JP4259294B2 - 端子かしめ装置および端子かしめ方法 - Google Patents

Description

本発明は、接続端子に電線を挿入した状態で通電加熱して接続端子を押し潰すことにより、接続端子に電線をかしめる通電かしめを行う装置および方法に関する。より詳細には、電線の絶縁被膜を確実に溶かして接続端子に電線を接続することができる端子かしめ装置および端子かしめ方法に関するものである。

エナメル等の絶縁被膜が施された電線を束ねて、そこに接続端子をかしめる場合には、電極を通電加熱して接続端子を押し潰すことにより接続端子に電線をかしめる通電かしめが行われている。この通電かしめの方法の１つとして、例えば、特開２００２−２２４８４１号公報に開示されたものがある。

この方法は、接続端子の円筒状の接続部に絶縁被膜で被覆した電線を挿入する挿入工程と、接続部に電線を密着させるために、接続部を押し潰す予備圧潰工程と、接続部に電線を接続するために、接続部及び電線を通電加熱しつつ押し潰して絶縁被膜を溶解又は剥離する通電加熱・加圧工程とからなることを特徴とする。

これにより、この方法では、接続部を予備的に押し潰して接続部に電線を密着させ、その後、接続部及び電線を通電加熱しつつ押し潰して絶縁被膜を溶解又は剥離することで、電線の中央部までムラなく発熱させ、十分に絶縁被膜を溶かして接続部に電線を接続し、接続部の品質の安定化を図るようになっている。
特開２００２−２２４８４１号公報（第２頁、第５図）

しかしながら、上記した特開２００２−２２４８４１号公報に開示された方法では、かしめ時における電極部（電極または接続端子）の温度については何等制御されていない。つまり、電極部の温度が安定して上昇していることを確認することができない。そのため、端子かしめ中に所定の通電電流を印加する場合には、環境温度の違いあるいは電極の劣化などによる抵抗値の変化などによって、かしめ時における電極部の最高温度が異なってしまう。このため、電線の絶縁被膜が完全に溶けないおそれがある。すなわち、通電が正常であっても、環境の変化や電極の劣化などによる抵抗値の変化などによって、電極の温度が目標温度まで上昇しないおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、電極部の温度を測定して、電極部を目標温度まで上昇させることにより、電線の絶縁被膜を確実に溶かして接続端子に電線を接続することができる端子かしめ装置および端子かしめ方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る端子かしめ装置は、電線を挿入した端子を一対の電極で挟み、荷重をかけて加圧しながら通電加熱することにより、前記端子に前記電線をかしめる端子かしめ装置において、通電加熱中における前記電極の温度を測定する電極温度センサ、あるいは通電加熱中における前記端子の温度を測定する端子温度センサの少なくとも一方と、前記電極温度センサまたは前記端子温度センサで測定される温度が所定温度に達したか否か判断する温度判断手段と、前記温度判断手段で前記所定温度に達したと判断された場合に、前記電極への通電を終了する通電制御手段と、を有することを特徴とするものである。

この端子かしめ装置では、通電加熱中に電極の温度を測定する電極温度センサ、あるいは通電加熱中における端子の温度を測定する端子温度センサの少なくとも一方が備わっている。これにより、この端子かしめ装置は、電極部（電極あるいは端子）の温度をモニタリングすることができる。そして、この端子かしめ装置では、温度判断手段により、電極温度センサまたは端子温度センサで測定される温度が所定温度に達したか否かが判断される。

ここで、電極温度センサを設けた場合の所定温度としては約７００〜９００℃、端子温度センサを設けた場合の所定温度としては約４００〜６００℃に設定するとよい。この温度範囲まで電極部の温度を上昇させれば、電線の絶縁被膜を確実に溶かすことができるからである。

そして、通電制御手段により、温度判断手段で上記所定温度に達したと判断された場合に、電極への通電が終了させられる。このように、この通電かしめ装置では、電極部の温度が所定温度に達したことを確認して電極への通電を終了する。このため、環境温度の違いあるいは電極の劣化などによる抵抗値の変化などに影響されることなく、かしめ時に電極部の温度が所定温度（最適最高温度）まで確実に上昇するので、電線の絶縁被膜を完全に溶かして端子に電線を接続することができる。

