JPH0924435A - 線状体の自動端末接続方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 線状体の端末処理から端末部のクランプ、溶
接までの全ての動作を自動的に行うようにした線状体の
自動端末接続方法とその装置を提供するものである。 【構成】 接続する線状体の端末をそれぞれ把持する二
つのクランプ部をリニアセンサでフィードバックしなが
ら線径に応じて位置決めした後、上記クランプ部でそれ
ぞれ線状体の端末を把持し、一方の端末側を切断して端
面を位置決めし、しかる後、一方のクランプ部を基準側
として該クランプ部に把持された線状体の端面に、他方
のクランプ部を押し付け側として該クランプ部に把持さ
れた線状体の端面を、力を可変できる駆動手段で線径に
応じた力が押し付け、両クランプ部に線径に応じて調整
した電流を流して電流による発熱で両端末接続部を溶解
し接続する線状体の端末処理から端末部のクランプ、溶
接までの一連の動作を全て自動的に行う線状体の自動端
末接続方法とその装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電線、ケーブルの導体や
鋼線等の線状体の自動端末接続方法及び装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図12は従来の線状体の端末接続技術の一
例の説明図である。図面に示すように、接線すべき鋼線
等の線状体50の接続端末を線径の２〜2.5 倍の寸法ＴＤ
に突合せてクランプ治具51によりクランプし、初め小型
のシリンダ52により小さな圧力Ｐ₁ で接続部分を加圧
し、スクイズタイム後、接続部分に電流発生装置54に大
電流を通電し、ジュール熱により所定の寸法だけ溶融し
た時、大型シリンダ53により瞬間的に強圧力Ｐ₂ を加え
て溶接を行い、その後、自動温度検出装置で溶接部分の
温度を測定し、温度を任意の時間一定に保持し焼鈍を行
うものである。又溶接の際、接続部分に発生したバリ
は、ペンチ等で除去し、仕上げはペーパーグラインダで
実施されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の線状体
の端末接続技術においては、下記に列記するような問題
点がある。 （１）溶接、焼鈍のみを自動的に行う半自動技術であ
り、端末のクランプ、バリ取りを人手で行わなければな
らないため、インラインでの自動化が不可能である。 （２）電流の調整や圧接距離の調整は人手で行う必要が
あるため、線径替えの都度人手が必要である。 （３）接続強度を増すためには、圧接部分を長くし、加
熱部分を大きく外に押し出す必要があるが、接続強度を
重視しすぎるあまり、圧接距離を長くせざるを得ず、大
きなバリが発生する。 （４）圧接力の可変機構がなく、常に一定の力でしか圧
接できないため、適応できる線径の範囲が狹い。 （５）溶接後焼鈍は、溶接部の温度を変態温度以上に保
ち、焼きの入った組織を変態される高温焼鈍であるた
め、焼鈍の時間が長くなる。 （６）両端末をクランプする治具の中間に接続部がくる
ようにして電流を加える方法であり、両端の線径が異な
る場合、線径の細い方のみ発熱し、突き合せ面での発熱
が小さいため、線径の異なる端末同士の接続が不可能で
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点を
解消し、線状体の端末処理から端末部のクランプ、溶接
までの全ての動作を自動的に行うようにした線状体の自
動端末接続方法と装置を提供するもので、その第１の特
徴は、接続する線状体の端末をそれぞれ把持する二つの
クランプ部をリニアセンサをフィードバックしながら線
径に応じて位置決めした後、上記クランプ部でそれぞれ
の線状体の端末を把持し、一方の端末側を切断して端面
を位置決めし、しかる後、一方のクランプ部を基準側と
して該クランプ部に把持された線状体の端面に、他方の
クランプ部を押し付け側として該クランプ部に把持され
た線状体の端面を、力を可変できる駆動手段で線径に応
じた力で押し付け、両クランプ部に線径に応じて調整し
た電流を流して電流による発熱で両端末接続部を溶解
し、溶接する、線状体の端末処理から端末部のクランプ
溶接までの一連の動作を全て自動的に行う線状体の自動
端末接続方法にある。

