JP5752250B2 - 電気導体を電気接点部材に接続する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気導体を電気接点部材に接続するための方法であって、特に接点部材が複数の変形可能な脚部を有しており、これらの脚部が電気導体を接点部材とともに圧着するように、曲げダイスを使用してこれらの脚部を変形する。それ以外にも本発明は、電気導体を電気接点部材に接続するための曲げダイスを有する装置であって、特に、接点部材が複数の変形可能な脚部を有しており、これらの脚部が電気導体を接点部材とともに圧着するように、これらの脚部を変形するよう曲げダイスが構成されている。

自動車の各種電子および電気コンポーネントにおいて、例えば車載バッテリ電源網では、接点部材と電線とが、摩擦結合を利用した機械的な接続部、いわゆるクリンプ接続部を介して接続されるのが通例である。クリンプ接続方法においては、少なくとも２つのコンポーネントが、少なくとも１つのコンポーネントの塑性変形により、摩擦結合を利用して互いに接続される。一般に接点部材は、力を受けるとケーブルの複数のストランドとともに押しつぶされて圧縮される複数の脚部、いわばクリンプ側面部を有している。通常この場合は、素材結合はされない。従来技術によると、約２０％の圧縮率により、接点部材の内部でハニカム状のストランド圧縮体と成すことが広く一般に行われている。また、各脚部が万一にも跳ね返ることがないように、各脚部の支持を行っておくことが望ましい。

クリンプ接続部の品質保証は通常、いわゆるクリンプ・フォース・モニタリングにより行われるが、そこではクリンプしたり曲げたりするために費やされるべき力が、曲げストロークに依存して計測される。このストロークにわたって集積された力が、果たされる仕事量を生み出すが、そこではクリンプ・フォース・モニタリングによって、電線なしでクリンプされた接点部材と、電線とともにクリンプされた接点部材との間の仕事量の差が、クリンプ接続部の品質を表す尺度として用いられる。この仕事量の差が約３０％ともなると、ケーブルのストランドの欠損、接点部材と電線の圧縮不良、およびクリンプ・パラメータ（例えばクリンプ・ハイト）の変化があったことを診断することができる。

この従来技術から知られるクリンプ接続方法には、次に挙げる２つの実質的な短所がある。
電線の断面積が非常に小さい（０．３５ｍｍ^２未満）か、または変形される領域内での接点部材が厚肉である場合は、測定される仕事量の差が僅かであるために、クリンプ手順を良好に監視することがもはや不可能となる。この場合は例えばケーブルのストランドの欠損は、もはや特定できなくなる。クリンプ接続された領域の内部でケーブルの個々のストランドが欠損していると、それによりクリンプ部での圧縮率が低下して、導体と接点部材との間の電気接触抵抗が無限大にまで増大し得ることになる。それにより接続部にはもはや電気的機能が備わっていないことになる。

変形されるべき接点部材の典型的な材料は金属である。金属にはいずれも弾性特性が備わっているために、変形後のクリンプ側面部の支持が不十分である場合は、この脚部の望ましくない跳ね返りを生じることがある。それにより変形後の接点部材と導体との間の接触状態が悪化しかねず、両コンポーネント間の電気抵抗が増大する。その場合はクリンプ接続部の品質が悪化する。

特許文献１からは、ケーブルをまず１つの接点要素とクリンプ接続し、続いて三段階に分けてこの接点要素とレーザ溶接する接続方法が知られている。このクリンプ接続とレーザ溶接は、２つの個別の装置において、つまり別々の作業工程で実行される。

特許文献２には、電気導体が接点要素と、同一作業工程においてクリンプ接続も溶接もされる装置が開示されている。そこでは接点要素のクリンプ側板を、専用クリンプ・ツールを使用して圧縮する。圧着端子部は電気導体のコア・シースと接点要素のクリンプ側板との間で形成されるのに対して、溶接は、導体端部と接点要素間の、それとは別の地点で行われる。溶接時には、電流が溶接電極を介して、接合対象の両要素である導体と接点要素とを通り流れる。

特許文献３からは、電線保持部材のそれぞれの側板の間に複数の電線を固定するための圧接方法が知られている。そのためにそれぞれの電線は、まずこの電線保持部材の内側に収められて、続いて電線保持部材の一方の側板が他方の側板の下側に重なり合うように、台座とクリンプ圧子とを使用して、加圧される。引き続いてこれらの側板の溶接が行われる。