また、従来は電極部の温度が安定して上昇していることを確認することができなかったので、通電電流値を低めに設定して複数回の通電を行っていた。通電電流値を大きくして短時間で通電すると、電極部の温度が過度に上昇してしまい、絶縁被覆が必要な箇所まで絶縁被覆が溶けてしまうおそれがあったからである。

これに対して、本発明に係る端子かしめ装置では、通電制御手段により、温度判断手段で上記所定温度に達したと判断された場合に、電極への通電が終了させられる。つまり、電極部の温度が過度に上昇することがない。このため、通電電流値を大きくして短時間通電を行うことができるので、かしめ加工時間の短縮を図ることができる。

また、本発明に係る端子かしめ装置においては、前記電極の間の距離から前記端子の厚さを測定するストロークセンサと、前記ストロークセンサで測定される前記端子の厚さが所定厚さ以下になったか否かを判断する端子厚さ判断手段と、前記端子厚さ判断手段で前記所定厚さ以下になったと判断された場合に、前記電極による前記端子への加圧を終了する加圧制御手段と、を有することが望ましい。

この端子かしめ装置では、ストロークセンサにより、電極の間の距離から端子の厚さが測定される。そして、端子厚さ判断手段により、ストロークセンサで測定される端子の厚さが所定厚さ以下になったと判断されたときに、加圧制御手段によって、電極による端子への加圧が終了させられる。ここで、上記したように、電極部の最高温度は常に一定であるので、室温へ冷却される際の熱収縮量は同じとなるから、端子かしめ量を一定に管理することができる。これにより、確実にかしめ不良を発生させないことができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る端子かしめ方法は、電線を挿入した端子を一対の電極で挟み、荷重をかけて加圧しながら通電加熱することにより、前記端子に前記電線をかしめる端子かしめ方法において、通電加熱中における前記電極あるいは前記端子の少なくとも一方の温度を測定し、その測定された温度が所定温度に達した場合に、前記電極への通電を終了することを特徴とする。

この端子かしめ方法では、電極部（電極あるいは端子）の温度がモニタリングされ、その温度が所定温度に達したときに、電極への通電が終了する。このため、環境温度の違いあるいは電極の劣化などによる抵抗値の変化などに影響されることなく、かしめ時に電極部の温度が所定温度（最適最高温度）まで上昇するので、電線の絶縁被膜を完全に溶かして端子に電線を接続することができる。

なお、電極の所定温度（最適最高温度）としては約７００〜９００℃、端子の所定温度（最適最高温度）としては約４００〜６００℃に設定すればよい。

また、本発明に係る端子かしめ方法でも、電極部の温度が異常に上昇することがないので、通電電流値を大きくして短時間通電を行うことができるため、かしめ加工時間の短縮を図ることができる。

そして、本発明に係る端子かしめ方法においては、前記電極の間の距離に基づき前記端子の厚さを測定し、その測定された厚さが所定値以下になった場合に、前記電極による前記端子への加圧を終了することが望ましい。

電極部の最高温度は常に一定であるので、室温へ冷却される際の熱収縮量は同じとなるから、こうすることにより、端子かしめ量を一定に管理することができ、かしめ不良を確実に発生させないことができるからである。

本発明に係る端子かしめ装置および端子かしめ方法によれば、電極あるいは端子の少なくとも一方の温度を測定して、その測定結果に基づき通電を制御するため、電極部の温度を安定して上昇させることができるので、電線の絶縁被膜を完全に溶かして接続端子に電線を接続することができる。

以下、本発明の端子かしめ装置および端子かしめ方法を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。そこで、本実施の形態に係る端子かしめ装置の概略構成を図１および図２に示す。図１は端子かしめ装置の概略構成を示す正面図であり、図２は端子かしめ装置の概略構成を示す側面図である。

