JP2012195081A - 平型ケーブルの接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状導体を絶縁フィルムに効率良く露出させることができると共に、帯状導体と接続用導体との溶接強度不足も回避しやすい平型ケーブルの接続構造を提供する。
【解決手段】平行に配列された複数本の帯状導体２を接着層５を介して一対の絶縁フィルム３で挟んで一体化してなる平型ケーブル１には、絶縁フィルム３にレーザ光を照射することによって穿孔４が形成されており、穿孔４内に露出する帯状導体２（露出部２ａ）がピン端子等の接続用導体１２に溶接接合される。レーザ光の照射時に接着層５の残渣５ａが露出部２ａの表面に付着するため、露出部２ａとこれに溶接接合された接続用導体１２との境界面７には残渣５ａが介在するが、この残渣５ａが境界面７に点在するようにレーザ光の照射条件と溶接接続条件を設定しておく。
【選択図】図４

Description

本発明は、フラットケーブルと称される平型ケーブルの接続構造に係り、詳しくは、平型ケーブルの帯状導体をピン端子等の接続用導体と接続するための接続構造に関する。

平型ケーブル（フラットケーブル）は、平行に配列された複数本の帯状導体を接着層を介して一対の絶縁フィルムで挟んで一体化した帯状体である。平型ケーブルを電気回路と接続する際には、その電気回路と導通される接続用導体に平型ケーブルの帯状導体を重ね合わせ、この状態で溶接（スポット溶接等）にて両導体を電気的かつ機械的に接続させることが一般的である。

例えば、自動車のステアリング装置に組み込まれてエアーバッグシステム等の電気的接続手段として使用される回転コネクタには、可動側ハウジングと固定側ハウジング間に画成される環状空間内に平型ケーブルが巻回状態で収納されている。そして、この平型ケーブルの両端部の帯状導体が各ハウジングに保持されたリードブロック（コネクタ部材）のピン端子（接続用導体）に溶接接合されている。すなわち、回転コネクタにおいては、前記環状空間内に収納された平型ケーブルの内端部がハンドル（ステアリングホイール）と一体的に回転する可動側ハウジングに保持されたリードブロックと接続されていると共に、この平型ケーブルの外端部がステアリングコラム等に設置された固定側ハウジングに保持された別のリードブロックと接続されている。

ところで、絶縁フィルムで被覆されている平型ケーブルの帯状導体をピン端子等の接続用導体と接合するためには、予め帯状導体の一部を露出させておかねばならない。平型ケーブルの帯状導体を露出させる手法としては、一対の絶縁フィルムで帯状導体を被覆したままの状態の平型ケーブルに対して、レーザ光を照射して絶縁フィルムを部分的に除去することにより、帯状導体の一部を所望位置に露出させるという加工技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようにレーザ光の熱で平型ケーブルの絶縁フィルムを部分的に除去して帯状導体を露出させるという手法を採用すると、接続用導体の数やピッチに応じた帯状導体の露出位置の変更に容易に対応させることができるため、結果的に平型ケーブルの製造コストを低減できる。また、絶縁フィルムを部分的に除去した領域は照射位置を高精度に規定できるレーザ光の照射によって形成されるので、平型ケーブルの所望位置に帯状導体を露出させることが容易である。

