JP6116985B2 - 電線の接続構造，接続方法 - Google Patents

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Description

本発明は、各種機器に適用される電線を金属端子等の被接続部に接続する接続構造，接続方法に関するものである。
複数の芯線が纏められた撚り線等の電線を接続端子（金属端子）等の被接続部に電気的接続する構造としては、例えば電線端部の外皮から露出（例えば電線の絶縁被覆を剥がして露出）した導体端部が、被接続部の所定の接続位置に超音波接合により接続された構造が知られている（例えば特許文献１〜４）。
前記の導体端部においては、被接続部の接続位置の形状に合わせて予めプレス成型により圧縮し、例えば超音波接合時に所謂バリや導体切れが発生しないようにして、導体端部と接続端子との間の電気的接続の信頼性（接合強度の向上や短絡防止）を奏することが求められる。
特開２００６−１７２９２７号公報 特開２００４−９５２９３号公報 特開２００９−２７７４４５号公報 特開２０１１−６０７２６号公報
本願発明者は、前記のような背景技術等に伴い、電線の接続構造，接続方法において以下に示す課題があることに着目した。すなわち、導体端部の各芯線の密着性を高めて当該導体端部が散けることを抑制し、バリや導体切れが発生しないようにして、導体端部と被接続対象との間の電気的接続の信頼性を高めることが課題として挙げられる。
この発明に係る電線の接続構造および接続方法は、前記の課題を解決できる創作であり、具体的に、この発明の電線の接続構造の一態様は、複数の芯線からなる電線の端部であり当該端部の外周側方向から軸心側方向へ加圧するプレス成型により圧縮された導体端部と、被接続部と、が超音波接合により電気的接続された接続構造であって、前記導体端部の少なくとも先端側の外周面には、前記プレス成型により、軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が形成されたことを特徴とする。
また、この発明の電線の接続方法の一態様は、複数の芯線からなる電線の導体端部を、その導体端部の外周側から軸心側方向へ加圧するプレス成型機により圧縮した後、超音波接合により被接続部に電気的接続する方法であって、前記プレス成型機は、前記導体端部が嵌挿される条状溝を有し当該条状溝の内壁面により導体端部の径方向の幅を規制する幅規制型と、前記条状溝に嵌挿された導体端部の外周面に対して当該条状溝の開口側方向から圧接する圧接面を有した圧接型と、を備え、前記幅規制型の条状溝の内壁面および圧接型の圧接面のうち少なくとも何れか一方には、前記導体端部の少なくとも先端側の外周面に対向する位置に、当該導体端部が加圧される方向に突出した突起であり当該導体端部の軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面を有した突起部が形成されていることを特徴とする。
さらに、この発明の電線の接続方法の他の態様は、複数の芯線からなる電線の導体端部を、その導体端部の外周側から軸心側方向へ加圧するプレス成型機により圧縮した後、超音波接合により被接続部に電気的接続する方法であって、前記プレス成型機は、複数個の型部材から成り当該各型部材がそれぞれ導体端部の外周面に対して周方向に並列した位置で圧接する圧接面を有し当該外周面を同時に加圧する圧接型を備え、前記の圧接型の各型部材の圧接面のうち少なくとも何れか一つには、前記導体端部の少なくとも先端側の外周面に対向した位置に、当該導体端部の軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が形成されていることを特徴とする。
本発明に係る電線の接続構造，接続方法によれば、導体端部の各芯線の密着性が高められ、その導体端部が散けることを抑制でき、導体端部と被接続対象との間の電気的接続において所望の信頼性を得ることが可能となる。
実施例１の導体端部の一例を示す概略説明図（（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図）。 実施例１のプレス成型の一例を示す概略説明図。 実施例１のプレス成型の一例を示す概略説明図（（Ａ）は圧縮前、（Ｂ）は圧縮時）。 実施例１の接続構造の一例を示す概略説明図。 実施例２の導体端部の一例を示す概略説明図（（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図） 実施例２のプレス成型の一例を示す概略説明図（（Ａ）は圧縮前、（Ｂ）は圧縮後）。 実施例２のプレス成型の他例を示す概略説明図（（Ａ）は圧縮前、（Ｂ）は圧縮後）。 実施例２の接続構造の一例を示す概略説明図。 一般的な電線の一例を示す概略説明図。 一般的なプレス成型の一例を示す概略説明図（（Ａ）はプレス成型前、（Ｂ）はプレス成型後）。 一般的な超音波接合の一例を示す概略説明図（（（Ａ）は接合前、（Ｂ）は接合後の導体端部）。