【０００５】又本発明の第２の特徴は、接続する線状体
の端末を把持し、溶接、焼鈍を行う二つのクランプ部、
クランプ部に把持された一方の端末を切断する切断部、
次に流す線状体の端末部を把持して一方のクランプ部ま
で搬送する次線搬送部、溶接で発生したバリを除去する
バリ取り部を備えており、上記二つのクランプ部は基準
側クランプ部と押し付け側クランプ部よりなり、各々線
状体の端末を把持する把持クランプと端末に電流を流し
その電流による発熱で両端末接続部を溶解する電極を備
え、かつ、二つのクランプ部の間隔、両端末接続部に流
す電流、押し付け側クランプ部に把持された線状体の端
面の押し付け力（圧接力）、及び圧接距離を線径の入力
値から自動演算、設定するように構成されている線状体
の自動端末接続装置にある。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の線状体の自動端末接続装置の
全体配置を示す斜視図、図２はクランプ部の詳細説明
図、図３は図２のＸ₁ −Ｘ₁ 矢視図、図４は図２のＸ₂
−Ｘ₂ 矢視図、図５は切断部の詳細説明図で図５（イ）
は上面図、図５（ロ）は側面図である。又図６はバリ取
り部の詳細説明図である。

【０００７】本発明の線状体の自動端末接続装置は、接
続する線状体の端末を把持し、溶接、接続を行う二つの
クランプ部Ｂ、Ｃ、クランプ部Ｂ、Ｃに把持された線状
体の一方の端末を切断する切断部Ｄ、次に流す線状体の
端末部を把持して一方のクランプ部まで搬送する次線搬
送部Ｅ、及び溶接で発生したバリを除去するバリ取り部
Ｆにより構成されており、上記二つのクランプ部Ｂ、
Ｃ、切断部Ｄ及びバリ取り部Ｆはベース台Ａ上に載置さ
れている。

【０００８】装置全体はエアシリンダ１によりベース台
Ａ上を前後にスライドでき、通常線状体パスライン２に
干渉しないよう後方に待機しているが、リール切替時
（端末接続時）にはエアシリンダ１で線状体が２つのク
ランプ部Ｂ、Ｃの間にはいる位置まで前進し、接続を行
うことができる配置となっている。

【０００９】クランプ部は基準側クランプ部Ｂと押し付
け側クランプ部Ｃの二つよりなり、各々線状体端末を押
えつけて圧接時の滑りを防止する把持クランプ３と、端
末に電流を加える電極４を備えており、油圧シリンダ５
で上下方向に移動し、油圧シリンダ６で水平方向に移動
する。上記油圧シリンダ５の油圧は端末をクランプした
状態でも移動できるように、圧力を低圧、高圧の２段階
に切り替えることができるようになっている。又各クラ
ンプ部Ｂ、Ｃには各クランプ部の位置を計測するリニア
センサ32（図７参照）を備えており、その信号に基づい
て油圧シリンダ５，６で位置決めできるよう構成されて
いる。

【００１０】さらに、基準側クランプ部Ｂは、図３に示
すようにクランプ受け７をボールネジ10を介してモータ
９で上下方向にスライドさせ、端末の線径が異なった場
合にクランプ受け７を上下し、両端末の芯を合せること
ができる。又押し付け側クランプ部Ｃは、図４に示すよ
うにモータ９でボールネジ10を介して水平方向にスライ
ドする位置決めストッパ11を備えており、クランプ側の
当たり面との間隔を調整することで圧接距離を制御でき
る。各電極４は装置後部に設置したトランス12に接続さ
れており、これにより端末に電圧を加えることができ
る。又クランプ部Ｂには放射温度計31を備えてあり、焼
鈍時の接続部の温度をインラインで計測可能となってい
る。

【００１１】切断部Ｄは図５に示すように切断砥石13と
モータ14で回転させ、エアシリンダ15で前方に送り、線
状体の端末を切断するよう構成されている。又次線搬送
部Ｅは、図１に示すようにあらかじめ固定治具22に固定
された次に流す線の端末をエアハンド23で把持し、クラ
ンプ部の高さまでエアシリンダ24で上昇させ、押し付け
側クランプ部Ｃの位置までエアシリンダ25で水平移動で
きる構造になっている。

