JP5554828B2 - 圧着プレス機 - Google Patents

Description

本出願は、２００９年４月２日に出願されたスイス国内出願第ＣＨ００５３９／０９号および２００９年４月２日に出願された米国仮出願第６１／１６６，２４６号に基づく外国優先権の利益を主張する。両先行出願は、あらゆる面において完全に参照によってここに援用され、同一の内容をすべてここに記載したものと同様とする。

本発明は、圧着接続を形成する圧着プレス機であって、フレーム、ダイ、フレームに対し可動であるプランジャ（またはラム）、およびフレームに取り付けられ、プランジャを動かす駆動部を有する。

圧着は、ビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）の特殊な一種であって、部品を接合する方法である。特に、電線をコネクタ（プラグ形状の場合が多い）へ塑性変形によって接合する。圧着よって得られる永久接合は、電気的、機械的な安定性がよく、溶接や半田付けなどの他の接合方法に変わる適切な方法である。圧着の一般的な応用分野は、電気機器（例えば、通信機器や車両用の電気装置など）である。圧着部の形状は、電線の所定の変形を可能にするため、電線に完全に合わせる必要がある。圧着は通常、圧着ペンチまたは圧着プレス機で行なわれる。

従来の技術によると、圧着処理中にかかる力を測定することによって、圧着プレス機によって形成される圧着接合の安定した品質を監視し保証することができる。例えば、圧力センサをこの目的で使用し、フレームとダイとの間、および／または駆動部とプランジャとの間にかかる力を測定する。フレームの変形を求めることもさらなる可能性の１つである。

上記の測定方法は圧着プレス機に非常に適しているが、圧力の測定には、他の周辺技術分野において原理が知られているものもさらに可能性がある。

例えば、特許文献１は、電子部品をプリント基板に半田付けする装置を開示する。加熱素子を電子部品上に押圧し、半田付けを行なう。これらの装置並びに類似の装置を「サーモード」という。加熱素子にかかる力は、非対称に負荷がかけられるビームに取り付けられた歪みゲージによって測定される。

さらに、特許文献２号は、プレス機用の力センサを開示し、プランジャにかかる力を板ばねの曲げを監視する光センサで測定する。

欧州特許第特許文献３は、板ばねの変形によって負荷を測定する他の解決策を開示する。特に、車両にかかる負荷を測定する。この構成では、歪みゲージを使用して測定を行なう。

最後に、特許文献４は、工具とフレームとの間に配置されたビームの曲げを測定することによって、工具にかかる負荷を監視するセンサを開示する。このセンサは、たわんだビームと無負荷の場合のビームとの距離を測定する。

残念ながら、当分野で周知の圧着プレス機はフレームの変形を求めることによって力の測定がなされるため精度が低いという問題がある。何故なら、測定はプランジャおよびダイから離れて行なわれるからである。このように測定結果は、多くの望ましくない影響を受ける。圧力センサを利用した測定であればこの問題を回避できるが、圧力センサは技術的に複雑でそのため高価となるため他の問題を発生させる。またこのような複雑さにより、圧力センサはより故障しやすい。

さらに他の周辺技術分野での既知の解決策も圧着プレス機に応用できない。例えば、特許文献１は、負荷が非対称にビームにかかるため、広い軸受隙間を含む比較的複雑なガイド部を必要とする。そのように広い軸受隙間を有する測定装置は圧着プレス機にはそぐわない。圧着プレス機では、ダイとプランジャは非常に正確に位置を合わせる必要がある。さらに、サーモードでは、接合が機械的な変形ではなく、半田付けの液状化によってもたらされるため、かかる力の大きさは、圧着プレス機に比べてかなり小さい。よって、特許文献１による解決策は原則的に圧着プレス機には応用できない。

