JP6219039B2 - 溶接方法、管端子、管端子の製造方法、電線接続構造体、及び、電線接続構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用ワイヤーハーネスのコネクターに挿入される電線接続構造体に用いられる溶接方法、管端子、管端子の製造方法、電線接続構造体、及び、電線接続構造体の製造方法に関する。

従来、自動車の車内配線では、多くの電気配線を必要とするため、複数の電線を束にして集合部品としたワイヤーハーネスが用いられている。このように自動車等に使用されるワイヤーハーネスでは、多芯コネクターに電線が接続された端子としての電線接続構造体が挿入されて、電気接続が確保されている。電線接続構造体には、端子のワイヤーバレルと呼ばれるＵ字型の電線接続部分に被覆が剥離された電線が圧着と呼ばれる工法でかしめられている。この種の電線接続構造体では、被覆を剥離した電線の表面が露出しているため、雨水等に晒されて腐食が発生しやすいという問題があった。このため、電線の腐食を防止するために、端子に電線を圧着した後に、電線の露出領域及びその近傍領域の全外周を樹脂材等の絶縁被覆部材によってモールド成形する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２２２２４３号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、モールド成形は圧着後に個々の圧着部に対して樹脂をモールドする作業を要するため、作業が煩雑になるとともに、ワイヤーハーネスの製造の工程が大きく増す等の課題があった。さらに、モールド成形によって、圧着部が肥大してしまい、各端子が装着されるコネクターハウジングのサイズを上げる必要が生じ、コネクターが大型化してしまうこととなり、ワイヤーハーネス全体を高密小型に成形することができなかった。そのため、先端を潰して溶接した管状の電線接続部に電線を挿入し、電線接続部と電線とを圧着した電線接続構造体が検討されている。

しかしながら、管状の電線接続部の先端を潰して溶接する際には、金属板を折り曲げて重ね合せた部分を溶接する必要があり、この場合、残留応力により重ね合せた部分が変形したまま溶接される場合があった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、溶接対象物の形状変形やズレを抑えることができる溶接方法、管端子、管端子の製造方法、電線接続構造体、及び、電線接続構造体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、一枚の金属板を曲げて平板状の重ね合わせ部分を形成し、前記重ね合わせ部分をレーザービームや電子ビームを照射して溶接する溶接方法において、前記重ね合せ部分の本溶接に先立って、前記重ね合せ部分を仮止め溶接することを特徴とする。
また、上記構成において、前記一枚の金属板を左右両側から折り返すように曲げて前記重ね合わせ部分を形成したことを特徴とする。
また、上記構成において、左右両側から折り返すように曲げた前記一枚の金属板の左右の両端面を突き合わせ溶接したことを特徴とする。
また、上記構成において、前記重ね合わせ部分を、左右の重ね合わせ部分のそれぞれを仮止め溶接した後、左右の重ね合わせ部分にまたがるように本溶接して溶接したことを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、前記一枚の金属板を左右両側から折り返すように曲げて重ね合わせ部分を形成し、前記重ね合わせ部分をレーザービームや電子ビームを照射して溶接する溶接方法において、左右の前記重ね合わせ部分を重ね方向に沿って溶接する仮止め溶接と、前記重ね合わせ部分の左右の金属板にまたがるように溶接する本溶接とを行うことを特徴とする。

また本発明は、上記溶接方法において、前記仮止め溶接は、左右の前記重ね合わせ部分のそれぞれで行われることを特徴とする。
また、上記構成において、前記本溶接に交差する方向であって、前記金属板の左右の端部に沿った方向に前記重ね合わせ部分を溶接する工程を備えたことを特徴とする。
また、上記構成において、前記金属板の左右の端部に沿った方向に前記重ね合わせ部分を溶接する工程は、前記金属板の左右の両端面を突き合わせ溶接する工程であることを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも管状の電線接続部を有し、当該管状の電線接続部の先端の潰された部分が溶接された管端子において、前記先端の潰された部分の溶接の部分は、仮止め溶接された部分と本溶接された部分とを含むことを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも管状の電線接続部を有し、当該管状の電線接続部の先端を潰して溶接する管端子の製造方法において、前記先端の本溶接に先立って、潰した部分を仮止め溶接することを特徴とする。

