KR20120080617A

KR20120080617A - 전선 말단 처리 방법

Info

Publication number: KR20120080617A
Application number: KR1020127011147A
Authority: KR
Inventors: 쯔토무 타카야마
Original assignee: 야자키 소교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-07-17
Also published as: WO2011087157A1; CN102598435A; CN102598435B; DE112011100268T5; BR112012010231A2; JP2011146332A; US20120205423A1; KR101343229B1; US8490854B2; JP5654242B2

Abstract

전선 말단 처리 방법은 세 단계를 포함한다. 심선부 노출 단계에서, 복수의 소선으로 구성된 심선부를 노출시키기 위해서 전선의 피복을 벗긴다. 심선부 단선화 단계에서, 상기 노출된 심선부에 압력을 가하면서 초음파 진동을 가하여, 상기 복수의 소선이 서로 마찰시켜, 심선부를 단선화한다. 단자 접속 단계에서, 단선화된 심선부는 상기 단자에 압축접속 또는 압입된다.

Description

전선 말단 처리 방법{WIRE END PROCESSING METHOD}

본 발명은 압축접속(press-contacting) 또는 압입(press-fitting)을 통해 전선의 말단을 처리하는 방법에 관한 것이다.

전선과 단자를 전기적으로 서로 접속을 시키는 방법으로는, 전선을 한 쌍의 압축접속 블레이드 사이에 삽입되도록 가압하여 상기 압축접속 블레이드들과 상기 전선의 심선부(core wire portion)를 연결하도록 하고, 이를 통해 접속을 가능하게 하는 방법이 알려져 있다. 압축접속을 통해 접속을 가능케 하는 방법에서, 상기 전선은 피복을 벗기지 않고 상기 한 쌍의 압축접속 블레이드들 사이에 삽입되도록 가압된다. 하기에 언급된 PTL1은 압축접속을 통한 접속 방법의 일 예를 개시한다.

[PTL1] JP-A-05-159628

전선과 단자의 전기 연결에 있어서, 상기 전선의 심선부를 형성하는 복수의 소선(element wires)이 얇을 경우에, 압축접속을 통한 접속 방법은 이하에 언급되는 여러 문제에 봉착하게 된다. 도 6A를 참조하면, 한 쌍의 압축접속 블레이드(1)가 제공되고, 이들 블레이드 사이의 간격에 해당하는 슬롯 폭(W1)이 좁은 경우에, 점선으로 둘러싸인, 심선부(2)를 형성하는 복수의 소선(3)의 일부가 절단된다. 반면, 도 6B에 도시된 바와 같이 슬롯 폭(W2)이 넓으면, 소선(3)이 절단되지는 않지만, 점선으로 둘러싸인 접속 영역에서, 각 압축접속 블레이드와 소선(3)들 간의 접촉 면적이 극도로 작아, 그 결과로 저항값의 증가를 초래한다. 더 나아가, 도 6C에 도시된 바와 같이, 전선이 압축접속 블레이드 사이에 오프셋 방식으로 삽입되도록 누르는 경우 또는 상기 심선부(2)의 단면 형태의 변화가 있는 경우에는, 점선에 둘러싸인 접촉 영역에서 상기 압축접속 블레이드(1)와 접촉하고 있는 소선(3)의 수가 감소하여, 이는 상기에 언급된 바와 같은 저항값의 상승을 가져온다.