特許文献２による解決策も圧着プレス機に応用できない。何故なら、板ばねの曲げの間接的な光測定は、比較的大きな変形を示唆する。そのため、力とプランジャの移動距離とを同時に測定することは不可能であるが、圧着プレス機には、これらの測定の組み合わせが通常必要となる。高品質の圧着には、所定の圧力または所定の圧力推移を満たすという条件に加えて、プランジャの所定の移動距離も満たす必要がある。プランジャが移動しすぎると、圧着を破損してしまい、移動距離が十分でないと、圧着が緩くなってしまう。つまり、特許文献２の板ばねは、圧着プレス機には不適切である。特許文献２に関する上記の検討は、比較的大きな変形を伴う特許文献３ならびに特許文献４の両測定方法でも同様に適用できる。特許文献３に開示されているような車両用板ばねもより快適な走行のための大きな曲げをもともと伴う。同じことが特許文献４にも適用できる。何故なら、たわんだビームと無負荷の場合のビームとの距離によって負荷を測定するには、実質的な計測距離を生じさせるため、長いビームまたは負荷時に曲がりやすいビームのどちらかが必要となる。圧着プレス機ではそのどちらも適切ではない。

特開平０９−１５３６７６号明細書 独国特許第ＤＥ １０ ２００４ ０３５ ２４６ Ｂ３号明細書 欧州特許出願公開ＥＰ ０ ０４４ １９１ Ａ１号明細書 独国特許出願公開ＤＥ ４３ ３０ ８０８ Ａ１号明細書

つまり、本発明の課題は、上記の問題を生じさせずに、圧着中の力の測定を改善する圧着プレス機を提供することである。

本発明の課題は、上に開示したような圧着プレス機によって達成され、圧着プレス機は、駆動部とプランジャとの間、および／またはフレームとダイとの間に配置されるビームと、ビームの外面または内部に配置され、ビームの曲げを測定するセンサをさらに有する。

言い換えれば、本発明の課題は、圧着プレス中の力の測定に、力の流れ内にあるビームを使用するという深い洞察力によって達成された。

これらの特徴によって、圧着プレスの従来の技術における問題点は解消できる。例えば、フレーム上にセンサを有するプレス機で知られるような外乱やノイズは、解消される。何故なら本発明によると圧着中に生じる力全体はセンサを有するビームに導かれる。圧力センサを有する既知の圧着プレス機とは違い、本発明は比較的単純で安価な曲げセンサ（歪みセンサなど）を使用する。例えば、ブリッジで使用される一般的な歪みゲージや圧電センサが利用できる。このように圧着中に生じる力は、単純な手段によって、さらに実質的に外的な影響を受けることなく測定できる。

本発明の好適な実施形態は、本出願の従属請求項、詳細な説明、および図面に開示される。

次の場合は好適である。ａ）プランジャまたはダイにかかる力は、ビームの一部に付加され、この一部は駆動部からの駆動力またはフレームの支持力が付加されるビームの部分と部分の間に位置する。またはｂ）駆動部からの駆動力またはフレームからの支持力はビームの一部へ付加され、この一部は、プランジャまたはダイへの力が付加されるビームの部分と部分の間に位置する。この場合、ビームは対称的に負荷を受けるので力の流れにとって有利である（例えば、ビームの一方が駆動部に接続され、もう一方が加熱装置に接続されている特許文献１の解決策とは対照的である）。しかしながら負荷分布は「完全に」対称的である必要はない。つまり、中央の負荷が両端の負荷の間のどこかに位置していれば十分である。

好適な実施形態において、ビームは中心部と中心部に繋がった横棒とで形成されるＴ字型である。この実施形態では、Ｔ字ビームの中心部はビームを弱めることなく圧着プレス機に簡単に取り付けられる（例えば接続するため穴を開けたりするとビームを弱めることになる）。このためビームは圧着中に予想される大きな負荷にも適している。

このような状況で次の場合は好適である。上記ａ）の場合、プランジャまたはダイにかかる力は、中心部に付加され、駆動力または支持力は横棒に付加される。または上記ｂ）の場合、駆動力または支持力は中心部に付加され、プランジャまたはダイにかかる力は横棒に付加される。さらに、ビームの中心部がプランジャを保持するように構成すると特に好適である。この場合、中心部はプランジャを受けるような形に構成してもよい。

