JP2007048522A - 電磁溶接方法及び導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電線の芯線の素線がばらけることなく金属板に溶接できる電磁溶接方法と、電線の芯線の素線がばらけることなく金属板に溶接された導体モジュールとを提供する。
【解決手段】電磁溶接装置１０はコイル１１と固定具１２を備えている。電磁溶接装置１０はコイル１１に金属片２と電線３を順に重ねる。電線３は中央部３ａの被覆部８が除去され芯線７が露出している。中央部３ａより電線３の端末寄りの芯線７は被覆部８に被覆されている。中央部３ａで露出した芯線７をコイル１１の上方に位置付ける。中央部３ａで露出した芯線７を固定具１２で押さえる。コイル１１に大電流を流す。コイル１１の回りに磁界が発生し磁束により金属片２及び芯線７に渦電流が生じる。渦電流が金属片２及び芯線７を加熱するとともに該渦電流などにより生じる電磁力が金属片２及び芯線７を互いに近づける。金属片２と電線３の芯線７とが電磁溶接されて導体モジュール１を得る。
【選択図】図１０

Description

本発明は、金属板と電線の芯線とを溶接する電磁溶接方法及び金属板と電線の芯線とが溶接された導体モジュールに関する。

例えば、自動車などに配索されるワイヤハーネスは、電線と該電線の端部に取り付けられる金属板としての端子金具と、を備えている。前記電線は、芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の被覆部と、を備えている。芯線は、銅などの金属で構成される複数の素線で構成されている。端子金具は、導電性の金属で構成された平板状の板金を折り曲げるなどして構成されている。

従来から、前記端子金具と前記電線とを電気的及び機械的に接続する際には、端子金具の一部分を前記電線にかしめてきた。このため、例えば、自動車などに前記ワイヤハーネスが配索された際に、該自動車の走行中の振動などによって、前記端子金具と電線との電気的な接続が不安定になり、望ましくない。

この前述した端子金具などの金属板と、前記電線の芯線とを溶接する際に、例えば、電磁溶接方法（例えば、特許文献１参照）を用いることが考えられる。
特開平１１−１９２５６２号公報

前述した特許文献１に示された電磁溶接方法を単に用いて、金属板と電線の芯線とを溶接すると、前記芯線が電線の端末で露出していることと、金属板の表面上での電磁力（金属板と芯線とを密着させる方向の力）の分布に偏りなどが生じることと、によって、前記素線がばらける（ばらばらになる）ことがあった。素線がばらけると、則ち、溶接中に芯線の各素線が移動するため、芯線と金属板とが接合しなかったり、これらの接合面積が非常に小さくなって、前述した端子金具と電線との接続に適さないことが考えられる。

したがって、本発明の目的は、電線の芯線の素線がばらけることなく金属板に溶接できる電磁溶接方法と、電線の芯線の素線がばらけることなく金属板に溶接された導体モジュールとを提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の電磁溶接方法は、電流が流されると磁界を発生するコイルに、金属板と、中央部の芯線が露出しかつ該中央部より両端寄りの芯線が被覆部材で被覆された電線と、を重ねるとともに、前記電線の径方向に沿って該コイルと前記中央部で露出した芯線とを並べて配置し、前記コイルに電流を流すことで、前記磁界を発生させて、前記金属板と前記中央部で露出した芯線との双方に渦電流を発生することで、これらの金属板と前記中央部で露出した芯線とを溶接することを特徴としている。

請求項２に記載の本発明の電磁溶接方法は、請求項１に記載の電磁溶接方法において、前記芯線が複数の素線を備えており、前記金属板とともに、前記コイルに重ねられる前記電線の中央部で露出した芯線の複数の素線を、互いに重なることなく平行に前記金属板の表面に重ねることを特徴としている。

請求項３に記載の本発明の電磁溶接方法は、請求項１又は請求項２記載の電磁溶接方法において、前記電線の中央部で露出した芯線を、前記金属板の中央より該金属板の外縁寄りに配置することを特徴としている。