【００１２】バリ取り部Ｆは図６に示すように、２個の
研削砥石16とそれらを回転させるモータ17を備え、エア
シリンダ18で両研削砥石16をバリ部に均等に押し付け、
それら全体を油圧シリンダ19でラック＆ピニオンを介し
てバリ中心を基準として 180°回転させ、バリを取るこ
とができる構造になっている。このバリ取り部Ｆは二つ
のクランプ部Ｂ、Ｃの下方に格納されるが、両クランプ
部Ｂ、Ｃはエアシリンダ８で両側に開放できるようにな
っており、両クランプ部Ｂ、Ｃを開放し、ブレーキ付き
エアシリンダ20でバリ取り部Ｆをバリ位置まで上昇させ
ることができる。このブレーキ付きエアシリンダ20は線
径に応じてバリ取り部の回転中心がバリ中心に一致する
よう任意の位置で位置決め可能となっている。

【００１３】

【作用】図７は本発明の線状体の自動端末接続装置を用
いて線状体の自動端末接続を行う場合の制御ブロック図
である。以下図７に基づいて本発明の自動端末接続方法
を説明する。接続装置本体は通常線状体のパスライン後
方に位置しており、線状体のサプライソリール切替時に
一且ラインを停止した後、運転を開始する。

【００１４】（初期設定）まず、線径の入力値から二つ
のクランプ部Ｂ、Ｃの位置、溶接電流、圧接力、焼鈍電
流、基準側クランプ部Ｂのクランプ受け７の高さ、バリ
取り部Ｆ全体の上昇量、スクリーニング力等線径に応じ
て変更する必要がある値をシーケンサ26内で計算で求め
る。そして、装置全体をエアシリンダ１でパスライン２
まで前進させ、押し付け側クランプ部Ｃをエアシリンダ
８で開放すると同時に、各クランプ部Ｂ、Ｃの位置をリ
ニアセンサ32でフィードバックしながら、油圧シリンダ
６で計算によって求めた位置に位置決めし、基準側クラ
ンプ部Ｂのクランプ受け７を計算した高さデータからモ
ータ９で位置決めを行う。

【００１５】（線状体両端末の把持）油圧ユニット27に
付属の圧力切替えバルブ28で油圧を低圧に切替え、二つ
のクランプ部Ｂ、Ｃの把持クランプ３で線状体を把持
し、フィードローラ29で端末が両クランプＢ、Ｃの間に
くるよう線状体を送る。そして、切断部Ｄを前進させて
一方の線状体を切断し、押し付け側クランプ部Ｃを閉じ
る。その後、あらかじめ固定治具22に固定しておいた次
に流す線状体の端末を次線搬送部Ｅのエアハンド23で把
持し、エアシリンダ24，25でクランプ部まで搬送してお
く。

【００１６】（溶接）圧力切替バルブ28で油圧を高圧に
切替え、前期初期設定で計算した油圧になるように油圧
可変バルブ30を調整し、圧接力を加える。圧接力を加え
た後、押し付け側クランプ部Ｂの位置をリニアセンサ32
で計測し、その位置から押し付け側クランプ部Ｂの位置
決めストッパ11との間隔が圧接距離に等しくなるように
モータ９で位置決めを行う。これにより、圧接力を加え
たとき、線の滑りやクランプ部の機械的なたわみにより
両クランプ部Ｂ、Ｃの位置がずれても、ずれて均衡した
位置を基準に圧接距離を設定するため、圧接距離が正確
に設定できる。圧接力加圧後、サイリスタに信号を送っ
て溶接電流を制御し、電流を加える。この電流により両
端末の突き合せ部が発熱溶解し、バリを出しながら押し
付け側クランプ部Ｃが位置決めストッパ11に当たるまで
押し込まれ溶接が終了する。