また本発明は、上記管端子の製造方法において、前記仮止め溶接に対し、本溶接が重ならないように溶接することを特徴とする請。

また本発明は、上記管端子の製造方法において、前記仮止め溶接を複数個所に行い、各仮止め溶接個所の間を本溶接することを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも管状の電線接続部を有し、当該管状の電線接続部の先端の潰された部分が溶接された管端子と、この管端子の電線接続部に挿入され圧着された電線とを備える電線接続構造体において、前記先端の潰された部分の溶接の部分は、仮止め溶接された部分と本溶接された部分とを含むことを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも管状の電線接続部を有し、管状の電線接続部の先端を潰して溶接した管端子と、この管端子の電線接続部に挿入され圧着された電線とを備える電線接続構造体の製造方法において、前記先端の本溶接に先立って、潰した部分を仮止め溶接することを特徴とする。

本発明によれば、金属板を折り曲げて重ね合せた重ね合せ部の本溶接に先立って、重ね合せ部分を仮止め溶接するため、本溶接の際の溶接対象物の形状変形やズレを抑えることができる。

本実施形態にかかる電線接続構造体を示す斜視図である。 電線接続構造体の長手方向断面を示した断面図である。 電線接続部を示す斜視図であり、（Ａ）は先端溶接前の筒状の電線接続部を示し、（Ｂ）は先端溶接後の電線接続部を示す図である。 電線接続部の先端の溶接個所を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

電線接続部３０は、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。
図３は、電線接続部３０を形成する工程をモデル化して示した図である。電線接続部３０は、図３（Ａ）に示すように、平面状態に打ち抜かれた金属板材をプレスして断面Ｃ字型に曲げ、長手方向に対向するプレス断面３３を上面側で突合せ溶接して、筒状に形成される。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、超音波溶接、抵抗溶接等の溶接法でもかまわない。また、はんだ、ろう等、接続媒体を使っての接合でも良い。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。

筒状に形成された電線接続部３０のトランジション部４０に接続される先端３２は、図３（Ｂ）に示すように、電線接続部３０の底面側に向かって押し潰される。これにより、先端３２を、略平板状に塑性変形させて、電線接続部３０内を封止する。なお、本実施形態では、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。

潰した電線接続部３０の先端３２は、さらに、横断方向に線上に溶接されて封止される。
先端３２が封止された管状の電線接続部３０には、電線挿入口３１から、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が挿入される。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。なお、電線１３は、電線接続部３０の先端３２を封止するより前の工程で、電線接続部３０の内部に挿入される構成であっても良い。

次に、電線接続部３０の先端３２の溶接工程について説明する。
図４は、電線接続部３０の先端３２の溶接個所を示す図である。図４に示すように、電線接続部３０の先端３２は、筒状の電線接続部３０の天面側が底面側に向かって押し潰されており、金属板を折り曲げて上下に重ね合せた状態となっている。この、金属板が上下に重ね合された部分を、例えばファイバーレーザー溶接や電子ビーム溶接により溶接することで、先端３２の確実な止水性を保つことができる。

ところで、金属板を折り曲げて重ね合せた対象物に対し、ファイバーレーザービームや電子ビームを金属表面に照射して溶接する場合には、曲げ加工後の残留応力により重ね合せ部分が変形したり、ずれたりした状態のまま溶接される場合がある。そのため、曲げ加工後の残留応力により重ね合せ部が変形したり、ずれたりした状態のまま溶接されるのを防ぐために、本実施形態では、電線接続部３０の潰した先端３２の本溶接に先立って、仮止め溶接を行っている。

