JP3167927B2 - 超音波溶接装置および溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波溶接に係
り、詳しくは、溶接ヘッドが当接する側の被溶接物が複
数の分岐部を有し、その複数の分岐部の各々に溶接点が
設定されるものについて、それらを一括同時溶接する場
合の溶接装置および溶接方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の溶接点が設定された被溶接物に対
し、作業の効率を考えて、それら複数の溶接点を一括し
て溶接する場合、一般的な抵抗溶接の点溶接では、その
複数の溶接点に合わせて、図４に示すような、複数の突
起５２、……が突出しているような形状の電極５１を作
成して溶接を行っても、微妙な溶接物の厚さ、表面状態
の差により、各突起５２間の抵抗に差が生じ、各溶接点
５４間の接続特性、例えば、接合強度にばらつきが生じ
やすい。なお、図中５３、５３は被溶接物、５５は交流
電源の一次捲線、５６は二次捲線を示している。

【０００３】他方、超音波溶接は二つの被溶接物をホー
ンの先端に取り付けた溶接ヘッド（溶接チップ）と溶接
台との間に挟んで加圧し、溶接ヘッドに短時間振動エネ
ルギーを与えてそれを水平方向に振動させ、そのことに
より、二つの被溶接物の接触面の被膜を破壊し、局部的
な振動発熱により、再結晶溶接を行うものであるので、
図５に示すように、その溶接ヘッドＨを、複数の突条６
０、…が配設されている形状にしても、被溶接物６１の
各溶接箇所には振動源と略同じ大きさの振動が等しく伝
わり、各溶接箇所で所定の溶接強度を満たすための振動
エネルギーが励起され、一括同時溶接が可能となる。な
お、図５中、６６はもう一方の溶接物、６８は溶接台で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記複
数箇所の同時一括溶接を超音波溶接で行うにしても、被
溶接物６１が、図５に示すように、複数の分岐部６２、
…を有し、溶接点がその分岐部上に設定されるような場
合、その分岐部６２の形状が互いに等しいような対称性
を有する単純形状の場合には、各溶接部に均等の超音波
エネルギーが伝わり、比較的安定した接続特性が得られ
るが、例えば、図６に示すように、被溶接物７１の複数
の分岐部７２、…がそれぞれ異なる形状をなしている場
合には、それらを一括同時溶接すると、接続強度にバラ
ツキが生じ、安定した接続特性が得られないということ
がある。

【０００５】これは、その溶接点が設定される各分岐部
７２の形状が異なることにより、溶接点間で超音波の伝
達エネルギー、消費エネルギー等、溶接機能に係る超音
波のエネルギー条件にバラツキが生じるためと考えられ
る。

【０００６】そこで、この発明では、所定の形状をなす
基部から、複数に分岐した部分に溶接点が設定され、そ
の溶接点を含む各分岐部がそれぞれ異なる形状となって
いる被溶接物、例えば、前記図６に示したようなバスバ
ー等のようなものに対し、その溶接部を超音波溶接で一
括同時溶接する場合、各溶接点間でバラツキのない安定
した強固な接続特性が得られるようにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、被溶接物の一方が、所定の形状をなす
基部とそれから分岐する複数の分岐部を有しており、各
分岐部の所定の位置を溶接点とし、これら複数の溶接点
を連ねる形でその分岐部上に他方の被溶接物を載置し、
両被溶接物を溶接点上で溶接台と溶接ヘッドの間に挟み
込み、溶接ヘッドで押圧して複数の溶接点を一括して溶
接する超音波溶接装置において、溶接時、溶接ヘッドに
よる加圧とは別に、前記一方の被溶接物の分岐部表面の
所定の位置で溶接台との間で押圧し、その押圧位置は、
その位置で仕切られる各溶接ヘッド当接側同士の体積が
互いに等しくなるような位置とした押圧手段を備えた溶
接装置としたのである（請求項１）。

【０００８】このようにしたことにより、前記固定され
た被溶接物のその固定位置から溶接ヘッドが存在しない
側には超音波が伝わらず、振動が起こらない。かつ、押
圧手段で仕切られた溶接ヘッドの存在する側は、互いに
体積が等しいので、この部分に伝達される超音波の振動
エネルギーが互いに均等になる。

