JP2009259702A - 端子金具付き電線の製造方法及び端子金具付き電線 - Google Patents

Abstract

【課題】端子金具の幅方向寸法を小さくすることが可能な端子金具付き電線の製造方法及び端子金具付き電線を提供する。
【解決手段】溶着工程の際には、超音波溶着機１００のアンビル６０上に載置された端子金具３０に収容された露出状態の芯線２１を溶接ホーン７０で上から押さえ付けて半円筒面の被溶着部５０のうち、中間部及び左右の端部側にそれぞれ高周波振動を加えることにより、芯線接続部４５と、芯線２１とが超音波溶接される。
【選択図】図３

Description

本発明は、端子金具付き電線の製造方法及び端子金具付き電線に関する。

例えば、自動車に使用される被覆電線については、その端部において露出させた芯線に端子金具を取り付け、この端子金具を介してバッテリーやインバーター等の電気部品や機器間の接続が行われるようになっている。

ここで、芯線と端子金具とを接続するに際しては、芯線と端子金具とを超音波溶接より接続することがある。このものは、図１３に示すように、アンビル１上に載置された端子金具２に収容された露出状態の芯線３を溶接ホーン４で上から押さえ付けて高周波振動を加えることにより、図１４に示すように、端子金具２と芯線３とが超音波溶接されるようになっている（特許文献１参照）。
特開２００３−３３４６６９公報

ところで、超音波溶接される芯線の材質としては、軽量化や低コスト化を図るために、銅合金製の従来の芯線に代えてアルミ製の金属素線が撚り合わされてなる芯線を使用することがある。
このように芯線をアルミ製とすると軽量化が可能になるものの、銅に比較して導電率が低いため、使用される芯線を太径にせざるを得ない。

そのため、芯線が大きくなるにしたがって、芯線を収容する端子金具の幅方向のスペースも大きくなってきている。しかしながら、自動車等にあっては、被覆電線を配索できるスペースは限られており、かかる端子金具のための幅方向のスペースもより少ないことが望まれる。また、端子金具をコネクタのキャビティ等に取り付ける際にも、端子金具が幅方向に大きくなると端子金具を挿入するキャビティも幅方向に大きくする必要が生じ望ましくない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、端子金具の幅方向寸法を小さくすることが可能な端子金具付き電線の製造方法及び端子金具付き電線を提供することを目的とする。

本発明の端子金具付き電線の製造方法は、端子金具の電線接続部に被覆電線の芯線を宛がってアンビルと溶接ホーンとの間で挟み、その状態で前記溶接ホーンから高周波振動を与えて前記芯線を前記電線接続部に超音波溶接する端子金具付き電線の製造方法であって、前記端子金具の前記電線接続部を、その幅方向の端部が中間部に比して上方に位置する湾曲形状としておき、前記溶接ホーンと前記端子金具との相対的な位置を変えながら複数回にわたって前記芯線を前記電線接続部に超音波溶接することを特徴とする。

また、前記溶接ホーンのうち前記芯線に接する面と、前記電線接続部のうち前記芯線に接する面とは、共に連続的に湾曲する半円筒面をなし、かつ、前者の面の曲率半径が後者の面の曲率半径よりも小さく設定されており、前記芯線の溶接時には、前記溶接ホーン又は前記電線接続部の両半円筒面のいずれかの軸線を中心として前記溶接ホーン又は前記電線接続部を回動させることとしてもよい。このようにすれば、溶接ホーンとアンビルとの間で電線接続部及び芯線を挟んだ状態で溶接ホーンと端子金具との相対的な位置を変えることができるから、芯線を電線接続部の全域に均一に溶接することができる。

また、前記電線接続部は、平坦面の両側にその平坦面に対してそれぞれ逆方向に傾斜する２面の平坦面を連続させた形状の角筒形の湾曲形状をなしてもよく、このようにすれば、溶接ホーンの面が平坦面のものを用いても、比較的満遍なく超音波溶接を行うことが可能になる。

さらに、前記端子金具を前記溶接ホーンに対して移動させることで前記溶接ホーンと前記端子金具との相対的な位置を変えるようにしてもよく、このようにすれば、溶接ホーンを固定した状態で満遍なく超音波溶接を行うことが可能になる。

