JP4157828B2 - 接続キャップ及びそれを用いた電線接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、芯線部同士を電気的に接続するとともに、芯線部を一括して絶縁保護する接続キャップ及びそれを用いた電線接続方法に関するものである。

従来、この種の接続キャップの一例として、図６及び図７に開示されているものがある（例えば、特許文献１，２）。

図６に示される接続キャップ４０（特許文献１）は、同心状の大径部４１ａと小径部４１ｂとから成るキャップ本体４１と、小径部４１ｂに内装された導電性スリーブ４３とから構成されている。キャップ本体４１は、熱収縮性の合成樹脂材で成形され、先端側に閉塞された奥壁４１ｃを有し、後端側に電線４５端部を挿入させるための開口４２を有している。導電性スリーブ４３は、銅等の導電性材料を構成材料とし、小径部４１ｂに嵌入されている。

接続キャップ４０に、２本の電線４５端部が後端側の開口４２から奥側に挿入されると、皮剥ぎして露出された芯線部４５ａが小径部４１ｂに位置し、絶縁被覆部４５ｂが大径部４１ａに位置する。そして、小径部４１ｂの外周を図示しない加圧工具で加圧すると、キャップ本体４１とともに導電性スリーブ４３が縮径され、芯線部４５ａが圧着される。さらに、ホットガン等の加熱器でキャップ本体４１の大径部４１ａを加熱すると、電線４５の絶縁被覆部４５ｂが大径部４１ａの内面に密着状態に圧着される。

図７に示される接続キャップ５０（特許文献２）は、キャップ本体５１に電線固定用の舌片５１ｂが一体形成されたものである。キャップ本体５１は、第１の従来例に示されたキャップ本体４１と同様に、絶縁性の合成樹脂材から成形され、先端側に閉塞された奥壁５１ａを有し、後端側に開口５２を有している。

ワイヤハーネス幹線５５からは、分岐線５６が引き出されており、分岐線５６の絶縁被覆部５６ｂを皮剥ぎして露出された芯線部５６ａは、超音波溶接等の方法で溶接されて、スプライス部５６ｃを形成している。このスプライス部５６ｃはキャップ本体５１の開口５２から挿入され、絶縁被覆部５６ｂが電線固定用の舌片５１ｂに重ねられ、外周にテープ５７が巻回されて、接続キャップ５０が取り付けられるようになっている。そして、接続キャップ５０は、ワイヤハーネス幹線５５に沿うように曲げられ、幹線５５とともにテープ５７巻きされて、保持されるようになっている。

しかしながら、上記従来の接続キャップ４０，５０では、解決すべき以下の問題点がある。

第１の従来例では、キャップ本体４１及び導電性スリーブ４３が周方向から均一に加圧されて、圧縮成形されるものでないため、電線４５の芯線部４５ａの潰れ方が不均一となって、接触抵抗が大きくなり、安定した電気的性能が得られないことがある。加圧力を強くし過ぎると、キャップ本体が不均一に変形して、割れが生じることもある。また、キャップ本体４１の大径部４１ａと電線４５との隙間から水が浸入する心配がある。

また、小径部４１ｂの外周を加圧工具で加圧した際に、導電性スリーブ４３がキャップ本体４１の外側に押し出される心配もある。このため、加圧力を加減しながら加圧しなければならず、接続作業性が良いものではなかった。

第２の従来例は、分岐線５６の芯線部５６ａを超音波溶接等の方法で溶接し、スプライス部５６ｃを形成したものであるから、接触面積が増加して、接触抵抗が小さくなり、電気的性能が高まる効果がある。しかし、別途溶接作業が必要になるため、作業工程数が増えてコスト高になるという問題がある。

また、接続キャップ５０を分岐線５６に固定するためのテープ巻き作業と、接続キャップ５０をワイヤハーネス幹線５５に保持するためのテープ巻き作業の２回のテープ巻きが必要になり、手数がかかるという問題がある。
実開平５−５０６６２号公報（第４−５頁、第２図） 特開平９−１３７８８１号公報（第３−４頁、第８図）