本発明の実施形態に係る電線の接続構造および接続方法は、複数の芯線が纏められた電線の導体端部を接続端子等の被接続部に超音波接合により電気的接続するものであり、単にプレス成型により圧縮された導体端部を適用するのではなく、導体端部の少なくとも先端側の外周面において軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が形成されたものを適用する。
周知の接続構造等の場合、例えば図９に示すように複数の芯線１ａからなる電線１の端部であって外皮１ｂから露出（例えば絶縁被覆を剥がして露出）した導体端部１０においては、図１０（Ａ）に示すように幅規制型２に固定した状態で圧接型３を用いてプレス成型することにより、図１０（Ｂ）に示すように圧縮（図１０（Ｂ）中では略平板状に圧縮）する手法が採られていた。そして、前記の圧縮された導体端部１０を図１１（Ａ）に示すように被接続部４の所定の接続位置に位置させた状態で、超音波接合装置の加圧加振ホーン５を導体端部１０の外周面１２に圧接して加圧加振することにより、導体端部１０と被接続部４とを超音波接合する手法が採られていた。しかしながら、前記の超音波接合時に導体端部１０が振動することにより、その導体端部１０が散ける、例えば図１１（Ｂ）に示すように先端１１側が散けると、その先端１１側においてバリや導体切れが発生する虞がある。これにより、導体端部１０と被接続部４との間の電気的接続の信頼性が低下、例えば接合強度が低下したり短絡が発生することになる。
一方、本実施形態によれば、導体端部の少なくとも先端側の外周面において軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が形成されるため、導体端部の先端側においては、テーパー面が形成されない箇所と比較して強く圧縮、すなわち先端部の各芯線が互いに十分密着することになる。これにより、導体端部において散けることが抑制され、バリや導体切れが発生しないようになり、導体端部と被接続部との間の電気的接続の信頼性が向上することになる。
また、前記のように信頼性が向上（品質が向上）すると、例えば後工程での検査工程等が不要になり、コスト削減に≡がることになる。さらに、作業工程を減らすことも可能となるため、例えば超音波接合に係る工程の各種管理や設備のコスト削減にも≡がることになる。
本実施形態の電線の接続構造，接続方法は、前述したようにテーパー面が形成された導体端部を被接続部に対し超音波接合により電気的接続する構成であれば、電線分野，プレス成型分野，超音波接合分野等の各種分野で一般的に知られている技術等を適用して適宜変更することが可能である。
＜テーパー面＞
例えば導体端部は、その導体端部の少なくとも先端側の外周面において軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー状の面が形成されたものであれば良く、そのテーパー面が１個形成されたものや、複数形成されたものであっても良い。このテーパー面が形成された箇所の導体端部においては、当該テーパー面と導体端部の軸心との間の距離が小さくなるに連れて圧縮量が大きくなり、各芯線の密着性も大きくなる。
また、テーパー面は、導体端部の軸心方向と交差する方向に傾斜したものであれば、テーパー面が導体端部の先端側に近づくに連れて軸心に近接するように傾斜（以下、先端方向傾斜）、あるいは導体端部の根元側に近づくに連れて軸心に近接するように傾斜（以下、根元方向傾斜）したものでも良い。さらに、先端方向傾斜のテーパー面および根元方向傾斜のテーパー面の両方を形成、例えば後述の実施例１のように併設するように形成した構造も挙げられる。
テーパー面を導体端部の周方向に沿って複数形成する場合には、各テーパー面が当該周方向に沿って均等に距離を隔てて位置するように形成した構造が挙げられ、この構造によれば導体端部の先端側を均等に圧縮され易くなる。具体例として、２つのテーパー面を形成する場合には、各テーパー面が導体端部を挟んで互いに対向して位置するように形成した構造が挙げられる。また、前記テーパー面を導体端部の周方向に沿って連続するように形成、例えば導体端部において先端側が先細りの錘状に成型した構造においても、前述のように導体端部の先端側が均等に圧縮され易くなる。
＜プレス成型＞