본 발명은 상기 언급된 상황을 토대로 고안되었으며, 본 발명의 목적은 양호한 접속을 가능케 하고, 또한 해당 접속과 관련한 변수들을 흡수할 수 있는 전선 말단 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 복수의 소선으로 구성된 심선부를 노출시키기 위해 전선의 피복을 벗기는 심선부 노출 단계; 상기 노출된 심선부에 압력을 가하면서 초음파 진동을 가하여, 상기 심선부를 단자의 압축접속 또는 압입될 부분의 형상에 대응하는 단면 형상으로 형성하기 위해, 상기 복수의 소선을 서로 마찰시켜 상기 심선부를 단선화하는 심선부 단선화 단계; 및 상기 단선화된 심선부를 상기 단자에 압축접속 또는 압입하는 단자 접속 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선 말단 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 초음파 진동을 전선의 심선부에 가하는 용접 혼(horn); 상기 용접 혼의 맞은 편에 배치되어 상기 심선부를 수용하는 모루; 상기 용접 혼 상에 장착되어 움직이는 혼-측 플레이트; 및 상기 혼-측 플레이트의 맞은 편에서 상기 모루 상에 장착되고, 상기 혼-측 플레이트를 향하는 방향 및 상기 혼-측 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록 구성되는 모루-측 플레이트를 포함하고, 상기 혼-측 플레이트 및 상기 모루-측 플레이트는 상기 심선부를 기결정된 형상으로 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 양태에 따르면, 초음파 진동에 의해 상기 심선부를 형성하는 상기 복수의 소선이 서로 마찰하도록 하고, 상기 소선이 이 마찰에 의해 발생하는 마찰열에 의해 함께 녹는데, 이러한 용융 때문에, 상기 복수의 소선은 일체화된 상태와 같은 고형 전선으로 변형된다. 즉, 상기 복수의 소-직경 소선은 더 큰 직경의 단일 심선부로 변형된다. 압력 또한 초음파 진동이 가해질 시점에 상기 심선부에 가해져서, 상기 심선부는 형태상으로 안정화된다. 상기 심선부가 형태상으로 안정화되기 때문에, 상기 심선부는 진동으로부터 자유로운 형태로 형성된다. 상기 심선부는 단선화되고, 형태상으로 안정화되므로, 압축접속 공정 및 압입 공정 모두에서 양호한 접속을 획득할 수 있다. 좀더 자세하게는, 상기 전선이 한 쌍의 압축접속 블레이드 사이에 삽입되도록 눌러 단자에 접속시키는 압축접속 공정과 상기 전선을 슬릿 내로 압입하여 단자에 접속시키는 압입 공정 모두에서, 상기 심선부에 끊어짐이 발생하지 않을 것이고, 또한 충분한 접촉 면적이 확보될 수 있으며, 그 결과 양호한 접속을 획득할 수 있다.

본 발명의 방법은 상기 소선 표면에 산화 필름들이 형성되는 경우에 또한 효과적이다. 즉, 상기 복수의 소선은 상기 초음파 진동에 의해 서로 마찰하게 되므로, 상기 산화 필름들은 이 마찰에 의해 파괴된다. 상기 산화 필름들이 파괴되면, 압축접속 또는 압입될 부분의 전기 저항값은 감소될 수 있다. 또한, 상기 산화 필름들이 파괴되면, 전기 전류가 상기 심선부의 내부로 양호하게(positively) 흐르게 되고, 상기 저항값의 증가를 억제할 수 있다.

한편, 상기 심선부가 단순히 프레스 공정에 의해 으스러지는 경우에, 프레스 공정을 통해 생성되는 상기 소선이 너무 가늘어질 우려가 있다. 또한, 상기 소선이 너무 가늘어짐으로 인해 상기 소선에 끊어짐이 발생할 수 있다는 우려가 있다. 그러나 본 발명에서는, 이 같은 상황은 발생하지 않을 것이다.

