JP4818134B2 - 端子圧着装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板部の両側縁にそれぞれ立ち上げられた一対の圧着片（バレル）を有する端子金具を電線の芯線に圧着する端子圧着装置に関する。

従来、電線の芯線に端子を圧着する端子圧着装置として、アンビルとクリンパとにより端子の圧着片を押圧して芯線に加締めるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の装置は、図７に示すように、端子金具６を保持するアンビル４と、該アンビル４の上方に配置されアンビル４との対向面に一対の加締め部２，２を有するクリンパ３とを備えている。そして、この装置は、アンビル４に支持された端子金具６上に芯線７を載置収容した状態で、クリンパ３を下降させて端子金具６の断面Ｕ字状の圧着片６ａ，６ａをアンビル４との間で押圧して、圧着片６ａ，６ａを芯線７に加締めるものである。

近年、電子機器の小型化に伴い、芯線の断面積が０．０８〜０．１３ｍｍ^２のような極細電線が接続される端子金具が提案されている。この種の極細電線は、電線強度の点から、従来、材料として使用されていた軟銅、黄銅よりも硬い銅合金が採用される。しかし、上記従来技術は、このような細くて硬い極細電線を対称にしていないため、上記従来技術により極細電線に端子金具を圧着すると、端子金具の圧着片の食い込みや、電線圧着部の高さや幅にばらつきが生じる恐れがある。そして、この種のばらつきが生じると、圧着形状が不安定になり、固着力や電気性能が低下する恐れがある。また、極細電線の場合は、ばらつきによる接続性能への影響が特に大きい。

そこで、極細電線を対象にした端子圧着方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の方法は、端子金具の寸法と出来上がりの寸法（圧着部の高さ及び幅）を、電線のサイズダウンに伴い縮小し、製造することで、最適な範囲を導き出している。そして、高強度の芯線からなる極細電線の場合、その芯線に接触することなく加締めることで、その芯線は圧着しても十分な引っ張り強度が確保されている。

特開２００２−３７３７５５号公報（図１） 特開２００６−４９１１７号公報（図３，図４）

しかし、上記従来技術による極細電線の圧着技術では、製造上の端子金具の圧着片の食い込みや、圧着部の高さ（クリンプハイト）及び幅（クリンプワイド）にばらつきが生じた場合、圧着形状が不安定になり、固着力や電気性能が低下する恐れがある。

端子金具を極細電線に圧着した場合、端子金具の一方の圧着片の他方への乗り上げ、クリンプハイトが高いことに起因する接触面積の低下、一方の圧着片の底付き、クリンプハイトが低いことに起因する導体強度の低下等を生じてしまう。したがって、端子金具と電線との固着力を低下させ、機械的及び電気的性能の低下を招くという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、極細電線に端子を圧着した際に、電線圧着部の形状が安定化し、機械的性能及び電気的性能に優れた電線圧着部が得られる端子圧着装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。

（１） 電線が載置される湾曲した基板部及び当該基板部の両側縁にそれぞれ立ち上げられた一対の圧着片を有する端子金具を支持するアンビルと、前記アンビルとの間で前記端子金具の圧着片を押圧可能に配置され前記アンビルとの対向部に２つの円弧面からなるアーチ形状の加締め部が形成されたクリンパとを備え、前記アンビルと前記クリンパとにより前記圧着片を押圧し、前記端子金具に載置された電線に前記圧着片を圧着する端子圧着装置において、
前記クリンパの円弧の長さｃと、前記クリンパの中央部における前記円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度θとで定義した指数ａ＝ｃ・cosθを用いて前記クリンパの形状を設計されたことを特徴とする端子圧着装置。

前記（１）記載の端子圧着装置では、クリンパの円弧の長さｃと、クリンパの中央部における円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度θとで定義した指数ａ＝ｃ・cosθを用いて前記クリンパの形状を設計されたことにより、電線への端子金具の各圧着片の適正な食い込みが得られ、電線圧着部の形状が安定する。これにより、端子金具と電線の導体との圧着状態での接触面積及び接触荷重が安定する。

ここで、前記指数ａ＝ｃ・cosθは、０．７≦ａ≦０．８５であることが好ましい。
ａ＜０．７であると、電線への端子金具の各圧着片の食い込みが不十分となり、端子金具と電線の導体との接触面積が減少し、接触信頼性が低下してしまう。

一方、ａ＞０．８５であると、電線への端子金具の各圧着片の食い込みが大き過ぎ、電線の導体への大きなダメージが生じてしまい、端子金具と電線との固着力の低下を招く。また、クリンパの加工が困難となる。