請求項４に記載の本発明の導体モジュールは、金属板と、中央部の芯線が露出しかつ両端の芯線が被覆部で被覆された電線とを備え、前記金属板と前記中央部で露出した芯線とが接合された導体モジュールにおいて、電流が流されると磁界を発生するコイルに、前記金属板と前記電線とが重ねられるとともに、前記電線の径方向に沿って該コイルと前記中央部で露出した芯線とが並べて配置され、前記コイルに電流を流すことで、前記磁界を発生させて、前記金属板と前記中央部で露出した芯線との双方に渦電流を発生することで、これらの金属板と前記中央部で露出した芯線とが溶接されたことを特徴としている。

請求項１に記載した本発明の電磁溶接方法によれば、中央部で露出した芯線の両端を被覆部で被覆しているので、電磁力の分布に偏りがあっても、芯線の素線がばらつくことを防止できる。

なお、本明細書に記したコイルとは、電流が流れると磁界を発生させるものである。則ち、本明細書に記したコイルとは、導線をコイル状（螺旋状）に巻いた所謂コイルや、直線状に形成された導線や、平板状の金属板などの如何なる形状の導体であっても良い。

請求項２に記載した本発明の電磁溶接方法によれば、素線を互いに平行に金属板の表面上に重ねるので、素線同士を重ねることなく金属板に重ねる。

請求項３に記載した本発明の電磁溶接方法によれば、中央部で露出した芯線を金属板の中央より端寄りに配置するので、芯線と金属板とを密着させる電磁力を確保することができる。

請求項４に記載した本発明の導体モジュールによれば、中央部で露出した芯線の両端を被覆部で被覆しているので、コイルが発生する電磁力の分布に偏りがあっても、芯線の素線がばらつくことを防止できる。

以上説明したように、請求項１に記載の本発明は、電磁力の分布に偏りがあっても、芯線の素線がばらつくことを防止できるとともに、溶接中に素線が移動することが被覆部材によって規制されているので、芯線と金属板とを、所望の接合面積が得られる状態で確実に接合することができる。

請求項２に記載の本発明は、素線同士を重ねることなく金属板に重ねるので、電磁力が素線を電線の径方向に移動させることなく、素線則ち芯線と金属板とを溶接できる。

また、芯線と金属板との接触面積が大きくなるので、前述した電磁力に偏りがあっても、金属板上で電線が移動することを防止できる。

したがって、電磁力が、素線と金属板とを密着させる以外に作用しにくくなるので、電磁力の損失を防止できる。このため、素線則ち芯線と金属板とを確実に密着させることができ、電線の芯線と金属板とを確実に溶接できる。

請求項３に記載の本発明は、中央部で露出した芯線を金属板の中央より端寄りに配置するので、芯線と金属板とを密着させる電磁力を確保することができる。したがって、素線則ち芯線と金属板とをより確実に密着させることができ、電線の芯線と金属板とをより確実に溶接できる。

請求項４に記載の本発明は、電磁力の分布に偏りがあっても、芯線の素線がばらつくことを防止できるので、芯線と金属板とを、所望の接合面積が得られる状態で確実に接合することができる。

以下、本発明の一実施形態を、図１ないし図１０を参照して説明する。本発明の一実施形態の電磁溶接方法は、図１に示す導体モジュール１を組み立てる。導体モジュール１は、図１及び図２に示すように、金属板としての金属片２と、電線３とを備えている。

金属片２は、導電性の金属で構成され、平板状に形成されている。金属片２の平面形状は、矩形状である。

電線３は、断面形状が丸形に形成されている。電線３は、図５に示すように、断面丸形の芯線７と、この芯線７を被覆する被覆部材としての被覆部８と、を備えた所謂被覆電線である。芯線７は、前記金属片２とは勿論別体である。芯線７は、導電性を有する金属で構成された複数の素線９が撚られて構成されている。素線９則ち芯線７は、可撓性を有している。なお、図示例では、素線９は、７本設けられている。