別の好適な実施形態では、ビームは一片構造である。この場合、接合部分がないのでビームは特に頑強である。このため、圧着中に予想される大きな負荷にもよく適している。

さらに、センサが歪みゲージとして設計され、次の場合は好適である。上記ａ）の場合、歪みゲージはプランジャまたはダイにかかる力を付加する一部とは逆側に配置される。上記ｂ）の場合、歪みゲージは駆動力または支持力を付加する一部とは逆側に配置される。本発明のこの実施形態では、ビームの上部の空間を最適に利用できる。歪みゲージに代わって圧電センサを同様に使用してもよい。

最後に、ビームと、ビームが接続される他の部品との接触面は、接触面が配置されるビームの面全体に対して小さいと好適である。この場合、接触面の摩擦面における望ましくない影響、つまり力の測定を失敗させる可能性のある影響を軽減できる。そのためビームの接触面に突出部やくさびを設けてもよい。

以上開示した実施形態は、適宜どのような組み合わせも可能である。

本発明を本発明の実施形態を描写する概略図を使用して以下に説明する。しかしながらこれらの図および実施形態は、発明の範囲の広さを制限するものではない。

本発明の１つの実施形態に係る圧着プレス機の斜視図である。 図１の圧着プレス機の詳細であって、基本的にビームと駆動部を示す図である。

図１に本発明の１つの実施形態に係る圧着プレス機１の斜視図を概略的に示す。圧着プレス機１は、フレーム２、ダイホルダ３、駆動部４、ビーム５、およびダイとプランジャ(これらは取り外されている状態で図示せず)を有する。さらに、電気モータ６、ベルト車７が示されているが、これらは駆動部４を動かすために使用される。圧着プレス機１は、その機能に必要な他の部品をさらに有するが、これらは発明自体に必要不可欠なものではないので、簡潔にするため省略されている。ただし、表示されているすべての部品が必ずしも発明に必要不可欠という分けではない。

本実施形態ではダイホルダ３は、ねじで直接（つまり、発明のビームを介さず）フレーム３に固定される。駆動部４は電気モータ６によって直線的な上下動（矢印参照）が可能である。電線と圧着端子をダイに入れ、圧着プレス機１を作動すると、駆動部４は下方へ移動し、プランジャは当技術分野で知られるように圧着を行なう。

ここで、プランジャとダイの両方が移動する圧着プレス機１も可能である。その場合は、プランジャとダイの区別が少し曖昧となり、プランジャが２つあると表現してもよい。当業者であれば、本発明の開示がそのような圧着プレス機に容易に応用できることを理解するであろう。

図２に、図１の（フロントカバーを外した）圧着プレス機１の詳細を示すが、駆動部４、駆動部４に接続されたビーム５、ビーム５に取り付けられたセンサ８を含む。ここでもプランジャは取り外された状態で図示しない。さらに、図２は、固定ロッド９ａと可動スライダ９ｂをそれぞれ含む複数の直線ガイド部を示し、さらに取り付けられた他の部品も示すがその中の１つがビーム５である。ビーム５、センサ８、プランジャ以外の直線ガイド部の固定ロッド９ａに対して可動である一式すべてを駆動部４と呼ぶ。つまり、「駆動部」という用語はここでは必ずしも（回転）モータではなく、リニアモータを示す。ただし、この目的で回転運動をリニア運動に変換し応用してもよい。

この例では、ベルト車７は偏心ボルトを含み、この偏心ボルトは接続ロッド１０（図２では、この位置にカバー１１のみが示されている）まで延びる。接続ロッド１０の上部には、上ボルト１２があり、接続ロッド１０を駆動部４に接続する。このため、電気モータ６はベルト車７と接続ロッド１０を介して動力を駆動部４に伝える。しかしながら、駆動部４を動かすには他のモータ、例えば空気圧モータや油圧モータなども適用可能である。

Ｔ字型、一片構造のビーム５は、ねじ１３ａ、１３ｂによって横棒の外側で駆動部４に留められる。中心部はプランジャを受けるように設計される。本実施形態では、プランジャは中心部からずらすことによって他の圧着端子用プランジャに容易に交換できる。