この端子かしめ装置１には、図１に示すように、端子かしめ装置１を統括的に制御するコントローラ５が接続されている。このコントローラが、本発明の「温度判断手段」および「端子厚さ判断手段」の役割を担っている。そして、このコントローラ５には、各種制御を行うために、配電盤２、レギュレータ３、エアブロー装置４、操作パネル６、電磁センサ５３、および赤外線温度センサ５４が接続されている。配電盤２は、電極３８，３９に対する通電を制御するものであり、本発明の「通電制御手段」に相当する。また、レギュレータ３は、加圧シリンダ２３への供給エア圧力を調整するものであり、これにより加圧シリンダ２３による加圧動作が制御されるようになっている。つまり、このレギュレータ３が、本発明の「加圧制御手段」に相当する。

端子かしめ装置１の本体部２０には、図２に示すように、ガイド支持部２１を介してガイド部２２が支持され、ガイド部２２には加圧シリンダ２３が固定されるとともに、加圧シリンダ２３と向き合うように下台１９が設置されている。また、本体部２０には配電盤２が接続されている。

加圧シリンダ２３には、エアパイプ１１を介してレギュレータ３が接続されている。そして、加圧シリンダ２３のピストン軸２４は、ガイド部２２の下方に突き出て設置されている。

ガイド部２２には、透明に作られてなる前面カバー３０が上下にスライド可能に設けられている。銅製の上部台座２６は、ピストン軸２４の下面に接するように固定され、銅製の下部台座２７は、下台１９の上面に固定されている。本体部２０には、電流の経路であり弾性変形可能な一対の銅バー２５が設けられ、それらが上部台座２６および下部台座２７にボルトで固定されている。

上部台座２６には銅製の上部丸棒１３が丸棒固定部２８によって締着され、下部台座２７には銅製の下部丸棒１２が丸棒固定部２８によって締着されている。そして、上部丸棒１３の下端には上電極台座３６が、下部丸棒１２の上端には下電極台座３５が各々向き合うようにボルトによって固定され、電極部１０が形成されている。なお、上部丸棒１３の上端および下部丸棒１２の下端には冷却水入出孔３３が備えられ、冷却水ホース（不図示）が接続されている。

ここで、電極部１０について図３を参照しながら説明する。図３は、電極部１０の断面拡大図である。上部丸棒１３、下部丸棒１２の端部には、上電極台座３６および下電極台座３５がはめ込まれ、ボルト３７により固定されている。タングステン製の上電極３９、下電極３８が、それぞれ上電極台座３６、下電極台座３５にはめ込まれ、ろう付けによって接着され固定されている。上電極３９および下電極３８は、平面で構成される当接面３９ａ、当接面３８ａをそれぞれ備えている。

上部丸棒１３および下部丸棒１２の内部には、冷却水路４１が形成され、冷却水が循環している。下電極３８の当接面３８ａ上には、通電かしめされる対象である端子４５が載置されている。端子４５には、導電性の円環形状スリーブ４６内にエナメル線束４７が挿入されている。本実施の形態では、厚み１．０ｍｍで直径１０ｍｍのスリーブ内に、直径０．８５ｍｍのエナメル線を４５本挿入している。

また、非接触状態で温度測定が可能な赤外線温度センサ５４が、端子４５近傍に固定され、端子４５の端子温度ＴＰが測定されるようになっている。この赤外線温度センサ５４はコントローラ５に接続され、その測定値はリアルタイムにコントローラ５へ送られるようになっている。これにより、端子４５の温度をモニタリングすることができるのである。

また、電磁スケール５１が上電極３９の上下動と共に移動するように、スケール取付部５２によって上部丸棒１３に取り付けられ、磁極を読み取る電磁センサ５３が電磁スケール５１の近傍に固定されている。この電磁センサ５３はコントローラ５に接続され、その測定値はリアルタイムにコントローラ５へ送られるようになっている。電磁スケール５１はＳ極とＮ極とが交互に備えられており、電磁センサ５３により磁極の反転を検知することにより、上電極３９の位置を測定することができるようになっている。そして、電磁スケール５１、電磁センサ５３により電極間距離測定機構（ストロークセンサ）が構成されている。

次に、上記した端子かしめ装置１の動作について、図４および図５を参照しながら説明する。図４は、かしめ方法の内容を示すフローチャートである。図５は、通電かしめのタイミングチャートである。