特許文献４にはモバイル・ケーブル・コネクタが開示されるが、そこでは先端赦免状の円筒形状の金属スリーブの内部に電線束が挿入される。その後で２つの電極を使用して、斜面状の差込み口において、電線束をスリーブ側と超音波圧接している。

特許文献５には、異なるケーブルの各ストランドを溶接可能な装置が説明される。さらに、この装置は、ケーブルの電気絶縁領域をクリンプ接続することを可能にする。
特許文献６からは、ブレード・ターミナルの各金属脚部をコイニング・ダイスを使用して押しつぶすことにより、ケーブルの各ストランドをまず、このブレード・ターミナルとクリンプ接続する方法が知られている。このコイニング・ダイスは、各ストランドとブレード・ターミナルとを相互に超音波圧接するためにも利用される。

特許文献７からも、クリンプ溶接部を形成可能な装置が知られている。そこではまず接点要素のクリンプがケーブルの絶縁材を取り巻いて封され、第二段階では、絶縁材を取り除いたケーブル端部がこの接点と溶接される。

ＤＥ１０３５８１５３Ａ１ ＤＥ１０２００４０５３１２６Ａ１ ＤＥ１９８４０２１４Ｃ２ ＤＥ１０００７２５８Ａ１ ＤＥ１０３５２４８２Ａ１ ＤＥ３０１７３６４Ａ１ ＤＥ１０２００７０３２５８４Ｂ４

本発明は、電気導体と電気接点部材間の確実な接続部を形成することを目的とする。

この課題は、請求項１の特徴を具備した方法、ならびに請求項１０の特徴を具備した装置により解決される。
本発明による方法では、曲げダイスを使用する。曲げダイスは、この曲げダイスを用いて変形することができる接点部材の各脚部が、導体を接点部材とともに圧着するようにこれらの脚部を変形することができるように、構成されている。そのような曲げダイスはクリンパとも呼ばれ、またこの圧縮工程は、クリンプ手順ともクリンプ・プロセスとも呼ばれる。曲げダイスは特に、接点部材の各脚部を予め定められた制御方式で変形するように構成されている。このクリンプ接続方法は特に、金属から製造されており、曲げ加工を施すことができる金属タブもしくは金属脚部の形態をとる複数の側面脚部領域が備えられた接点部材に適用できるものである。接点部材の各脚部は、対になって互いに対向するように配置されていてもよい。各脚部の間に、例えばケーブルを構成する複数のストランドの形態をとる導体が位置している場合は、これらの脚部を変形することより、この導体をこれらの脚部の間に押し込むことができる。

曲げダイスは特に、このような押しつぶし工程または加圧工程を極めて効果的に実行可能であるように構成されている。さらに、曲げダイスは接点部材と導体のための凹部を有し、接点部材と導体との間に力が作用することによって、この凹部を限定している曲げダイスの壁面領域の機械的抵抗により、接点部材が変形される。このような変形する力の作用によって、変形された各脚部に固有の最終形状が生じるように、接点部材または、その各脚部と機械的に接触した状態にある曲げダイスの少なくとも１つの面、または平面が構成されていると好適である。例えば曲げダイスの壁面が、それに適した形状に、例えば部分円状に成形されていてもよい。

本発明による方法により、電気導体と接点部材との間に、特に頑丈で確実な永続的接続部を形成することが可能となる。付加的な素材結合によって、例えば接点部材の各脚部がその弾性により跳ね返って、摩擦結合が弱くなることを回避している。すなわち本方法は、接点部材の少なくとも各脚部が素材結合によって互いに結合されることを保証する。この素材結合は特に、各脚部の材料が溶融されることにより得られる。溶融した材料が再び凝固すると、溶融した領域の、特に密接な物質的結合がもたらされる。それにより、以前は独立していた各脚部が、例えば、１つの単独金属部品へと溶融される。したがってこの素材結合の工程は、溶接プロセスが好ましい。さらには、接点部材が導体と素材結合されるようにしてもよい。そのために、例えば、素材結合をもたらす作用の出力または時間を調整してもよい。また、接点部材の各脚部と電線ケーブルの各ストランドとの間に、物質的な結合が形成されてもよい。それにより特に堅固な接点が形成され、電気抵抗を微小にとどめることができる。

本方法には、細い電線でも接点部材と確実に接続できるという長所がある。電線の断面積が微小である場合は、接点部材との圧着だけでは大抵の場合は不十分である。この点で、付加的な素材結合により、電気接点の品質を向上することができる。同様に細いケーブルも、比較的大きな接点部材に、確実に接続することができる。その結果、細い電線を使用することも可能となるが、これは総じて電気コンポーネントの軽量化に寄与する。従来技術であれば接点部材サイズに対する電線断面積の比が好ましくなかったような接点部材と電線との間の接続部も形成することができる。