特開平３−１２７４７６号公報

しかしながら、本発明者らが精査したところ、レーザ光を照射して平型ケーブルの絶縁フィルムを部分的に除去すると、露出した帯状導体の表面に接着層の残渣が付着してしまい、この残渣が、例えば帯状導体と接続用導体（ピン端子等）とを溶接接合する場合に悪影響を及ぼすことが判明した。すなわち、平型ケーブルは、各絶縁フィルムと帯状導体との間にそれぞれ接着層を介在させた積層構造になっているため、レーザ光の熱で絶縁フィルムの樹脂成分を蒸発させても接着層を完全に除去することは容易でなく、除去しきれない接着層の炭化物等が残渣として帯状導体の表面に付着することになる。そして、この残渣の量が多すぎると、露出する帯状導体を接続用導体に重ね合わせてスポット溶接等を行っても所望の溶接強度を得にくくなり、それゆえ、残渣を減らすためにレーザ光の照射時間を不必要に長引かせて生産性を悪化させたり、あるいは、帯状導体と接続用導体との溶接強度不足に起因する導通信頼性の低下を余儀なくされていた。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、帯状導体を絶縁フィルムに効率良く露出させることができると共に、該帯状導体と接続用導体との溶接強度不足も回避しやすい平型ケーブルの接続構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、平行に配列された複数本の帯状導体を接着層を介して一対の絶縁フィルムで挟んで一体化してなる平型ケーブルの前記一対の絶縁フィルムを部分的に除去して前記複数本の帯状導体を露出させ、これら帯状導体の各露出部を複数本の接続用導体に個別に重ね合わせて溶接接合する平型ケーブルの接続構造において、前記各露出部がレーザ光の照射によって生成され、前記各露出部とこれら各露出部に溶接接合された前記複数本の接続用導体との境界面に介在する残渣が点在しているという構成にした。

かかる構成により、帯状導体を絶縁フィルムに効率良く露出させることができると共に、該帯状導体と接続用導体との溶接強度不足も回避できる。絶縁フィルムにレーザ光を照射すると、接着層の残渣が帯状導体の露出部の表面に付着するという現象が発生するが、本発明者らが実験に基づき考察した結果、溶接接合前の残渣の厚みが１．５μｍを越えると、溶接接合後に帯状導体の露出部とこれに溶接接合された接続用導体との境界面に存する残渣が、孔の開いた層を形成し易くなって帯状導体（露出部）と接続用導体との溶接強度が不足し、一方、溶接接合前の残渣の厚みが１μｍ以下になると、溶接接合後に境界面に厚み１μｍ以下の残渣が点在するようになり、所望の溶接強度を確実に得られることが確認できた。それゆえ、溶接接合後に前記境界面に残渣が点在するように、レーザ光の照射条件や溶接条件を適宜選択することによって、帯状導体と接続用導体との溶接強度不足を確実に回避することができる。また、残渣の厚みを過度に低減させる必要がなくなるため、レーザ光の照射時間を不必要に長引かせる等の無駄がなくなって生産性が向上し、これにより平型ケーブルの製造コストを低減できる。

上記の構成において、溶接接合前に露出部の表面に付着している残渣の厚みが約０．５μｍ以下に設定されていると、溶接接合後に帯状導体の露出部と接続用導体との境界面に厚み０．５μｍ以下の残渣を分散性良く点在させることができるので、帯状導体と接続用導体との溶接条件の選択幅を拡大でき、そのことによって溶接接合強度をより大きくすることが容易になる。

また、上記の構成において、各露出部が複数の穿孔内に生成されると、絶縁フィルムの除去量（面積）を小さく抑えることができるため、レーザ光の照射時間を短くすることができ、製造コストのさらなる低減化を図ることができる。

本発明の平型ケーブルの接続構造によれば、レーザ光を照射して絶縁フィルムを部分的に除去することで複数本の帯状導体の露出部を形成し、これら各露出部を複数本の接続用導体に個別に重ね合わせて溶接接合する際に、帯状導体の各露出部と各接続用導体との境界面に存する残渣が、溶接接合後に帯状導体の該露出部と接続用導体との境界面に点在するようにレーザ光の照射条件や溶接条件を設定してあるため、この設定条件に基づいて帯状導体を絶縁フィルムに効率良く露出させることができると共に、帯状導体と接続用導体との溶接強度不足を回避することができ、導通信頼性の高い接続構造を実現できる。また、残渣の厚みを過度に低減させる必要がなくなるため、レーザ光の照射時間を不必要に長引かせる等の無駄がなくなって生産性が向上し、これにより平型ケーブルの製造コストを低減できる。