プレス成型する方法としては、導体端部に対して前述のテーパー面を形成するようにプレス成型できるものであれば、各種方法を適用することが可能である。例えば、複数の型を用いてプレス成型する場合には、導体端部の径方向の幅を規制する幅規制型や、導体端部の外周面に対して圧接する圧接型等、各種型を適宜適用することが挙げられる。これらの型の少なくとも何れか一つにおいては、前記導体端部の少なくとも先端側の外周面に対向する位置に、導体端部の軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が形成されているものとする。これにより、プレス成型の際、型の圧接面（テーパー面が形成された圧接面）が導体端部の外周面に圧接すると、その外周面に対する型の圧接面の形状が反映され、当該外周面にテーパー面が形成されることになる。
前記の幅規制型としては、例えば導体端部が嵌挿される条状溝を有し、その条状溝に嵌挿された導体端部の径方向の幅を当該条状溝の内壁面により規制する構造が挙げられる。条状溝は、導体端部を嵌挿可能な形状であって、その形状（例えば条状溝の幅）は目的とする導体端部や被接続部の形状に応じて適宜設定することが可能である。具体例としては平坦な底壁と当該底壁から垂直方向に延在した２つの側壁とを有した構造の条状溝が挙げられる。
前記の圧接型としては、導体端部の外周面に対して圧接する圧接面を有したものであって、その圧接面において、導体端部の少なくとも先端側の外周面に対向した位置に、当該導体端部の軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が形成された構造が挙げられる。
前述のような幅規制型と圧接型とを組み合わせて適用、例えば後述の実施例１のように適用しても良いが、圧接型のみを適用しても良い。具体例としては、複数個の型部材を有した構造であって当該各型部材を導体端部の外周側で周方向に距離を隔てた位置からそれぞれ当該導体端部の軸心側方向に移動させることが可能な構造の圧接型が挙げられる。また、各型部材がそれぞれ導体端部の外周面に対して周方向に並列した位置で圧接する圧接面（例えば、互いに隣接した位置または所定距離を隔てた位置で圧接する圧接面）を有し当該外周面を同時に加圧する圧接型が挙げられる。その具体例としては、後述の実施例２ように外周面の全周に亘って同時に加圧する構造が挙げられる。
＜その他＞
超音波接合する方法においては、導体端部と被接続部とを接合して電気的接続できるものであれば種々の方法を適用することができ、例えば被接続部の接続位置に配置された導体端部に対し加圧しながら超音波振動を発生させる加圧加振ホーンを用いた方法（例えば特許文献１〜４に示されている方法）が挙げられる。
電線の導体端部と被接続部においては、超音波接合により互いに電気的接続されるものであれば良く、例えば被接続部においては銅等の導電性材料から成る接続端子（金属端子）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
導体端部のプレス成型される形状においては、前述のようにテーパー面が形成されたものであれば良く、そのテーパー面以外の箇所における横断面形状としては矩形状，円盤状，楕円状等の各種形状が挙げられるが、これに限定されるものではない。
次に、本実施形態における電線の接続構造，接続方法の一例を以下に示す実施例１，２に基づいて説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。なお、以下に示す実施例において、図９〜図１１と同様なものには同一符号を用いる等により、その詳細な説明を省略する。
＜実施例１＞
図１の電線１の導体端部１０は、その導体端部１０の外周側方向から軸心側方向へ加圧するプレス成型により略平板状（横断面矩形状）に圧縮されたものであって、そのプレス成型により、導体端部１０の外周面１２の四方のうち互いに対向して位置する面１２ａ，１２ｂの先端１１側に、導体端部１０の軸心側に窪んだ形状の溝部１３が、当該導体端部１０の径方向に延在するように形成されたものである。この溝部１３は、先端方向傾斜したテーパー面１４ａと根元方向傾斜したテーパー面１４ｂとを内壁面として持つものであり，導体端部１０の径方向幅の方向に延在するように形成されている。
導体端部１０における溝部１３が形成された箇所においては、それ以外の箇所と比較して大きく圧縮され、芯線１ａが強く密着することになる。特に溝部１３における導体端部１０の軸心に最も近接した箇所、すなわちテーパー面１４ａ，１４ｂとが互いに交差する箇所では、より大きく圧縮され、各芯線の密着性もより大きくなる。
前述のように溝部１３が形成された導体端部１０は、例えば図２，図３に示すように、平坦な底壁２２ａと当該底壁２２ａから垂直方向に延在するように立設した２つの側壁２２ｂ，２２ｃとを有し導体端部１０が嵌挿される条状溝２２が形成された幅規制型２１と、導体端部１０の外周側方向から当該導体端部１０の軸心側方向に移動自在に支持された圧接型３１と、を備えたプレス成型機によりプレス成型して得ることができる。