まず、電極間距離測定機構の初期化が行われる（Ｓ１）。すなわち、操作パネル６を操作して初期化を行うと、電極間に何も存在しない状態で、図３において、上電極の当接面３９ａと下電極の当接面３８ａとが当接させられ、この時の上電極３９の初期位置が電磁センサ５３により測定されコントローラ５へ送られて記憶される。この初期位置と上電極の当接面３９ａとの距離を電極間距離Ｌと定義する。そして、前面カバー３０を手動で上方にスライドさせカバー開状態とし、端子４５を下電極の当接面３８ａ上に載置した後、前面カバー３０を下方にスライドさせカバー閉状態とする。この前面カバー３０は、作業員の安全を確保するものである。

続いて、通電かしめが行われる（Ｓ２）。すなわち、図５に示すように、時刻Ｔ１において操作パネル６を操作して通電かしめを開始すると、レギュレータ３によりエアがエアパイプ１１を介して加圧シリンダ２３に送り込まれ、ピストン軸２４が下方へ伸び出る。そして、ピストン軸２４の動作に応じて上部台座２６および上部丸棒１３が下方へ移動する。なお、上部台座２６は、本体部２０と弾力性のある銅バー２５で接続されているため、上下移動が可能である。

これにより、図３に示すように、上電極３９の当接面３９ａと下電極３８の当接面３８ａとによって、端子４５が挟まれる。この端子４５を挟んだときの電極間距離Ｌは、端子４５の初期端子厚さＬ１である。そして、ピストン軸２４に予熱時荷重Ｄ１がかけられる。このとき、予熱時荷重Ｄ１の調節はレギュレータ３から加圧シリンダ２３に送られるエア圧力の調整により行われる。なお、本実施の形態では、かしめ時荷重Ｄ１は例えば約１０ｋＮの荷重が用いられる。

そして、予熱時荷重Ｄ１がかけられ加圧状態とされると、次に通電が開始される。図２において、配電盤２から端子かしめ装置１の本体部２０に電源が供給され、上側の銅バー２５、上部台座２６、上部丸棒１３、上電極台座３６、下電極台座３５、下部丸棒１２、下部台座２７、下側の銅バー２５によって形成される経路を電流が流れる。このとき、図３において、タングステン製の上電極３９、下電極３８の電気抵抗は、他の銅製の経路の電気抵抗に比して高いため発熱する。なお、電極３８，３９に対する通電は、通電電流Ｉ（ｋＡ）をＸ秒間流した後にＸ０秒間停止するというサイクルを繰り返すことにより行われる。本実施形態では通電電流Ｉは１０（ｋＡ）、Ｘは１秒間、Ｘ０は１／６秒間に設定している。

これにより、端子４５のエナメル線束４７のエナメル被覆が溶融・気化して除去され導電性が確保された上で、エナメル被覆が除去された部位とスリーブ４６とがかしめられる。このとき、端子４５の温度が赤外線温度センサ５４に測定されており（Ｓ３）、コントローラ５によって、端子４５の温度が所定温度（かしめ端子温度ＴＰ２）に達したか否かが判断される（Ｓ４）。端子４５の温度がかしめ端子温度ＴＰ２に達していない場合には（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ３および５４の処理が繰り返される。そして、端子４５の温度がかしめ端子温度ＴＰ２に達すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ５から配電盤２へ電源供給を停止する信号が発信され、電極３８，３９への通電が終了する（Ｓ５）。本実施の形態では、図５に示すように、端子４５の温度が時刻Ｔ２にかしめ端子温度ＴＰ２に達しているので、時刻Ｔ２にかしめ期間が終了する。

ここで、かしめ端子温度ＴＰ２は、約４００〜６００℃の範囲に設定すればよい。この温度範囲に設定することにより、端子４５の温度を確実にこの温度まで上昇させられるので、エナメル線束４７のエナメル被覆を確実に溶かして除去すことができるからである。本実施の形態では、かしめ端子温度ＴＰ２を「５００℃」に設定している。