本発明の実施形態例に係る平型ケーブルをコネクタ部材に接続した状態を示す斜視図である。 図１に示す平型ケーブルとコネクタ部材の分解斜視図である。 図１に示す帯状導体とピン端子の溶接箇所を模式的に示す説明図である。 図３のＡ部を拡大して示す説明図である。 溶接接合前の帯状導体の表面に付着している残渣を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態例に係る平型ケーブル（フラットケーブル）１は、平行に配列された複数本の帯状導体２を、接着層５を介して一対の絶縁フィルム３で挟んで積層し一体化した帯状体である（図３参照）。図１と図２に示すように、この平型ケーブル１は、その両端部（接続端部）に露出せしめた帯状導体２を、各帯状導体２のそれぞれと直交するように支持部材１１に配設された複数本のピン端子１２（接続用導体）に重ねて溶接接合して使用されるというものである。すなわち、平型ケーブル１の一端部（一方の接続端部）はコネクタ部材１０の支持部材１１の凹所１１ａ内に配置されており、絶縁フィルム３の穿孔４内に露出する帯状導体２の露出部２ａを接続用導体であるピン端子１２に重ねて溶接接合することにより、平型ケーブル１はコネクタ部材１０と電気的かつ機械的に接続されるようになっている。したがって、ピン端子１２の数やピッチが異なることに伴って露出部２ａの数や位置を変更させる必要が生じても、平型ケーブル１に露出部２ａを容易に効率良く形成することができる。なお、平型ケーブル１の他端部（他方の接続端部）も同様の接続構造で別のコネクタ部材に接続されるため、その説明については省略する。

図３に示すように、平型ケーブル１は、各絶縁フィルム３と帯状導体２との間にそれぞれ接着層５を介在させた積層構造になっており、絶縁フィルム３の所望位置にレーザ光を照射することによって穿孔４を形成している。つまり、この穿孔４は、片面側の絶縁フィルム３にレーザ光を照射して帯状導体２の片面を露出させた後、他面側の絶縁フィルム３の対応する領域にレーザ光を照射して帯状導体２の他面を露出させることによって形成されている。その際、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等からなる絶縁フィルム３の樹脂成分はレーザ光の熱で蒸発するが、熱可塑性ポリエステル等からなる接着層５は完全に除去しきれず、図５に示すように、接着層５の炭化物等が残渣５ａとして帯状導体２の露出部２ａの表面に膜状に付着してしまう。

本実施形態例では、このようにレーザ光を照射して穿孔４を形成する際に、穿孔４内で帯状導体２（露出部２ａ）の表面に付着する残渣５ａの厚みｔ２（図５参照）が約０．５〜１μｍとなるように、レーザ光の照射条件を設定している。例えば、図３に示す絶縁フィルム３の厚みが５０μｍで接着層５の厚みが３０μｍである場合、ＣＯ_２レーザ（波長９．３μｍ）を絶縁フィルム３に数秒間照射して穿孔４を形成することによって、残渣５ａの厚みｔ２を約０．５〜１μｍに設定することができる。

こうして穿孔４を形成した平型ケーブル１の接続端部をコネクタ部材１０と接続させる際には、図１と図２に示すように、平型ケーブル１の接続端部をコネクタ部材１０の支持部材１１の凹所１１ａ内に配置して位置決めした後、穿孔４内に露出する帯状導体２をスポット溶接によってピン端子１２と溶接接合する。具体的には、穿孔４内に露出する帯状導体２の露出部２ａをピン端子１２と重ね合わせた後、図３の２点鎖線で示すように、これら露出部２ａとピン端子１２を一対の電極８，９で挟み込んだ状態で通電する。その際の溶接条件は適宜選択可能であるが、例えば、１０００Ａの電流を０．０１秒間通電し、０．０４秒後に再び１０００Ａの電流を０．０１秒間通電することによって、１３Ｎ以上の溶接強度を得ることができる。