被覆部８は、絶縁性と可撓性とを有する合成樹脂で構成されている。

前述した電線３は、中央部３ａの一部の被覆部８が除去されて芯線７が露出している。則ち、芯線７は、中央部３ａで露出している。なお、本明細書でいう中央部３ａとは、端末以外の部分をいう。則ち、中央部３ａとは、電線３の端末以外の任意の位置を示す。また、芯線７は、前述した露出した中央部３ａより電線３の両端寄りの箇所が、前述した被覆部８で被覆されている。則ち、前述した露出した中央部３ａより電線３の両端寄りの芯線７は、被覆部８で被覆されている。

前記導体モジュール１は、金属片２に中央部３ａで露出した芯線７の各素線９が重なった状態で、金属片２と芯線７とが互いに接合している。このとき、芯線７の素線９は、互いに重なることなく、前記金属片２の表面上に互いに平行な状態で重ねられている。

前記導体モジュール１は、前記金属片２と、前述した中央部３ａで露出した芯線７の各素線９とが、電磁溶接装置１０（図３に示す）によって互いに接合されて得られる。電磁溶接装置１０は、図３に示すように、コイル１１と、固定具１２と、電源１３と、コンデンサ１４と、スイッチ１５とを備えている。

コイル１１は、導電性を有する金属で構成され、平板状に形成されている（則ち、金属板で構成されている）。コイル１１は、一対の幅広部１６と、幅狭部１７とを一体に備えている。一対の幅広部１６は、互いに間隔をあけて配置されている。幅広部１６の平面形状は、矩形状である。一対の幅広部１６の後述の電流が流れる方向（図３中に矢印Ｋで示す）に直交する方向の幅は、互いに等しいとともに、該電流が十分に流れやすい幅となっている。

幅狭部１７は、一対の幅広部１６間に配されて、両端が一対の幅広部１６に連なっている。幅狭部１７の平面形状は、矩形状である。幅狭部１７の長手方向は、前述した電流が流れる方向Ｋと平行である。幅狭部１７の電流が流れる方向Ｋに対し直交する方向の幅は、幅広部１６の前述した幅より狭いとともに、前述した電流を集中して流す幅となっている。

前述したコイル１１は、電流が流れると磁界を発生して、その厚みと幅を二等分する軸芯Ｐ（図７中に一点鎖線で示す）を中心とした磁束（図９中に矢印Ｇで示す）を発生する。また、コイル１１は、表面上に前述した金属片２と電線３とを置くことが可能である。

なお、本明細書に記したコイル１１とは、電流が流れると磁界を発生させるものである。則ち、本明細書に記したコイル１１とは、導線をコイル状（螺旋状）に巻いた所謂コイルや、直線状に形成された導線や、平板状の金属板などの如何なる形状の物品であっても良い。

固定具１２と、四角柱状に形成され、その端面１２ａが前記コイル１１の表面と間隔をあけて相対する。固定具１２は、前述した端面１２ａがコイル１１に接離自在に設けられている。なお、接離とは、互いに近づいたり離れることをいう。固定具１２は、コイル１１との間に金属片２と中央部３ａで露出した芯線７とを挟むことが可能である。勿論、このとき、固定具１２の端面が、前記芯線７などに重ねられる。

コンデンサ１４は、スイッチ１５を介して電源１３又はコイル１１に接続される。コンデンサ１４は、電荷を予め定められた所定の電気エネルギーまで蓄積する。スイッチ１５の一つの接点は、前述したコイル１１の一対の幅広部１６のうち一方の幅広部１６に接続しているとともに、電源１３とコンデンサ１４は、他方の幅広部１６に接続している。スイッチ１５の他の一つの接点は、電源１３に接続している。スイッチ１５の残りの一つの接点は、コンデンサ１４に接続している。