このように、本実施の形態では通電かしめ時において、端子４５の温度をモニタリングしているので、端子４５の初期温度ＴＰ１に関わらず、端子４５の温度をエナメル線束４７のエナメル被覆を完全に溶かして除去すことができる温度（かしめ端子温度ＴＰ２）まで安定して上昇させることができる。したがって、環境温度の違いあるいは電極の劣化などによる抵抗値の変化などによって、通電かしめ時における端子４５の最高温度が変化することがない。よって、エナメル線束４７のエナメル被覆を完全に溶かして除去すことができるので、かしめ不良が発生しない。

また、端子４５の温度をモニタリングしているので、端子４５の温度が過度に上昇することがないから、通電電流値を大きくして短時間通電を行うことができる。例えば、通電電流２０（ｋＡ）を数秒間（端子４５の温度がかしめ端子温度ＴＰ２に達するまでの時間）だけ流せばよい。これにより、通電停止時間がなくなり端子４５の温度上昇速度が早まるので、かしめ加工時間の短縮を図ることができる。

そして時刻Ｔ２において、電極３８，３９への通電が終了すると、端子４５の厚さ、つまり電極間距離が測定される（Ｓ６）。このとき、図５に示すように、かしめ期間から冷却期間（時刻Ｔ２からＴ３までの期間）へと移行する。冷却期間においては、ピストン荷重をかしめ時荷重Ｄ１から冷却時荷重Ｄ２へ下げる信号がコントローラ５からレギュレータ３へ発せられるとともに、コントローラ５からエアブロー装置４へエアブロー開始の信号が発信されエアブロー装置４が作動し、エアブロー管５０を介して端子４５および上電極３９、下電極３８に送風される。これにより、端子４５および上下電極３８，３９が冷却される。

このとき、端子４５が、上電極３９と下電極３８とで冷却時荷重Ｄ２で挟まれる状態で冷却されることにより、端子４５が送風により動くことを防止することができる。また端子４５だけでなく、上電極３９および下電極３８もあわせて冷却する効果を得ることができる。

そして、冷却期間の終了の検知は、端子４５の厚さが所定厚ＬＦ以下になったことを電磁センサ５３で検出、コントローラ５が判断したことにより行われる。このため、コントローラ５により、端子４５の厚さが所定厚ＬＦ以下になったか否かが判断されており（Ｓ７）、端子４５の厚さが所定厚ＬＦ以下になるまで、Ｓ６およびＳ７の処理が繰り返し行われる（Ｓ７：ＮＯ）。そして、端子４５の厚さが所定厚ＬＦ以下になると（Ｓ７：ＹＥＳ）、コントローラ５からエアブロー装置４へ送風を停止する信号が発信され、エアブロー管５０からの送風が停止されるとともに、端子４５の加圧が終了する（Ｓ８）。かくして、冷却期間が終了する。図５に示すように、本実施の形態では冷却期間の終了は、時刻Ｔ３の時点となる。なお、本実施の形態では、所定厚ＬＦを「３．６０ｍｍ」に設定している。

端子４５への加圧が終了して、冷却期間から抜重期間（時刻Ｔ３からＴ４までの期間）へ移行すると、上電極３９と端子４５とを離間させる信号がコントローラ５からレギュレータ３へ発せられ、ピストン荷重は冷却時荷重Ｄ２からゼロになる。そして、最後に前面カバー３０を上方にスライドさせカバー開状態とし、通電かしめ後の端子４５を下電極の当接面３８ａ上から取り除くことで全工程が終了する。

このように、本実施の形態では、端子４５の厚さが所定厚ＬＦ以下になったときに、端子４５に対する加圧が終了する。そして、上記したように、端子４５の最高温度は常に一定（かしめ端子温度ＴＰ２）であるので、室温へ冷却される際の熱収縮量は常に一定となるから、端子かしめ量を常に一定に管理することができる。これにより、かしめ不良を確実に発生させないことができる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る端子かしめ装置１によれば、赤外線温度センサ５４により端子４５の温度を測定し、コントローラ５によりその測定温度がかしめ端子温度ＴＰ２（５００℃）に達したときに、電極３８，３９に対する通電が終了する。このため、環境温度の違いあるいは電極の劣化などによる抵抗値の変化などに影響されることなく、かしめ時に端子４５の温度がかしめ端子温度ＴＰ２（最適最高温度）まで確実に上昇する。したがって、エナメル線束４７のエナメル被覆を確実に溶かして除去することができるので、かしめ不良が発生しない。

