JP4425162B2 - 接続グリッド、組立体、接続グリッドの製造方法、及びその製造方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用のスイッチボックスに使用されるヒューズ、及び接続グリッドにおけるヒューズの使用に関する。

公知のように、接続グリッドは特定の部品ケースのピンを構成する、打ち抜かれた金属製グリッドであり、その延長部は、部品の接続部が溶接される端部で絶縁ケース内に成形される。

接続グリッドでの使用に好適であるヒューズは、一体のヒューズ又は複数のヒューズを有する接続グリッドを形成するようにヒューズを接続グリッドに接続する方法のように公知である。

特許文献１は、例えば一連の突起を具備する接続グリッドを開示する。各突起は、ヒューズに接続されるよう意図された２本のストリップを端部に有する。

可溶材料製の撚り線は、接続グリッド上のストリップに対して横に配置される。各撚り線は、十分なエネルギーが撚り線に供給されると、合金を形成することができる２元素からなる。

次に各撚り線がストリップに溶接される。この目的のために、各突起の領域では、エネルギー源の端部が、結合される可溶材料製撚り線と特定の複数点で接触するようになる。エネルギー源が供給するエネルギーにより、撚り線の元素が結合し、２本のストリップを接続するヒューズを形成することができる。
米国特許第５０１１０６７号明細書

接続グリッドと一体の公知のヒューズはかなり精密で複雑な組立を要するので、製造時間を要し、この結果、製造コストが高くなるという問題がある。

また、これらヒューズは、ヒューズを流れる電流のみならず、接続グリッドに作用すると共にヒューズに伝わる応力をも受ける。

従って、これらヒューズはそれらを流れる電流のみならず、応力により破損する傾向があるので、性能の問題を引き起こす。

さらに、これらヒューズとヒューズが実装される接続グリッドの端部との間の接触面が不定である。これは、個々の性能を再現することが困難であり、設計の自由度を制限することを意味する。

本発明は一般的には、ヒューズをより容易且つより迅速に接続グリッドに固定することができ、しかも他の利点を生む結果となる接続グリッドに関する。

より正確には、本発明は、ヒューズの縦端により接続グリッドにヒューズを固定する少なくとも１対のアームを有する接続グリッドに関し、各アームはヒューズの縦端の一方を受容する台を形成するのに適する凹部を有することを特徴とする。

この結果、ヒューズが接続グリッドの的確な部分に位置した状態で、より簡単に取り付けられ、また、実質的な接触領域で溶接による最適な接続を可能にする。

好適な構造によれば、任意であるが互いに組み合わされ、
前記凹部はＵ形状をなし、
前記凹部は弾性部に連結され、
弾性部は、逆Ｕ形状の全体形状を有して、Ｕ形状の凹部と共にＳ形状を形成し、
アームは、平坦なアーム部により接続グリッドに連結され、接続グリッドに形成された開口内に延びる片持ち梁のグリッド突起を形成する。

さらに、本発明に従った構造は、有利なことにはそれ自体の発展に資する。この発展形によれば、接続グリッドは支持部上に実装される。支持部は、成形プラスチック材料で形成され、２本の対称的なアーム間に形成された空間に前記ヒューズの一部を受容するのに適するハウジングを有し、２本のアームの凹部により形成される台に対し補充的な台を形成する。

好適には、この支持部は接続グリッド上に成形される。

好適な構造によれば、
前記ハウジングは材料を受容する凹部を具備し、
前記ハウジングは、中空半筒の全体形状の構成に従って、湾曲した基部と基部上で直立する２本の横リブとにより形成され、上面はハウジング側の面取りにより下がり、
前記ハウジングは、その各軸方向端の領域に、隣接するアームの凹部とは反対側に位置する開口を有し、
ハウジングは、その各軸方向開口の領域が広げられる。

また、本発明は、上で定義されたような接続グリッドと、１対のアームに固定された少なくとも１個のヒューズとを具備する組立体に関する。

好適な一構造によれば、ヒューズはアームに溶接、特にレーザ溶接されるか、又は接着される。

好適には、前記ヒューズは、例えば回路短絡により生ずる過熱からグリッドの他の部品を保護するために特に便利である低融点の合金からなる。

ホットメルト型接着剤が前記ヒューズ上に付着していると有利である。

また本発明は、一体のヒューズを有する接続グリッドの製造方法に関する。この製造方法は、ヒューズの縦端により接続グリッドにヒューズを固定するために、接続グリッドの１対のアームの各々に、ヒューズの縦端の一方を受容する台として適する凹部を形成する工程を具備する。

