沿って配置されるため、導体露出部１２０同士が接触する接触面が上下方向Ｚあるいは幅方向Ｙと交差することとなる。

このためホーン１３を超音波振動させた場合に、導体露出部１２０同士の接触面と振動方向とが垂直とならずに、接触面における酸化皮膜をより除去しやすくなる。したがって、効率よく超音波溶接することができ、確実に導体露出部１２０同士を超音波金属接合できる。

さらにまた、アンビル側上面３１ａの凹凸形状が、ホーン１３の超音波振動の振動方向である長手方向Ｘと交差する幅方向Ｙ方向に沿って形成されることで、より確実に導体露出部１２０同士の接触面と振動方向とを交差させることができ、ホーン１３の超音波振動により導体露出部１２０同士の接触面においてより効率よく酸化皮膜を除去できる。したがって、導体露出部１２０をより確実に接合できる。

また、交換可能に構成された導体露出部１２０に応じた複数のアンビル３０が備えられることで、より容易にアンビル３０を所望のアンビル３０に交換でき、導体露出部１２０を超音波溶接に手間取ることをより確実に防止でき、汎用性を向上させることができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
導体は、導体露出部１２０に対応し、
導体接続装置は、導体接続装置１に対応し、
接触面は、ホーン側下面１３ａに対応し、
対向接触面は、アンビル側上面３１ａに対応し、
導体配置工程は、電線配置工程ｓ１
移動圧縮工程は、圧縮移動工程ｓ２及び導体圧縮工程ｓ３に対応し、
溶接工程は超音波溶接工程ｓ４に対応するが、
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、多くの実施の形態を得ることができる。

例えば、本実施形態において、ホーン１３は長手方向Ｘに沿って超音波振動する構成としているが、幅方向Ｙに沿って超音波振動する構成としても構わない。しかしながら、長手方向Ｘに沿って超音波振動する本実施形態では、超音波振動の方向とアンビル側上面３１ａに形成された凹凸形状の方向（幅方向Ｙ）とが直交するため、効率よく超音波溶接を行うことができる。
なお、長手方向Ｘや幅方向Ｙに沿う必要はなく、長手方向Ｘと交差する方向に超音波振動をさせても構わない。

また、本実施形態において、アンビル側上面３１ａに形成された凹凸形状は、凸部の頂点同士の長さ（凹部の幅）及び凹部の頂点同士の長さ（凸部の幅）がそれぞれ導体露出部１２０の外径よりも長くなるとともに、凸部と凹部の高さが導体露出部１２０の外径よりも短くなるように形成されているが、導体露出部１２０同士の接触面が、幅方向Ｙ及び上下方向Ｚと交差するように導体露出部１２０を配置するように形成されていれば、必ずしもこのように形成される必要はない。すなわち、アンビル側上面３１ａに形成された凹凸形状は、凹部の幅及び凹部の幅がそれぞれ導体露出部１２０の外径よりも短くなるように形成されていてもよい。

さらにまた、本実施形態では、アンビル側上面３１ａの表面に幅方向Ｙに沿った凹凸形状を形成させているが、長手方向Ｘに沿って凹凸形状を形成させても構わず、また凹凸形状の形も例えば本実施形態のように緩やかに連続した凹凸形状に限定されず、段差形状である場合などでも構わない。

また、本実施形態では、アンビル側上面３１ａのみに幅方向Ｙに沿った凹凸形状を形成させているが、例えば、先端面２１ａにおける導体露出部１２０を当接する部位、すなわち、先端面２１ａにおいてアンビル上部３１と当接しない箇所の表面を凹凸形状としてもよい。また、ホーン側下面１３ａの中央部分のみに凹凸形状を設けてもよい。

このように、先端面２１ａのホーン１３側の形状を凹凸形状とすることにより、導体露出部１２０の幅方向Ｙの移動を規制するとともに、導体露出部１２０の配列状態を乱雑にして導体露出部１２０同士の接触面積及び接触箇所を増加させることができ、より確実に接合不良を防止できる。
この場合、ワイヤハーネス２００における溶接断面のホーン１３側及び先端面２１ａ側が凹凸形状で構成されている。

また、本実施形態において、規制部２１における規制部側凸部２５がホーン１３の底面であるホーン側下面１３ａに設けられたホーン側凹部１４に噛み合うとともに、規制部２１がホーン幅方向谷部１４１に沿って幅方向Ｙに移動可能に構成されているが、規制部２１がホーン側下面１３ａに沿って幅方向Ｙに移動できれば、必ずしもこの構成である必要はない。

例えば、本実施形態ではホーン側凹部１４及びホーン側凸部１５、規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６を長手方向Ｘ及び幅方向Ｙに沿った格子状に形成しているが、格子の数は適宜変更してもよく、また、ホーン側下面１３ａにはホーン側凹部１４やホーン側凸部１５の一方のみが形成され、対応する規制部２１の上面にも規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６の一方が形成されていてもよい。

また、ホーン１３と規制部２１との対向面の構成は規制部２１がホーン側下面１３ａに沿って幅方向Ｙに移動できるように対応していればどのように構成しても構わない。

さらにまた、規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６は一対で構成された規制部２１の一方の上面にのみ形成されていてもよい。この場合、ホーン側凹部１４及びホーン側凸部１５も規制部側凸部２５及び規制部側凹部２６と対応するホーン側下面１３ａに設けられてもよい。また、必ずしも一対の規制部２１の両方をホーン側下面１３ａに沿って幅方向Ｙに移動させる必要はなく、規制部２１の一方を他方に対して近づくように移動させてもよい。