【００１７】（焼鈍）溶接では両端末の突き合せ面を中
心に溶接時のクランプ間隔以上の範囲にわたって焼きが
入るため、焼鈍時はクランプ間隔を変更する。線状体を
把持したまま両クランプ部Ｂ、Ｃを移動できるよう、圧
力切替バルブ28で油圧を低圧に切替え、初期設定で求め
た焼鈍時クランプ位置に基づき、一度に両クランプ部
Ｂ、Ｃを開放して線が外れることのないよう、片側ずつ
リニアセンサ32でクランプ位置をフィードバックしなが
ら油圧シリンダ６で位置決めを行う。焼鈍時は溶接部の
温度を放射温度計31（図３参照）で計測しながら温度が
一定になるように電流をＯＮ−ＯＦＦ制御するが、一定
の電流値でのＯＮ−ＯＦＦ制御では線径の細い場合は温
度の変動が過敏になり、又線径の太い場合は温度の上昇
に時間がかかるため、溶接電流同様に線径に応じて電流
値を制御する。

【００１８】（バリ取り）焼鈍終了後、前記焼鈍時同様
に片側ずつクランプを外してクランプ部Ｂ、Ｃ全体をエ
アシリンダ８で開放し、初期設定で求めた値に基づき、
ブレーキ付きのシリンダ20でバリ取り部Ｆをバリ取り部
回転中心がバリの中心に一致させるように上昇させる。
上昇後、研削砥石16を回転させながらエアシリンダ18で
バリ部に均等に押し付け、それら全体を油圧シリンダ19
でラック＆ピニオンを介してバリ中心を基準にして 180
°往復運動を数回繰り返し、バリを削り取る。

【００１９】（スクリーニング）バリ取り後クランプ部
全体を一旦閉じ、押し付け側クランプ部Ｃを押し付けの
反対方向にスクリーニング力を加え、油圧シリンダ６の
後端リミットセンサＯＮ−ＯＦＦで接続部が破断したか
どうかを確認する。接続部が破断しなければクランプを
外し、装置全体をエアシリンダ１でパスライン後方に後
退させると同時に、各駆動機器を原点復帰させ、接続作
業が終了する。

【００２０】以上が本発明の自動端末接続装置を用いた
接続作業の手順であるが、以下に溶接及び焼鈍等の設定
条件について説明する。 （溶接条件）通常溶接の良否を判定する条件としては、
図８に示すように、両端末のクランプ部の間隔Ｌ、溶接
電流Ｉ、圧接力Ｆ、圧接距離ｌの４つがある。これらの
条件は従来から目安とした値があったが、作業者の経験
や勘に左右されることが多く、溶接はうまくゆくものの
大きなバリが発生し、自動でバリを除去するのは困難で
あった。バリは端末の酸化表面を押し出すことで発生
し、圧接距離ｌを大きくとり酸化表面を外に押し出すこ
とでより強度が増すが、同時にバリも大きくなる。逆に
圧接距離ｌを小さくするとバリを小さくなるが、強度も
低下する。

【００２１】通常、接続部は製品とはならないため、接
続部の強度は下工程途中で破断しないだけの強度があれ
ばよい。そのため、下工程中のラインに加わる張力を満
足し、極力バリが小さくなる条件を実験的に求め、その
結果から各条件を線径ｄとして次のように設定した。 クランプ間隔 Ｌ＝ 1.5×ｄ（mm） 溶接電流 Ｉ＝2000×ｄ（Ａ） 圧接力 Ｆ＝πｄ／４×５（kg） 圧接距離 ｌ＝ｄ／10（mm） これらの式をシーケンサに記憶させておき、操作盤から
入力した線径から各条件値を計算することで、線径に応
じてバリが従来のバリ外径比で約１／５にすることが可
能となった。

