(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態にかかる電線接続構造体10を示す斜視図であり、
図2は、電線接続構造体10の長手方向断面を示した断面図である。
電線接続構造体10は、
図1に示すように、管端子11と、この管端子11に圧着結合される電線13とを備える。管端子11は、雌型端子の嵌合部20と電線接続部30とを有し、これらの橋渡しとしてトランジション部40を有する。管端子11は、導電性と強度を確保するために基本的に金属材料(本実施形態では、銅または銅合金)の基材で製造されている。なお、管端子11の基材は、銅または銅合金に限るものではなく、アルミニウムや鋼、またはこれらを主成分とする合金等を用いることもできる。
また、管端子11は、端子としての種々の特性を担保するために、例えば管端子11の一部あるいは全部にスズ、ニッケル、銀めっきまたは金等のめっき処理が施されていても良い。また、めっきのみならず、スズ等のリフロー処理を施しても良い。
【0014】
電線13は、
図2に示すように、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金性のアルミニウム素線14aを束ねたアルミニウム芯線14を、絶縁樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル)で構成する導体絶縁層(電線被覆)15で被覆して構成される。アルミニウム芯線14は、所定の断面積となるように、アルミニウム素線14aを撚って構成しているが、この形態に限定されるものではなく単線で構成しても良い。
なお、芯線を構成する金属材料は、高い導電性を有する金属であればよく、アルミニウムまたはアルミニウム合金の替わりに、銅または銅金属を用いても良い。
【0015】
管端子11の嵌合部20は、例えば雄型端子等の挿入タブの挿入を許容する雌型端子の嵌合部である。本発明において、この嵌合部の細部の形状は特に限定されない。すなわち、管端子11は、少なくともトランジション部40を介して電線接続部30を備えていれば良く、例えば嵌合部を有さなくても良いし、例えば嵌合部が雄型端子の挿入タブであっても良い。また、電線接続部30に他の形態に係る端子端部が接続された形状であっても良い。本明細書では、本発明の管端子11を説明するために便宜的に雌型ボックスを備えた例を示している。
【0016】
電線接続部30は、管端子11と電線13とを圧着結合する部位である。電線接続部30の一端は、電線13を挿入することができる電線挿入口31を有し、他端(先端)32はトランジション部40に接続されている。電線接続部30のトランジション部40側の先端32は、詳細については後述するが、溶接等によって封止されており、トランジション部40側から水分等が浸入しないように形成されている。
管端子11の金属基材(銅または銅合金)とアルミニウム芯線14との接合部に水分が付着すると、両金属の起電力(イオン化傾向)の差からアルミニウム芯線14が腐食する。また、管端子11とアルミニウム芯線14とがアルミニウム同士であっても微妙な合金組成の違いによって、それらの接合部は腐食しやすい。
【0017】
本構成では、電線接続部30は、有底の管状に形成されることにより、外部より水分等の浸入が抑制され、管端子11と電線13との接合部の腐食を抑えることができる。なお、電線接続部30は、管状であれば腐食に対して一定の効果を得られるため、必ずしも長手方向に対して円筒である必要はなく、場合によっては楕円や矩形の管であっても良い。また、径が一定である必要はなく、長手方向で半径が変化していても良い。
【0018】
電線接続部30では、電線接続部30をかしめて、電線接続部30を構成する金属基材と電線13とを圧着結合することにより、同時に電気的な接合を確保する。このように、電線接続部30では、かしめ接合により、電線接続部30の基材や電線(芯線)を塑性変形させて結合する。従って、電線接続部30は、かしめ接合をすることができるように肉厚を設計する必要があるが、人力加工や機械加工等で接合を自由に行うことができるので、特に限定されるものではない。
【0019】
芯線に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は、銅及び銅合金と比較すると接触抵抗が高いため、接続に不安がある。このため、電線接続部30の内壁面には、電線挿入口31から挿入された電線13のアルミニウム芯線14と接触する位置に、電線の周方向に延びるセレーションと呼ばれる電線係止溝(不図示)が設けられている。また、電線13を電線挿入口31から電線接続部に挿入する際には、この電線係止溝により、被覆が剥離され露出したアルミニウム芯線14表面の酸化被膜が破られる構成であっても良い。
【0020】
電線接続部30は、後述するように、銅または銅合金からなる条材(条)を平面展開した形状に打ち抜き、曲げ加工によって形成される。この場合、嵌合部20を一体に設けても良い。