図２は、ビーム５にかかる力も示す。つまり、プランジャへの力Ｆｐと駆動力Ｆｄ（ビーム５の両側にＦｄ／2ずつかかる）である。

このため、プランジャにかかる力Ｆｐは中心部に付加され、駆動力は横棒に付加される。また容易に理解されることであるが、プランジャにかかる力Ｆｐは、ビームの一部に付加されるが、この一部は、駆動部４からの駆動力（Ｆｄ）が付加されるビームの部分と部分の間に位置する。

本実施形態において、センサ８は圧電センサとして設計され、プランジャへの力Ｆｐを付加する部分の反対側、つまりＴ字型ビーム５の中心縦棒の反対側に配置される。センサは、当分野で知られるように、センサ８（圧電性結晶）が変形すると信号（この場合、アクティブ信号も可）を発生させる。ただし、他の実施形態も同様に考えられる。例えば、センサ８はプランジャにかかる力Ｆｐがビーム５に付加される側に取り付けてもよい。また、ビームの側面に「曲げ」専用センサを配置してもよい（ビームの曲げはビーム５の上面と底面に歪みを発生させるのみである）。当分野で知られるように、センサをブリッジとして構成すると特に効果的である。しかしながら、圧電センサの代わりに歪みゲージ（特にブリッジで構成）を使用することも可能である。最後に、センサ８は、必ずしもビーム５の外面に取り付ける必要はなく、例えば穴を設けるなどしてビーム５の内部に設置してもよい。その場合、センサ８を外的な影響から保護することもできる。

ここで、ビーム５は別の形でもよく、特に、単純な直線形のビームでもよい。さらに、図２のＴ字型ビーム５は、上下逆、つまり中心部を駆動部４へ接続し、横棒をプランジャへ接続してもよい。

ここで、ダイに同様な構成を代わりにまたは追加として使用してもよい。その場合、ビームはダイとフレーム２との間に設置する。当業者であれば本開示の教えにより容易にそのような構成に応用し、圧着中に発生する力をダイを介して測定できる。

さらに、「駆動部とプランジャとの間および／またはフレームとダイとの間」は、必ずしもこれらの部品が直接的に接続されていなければならないということではない。反対に、さらに中間の部品が介在してもよい。

最後に、上記の実施形態は発明を説明するためのものであって限定するものではない。さらに当業者であれば添付の請求項に定義した発明の範囲を逸脱することなく代替えの実施形態を設計できるであろう。請求項において、括弧内に示した参照符号は請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「〜を有する」という動詞とその変化形は、請求項内並びに明細書全体に示した構成要素や工程以外を排除するものではない。単数形での構成要素の言及はそれらの構成要素が複数の場合を排除せず、またその逆も同様である。複数の手段を列挙する装置請求項において、これらの手段のうちのいくつかの手段を単数の同じソフト的またはハード的な部品によってまとめてもよい。複数の方策が異なる従属項によって言及されているからといって、これらの方策を組み合わせて有利に使用できないということを示すものではない。

１ 圧着プレス機、２ フレーム、３ ダイホルダ、４ 駆動部、５ ビーム、６ 電気モータ、７ ベルト車、８ センサ、９ａ 直線ガイド部の固定ロッド、９ｂ 直線ガイド部の可動スライダ、１０ 接続ロッド、１１ カバー、１２ 上ベルト、１３ａ，１３ｂ ねじ、１４ ダイ、１５ プランジャ、Ａ プランジャの移動方向、Ｆｄ 駆動力、Ｆｐ プランジャへの力。

Claims (27)