少なくとも１つの開口部が設けられた曲げダイスが適用されると好適である。この開口部を通して、接点部材の少なくとも各脚部が素材結合により互いに結合されるように、接点部材に作用することができる。その場合はこの開口部により、圧縮が行われる曲げダイスの凹部へのアクセスが形成される。したがって、圧縮工程の間にこの開口部を通して接点部材に作用することができる。この開口部を通して、素材結合を形成するために、例えばアーク、超音波、または電流を接点部材に印加することができる。特に、この開口部は溶接レーザのレーザビームの入射口として適している。この開口部により曲げダイスの凹部に簡単にアクセスすることができる結果、接点部材に容易に作用することができる。この開口部により、接点部材が曲げダイスで取り囲まれた状態で、接点部材の素材結合を形成することが可能となる。またその際には、摩擦結合を形成するという曲げダイスの特性に、不利な影響は出ない。

また、接点部材の各脚部の縁部に設けられた複数の凹部、もしくは切欠き部を通して、導体の各構成要素の間に、特にケーブルの各ストランドの間に、素材結合が形成されると好適である。付加的に、またはその代わりに、導体と接点部材との間、特にケーブルの個々のストランドと接点部材の各脚部との間にも、素材結合が形成されることが好ましい。そのために、脚部のそれぞれの末端領域もしくは外側縁部には複数の切欠き部が設けられており、これらは圧着の間に、互いに対向する位置をとるようになっている。各脚部に曲げ加工を施した後には、例えば個々の縁部領域は互いに接し合っているのに対して、各切欠き部が設けられた箇所には開口部が形成されており、これらの開口部を通して、各脚部によって取り囲まれた領域に作用することができる。例えば、これらの開口部を通して、ケーブルの圧縮された各ストランドに、レーザビームを照射することができ、このレーザビームはこれらのストランドを互いに溶接する、および／またはこれらのストランドを各脚部と溶接する。クリンプ側面部の縁部で延在する切欠き部には、それぞれ任意の幾何形状を持たせることができる。各脚部が直接接触する領域や、導体との間に間隙が残されている領域が交互に存在してもよい。脚部ごとに１つまたは複数の切欠き部が設けられていてもよい。

これらの切欠き部が、各脚部のクリンプ接続工程の後に、素材結合を引き起こす影響が与えられる領域よりも面積が小さい開口部を複数形成すると、非常に好ましい。例えばそのような開口部は、作用する溶接用レーザビームの直径よりも小さい。この場合は、直接各脚部にも、また直接導体にも作用できる。

この実施形態により、極めて密接な素材結合を形成することが可能となる。例えばクリンプ側面部が互いに溶接されるだけではなく、ケーブルの各ストランド同士も素材結合され、場合によってはそれに代えて、各ストランドが接点要素の各脚部のうち少なくとも１つの脚部とも素材結合されることが保証される。素材結合を引き起こす作用にかかる時間も短縮できる。例えば、レーザビームにより、その熱作用がストランドに浸透するまでに、まず脚部を溶融する必要はない。その場合、例えば照射強度を下げたレーザビームを使用して作業を行うこともできる。

素材結合は、レーザビームの入射により引き起こされると好適である。この場合レーザビームは、例えば、曲げダイスに設けられた開口部を通して接点部材に照射される。その場合、この開口部はレーザビームの入射口となっている。接点部材の各脚部に当たるレーザ光線により、少なくともこれらの脚部が互いに素材結合される。このレーザビームの発振源は、非常に強力なレーザ光線を放射するような（溶接用）レーザであってもよい。そしてレーザビームが各脚部に当たると、これらを互いに溶接するために十分なエネルギーが与えられる。

レーザ溶接は、素材結合による接点を形成するための、既に確立されている有効な手法である。レーザの照射強度が高い場合は、短い溶接時間で十分に溶接金属の内部に最適な結合をもたらす。さらに、レーザ光源から放射されるレーザ光線は、例えばミラー、プリズム、ガラス・ファイバ、またはその他の光学コンポーネントを利用して非常に簡単に誘導することができるために、レーザ光源は極めてフレキシブルかつ可変式に配置できる。