【００２２】（焼鈍条件）焼鈍は溶接部の脆性を改善す
るものであるが、その方法としては、焼入れされた部分
を変態点温度以上に加熱して金属組織を変態させる高温
焼鈍と、変態点温度以下の加熱で金属組織の変態はさせ
ず、残留応力を除去するのみの低温焼鈍の２種類があ
る。一般的に焼鈍といえば高温焼鈍であり、従来も高温
焼鈍であったが、金属組織を変化させるため時間がかか
る。本発明の場合、下工程中で曲げ力が加わっても破断
しないだけの柔軟性があればよく、極力短時間での処理
を必要とすることから、短時間の処理ではどちらが柔軟
性に優れているか比較した。実験はφ７mmの溶接サンプ
ルに対して の条件でマイクロビッカース硬さで比較した。この結果
を図９に示す。この結果からもわかる通り、 60sec程度
の短時間では低温焼鈍の方が柔軟性に優れていることが
わかる。これは、高温焼鈍が変態途中で不均一な金属組
織になっているからである。この結果に基づいて低温焼
鈍を採用したことにより、焼鈍時間を従来の約１／３に
短縮できた。

【００２３】（線径が異なる場合の溶接条件）図10
（イ）は線径の等しい場合と同様にクランプ部Ｂ、Ｃの
間隔の中心に突き合せ面をもってきて溶接を行ったとき
の状態の説明図である。この場合両端末に同じ電流が流
れても、線径の細い端末の方が抵抗が大きくなるため、
線径の細い方のみ発熱して溶接ができない。従って、従
来は線径の異なる端末を接続する場合、両端を各々の線
径に合うよう加工した線を用意して各々端末の線径を等
しくして接続していたため、効率が悪かった。そこで、
本発明では図10（ロ）に示すように突合せ面をずらし量
ｅだけ線径の細い方にずらせ、発熱面を突き合せ面に近
づけることにより、線径の異なる端末同士の接続を可能
にした。

【００２４】このずらし量ｅを実験で求めた結果を図11
に示す。この図に示すように、互いの端末の面積差は、
線径に関係なくずらし量ｅ／クランプ間隔Ｌの３次式と
して次のように表わすことができた。 面積差＝ 738（ｅ／Ｌ）³ ＋53（ｅ／Ｌ）² ＋35（ｅ／
Ｌ）−３ この式のシーケンサに記憶させ、線径を入力として上記
の式を解き、線径の異なる場合のクランプ間隔を求める
ことができる。この方法により、±１mmまでの径差のあ
る端末同士の接続が可能となった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
線状体の端末処理から端末部のクランプ、溶接までの全
ての動作を自動的に行うことが可能となる。従って、鋼
線等の長尺ラインのリール変換時の自動化に利用すると
き、極めて効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の線状体の自動端末接続装置の全体配置
を示す斜視図である。