スイッチ１５は、電源１３からの電気エネルギーをコンデンサ１４に供給する状態と、コンデンサ１４に蓄積された電気エネルギーをコイル１１に供給する状態と、電源１３からの電気エネルギーをコンデンサ１４に供給しないとともにコンデンサ１４に蓄積された電気エネルギーをコイル１１に供給しない状態と、が切り換え自在となっている。

コンデンサ１４は、スイッチ１５がコンデンサ１４に蓄積された電気エネルギーをコイル１１に供給する状態になると、蓄積した電気エネルギーを一度にスイッチ１５を介して一方の幅広部１６に向けて出力する。このため、コンデンサ１４は、瞬間的に大電流（電源１３からの電流より大きな電流）をコイル１１に流す。

前述した電磁溶接装置１０は、コイル１１に互いに溶接する一対の溶接対象物を置き、コイル１１と固定具１２とでこれらの溶接対象物を挟んだ状態で、スイッチ１５により電源１３からの電荷を所定の電気エネルギーまでコンデンサ１４に蓄積して、スイッチ１５によりコンデンサ１４から瞬間的に大電流をコイル１１に流す。そして、電磁溶接装置１０は、コイル１１上の一対の溶接対象物に磁束を作用させることで、該一対の溶接対象物双方に渦電流を流して、これら一対の溶接対象物を加熱する。さらに、電磁溶接装置１０は、前述した渦電流と磁界とによって、一対の溶接対象物同士を瞬間的に近づける（衝突させる）電磁力を発生する。こうして、電磁溶接装置１０は、加熱した溶接対象物同士を前述した電磁力によって瞬間的に衝突させて、これらの溶接対象物同士を溶接する（機械的に接合する）。

前記導体モジュール１を組み立てる際、即ち、金属片２と芯線７とを固定する際には、予め、前述した中央部３ａ（図示例では、一方の端末の近傍）の被覆部８を除去して、該中央部３ａの芯線７を露出させておく。

そして、図４に示すように、金属片２を前述したコイル１１の幅狭部１７上に重ね、更に、金属片２に前述した電線３を重ねる。このとき、勿論、スイッチ１５を電源１３からの電気エネルギーをコンデンサ１４に供給しないとともにコンデンサ１４からの電気エネルギーをコイル１１に供給しない状態にしておく。さらに、金属片２の長手方向と電線３の長手方向とを平行にし、かつコイル１１の幅狭部１７の上方に電線３の中央部３ａで露出した芯線７を位置付ける。則ち、電線３の径方向に沿って、コイル１１の幅狭部１７と中央部３ａで露出した芯線７とを並べて配置する。すると、電線３の被覆部８が中央部３ａで露出した芯線７の両端を被覆しているので、図５に示すように、芯線７と金属片２との間に空間が生じる（芯線７と金属片２とが互いに間隔をあける）。

その後、図６及び図７に示すように、中央部３ａの芯線７の互いに撚り合わされた素線９同士をほどいて、これらの素線９を互いに平行に金属片２の表面に重ねる。勿論、前述した中央部３ａの芯線７の素線９同士が互いに重なることなく、これらの素線９を金属片２上に位置付ける。また、前記電線３の軸芯Ｐ１（図７中に一点鎖線で示す）を、前記金属片２の軸芯Ｐ２（該金属片２の幅と厚みとを二等分するとともに図７中に一点鎖線で示す）と重ならない位置に、前記電線３を位置付ける。このように、前記電線３を前記金属片２の中央より該金属片２の外縁寄りに配置する。

その後、図８に示すように、前述した中央部３ａで露出した芯線７に固定具１２の端面１２ａを重ねる。こうして、固定具１２で、中央部３ａで露出した芯線７を押さえる。そして、スイッチ１５を切り換えて、電源１３からの電荷をコンデンサ１４に蓄積する。コンデンサ１４に所定の電気エネルギーが蓄積された後、スイッチ１５を切り換えて、図９に示すように、コンデンサ１４に蓄積された電気エネルギーをスイッチ１５を介してコイル１１に供給する。すると、瞬間的（急激）に大電流（電源１３からの電流より大きな電流）が、コイル１１に流れる。