본 발명의 양상에 따르면, 상기 심선부는 초음파 진동을 가하기 위한 혼(horn)의 형태, 상기 심선부를 수용하기 위한 모루의 형태, 기타 관련된 부분의 형태 및 가해진 압력에 의해 바람직한 단면 형상으로 단선화된다. 예를 들어, 상기 심선부가 사각 단면 형태로 형성되고, 압축접속에 의해 접속이 이루어지는 경우에, 상기 심선부의 폭은 상기 한 쌍의 압축접속 블레이드 사이의 갭에 해당하는 슬롯 폭에 따라 용이하게 설정될 수 있다. 또한, 상기 심선부는 바람직한 저항값으로 설정될 수 있다. 이는 압입을 통해 접속하는 경우에도 동일하다. 반면, 상기 심선부가 원형의 단면 형태로 형성되고, 압축접속 또는 압입을 통해 접속이 이루어지는 경우에, 방향성은 무시될 수 있고, 해당 공정은 효율적으로 실시될 수 있다.

본 발명에서는, 양호한 접속을 이룰 수 있으며 상기 접속과 관련한 다양한 변수들을 흡수할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 본 발명에서는, 상기 심선부의 폭과 저항값이 쉽게 설정될 수 있으며, 공정 효율을 제고할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전선 말단 처리 방법을 도시한 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 심선부 노출 단계를 도시한 도면으로, 도 2a는 피복을 벗겨내기 전의 전선을 도시한 사시도이며, 도 2b는 피복을 벗겨낸 전선을 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 심선부 단선화(unifying) 단계를 도시한 도면으로, 도 3a는 초음파 처리 장치의 용접 공정 실시부의 구성을 도시한 개략도이고, 도 3b 및 도 3c는 단선화된 심선부를 각각 도시한 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 단자 접속 단계를 도시한 도면으로, 도 4a는 도 3b의 심선부의 압축접속된 상태를 도시한 개략도이고, 도 4b는 도 3c의 심선부의 압축접속된 상태를 도시한 개략도이다.
도 5는 도 3b 및 도 3c에 도시된 각각의 심선부가 막 압입되려는 상태를 도시한 도면이다.
도 6A 내지 도 6C는 종래의 전선 말단 처리 방법을 도시한 개략도이다.

이제, 본 발명의 바람직한 일 실시예가 도면을 참조로 설명될 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 전선 말단 처리 방법을 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 전선 말단 처리 방법은 전선의 접속부를 형성하기 위한 전선 가공 단계(11)와 단자를 상기 전선의 접속부에 압축접속 또는 압입시키는 단자 접속 단계(12)를 포함한다. 상기 전선 가공 단계(11)는 심선부를 노출시키는 심선부 노출 단계(13)와 심선부를 고형 전선으로 형성하는 심선부 단선화 단계(14)를 포함한다.

이하에서는 바람직한 일 실시예가 도면을 참고로 설명될 것이다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 전선 말단 처리 방법의 심선부 노출 단계를 도시한 도면이다. 도 3a 내지 도 3c는 심선부 단선화 단계를 도시한 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 단자 접속 단계를 도시한 도면이다. 도 5는 도 3b 및 도 3c에 도시된 각각의 심선부가 막 압입되려는 상태를 도시한 개략도이다.

도 2a 및 도 2b에서, 참조 번호 21은 전선을 나타낸다. 전선(21)은, 예를 들어, 자동차에 설치될 와이어 하니스(wire harness)를 형성하고, 복수의 소선(22)으로 이루어진 심선부(23) 및 심선부(23)의 외부 주변부를 완전히 덮는 피복(24)을 포함한다. 본 실시예에서는, 자동차용 와이어 하니스에서 사용되는 전선(23)에 대해서, 알루미늄 전선을 일례로 설명될 것이다. 알루미늄 전선을 예로 드는 이유는 경량 디자인 및 양호한 재활용성(recyclability)을 비추어 볼 때 향후 몇 년 안으로 상용 중인 구리 전선을 알루미늄 전선으로 대체하려는 경향 때문이다. 또 다른 이유는 알루미늄 전선 내의 산화 필름의 문제를 본 발명이 해결할 수 있기 때문이다. 산화 필름은 알루미늄 전선에서와 비교해 볼 때, 비록 더 적은 양이긴 하지만 구리 전선 내에도 생성되기 때문에, 본 발명의 방법은 구리 전선에 대해서도 효과적이다.