本発明は、上記した点に鑑み、キャップ本体に割れ等が生ずることなく、安定した電気的性能及び高い絶縁性能を得ることができ、また、作業工程数の低減等を図ることにより、接続性を向上することができる接続キャップと電線との電線接続方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、 一方に奥壁を有し、他方に開口を有する絶縁性のキャップ本体の内側に、該開口から挿入された複数の電線の芯線部に接続される芯線接続部材が内装された接続キャップであって、前記キャップ本体が、筒状の小径部と、該小径部に続く大径部とからなり、該小径部に前記芯線接続部材が圧力を加えて押し込まれた接続キャップと電線との電線接続方法であって、前記芯線部を前記芯線接続部材に挿通させる工程と、ロータリスエージング装置のダイスの端部に形成されたテーパ状の面取り部に、前記小径部と前記大径部との間の段部を当接させて、前記ロータリスエージング装置のスピンドル内に前記接続キャップの小径部のみを配置する工程と、前記ロータリスエージング装置により前記小径部の外周壁のみを半径方向に均一に圧縮して、前記芯線部と前記芯線接続部材とを圧着させ、前記複数の電線の芯線部同士を相互に接続させる工程と、を備えることを特徴とする。

上記方法によれば、複数の電線端部を絶縁性のキャップ本体の開口から奥側に挿入し、絶縁被覆部が取り除かれた芯線部を芯線接続部材内に挿通させた後、キャップ本体を半径方向に圧縮することで、キャップ本体と導電性スリーブとが同時に縮径し、芯線部と芯線接続部材とが電気的に接続するとともに、キャップ本体が電線に固定される。芯線接続部材は、圧入されているため、キャップ本体が圧縮されてもキャップ本体の開口側に押し出されることが防止される。

また、例えば小径部をロータリスエージング装置のダイス内に根本側まで挿入した状態で、小径部の外周を均一に圧縮加工することができる。また、圧縮加工中に芯線接続部材がキャップ本体の開口側に押し出されることを防止することができる。

また、キャップ本体と芯線接続部材とが同時に圧縮されるため、芯線部同士の圧着と、キャップ本体の固定を一工程で行うことができる。また、キャップ本体が均一に圧縮されることで、芯線接続部材も均一に圧縮され、接触面積が増加し、芯線部同士の電気抵抗にばらつきが生じ難くなる。キャップ本体に局部的な応力集中が発生せず、キャップ本体の割れも防止される。さらに、導電性スリーブが位置する小径部のみが打撃されることで、強い加圧力で小径部を圧縮することができ、接続キャップの加工性が向上する。

以上の如く、請求項１記載の発明によれば、キャップ本体を半径方向に圧縮することで、キャップ本体と芯線接続部材が同時に縮径し、芯線部と芯線接続部材とが電気的に接続するとともに、キャップ本体が電線に固定される。芯線接続部材は、キャップ本体の小径部に圧力を加えて押し込まれているから、圧縮加工中に、芯線接続部材がキャップ本体の開口側に押し出されることが防止される。したがって、安定した電気的性能及び高い絶縁性能を得ることができることに加え、接続キャップの接続性が向上し、接続キャップの取付工程における歩留まりの発生を防止することができる。

また、小径部が筒状に形成されているから、例えば小径部をロータリスエージング装置のダイス内に根本側まで挿入した状態で、小径部の外周を半径方向に均一に圧縮成形することができる。したがって、局部的な応力の集中による割れなどを防止することができ、安定した電気的性能及び高い絶縁性能を維持することができる。

また、キャップ本体と芯線接続部材とが同時に圧縮されるため、芯線部同士の圧着と、キャップ本体の固定を一工程で行うことができ、作業工程数の低減を図ることができる。また、キャップ本体が均一に圧縮されることで、芯線接続部材も均一に圧縮され、接触面積が増加し、芯線部同士の電気抵抗にばらつきが生じなくなる。芯線接続部材が位置する小径部のみが打撃されることで、強い加圧力で小径部を圧縮することができる。したがって、接続キャップの接続性が向上するとともに、安定した電気的性能を得ることができる。

以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて説明する。

図１及び図２は、本発明に係る接続キャップの一実施形態を示すものである。
接続キャップ１０は、電気回路を構成する回路要素から引き出された電線とバッテリ等に接続された電線との集結された芯線部を絶縁保護するとともに、芯線部同士を電気的に接続するための絶縁性の接続部品である。接続される電線は、例えば、モータやソレノイド等の複数のアクチュエータ類から引き出された電線や、ワイヤハーネスの幹線から分岐された分岐線や、電気接続箱内に収容される電子部品に接続された電線等である。接続される電線数は、回路形態に応じて増減し、本実施形態では、７本の電線２７が接続キャップ１０により相互接続されるようになっている。