すると、コイル１１の回りに磁界が発生して、図９中に矢印Ｇで示す高密度の磁束が金属片２とコイル１１の幅狭部１７との間と、金属片２と中央部３ａで露出した芯線７との間と、中央部３ａで露出した芯線７と固定具１２との間とのそれぞれに、急激に発生する。これらの磁束Ｇが、前述した金属片２と芯線７とに交差すると、金属片２と芯線７とに、各々の導電率に応じた渦電流と呼ばれる誘導電流が流れる。すると、渦電流により、互いに重なる金属片２と中央部３ａで露出した芯線７とが加熱される。さらに、前述した渦電流と磁界により、互いに重なる金属片２と中央部３ａで露出した芯線７とが互いに近づく方向（圧する方向）の電磁力が生じる。

そして、図１０に示すように、互いに重なり、かつそれぞれが前述した渦電流で加熱されているとともに、前述した電磁力で互いに近づけられた（衝突された）金属片２と芯線７とが互いに密着する。金属片２と芯線７とが、金属結合して、所謂電磁溶接によって互いに接合される。そして、前述した構成の導体モジュール１を得る。

本実施形態によれば、中央部３ａで露出した芯線７の両端を被覆部８で被覆しているので、電磁力の分布に偏りがあっても、芯線７の素線９がばらつくことを防止できるとともに、溶接中に素線９が移動することが被覆部８によって規制されている。したがって、芯線７と金属片２とを、所望の接合面積が得られる状態で確実に接合することができる。

素線９同士を重ねることなく、芯線７の素線９を互いに平行に金属片２の表面上に重ねるので、電磁力が素線９を電線３の径方向に移動させることなく、素線９則ち芯線７と金属片２とを溶接できる。

また、芯線７と金属片２との接触面積が大きくなるので、前述した電磁力に偏りがあっても、金属片２上で電線３が移動することを防止できる。

したがって、電磁力が、素線９と金属片２とを密着させる以外に作用しにくくなるので、電磁力の損失を防止できる。このため、素線９則ち芯線７と金属片２とを確実に密着させることができ、電線３の芯線７と金属片２とを確実に溶接できる。

一般に、前述した渦電流は、金属片２の中央より、該金属片２の外縁寄りに多く生じる。このため、中央部３ａで露出した芯線７を金属片２の中央より端寄りに配置するので、芯線７と金属片２とを密着させる電磁力を確保することができる。したがって、素線９則ち芯線７と金属片２とをより確実に密着させることができ、電線３の芯線７と金属片２とをより確実に溶接できる。

また、前述した導体モジュール１は、中央部３ａで露出した芯線７の両端を被覆部８で被覆しているので、コイル１１が発生する電磁力の分布に偏りがあっても、金属片２と芯線７との接合時に、芯線７の素線９がばらつくことを防止できる。したがって、芯線７と金属片２とを、所望の接合面積が得られる状態で確実に接合することができる。

また、本実施形態では、コンデンサ１４の容量を適宜変更することによって、前述した大電流が流れる周波数則ち電磁力が発生する周波数を適宜変更して、前記芯線７と金属片２との衝突速度を適切な速度にすることができる。さらに、中央部３ａで露出した芯線７の両端が被覆部８で被覆されているので、溶接前の状態で、芯線７と金属板としての金属片２とを互いに間隔をあけておくことができる。したがって、前述した大電流を流す際（則ち、溶接する際）に、芯線７と金属板としての金属片２とを前述した電磁力によって確実に衝突でき、これらを確実に強固に接合できる。

本発明では、前述した金属板としての金属片２が、平板状の母材と該母材の表面に鍍金層が施されて、構成されても良い。また、本発明では、前述した素線９は、７本以外でも良い、要するに、本発明では、芯線７の素線９は、複数設けられていれば良い。