1. 圧着接合を形成する圧着プレス機（１）であって、
   フレーム（２）と、
   ダイ（１４）と、
   前記フレーム（２）に対して可動であるプランジャ（１５）と、
   前記フレーム（２）に取り付けられ、前記プランジャ（１５）を動かす駆動部（４）と、
   ビーム（５）であって、前記駆動部（４）と前記プランジャ（１５）との間、および／または前記フレーム（２）と前記ダイ（１４）との間に配置されるビーム（５）と、
   前記ビーム（５）の外面または内部に配置され、前記ビーム（５）の曲げを測定するセンサ（８）と、
   を有し、
   ａ）前記プランジャ（１５）または前記ダイ（１４）にかかる力（Ｆｐ）は、前記ビーム（５）の一部に付加され、前記一部は、前記駆動部（４）からの駆動力（Ｆｄ）または前記フレーム（２）からの支持力が付加される前記ビーム（５）の部分と部分の間に位置するか、または
   ｂ）前記駆動部（４）からの駆動力（Ｆｄ）または前記フレーム（２）からの支持力は前記ビームの一部へ付加され、前記一部は、前記プランジャ（１５）または前記ダイ（１４）への力（Ｆｐ）が付加される前記ビーム（５）の部分と部分の間に位置することを特徴とする圧着プレス機（１）。
2. 請求項１に記載の圧着プレス機（１）であって、
   前記ビーム（５）は、中心部と、前記中心部とつながる横棒とを有するＴ字型であることを特徴とする圧着プレス機（１）。
3. 請求項１または２に記載の圧着プレス機（１）であって、
   前記ビーム（５）は、接合部分がない一体構造であることを特徴とする圧着プレス機（１）。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の圧着プレス機（１）であって、
   ａ）の場合、前記プランジャ（１５）または前記ダイ（１４）にかかる前記力（Ｆｐ）は前記中心部へ付加され、前記駆動力（Ｆｄ）または前記支持力は前記横棒に付加され、
   ｂ）の場合、前記駆動力（Ｆｄ）または前記支持力は前記中心部に付加され、前記プランジャ（１５）または前記ダイ（１４）へかかる力（Ｆｐ）は、前記横棒へ付加されることを特徴とする圧縮プレス機（１）。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の圧着プレス機（１）であって、
   前記センサ（８）は、歪みゲージとして設計され、
   ａ）の場合、前記センサ（８）は前記プランジャ（１５）または前記ダイ（１４）にかかる前記力（Ｆｐ）を付加する前記一部とは逆側に配置され、
   ｂ）の場合、前記センサ（８）は前記駆動力（Ｆｄ）または前記支持力を付加する前記一部とは逆側に配置されることを特徴とする圧着プレス機（１）。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の圧着プレス機（１）であって、
   前記センサ（８）は、圧電センサとして設計され、
   ａ）の場合、前記センサ（８）は前記プランジャ（１５）または前記ダイ（１４）にかかる前記力（Ｆｐ）を付加する前記一部とは逆側に配置され、
   ｂ）の場合、前記センサ（８）は前記駆動力（Ｆｄ）または前記支持力を付加する前記一部とは逆側に配置されることを特徴とする圧着プレス機（１）。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の圧着プレス機（１）であって、
   前記ビームと、前記ビーム（５）が接続される前記駆動部（４）との接触面は、前記接触面が配置される前記ビーム（５）の面全体に対して小さいことを特徴とする圧着プレス機（１）。
8. 圧着プレス機であって、
   フレームと、
   前記フレームに支持されるダイ（１４）と、
   前記フレームに対して可動であるプランジャ（１５）と、
   前記フレームに取り付けられ、前記プランジャ（１５）を動かす駆動部と、
   ビームであって、前記駆動部と前記プランジャ（１５）との間に配置され、前記ビームは前記プランジャ（１５）にかかる力を受ける第１部分と、第２部分と第３部分とを有し、前記第１部分は前記第２部分と前記第３部分との間に置かれ、前記第２部分と前記第３部分は前記駆動部からかかる力を受ける前記ビームと、
   前記ビームのたわみ時の曲げを測定するように構成されたセンサと、
   を有することを特徴とする圧着プレス機。
9. 請求項８に記載の圧着プレス機であって、
   前記ビームは、中心部と横棒とを有し、前記中心部と前記横棒でＴ字を形成することを特徴とする圧着プレス機。
10. 請求項８に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは歪みゲージであることを特徴とする圧着プレス機。
11. 請求項８に記載の圧着プレス機であって、
    前記歪みゲージは、前記第１部分とは逆側に配置されることを特徴とする圧着プレス機。