前記（１）の構成の端子圧着装置は、特に、断面積が０．０８〜０．１３ｍｍ^２の芯線に端子金具を圧着する際に有効であり、電線圧着部の形状が安定化する。

また、前記（１）の構成の端子圧着装置は、特に、従来使用されていた軟銅や黄銅よりも硬度の高い銅合金製の芯線に端子金具を圧着する際に有効であり、電線圧着部の形状が安定化する。

例えば、本発明は、材料として錫（Ｓｎ）を成分とする銅合金等の銅合金製の芯線に端子金具を圧着する際に有効である。

本発明によれば、電線圧着部の高さや幅を設定通りに形成することができ、電線圧着部の形状が安定化するので、機械的特性及び電気的特性の低下のないこれらの特性に優れた電線圧着部を得ることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態である端子圧着装置の正面図、図２は図１の圧着装置に用いるクリンパとアンビルとの外観斜視図、図３は図１の圧着装置の要部拡大図である。

図１、図２に示すように、本発明の第１実施形態である圧着装置１０は、フロア上などに設置されるベース１１と、駆動源１２と、端子金具４０と電線５０とを圧着接続する圧着用アプリケータ１３と、から構成されている。

ベース１１は、水平方向に沿って略平坦な平坦部１４を備えている。圧着用アプリケータ１３は、ベース１１に載置されて支持されている。

駆動源１２は、図示しないサーボモータと、駆動力を伝達する駆動軸１５と、シャンク１６の不図示の円板部に掛止されるフック１７と、からなる。サーボモータの回転運動は、ピストン・クランク機構を介して直線運動に変換されて、ラム１８を昇降動作させることができるようになっている。駆動源１２としては、サーボモータの代わりに、ダイレクトドライブ方式でシャンク１６に連結するピストンロッドを備えた油圧シリンダ等を用いてもよい。

圧着用アプリケータ１３は、クリンパ（端子圧着型）１９とアンビル２０とを備え、クリンパ１９の昇降動作により端子金具４０の圧着片４１を加締めて電線５０を圧着する構造になっている。

圧着用アプリケータ１３により加締められる端子金具４０としては、種々の形態の端子金具が適用可能であり、例えば、箱状の電気接触部を有する雌型の端子金具や、タブ状の電気接触部を有する雄型の端子金具や、双方の電線を繋ぐジョイント用の端子金具などが適用可能である。

端子金具４０は、導電性板母材を所定形状に打ち抜き加工してから、折り曲げ成形して形成されたものであり、電線５０の被覆部５１に圧着される被覆圧着部４２と、電線５０の被覆部５１を除去した芯線５２が載置される湾曲した基板部４３と、基板部４３の両側縁にそれぞれ立ち上げられた一対の圧着片４１と、角筒状の電気接触部４５と、を備えている。

端子金具４０は、一対の圧着片４１が、クリンパ１９の昇降動作により内向きに加締められて、電線５０の芯線５２に圧着されて電気的に接続される。

クリンパ１９の昇降動作は、サーボモータの回転運動を、ピストン・クランク機構により直線運動に変換し、クリンパ１９を保持するラム１８を上昇または下降させることにより行われる。ラム１８の昇降動作を制御する不図示の制御部では、ラム１８の加速、減速、圧着、待避等の制御を行う。

圧着用アプリケータ１３は、フレーム２１と、アンビル２０を有するホルダ２２と、フレーム２１に続くラム１８と、ラム１８に螺合して昇降動作するラムボルト２３と、ラムボルト２３が螺合するシャンク１６と、端子送りユニット２４と、から構成されている。

フレーム２１は、側方からみてコ字状に形成されており、ホルダ２２の取付部２５と、上方に延在する支柱部２６と、ラム支持部２７と、から構成されている。

フレーム２１は、ベース１１の平坦部１４に載置されており、不図示のボルトとナット等により締結固定されている。なお、フレーム２１をベース１１に一体的に固定してもよい。

ラム支持部２７は、ホルダ２２の取付部２５から上方に延在する支柱部２６の上端部に連結されている。ラム支持部２７には、ラム１８をガイドする空間が設けられており、ラム１８がスライド自在に嵌入できるようになっている

ホルダ２２には、端子金具４０が載置されるアンビル２０が埋設されている。ホルダ２２は、クリンパ１９とラム１８の下端面２８との双方に対向する平坦面２９を備えている。すなわち、平坦面２９は、昇降方向と接離方向との双方に対し略直交して形成されている。