さらに、前述した実施形態では、被覆部材としての被覆部８が、中央部３ａで露出した芯線７の両端を被覆している。しかしながら、本発明では、被覆部８に限らず、電線３と別体のチューブや、電線３の芯線７に溶着された半田などで中央部３ａで露出した芯線７の両端を被覆しても良い。

また、前述した実施形態では、コイル１１を金属板などで構成して、平板状に形成している。しかしながら、本発明では、電流が流されると磁界を発生させて、電線３の芯線７の近傍で電流が集中する形状であれば、金属板以外の導体（如何なる形状の導体）をコイル１１として用いても良い。また、本発明では、電流の向きは、如何なる向きであっても良い。

さらに、前述した実施形態では、金属板としての金属片２を平板状に形成している。しかしながら、本発明では、金属板としての金属片２を、例えば筒状、皿状、半円状などの平板状以外の種々の形状に形成しても良い。特に、金属片２が電線３の芯線７を加締める加締め片を備えている場合には、電磁力によってさらにかしめられるとともに、前述したように溶接されるので、金属板としての金属片２と電線３の芯線７とをより強固に固定できる。

また、本発明では、前述した金属板としての金属片２と電線３とを互いに重ねて、一対のコイル１１間に位置付けて、これらの金属片２と電線３の芯線７とを接合しても良い。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態にかかる電磁溶接方法で組み立てられる導体モジュールを示す斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示された導体モジュールを組み立てる際に用いられる電磁溶接装置の構成を示す説明図である。 図３に示された電磁溶接装置のコイル上に金属片と電線とを重ねた状態を一部断面で示す説明図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図４に示された電線の素線の撚りを解して、素線を金属片上に互いに平行に重ねた状態を一部断面で示す説明図である。 図６に示された電線と金属片などの平面図である。 図６に示された電線の中央部で露出した芯線に固定具を重ねた状態を一部断面で示す説明図である。 図８に示されたコイルの外周に磁束などを生じる状態を一部断面で示す説明図である。 図９に示された金属片と電線の芯線とが接合した状態を一部断面で示す説明図である。

符号の説明

１ 導体モジュール
２ 金属片（金属板）
３ 電線
３ａ 中央部
７ 芯線
８ 被覆部（被覆部材）
９ 素線
１１ コイル

Claims (4)

1. 電流が流されると磁界を発生するコイルに、金属板と、中央部の芯線が露出しかつ該中央部より両端寄りの芯線が被覆部材で被覆された電線と、を重ねるとともに、前記電線の径方向に沿って該コイルと前記中央部で露出した芯線とを並べて配置し、
   前記コイルに電流を流すことで、前記磁界を発生させて、前記金属板と前記中央部で露出した芯線との双方に渦電流を発生することで、これらの金属板と前記中央部で露出した芯線とを溶接することを特徴とする電磁溶接方法。
2. 前記芯線が複数の素線を備えており、
   前記金属板とともに、前記コイルに重ねられる前記電線の中央部で露出した芯線の複数の素線を、互いに重なることなく平行に前記金属板の表面に重ねることを特徴とする請求項１記載の電磁溶接方法。
3. 前記電線の中央部で露出した芯線を、前記金属板の中央より該金属板の外縁寄りに配置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁溶接方法。
4. 金属板と、中央部の芯線が露出しかつ両端の芯線が被覆部で被覆された電線とを備え、前記金属板と前記中央部で露出した芯線とが接合された導体モジュールにおいて、
   電流が流されると磁界を発生するコイルに、前記金属板と前記電線とが重ねられるとともに、前記電線の径方向に沿って該コイルと前記中央部で露出した芯線とが並べて配置され、
   前記コイルに電流を流すことで、前記磁界を発生させて、前記金属板と前記中央部で露出した芯線との双方に渦電流を発生することで、これらの金属板と前記中央部で露出した芯線とが溶接されたことを特徴とする導体モジュール。

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