심선부(23)를 형성하는 소선(22)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 비도금 소선이고, 이들 소선은 도 2a에 도시된 바와 같이 서로 접촉하도록 번들 상태(bundled condition)로 배열된다. 구리 전선을 사용하는 경우에, 소선은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진다. 알루미늄의 전기 전도율은 구리의 60%가량이지만, 알루미늄은 그 무게가 구리의 1/3이라는 장점이 있다. 따라서, 알루미늄은 좀더 경량의 디자인을 기대해볼 수 있다는 장점이 있다. 게다가, 알루미늄은 구리에 비해 융해점이 더 낮기 때문에, 해당 금속을 회수하기 쉽다는 장점이 있다.

심선부 노출 단계(13)(도 1 참조)에서, 피복(24)은 일반적인 방법에 의해 전선(21)의 단부(25)로부터 제거된다. 즉, 피복(24)은 전선(21)의 단면(end face)(26)으로부터 기결정된 길이로 제거된다(벗겨진다). 피복(24)을 상기 기결정된 길이로 제거하면, 심선부(23)는 도 2b에 도시된 바와 같이 노출된다. 참조 번호 27은 심선부(23)의 노출부를 나타낸다. 본 실시예에서는, 피복(24)을 전선(21)의 단부(25)로부터 벗겨내지만, 상기 피복은 단자가 접속할 수 있는 전선(21)의 중간 부분으로부터 벗겨낼 수 있다.

도 3a에서, 참조 번호 28은 초음파 처리 장치의 용접 공정 실시부를 나타낸다. 용접 공정 실시부(28)는 용접 혼(horn) (29), 모루(anvil)(30), 혼-측 플레이트(31) 및 모루-측 플레이트(32)를 포함한다. 용접 혼(29)은 심선부(23)에 초음파 진동을 가하기 위한 부분으로 제공된다. 용접 혼(29)를 구동하는 메카니즘 및 회로는 상용되는 메카니즘 및 회로와 동일하다. 모루(30)는 용접 혼(29)의 맞은 편에 위치하고, 심선부(23)를 수용하기 위한 수용부로 작용한다. 혼-측 플레이트(31)와 모루-측 플레이트(32)는 심선부(23)를 기결정된 형태로 형성하기 위한 부분으로서 제공된다. 혼-측 플레이트(31)와 모루-측 플레이트(32)는 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향으로 움직이도록 장착된다. 이동 메카니즘의 도시는 생략된다.

상기 초음파 처리 장치는 에너지, 진동 진폭, 혼-측 플레이트(31)와 모루-측 플레이트(32) 간 거리, 압력 등을 인자(factor)로 사용하여 심선부(23)에 초음파 진동을 가하도록 구성된다. 상기 초음파 처리 장치는, 용접 공정 실시부(28)에 있어서, 심선부(23)에 압력을 가하면서 초음파 진동이 가해짐으로써, 복수의 소선(22)이 서로 마찰하도록 하고, 이로써 이들 소선이 서로 용접될 수 있도록 구성된다. 더 나아가, 상기 장치는, 용접 공정 실시부(28)에 있어서, 심선부(23)가 압축접속 또는 압입될 단자 부분의 형태에 대응하는 단면 형태로 심선부가 형성될 수 있도록 구성된다.

심선부 단선화 단계(14)(도 1 참조)에서, 심선부(23)는 용접 공정 실시부(28)에 삽입 방식으로 마련되고, 그 후에, 상기 장치가 작동하면, 심선부(23)를 형성하는 복수의 소선(22)이 초음파 진동에 의해 서로 마찰하게 된다. 도 3a에서, 상기 초음파 진동의 방향은 화살표 A로 표시되고, 압력의 방향은 화살표 B로 표시된다. 이러한 마찰 공정에 의해 마찰열이 발생하면, 소선(22)들은 서로 녹게 되고, 이러한 용융으로 인해, 소선(22)들은 마치 하나의 상태인 것과 같은 고형 전선으로 변형된다. 즉, 복수의 소-직경 소선(22)이 도 3b에 도시된 바와 같이, 더 큰 직경(또는 단면적)을 갖는 단일 심선부(23)로 변형된다. 이 도면에서 점선은 소선(22)의 단선화된 상태를 개념적으로 나타낸다.

