新エネルギーワイヤハーネス用超音波金属溶接

異種金属であるアルミニウムと銅の接合に適した固体状態冶金結合ソリューション。超音波金属溶着は、新エネルギー車のワイヤハーネスにおけるアルミニウムから銅への置換を支える基幹製造技術です。

レーザー溶接や抵抗溶接などの溶融プロセスとは異なり、これは固相溶接の一種であり、金属は溶けません。高周波せん断振動は、接合面間に原子レベルの冶金学的結合を生み出します。

エネルギー転送チェーン

1. 超音波発電機 : 主電源ACを高周波ACに変換します (20  kHz / 35  kHz / 40 kHz)。内蔵PLLによる位相同期により、共振周波数を追従し、負荷変動に対して出力を安定化します。

2. トランスデューサ：逆圧電効果を利用して、高周波の電気エネルギーを微小な機械的振動に変換します。

3. ブースター：エネルギーを加えずに振動の振幅を増幅し、加工条件に合わせます。

4. 溶接ホーン、アンビルおよび空気圧：多本線導体をクランプします。ホーンは水平方向のせん断振動を伝え、アンビルは下側のワイヤを固定します。

溶着手順

🔍三つの核心的な疑問の分析

1. 振動運動エネルギーはどのように熱に変換されるのか？

力学的エネルギーには、運動エネルギーと位置エネルギーが含まれる。溶着ホーンの高速往復せん断運動により、運動エネルギーが発生する。二つの金属層が強く圧縮されることで、微小な表面の凹凸が絶えず滑り合い、衝突し、塑性変形を起こす。振動運動エネルギーは界面摩擦および塑性変形によって散逸し、熱に変換される。熱はミクロン単位の薄い溶着層内にのみ集中し、母材全体の温度を低く保ちます。

2. 発電機はどのように高周波電力を生成するのですか？

発電機は電気を生成するのではなく、入力された商用電源を変換します。 ステップ1：整流：50/60Hzの商用交流電源を直流に変換する。 ステップ2：インバータ回路：IGBTまたはMOSパワー・トランジスタにより、直流を高周波交流（20kHz／35kHz／40kHz）に変換する。 内蔵のPLLが振動子の負荷変化をリアルタイムで追跡し、出力周波数を動的に調整してシステムの共振を維持することで、トランスデューサーへ安定した高周波電力を供給します。 要するに、商用電源 → 整流して直流に変換 → 逆変換で高周波交流に変換

<3.溶接時の界面温度はどのくらいですか？

超音波金属溶接は固相溶接であり、母材は溶融しません。 アルミニウム同士の溶着：界面温度は約200〜350℃（アルミニウムの融点：660℃） 銅同士の溶着：界面温度のピークは約300〜450℃（銅の融点：1083℃） アルミニウムと銅の異種材接合：界面温度ピークは約250〜400℃

主な利点

• 低温固体状態接合。溶融、飛散、気孔がなく、Al‑Cu異種接合において接触抵抗が安定します。

• ハンダ、フィラーワイヤ、フラックスを使用しないため、消耗材コストが低く、環境に優しいです。

• 高速サイクル（スポットごとに数百ミリ秒）で、自動化されたハーネス生産ラインに対応しています。

• 優れた電気伝導性と信頼性の高い引張特性を備え、厳格な高・低電圧車載ハーネス規格に適合します。

代表的な用途

EV用ワイヤハーネス、充電ガンケーブル、銅・アルミニウム端子接続部、リチウムイオン電池タブ溶着。銅からアルミニウムへの材料置き換えにより、軽量化とコスト削減を実現します。

当社は超音波ワイヤーハーネスおよび端子溶接機の設備メーカーであり、オーダーメイドの装置と包括的なプロセスソリューションを提供しています。機械に関する情報、サンプルテスト、技術提案については、お問い合わせください。