次に、電線接続部30と嵌合部20とが一体に平面展開した形状に打ち抜かれて形成される場合の、電線接続構造体10の製造工程について説明する。
まず、本実施形態の比較例として、電線接続構造体10の製造工程の各段階を個別に行う場合について、
図3を用いて説明する。なお、
図3は、電線接続部30をモデル化して示した図である。
【0021】
図3(A)に示すように、まず、嵌合部20が一体化された平面状態の電線接続部30をプレスして、断面C字型に曲げる加工を行う。次に、
図3(B)に示すように、断面C字型に曲げた電線接続部30のプレス断面33を、電線接続部30の上面側で長手方向に突合せ溶接して、筒状の電線接続部30を形成する。プレス断面の突合せ溶接には、ファイバーレーザー溶接が好ましいが、電子ビーム溶接等の溶接を行うことも可能である。なお、ファイバーレーザー溶接では、焦点を極小なスポットに合わせ、高出力、連続照射なレーザー溶接を行うことができる。これにより、プレス断面の突き合せ部を確実に溶接することができる。
【0022】
続いて、
図3(C)に示すように、筒状の電線接続部30内を封止するために、電線接続部30のトランジション部40に接続される先端32を電線接続部30の底面側に向かって押し潰して、略平板状に塑性変形させる。なお、この参考例では、電線接続部30の上面側を突合せ溶接して、筒状の電線接続部30を形成する構成としたが、これに限らず、電線接続部30の底面側において突合せ溶接する構成であっても良い。
【0023】
次に、
図3(D)に示すように、潰した電線接続部30の先端32を横断方向に溶接して封止する。こうして、先端32が封止された管状の電線接続部30に、
図3(E)に示すように、電線挿入口31から電線接続部30の内部に先端の被覆が剥離されアルミニウム芯線14が露出した電線13を挿入する。電線13は、ワイヤーストリッパーを用いて電線端部の導体絶縁層15を剥離してアルミニウム芯線14を露出させることができる。そして、この状態で電線13を、電線接続部30に差し込む。
【0024】
最後に、
図3(F)に示すように、電線接続部30と電線13とを圧着して結合させる。電線接続部30と電線13とを圧着する場合には、アンビル及びクリンパ(不図示)等の治具を用いて強圧縮することで塑性変形させる。なお、電線接続部30では、アルミニウム芯線14を強圧縮して導通を維持する機能と、導体絶縁層15を圧縮して電線接続部30の内周面と電線13の外周面との間のシール性を維持する機能とが要求される。電線接続部30と電線13とを圧着させる際には、アンビル上にセットした電線接続部30に、上方からクリンパを下降させ、圧力を加えて、かしめる(圧着する)工法を取ることができる。なお、電線13は、電線接続部30に挿入された際に、導体絶縁層15の外周が電線接続部30の内周に密接する径寸法に形成され、電線接続部30と電線13との間のシール性が維持される構成であっても良い。
【0025】
このように、電線接続構造体10の製造工程では、複数の段階を経て管端子11と電線13とが圧着結合される。そのため、工程数を減らすことで電線接続構造体10の生産効率の向上を図ることが要求されている。
【0026】
図4は、管端子11を構成する板材である端子成形片101を条150から打ち抜くプレス工程の説明図である。
図4(A)は管端子11の長手方向における断面図であり、(B)は条150から端子成形片101が打ち抜かれる態様を示す。
端子成形片101は、長手形状の金属板である条150をプレスにより打ち抜いて形成される。条150は、予め、銅(Cu)または銅と銅以外の金属を含む合金(以下、銅合金という)からなる薄板形状の地金に、錫(Sn)めっきが施され、テープ状にされたものである。地金として用いる銅合金は、例えば、銅の他にニッケル(Ni)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、錫、マグネシウム(Mg)等を含むものが挙げられる。錫めっきの下地として、ニッケルめっき、錫銅(Sn−Cu)めっき、無光沢錫めっきを施してもよい。即ち、錫めっきにより形成される層は、表面の錫めっき層と地金との間に、ニッケルめっき層、錫銅めっき層、無光沢錫めっき層等を含んでいてもよい。
【0027】
打ち抜き加工により、条150の長手方向に複数の端子成形片101が連続して並び、連結部164により連結された形状の連鎖端子が形成される。このプレス工程では、テープ形状の連結部164には各端子成形片101の位置に対応する位置決め穴165が連鎖端子とともに打ち抜かれる。
端子成形片101は、折り曲げ加工により嵌合部20を構成するボックス成形部111、電線接続部30を構成する管状成形部112、トランジション部40を構成するトランジション成形部113、及び、嵌合部20内のスプリングを構成するスプリング成形部114を有し、管状成形部112の末端が連結部164に繋がっている。
ボックス成形部111は複数回の折り曲げ加工により箱形に成形され、嵌合部20となる。また、スプリング成形部114は、ボックス成形部111に対する折り曲げ加工時に嵌合部20内に入り込むように曲げられて、嵌合部20内部で雄側のピン(図示略)を係止するスプリングとなる。