【図２】図２はクランプ部の詳細説明図である。

【図３】図２のＸ₁ −Ｘ₁ 矢視図である。

【図４】図２のＸ₂ −Ｘ₂ 矢視図である。

【図５】切断部の詳細説明図である。

【図６】バリ取り部の詳細説明図である。

【図７】本発明の線状体の自動端末接続装置を用いて線
状体の自動端末接続を行う場合の制御ブロック図であ
る。

【図８】溶接の良否を判定する４つの条件の説明図であ
る。

【図９】焼鈍条件による溶接部の柔軟性の比較図であ
る。

【図10】図10（イ）は線径が異なる場合の溶接条件の問
題点の説明図、図10（ロ）は線径が異なる場合の本発明
の溶接条件の説明図である。

【図11】線径が異なる場合の突き合せ面のずらし量を実
験で求めた結果を示す図である。

【図12】従来の線状体の端末接続技術の一例の説明図で
ある。

【符号の説明】

Ａ ベース台 Ｂ 基準側クランプ台 Ｃ 押し付け側クランプ台 Ｄ 切断部 Ｅ 次線搬送部 Ｆ バリ取り部 １ エアシリンダ ２ 線状体パスライン 22 次線固定治
具 ３ 把持クランプ 23 エアハンド ４ 電極 24 エアシリン
ダ ５ 油圧シリンダ 25 エアシリン
ダ ６ 油圧シリンダ 26 シーケンサ ７ クランプ受け 27 油圧ユニッ
ト ８ エアシリンダ 28 圧力切替バ
ルブ ９ モータ 29 フィードロ
ーラ 10 ボールネジ 30 油圧可変バ
ルブ 11 位置決めストッパ 31 放射温度計 12 トランス 32 リニアセン
サ 13 切断砥石 14 モータ 15 エアシリンダ 16 研削砥石 17 モータ 18 エアシリンダ 19 油圧シリンダ 20 エアシリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 武則 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接続する線状体の端末をそれぞれ把持す
   る二つのクランプ部をリニアセンサでフィードバックし
   ながら線径に応じて位置決めした後、上記クランプ部で
   それぞれ線状体の端末を把持し、一方の端末側を切断し
   て端面を位置決めし、しかる後、一方のクランプ部を基
   準側として該クランプ部に把持された線状体の端面に、
   他方のクランプ部を押し付け側として該クランプ部に把
   持された線状体の端面を、力を可変できる駆動手段で線
   径に応じた力で押し付け、両クランプ部に線径に応じて
   調整した電流を流して電流による発熱で両端末接続部を
   溶解し溶接する、線状体の端末処理から端末部のクラン
   プ、溶接までの一連の動作を全て自動的に行うことを特
   徴とする線状体の自動端末接続方法。
2. 【請求項２】 線状体の線径に応じた二つのクランプ部
   の間隔、両端末接続部に流す電流、押し付け側クランプ
   部に把持された線状体端面の押し付け力（圧接力）、及
   び圧接距離を線径の入力値から自動演算、設定すること
   を特徴とする請求項１記載の線状体の自動端末接続方
   法。
3. 【請求項３】 溶接接続後、温度計測器で溶接接続部の
   温度を計測しながら、溶接接続部の温度を一定に保つよ
   うに両端末に流れる電流を制御し、変態点温度以下の温
   度で焼鈍（低温焼鈍）を行うことを特徴とする請求項１
   記載の線状体の自動端末接続方法。
4. 【請求項４】 溶接時に発生するバリを極力小さくする
   条件をあらかじめ実験的に求めて各線径の関数式として
   記憶させておき、線径に応じてバリが最小になる条件で
   溶接を行うことを特徴とする請求項１記載の線状体の自
   動端末接続方法。
5. 【請求項５】 線径の異なる端末同士を接続する場合、
   電流を流したときの発熱が両端末の突き合せ面で最も大
   きくなるように、線径の細い端末側の長さを線径の太い
   端末の長さよりも短くなるように、二つのクランプ部の
   位置を調整して溶接を行うことを特徴とする請求項１記
   載の線状体の自動端末接続方法。
6. 【請求項６】 突き合せ面が最も発熱する二つのクラン
   プ部の位置と互いの線径の面積差の関係を３次式で表わ
   し、線径の入力値から各々のクランプ部の位置を計算で
   求めることを特徴とする請求項５記載の線状体の自動端
   末接続方法。
7. 【請求項７】 それぞれ独立したモータで駆動する二つ
   の研削砥石を溶接接続部に発生したバリを挾み込むよう
   に押し付け、モータで上記研削砥石を線状体の中心軸を
   中心に回転させてバリを除去することを特徴とする請求
   項１記載の線状体の自動端末接続方法。
8. 【請求項８】 接続する線状体の端末を把持し溶接、焼
   鈍を行う二つのクランプ部、クランプ部に把持された一
   方の端末を切断する切断部、次に流す線状体の端末部を
   把持して一方のクランプ部まで搬送する次線搬送部、及
   び溶接接続部に発生したバリを除去するバリ取り部を備
   えており、上記二つのクランプ部は基準側クランプ部と
   押し付け側クランプ部よりなり、それぞれ線状体の端末
   を把持する把持クランプと、端末に電流を流しその電流
   による発熱で両端末接続部を溶解する電極を備え、か
   つ、二つのクランプ部の間隔、両端末接続部に流す電
   流、押し付け側クランプ部に把持された線状体の端面の
   押し付け力（圧接力）、及び圧接距離を線径の入力値か
   ら自動演算、設定するように構成されていることを特徴
   とする線状体の自動端末接続装置。