前記の幅規制型２１の内壁面（実施例１では底壁２２ａの表面），圧接型３１の圧接面３１ａにおいては、例えば図２に示すように、それぞれ面１２ａ，１２ｂにおける先端１１側に対向した位置（溝部１３を形成する位置）に、導体端部１０が加圧される方向に突出し当該導体端部１０の径方向幅の方向に延在した条状で横断面三角形状の突起部６が形成されている。この突起部６には、先端方向傾斜したテーパー面６１ａと根元方向傾斜したテーパー面６１ｂとが形成されている。
このような幅規制型２１，圧接型３１は、図３Ａに示すように幅規制型２１の条状溝２２の底壁２２ａと圧接型３１の圧接面３１ａとが互いに対向するように配置される。そして、条状溝２２に導体端部１０が嵌挿された状態で、図３Ｂに示すように圧接型３１を幅規制型２１方向に移動させることにより、導体端部１０が図１に示したような略平板状に圧縮されると共に、テーパー面１４ａ，１４ｂを持つ溝部１３が形成されることになる。
前記の溝部１３が形成された導体端部１０は、例えば図４に示すような接続端子４の一対の側壁４１ａ，４１ａの間の接続位置に位置させた状態で、図１１（Ａ）と同様の方法により超音波接合装置の加圧加振ホーン５を導体端部１０の外周面１２に圧接して加圧加振することにより、接続端子４に対して電気的に接続されることになる。
なお、導体端部１０の外周面１２に溝部１３を適宜形成することにより、前記の超音波接合時の加圧加振ホーン５と外周面１２との接触面積を減らすことが可能となる。したがって、溝部１３により、例えば加圧加振ホーン５と導体端部１０との間の磨耗が低減するように作用させることも可能となる。
＜実施例２＞
図５の電線１の導体端部１０は、その導体端部１０の外周側方向から軸心側方向へ加圧するプレス成型により錘状（横断面円板状）に圧縮されたものであって、外周面１２において先端方向傾斜のテーパー面１４ｃが当該導体端部１０の周方向に沿って連続するように形成されている。
実施例１の溝部１３が形成された箇所と同様に、導体端部１０におけるテーパー面１４ｃが形成された箇所においては、それ以外の箇所と比較して大きく圧縮され、芯線１ａが強く密着することになる。特にテーパー面１４ｃにおける導体端部１０の軸心に最も近接した箇所では、より大きく圧縮され、各芯線の密着性もより大きくなる。また、この図５に示すような構造においては、導体端部の先端側を均等に圧縮、例えば図５（Ｃ）に示すように芯線１ａを均等に圧縮して密着させ易くなる。
このように外周面１２の周方向に沿って連続したテーパー面１４ｃを有する導体端部１０は、例えば図６に示すように、複数個（図６では４個）の型部材３２ａ〜３２ｄを有した構造であって当該各型部材３２ａ〜３２ｄを導体端部１０の外周側で周方向に距離を隔てた位置から当該導体端部１０の軸心側方向に移動させることが可能な構造の圧接型３２が挙げられる。この圧接型３２は、各型部材３２ａ〜３２ｄにおいて、導体端部１０の外周面１２に対して周方向に互いに隣接した位置で圧接する圧接面３３ａ〜３３ｄをそれぞれ有し、当該外周面１２を全周に亘って同時に加圧する構成となっている。前記の圧接面３３ａ〜３３ｄには、先端方向傾斜したテーパー面６２がそれぞれ形成されているものとする。
図６のような構成の圧接型３２を用いて導体端部１０をプレス成型する場合、まず図６（Ａ）に示すように各型部材３２ａ〜３２ｄが分散配置された状態で、それら各型部材３２ａ〜３２ｄに包囲された内側の空間に導体端部１０を介在させてから、図６（Ｂ）に示すように各型部材３２ａ〜３２ｄを導体端部１０の軸心側方向に移動させ、各々の圧接面３３ａ〜３３ｄを外周面１２に対して圧接させる。この圧接において、圧接面３３ａ〜３３ｄが外周面１２に対して周方向に互いに隣接して圧接する場合には、導体端部１０が図５に示したような錘状に圧縮されると共に、外周面１２にテーパー面１４ｃが形成されることになる。
なお、各型部材３２ａ〜３２ｄは、図６（Ｂ）に示したように圧接面３３ａ〜３３ｄが互いに隣接して圧接する構成に限られるものではなく、例えば図７に示す圧接型３４のように、所定距離を隔てて圧接（図７（Ｂ）のように圧接）する構成であっても良い。この図７の圧接型３４においては、複数個（図７では３個）の型部材３４ａ〜３４ｃが支持部３５の垂直方向に延在した支持面３５ａに支持されたものであって、例えば図７（Ａ）に示すようにクランプ３６によって保持された電線１の導体端部１０の外周面１２に対し、図７（Ｂ）に示すように圧接できるように移動自在（支持面３５ａに沿って当該支持面３５ａの中心方向に向かって移動自在）に支持されているものである。外周面１２に圧接する各型部材３４ａ〜３４ｃの圧接面３７ａ〜３７ｃにおいては、図６の圧接型３２と同様に先端方向傾斜したテーパー面６３がそれぞれ形成（詳細を省略）されているものとし、図７（Ｂ）に示すように外周面１２に対してそれぞれ周方向に距離を隔てて圧接する場合には、当該外周面１２には先端方向傾斜した複数個のテーパー面（図示省略）がそれぞれ周方向に距離を隔てて形成されることになる。