12. 請求項８に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは前記第１部分とは逆側に配置される圧電センサであることを特徴とする圧着プレス機。
13. 圧着プレス機であって、
    フレームと、
    前記フレームに支持されるダイ（１４）と、
    前記フレームに対して可動であるプランジャ（１５）と、
    前記フレームに取り付けられ、前記プランジャ（１５）を動かす駆動部と、
    ビームであって、前記フレームと前記ダイ（１４）との間に配置され、前記ビームは前記ダイ（１４）にかかる力を受ける第１部分と、第２部分と第３部分とを有し、前記第１部分は前記第２部分と前記第３部分との間に置かれ、前記第２部分と前記第３部分は前記フレームからかかる力を受ける前記ビームと、
    前記ビームのたわみ時の曲げを測定するように構成されたセンサと、
    を有することを特徴とする圧着プレス機。
14. 請求項１３に記載の圧着プレス機であって、
    前記ビームは、中心部と横棒とを有し、前記中心部と前記横棒でＴ字を形成することを特徴とする圧着プレス機。
15. 請求項１３に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは歪みゲージであることを特徴とする圧着プレス機。
16. 請求項１３に記載の圧着プレス機であって、
    前記歪みゲージは、前記第１部分とは逆側に配置されることを特徴とする圧着プレス機。
17. 請求項１３に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは前記第１部分とは逆側に配置される圧電センサであることを特徴とする圧着プレス機。
18. 圧着プレス機であって、
    フレームと、
    前記フレームに支持されるダイ（１４）と、
    前記フレームに対して可動であるプランジャ（１５）と、
    前記フレームに取り付けられ、前記プランジャ（１５）を動かす駆動部と、
    ビームであって、前記駆動部と前記プランジャ（１５）との間に配置され、前記ビームは前記駆動部の駆動力を受ける第１部分と、第２部分と第３部分とを有し、前記第１部分は前記第２部分と前記第３部分との間に置かれ、前記第２部分と前記第３部分は前記プランジャ（１５）にかかる力を受ける前記ビームと、
    前記ビームのたわみ時の曲げを測定するように構成されたセンサと、
    を有することを特徴とする圧着プレス機。
19. 請求項１８に記載の圧着プレス機であって、
    前記ビームは、中心部と横棒とを有し、前記中心部と前記横棒でＴ字を形成することを特徴とする圧着プレス機。
20. 請求項１８に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは歪みゲージであることを特徴とする圧着プレス機。
21. 請求項１８に記載の圧着プレス機であって、
    前記歪みゲージは、前記第１部分とは逆側に配置されることを特徴とする圧着プレス機。
22. 請求項１８に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは前記第１部分とは逆側に配置される圧電センサであることを特徴とする圧着プレス機。
23. 圧着プレス機であって、
    フレームと、
    前記フレームに支持されるダイ（１４）と、
    前記フレームに対して可動であるプランジャ（１５）と、
    前記フレームに取り付けられ、前記プランジャ（１５）を動かす駆動部と、
    ビームであって、前記フレームと前記ダイ（１４）との間に配置され、前記ビームは前記フレームからの支持力を受ける第１部分と、第２部分と第３部分とを有し、前記第１部分は前記第２部分と前記第３部分との間に置かれ、前記第２部分と前記第３部分は前記ダイ（１４）にかかる力を受ける前記ビームと、
    前記ビームのたわみ時の曲げを測定するように構成されたセンサと、
    を有することを特徴とする圧着プレス機。
24. 請求項２３に記載の圧着プレス機であって、
    前記ビームは、中心部と横棒とを有し、前記中心部と前記横棒でＴ字を形成することを特徴とする圧着プレス機。
25. 請求項２３に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは歪みゲージであることを特徴とする圧着プレス機。
26. 請求項２３に記載の圧着プレス機であって、
    前記歪みゲージは、前記第１部分とは逆側に配置されることを特徴とする圧着プレス機。
27. 請求項２３に記載の圧着プレス機であって、
    前記センサは前記第１部分とは逆側に配置される圧電センサであることを特徴とする圧着プレス機。

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