レーザビームによって素材結合がもたらされるのであれば、さらには、レーザビームの、接点部材および／または導体への作用を特徴づける様々なパラメータも測定されることが好ましい。その場合、これらのパラメータにより、素材結合の品質を表す尺度が提供される。これらのレーザ溶接パラメータを監視することにより、形成される接合部の品質を推し量ることが可能となる。その場合は例えば従来のクリンプ・フォース・モニタリングを省略するか、またはこれを溶接パラメータの管理で補足することができる。既述のように、断面積が小さい電線および／または厚肉の接点部材が互いに接続される場合には、クリンプ・フォース・モニタリングがうまく機能しないケースが多い。溶接パラメータを監視することにより、品質的に高価値の溶接部が作成されたかどうかを確認することが可能となる。よって、クリンプ接続部の品質を保証するために、工数やコストのかかる技術対策を追加する必要がない。レーザ溶接パラメータの測定、評価、および監視により、接合部の品質が十分に保証されることになる。

測定されるパラメータは、溶接時間であると好適である。または付加的に、レーザビームの照射強度の測定値であってもよい。または付加的に、レーザビームが作用する領域が放射する最大放射出力の光線の波長の測定値であってもよい。後者の場合は、例えばウィーンの変位則に基づき温度の決定が行われてもよく、それにより溶接工程の品質管理が再度改善されることになる。

さらに、曲げダイスを使用して各脚部の予定目標変形量が達成された後に、素材結合が行われることが好ましい。十分な圧着を達成するためには、各脚部が曲げダイスにより適切に変形されていることが不可欠である。この場合、そのような変形を目標変形量として決定することができる。特にこの目標変形量は、その時々のクリンプ・プロセスにおいて達成される最大変形量に相当している。さらにはこの目標変形量は、互いに対向している各脚部が、互いに重なり合ったり、互いに接触し合うように曲げ加工されることに、その本質があってもよい。

この実施形態においては、一方では接点部材と導体との間の摩擦結合が最適となり、他方では効果的な物質的結合を得るための最善の前提条件が与えられていることが保証される。例えば各脚部が接触し合う場合には、素材結合を達成するために僅かな材料のみが溶融されるだけでよいこともある。それに加えて、所定の目標変形量により、脚部の材料が、ほんの僅かな弾性特性だけを示すようにすることもできる。それにより、各脚部の跳ね返りによってクリンプ接続部の品質に支障を来すことが回避される。素材結合ステップは、本来のクリンプ・プロセスのサイクル・タイムを延長しないか、またはごくわずかしか延長しない。したがって本方法はサイクル・タイムに関してほぼ干渉しないといえる。

接点部材のサイズは、その長手方向の長さと幅方向の長さとで表すことができる。素材結合が、少なくとも長手方向の長さに関して中央に位置する１つの部分領域で行われることが好ましい。この中央部分領域とは特に、接点部材の各脚部の長手方向の長さに関して中央に配置される領域である。

典型的にはそのような中央領域では、ケーブルの各ストランドが、各脚部の間で特に密集配置されている。そのためそこに発生する変形力は特に高いものとなり、各脚部はその弾性によりそこから退避しようとする。その場合、付加的な素材結合によって、この箇所における各脚部の跳ね返りを、非常に効果的に防止することができる。接点部材の変形ゾーンの前後に張り出した領域は、通常ファネル状に構成されているため、これらの領域においては、素材結合が示す効果が他よりも僅かとなっている。

さらに本発明は、電気導体を電気接点部材に接続するための装置にも関する。本発明による装置には、レーザ溶接装置と曲げダイスが含まれている。この曲げダイスは、電気接点部材の各脚部が、導体を接点部材とともに圧着するように、各脚部を変形するよう構成されている。レーザ溶接装置は、少なくとも各脚部が互いに素材結合されるように、接点部材に作用するように設計されている。このことは特に、レーザ溶接装置から放出される溶接用レーザビームを利用して行われる。

曲げダイスは、それに加えてさらに曲げ面を有しており、この曲げ面では、接点部材の各脚部が曲げダイスと作用接触することができる。曲げダイスと接点部材との間に現れる押付け力は、この曲げ面のところで最大になり得る。典型的にはこの曲げ面は、接点部材の各脚部を力の作用下に狙い通りの方式で変形させるために、特徴的な表面形状、またはトポグラフィを有している。さらに、この曲げダイスには、レーザ溶接装置から照射される溶接用レーザビームが通り抜けるための貫通口となる開口部が設けられていることが好ましい。この開口部を通して、溶接用レーザビームは、曲げ面により限定されている凹部の内部に入射することができる。その際にこの開口部は、曲げ面自体に存在すると好適である。その場合はこの曲げ面により、接点部材の各脚部の狙い通りの変形だけでなく、各脚部を溶接するレーザビームの入射も実現される。