アンビル２０は、ホルダ２２に収納保持された状態で、フレーム２１の取付部２５に装着される。アンビル２０は、その底板３０をホルダ２２の底壁に密着させた状態で保持されており、ぐらつかない状態で端子金具４０が載置されるようになっている。

アンビル２０は、端子金具４０の基板部４３に当接し、クリンパ１９の押圧力を受けた際に、端子金具４０の圧着片４１を所定の形状に加締めるようになっている。

そして、アンビル２０は、端子金具４０の基板部４３に当接する接触面に湾曲面３１が形成されている。

ラム１８は、方体状に形成されている。ラム１８は、鉛直方向に沿って昇降自在にラム支持部２７に支持されている。また、ラム１８は、その長手方向が昇降方向即ち鉛直方向に沿っている。ラム１８の下端面２８は、前記昇降方向に対し交差する方向に沿って平坦に形成されている。

ラム１８の下半部に、アンビル２０に対して対向するようにクリンパ１９が配置されている。クリンパ１９は、ラム１８がラム支持部２７に昇降自在に支持されることによって、アンビル２０に対し接離自在になっている。言い換えると、クリンパ１９がアンビル２０に接離するのと連動して、ラム１８が昇降動作するようになっている。

クリンパ１９は、方形板状をなしており、アンビル２０側の内面にアーチ形状の加締め部３２が形成されている。加締め部３２は、端子金具４１の圧着片４１を所定の形状に加締めることができるような湾曲状または円弧状に形成されている。

ラムボルト２３は、ラム１８の上端面３３のねじ孔に螺合して取付けられている。ラムボルト２３がラム１８に取り付けられることで、ラム１８は、昇降自在に動作するようになる。

シャンク１６は、中空の円柱状に形成されている。シャンク１６は、一方の側の円板部が駆動源１２のフック１７に結合され、他方の側のねじ部がラムボルト２３のねじ孔に螺合するようになっている。すなわち、シャンク１６は、駆動源１２の駆動力を、ラムボルト２３を介してラム１８に伝達して、クリンパ１９を昇降動作させる。

また、シャンク１６は、ラムボルト２３のねじ孔に対するねじ込み量が調整されることによって、ラムボルト２３との間の相対位置が変更可能にラムボルト２３に取付られている。ラムボルト２３のねじ孔に対するねじ込み量を調整して、シャンク１６のラムボルト２３に対する相対位置が変更されると、アンビル２０とクリンパ１９との間の間隔も変更される。

シャンク１６には、ねじ溝に螺合するナット３４が備わっており、シャンク１６がラムボルト２３のねじ孔にねじ込まれた際に、ナット３４を締結することによって、ラムボルト２３とシャンク１６とが互いに固定される。

端子送りユニット２４は、ラム１８の側部に備わる不図示のカムと、カムに当接して水平方向に移動する同じく不図示の連接棒と、連接棒を内部に収容するレバー支持部３５と、レバー支持部３５に嵌入されるクランク状のレバー３６と、レバー３６を回動自在に支持する枢軸３７と、レバー３６の先端部に備わる端子送り爪３８と、から構成されている。

端子送りユニット２４は、カムが駆動源１２の駆動力によって降下し、その際に連接棒の一側の端部がカムに当接して水平方向に押され、連接棒の他側の端部がレバー３６に当接して、枢軸３７を回動中心としてレバー３６が回動し、そして、不図示の連鎖帯の送り孔に引っかかった端子送り爪３８が連鎖帯を一端子毎に端子送り方向に送り出す。

図３に示すように、アンビル２０の湾曲面３１上に端子金具４０の基板部４３が載置され、基板部４３上に電線５０の芯線５２が載置される。そして、ラム１８が降下されることで、アンビル２０とクリンパ１９とによって、電線５０の芯線５２を中心にして圧着片４１で挟み込み、圧着片４１をクリンパ１９の加締め部３２で加締める。

クリンパ１９は、アンビル２０に向かって開口したアーチ形状の加締め部３２を有し、上下方向に移動可能に設けられている。アンビル２０は、クリンパ１９の下方に配置され、クリンパ１９の加締め部３２内に侵入可能な形状に形成されている。アンビル２０の頂部面が圧着面として形成され、この圧着面には、端子金具４０が載置される湾曲面３１が設けられている。