なお、図７に示すような圧接型３４において、例えば各型部材３４ａ〜３４ｃの圧接面３７ａ〜３７ｃの外周面１２に対する位置を適宜調整することにより、当該圧接面３７ａ〜３７ｃが図６に示した圧接型３２のように互いに隣接して圧接するように構成しても良い。
図６，図７に示したように圧縮された導体端部１０は、例えば図８に示すように接続端子４の一対の側壁４１ａ，４１ａの間の接続位置に位置させた状態で、実施例１と同様の方法により超音波接合装置の加圧加振ホーン５を導体端部１０の外周面１２に圧接して加圧加振することにより、接続端子４に対して電気的に接続されることになる。
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
ここで、以上示した各実施例等から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に列挙する。
＜イ＞請求項１記載のテーパー面が、導体端部の周方向に沿って均等に距離を隔てて複数形成されたことを特徴とする電線の接続構造。
＜ロ＞請求項１記載のテーパー面が、導体端部の周方向に沿って連続して形成されたことを特徴とする電線の接続構造。
＜ハ＞請求項１記載の導体端部は、前記プレス成型により、先端側が先細りの錘状に成型されたことを特徴とする電線の接続構造。
＜ニ＞請求項２記載の突起部は、横断面形状が三角形状であることを特徴とする電線の接続方法。
＜ホ＞請求項２記載の幅規制型の条状溝の内壁面および圧接型の圧接面に形成される各突起部は、前記導体端部を挟んで互いに対向する位置に形成されたことを特徴とする電線の接続方法。
＜ヘ＞請求項３記載の各型部材は、それぞれ導体端部の外周側で周方向に距離を隔てた位置から当該導体端部の軸心側方向に移動自在であることを特徴とする電線の接続方法。
１…電線
１ａ…芯線
１０…導体端部
１１…端部
１２…外周面
１３…溝部
１４ａ〜１４ｃ…テーパー面（導体端部側）
２１…幅規制型
２２…条状溝
３１，３２，３４…圧接型
３１ａ，３３ａ〜３３ｄ，３７ａ〜３７ｃ…圧接面
４…被接続部
５…加圧加振ホーン
６…突起部
６１ａ，６１ｂ，６２，６３…テーパー面（型側）

Claims (3)

  1. 複数の芯線からなる電線の端部であり当該端部の外周側方向から軸心側方向へ加圧するプレス成型により圧縮された導体端部と、被接続部と、が超音波接合により電気的接続された接続構造であって、
    前記導体端部の少なくとも先端側の外周面には、前記プレス成型により、軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が、導体端部の周方向に沿って均等に距離を隔てて複数形成、または当該周方向に沿って連続して複数形成されたことを特徴とする電線の接続構造。
  2. 複数の芯線からなる電線の導体端部を、その導体端部の外周側から軸心側方向へ加圧するプレス成型機により圧縮した後、超音波接合により被接続部に電気的接続する方法であって、
    前記プレス成型機は、
    前記導体端部が嵌挿される条状溝を有し当該条状溝の内壁面により導体端部の径方向の幅を規制する幅規制型と、前記条状溝に嵌挿された導体端部の外周面に対して当該条状溝の開口側方向から圧接する圧接面を有した圧接型と、を備え、
    前記幅規制型の条状溝の内壁面および圧接型の圧接面には、前記導体端部の少なくとも先端側の外周面に対向する位置に、当該導体端部が加圧される方向に突出した突起であり当該導体端部の軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面を有した突起部が形成されていることを特徴とする電線の接続方法。
  3. 複数の芯線からなる電線の導体端部を、その導体端部の外周側から軸心側方向へ加圧するプレス成型機により圧縮した後、超音波接合により被接続部に電気的接続する方法であって、
    前記プレス成型機は、
    複数個の型部材から成り当該各型部材がそれぞれ導体端部の外周面に対して周方向に並列した位置で圧接する圧接面を有し当該外周面を同時に加圧する圧接型を備え、
    前記の圧接型の各型部材の圧接面には、前記導体端部の少なくとも先端側の外周面に対向した位置に、当該導体端部の軸心方向と交差する方向に傾斜したテーパー面が形成されていることを特徴とする電線の接続方法。
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