JP4413491B2

JP4413491B2 - 電線と接続端子との接続方法

Info

Publication number: JP4413491B2
Application number: JP2002359486A
Authority: JP
Inventors: 信幸朝倉; 圭藤本; 雅則大沼
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: DE10358153A1; US20040142607A1; US7705265B2; DE10358153B4; US20060057903A1; JP2004192948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電線の導体を接続端子の電線加締め部に圧着接続した後に、レーザ溶接によって導体と接続端子とを溶着接続させる電線と接続端子との接続方法及び接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電線と接続端子との接続方法として、接続端子に装備した電線加締め部を電線の導体の上に加締め付ける圧着接続によって、電線と接続端子とを電気的に接続する方法が普及している。
【０００３】
しかし、圧着接続の場合、電線の導体が多心の撚線構造の場合、外周側に位置する芯線は直接接続端子に接触するため導通が得やすいが、中心側に位置する芯線は外周側の芯線を介して接続端子に接触することになる。
そして、図５に示すように圧着端子１のＣ／Ｗ，Ｃ／Ｈの寸法が合わないと、導体圧着部１ａと導体３との間に隙間５ができ易く、電気的接続の信頼性に欠ける。その為、各電線サイズ，端子の種類別に合わせたＣ／Ｗ，Ｃ／Ｈの寸法を有する多種類の圧着端子を用意したり、加締めの管理が必要になり、製造コストが上昇するという問題があった。
【０００４】
そこで、圧着部における接触抵抗のばらつきを防止するため、図６に示すように、接続端子１の導体圧着部１ａに電線２の導体３を圧着接続した後、導体圧着部１ａの上面の中央及び前後に露出する導体３にレーザ発生装置８からのレーザビーム９を照射して、導体圧着部１ａと導体３とを融着させる接続方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところが、上述の接続方法では、図７に示すように、レーザビーム９の照射によって溶融した端子材が導体３の隙間に吸収され、レーザ溶接部１１に大きな窪み１３が生じて溶接強度が低下する等の問題があった。又、レーザ溶接は、高密度エネルギーを有するレーザビームを照射することにより溶接を行う為、端子材や導体の急加熱・急沸騰が起き、爆飛（スプラッシュ現象）が発生することもあった。
そこで、接続端子の電線加締め部に溶融体積補充用の突出部ないし厚肉部を設け、レーザビームの照射による窪みをこれら溶融した突出部や厚肉部で充填するようにしたレーザ溶接端子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、図８に示すように、接続端子１４の圧着部１５に形成した一対の芯線圧着片１６，１６にレーザ光を照射するための照射口１７を形成し、該照射口１７を通って当該圧着部１５内の芯線部３に直接、レーザ照射することにより、芯線部３の各素線同士がレーザ溶接されるようにした接続部の構造が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
これによると、予め溶接されない芯線部に過剰な圧着力を作用させることなく接続端子を圧着した場合でも、その圧着部内で各素線間の溶接を行うことができ、各素線間の接触抵抗を小さく抑えて、接続端子と電線間の電気抵抗を小さく抑えることが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−１０３８７６号公報
【特許文献２】
特開平６−３０２３４１号公報
【特許文献３】
特開２０００−２３１９４４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献２及び３等に記載されたレーザ溶接により電線と接続端子とを接続する場合には、上述した如く接続端子の電線加締め部に溶融体積補充用の突出部ないし厚肉部を設けたり、接続端子の圧着部内にレーザ光を照射するための照射口を形成しなければならず、接続端子の製造時の加工工程の増加、或いは、接続端子をプレス成形する金型の複雑化から、接続端子のコストアップを招くという問題があった。
【０００９】
