JP5823162B2 - 電線導体部の溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、多数本の電線の集中ジョイントを含むフラットなワイヤハーネスを製造可能な電線導体部の溶接方法およびワイヤハーネスに関するものである。

自動車等に用いられるワイヤハーネスは、複数本の電線が接合されて用いられる。このような電線同士の接合は、例えば、複数の電線のそれぞれの絶縁被覆を皮剥ぎして芯線を露出し、各芯線の先端を揃えた状態にして重ね合わせ、この状態で、芯線を挟み込むようにして抵抗溶接や超音波接合で芯線同士を接合する方法がある（特許文献１）。

特開２０００−１８８０１８号公報

しかし、特許文献１のような従来の方法は、抵抗溶接の電極や、超音波接合のアンビルとホーンとの間に電線を挟み込む必要がある。したがって、接続する電線の本数には限界がある。また、接合する電線をフラットな状態で接合することが困難であるため、接合されたワイヤハーネスを狭い領域に配線することが困難である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、多数の電線であってもフラットに接合することが可能な電線の溶接方法等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、電線の端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線導体部を同一面上に併設し、隣り合う前記電線導体部同士を接触させた状態で、前記電線導体部の併設方向の一方の端部側から他方の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを相対移動させながら照射し、前記電線導体部の先端を溶融一体化する電線導体部の溶接方法であって、複数本の前記電線は、異なる電線径を含み、前記電線導体部を同一面上に併設する際に、電線径の太いものから細いものとなるように並べ、電線径の太い側の端部側から電線径の細い側の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを照射することを特徴とする電線導体部の溶接方法である。

第２の発明は、電線の端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線導体部を同一面上に併設し、隣り合う前記電線導体部同士を接触させた状態で、前記電線導体部の併設方向の一方の端部側から他方の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを相対移動させながら照射し、前記電線導体部の先端を溶融一体化する電線導体部の溶接方法であって、前記電線導体部を同一面上に併設する際に、前記電線導体部に対する高エネルギー密度ビームの相対移動方向に対して、複数の電線導体部の先端が斜めに配置され、電線導体部端部から高エネルギー密度ビームのレーザビーム照射軸までの距離が長い側の端部側から、電線導体部端部からレーザビーム照射軸までの距離が短い側の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを照射することを特徴とする電線導体部の溶接方法である。

第１の発明および第２の発明において、電線導体部を同一面上に併設する際に、それぞれの電線導体部の端部が同一方向に向くように配置されてもよい。

第３の発明は、電線の端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線導体部を同一面上に併設し、隣り合う前記電線導体部同士を接触させた状態で、前記電線導体部の併設方向の一方の端部側から他方の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを相対移動させながら照射し、前記電線導体部の先端を溶融一体化する電線導体部の溶接方法であって、前記電線導体部を同一面上に併設する際に、隣り合う電線導体部の端部が互いに対向し、長手方向に略垂直に重なり合うように千鳥状に配置されることを特徴とする電線導体部の溶接方法である。

第１の発明、第２の発明および第３の発明において、高エネルギー密度ビームは、レーザ、電子ビームのいずれかであってもよい。

第１の発明によれば、隣り合う電線導体部同士を接触させて併設し、併設方向の一方の端部側から他方の端部側まで、高エネルギー密度ビームを相対移動させながら照射して、電線の先端を溶融一体化するため、電線の本数が増えても、接合の信頼性に影響を及ぼすことがない。したがって、原理的には接続される電線の本数に制限はない。

また、超音波溶接や抵抗溶接と比較して電線は完全にフラットな状態で接合することができるため、接続部の厚み（電線導体部の併設方向に垂直な方向）が最大電線径よりも厚くなることがない。また、超音波溶接と比較して少ない加工領域で接合強度を確保でき、抵抗溶接のように電流抵抗値によって溶接状態が左右されることもない。

また、異なる電線径の電線を接合する場合に、電線径の太いものから細いものに順次併設し、太い電線径側からレーザ等の高エネルギー密度ビームを照射するため、溶接方向に向けて順次、十分な電線導体部の溶融金属を流すことができ、電線同士を確実に接合することができる。

また、電線の先端を斜めに配列し、電線導体部端部から高エネルギー密度ビームのビームスポットまでの距離が長い側から短い側に向かって高エネルギー密度ビームを照射して電線同士を接合すれば、電線導体部の溶融金属量の多い側から少ない側に溶接されるため、溶接方向に向けて順次、十分な電線導体部の溶融金属を流すことができ、電線同士を確実に接合することができる。