管状成形部112は、
図3(A)に示したようにプレス加工により断面C字形状に曲げ加工され、その後に突き合わせ溶接されて電線接続部30となる。従って、
図4(B)中で破線で囲んだ管状成形部112の端面が、プレス断面33となる。
【0028】
プレス断面33においては、銅または銅合金からなる薄板の地金と、地金の表面に形成された錫めっきの層とが露出する。錫めっきの層は端子成形片101の板厚に比べて非常に薄い。端子成形片101の板厚、すなわち条150の板厚は、管端子11としての強度等の観点から、例えば0.25mm程度とされるのに対し、錫めっきの層の厚さは、例えば0.5μm〜10μm程度である。従って、プレス断面33の大部分は、銅または銅合金の地金が露出している。
【0029】
ここで、発明者らは、プレス断面の溶接技術を導入するにあたり、銅や銅合金はレーザー溶接に用いられる波長領域での反射率が高い点に着目し、より効率よく溶接を行う方法について検討した。特にファイバーレーザー及びYAGレーザーのレーザー光の波長帯において、銅や銅合金の表面におけるレーザー光の反射率は高く、言い換えればレーザーの吸収率が低い。このため、レーザー溶接加工の高速化が難しい。
これに対し、錫めっき層に含まれる錫は、ファイバーレーザーやYAGレーザーを含むレーザー光の波長域で反射率が低く、高い吸収を示す。
そこで発明者らは、銅または銅合金が露出する溶接対象面に錫を配置することにより、錫がレーザー光を吸収して温度が速やかに上昇するとの知見を得た。この場合の錫は吸光材として機能し、銅または銅合金が露出した面にレーザー光を照射する場合に比べて速やかに温度が上昇する。また、金属材料の波長吸収率は温度依存性を呈するので、溶接対象面の温度が上昇するにつれ、錫のレーザー光の吸収が増大するとともに、銅または銅合金のレーザー光の吸収も増大を続ける。銅または銅合金が融点に達すると、レーザー光の吸収はさらに上昇し、速やかにレーザー加工を進めることができる。従って、溶接対象面に錫を露出させておくことによって、溶接対象面の温度を速やかに上昇させ、より短時間でレーザー溶接加工を実行できる。また、溶接対象面において銅または銅合金の上に錫が重なっていることにより、溶融した錫が母材である銅または銅合金に溶け込む等の作用によって、溶接の進行をより速やかにしている可能性も考えられる。この方法を管端子11の製造方法に適用すれば、
図3(B)に示すプレス断面33を溶接する際に、電線接続部30の一端から溶接を開始すると、錫の温度が上昇して速やかに溶解する。さらに、銅または銅合金の地金が溶融した後に温度がさらに上昇して照射位置付近の母材が次々と溶融し、長手方向に速やかにレーザー溶接加工を進めることができ、電線接続部30の他端まで短時間で溶接できる。
レーザー溶接加工の前にプレス断面33に錫を露出させる方法は種々あるが、本実施形態では、端子成形片101の表面にめっき加工されている錫を、溶接されるプレス断面33に回り込ませることで、プレス断面33に錫を露出させる。この方法では、端子成形片101の表面にめっきされる錫を利用することにより、プレス断面33に付着させる錫を新た調達する必要がなく、工数の大幅な増加を伴わないという利点がある。
【0030】
第1の方法としては、管端子11の製造工程のうち条150から端子成形片101を打ち抜く工程で、プレス断面33にダレを発生させる方法が挙げられる。この工程(抜き工程)では、例えば上型と下型からなる金型により条150を上下から挟んでプレスすることにより、金型の刃によって条150が剪断され、プレス断面33が形成される。
【0031】
図5は、突き合わせ溶接されるプレス断面33の状態の一例を示す図であり、(A)はプレス断面33の正面図、(B)はプレス断面33を含む端子成形片101の断面図である。
図5(A)及び(B)には上記第1の方法で形成されたプレス断面33の態様を示す。
図5(A)及び(B)では、端子成形片101を構成する銅または銅合金製の地金101Aの上面と下面に、それぞれ、錫めっき層101B、101Cが形成されている。なお、上記のように錫めっき層101B、101Cは地金101Aに比べて非常に薄く形成される層であるが、理解の便宜を図るため、
図5(A)及び(B)では錫めっき層101B、101Cの厚みを誇張して大きく示している。実際の端子成形片101の断面には地金101Aに比べて非常に薄い錫めっき層101B、101Cが現れる。また、錫めっき層101B、101Cは、端子成形片101の表面にある錫の層だけでなく、上述した下地めっき層を含んでもよい。
【0032】
プレス断面33には、端子成形片101の地金101Aの断面33Aが露出している。さらに、プレス断面33には、図中上側からダレ33Bが発生している。ダレ33Bはプレス金型の剪断方向に沿って伸びており、