また、最近では、接続端子と電線の材質（物性）が異なる場合も少なくない。例えば、接続端子の材質はＣｕ合金を用いるものが多いが、これに対して電線の材質にアルミニウム系又はＦｅ−Ｎｉ系等の電気的導通が得られ難い材質を用いるものが増えている。アルミニウムの融点及び融解熱が６６０℃及び９４．５cal/gであるのに対して、銅の融点及び融解熱は１０８３℃及び５０．６cal/gであり、物性が大きく異なるので、上述したようなレーザ溶接を適用して良好な接続性能を確保することは困難である。
【００１０】
従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、接続端子のコストアップを招くことなく、接続端子と電線との電気抵抗及び機械的強度を安定して確保することができる良好な電線と接続端子との接続方法及び接続構造を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、請求項１に記載のように、接続端子の電線加締め部に電線の導体を圧着接続した後、前記電線加締め部の底壁上へのレーザビーム照射によって前記導体と前記電線加締め部の底壁とを溶着接続するレーザ溶接を少なくとも２回以上実施すると共に、後から実施するレーザ溶接は、直前のレーザ溶接箇所が所定の昇温状態にある内に、溶融域の一部が直前のレーザ溶接時の溶融域に重なるように実施する電線と接続端子との接続方法であって、前記接続端子は銅合金製の端子であり、前記電線の導体はアルミ系の導体であることを特徴とする電線と接続端子との接続方法により達成される。
【００１３】
上記構成の電線と接続端子との接続方法及び接続構造によれば、レーザビーム照射による接続端子と電線との溶着接続は、接続端子の電線加締め部の上から行われ、接続端子と電線との間には金属的接合部が形成されるので、電気抵抗及び機械的強度を安定して確保することができる。
【００１４】
また、最初のレーザビーム照射箇所には、レーザビーム照射により急加熱されて急沸騰が起き、該電線加締め部に爆飛が起こり得る。
しかし、２回目以降のレーザビーム照射箇所は、直前のレーザビーム照射箇所と溶融域が重なるように設定されると共に、直前のレーザビーム照射による昇温状態が残っている内に行われるため、２回目以降のレーザビーム照射による加熱が急加熱とはならず、材料が緩やかに溶融するので、急沸騰に起因する爆飛の発生を防止することができる。
【００１５】
更に、最初のレーザビーム照射時に、爆飛によって窪みや空洞が形成された場合にも、２回目のレーザビーム照射時に緩やかに溶融した材料が流入して埋めるため、レーザ溶接部に窪みや空洞が残らない。
そこで、接続端子と電線との材質（物性）が異なり、融解熱の大きな材料に合わせた高密度エネルギーを有するレーザビームを照射しなければならない場合でも、爆飛の発生を防止して安定した溶着状態を得ることができ、接続端子と電線導体との間の良好な接続状態を長期に渡って維持することができる。
即ち、アルミ系の導体と銅合金製の接続端子とを溶接する場合、融解熱の大きなアルミ系の導体に合わせた高密度エネルギーを有するレーザビームを銅合金製の接続端子に照射しなければならないが、その場合でも接続端子の爆飛を抑制することができ、接続端子と導体との安定した溶着状態を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係る電線と接続端子との接続方法及び接続構造を詳細に説明する。
図１及び図２に示したように、本実施形態の電線２５と接続端子２１との接続方法によれば、接続端子２１の電線加締め部２３に電線２５の導体２６を圧着接続した後、前記電線加締め部２３の底壁２３ａへのレーザビーム２８の照射によって前記導体２６と電線加締め部２３とを溶着接続する。
【００１７】
この際、前記レーザ溶接は断続的に３回実施されるが、後から実施する２回以降のレーザ溶接は、直前のレーザ溶接箇所が所定の昇温状態にある内（略２秒以内の短時間）に、溶融域の一部が直前のレーザ溶接時の溶融域に重なるように実施される。
本実施形態においては、レーザ溶接箇所を圧着接続時に変形のない電線加締め部２３の底壁２３ａに設定しており、該底壁２３ａの外側からレーザビーム２８の照射を行う。
【００１８】
各レーザ照射箇所は、図２に示すように、底壁２３ａの幅方向の略中心線上であり、１回目の溶接、２回目の溶接、３回目の溶接は、電線２５の長手方向に沿って順次位置をずらして行う。