そして、断面Ｕ字状の圧着片４１の内方に芯線５２が収容された端子金具４０を湾曲面３１に載置し、クリンパ１９を下降させて端子金具４０を上下方向にプレスすると、圧着片４１の両端部はその上端が凹部を形成する壁と摺接して壁に沿って徐々に上方に進みながら内側に押し曲げられてから折り曲げられて、芯線５２を包囲するとともに芯線５２に喰い込むように圧着し加締められる。

クリンパ１９の加締め部３２は、左右対称な一対の円弧面からなり、円弧面の境界部はアンビル方向に向かって突出している。また、加締め部３２の開口端側は、圧着片４１を円弧面に案内するための案内面となっている。

図４に示すように、クリンパ１９の加締め部３２は、後述する指数ａが下式の関係となるように形成されている。
０．７≦ａ≦０．８５
ここで、指数ａは、クリンパ１９の円弧面の長さｃと、クリンパ１９の中央部ｅにおける円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度θとで定義され、指数ａ＝ｃ・cosθである。

なお、図４中、符号ａは、クリンパ１９の加締め部３２により端子金具４０（図３参照）の圧着片４１（図３参照）に作用するベクトル量のうち、垂直方向に作用するベクトル量を、符号ｂは、水平方向に作用するベクトル量を、符号ｃは、クリンパ１９の加締め部３２の円弧面の境界（クリンパ１９の中央部）ｅを通り、アーチ形状の接線方向に作用するベクトル量（クリンパ１９の円弧の長さ）をそれぞれ示す。符号ｄは円弧面の長さを表し、ｃのベクトル量に等しい。また、角度θは、前記ａ及びｃのベクトル方向のなす角度（クリンパ１９の中央部ｅにおける円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度）を示す。

図５（ａ）〜（ｄ）は、端子金具４０の圧着片４１に、電線５０（図３参照）の芯線５２（図３参照）を圧着する工程を示す要部概略断面図である。

すなわち、図５（ａ）に示すように、クリンパ１９とアンビル２０とによって端子金具４０の圧着片４１が折り曲げられ始め、図５（ｂ）に示すように、圧着片４１が更に折り曲げられ、先端が下側に向く。そして、図５（ｃ）に示すように、圧着片４１が更に折り曲げられ、先端同士が当接し、図５（ｄ）に示すように、圧着片４１が更に折り曲げられ、先端が芯線５２（図３参照）に食い込んで加締められる。

クリンパ１９の円弧の長さｃと、クリンパ１９の中央部ｅにおける円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度θとで定義した指数ａ＝ｃ・cosθが、０．７≦ａ≦０．８５に設定されていることにより、図５（ｂ）に示す工程において、圧着片４１の先端が下方を向きやすい方向に押圧力が作用する。また、図５（ｄ）に示す工程においては、電線５０（図３参照）への圧着片４１の食い込みが左右均等になる。この結果、電線圧着部が高さ及び幅を設定通りに形成され、安定した形状になる。

特に、芯線５２の断面積が０．０８〜０．１３ｍｍ^２であり、銅合金のような従来の材料より硬い材料からなる極細電線を用いた場合には、電線圧着部の形状が安定化し、機械的性能や電気的性能の低下のない安定した性能の電線圧着部が得られる。

図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、形状の異なるクリンパにより形成された電線圧着部を示す要部概略断面図である。すなわち、指数ａ＝ｃ・cosθを段階的に変更したクリンパ（実施例１及び比較例１，２）を用いて、端子金具４０を電線５０に圧着した結果を示す。ここで使用した芯線５２は、材料として錫（Ｓｎ）を成分（含有率：０．３％）とする銅合金が用いられ、芯線部の断面積が０．１３ｍｍ^２の電線である。なお、芯線部の断面積が０．０８ｍｍ^２の電線でも同様の結果となった。

図６（ａ）は、ａ＜０．７としたクリンパ（比較例１）を用いて圧着された電線圧着部の状態を、断面で示している。

図６（ａ）から理解されるように、ａ＜０．７のクリンパでは、芯線５２への圧着片４１の食い込みが左右均等にならず、圧着片４１の一方が他方に乗り上げて加締められている。そして、電線圧着部の高さが設定より高くなり、端子金具４０の圧着片４１と芯線５２との接触面積が、設定より小さくなってしまった。また、芯線５２への圧着片４１の食い込みが不十分となり、電線固着力が低下したものとなった。