본 발명에서, 상기 소선은 일체화되기(united) 위해 서로 용융됨으로써, 상기에 언급된 바와 같은 단선화된 상태로 형성된다. 따라서, 이것은 소선(22)의 표면이 마찰(rubbing)을 통해 거칠어지고, 상기 거칠어진 부분들이 서로 맞물리게 됨으로써(engaged) 소선이 서로 결합하는 경우에 해당하지 않는다. 본 발명에서, 상기 결합으로 소선(22)은 외부의 힘이 가해질 경우에도 서로 분리되지 않을 것이다.

소선(22)이 상기 초음파 진동에 의해 서로 문질러지게 될 때, 소선(22)의 표면에 형성된 산화 필름들(미도시)이 상기 마찰에 의해 파괴된다. 상기 산화 필름들이 파괴되면, 저항값의 불안정해지는 요인이 해소된다.

본 실시예에서, 단선화된 심선부(23)의 단면 형태는 용접 공정 실시부(28)의 구성에 의해 결정된 사각형 형태로 형성된다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 단면 형태는 원형으로 형성될 수 있다. 단선화된 심선부(23)는 진동으로부터 자유로운 안정된 형태로 형성됨을 알 수 있다.

도 4a에서, 참조 번호 33은 압축접속 단자의 한 쌍의 압축접속 블레이드를 나타낸다. 각 압축접속 블레이드 쌍(33)은 상기 단자의 대략 둘 또는 세 부분 중 각 한 부분에, 상기 단자의 길이 방향으로 서로 이격되어 제공되지만, 상기 압축접속 블레이드는 이러한 배열에 특별히 제한되지 않는다. 상기 압축접속 단자는 전기 전도성을 갖는 금속 시트를 프레스 가공하여 형성된다. 상기 압축접속 단자의 재료는 바람직하게는 구리 또는 구리 합금이며, 주석 도금된 구리 또는 구리 합금일 수 있다. (도 3b에 도시된 형태를 갖는) 단선화된 심선부(23)는 그 폭(W11)이 상기 압축접속 블레이드 쌍(33) 사이의 간격에 해당하는 슬릿 폭(W12) 보다 크도록 형성된다. 그 크기는 상기 초음파 처리 장치에서 설정되고, 형상이 안정하게 형성되는 본 발명에서는 설정하는 것이 용이하다.

단자 접속 단계(도 1 참조)에서, 단선화된 심선부(23)가 한 쌍의 압축접속 블레이드(33) 사이에 삽입되도록 가압되는 경우, 압축접속 블레이드(33)는 심선부의 양 측면 부분에 물리는 양상으로 (in biting relation) 각각 접촉하고, 이로써 전선(21)과 압축접속 단자의 접속이 완료된다. 도 4b는 도 3c에 도시된 형태를 갖는 단선화된 심선부(23)가 압축접속 블레이드(33) 사이에 삽입되도록 가압된 상태를 도시한다. 압축접속 블레이드(33)는 심선부(23)의 호-형상을 갖는 양 측면부에 물리는 양상으로 (in biting relation) 각각 접촉하고, 이로써 전선(21)과 압축접속 단자의 접속이 완료된다. 단선화된 심선부(23)가 도 3c에 도시된 형태를 갖는 경우에, 해당 심선부를 가압하는(삽입하는) 방향은 도 3b에 도시된 형태를 갖는 단선화된 심선부와 비교해 볼 때 중요하지 않다. 전선(21)과 압축접속 단자와의 접속이 완료되면, 상기 일련의 단계들 또한 완료된다.