本発明の端子金具付き電線は、端子金具の電線接続部に宛がわれた被覆電線の芯線がアンビルと溶接ホーンとの間で挟まれた状態で前記溶接ホーンから高周波振動が与えられて前記芯線が前記電線接続部に超音波溶接されてなる端子金具付き電線であって、前記端子金具の前記電線接続部を、その幅方向の端部が中間部に比して上方に位置する湾曲形状としておき、前記溶接ホーンと前記端子金具との相対的な位置を異ならせて複数回にわたって前記芯線が前記電線接続部に超音波溶接されていることを特徴とする。

本構成によれば、端子金具の電線接続部の幅方向の端部が中間部に比して上方に位置する湾曲形状とされているから、電線接続部の幅方向寸法を小さくすることができる。また、そのように幅方向寸法が小さくても、湾曲形状であるから、被覆電線の芯線と端子金具の電線接続部との接触面積（溶接面積）を広く取ることができて溶接部分の電気抵抗を低くすることができる。もちろん、上記の溶接面積が広いとしても、溶接ホーンと端子金具との相対的な位置を変えながら複数回にわたって芯線を電線接続部に超音波溶接するから、芯線を電線接続部の略全域に略均等に溶接することができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６を参照しつつ説明する。
本実施形態の端子金具付き電線１０は、被覆電線２０の先端部に端子金具３０が接続されてなり、例えば電気自動車において走行用の動力源を構成するバッテリ、インバータ、モータなどの装置（図示せず）の間に配索されるものである。

端子金具付き電線１０は、図１に示すように、被覆電線２０と、被覆電線２０の先端部に接続される端子金具３０と、を有する。
被覆電線２０は、複数本の細いアルミ線の金属素線２１Ａが撚り合わされてなる芯線２１を樹脂製の絶縁被覆２２（絶縁層）で被覆したものであり、その端末部においては、絶縁被覆２２が剥き取られて芯線２１が露出されている。そして、詳しくは後述するが、その芯線２１部分に高周波振動が施されることで芯線２１が軟化して芯線溶着部２５が形成され端子金具３０と芯線２１とが超音波溶接されている。なお、本実施形態の被覆電線２０は、銅合金製の従来の芯線に代えてアルミ製の芯線２１を使用することで、軽量化や低コスト化が図られている。

端子金具３０は、いわゆるオープンバレル型であって、箱型の端子部３１と、端子部３１と連続し被覆電線２０が接続される電線接続部４０と、からなり、アルミ製よりも高い強度が得られる銅合金製とされている。この端子金具３０は、図示しないコネクタ内のキャビティに収容されるようになっている。

端子部３１は、いわゆる雌端子金具であって、箱型をなし、図示しないコネクタのキャビティに収容された状態で、図示しない雄タブが挿入孔３１Ａに挿入されることにより、電気的接続が図られるようになっている。

電線接続部４０は、被覆電線２０を保持する電線保持部４１と、芯線２１と接続される芯線接続部４５と、を有する。
電線保持部４１は、芯線接続部４５から連続した底板の左右両側縁から一対のカシメ片４１Ａ，４１Ａが立ち上げられてなり、これらの一対のカシメ片４１Ａ，４１Ａを芯線２１側に湾曲させることにより、被覆電線２０が離脱や位置ずれしないように保持されている。

芯線接続部４５は、図３に示すように、幅方向の両端部側４５Ａ,４５Ａが、上方に向けて湾曲（連続して湾曲）してなる半円筒形状（樋状。本発明の「幅方向の端部が中間部に比して上方に位置」に相当）であって、その内面である半円筒面が芯線２１が溶着される被溶着部５０となっている。後述する溶接ホーン７０の押圧面７１の曲率半径Ｒ１は、この半円筒面の被溶着部５０の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている。

そして、後述する溶着工程の際には、超音波溶着機１００のアンビル６０上に載置された端子金具３０に収容された（宛がわれた）露出状態の芯線２１を超音波溶着機１００の溶接ホーン７０で上から押さえ付けて高周波振動を加えることにより、芯線接続部４５と、芯線２１とが電気的に接続（超音波溶接）されるようになっている。

アンビル６０は、その上面に端子金具３０の下部（底面）形状に応じた凹部６１が設けられており、この凹部６１に端子金具３０の下部が嵌め込まれて位置決めされる。

溶接ホーン７０は、アンビル６０の上方に配されており、略直方体状であって、この溶接ホーン７０の下面が端子金具３０の半円筒面に応じた半円柱状（半円形状）をなす押圧面７１とされている。この押圧面７１に芯線２１が押圧された状態で高周波振動が付与される。