接続される各電線２７は、電線２７端部において絶縁被覆部２７ｂが皮剥ぎされ、所望の長さに芯線部２７ａが露出される。芯線部２７ａの露出長さは、接続キャップ１０の深さよりやや短い長さに形成される。接続キャップ１０は、その開口１６側において、電線２７の絶縁被覆部２７ｂを保護するための大径部１３を有しているためである。各電線２７の芯線部２７ａは、同一方向に向きを揃えられ、素線２７ｃが散けないように、適宜撚り合わされて、接続キャップ１０の開口１６側から奥側に挿入されるようになっている。

本実施形態の接続キャップ１０は、安定した電気的性能及び高い絶縁性能を得ることができることに加え、作業工程数を少なくし、導電性スリーブ（芯線接続部材）１７の後抜けを防止することにより、接続性を向上することができるものであり、先端側に閉塞された半球状の奥壁１４ａを有し、後端側に電線２７を挿入させるための開口１６を有する絶縁性のキャップ本体１２と、キャップ本体１２の内側に内装され、電線の芯線部２７ａに接続する導電性スリーブ１７とを備えた接続キャップ１０であって、キャップ本体１２が、加工部とされる筒状の小径部１４と、小径部１４に続くラッパ状の大径部１３とから構成され、小径部１４に導電性スリーブ１７が圧力を加えて押し込まれたことを特徴とするものである。

このような構成によれば、キャップ本体１２をスエージングにより半径方向に圧縮すると、キャップ本体１２と導電性スリーブ１７とが同時に縮径され、芯線部２７ａと導電性スリーブ１７とが電気的に接続するとともに、キャップ本体１２が電線２７に固定される。また、キャップ本体１２を圧縮しても、導電性スリーブ１７がキャップ本体１２の開口１６側に押し出されることが防止され、芯線部２７ａ同士の電気的接続と接続キャップ１０の固定を確実に行うことができる。

以下に、本実施形態の接続キャップ１０の主要構成部分について詳細に説明する。

図１に示すように、接続キャップ１０は、キャップ本体１２と導電性スリーブ１７とからなっている。キャップ本体１２は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド系樹脂等の絶縁性の合成樹脂材料を構成材料とし、射出成形法にて成形されたものである。キャップ本体１２の先端側は、閉塞端となっており、奥壁１４ａが半球状に形成されていて、キャップ本体１２内への水等の浸入が防止されている。奥壁１４ａが半球状に形成されているから、後述するロータリスエージング装置２０の相対向する二対のダイス２１，２１，２１，２１間に接続キャップ１０をスムーズに挿入できるようになっている。キャップ本体１２の後端側は、開口端となっており、電線２７の端部が挿入されるようになっている。

キャップ本体１２は、小径部１４と大径部１３とが同心に形成されている。小径部１４には、電線２７の芯線部２７ａが挿入される断面円形状の小穴部１４ｂが形成され、大径部１３には、電線２７の絶縁被覆部２７ｂが挿入される断面円形状の大穴部１３ｂが形成されている。小穴部１４ｂは止まり穴になっていて、小穴部１４ｂに挿入された芯線部２７ａの先端側が露出せず、絶縁保護されるようになっている。小穴部１４ｂの内径寸法は、導電性スリーブ１７が密に嵌るように、はめあい方式により寸法公差が定められている。これにより、導電性スリーブ１７は、圧縮加工中にキャップ本体１２の開口側から押し出されることが防止されている。

図２に示すように、小径部１４は筒状に形成されているため、小径部１４がロータリスエージング装置２０のダイス２１内にその根本側（段部１３ａ）まで挿入された状態で、ダイス２１を小径部１４の半径方向に往復移動させることにより、小径部１４の周壁が圧縮されるようになっている。これにより、小径部１４は、半径方向に均一に圧縮成形され、ばりや割れなどを生ずることが防止されている。

大径部１３は、ラッパ状をなし、前後に開口が形成されている。前側の開口は小径部１４の開口に連通している。後側の開口１６は広口に形成されているため、複数の電線２７端部が引っかかりなくスムーズに挿入されるようになっている。これにより、接続キャップ１０を用いた電線接続作業中において、電線２７が散けることが防止され、キャップ本体１２の接続性が向上するようになっている。また、適用される電線サイズを広げることが可能となっている。

大穴部１３ｂと電線２７との間に形成された隙間１９には、キャップ本体１２のシール性を向上させ、水や塵埃の浸入を防止するために、シリコンやホットメルト接着剤などのシール材を充填することもできる。シール材が充填されることで、電気的性能と絶縁性能が維持されるようになっている。