図３は、本実施形態における電線２５と接続端子２１との溶着状態を示す要部拡大断面図であり、図３（ａ）は１回目の溶接による溶融域Ｙ１を示し、図３（ｂ）は１回目及び２回目の各溶接による溶融域Ｙ１，Ｙ２を示し、図３（ｃ）は１回目、２回目及び３回目の各溶接による溶融域Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３を示している。
【００１９】
即ち、上述した本実施形態の電線２５と接続端子２１との接続方法によれば、レーザビーム照射による各溶融域Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３の一部が互いに重なるように３回のレーザ溶接を実施するものであるが、最初のレーザビーム照射箇所は、レーザビーム照射による加熱が急加熱となって、急沸騰した電線加締め部２３の材料の爆飛が起こり得る。図３（ａ）に示した溶融域Ｙ１において、符号Ｋを示した部分は、爆飛によって形成された欠陥となる空洞である。
【００２０】
しかし、２回目以降のレーザビーム照射箇所は、直前のレーザビーム照射による昇温状態が残っている内に行われるため、２回目及び３回目のレーザビーム照射による加熱は急加熱とならず、電線加締め部２３の材料が緩やかに溶融するので、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示したように、急沸騰に起因する爆飛の発生を防止することができる。
更に、最初のレーザビーム照射時に、爆飛によって形成された空洞Ｋには、２回目のレーザビーム照射時に緩やかに溶融した材料が流入し、図３（ｂ）に示したように該空洞Ｋを埋めるので、レーザ溶接部には前記空洞Ｋが残らない。
【００２１】
そこで、溶接される接続端子２１と導体２６との材質（物性）が異なる場合（例えば、接続端子２１がＣｕ合金、導体２６がアルミ系やＦｅ−Ｎｉ系金属の場合）でも、爆飛の発生を防止して安定した溶着状態を得ることができる。
即ち、アルミ系の導体２６とＣｕ合金製の接続端子２１とを溶接する場合、融解熱の大きなアルミ系の導体２６に合わせた高密度エネルギーを有するレーザビームをＣｕ合金製の接続端子２１に照射しなければならないが、上述したように本実施形態の接続方法によれば接続端子２１の爆飛を抑制することができ、接続端子２１と導体２６との安定した溶着状態を得ることができる。
【００２２】
従って、本実施形態における電線２５と接続端子２１との接続方法及び接続構造によれば、接続端子２１と導体２６との材質が異なる場合でも、レーザビーム照射による材料の急沸騰に起因する溶融材料の爆飛現象を抑制し、レーザ溶接によって接続端子２１と導体２６との金属的接合部（合金化による一体部分）が形成されるので、溶着部の電気抵抗及び機械的強度を安定して確保することができ、接続端子２１と導体２６との間の良好な接続状態を長期に渡って維持することができる。
【００２３】
また、前記接続端子２１の電線加締め部２３の上から直接レーザビーム照射が行われるため、該接続端子２１には突出部ないし厚肉部や、照射口等のレーザ溶接用の特殊構造を装備する必要がない。
更に、本実施形態では、接続端子２１の圧着接続時に変形が生じ難い電線加締め部２３の底壁２３ａにレーザビーム照射箇所を設定しているため、加締め成形される前記電線加締め部２３の加工精度がレーザ溶接に影響を及ぼすことはなく、圧着処理の歩留まりの低下を招く電線加締め部２３の寸法Ｃ／Ｗ，Ｃ／Ｈの高精度化も必要とならない。
従って、接続端子２１のコストアップを招くことなく、接続端子２１と電線２５との電気抵抗及び機械的強度を安定して確保することができる。
【００２４】
尚、上記実施形態では、接続端子２１の電線加締め部２３へのレーザ溶接箇所を３箇所としたが、レーザ溶接箇所は２箇所以上であれば、任意に設定することができる。端子２１の大きさや導体２６の断面積、要求される機械的な接続強度等に応じて、レーザ溶接箇所の数を適宜加減すると良い。
また、図３（ｂ）や（ｃ）に示した溶融域の重なり度合い（オーバーラップ量）は、導体２６や接続端子２１の材質に起因する溶融温度差等を考慮して、接続端子２１と導体２６との溶着が適正になるように適宜に減すると良い。
【００２５】
更に、アルミ系の前記導体２６に対して融点等の物性を似せる為に、前記接続端子２１の材質にアルミ系材料やステンレス系材料を用いても良い。
このようにすることで、接続端子２１と導体２６の接続性能が更に向上する。
【００２６】
【実施例】
次に、上記実施形態に係る接続方法により電線の導体が接続された接続端子（実施例）と、圧着接続により電線の導体が接続された接続端子（比較例）との耐久試験を行なって性能を比較し、結果を図４のグラフに示した。
尚、各接続端子としてはＣｕ合金を使用し、各導体にはアルミ系導体を用いた。