なお、本実施形態例において、平型ケーブル１は図示せぬ回転コネクタの可動側ハウジングと固定側ハウジング間に画成される環状空間内に巻回状態で収納されるものであり、コネクタ部材１０は可動側ハウジングや固定側ハウジングに取着されるリードブロックである。この回転コネクタは、自動車のステアリング装置に組み込まれてエアーバッグシステム等の電気的接続手段として使用されるものであり、平型ケーブル１の内端部がハンドル（ステアリングホイール）と一体的に回転する可動側ハウジングに保持されたリードブロックに接続され、平型ケーブル１の外端部がステアリングコラム等に設置された固定側ハウジングに保持された別のリードブロックに接続される。

コネクタ部材１０は、絶縁性の支持部材１１に複数本のピン端子１２を圧入して固着させたものである。ただし、コネクタ部材１０が、インサート成形等によって各ピン端子１２を支持部材１１に一体化させた構造のものであっても良い。支持部材１１の底板部には、複数箇所に位置決め突起１３が突設されていると共に、平型ケーブル１の穿孔４と対応する箇所にそれぞれ露出孔部１４が開設されている。そして、各位置決め突起１３を平型ケーブル１の複数箇所に開設されている透孔６に挿入してかしめることにより、平型ケーブル１の接続端部が支持部材１１の凹所１１ａ内で位置決め固定され、各穿孔４が対応する露出孔部１４の真上に配置されるようになっている。図２に示すように、ピン端子１２は露出孔部１４の真上を横切って延在しており、穿孔４内の帯状導体２（露出部２ａ）とピン端子１２とをスポット溶接する際に前記電極９は露出孔部１４内に配置される。なお、平型ケーブル１の各透孔６は、帯状導体２とオーバーラップしない適宜箇所において絶縁フィルム３に開設されている。また、これらの透孔６に挿入される支持部材１１の位置決め突起１３は、溶接箇所に外力が直接作用しないようにして導通信頼性を高めるという機能も果たす。

スポット溶接を行って穿孔４内の帯状導体２と露出孔部１４上のピン端子１２とを溶接接合すると、図４に示すように、帯状導体２の露出部２ａとピン端子１２との境界面７に残渣５ａが点在することになるが、本実施形態例では、これらの点在する残渣５ａの厚みｔ１が１μｍ以下となるようにレーザ光の照射条件や溶接条件を設定している。すなわち、レーザ光を照射して平型ケーブル１に穿孔４を形成する際に、穿孔４内で帯状導体２の露出部２ａの表面に付着する残渣５ａの厚みｔ２（図５参照）が約１μｍとなるようにレーザ光の照射条件を設定しているため、例えば前述したような条件でスポット溶接を行えば、溶接接合後に露出部２ａとピン端子１２との境界面７に厚みｔ１が、溶接接合前の残渣５ａの厚みとほぼ同じ約１μｍ以下の残渣５ａを点在させることができる。そして、本発明者らが実験に基づき考察した結果、穿孔４内に露出する帯状導体２とこれに溶接接合されたピン端子１２との境界面７に厚みｔ１が１μｍ以下の残渣５ａが点在している場合、所望の溶接強度（１２Ｎ以上）を確実に得られることが確認できた。その理由として、溶接接合後に境界面７に厚みｔ１が１μｍよりも大きな残渣５ａ（例えば厚み１．５μｍ）が介在している場合は、残渣５ａの厚みが大きすぎることで、残渣５ａが孔が点在する層を形成するようになり、溶接接合後の帯状導体２とピン端子１２との接触面積が不所望に少なくなってしまうためと考えられる。一方、溶接接合前（レーザ照射後）の残渣５ａの厚みが１μｍ以下になると、溶接接合後に境界面７に厚み１μｍ以下の残渣５ａが点在するようになり、所望の溶接強度を確実に得られる。それゆえ、溶接接合後に境界面７に残渣５ａの厚みが１μｍ以下となるようにレーザ光の照射条件や溶接条件を適宜選択することによって、露出部２ａ（帯状導体２）とピン端子１２（接続用導体）との溶接強度不足を確実に回避することができる。例えば、溶接接合前に残渣５ａの厚みｔ２を０．５μｍ以下にすると、境界面７に厚み０．５μｍ以下の残渣５ａを分散性良く点在させることができ、露出部２ａとピン端子１２との溶接強度をさらに大きく設定する条件の選択幅を拡大でき、それによって溶接接合強度をさらに大きくことが容易になるので、露出部２ａとピン端子１２との溶接強度不足をより確実に回避することができ、導通信頼性の極めて高い接続構造が実現できる。