図４に示すように（先端３２のＡ部拡大図）、先端３２Ａには、横断方向に線上に溶接された本溶接個所４１と、この本溶接個所４１に重ならないように局所的に溶接された複数の仮止め溶接個所４２，４３，４４，４５とに溶接が施されている。
電線接続部３０の先端３２を溶接する際には、電線接続部３０の先端３２を潰して電線接続部３０内を封止した後、まず、仮止め溶接個所４２，４３，４４，４５を溶接する仮止め溶接を行う。そして、仮止め溶接個所４２，４３と、仮止め溶接個所４４，４５との間を、先端３２の横断方向に本溶接する。このように、掃引距離の長い本溶接に先立って、掃引距離の短い仮止め溶接により潰した先端３２を固定しておく。これにより、先端３２の潰した部分３２Ａの残留応力により、先端３２が変形したり、ずれたりした状態のまま本溶接されるのを防ぐことができる。

先端３２の潰した部分３２Ａにおいて、仮止め溶接は、先端３２を潰す曲げ加工の残留応力が大きい少なくとも２カ所以上に行うのが望ましい。本実施形態では、特に、潰した部分３２Ａにおける仮止め溶接個所４２，４３の残留応力が高い傾向があり、少なくともこの２カ所を仮止め溶接することで、残留応力による先端３２の変形を抑えることができる。
また、仮止め溶接を３カ所行う場合には、例えば、仮止め溶接個所４２，４３、及び、仮止め溶接個所４４、４５のいずれかに仮止め溶接すればよく、この場合、本溶接個所４１は、仮止め溶接個所４２，４３と、仮止め溶接個所４４または４５との間となるようにする。さらに、仮止め溶接を４カ所行う場合には、仮止め溶接個所４２，４３，４４，４５に仮止め溶接して、本溶接個所４１が、仮止め溶接個所４２，４３と、仮止め溶接個所４４，４５との間となるようにする。これにより、本溶接に先立って、残留応力による潰した先端３２の変形を抑制し、固定することができる。よって、先端３２の残留応力による形状変形やズレを抑えることができる。

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、金属板を折り曲げて重ね合せた対象物に対し、レーザービームや電子ビームを照射して重ね合せ部分を溶接する溶接方法において、重ね合せ部分の本溶接に先立って、重ね合せ部分を仮止め溶接する。これにより、重ね合せ部を仮止め溶接により固定しておくことができる。よって、重ね合せ部が、曲げ加工後の残留応力で変形したり、ずれたりした状態のまま本溶接されるのを防ぐことができ、溶接対象物の形状変形やズレを抑えることができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、仮止め溶接に対し、本溶接が重ならないように溶接するため、曲げ加工後の残留応力が大きい個所を仮止め溶接により固定し、本溶接により、重ね合せ部を確実に溶接することができる。これにより、重ね合せ部が、曲げ加工後の残留応力で変形したり、ずれたりした状態のまま本溶接されるのを防ぐことができ、溶接対象物の形状変形やズレを抑えることができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、仮止め溶接を複数個所に行い、各仮止め溶接個所の間を本溶接するため、曲げ加工後の残留応力が大きい個所を仮止め溶接により確実に固定することができる。そして、複数の仮止め箇所の間を本溶接することで、重ね合せ部を確実に溶接することができる。これにより、重ね合せ部が、曲げ加工後の残留応力で変形したり、ずれたりした状態のまま本溶接されるのを防ぐことができ、溶接対象物の形状変形やズレを抑えることができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、少なくとも管状の電線接続部３０を有し、当該管状の電線接続部３０の先端３２を潰して溶接してなる管端子１１において、先端３２の本溶接に先立って、潰した部分３２Ａを仮止め溶接した。この構成よれば、先端３２の潰した部分３２Ａを仮止め溶接により固定しておくことができる。よって、潰した部分３２Ａが、曲げ加工後の残留応力で変形したり、ずれたりした状態のまま本溶接されるのを防ぐことができ、溶接対象の先端３２の形状変形やズレを抑えることができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、少なくとも管状の電線接続部３０を有し、管状の電線接続部３０の先端３２を潰して溶接した管端子１１と、この管端子１１の電線接続部３０に挿入され圧着された電線１３とを備える電線接続構造体１０において、先端３２の本溶接に先立って、潰した部分３２Ａを仮止め溶接した。この構成によれば、先端３２の潰した部分３２Ａを仮止め溶接により固定しておくことができる。よって、潰した部分３２Ａが、曲げ加工後の残留応力で変形したり、ずれたりした状態のまま本溶接されるのを防ぐことができ、溶接対象の先端３２の形状変形やズレを抑えることができる。