小径部１４と大径部１３は、段部１３ａを介して連続している。段部１３ａは、導電性スリーブ１７の後端部に対応する位置に形成されている。言い換えると、導電性スリーブ１７は、段部１３ａの位置から前側に押し込まれている。段部１３ａは、ダイス２１の面取部２１ｂに当接し、小径部１４とともに圧縮されるようになっている。

導電性スリーブ１７は、銅等の導電性金属材料からなる筒体であり、電線２７の芯線部２７ａが一方から他方へ挿通されるように、貫通形成されている。導電性スリーブ１７の挿通孔１８の内径は、複数の素線２７ｃが撚り合わされた芯線部２７ａの外径より大きい寸法に形成され、芯線部２７ａが引っかからないように挿通されるようになっている。

本実施形態の導電性スリーブ１７は、上述したようにキャップ本体１２の開口１６から挿入され、奥側に圧力を加えて押し込まれるものである。このため、導電性スリーブ１７は、スエージング中にキャップ本体１２から抜け出さないようになっている。導電性スリーブ１７の抜け出しをより一層確実に防止するために、以下のように構成することもできる。

導電性スリーブ１７をキャップ本体１２に挿入する前に、キャップ本体１２の内面に接着剤を塗布しておき、導電性スリーブ１７をキャップ本体１２に接着固定することも可能である。また、キャップ本体１２を熱収縮性の合成樹脂材料で成形し、導電性スリーブ１７を押し込んだ後に、キャップ本体１２の外周を熱して縮径させることで、導電性スリーブ１７を固定することもできる。

次に、接続キャップを用いた電線接続方法について説明する。

本実施形態の電線接続方法は、芯線部２７ａを導電性スリーブ１７に挿通させた後、接続キャップ１０の小径部１４をロータリスエージング装置２０の相対向する二対のダイス２１，２１，２１，２１間に挿入し、スエージングにより小径部１４の周壁のみを半径方向に打撃して、小径部１４を縮径させながら芯線部２７ａと導電性スリーブ１７とを圧着させ、複数の電線２７の芯線部２７ａ同士を相互に接続させることを特徴とするものである。

導電性スリーブ１７が位置する小径部１４のみが打撃されることで、強い加圧力で小径部１４を圧縮することができ、接続キャップ１０の加工性を向上することができる。また、内面２１ａが一様に湾曲形成された既存のダイス２１を用いることができ、ダイス２１の変更や新設に伴う投資額を抑制することもできる。

図３には、ロータリスエージング装置２０の主要構成部分が示されている。

図示されるように、ロータリスエージング装置２０のスピンドル２４内には、ダイス２１及びバッカ２２が当接した状態で、可動的に保持されている。本実施形態においては、４つのダイス２１，２１，２１，２１が配置されている。スピンドル２４の中心には、ダイス２１内面２１ａに挟まれるような格好で加工素材としての接続キャップ１０が配置される。このように、スピンドル２４の回転中心に、接続キャップ１０を配置することで、接続キャップ１０の外周を全周に渡って均一に打撃することができるようになっている。

ダイス２１の後端側端部には、テーパ状の面取部２１ｂが形成されていて（図２）、接続キャップ１０が相対向する二対のダイス２１，２１，２１，２１間にスムーズに挿入されるようになっている。

ダイス２１の半径方向外側に配置されたバッカ２２は、ダイス２１とは別体であるが、ダイス２１と協動して旋回し、かつ半径方向（中心方向）に移動できるようになっている。旋回は、図示しないモータでスピンドル２４を回転させることによって行われる。半径方向への移動は、バッカ２２とローラ２３との回転接触によって行われる。

バッカ２２の外周面は、カム面２２ａになっている。このカム面２２ａは、一定の曲率半径に形成されているのではなく、幅方向中央部が半径方向外側に突出している。このため、バッカ２２がローラ２３に回転接触した際に、中央部の突出量に等しい分だけバッカ２２がローラ２３によって半径方向に押し込まれ、ダイス２１が半径方向内側に移動するようになっている。

スピンドル２４の外周とアウタリング２５との間には、球状の前記ローラ２３が等間隔で配置され、自転自在に軸支されている。本実施形態では、ローラ２３の数が８個のロータリスエージング装置が用いられているが、ローラ２３の数は任意であり４個であってもよい。なお、ローラ２３の数が多いほど、スピンドル１回転当たりの打撃回数が増加して、接続キャップ１０の加工率が向上するようになっている。