以上説明したように、本実施形態例においては、レーザ光を照射して平型ケーブル１の絶縁フィルム３に穿孔４を形成する際に、帯状導体２（露出部２ａ）の表面に付着する残渣５ａが、溶接接合後に露出部２ａとピン端子１２（接続用導体）との境界面７に点在するように設定してあるため、この設定条件に基づいてレーザ光の照射条件や溶接条件を適宜選択することにより、帯状導体２を絶縁フィルム３に効率良く露出させることができると共に、帯状導体２の露出部２ａとピン端子１２との溶接強度不足を確実に回避することができ、導通信頼性の高い接続構造が実現できる。また、残渣５ａの厚みを過度に低減させる必要がなくなるため、レーザ光の照射時間を不必要に長引かせる等の無駄がなくなって生産性が向上し、これにより平型ケーブル１の製造コストを低減できる。

また、本実施形態例においては、溶接接合前に平型ケーブル１の穿孔４内で帯状導体２（露出部２ａ）の表面に付着している残渣５ａの厚みｔ２が約０．５μｍ以下となるように、レーザ光の照射条件を設定すると、溶接接合後に露出部２ａとピン端子１２との境界面７に厚み約０．５μｍ以下の残渣５ａを、容易にかつ分散性良く点在させることができるので、帯状導体２とピン端子１２の溶接強度を大きくための溶接条件の選択幅を拡大できる。例えば、溶接接合前に残渣５ａの厚みｔ１が１μｍの場合に比べて、ｔ２が０．５μｍ以下である場合には、同一条件で溶接接合したときの溶接強度は、溶接する条件を適宜選択することによって約１．１〜１．５倍の強度が得られる。さらに、露出部２ａが複数の穿孔４内に生成されると、絶縁フィルム３の除去量（面積）を小さく抑えることができるため、レーザ光の照射時間を短くすることができ、製造コストのさらなる低減化を図ることができる。

なお、本実施形態例において、レーザ光を照射することによって穿孔４を生成した例を示したが、それらの穿孔４が点在する領域全体に亘ってレーザ光を照射するものであっても良いことは勿論である。また、平型ケーブル１の穿孔４内に露出する帯状導体２をスポット溶接以外の手法でピン端子等の接続用導体に溶接接合する場合にも、本発明を適用することによって上記の実施形態例とほぼ同様の効果を得ることができる。

１ 平型ケーブル
２ 帯状導体
２ａ 露出部
３ 絶縁フィルム
４ 穿孔
５ 接着層
５ａ 残渣
７ 境界面
８，９ 電極
１０ コネクタ部材
１１ 支持部材
１２ ピン端子（接続用導体）
１４ 露出孔部

Claims (3)

1. 平行に配列された複数本の帯状導体を接着層を介して一対の絶縁フィルムで挟んで一体化してなる平型ケーブルの前記一対の絶縁フィルムを部分的に除去して前記複数本の帯状導体を露出させ、これら帯状導体の各露出部を複数本の接続用導体に個別に重ね合わせて溶接接合する平型ケーブルの接続構造において、
   前記各露出部がレーザ光の照射によって生成され、前記各露出部とこれら各露出部に溶接接合された前記複数本の接続用導体との境界面に介在する残渣が点在していることを特徴とする平型ケーブルの接続構造。
2. 請求項１の記載において、溶接接合前に前記露出部の表面に付着している前記残渣の厚みが約０．５μｍ以下に設定されていることを特徴とする平型ケーブルの接続構造。
3. 請求項１または２の記載において、前記各露出部が複数の穿孔内に生成されることを特徴とする平型ケーブルの接続構造。

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