図5(A)及び(B)に示すように、端子成形片101の上側の錫めっき層101Bがダレ33Bとなってプレス断面33のほぼ半分を覆う。ダレ33Bの大きさは、プレス加工(抜き加工)に用いる刃の形状等を適宜調整することによって調整できる。また、プレス断面33にはダレ33Bが発生しない側の錫めっき層101B、101Cの断面も露出するが、上記のように錫めっき層101B、101Cは地金101Aに比べ薄いため、溶接性への影響を考慮する必要はない。
なお、抜き加工時の金型の構成により剪断方向が逆向きになることがあるが、この場合は錫めっき層101Cがダレとなってプレス断面33に現れる。従って、端子成形片101の両面に錫めっき層101B、101Cが形成されている場合は剪断方向の制限はない。また、端子成形片101の一方の面のみ錫めっき層が形成されている場合には、この錫めっき層がダレとなるように剪断方向を決めれば良い。
プレス断面33に、
図5(A)及び(B)に示すように錫で覆われた部分が形成されることにより、このプレス断面33をレーザー溶接する際にはレーザーが良好に吸収されることから母材が速やかに高温となって溶融し、速やかに溶接を完了できる。
この第1の方法では、端子成形片101に新たな加工を施すことなく、抜き加工の工程でプレス断面33に錫を露出させることができる。このため、工程や使用する材料を増やすことなく、レーザー溶接の効率を高めることができる。
第1の方法でレーザー溶接を行った後は、
図3(A)〜(D)に示す工程が行われて管端子11が製造される。
【0033】
プレス断面33に錫めっき層101B、101Cの錫を回り込ませる方法としては、他にも以下のような方法がある。
第2の方法としては、条150から端子成形片101を抜く加工の後、プレス断面33を叩く加工を施して、錫めっき層101Bまたは錫めっき層101Cの錫を回り込ませる方法が挙げられる。この加工は、プレス断面33の上端または下端を叩いてもよいし、プレス断面33の上端または下端からプレス断面33を引っ掻く、または擦るように叩いてもよい。この場合も、錫めっき層101B、101Cのいずれかの層を構成する錫がプレス断面33に付着するので、レーザー溶接を速やかに行えるようになる。この叩く工程を、例えば、
図3(A)に示すように管状成形部112を断面C字形状に曲げるプレス加工時に合わせて行うことができ、この場合、工程や使用する材料を増やすことなく、レーザー溶接の効率を高めることができる。さらに、
図3(B)〜(D)の工程を行えば、管端子11が製造される。
【0034】
第3の方法としては、条150から端子成形片101を打ち抜いた後で、打ち抜いた端子成形片101に錫めっきを施す方法が挙げられる。この場合、打ち抜き前の条150は、錫めっきがされていない状態とすることができる。例えば、銅または銅合金からなる地金が露出した状態とすることもできる。また、上述した下地めっきを上記地金に施した状態とすることもできる。そして、この条150から端子成形片101を打ち抜いた後に、端子成形片101を浴に浸して、下地めっきと錫めっき、または錫めっきを施す。この場合、プレス断面33の全面が錫で覆われるため、レーザー溶接を速やかに行える。また、錫めっきが施されていない条150を使用すれば、めっきの工数が増えることもないので、合理的である。
【0035】
なお、本実施形態では、条をプレスし、プレス断面を突合せ溶接して筒状の電線接続部30を形成する段階から、電線接続部30の先端32を溶接する段階までの工程を電線接続構造体10を製造する一連の工程として示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、条をプレスし、プレス断面を突合せ溶接して筒状の電線接続部30を形成する段階の工程を、管端子11の製造工程において実施し、電線接続部30に電線13を挿入する段階から、電線接続部30の先端32を溶接する段階までの工程をワイヤーハーネスの製造工程において実施する構成であっても良い。
【0036】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、銅または銅合金の条150をプレスし、プレス断面33同士を突き合わせレーザー溶接して筒状に形成される管端子11の製造方法において、条150表面に錫めっきを施し、錫めっきした条150のプレス時にプレス断面33に錫めっきを回り込ませて、レーザー溶接するので、プレス断面33に錫が現れた状態でレーザー溶接を行う。これにより、レーザー溶接時に速やかに、かつ良好に母材を溶融させて高品質の溶接を速やかに行える。従って、管端子11、及び管端子11を用いた電線接続構造体10の生産効率の向上を図ることができる。
また、条150のプレス時にプレス断面33にダレ33Bを形成させ、プレス断面33に錫めっきを回り込ませることにより、工程や材料を増やすことなくレーザー溶接加工の効率を高めることができる。
【0037】
また、条150のプレス時に叩き加工をしてプレス断面33に錫めっきを回り込ませても、同様の効果が得られる。さらに、条150のプレス時にプレス断面33に錫を後めっきしてレーザー溶接することもできる。また、条150をプレスし、条150のプレス時にプレス断面33を含む表面に錫めっきを施してレーザー溶接することもできる。