図６（ｂ）は、０．７≦ａ≦０．８５としたクリンパ（実施例１）を用いて圧着された電線圧着部の状態を、断面で示している。

図６（ｂ）から理解されるように、０．７≦指数ａ≦０．８５のクリンパ１９では、電線圧着部が設定通りの高さと幅に形成された。

図６（ｃ）は、ａ＞０．８５としたクリンパ（比較例２）を用いて圧着された電線圧着部の状態を、断面で示している。

図６（ｃ）から理解されるように、ａ＞０．８５のクリンパでは、電線圧着部の高さが設定よりも低くなり、電線圧着部の機械的強度が低下してしまった。

図６の結果及び断面積が０．０８ｍｍ^２の極細電線についての結果を表１に示す。

図６及び表１の結果から、クリンパの円弧の長さｃと、クリンパの中央部における円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度θとで定義した指数ａ＝ｃ・cosθが、０．７≦ａ≦０．８５のアーチ形状の加締め部を有するクリンパ（実施例１）を用いると、電線圧着部の高さ及び幅が設定通りに形成されることが分かる。これにより、機械的強度及び電気的特性に低下のない形状の安定化した電線圧着部が得られる。

一方、指数ａ＜０．７のアーチ形状の加締め部を有するクリンパ（比較例１）を用いると、芯線５２への端子金具４０の各圧着片４１の食い込みが不十分となり、端子金具４０の圧着片４１と芯線５２との接触面積が減少し、接触信頼性が低下してしまう。

また、指数ａ＞０．８５のアーチ形状の加締め部を有するクリンパ（比較例２）を用いると、芯線５２への端子金具４０の各圧着片４１の食い込みが大き過ぎ、芯線５２への大きなダメージが生じてしまい、端子金具４０と芯線５２との固着力の低下を招く。また、クリンパの加工が困難となる。

以上のように上記実施形態の端子圧着装置１０によれば、電線圧着部の形状を安定させることができ、端子金具４０の圧着片４１と芯線５２との圧着状態での接触面積及び接触荷重を安定させることができる。

すなわち、端子金具４０の一方の圧着片４１の他方への乗り上げ、クリンプハイトが高いことに起因する接触面積の低下、一方の圧着片４１の底付き、クリンプハイトが低いことに起因する芯線５２の強度低下等を防止することができる。

したがって、端子金具４０の各圧着片４１の均等かつ適度な芯線５２への食い込みを容易に実現することができ、各圧着片４１と芯線５２との安定した圧着状態を得ることができる。これにより、実際にクリンパを作製することなく、圧着性能を的確に予測したクリンパ設計を可能とすることができ、機械的及び電気的性能の向上、設計・評価工数及びコストの削減を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明の目的を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明の一実施形態である端子圧着装置を示す正面図である。 図１の端子圧着装置のクリンパ及びアンビルと電線を示す分解斜視図である。 図１の端子圧着装置の要部拡大図である。 図１の端子圧着装置のクリンパを示す要部拡大図である。 端子金具に電線を圧着する工程を示す要部概略断面図である。 形状の異なるクリンパにより形成された電線圧着部を示す要部概略断面図である。 特許文献１で開示されている端子圧着用歯型を示す概略断面図である。

符号の説明

３，１９ クリンパ
４，２０ アンビル
７，５０ 電線
６，４０ 端子金具
６ａ，４１ 圧着片
３２ 加締め部
５２ 芯線
ｃ クリンパの円弧面の長さ
ｅ クリンパの中央部
θ クリンパの中央部における円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度
ａ クリンパの円弧面の長さｃと、クリンパの中央部ｅにおける円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度θとで定義される指数

Claims (4)

1. 電線が載置される湾曲した基板部及び当該基板部の両側縁にそれぞれ立ち上げられた一対の圧着片を有する端子金具を支持するアンビルと、前記アンビルとの間で前記端子金具の圧着片を押圧可能に配置され前記アンビルとの対向部に２つの円弧面からなるアーチ形状の加締め部が形成されたクリンパとを備え、前記アンビルと前記クリンパとにより前記圧着片を押圧し、前記端子金具に載置された電線に前記圧着片を圧着する端子圧着装置において、
   前記クリンパの円弧の長さｃと、前記クリンパの中央部における前記円弧の接線に対する鉛直線とのなす角度θとで定義した指数ａ＝ｃ・cosθを用いて前記クリンパの形状を設計されたことを特徴とする端子圧着装置。
2. 前記指数ａ＝ｃ・cosθが、０．７≦ａ≦０．８５であることを特徴とする請求項１記載の端子圧着装置。
3. 断面積が０．０８〜０．１３ｍｍ^２の前記電線に前記端子金具を圧着することを特徴とする請求項１又は２記載の端子圧着装置。
4. 銅合金製の前記電線に前記端子金具を圧着することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の端子圧着装置。

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