JP6116986B2 - 電線の接続構造，接続方法 - Google Patents

電線の接続構造，接続方法 Download PDF

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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、前記導体端部の外周面には、前記プレス成型により、導体端部の軸心方向に延在する面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心に近づく下り階段状のプレス成型面が形成されたことを特徴とする。
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、前記導体端部の外周面に、前記プレス成型により、導体端部の軸心方向に延在する面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心に近づく下り階段状のプレス成型面を形成したことを特徴とする。
前記プレス成型においては、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、を用いることが挙げられる。また、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は、前記導体端部の外周面に対向する位置に、導体端部が加圧される方向に突出した面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心側に近づく下り階段状に突出した突出面が形成されたものが挙げられる。
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）。 実施例のプレス成型の一例を示す概略説明図。 実施例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、前記プレス成型により、導体端部の軸心方向に延在する面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心に近づく下り階段状のプレス成型面（以下、階段状成型面と称する）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５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６（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６（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７（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７（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、本実施形態においては、導体端部が、前述のように導体端部の外周面に階段状成型面が形成されるようにプレス成型されるため、その導体端部は当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて段階的に強く圧縮、すなわち各芯線の密着強度も段階的に強くなり、先端部の各芯線において十分に密着させることができる。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、コスト削減に繋がることになる。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繋がることになる。
本実施形態によれば、プレス成型による導体端部の圧縮量は、その導体端部の根元側に近づくに連れて小さく抑えられることになる。すなわち、導体端部の先端側を十分圧縮して各芯線の密着性の向上等を図ると共に、根元側の断面積の大きさを十分保つことも可能となる。例えば、電線の接続構造に係る引張試験においては、導体端部の根元側に応力が加わり当該根元側の強度に影響を及ぼすことになるが、本実施形態のように根元側の断面積を十分保つことができれば、前記のような応力を分散させることができる。これにより、前記応力による影響を抑制することが可能となる。
本実施形態の電線の接続構造，接続方法は、前述したように階段状成型面を形成するように圧縮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。
＜階段状成型面＞
例えば導体端部は、前述のようにプレス成型により外周面に階段状成型面が形成されたものであれば、階段状成型面を構成する各階段面や各段差面（例えば、各階段面間の段差面や、導体端部の根元と当該根元側の階段面との間に形成される段差面）の形状，個数等は，特に限定されるものではなく、例えば目的とする導体端部や被接続部の形状等に応じて適宜設定することが可能である。
各階段面においては、後述の実施例のように平坦状で導体端部の軸心方向に沿って延在した形状の階段面が挙げられるが、当該軸心方向に対して所定の角度を持つように形成したものであっても良い。具体例としては、導体端部の先端側に近づくに連れて軸心に近づくように傾斜したテーパー状の階段面や、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したテーパー状の階段面が挙げられる。また、後述の実施例のように平坦状の階段面に限られるものではなく、例えば導体端部の周方向に沿って湾曲した形状の階段面であっても良い。
各階段面間の段差面や、導体端部の根元と当該根元側の階段面との間に形成される段差面は、導体端部の径方向に沿って延在（例えば階段面の垂直方向に沿って延在）するように形成したものが挙げられるが、当該径方向に対して所定の角度を持つように形成しても良い。具体例としては、導体端部の軸心側に近づくに連れて当該導体端部の端部側に近づくように傾斜したテーパー状の段差面が挙げられ、このようなテーパー状の段差面を形成した場合には、例えばプレス成型時に段差面の箇所の導体端部に応力が集中しないようにすることができる。
また、階段状成型面は、後述の実施例のように導体端部に対して１個形成するだけではなく、例えば複数個の階段状成型面を導体端部の周方向に沿ってそれぞれ所定距離を隔てて形成（例えば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）することも考えられる。具体例として、２つの階段状成型面を形成する場合には、各階段状成型面が導体端部の軸心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。