溶接ホーン７０の軸位置Ａ１には、図示しない移動機構及び回転機構が備えられており、移動機構により作業者が溶接ホーン７０を図３の上下左右へ移動できるとともに、回転機構により作業者が軸位置Ａ１を中心に溶接ホーン７０を回転（図５参照）させることができる。

次に、端子金具付き電線１０の製造方法について説明する。
溶着前の準備を行う前工程、被覆電線２０と端子金具３０とを超音波接続する溶着工程、の順に行われる。
（前工程）
超音波溶着機１００のアンビル６０の凹部６１に、端子金具３０の下部にセットする（図３参照）。そして、図２に示すように、被覆電線２０の端部にて絶縁層を剥ぎ取って芯線２１を露出させ、端子金具３０の芯線接続部４５（電線接続部４０）の半円筒形状の被溶着部５０に芯線２１をセットする。

（溶着工程）
溶着工程は、作業者が超音波溶着機１００を操作することにより行われる。
作業者は、初期位置（図３の位置）にある溶接ホーン７０を下降させる。そして、溶接ホーン７０が芯線２１に接するとその押圧面７１により芯線２１を押圧しながら、芯線２１に高周波振動が加えられる。これにより、芯線２１の芯線接続部４５に接触した部分が軟化していく。

そして、図４に示すように、このまま芯線２１を軟化させながら溶接ホーン７０が所定の位置（軸位置Ａ１が図４の位置）まで移動すると、半円筒面の被溶着部５０のうちの中間部付近の芯線２１が十分に溶着する。このとき、芯線２１のうち幅方向の端部４５Ａ,４５Ａ側（図４の芯線部分２５Ａ付近の位置）については、高周波振動が十分に与えられていない。

次に、作業者は、溶接ホーン７０の軸位置Ａ１を変えないままこの軸を中心に反時計回りに約４５度回転させる（溶接ホーン７０と端子金具３０の相対的な位置を変える）。これにより、溶接ホーン７０の押圧面７１が溶着されずに残っている図４の右側の芯線部分２５Ａを押圧しつつ高周波振動が加えられる。そして、芯線２１の芯線接続部４５に接触した部分が軟化していくとともに、芯線２１のうち溶接ホーン７０の押圧面７１から離れた部分に応じて一様な厚さＷで溶着され始める。

次に、図５に示すように、溶接ホーン７０が軸位置Ａ１を変えないままこの軸を中心に時計回りに約９０度回転させる（溶接ホーン７０と端子金具３０の相対的な位置を変える）。
これにより、溶接ホーン７０が図５の左側の芯線部分２５Ａを押圧しつつ、芯線２１に高周波振動が加えられる。そして、芯線２１のうち芯線接続部４５に接触した部分が軟化していくとともに、芯線２１のうち溶接ホーン７０の押圧面７１から離れた部分に応じて一様な厚さＷで溶着され始める。
そして、溶接ホーン７０が初期位置（図３の位置）に戻る。

これにより、半円筒面の被溶着部５０上には、その全体に亘って一様な厚みＷの芯線溶着部２５が形成されることにより、溶着の偏りがなくなる。このとき溶着厚さＷ＝約２ｍｍとなっており、この大きさのときに比較的強い溶着が得られる。なお、このとき、まだ偏りが残っている場合には、上記した溶接ホーン７０の動作を所定回数繰り返すようにしてもよい。
そして、溶着が終了してから、電線保持部４１の一対のカシメ片４１Ａ，４１Ａをかしめることにより、端子金具付き電線１０が製造される。

このように、本実施形態によれば、端子金具３０の電線接続部４０の幅方向の端部が中間部に比して上方に位置する湾曲形状とされているから、図６に示すように、電線接続部が平坦な形状の従来のもの（図６の下図）に比較して電線接続部の幅方向寸法を小さくすることができる。また、そのように幅方向寸法が小さくても、湾曲形状であるから、被覆電線２０の芯線２１と端子金具３０の電線接続部４０との接触面積（溶接面積）を広く取ることができて溶接部分の電気抵抗を低くすることができる。もちろん、上記の溶接面積が広いとしても、溶接ホーン７０と端子金具３０との相対的な位置を変えながら複数回にわたって芯線２１を電線接続部４０に超音波溶接するから、芯線２１を電線接続部４０の略全域に略均等に溶接することができる。