この方法に関連する好適な構造によれば、
アームの凹部が製造された後、接続グリッドに支持部を成形する工程を具備し、
アーム対の凹部にヒューズを固定する工程を具備し、
固定工程は、ヒューズワイヤを供給するノズルを使用してヒューズワイヤを付着させることによりアーム対の２個の凹部内にヒューズを取り付けると共に、レーザヘッドを使用してヒューズワイヤを凹部に溶接する工程を含み、
ヒューズをホットメルト型接着剤で覆う工程を具備する。

最後に、本発明は、ロボット化したシャフトのシステムに対して好適には機械的に連結された、接続グリッドを支持する手段と、レーザヘッドと、ヒューズワイヤを供給するノズルとを具備する、本方法を実施するための装置に関する。

ヒューズワイヤの長さを制御する特にステッピングモータ及びドライブローラ型の手段が設けられると有利である。

本発明の特徴及び利点は、好適な一実施形態の非限定的な例示により与えられる以下の説明を参照すると明らかになる。図１は、本発明の典型的な一実施形態に従った接続グリッドの斜視図である。図２は、接続グリッド上に成形された支持部を有する、図１に示された接続グリッドの一端を示す拡大斜視図である。図３は、ヒューズを付加した後の図２の組立体を示す斜視図である。図４は、ホットメルト型接着剤で覆われた図３の組立体を示す斜視図である。図５ないし図１２は、図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。

図１に示されるように、本発明の典型的な一実施形態に従った金属製接続グリッド１は３対のアーム２を具備する。各アーム２は、可溶材料３（図３参照）製ワイヤの形態のヒューズを受容するよう意図されており、接続グリッド１の一辺に沿って縦に並んで配列されている。

本明細書で説明されている実施形態において、アーム２は、材料のストリップの形態であり、接続グリッド１の残余部分と一体であり、金属板の打抜きにより接続グリッドの残余部分と一体品を形成する。

各対のアーム２は互いに平行に延びており、接続グリッド１の残余部分から接続グリッド１に形成された開口４内に突出する。これらは、中間を通って横方向にヒューズを切断し図３の突出した軸線で示される対称平面Ｍ１を形成する。

図２から明らかなように、各アーム２は、自由端２１、弾性部２２及び取付部２３（図１参照）を具備する。

自由端２１はＵ形状の凹状であり、その中空部はヒューズ３の受容及びヒューズ３を適正位置に容易に保持するのに適している。

この自由端２１は、特にヒューズ３の形状に好ましくない効果を有することなく、ヒューズ３を用いて効果的に溶接するための最大接触面を提供するのに適した曲率を示す。

自由端２１は弾性部２２により延長される。この弾性部２２は全体が逆Ｕ形状をなし、Ｕ形状の端部と共にＳ形状を形成し、その寸法は、軸方向の応力を弾性的に吸収することができる寸法である。弾性部２２は、自由端２１よりも実質的に狭い。このため、後に詳細に説明する例えばヒューズ３の支持部５上の熱効果から生ずる応力をヒューズ３が受ける際、アーム２は両方向矢印Ｆにより示されるような軸方向の応力に耐えることができる。

弾性部２２は取付部２３により延長される。取付部２３の寸法は所望の長さをヒューズ３に与えるような寸法である。取付部２３は接続グリッド１の残余部分と同一平面内に延びる一方、自由端２１及び弾性部２２はその平面から垂直方向に部分的に突出する。

特に図３から明らかなように、プラスチック材料製の支持部５が接続グリッド１上に成形される。

この支持部５は、各アーム２の対の領域に２個の端部５１，５２を具備する。これら端部５１，５２は、対応する自由端２１及び弾性部２２のいずれかの側のアーム２を横方向に超えて延び、それぞれ開口４及びアーム２の一部を覆う。これら端部は、対応する２本のアーム２間にヒューズ３（図３参照）用の支持部として作用する中央部５３を有する一体物に形成される。

中央部５３は、ヒューズ３を所定位置に保持する２個のリブ５４により形成される中空半筒の全体形状をなす。リブ５４は、端部５１，５２及び湾曲した基部５６から垂直方向に突出する。これらリブ５４は、アーム２の自由端２１より若干厚く、面取り５５により半筒の内側に下がる上面を有する。