＜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階段状成型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、導体端部が加圧される方向に突出した面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心側に近づく下り階段状に突出した突出面（以下、階段状突出面と称する）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（階段状突出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、その外周面に対し型の圧接面の形状が反映され、当該外周面に階段状成型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、導体端部の外周面に対向した位置に、前記の階段状突出面が形成された構造が挙げられる。この階段状突出面を構成する各階段面や各段差面（例えば、各階段面間の段差面や、導体端部の根元側の階段面における当該根元側に形成される段差面）の形状，個数等は，特に限定されるものではなく、例えば目的とする階段状成型面の形状等に応じて適宜設定することが可能である。
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、前述のように階段状成型面が形成された形状であれば良く、その階段状成型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５〜図７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＞
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の四方のうちの一方に位置する面１２ａに階段状成型面１４が形成されたものである。この階段状成型面１４は、複数個（本実施例では２個）の階段面１４ａ，１４ｂと、導体端部１０の根元１６と当該根元１６側の階段面１４ａとの間の段差面１５ａと、各階段面１４ａ，１４ｂ間の段差面１５ｂと、から構成されている。
導体端部１０における階段状成型面１４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、圧縮されて芯線１ａが強く密着することになる。特に階段状成型面１４における導体端部１０の軸心に最も近接した箇所、すなわち導体端部１０の先端１１側に位置する階段面１４ｂの箇所では、より大きく圧縮され、各芯線１ａの密着性もより大きくなる。一方、導体端部１０の根元１６側に位置する階段面１４ａの箇所は、階段面１４ｂよりも圧縮量は小さいものの、当該階段面１４ｂの箇所と比較して断面積が大きく保たれた形状となっている。
前述のように階段状成型面１４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。
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、面１２ａにおける先端１１側に対向した位置（階段状成型面１４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た面であって当該導体端部１０の根元１６側から先端１１側に近づくに連れて当該導体端部１０の軸心側に近づく下り階段状に突出した階段状突出面６が形成されている。この階段状突出面６には、複数個（本実施例では２個）の階段面６１ａ，６１ｂと、階段面６１ａにおける根元１６側の段差面６２ａと、各階段面６１ａ，６１ｂ間の段差面６２ｂと、から構成されている。
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、階段状成型面１４が形成されることになる。
前記の階段状成型面１４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７（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。
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記載のプレス成型面の階段面が、テーパー状であることを特徴とする電線の接続構造。
＜ロ＞請求項１または前記＜イ＞記載のプレス成型面の段差面が、テーパー状であることを特徴とする電線の接続構造。
＜ハ＞請求項１，＜イ＞，＜ロ＞のうち何れかに記載のプレス成型面が、導体端部の周方向に沿ってそれぞれ所定距離を隔てて複数個形成されたことを特徴とする電線の接続構造。
＜ニ＞請求項３記載の突出面の階段面が、テーパー状であることを特徴とする電線の接続方法。
＜ホ＞請求項３または前記＜ニ＞記載の突出面の段差面が、テーパー状であることを特徴とする電線の接続方法。
＜ヘ＞請求項３，＜ニ＞，＜ホ＞のうち何れかに記載の圧接型は、複数個用いられ、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…先端
１２…外周面
１４…階段状成型面
１４ａ，１４ｂ…階段面（導体端部側）
１５ａ，１５ｂ…段差面（導体端部側）
１６…根元
２１…幅規制型
２２…条状溝
３１…圧接型
３１ａ…圧接面
４…被接続部
５…加圧加振ホーン
６…階段状突出面
６１ａ，６１ｂ…階段面（型側）
６２ａ，６２ｂ…段差面（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、
    前記導体端部の外周面には、前記プレス成型により、導体端部の軸心方向に延在する面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心に近づく下り階段状のプレス成型面が、導体端部の周方向に沿ってそれぞれ所定距離を隔てて複数個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、
    前記導体端部の外周面に、前記プレス成型により、導体端部の軸心方向に延在する面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心に近づく下り階段状のプレス成型面を、導体端部の周方向に沿ってそれぞれ所定距離を隔てて複数個形成したことを特徴とする電線の接続方法。
  3. 前記プレス成型において、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、を用い、
    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、前記導体端部の外周面に対向する位置に、導体端部が加圧される方向に突出した面であって当該導体端部の根元側から先端側に近づくに連れて当該導体端部の軸心側に近づく下り階段状に突出した突出面が形成されたことを特徴とする請求項２記載の電線の接続方法。
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