１０ 電線接続構造体
１１ 管端子
１３ 電線
３０ 電線接続部
３２ 先端（重ね合せた対象物）
３２Ａ 潰した部分（重ね合せ部分）
４１ 本溶接個所
４２、４３、４４、４５ 仮止め溶接個所

Claims (14)

1. 一枚の金属板を曲げて平板状の重ね合わせ部分を形成し、前記重ね合わせ部分をレーザービームや電子ビームを照射して溶接する溶接方法において、前記重ね合せ部分の本溶接に先立って、前記重ね合せ部分を仮止め溶接することを特徴とする溶接方法。
2. 前記一枚の金属板を左右両側から折り返すように曲げて前記重ね合わせ部分を形成したことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
3. 左右両側から折り返すように曲げた前記一枚の金属板の左右の両端面を突き合わせ溶接したことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
4. 前記重ね合わせ部分を、左右の重ね合わせ部分のそれぞれを仮止め溶接した後、左右の重ね合わせ部分にまたがるように本溶接して溶接したことを特徴とする請求項２または３に記載の溶接方法。
5. 前記一枚の金属板を左右両側から折り返すように曲げて重ね合わせ部分を形成し、前記重ね合わせ部分をレーザービームや電子ビームを照射して溶接する溶接方法において、左右の前記重ね合わせ部分を重ね方向に沿って溶接する仮止め溶接と、前記重ね合わせ部分の左右の金属板にまたがるように溶接する本溶接とを行うことを特徴とする溶接方法。
6. 前記仮止め溶接は、左右の前記重ね合わせ部分のそれぞれで行われることを特徴とする請求項５に記載の溶接方法。
7. 前記本溶接に交差する方向であって、前記金属板の左右の端部に沿った方向に前記重ね合わせ部分を溶接する工程を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の溶接方法。
8. 前記金属板の左右の端部に沿った方向に前記重ね合わせ部分を溶接する工程は、前記金属板の左右の両端面を突き合わせ溶接する工程であることを特徴とする請求項７に記載の溶接方法。
9. 少なくとも管状の電線接続部を有し、当該管状の電線接続部の先端の潰された部分が溶接された管端子において、前記先端の潰された部分の溶接の部分は、仮止め溶接された部分と本溶接された部分とを含むことを特徴とする管端子。
10. 少なくとも管状の電線接続部を有し、当該管状の電線接続部の先端を潰して溶接する管端子の製造方法において、前記先端の本溶接に先立って、潰した部分を仮止め溶接することを特徴とする管端子の製造方法。
11. 前記仮止め溶接に対し、本溶接が重ならないように溶接することを特徴とする請求項１０に記載の管端子の製造方法。
12. 前記仮止め溶接を複数個所に行い、各仮止め溶接個所の間を本溶接することを特徴とする請求項１０に記載の管端子の製造方法。
13. 少なくとも管状の電線接続部を有し、当該管状の電線接続部の先端の潰された部分が溶接された管端子と、この管端子の電線接続部に挿入され圧着された電線とを備える電線接続構造体において、前記先端の潰された部分の溶接の部分は、仮止め溶接された部分と本溶接された部分とを含むことを特徴とする電線接続構造体。
14. 少なくとも管状の電線接続部を有し、管状の電線接続部の先端を潰して溶接した管端子と、この管端子の電線接続部に挿入され圧着された電線とを備える電線接続構造体の製造方法において、前記先端の本溶接に先立って、潰した部分を仮止め溶接することを特徴とする電線接続構造体の製造方法。