また、ホーン１３又は規制部２１の一方には、格子状の凹部又は凸部が形成され、他方には格子状の凹部又は凸部に対応するように幅方向Ｙに沿った山部又は谷部が形成していても構わない。
また、例えば、長手方向Ｘに沿ったホーン長手方向谷部１４２及び／又は規制部長手方向山部２５２が形成されていない形状であってもよい。すなわち、ホーン側凹部１４及び／又は規制部側凸部２５は、幅方向Ｙに沿って形成された長尺状のホーン幅方向谷部１４１及び規制部幅方向山部２５１で構成されていてもよい。この場合、ホーン側凹部１４及び規制部側凸部２５の本数は、１本であっても構わないが、複数本設けるほうが、被覆電線の噛み込みを抑制する点では好ましい。

すなわち、ホーン１３のホーン側下面１３ａには、少なくとも幅方向Ｙに沿って上方に窪ませたホーン側凹部１４又は幅方向Ｙに沿って下方に突出させたホーン側凸部１５が設けられ、一対に形成された規制部２１の少なくとも一方の上面には、ホーン側凹部１４に対応するように上方に突出させた規制部側凸部２５又は、ホーン側凸部１５に対応するように下方に窪ませた規制部側凹部２６の少なくとも一方が、ホーン側凹部１４又はホーン側凸部１５に対応するように形成され、規制部側凸部２５又は規制部側凹部２６は、対応するホーン側凹部１４又はホーン側凸部１５に沿って、規制部２１をホーン１３に対して相対移動可能に嵌合されていることにより、規制部２１がホーン側下面１３ａに沿って幅方向Ｙに移動できる。

このようにホーン側下面１３ａに沿って規制部２１を移動させる構成とすることにより、ホーン１３と規制部２１との間に隙間が生じることを防止でき、導体露出部１２０の噛み込みを防止することができる。

また、導体接続装置１は一方（＋Ｘ方向）から配置空間Ｓに対して導体露出部１２０を挿入させて溶接させる構成としているが、例えば双方から導体露出部１２０を挿入させて導体露出部１２０を溶接させる構成や、電線の端部ではなく中間部分の電線被覆を剥ぎ取り露出させた導体露出部１２０と他の電線の導体露出部を溶接させる構成としても構わない。すなわち、導体接続装置１は被覆電線１００の端末を接続させる装置とは限らない。

１ 導体接続装置
１３ ホーン
１３ａ ホーン側下面
２１ 規制部
３０ アンビル
３１ａ アンビル側上面
４０ 制御部
１２０ 導体露出部
ｓ１ 電線配置構成
ｓ２ 圧縮移動工程
ｓ３ 導体圧縮工程
ｓ４ 超音波溶接工程

Claims (8)

1. 複数の導体を超音波溶接して接合させる導体接続装置であって、
   前記導体と接触するとともに、凹凸形状が形成された接触面を有し、超音波振動するホーンと、
   前記接触面と当接するとともに、前記接触面に沿って相対移動可能に構成された一対の規制部と、
   前記接触面に対して接近又は離間する方向に相対移動するアンビルとが備えられ、
   前記接触面と当接する前記規制部の面には、前記接触面の凹凸形状と噛み合うように、前記規制部の相対移動の方向及び超音波振動の振動方向に沿って凹凸形状が形成され、
   前記規制部は、前記規制部の面に形成された凹凸形状と前記接触面の凹凸形状とが噛み合ったまま前記接触面に沿って移動でき、
   前記アンビルが、互いに対向する前記規制部に挟まれるように、前記ホーン及び前記規制部が前記アンビルに対して相対移動し、かつ、一対の前記規制部の少なくとも一方が他方に向けて移動する
   導体接続装置。
2. 前記ホーンは、
   一対の前記規制部が対向する方向及び、前記ホーンと前記アンビルとが対向する方向と交差する方向に沿って超音波振動する
   請求項１に記載の導体接続装置。
3. 前記アンビルに対する前記ホーン及び前記規制部の相対移動と、一対の前記規制部の少なくとも一方の他方に対する移動とを同期させる制御部が備えられた
   請求項１又は請求項２に記載の導体接続装置。
4. 前記ホーン及び前記規制部が前記アンビルに向けて移動する
   請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の導体接続装置。
5. 前記アンビルにおける前記接触面と対向する対向接触面が、凹凸形状で形成された
   請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の導体接続装置。
6. 前記対向接触面の凹凸形状が、前記ホーンの超音波振動の振動方向と交差する方向に沿って形成された
   請求項５に記載の導体接続装置。
7. 交換可能に構成された前記導体に応じた複数の前記アンビルが備えられ、
   請求項１乃至請求項６のうちのいずれかに記載の導体接続装置。
8. 導体と接触するとともに、凹凸形状が形成された接触面を有し、超音波振動するホーンと、前記接触面と当接するとともに所定の間隔を隔てて対向配置され、前記接触面に沿って相対移動する一対の規制部とで、形成された空間に複数の前記導体を配置する導体配置工程と、
   前記接触面に対して所定間隔を隔てて配置されたアンビルに対して、前記ホーン及び前記規制部が相対移動するとともに、前記アンビルが対向する前記規制部に挟まれるように一対の前記規制部の少なくとも一方が他方に相対移動し、前記規制部が前記アンビルを挟んで、前記アンビルと前記ホーンとで前記導体を圧縮する移動圧縮工程と、
   前記ホーンを超音波振動して、前記アンビルと前記ホーンとで圧着された前記導体を超音波溶接する溶接工程とを備え、
   前記接触面と当接する前記規制部の面には、前記接触面の凹凸形状と噛み合うように、前記規制部の相対移動の方向及び超音波振動の振動方向に沿って凹凸形状が形成され、
   前記規制部は、前記規制部の面に形成された凹凸形状と前記接触面の凹凸形状とが噛み合ったまま前記接触面に沿って移動できる
   導体接続方法。

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