また、本発明では、接合される電線同士の向きが、同一方向であってもよく、対向する方向であってもよい。すなわち、電線の向きによらず電線同士を確実に接合することができる。

第２の発明は、電線の端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線導体部が同一面上に併設されて、隣り合う前記電線導体部の先端同士が、高エネルギー密度ビームによって連続して溶融一体化されることを特徴とするワイヤハーネスである。

第２の発明によれば、多数の電線がフラットに接合されたワイヤハーネスを得ることができる。

本発明によれば、多数の電線であってもフラットに接合することが可能な電線導体部の溶接方法等を提供することができる。

溶接装置１を示す概略図。 電線７の併設状態を示す図。 電線７が接合される状態を示す図。 電線７の他の併設状態を示す図。 太さの異なる電線を併設する状態を示す図。 太さの異なる電線を接合する状態を示す図。 電線７の他の併設状態を示す図。 ワイヤハーネス１５を示す図。 ワイヤハーネス２０を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、溶接装置１を示す概略図であり、図２（ａ）は電線７の併設状態を示す平面図、図２（ｂ）は電線７の併設状態を示す斜視図である。溶接装置１はステージ３およびレーザ照射部等から構成される。ステージ３は、電線７を設置して保持する部位であり、一部に溝５が形成される。ステージ３は、レーザ照射部に対して溝５の形成方向に相対的に移動可能である。

電線７は、電線導体部９の外周が絶縁被覆で被覆されて構成される。電線７の端部は、所定の範囲の絶縁被覆が除去され、電線導体部９が露出する。なお、電線導体部９は、たとえば銅製またはアルミニウム製の単線または複数の素線がより合わされたより線であり、一般的には０．１３〜５．０ｃｍ^２程度のサイズのものが使用される。

電線７は、ステージ３の同一面上にフラットに併設される。この際、隣り合う電線導体部９同士が接触するように、図示を省略した冶具等で電線導体部９が固定される。また、電線導体部９の先端が後述するレーザの相対移動方向に沿って揃えられて配置される。また、電線導体部９の端部（接合部）は、溝５の上にはみ出すように配置される。

この状態で、高エネルギー密度ビームであるレーザ１１が照射される（図中矢印Ａ方向）。この際、レーザ１１のレーザビーム照射軸１２が、電線導体部９の端部から所定の位置となるようにする。レーザ１１を照射した状態で、ステージ３を電線７の併設方向に移動させる（図１の矢印Ｂ方向）。または、ガルバノスキャナを用いてレーザビームを遠隔装置によりライン照射してもよい。すなわち、レーザ１１の照射位置がステージ３（電線７）に対して相対的に移動する（図中矢印Ｃ方向）。

図３は、電線７が接合される状態を示す図である。まず、図３（ａ）に示すように、電線７の併設方向の一方の端部（図の上方）からレーザ１１が照射されると、電線導体部９の端部が溶融される。この際、溶融金属の濡れ、表面張力および隣り合う電線導体部同士の熱伝導により、電線導体部９の先端位置を先端側とは逆方向に向かって退かせながら、次々と溶接される。すなわち、溶融金属は、隣り合う電線方向（図の下方）に流れながら溶融金属同士が一体化して凝固することで溶接部１３が形成される。

レーザ１１を順次電線導体部９の端部近傍に照射しながら、電線７の併設方向の他方の端部（図の下方）まで移動させると、全ての電線が溶接され、両端部間に溶接部１３が形成される。すなわち、レーザの相対移動に伴って、溶融した金属は順次、隣接する電線方向に流れていき、溶接部１３で確実に一体化される。

なお、接合される電線の本数等については図示した例に限られない。本発明では、レーザ１１と併設された電線７との相対移動が可能な範囲であれば、レーザエネルギーで所望の電線溶接部を得るための溶融を行えないような極端に太い電線でない限り理論上、接合される電線の本数に限界はない。

また、電線導体部９の先端からレーザ１１のレーザビーム照射軸１２までの距離（図２（ａ）の電線導体部９先端から矢印Ｃまでの距離）としては、適切なレーザ出力である状態において、例えば電線導体部９の外径の１／３〜３倍程度とすればよい。距離が短すぎると溶融金属量が少なくなり、距離が長すぎると、線こぼれのように一部の線に溶け残りが生じたりする恐れがあるためである。

図４は、電線７の接合方法の他の例を示す図である。本発明では、多数本の電線を任意の方向に向けて、フラットに接合してワイヤハーネスを構成することができる。

図４（ａ）に示す例では、電線７が互いに対向するように同一平面上に千鳥状に配置される。この際、電線導体部９の先端がレーザの相対移動方向Ｃに対して互いにラップするように配置される。なお、電線導体部９同士が確実に接触するように、図示を省略した冶具等で電線導体部９が固定される。