【０００９】また、この発明では、上記課題を解決する
ために、被溶接物の一方が、所定の形状をなす基部とそ
れから分岐する複数の分岐部を有しており、各分岐部の
所定の位置を溶接点とし、これら複数の溶接点を連ねる
形でその分岐部上に他方の被溶接物を載置し、両被溶接
物を溶接点上で溶接台と溶接ヘッドの間に挟み込み、溶
接ヘッドで押圧して複数の溶接点を一括して溶接する超
音波溶接法として、溶接時、溶接ヘッドによる加圧とは
別に、前記一方の被溶接物を、その分岐部表面の所定の
位置において押圧手段で溶接台に押圧し、その押圧位置
は、その位置で仕切られる各溶接ヘッド当接側同士の体
積が互いに等しくなるような位置にしたのである（請求
項２）。

【００１０】前記一方の被溶接物としてバスバーを適用
することができる（請求項３）。

【００１１】

【実施の形態】以下、図１〜図３を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。

【００１２】（第１の実施形態）この実施形態では、被
溶接物は、黄銅バスバーと軟銅の撚線電線とし、バスバ
ーは、図１に示すような、長手帯状の基部１（図の一点
鎖線の枠内の部分）から複数（この実施形態では１０本
のものを示しているが、本数は任意である）の帯状２、
…が分岐した等厚板状のものを用いる。

【００１３】各帯状２は分岐位置から先端３に至る中間
部の平面形状が異なるが、先端３が一定の方向に揃って
おり、先端３から基部１側へ一定距離戻る位置までは帯
状２の幅が等しく、長手方向が平行に並ぶ形状となって
いる。

【００１４】他方、撚線電線は、直径が０．３６ｍｍの
単線が７本撚り合わされ、全体の断面積が０．５ｍｍ²
となったものを用いた。

【００１５】溶接点４は、バスバー１０上の、前記分岐
した各帯状２の先端３の近傍に設定した。この実施形態
では、前記したように、分岐数が１０本であるので、同
時一括溶接の溶接点４は１０箇所である。

【００１６】この発明では、前述したように、溶接時、
溶接ヘッドによる加圧とは別に押圧治具を用いて被溶接
物を押圧固定するが、その押圧位置５は、その位置で仕
切られる各溶接ヘッド当接側（前記溶接点４の存在する
側）同士の体積が互いに等しくなるような位置にするこ
とであり、今、このバスバー１０は等厚の板であるの
で、体積を等しくすることは、結局、その部分の表面積
を等しくすることである。

【００１７】そして、この実施形態のバスバー１０は、
前記したように、帯状２の先端３が一定の方向に揃って
おり、先端３から基部１側へ一定距離戻る位置までは帯
の幅が等しく、長手方向が平行に並ぶ形状となっている
ので、溶接点４を含む領域の表面積を等しくするには、
押圧位置５を各帯状２の先端３から基部１側へ等距離戻
った位置に設ける。そのようにすれば、その押圧位置５
から帯状２の先端３に至るまでの表面積が等しくなり、
従って体積も各帯状２同士間で等しくなる。

【００１８】そのような位置を連ねる押圧治具として、
図２に示すような長手の板６を用い、全押圧位置５、…
をこの板６で一挙に押さえ、板６の両端をボルト７で溶
接台８に固定した。

【００１９】なお、溶接ヘッドは前記従来例の図５で示
したような櫛形の一括同時溶接形ヘッドを用い、櫛形の
各突条がそれぞれ溶接点４を加圧するようにするが、図
２では煩雑さをさけるため、この溶接ヘッドは示してい
ない。

【００２０】また、撚線電線はバスバー１０上に載置し
て、溶接ヘッドを当接させるが、この撚線電線について
も図示による煩雑さをさけるため図示はしていない。

【００２１】こうして、上記のような治具を用いた場合
と用いない場合それぞれにつき、５０個のサンプルを作
成し、各サンプルにつき、各溶接点４の接続強度を測定
した。その結果の平均値と標準偏差を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から明らかなように、バスバー１０を
治具６で固定した方が、各溶接点４間でバラツキのない
強固な接続結果が得られることがわかる。

【００２４】これは、前述したように、被溶接物１０を
押圧・固定すると、その押圧位置５から溶接ヘッドが存
在しない側には超音波が伝わらず、かつ、治具６で固定
された押圧位置５から溶接点４を経て端部３にいたる側
は互いに体積が等しい状態になっているので、この部分
に伝達される超音波の振動エネルギーが互いに均等にな
るためと考えられる。

【００２５】（第２の実施形態）第２の実施形態では、
被溶接物には前記第１の実施形態と同じ形状の黄銅バス
バーと軟銅の撚線電線を用い、固定治具だけを図３のよ
うに、断面櫛形のものに変えた。