また、溶接ホーン７０とアンビル６０との間で電線接続部４０及び芯線２１を挟んだ状態で溶接ホーン７０と端子金具３０との相対的な位置を変えるから、芯線２１を電線接続部４０の全域に均一に溶接することができる。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２について図７ないし図１１を参照しつつ説明する。なお、実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態１では、電線接続部４０のうち芯線２１に接する面は、半円筒形状（連続的に湾曲）としたが、実施形態２の電線接続部１４０は、連続して湾曲しておらず、一部が屈曲された角筒形（半角筒形）の湾曲形状となっている。

具体的には、図７に示すように、端子金具１３０について被溶着部１５０のうち、中間部が平坦な水平面１５１（平坦面）とされ、水平面１５１の両側にその水平面１５１と連続し、水平面１５１に対してそれぞれ逆方向に傾斜（幅方向の端部が中間部に比して上方に位置）する二面の傾斜面１５２，１５３（平坦面）を有する形状とされる。

一方、溶接ホーン１７０については、略直方体状であって、その押圧面１７１が実施形態１と異なり平坦面となっている。溶接ホーン１７０の幅方向の大きさは、被溶着部１５０の水平面１５１の幅方向の大きさよりのやや小さくなっている。

（溶着工程）
作業者は、図８に示すように、溶接ホーン１７０を初期位置（図７の位置）から所定の位置（図８の位置）まで下降させ、水平面１５１（中間部）上の芯線２１について超音波溶接を施す。

次に、溶接ホーン１７０を初期位置まで上昇させ、図９に示すように、時計回りに４５度回転させる（傾斜面１５２側に向く）。
次に、溶接ホーン１７０を一方の傾斜面１５２側に向けて移動させ、一方の傾斜面１５２上の芯線２１について、超音波溶接を施す。

次に、溶接ホーン１７０を初期位置まで移動させ、反時計回りに９０度回転させる（他方の傾斜面１５３側に向く）。
次に、図１０に示すように、溶接ホーン１７０を他方の傾斜面１５３側に向けて移動させ、他方の傾斜面１５３上の芯線２１について、超音波溶接を施す。
そして、溶接ホーン１７０を移動させ初期位置に戻す。なお、このときに、まだ溶着に偏りがある場合には、必要な回数だけ、溶着を繰り返すようにしてもよい。

このように、本実施形態によれば、端子金具３０の電線接続部４０が幅方向の端部が中間部に比して上方に位置する湾曲形状とされているから、図１１に示すように、電線接続部が平坦な形状の従来のもの（図１１の下図）に比較して電線接続部の幅方向寸法を小さくすることができる。また、被溶着部１５０全体について、満遍なく超音波溶接を施すことが可能になる。さらに、溶接ホーン１７０について、その押圧面が平坦面のものを用いることが可能になる。

＜実施形態３＞
実施形態１では、超音波溶接をするに際して、溶接ホーン７０を動かしたが、本実施形態３では、溶接ホーン７０については固定する一方、端子金具３０側を回動させることにより被溶着部５０全体に超音波溶着を施す構成となっている。

具体的には、図１２に示すように、実施形態１と同一構成の溶接ホーン７０及び端子金具３０を用いて、端子金具３０を溶接ホーン７０の軸線Ａ２（又は被溶着部５０の円筒面の軸）を中心に回転させるものである。回転させる方法としては、アンビル６０に回転機構を設けて自動又は手動でアンビル６０を回転させることにより端子金具３０を回転させる構成とすればよい。なお、かかる回転は、溶接ホーン７０及び被溶着部５０の軸線が異なる場合には、いずれか一方の軸線を中心にして回転させるようにしてもよい。
実施形態３によれば、溶接ホーン７０を固定した状態で満遍なく超音波溶接を行うことが可能になる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、被溶着部５０，１５０が半円筒形状のものと、半角筒形のものについて説明したが、これらの形状に限られず、被溶着部の両端部が中間部よりも上方に位置していれば、電線接続部の幅方向寸法を小さくすることができ、本発明の目的を達することができる。