さらに本装置には、より好ましくは、溶接用レーザビームを特徴づける各種パラメータを測定するように構成された１つの測定装置も備えられている。この場合、そのような測定装置を利用して、溶接プロセスの品質保証と合わせ、この溶接プロセスにより行われる物質的結合の品質保証も確保される。

さらにもう１つの好ましい実施形態において、本装置にはさらに、レーザ溶接装置および／または接点部材の位置決めを適切な方法で行うことができる位置決め装置が含まれている。特に、レーザ溶接装置と接点部材の互いに対する相対的な配置を制御できるようになっている。接点部材の各脚部に、各縁部に沿って複数の切欠き部が設けられている場合には、この位置決め装置を利用して、少なくとも１つの切欠き部が溶接用レーザビームの中に位置するように、接点部材の位置を調整することができる。すなわちこの位置決め装置により、いわばレーザビームの照準を各切欠き部に当てることが可能となる。各脚部を圧縮した後には、これらの切欠き部を介して、導体へと通じる貫通口が残されていることになる。その場合、レーザビームを使用して直接導体に作用し、例えば導体の各ストランドを互いに溶接することができる。

本発明による方法に関して提示した好ましい実施形態およびそれらの長所は、本発明による装置についても同様に適用される。
本発明のその他の長所は、特許請求の範囲、図面、および以下の図面の説明から明らかにされる。以上の説明で示した各特徴および特徴の組み合わせは、以下の図面の説明において示される各特徴および特徴の組み合わせ、および／または図面だけに示される各特徴および特徴の組み合わせと同様に、いずれも提示されている組み合わせにおいてのみならず、それ以外の組み合わせにおいても、または単独でも、本発明の範囲から逸脱することなく使用できるものである。

以下では本発明を幾つかの例示的実施形態に基づいて、さらに詳しく説明する。

電気導体を電気接点部材に接続するための装置を示す概略断面図であり、図１（ａ）〜（ｄ）には本発明による接続方法が進行する間の異なる４つの時点における装置の状態を示す。 変形された脚部、および圧着されたケーブルのストランドを備えた電気接点部材を示す概略断面図である。 各脚部がケーブルの各ストランドと圧着されている接点部材の、レーザ溶接の一時点における斜視図である。 （ａ）は各脚部がケーブルの各ストランドと圧着されている接点部材であって、各脚部にレーザビーム用の貫通口として複数の切欠き部が設けられている接点部材を示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）の接点部材の一部を各脚部について展開した状態を示す概略平面図である。 （ａ）は各脚部がケーブルの各ストランドと圧着されている接点部材であって、各脚部に切欠き部が１つずつ設けられており、これらが一体としてレーザビーム用の貫通口を形成している接点部材を示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）の接点部材の一部を各脚部について展開した状態を示す概略平面図である。

それぞれの図において、同じ要素または同様の機能を持つ要素には同じ符号が付されている。
図１（ａ）〜（ｄ）には、電気接点部材１６を電気導体１８に接続するための装置１０が、接続方法において特徴的な４つの異なる時点（１）〜（４）にある状態が示されている。この装置１０は特にラム２４を有しており、その上に接点部材１６が載置されている。この接点部材１６は、この例示的実施形態においては金属で製造されており、対になって互いに対向する脚部２６を有している。導体１８は、これらの脚部２６の間に、固定されずに緩い状態で収められている。この導体１８は、この例示的実施形態においては、多数の個別導体もしくはストランド２８を有するケーブルである。特に時点（１）（図１（ａ））においては、接点部材１６と導体１８の各ストランド２８との間には、永続的な接続部がまだ形成されていない。この例示的実施形態においては、各ストランド２８が導電性金属で製造されている。最後に装置１０は、ラム２４の相補的部品として構成されている曲げダイス１２も備えている。それにより、ラム２４の少なくとも一部の領域が、曲げダイス１２の凹部３２に挿入可能である。ここでラム２４および曲げダイス１２は、互いに対を成す部品および相補的部品として、ぴったりとはまり合う。凹部３２は長手スリットとして構成されており、その底の面３４には開口部１４が設けられている。この曲げダイス１２は、クリンパとも呼ばれ、金属製である。これは一種の摩耗部品であり、通常は本発明による接続方法を頻繁に繰り返した後には交換が必要となる。すなわちこの曲げダイス１２は、装置１０の交換可能なクリンプ・ツールである。