【００２６】固定治具２６は図３に示すように、その櫛
形の各突条２７でバスバー１０の各帯状２の押圧位置５
を個別に押圧するものである。

【００２７】この場合においても、５０個のサンプルを
作成し、各溶接物の各溶接点の接続強度を測定した。そ
の結果の平均値と標準偏差を前記第１の実施形態の結果
と併せて表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、治具２６を図３
のようにした方が、各溶接点４間でバラツキのない強固
な接続結果が得られることがわかる。

【００３０】これは、押圧治具２６の隣接する各突条２
７間に空間２８が存在しているので、振動が水平方向に
伝えられる超音波溶接においては、この空間２８により
隣接する突条２７間に超音波が伝わらず、振動の漏れを
防ぐ役割を果たしているためと考えられる。

【００３１】（参考例） なお、参考例として、押圧治具で固定する側の被溶接物
が、長手帯状の基部から垂直に６本の帯状が分岐し、そ
の帯状は、左から３列のものはその幅と基部からの突出
量が互いに等しく、残りの３列のものもその幅と基部か
らの突出量は互いに等しいが、最初の３列のものより、
その突出量と幅が小さくなっている等厚板状体のものを
挙げる。

【００３２】

【００３３】被溶接物がこのような形状の場合には、６
つの帯状の、押圧位置で仕切られる溶接点の存在する側
（溶接ヘッド当接側）の体積が、従ってその表面積が互
いに等しくなるような位置にするには、最初の３列と残
りの３列では、帯状の幅寸法も先端の位置も異なるの
で、押圧位置が前記実施形態の被溶接物の場合と違って
一直線上に並ばず、最初の３列の組と残りの３列の組で
は押圧位置が段違いになる。

【００３４】従って、このような押圧位置を押さえる治
具は、その平面形状が、最初の３列の組から残りの３列
の組に移り変わる位置で進路変更する鍵型のようなもの
になる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、一方の被溶接物が複数の分岐を有し、各分岐上に溶
接点が定められたものについて、それらを他方の被溶接
物とともに一括同時溶接する場合、各溶接点間でバラツ
キのない安定した強固な接続特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態で適用する被溶接物を示す斜視図

【図２】（ａ）に斜視図を示し、（ｂ）に正面図を示し
た第１の実施形態の図

【図３】第２の実施形態を示す正面図

【図４】抵抗溶接を示す模式図

【図５】従来例を示す斜視図

【図６】被溶接物を示す斜視図

【符号の説明】

１ 基部 ２ 帯状 ３ 先端 ４ 溶接点 ５ 押圧位置 ６ 板（治具） １０ バスバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−232013（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−505836（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/10 H01R 4/02 H01R 43/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接物の一方が、所定の形状をなす基
   部とそれから分岐する複数の分岐部を有しており、各分
   岐部の所定の位置を溶接点とし、これら複数の溶接点を
   連ねる形でその分岐部上に他方の被溶接物を載置し、両
   被溶接物を前記溶接点上で溶接台と溶接ヘッドの間に挟
   み込み、溶接ヘッドで押圧して複数の溶接点を一括して
   溶接する超音波溶接装置において、 溶接時、溶接ヘッドによる加圧とは別に、前記一方の被
   溶接物の分岐部表面の所定の位置で溶接台との間で押圧
   し、その押圧位置は、その位置で仕切られる各溶接ヘッ
   ド当接側同士の体積が互いに等しくなるような位置とし
   た押圧手段を備えたことを特徴とする超音波溶接装置。
2. 【請求項２】 被溶接物の一方が、所定の形状をなす基
   部とそれから分岐する複数の分岐部を有しており、各分
   岐部の所定の位置を溶接点とし、これら複数の溶接点を
   連ねる形でその分岐部上に他方の被溶接物を載置し、両
   被溶接物を前記溶接点上で溶接台と溶接ヘッドの間に挟
   み込み、溶接ヘッドで押圧して複数の溶接点を一括して
   溶接する超音波溶接法において、 溶接時、溶接ヘッドによる加圧とは別に、前記一方の被
   溶接物を、その分岐部表面の所定の位置において押圧手
   段で溶接台に押圧し、その押圧位置は、その位置で仕切
   られる各溶接ヘッド当接側同士の体積が互いに等しくな
   るような位置にすることを特徴とする超音波溶接法。
3. 【請求項３】 前記一方の被溶接物としてバスバーを適
   用したことを特徴とする請求項２に記載の超音波溶接
   法。