このため、リブ５４の一方の上部に配置されたヒューズ３は、中央部５３の内側の基部５６上に落ちる傾向がある。

基部５６はその中央に、半筒の軸に沿って整列した矩形形状の井戸すなわち凹部５７を有する。この凹部５７により、ヒューズ３の短絡後の溶融した可溶材料の一部や短絡中に電気アークの形成を防止する材料等の少量の材料を収容することができる。

中央部５３の軸方向端部に配置された半筒５８の２個の横方向開口は、アーム２の一方のＵ形状自由端２１の中空とは反対側にそれぞれ設けられる。

さらに、これら横方向開口は、中央部５３の内側で外方へ拡大する。この目的のために、中央部５３の外側に向かって幅が広がる拡大部５９が、リブ５４内に切り込まれる。このため、ヒューズ３が膨張すると、いかなる応力を受けず、横方向開口５８及び拡大部５９により自由空間内に広がることができる。

実際には、各自由端２１を形成する中空の反対側に中央部５３が配置されるのを確保するように、支持部５が接続グリッド１上に成形される。この結果、中央部５３は、アーム２の自由端２１により形成される台に対して補充的なヒューズ３用の台を形成する。

図３から明らかなように、支持部５のプラスチック材料は、ヒューズの直近で接続グリッド１のスロット６０を貫通し、ヒューズ３の膨張係数に対する接続グリッド１及び支持部５のサンドイッチ構造の膨張係数の最適調整を促進し、異なる熱応力の効果を低減する。

また、このサンドイッチ構造は、ヒューズ３の接続グリッド１に固定された他の部品の機械的効果を制限するように構成される。

従って、ヒューズ３は実際には、他の部品を保持する接続グリッド１の部分から部分的に切り離される。

実際には、金属及びプラスチック材料のサンドイッチ構造を創ることは、このサンドイッチ構造の各層の寸法を規定することにより、サンドイッチ構造の実際の膨張係数をヒューズ３の膨張係数に調整する。

また、支持部５は接続グリッド１のバスバー６１に嵌まり、バスバー６１は実際にはアーム２を保持し、バスバー６１に特に開口４及びスロット６０が形成されることに留意されたい（図３及び図４参照）。

図４から明らかなように、ヒューズ３は、一旦所定位置に位置すると、ホットメルト型接着剤６で覆われる。実際には、ヒューズが溶融（短絡）すると、溶融したヒューズの部分が凹部５７内に留まり、溶融したヒューズの一部と同じ時間で溶融する接着剤６はその位置をとる。

従って、この接着剤６は、ヒューズ３をリブ５４間の所定位置に保持するばかりでなく、ヒューズが溶融する際にヒューズを取り囲む要素に電気アークは届かないことを保証する。

さらに、この接着剤６は、いかなる振動エネルギーをも有利に吸収し、ヒューズ３を取り囲む間隙を埋めることにより、いかなるイオン性材料に対してもヒューズ３を保護する。

ヒューズ３は、以下の方法で接続グリッド１内に一体化される。

第１工程は、上述したフォーミング加工により製造されるアーム２を具備する接続グリッド１を得ることからなる。本件の場合、接続グリッド１は、製造中にこれらアームが設けられる。一変形例において、アームは独立して製造され、次に接続グリッドに溶接される。

第２工程は、接続グリッド１上に支持部５を成形することからなる。この工程は、支持部用に適合する材料を選択することと、上述したように中央部がアーム２の中空とは反対側に配置されるように、アームに対して配置することとを含む。

第３工程は、図５ないし図１２を参照して説明される全自動方法を使用してヒューズ３を配置し溶接することからなる。

この方法は、可溶ワイヤを供給するノズル及び溶接用レーザヘッドを利用し、これらは自動化シャフトのシステムに機械的に連結される。さらに、所望の可溶ワイヤ長さは、ステッピングモータ及びドライブローラタイプを用いて制御され、図２の成形された回路１，５は、レーザヘッド及び可溶ワイヤ対を供給するノズルに対する位置を確保する支持部（図示せず）上に配置される。

典型的な一実施形態において、可溶ワイヤに使用される合金は鉛フリー合金であり、本実施形態の場合、SnCu又はSnAgCuである。これら合金は、特に良好な高温流動特性を示す。

より一般的には、低温ヒューズを得ることができる、低融点を有するいかなる合金も使用でき、すなわちそのヒューズの融点は十分に低いので、遅い短絡の場合に部品が損傷する結果となる程度まで全部品から構成される組立体の温度が上がる前に回路を遮断することができる。