装置１０はさらに、レーザビーム２２を照射することができるレーザ２０を有している。このレーザ２０は、金属を溶融するのに適した、照射強度が高いレーザ光線を備えた溶接用レーザとして用いられる。このレーザ２０は、そこから照射されたレーザビーム２２が曲げダイス１２の開口部１４を通って凹部３２の内部に入射されるように配置されている。このレーザ２０の、曲げダイス１２に対する空間的配置については、図１（ａ）〜（ｄ）の形態は、あくまで概略図であると理解されるべきである。すなわちレーザ２０は、そのレーザビーム２２が適切な方法で曲げダイス１２の開口部１４を通して誘導可能である限り、曲げダイス１２に対して任意に配置可能である。例えば、図示しないミラー、プリズム、またはその他の光学要素など、ビーム転向要素を使用しても実施することができる。レーザビーム２２の入射方法としては、他の可能性も考えられる。つまり、開口部１４を通して、導光体、例えばガラス・ファイバを利用して、凹部３２の内部にレーザビーム２２を誘導することもできる。その場合、この導光体が、例えば開口部１４の部分領域を通り、または開口部１４全体を通り、凹部３２の壁面領域まで、さらには凹部３２の内部にまで延びる。曲げダイス１２にも複数の開口部を設けることができるが、その場合は開口部のそれぞれに対してレーザビーム２２が１つずつ個別に割り当てられていてもよい。またレーザビーム２２が、異なる開口部を通り連続的に入射されるようにしてもよい。ほかにもレーザビーム２２が、様々な開口部の中から選択された開口部を通り入射されるようにしてもよい。特にレーザビーム２２が、複数の導光体を利用して分割されるようにしてもよく、この場合は個々の導光体が複数の開口部を通り凹部３２の内部へと延びる。

この装置１０は、アプリケータとも呼ばれる。ただし、このアプリケータは、曲げダイス１２とラム２４という主要構成を備えた上で、レーザ２０とは空間的に分離されているようにすることもできる。特にその場合については、そのように構成されたアプリケータ、および別体のレーザ２０は２つの個別の装置を形成することが可能であって、装置１０はそれらを組み合わせることによってもたらされる。

接点部材１６を導体１８と接続するために、ラム２４がぴったりとはまって凹部３２の内部に進入するよう、ラム２４と曲げダイス１２は互いに向かって移動する。このラム２４には、その上に載置される接点部材１６が導体１８とともに支持されている。次いで曲げダイス１２が鉛直方向にラム２４に向かって近づく（図１（ｂ）の時点（２）を参照）。

時点（３）（図１（ｃ））においては、接点部材１６の各脚部２６が曲げダイス１２の底の面３４に接触するところまで、ラム２４が凹部３２の内部に進入している。このとき、各脚部２６は、ラム２４および曲げダイス１２の、互いに向かってさらに近づく動きに抵抗する。

ここでラム２４および／または曲げダイス１２にさらに力が加えられると、各脚部２６に変形が生じる。この力の作用時間および変形量に応じて各脚部２６に生じる変形は、塑性性質のものである。この面３４に適切な形状を持たせることによって、各脚部は、予め定められ調整された態様で変形することができる。この例示的実施形態においては、面３４が部分円形状の２つの湾曲部を有しており、各脚部２６は変形の間にこれらの湾曲部に追随することにより、いわば丸まることになる。

図２には、各脚部２６が変形されている接点部材１６が示されている。この接点部材１６の対向する両側部に形成されているこれらの脚部２６は、定められた入力によりスパイラル状に曲げ加工されて、中央で互いにぶつかり合う。それまでは接点部材１６の内側に固定されずに緩い状態で収められていた導体１８の各ストランド２８は、接点部材１６とともに圧着される。すなわちこれは、各脚部２６を狙い通りに押しつぶすことにより形成された、いわゆる一種のプレス・コンタクトである。各ストランド２８同士の密接な並置、およびストランド２８と接点部材１６との密接な並置によって、そのように圧縮された全ての要素間の良好な電気接点も形成される。

摩擦結合だけを利用したこの加工は、クリンプとも縁曲げ加工とも呼ばれる。各脚部２６は、弾性によりそれぞれの初期位置に向かって一部跳ね返ることとなり、その結果各ストランド２８との摩擦結合に緩みを来すことになる。それにより、導体１８と接点部材１６との間に場合によっては与えられているはずの電気接点も悪化したり、しかも断たれたりすることもある。