この状態で、図４（ｂ）に示すように、電線導体部９のラップ部にレーザを順次照射することで、全ての電線導体部９の先端が溶融して一体化される。

また、図５に示すように、電線の径の異なる電線７ａ、７ｂ、７ｃを接合することもできる。電線７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの電線導体部９ａ、９ｂ、９ｃは、電線導体部９ａが最も太く、次いで電線導体部９ｂ、電線導体部９ｃの順に細くなる。

このような場合には、図５に示すように、電線径の太い順に電線を併設させる。図の例では、最も電線径の太い電線導体部９ａ（電線７ａ）、次に電線径の太い電線導体部９ｂ（電線７ｂ）、最も電線径の細い電線導体部９ｃ（電線７ｃ）の順に電線が併設される。なお、隣り合う電線導体部９ａ、９ｂ、９ｃ同士が確実に接触するように、図示を省略した冶具等で電線が両端（図の上下左右方向）から挟み込まれる。この際、図５（ｂ）に示すように、レーザ１１の焦点深度に対して、全ての電線導体部９ａ、９ｂ、９ｃの上面が含まれるように配置される。すなわち、電線導体部９ａ、９ｂ、９ｃの上面の位置が上面に対するレーザ出力密度が一致するように配置されることが望ましい。

この状態で、レーザ１１は、最も電線径の太い電線導体部９ａ（電線７ａ）側の端部から、最も電線径の細い電線導体部９ｃ（電線７ｃ）側の端部方向に向けて（図中矢印Ｃ方向）、レーザ１１を相対移動させて各電線を溶接して一体化する。

図６は、電線導体部９ａ側から電線導体部９ｂ方向に向けてレーザ１１を相対移動させて、電線が溶接される状態を示す図である。電線径の太い電線導体部９ａにレーザ１１を照射すると、電線導体部９ａの端部が溶融する。この際、溶融金属の濡れ、表面張力および隣り合う電線導体部同士の熱伝導により次々と溶接される。図に示す例では、溶融した電線導体部９ａは、隣りの電線導体部９ｂ方向に流れる（図中矢印Ｄ方向）。

すなわち、レーザの相対移動に伴って、溶融した金属は順次、隣接する電線方向に流れていき、確実に一体化される。特に、より多くの溶融金属をレーザ１１の移動方向に流すことができるため、電線同士の界面をより確実に一体化することができる。

なお、このような接合方法は、図４に示すように、電線を千鳥配置に接合する場合にも適用可能である。すなわち、溶接を開始する側から終了する側に向けて、より多くの溶融金属を流せるように、電線を併設すればよい。

また、同様の効果は、同一径の電線の接合でも得ることができる。図７は、同一径の電線７に対して、前述のように効率良く溶融金属を流すための方法である。

まず、図７（ａ）に示すように、電線７を同一平面上に併設する。この際、電線導体部９の先端が、接合方向（レーザのレーザビームスポットの移動経路）に対して斜めになるように配置される。すなわち、電線７の併設方向に対して、角度Ｅだけ電線導体部９の先端が斜め（階段状）になるように配置される。なお、隣り合う電線導体部９同士が確実に接触するように、図示を省略した冶具等で電線が両端（図の上下方向）から挟み込まれる。

この状態で、図７（ｂ）に示すように、レーザ１１（図示省略）が電線導体部９の先端近傍を順次相対移動（図中矢印Ｃ方向）する。この際、レーザ１１は、レーザビーム照射軸１２から電線導体部９の先端までの距離Ｆ１が長い側の端部（図中上方）から、レーザビーム照射軸１２から電線導体部９の先端までの距離Ｆｎが短い側の端部（図中下方）に向けて相対移動させる。

このようにすることで、最初にレーザ１１が照射される電線導体部９の溶融代がＦ１となり、最も多くの金属量が溶融される。そしてレーザ１１の移動に伴い、溶融金属が次々に隣りの電線に効率良く流れていく。したがって、電線界面をより確実に一体化することができる。

ここで、電線の配置角度Ｅは、接合する電線の本数や径等に応じて適宜設定される。例えば、Ｆ１とＦｎがともに、前述した溶融代（電線径の１／３〜３倍）程度の間に入るように適宜設定されればよく、５°程度であれば本発明の効果を得ることができる。なお、先端を斜めに配置しなくても、電線の固定が十分であれば、確実に電線導体同士を接合することが可能である。