（２）上記実施形態では、溶着が終了してから、電線保持部４１の一対のカシメ片４１Ａ，４１Ａをかしめる構成としたが、これに限られず、予め前工程において、電線保持部４１の一対のカシメ片４１Ａ，４１Ａをかしめる構成としてもよい。しかしながら、溶着前にかしめると、溶着時に後ろ側が拘束された状態となり、先端部（露出した芯線）が前方に伸びることになるため、溶着後にかしめる方がより好適である。

（３）上記実施形態では、作業者が溶接ホーン等を動かすことにより、溶着を行ったが、これに限られず、溶接ホーンが予め指示された動作を行うように設定しておき、自動で超音波溶着を行うようにしてもよい。
具体的には、例えば、溶接ホーン７０の軸位置には、図示しない駆動装置が取り付けられ、この駆動装置は移動機構を備えており、この駆動装置の駆動により溶接ホーン７０の上下左右への移動を可能にする。また、駆動装置は回転機構を備えており、駆動装置の駆動により、溶接ホーン７０の軸を中心に回転可能とする。これらの動作は、作業者が入力設定可能な操作部（図示しない）の操作により指示することができるが、予め所定の動作を行うように設定しておいてもよい。

実施形態１の端子金具付き電線の斜視図 超音波溶接前の斜視図 超音波溶接を行う前のＢ−Ｂ断面図 中間部について超音波溶接を施した図 端部側について超音波溶接を施した図 図１のＡ−Ａ断面図 実施形態２の超音波溶接を行う前の断面図 中間部について超音波溶接を施した図 溶接ホーンを傾斜面がわに回転させた図 傾斜面について超音波溶接を施した図 被溶着部の全体に超音波溶接が施された図 実施形態３の端子金具を回転させて超音波溶接を施す図 従来の超音波溶接前の端子金具付き電線の図 超音波溶接後の端子金具付き電線の図

符号の説明

１０…端子金具付き電線
２０…被覆電線
２１…芯線
２５…芯線溶着部
３０，１３０…端子金具
４０，１４０…電線接続部
５０，１５０…被溶着部
６０…アンビル
１００…超音波溶着機
７０，１７０…溶接ホーン
７１，１７１…押圧面
１５１…水平面
１５２,１５３…傾斜面
Ｒ１…押圧面の曲率半径
Ｒ２…被溶着部の曲率半径

Claims (5)

1. 端子金具の電線接続部に被覆電線の芯線を宛がってアンビルと溶接ホーンとの間で挟み、その状態で前記溶接ホーンから高周波振動を与えて前記芯線を前記電線接続部に超音波溶接する端子金具付き電線の製造方法であって、
   前記端子金具の前記電線接続部を、その幅方向の端部が中間部に比して上方に位置する湾曲形状としておき、前記溶接ホーンと前記端子金具との相対的な位置を変えながら複数回にわたって前記芯線を前記電線接続部に超音波溶接することを特徴とする端子金具付き電線の製造方法。
2. 前記溶接ホーンのうち前記芯線に接する面と、前記電線接続部のうち前記芯線に接する面とは、共に連続的に湾曲する半円筒面をなし、かつ、前者の面の曲率半径が後者の面の曲率半径よりも小さく設定されており、前記芯線の溶接時には、前記溶接ホーン又は前記電線接続部の両半円筒面のいずれかの軸線を中心として前記溶接ホーン又は前記電線接続部を回動させることを特徴とする請求項１記載の端子金具付き電線の製造方法。
3. 前記電線接続部は、平坦面の両側にその平坦面に対してそれぞれ逆方向に傾斜する２面の平坦面を連続させた形状の角筒形の湾曲形状をなしている請求項１記載の端子金具付き電線の製造方法。
4. 前記端子金具を前記溶接ホーンに対して移動させることで前記溶接ホーンと前記端子金具との相対的な位置を変えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の端子金具付き電線の製造方法。
5. 端子金具の電線接続部に宛がわれた被覆電線の芯線がアンビルと溶接ホーンとの間で挟まれた状態で前記溶接ホーンから高周波振動が与えられて前記芯線が前記電線接続部に超音波溶接されてなる端子金具付き電線であって、
   前記端子金具の前記電線接続部を、その幅方向の端部が中間部に比して上方に位置する湾曲形状としておき、前記溶接ホーンと前記端子金具との相対的な位置を異ならせて複数回にわたって前記芯線が前記電線接続部に超音波溶接されていることを特徴とする端子金具付き電線。

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