このため、少なくとも各脚部２６同士の、付加的な素材結合を形成する、さらにもう１つの工程が設けられている（図１（ｄ）の時点（４）を参照）。ラム２４が曲げダイス１２の凹部３２内の最深地点まで進入すると直ちに、開口部１４からレーザビーム２２が変形後の各脚部２６に当てられる。この時点は、下死点とも呼ばれる。このときには各脚部２６の変形量は最大であって、各ストランド２８の周囲は、最良の形で閉じている。この下死点においては接点部材１６に継続的に力が加えられるために、このときは各脚部２６は弾性により跳ね返ることはない。レーザビーム２２が、各脚部２６に当たり、これらを加熱して溶融する。それにより各脚部２６は互いに溶接され、またそれに伴い、互いに素材結合される。この例示的実施形態においては、各脚部２６が互いに溶接されるだけではなく、接点部材１６も各ストランド２８と溶接され、これらのストランド２６のうちの幾つかも互いに溶接されるように、レーザ光線の照射強度および印加時間が選択されている。それにより、特に密接、永続的、頑丈で確実な機械的接続部が得られる。この場合、この良好な物質的結合によって、最適な電気接続部、すなわち電気抵抗が微小な接続部ももたらされる。

クリンプ工程、すなわち各脚部２６の曲げ加工工程は、ある一定の時間をかけて進行する。既にクリンプ接続された接点部材１６は装置１０から取り出されて、接続対象である新たな要素が再び挿入される。クリンプ・プロセスの１サイクルの所要時間は、導体１８と接点部材１６を互いに圧縮するために必要な時間によっても影響される。この際に、レーザ溶接工程は、クリンプ・プロセスのサイクル・タイムを延長しないか、またはごくわずかしか延長しない。したがって、クリンプ工程と溶接工程とを組み合わせたクリンプ溶接方法は、純粋なクリンプ接続方法に対し、サイクル・タイムに関して干渉しない。このことは、形成することができるクリンプ接続部の個数が、例えば毎分約数百個から１，０００個にまで及ぶことからも、かなりの長所であるといえる。溶接工程の追加によりクリンプ接続部が改善されるにもかかわらず、方法全体の所要時間は全く延長されないか、またはごくわずかしか延長されない。

クリンプ工程と溶接工程とを組み合わせたこのクリンプ溶接方法の品質保証は、この例示的実施形態においては、各種レーザ溶接パラメータを従来技術に基づき監視することにより行われる。摩擦結合を利用して形成されるクリンプ接続部の品質は通常、変形工程の間に発生する力を監視することによって保証される。ここに図示される例示的実施形態においては、そのようなクリンプ・フォース・モニタリングが、レーザ溶接パラメータの付加的な監視により補足される。その場合、品質保証のためのこの追加工程により、接点部材１６と導体１８との間に実際に十分な結合が形成されていることが保証される。特定の条件下（例えば導体１８と接点部材１６の好ましくないサイズ比）では、クリンプ・フォース・モニタリングだけで品質保証を行うのは不可能である。

接点部材１６は、ある程度の長手方向の長さと、ある一定の幅方向の長さを有している。図２からは、左右に延びている幅方向の長さだけを見てとることができる。対単位で互いに対向して配置される脚部２６は、互いに対称に変形されており、この幅方向の長さに関して中央に位置する領域で互いに接触し合っている。図２でレーザビーム２２の入射位置と入射方向とにより概略的に示されるように、各脚部２６の素材結合は、まさにこの接触領域において行われる。その場合、極めて良好な結合が保証されており、弾性による各脚部２６の跳ね返りを最良の形で阻止することができる。

図３の例示的実施形態においては、溶接領域３０が接点部材１６の幅方向の長さに関して中央に配置されるだけではなく、その長手方向の長さに関しても中央に配置されている。それにより、よく制御された、安定した素材結合を達成することができる。