【００２７】
ここで、耐久試験１は、１２０℃の高温雰囲気中にサンプル試料（各１０個）を１２０時間放置する高温放置試験であり、放置後の各サンプルの抵抗を測定して平均値を図示した。
又、耐久試験２は、−４０℃の雰囲気と１２０℃の雰囲気とが繰り返される雰囲気中にサンプル試料（各１０個）を放置するサーマルショック試験であり、２００サイクル繰り返された後に各サンプルの抵抗を測定して平均値を図示した。
【００２８】
図４のグラフから明らかなように、高温放置試験（耐久試験１）では実施例及び比較例とも変化はないが、サーマルショック試験（耐久試験２）では大きな差が見られる。
これは、異種金属同士の機械的圧着である比較例では、温度変化によってそれぞれの金属が伸縮し、両界面での接点移動が発生するのに対し、実施例のレーザ溶接された異種金属の結合は、合金化して一体化したものであるので、温度差による伸縮はあっても、それは合金化された全体が伸縮するので結合には無関係である。従って、実施例の接続端子では抵抗の変化が無い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の電線と接続端子との接続方法及び接続構造によれば、レーザビーム照射による接続端子と電線との溶着接続は、接続端子の電線加締め部の上から行われ、接続端子と電線との間には金属的接合部が形成されるので、電気抵抗及び機械的強度を安定して確保することができる。
【００３０】
また、最初のレーザビーム照射箇所には、レーザビーム照射により急加熱されて急沸騰が起き、該電線加締め部に爆飛が起こり得るが、２回目以降のレーザビーム照射箇所は、直前のレーザビーム照射箇所と溶融域が重なるように設定されると共に、直前のレーザビーム照射による昇温状態が残っている内に行われるため、２回目以降のレーザビーム照射による加熱が急加熱とはならず、材料が緩やかに溶融するので、急沸騰に起因する爆飛の発生を防止することができる。
【００３１】
更に、最初のレーザビーム照射時に、爆飛によって窪みや空洞が形成された場合にも、２回目のレーザビーム照射時に緩やかに溶融した材料が流入して埋めるため、レーザ溶接部に窪みや空洞が残らない。
そこで、接続端子と電線との材質が異なり、融解熱の大きな材料に合わせた高密度エネルギーを有するレーザビームを照射しなければならない場合でも、爆飛の発生を防止して安定した溶着状態を得ることができ、接続端子と電線導体との間の良好な接続状態を長期に渡って維持することができる。
即ち、アルミ系の導体と銅合金製の接続端子とを溶接する場合、融解熱の大きなアルミ系の導体に合わせた高密度エネルギーを有するレーザビームを銅合金製の接続端子に照射しなければならないが、その場合でも接続端子の爆飛を抑制することができ、接続端子と導体との安定した溶着状態を得ることができる。
従って、接続端子のコストアップを招くことなく、接続端子と電線との電気抵抗及び機械的強度を安定して確保することができる良好な電線と接続端子との接続方法及び接続構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電線と接続端子との接続方法を説明する側面図である。
【図２】図１の要部横断面図である。
【図３】本実施形態における電線と接続端子との溶着状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】耐久試験の結果を示すグラフである。
【図５】従来の圧着端子の問題点を説明する為の横断面図である。
【図６】従来のレーザ溶接による電線と接続端子との接続方法を説明する斜視図である。
【図７】図６に示した接続方法の問題点を説明する為の横断面図である。
【図８】従来の他のレーザ溶接による電線と接続端子との接続方法を説明する斜視図である。
【符号の説明】
２１接続端子
２３電線加締め部
２５電線
２６導体
２８レーザビーム
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３溶融域

Claims

接続端子の電線加締め部に電線の導体を圧着接続した後、前記電線加締め部の底壁上へのレーザビーム照射によって前記導体と前記電線加締め部の底壁とを溶着接続するレーザ溶接を少なくとも２回以上実施すると共に、後から実施するレーザ溶接は、直前のレーザ溶接箇所が所定の昇温状態にある内に、溶融域の一部が直前のレーザ溶接時の溶融域に重なるように実施する電線と接続端子との接続方法であって、前記接続端子は銅合金製の端子であり、前記電線の導体はアルミ系の導体であることを特徴とする電線と接続端子との接続方法。