この点について、遅い短絡は、各回路短絡には不十分な短絡エネルギーで断続的に短絡することを特徴とすることに留意されたい。この結果、ヒューズは短絡されない。

対応する短絡エネルギーは部品の組立体に向かって消散し、可溶性材料の融点に到達するまで、全システムの温度は上昇する。次にヒューズが短絡し、回路が遮断される。

従って、ヒューズの融点を注意深く選択することは重要である。実際には、この融点はこの場合、250℃以下、好適には232℃以下になるように選択される。上述の合金はこの温度に適する。

実際には、融点が低いほど、ヒューズはより「低温」であり、遅い短絡の場合であっても他の部品を効果的により保護するが、機械的特性の効果はより低い。このことが、金属１及びプラスチック材料５のサンドイッチ構造の膨張が制御されなければならず、ヒューズ３を製品の残余から分離する理由である。

ヘッド及びノズルが回路上に配置される前に、溶接領域（回路１のＵ形状凹部）がフラックスにさらされ、次に可溶ワイヤを供給するノズルが予加熱される。

図５から明らかなように、レーザヘッド１００及び可溶ワイヤを供給する予加熱ノズル２００は、図２の回路上に配置され、ヒューズ３を受容するよう意図されたＵ形状凹部２１の断面、及びこれら２個の凹部２１が延びる開口４を画定するバスバー６１に隣接する２部分の断面により図５に概略的に図示される。

図５から明らかなように、次に、ヒューズ３を形成するよう意図されている可溶ワイヤ３００は、供給ノズル２００を使用して接続グリッドすなわち回路１上に前進し、次に、ヘッド１００及びノズル２００の対は上述のワイヤ３００をＵ形状凹部２１（図６参照）内に配置するために下げられる。

その際、ワイヤ３００は凹部２１の各側を超えて突出する。
左側では、溶融の際、毛管現象で溶接領域を埋める可溶材料を確保するために、ワイヤ３００が突出する。この側のバスバー６１内の突起６２が最初に可溶ワイヤ３００を受容する凹部２１に隣接し、これによりワイヤ及び回路間の熱的接触が防止される。熱的接触が生ずると、溶接エネルギーは回路への伝導により発散し、溶接品質が不安定になる。
右側では、使用される方法に基づいてワイヤ３００が突出する。

次に、最初に或る可溶ワイヤ３００を受容するＵ形状凹部２１でレーザヘッド１００を使用してレーザ溶接が実行される（図７参照）。レーザの使用により、溶接される材料を溶融し、ロウ付けワイヤが毛管現象により成形品を埋める。

次に、レーザが停止され、レーザヘッド１００及び供給ノズル２００の対が移動し、同時にバスバー６１の内側を超えて可溶ワイヤ３００が巻き戻しされる（図８の矢印Ｇ参照）。

次に、第２点（最初に可溶ワイヤ３００を受容した凹部２１に対して接続グリッド１の内側に配置された第２凹部２１）のレーザ溶接が実行される。

溶接工程の際、合金が一旦溶融に達すると、溶接領域を埋めるために可溶ワイヤ３００の補充供給が制御される（図９の矢印Ｈ参照）。

次に、溶接領域から可溶ワイヤ３００を分離するために供給ノズル２００を引くことにより可溶ワイヤ３００が引き抜かれる（図１０の矢印Ｉ参照）。その際、レーザは照射したままであることに留意されたい。

次に、レーザ照射が停止され、レーザヘッド１００及び供給ノズル２００の対が上昇する（図１１の矢印Ｊ参照）。

最後に、可溶ワイヤが熱いうちにヒューズを製造するために、可溶ワイヤ３００に前に形成された曲げを伸ばすよう可溶ワイヤ３００が供給ノズル２００内に引かれる（図１２の矢印Ｋ参照）。レーザ源の使用は、熱的影響を受ける２つの溶接領域の各々にヒューズの冶金構造の変更を可能な限り小さくすることにより、熱的影響を受ける溶接領域の制御を最適にできることを理解されたい。

実際には、この自動工程及び可溶ワイヤを受容するＳ形状は、横並びの複数の可溶ワイヤを溶接することが考えられ、この結果、所望の異なる短絡範囲を製造する。

最後に、最終工程は、第４工程で形成された組立体を接着剤６で覆うことからなる。上述したように、この接着剤はホットメルト型の接着剤であり、中央部５３の開放領域を貫通し、ヒューズ３を最適に封止する。