図４（ａ）（ｂ）及び５（ａ）（ｂ）の例示的実施形態には、素材結合の方式を簡単かつ非常に効果的に管理させる、特殊仕様の接点部材１６が図示されている。接点部材１６の互いに対向している各脚部２６の縁部３８は、特殊な形状に成形されている。これは特に図４（ｂ）および５（ｂ）から明らかであるが、これらの図には、各脚部２６が展開された状態、またはクリンプ接続前の状態にある接点部材１６の、脚部２６を含む部分が、平面図で示されている。脚部２６にはそれぞれ１つの切欠き部（図５（ｂ））または複数の切欠き部（図４（ｂ））が設けられており、これらは、他の場合ならば直線状に延びる脚部２６の縁部３８に沿って構成されている。圧着工程の間には、対向している各脚部２６のこれらの切欠き部３６が隣り合わせとなって、開口部を形成するようになっており、これらの開口部を通して、脚部２６間に位置する各ストランド２８に直接レーザビーム２２を当てることができる。図５（ａ）においては、レーザビーム２２が各切欠き部３６により形成されている開口部を通り各ストランド２８に狙い通りに入射されて、これらを互いに素材結合できるようになっている。これは、各脚部２６の素材結合の補強として行われるようになっているが、それというのも、この開口部の面積は、レーザビーム２２の断面積よりも小さいからである。図４（ａ）に示すように、複数の切欠き部３６を設けることも可能で、それにより領域３０内で、一方では各脚部２６が溶接され、他方ではレーザビーム２２がこれらの切欠き部３６を通って各ストランド２８のところにまで侵入して、これらを互いに素材結合する。この例示的実施形態においては、各切欠き部３６が部分円の形状をとっている。

Claims (11)

1. 電気導体を電気接点部材に接続する方法であって、
   前記接点部材は複数の変形可能な脚部を有しており、
   前記導体と前記接点部材とを圧着するように、曲げダイスを使用して各脚部を変形させて、少なくとも前記各脚部が互いに素材結合されるように、前記接点部材に作用が加えられる方法において、
   前記素材結合をもたらす前記作用を、前記曲げダイスに設けられた少なくとも１つの開口部を通して行う
   ことを特徴とする電気導体を電気接点部材に接続する方法。
2. 前記導体の各構成要素同士の間、および／または導体と前記接点部材の一方若しくは両方の脚部との間に、素材結合が形成されるように、前記接点部材の前記各脚部の縁部にそれぞれ設けられた複数の切欠き部を通して前記導体に作用を加える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気導体を電気接点部材に接続する方法。
3. レーザビームが前記素材結合をもたらす
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気導体を電気接点部材に接続する方法。
4. レーザビームが前記素材結合をもたらし、
   前記レーザビームが作用を加える領域の面積を、前記レーザビームが前記領域に当たる際の照射方向に対して垂直に測った面積としたときに、この面積が少なくとも１つの切欠き部に関して、この切欠き部の面積よりも大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気導体を電気接点部材に接続する方法。
5. 前記素材結合の品質を表す尺度を得るために、前記レーザビームの前記作用を特徴づける複数のパラメータを測定する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の電気導体を電気接点部材に接続する方法。
6. 前記測定される各パラメータが、溶接時間、および／または前記レーザビームの照射強度および／または前記レーザビームが作用する前記領域が放射する放射出力が最大となる光線の波長である
   ことを特徴とする請求項５に記載の電気導体を電気接点部材に接続する方法。
7. 前記曲げダイスを使用して、前記各脚部の予め定められた目標変形量を達成した後に、前記素材結合を行う
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電気導体を電気接点部材に接続する方法。
8. 長手方向の長さと幅方向の長さとを持つ接点部材について、少なくとも前記長手方向の長さに関して中央に位置する１つの部分領域で、前記素材結合を行う
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電気導体を電気接点部材に接続する方法。
9. 電気導体と電気接点部材とを接続するための曲げダイスを有する装置であって、
   前記接点部材は複数の変形可能な脚部を有しており、
   前記曲げダイスが、前記導体と前記接点部材とを圧着するように各脚部を変形させ、少なくとも前記各脚部が互いに素材結合されるように、前記接点部材に作用するレーザー溶接機を備える装置において、
   前記曲げダイスは曲げ面と開口部とを有し、前記開口部は前記レーザー溶接機から照射された溶接用レーザビームを前記曲げ面により限定された空間の内部に入射させる
   ことを特徴とする電気導体を電気接点部材に接続する装置。
10. 前記開口部が前記曲げ面に設けられている
    ことを特徴とする請求項９に記載の電気導体を電気接点部材に接続する装置。
11. 前記レーザ溶接装置および／または、縁部に切欠き部が設けられた複数の脚部を有している前記接点部材を、前記レーザ溶接機から照射された溶接用レーザビームが、少なくとも１つの切欠き部が設けられた領域に当たるように位置決めする位置決め装置をさらに備える
    ことを特徴とする請求項９に記載の電気導体を電気接点部材に接続する装置。
    

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