上記のロータリスエージング装置２０は以下のように動作する。スピンドル２４を回転させることにより、ダイス２１及びバッカ２２が旋回するとともに、ローラ２３が自転する。バッカ２２は、ダイス２１の半径方向外側に位置しているため、旋回するバッカ２２とローラ２３とが接触し、バッカ２２のカム面２２ａがローラ２３に乗り上がることで、バッカ２２の内面がダイス２１を半径方向内側に押し込み、接続キャップ１０の外周をダイス２１が打撃するようになっている。

バッカ２２とローラ２３とが非接触状態となると、遠心力でバッカ２２が半径方向外側に僅かに飛び出して、ダイス２１が接続キャップ１０から離れた状態となり、ダイス２１による打撃が一旦停止する。再び、バッカ２２とローラ２３とが接触して上記動作が繰り返し行われる。このようにして、接続キャップ１０の周壁が均一に圧縮成形されることとなる。

このような電線接続方法によれば、キャップ本体１２と導電性スリーブ１７とが同時に圧縮され、芯線部２７ａ同士の相互接続と、キャップ本体１２の固定を一工程で行うことができ、接続キャップ１０の接続性が向上する。また、図４及び図５に示されるように、小径部１４が均一に圧縮されることで、導電性スリーブ１７も均一に圧縮され、接触面積が増加して、芯線部２７ａ同士の電気抵抗にばらつきが生じなくなり、安定した電気的性能を得ることができる。さらに、キャップ本体１２に大きな加圧力が一度に作用せず、キャップ本体１２に割れ等の損傷を生ずることが防止される。熱圧着や超音波溶接と比べると、装置費用も安価であり、低コストで加工を行うこともできる。

なお、本発明は、発明の骨子を逸脱しない範囲で以下のようにして実施することも可能である。
（１）筒体の導電性スリーブ１７を、一対の圧着片を両側に有する断面視Ｕ字状の芯線接続部材に変更して構成する。このようにすれば、芯線接続部材が変形し易くなり、圧着性などが向上する。
（２）導電性スリーブ１７の内面に、錫めっき等の表面処理を施す。このようにすれば、接触抵抗の低減により電気的接続性を高めることができる。
（３）導電性スリーブ１７の外面にシボ面を形成する。このようにすれば、導電性スリーブ１７とキャップ本体１２内面との摩擦係数が大きくなり、スエージング中に、導電性スリーブ１７がキャップ本体１２から抜け出すことをより一層確実に防止することができる。

本発明に係る接続キャップの一実施形態を示す断面図である。 図１に示す接続キャップのスエージング前の状態を示す断面図である。 ロータリスエージング装置の主要部の正面図である。 図１に示す接続キャップのスエージング後の状態を示す断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。 従来の接続キャップの一例を示す断面図である。 従来の接続キャップの他の一例を示し、（ａ）はスプライス部と接続キャップを示す分解斜視図、（ｂ）はスプライス部を接続キャップにより絶縁保護した状態を示す側面図である。

符号の説明

１０ 接続キャップ
１２ キャップ本体
１３ 大径部
１４ 小径部
１４ａ 奥壁
１６ 開口
１７ 導電性スリーブ（芯線接続部材）
２０ ロータリスエージング装置
２１ ダイス
２７ 電線
２７ａ 芯線部

Claims (1)

1. 一方に奥壁を有し、他方に開口を有する絶縁性のキャップ本体の内側に、該開口から挿入された複数の電線の芯線部に接続される芯線接続部材が内装された接続キャップであって、前記キャップ本体が、筒状の小径部と、該小径部に続く大径部とからなり、該小径部に前記芯線接続部材が圧力を加えて押し込まれた接続キャップと電線との電線接続方法であって、
   前記芯線部を前記芯線接続部材に挿通させる工程と、
   ロータリスエージング装置のダイスの端部に形成されたテーパ状の面取り部に、前記小径部と前記大径部との間の段部を当接させて、前記ロータリスエージング装置のスピンドル内に前記接続キャップの小径部のみを配置する工程と、
   前記ロータリスエージング装置により前記小径部の外周壁のみを半径方向に均一に圧縮して、前記芯線部と前記芯線接続部材とを圧着させ、前記複数の電線の芯線部同士を相互に接続させる工程と、
   を備えることを特徴とする接続キャップと電線との電線接続方法。

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