本発明は上述した実施形態に限定されない。

特に、別の融点を示す、異なるワイヤを要するヒューズを想定してもよい。同様に、アームは種々の材料製であってもよく、例えば印刷回路であってもよい。

接続グリッド上に成形されていないが、別々に製造され、最適な相互作用のために計測される支持部も考えられる。

本発明の典型的な一実施形態に従った接続グリッドの斜視図である。 接続グリッド上に成形された支持部を有する、図１に示された接続グリッドの一端を示す拡大斜視図である。 ヒューズを付加した後の図２の組立体を示す斜視図である。 ホットメルト型接着剤で覆われた図３の組立体を示す斜視図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。 図３の組立体を得るために、成形された接続グリッド上にヒューズを取り付けて溶接する工程を示す概略図である。

符号の説明

１ 接続グリッド
２ アーム
３ ヒューズ
２１ 凹部
２２ 弾性部
２３ 取付部
５ 支持部
５４ 横リブ
５５ 面取り
５６ 湾曲した基部
５７ 凹部
６ ホットメルト型接着剤

Claims (16)

1. ヒューズの縦端により接続グリッドに前記ヒューズを固定する少なくとも１対のアームを具備する接続グリッドにおいて、
   前記アームの各々は、前記ヒューズの前記縦端の一方を受容する台を形成するのに適する凹部を有し、
   前記接続グリッドは支持部上に実装され、
   該支持部は、成形プラスチック材料で形成され、２本の対称的な前記アーム間に形成された空間に前記ヒューズの一部を受容するのに適するハウジングを有し、前記２本のアームの前記凹部により形成される台に対し補充的な台を形成することを特徴とする接続グリッド。
2. 前記凹部はＵ形状をなすことを特徴とする請求項１記載の接続グリッド。
3. 前記凹部は前記アームの弾性部に連結されていることを特徴とする請求項１又は２記載の接続グリッド。
4. 前記弾性部は逆Ｕ形状の全体形状を有し、Ｕ形状の前記凹部と共にＳ形状を形成することを特徴とする請求項３記載の接続グリッド。
5. 前記支持部は前記接続グリッド上に成形されることを特徴とする請求項１記載の接続グリッド。
6. 前記ハウジングは、中空半筒の全体形状の構成に従って、湾曲した基部と該基部上で直立する２本の横リブとにより形成され、
   該横リブの上面は前記ハウジング側の面取りにより下がることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の接続グリッド。
7. 前記ハウジングは、該ハウジングの各軸方向端の領域に、隣接する前記アームの前記凹部とは反対側に位置する開口を有することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項記載の接続グリッド。
8. 前記ハウジングは、該ハウジングの各軸方向開口の領域が広げられることを特徴とする請求項７記載の接続グリッド。
9. 請求項１ないし８のうちいずれか１項記載の前記接続グリッドと、１対の前記アームに固定された少なくとも１個の前記ヒューズとを具備することを特徴とする組立体。
10. 前記ヒューズは前記アームに溶接又は接着されることを特徴とする請求項９記載の組立体。
11. 前記ヒューズに付着したホットメルト型接着剤を具備することを特徴とする請求項９または１０記載の組立体。
12. 一体ヒューズを有する接続グリッドの製造方法であって、
    ヒューズの縦端により前記接続グリッドに前記ヒューズを固定するために、前記接続グリッドの１対のアームの各々に、前記ヒューズの前記縦端の一方を受容する台の形成に適する凹部を形成する工程と、
    前記アームの対の前記凹部に前記ヒューズを固定する工程をさらに具備し、
    前記固定工程は、ヒューズワイヤを供給するノズルを使用して前記ヒューズワイヤを付着させることにより前記アーム対の２個の前記凹部内に前記ヒューズを取り付けると共に、レーザヘッドを使用して前記ヒューズワイヤを前記凹部の各々に溶接する工程を含むことを特徴とする接続グリッドの製造方法。
13. 前記アームの前記凹部が製造された後、前記接続グリッドに支持部を成形する工程を具備することを特徴とする請求項１２記載の接続グリッドの製造方法。
14. 前記ヒューズをホットメルト型接着剤で覆う工程を具備することを特徴とする請求項１２又は１３記載の接続グリッドの製造方法。
15. ロボット化したシャフトのシステムに対して好適には機械的に連結された、前記接続グリッドを支持する手段と、レーザヘッドと、前記ヒューズワイヤを供給するノズルとを具備する、請求項１２ないし１４のいずれか１項記載の製造方法を実施するための装置。
16. 前記ヒューズワイヤの長さを制御するステッピングモータ及びドライブローラ型の手段を具備する請求項１５記載の装置。

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