以上、本発明によれば、多数本の電線を確実に一体化することができる。また、電線が平面上に配列された状態でフラットに接合されるため、狭い領域にも配策が可能である。

また、本発明によれば、電線の接続方向は任意である。したがって、千鳥状にして対向する方向に電線を接合することもでき、または、一方向に向けて接合することもできる。

また、異なる厚さの電線同士を接続する際に、太い電線から細い電線に並べて、太い電線側から溶接を行うことで、より多くの溶融金属を溶接に寄与させることができる。このため、電線同士をより確実に一体化させることができる。

また、電線先端がレーザの移動方向に対して斜めになるように配置し、溶融代が長い側から短い側に向けて溶接を行うことで、より多くの溶融金属を溶接に寄与させることができる。このため、電線同士をより確実に一体化させることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、電線の接続方法は、図２〜図７に示した例に限られず、電線の本数や接続する配置等は適宜設定することができる。また、図２〜図７に示す接続方法は、適宜組み合わせることもできる。例えば、太さの異なる電線の接合方法と、電線端部の斜め配置による電線の接合方法を組み合わせることもできる。

また、高エネルギー密度ビームとしては、レーザのみではなく、電子ビーム等を適用することもできる。

また、本発明の上述の各種実施形態により製造された集中ジョイントを含むワイヤハーネスとしては、図８〜図９に示すようにして用いることができる。例えば、図８に示すワイヤハーネス１５は、一旦全体がフラットに形成されたワイヤハーネスが２方向に分岐され、溶接部１３に対して、それぞれが略垂直に２方向に屈曲させて形成される。なお、電線導体部９には、図示を省略した絶縁被覆やキャップ等が設けられる。このため、溶接された電線導体部９がフラットに形成されるとともに、それぞれ分岐された部位がフラット部１７となる。このため、狭隘な部位に対しても敷設が可能である。

また、図９に示すワイヤハーネス２０は、一旦全体がフラットに形成されたワイヤハーネスが２方向に分岐され、溶接部１３に対して、１方が略１８０°屈曲させて形成される。このようにしても、溶接された電線導体部９がフラットに形成されるとともに、それぞれ分岐された部位がフラット部１７となる。このため、狭隘な部位に対しても敷設が可能である。

１………溶接装置
３………ステージ
５………溝
７………電線
９………電線導体部
１１………レーザ
１２………レーザビーム照射軸
１３………溶接部
１５、２０………ワイヤハーネス
１７………フラット部

Claims (5)

1. 電線の端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線導体部を同一面上に併設し、
   隣り合う前記電線導体部同士を接触させた状態で、前記電線導体部の併設方向の一方の端部側から他方の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを相対移動させながら照射し、前記電線導体部の先端を溶融一体化する電線導体部の溶接方法であって、
   複数本の前記電線は、異なる電線径を含み、
   前記電線導体部を同一面上に併設する際に、電線径の太いものから細いものとなるように並べ、
   電線径の太い側の端部側から電線径の細い側の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを照射することを特徴とする電線導体部の溶接方法。
2. 電線の端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線導体部を同一面上に併設し、
   隣り合う前記電線導体部同士を接触させた状態で、前記電線導体部の併設方向の一方の端部側から他方の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを相対移動させながら照射し、前記電線導体部の先端を溶融一体化することを特徴とする電線導体部の溶接方法であって、
   前記電線導体部を同一面上に併設する際に、前記電線導体部に対する高エネルギー密度ビームの相対移動方向に対して、複数の電線導体部の先端が斜めに配置され、
   電線導体部端部から高エネルギー密度ビームのレーザビーム照射軸までの距離が長い側の端部側から、電線導体部端部からレーザビーム照射軸までの距離が短い側の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを照射する電線導体部の溶接方法。
3. 前記電線導体部を同一面上に併設する際に、それぞれの電線導体部の端部が同一方向に向くように配置されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の電線導体部の溶接方法。
4. 電線の端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線導体部を同一面上に併設し、
   隣り合う前記電線導体部同士を接触させた状態で、前記電線導体部の併設方向の一方の端部側から他方の端部側まで、前記電線導体部の併設方向に沿って高エネルギー密度ビームを相対移動させながら照射し、前記電線導体部の先端を溶融一体化する電線導体部の溶接方法であって、
   前記電線導体部を同一面上に併設する際に、隣り合う電線導体部の端部が互いに対向し、長手方向に略垂直に重なり合うように千鳥状に配置されることを特徴とする電線導体部の溶接方法。
5. 前記高エネルギー密度ビームは、レーザ、電子ビームのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電線導体部の溶接方法。

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