また、本発明に係る端子かしめ装置１においては、通電終了後に電磁スケール１２および電磁センサ５３により端子４５の厚さを測定し、コントローラ５によりその厚さが所定厚ＬＦ（３．６０ｍｍ）以下になったときに、端子４５に対する加圧が終了する。そして、上記したように、端子４５の最高温度は常に一定であるので、室温へ冷却される際の熱収縮量は常に一定となるから、端子かしめ量を一定に管理することができる。これにより、確実にかしめ不良を発生させないことができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、赤外線温度センサ５４により、端子４５の端子温度ＴＰを測定しているが、測定する部位は端子に限られず上電極３９、下電極３８等を測定するようにしてもよい。この場合の通電終了判断温度（かしめ端子温度ＴＰ２に相当）は、約７００〜９００℃の範囲内で設定すればよい。もちろん、端子４５の温度と、電極３８，３９の両方の温度を測定して、通電終了時を判断するようにしてもよい。

また、上記した実施の形態では、電磁スケール５１、電磁センサ５３により電極間距離測定機構（ストロークセンサ）が構成されるとしたが、レーザ発光部、レーザ受光部およびレーザを通すスリットを有するスケールにより電極間距離測定機構を構成してもよい。

本実施の形態に係る端子かしめ装置の概略構成を示す正面図である。 本実施の形態に係る端子かしめ装置の概略構成を示す側面図である。 図２に示す電極部１０の断面拡大図である。 本実施の形態におけるかしめ方法の内容を示すフローチャートである。 本実施の形態における通電かしめのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 端子かしめ装置
２ 配電盤
３ レギュレータ
５ コントローラ
６ 操作パネル
２３ 加圧シリンダ
３８ 下電極
３９ 上電極
４５ 端子
５１ 磁気スケール
５３ 電磁センサ
５４ 赤外線温度センサ
ＴＰ１ 初期端子温度
ＴＰ２ かしめ端子温度
Ｄ１ かしめ時荷重
Ｄ２ 冷却時荷重
ＬＦ 所定厚

Claims (2)

1. 電線を挿入した端子を一対の電極で挟み、荷重をかけて加圧しながら通電加熱することにより、前記端子に前記電線をかしめる端子かしめ方法において、
   通電加熱中における前記電極あるいは前記端子の少なくとも一方の温度を測定し、
   その測定された温度が所定温度に達した場合に、前記電極への通電を終了する第１工程と、
   前記電極への通電を終了し、冷却手段により冷却するとともに、前記電極の間の距離に基づき前記端子の厚さを測定し、
   その測定された厚さが所定値以下になった場合に、前記電極による前記端子への加圧を終了する第２工程と、二つの工程を備えることを特徴とする端子かしめ方法。
2. 請求項１に記載する端子かしめ方法で用いられる端子かしめ装置において、
   通電加熱中における前記電極の温度を測定する電極温度センサ、あるいは通電加熱中における前記端子の温度を測定する端子温度センサの少なくとも一方と、
   前記電極温度センサまたは前記端子温度センサで測定される温度が所定温度に達したか否か判断する温度判断手段と、
   前記温度判断手段で前記所定温度に達したと判断された場合に、前記電極への通電を終了する通電制御手段と、
   前記電極への通電を終了し、冷却手段により冷却するとともに、前記電極の間の距離から前記端子の厚さを測定するストロークセンサと、
   前記ストロークセンサで測定される前記端子の厚さが所定厚さ以下になったか否かを判断する端子厚さ判断手段と、
   前記端子厚さ判断手段で前記所定厚さ以下になったと判断された場合に、前記電極による前記端子への加圧を終了する加圧制御手段と、
   を有することを特徴とする端子かしめ装置。
   

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