단자 접속 단계(12)(도 1 참조)에서, 상기 심선부는 단자의 일부에 해당하고, 도 5에 도시된 슬릿(34)을 갖는 압입부(35)에 적용될 수 있다. 단선화된 심선부(23)가 슬릿(34)으로 압입되어, 압입부(35)와 심선부(23)가 서로 접촉하게 되면, 상기 접속이 완료된다.

도 1 내지 도 5를 참고로 상기에 기재한 바와 같이, 본 발명에서는, 상기 전선이 한 쌍의 압축접속 블레이드(33) 사이에 삽입되도록 가압되어 서로 접속시키는 압축접속 공정과 상기 전선을 슬릿(34) 내로 압입하여 압입부(35)와 접속시키는 압입 공정 모두에서, 심선부의 절단이 발생하지 않을 것이고, 또한 충분한 접촉 면적이 확보될 수 있으며, 그 결과 양호한 접속을 획득할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서 심선부(23)의 형상이 안정화될 수 있어서, 불규칙하지 않은 접속이 달성될 수 있는 이점이 있따.

더 나아가, 본 발명에서는, 산화 필름이 파괴 및 제거되는 효과를 통해 전기 전도성의 향상 및 저항값의 안정화를 획득할 수 있다는 이점이 있다. 압축접속 블레이드(33) 또는 압입부(35)와 접촉하지 않는 부분의 저항값이 안정화될 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은 상기 특정 바람직한 실시예를 중심으로 도시 및 설명되었으나, 본 발명의 기재된 내용을 바탕으로 다양한 변형과 수정이 가능함은 당업자에게 자명하다. 이러한 변형과 수정은 첨부된 청구항에 기재된 발명의 목적, 범위 및 의도 내에서 이루어짐이 자명하다.

본 발명은 2010년 1월 18일에 출원된 일본 특허 출원 2010-008045에 기초하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

본 발명은 전선과 단자의 접속에 있어서 양호한 접속을 시행하고 접속과 관련된 다양한 변수를 흡수하는 데 있어 대단히 유용하다. 더 나아가, 본 발명은 심선부의 폭과 저항값을 용이하게 설정하고 전선과 단자의 접속 공정의 효율을 제고시키는 데 있어 대단히 유용하다.

21: 전선 22: 소선
23: 심선부 24: 피복
25: 단부 26: 단면
27: 노출부 28: 용접 공정 실시부
29: 용접 혼 30: 모루
31: 혼-측 플레이트 32: 모루-측 플레이트
33: 압축접속 블레이드 34: 슬릿
35: 압입부

Claims

복수의 소선으로 구성된 심선부를 노출시키기 위해 전선의 피복을 벗기는 심선부 노출 단계;
상기 노출된 심선부에 압력을 가하면서 초음파 진동을 가하여, 상기 심선부를 단자의 압축접속 또는 압입될 부분의 형상에 대응하는 단면 형상으로 형성하기 위해, 상기 복수의 소선을 서로 마찰시켜 상기 심선부를 단선화하는 심선부 단선화 단계; 및
상기 단선화된 심선부를 상기 단자에 압축접속 또는 압입하는 단자 접속 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선 말단 처리 방법.
초음파 진동을 전선의 심선부에 가하는 용접 혼(horn);
상기 용접 혼의 맞은 편에 배치되어 상기 심선부를 수용하는 모루;
상기 용접 혼 상에 장착되어 움직이는 혼-측 플레이트; 및
상기 혼-측 플레이트의 맞은 편에서 상기 모루 상에 장착되고, 상기 혼-측 플레이트를 향하는 방향 및 상기 혼-측 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록 구성되는 모루-측 플레이트를 포함하고,
상기 혼-측 플레이트 및 상기 모루-측 플레이트는 상기 심선부를 기결정된 형상으로 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 처리 장치.