JP7041180B2 - 電線の接続構造及び接続方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電線の接続構造及び接続方法に関する。
例えば、バッテリーに組付けられるバスバーモジュールのバスバーに対して電圧検出線等の電線を接続する技術として、バスバーの被接続部に延設部を形成し、この延設部を折り曲げて保持させた電線の導体を超音波接合するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、バッテリーの電極がアルミニウムである場合、バスバーモジュールのバスバーもアルミニウム製とするのが望ましい。この場合、アルミニウム製のバスバーに対して異種金属である銅からなる電線の導体を接合することとなる。
ところで、上記のバスバーに対する電線の接続構造において、バスバーをアルミニウム製とした場合では、バネ性が低いため、延設部によって電線を安定して保持することが困難となる。このため、バスバーに対する電線の保持位置が軸方向や径方向にぶれてしまう。このように、バスバーに対する電線の保持位置がぶれると、バスバーに対して電線の導体を円滑に超音波接合させることができず、接続信頼性が低下するおそれがある。また、バスバーが銅から形成されている場合では、応力緩和によって延設部による電線の保持力が低下し、電線の保持が不安定となるおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電線が安定して保持されてバスバーに良好に接続された電線の接続構造及び接続方法を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明に係る電線の接続構造及び接続方法は、下記（１）～（４）を特徴としている。
（１） 導体が外被で覆われた電線と、
前記電線に装着される導電性金属材料から形成された接合部材と、
前記接合部材が前記導体を挟んで重ね合わされて超音波接合される導電性金属材料から形成されたバスバーと、
を備え、
前記接合部材は、前記電線を加締めて固定する加締め部を有する、ことを特徴とする電線の接続構造。
（１） 導体が外被で覆われた電線と、
前記電線に装着される導電性金属材料から形成された接合部材と、
前記接合部材が前記導体を挟んで重ね合わされて超音波接合される導電性金属材料から形成されたバスバーと、
を備え、
前記接合部材は、前記電線を加締めて固定する加締め部を有する、ことを特徴とする電線の接続構造。
（２） 前記接合部材は、銅または銅合金から形成されている、ことを特徴とする上記（１）に記載の電線の接続構造。
（３） 前記接合部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている、ことを特徴とする上記（１）に記載の電線の接続構造。
（４） 導電性金属材料からなる接合部材に設けられた加締め部を、外被から導体を露出させた電線に加締めて固定する電線固定工程と、
導電性金属材料からなるバスバーに前記導体を介して前記接合部材を重ね合わせて超音波接合させる接合工程と、
を含む、ことを特徴とする電線の接続方法。
導電性金属材料からなるバスバーに前記導体を介して前記接合部材を重ね合わせて超音波接合させる接合工程と、
を含む、ことを特徴とする電線の接続方法。
上記（１）の構成の電線の接続構造によれば、バスバーに超音波接合される接合部材に、この接合部材に設けられた加締め部によって電線が加締められて固定されている。つまり、バスバーに対して超音波接合された接合部材に電線が位置決めされて安定した状態で固定されているので、バスバーと接合部材とで挟まれた導体を、バスバーに対して良好に導通させることができ、高い接続信頼性を得ることができる。しかも、導体が直接ホーンチップと接触しないので、導体へのダメージが抑えられるとともに、導体が均一にバスバー及び接合部材に接合された信頼性の高い接続構造とすることができる。
上記（２）の構成の電線の接続構造によれば、バスバーと接合部材とを超音波接合する際に超音波接合装置を構成するホーンやアンビルなどの接触面へ接合部材の金属材料が転写されるのを抑えることができる。
上記（３）の構成の電線の接続構造によれば、バスバーと接合部材とを超音波接合する超音波接合装置を構成するホーンやアンビルなどの接触面の摩耗を抑えることができる。
上記（４）の構成の電線の接続方法によれば、接合部材に設けられた加締め部を電線に加締めることにより位置決めして固定し、電線の導体を介して接合部材をバスバーに重ね合わせて超音波接合させるので、バスバーと接合部材とで挟んだ導体を、バスバーに対して良好に導通させることができ、高い接続信頼性を得ることができる。しかも、導体が直接ホーンチップと接触しないので、ダメージを抑えつつ導体を均一にバスバー及び接合部材に接合させて信頼性の高い接続構造を得ることができる。
本発明によれば、電線が安定して保持されてバスバーに良好に接続された電線の接続構造及び接続方法を提供できる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
図１は、本実施形態に係る電線の接続構造を説明するバスバーと電線との接続箇所の斜視図である。図２は、バスバーに対して接合部材を接合させる前の状態を示すバスバーと電線との接続箇所の斜視図である。図３は、本実施形態に係る電線の接続構造を説明するバスバーと電線との接続箇所の平面図である。
図１～図３に示すように、本実施形態に係る電線の接続構造は、バスバー１０と、電線２０との接続構造である。電線２０は、接合部材３０によってバスバー１０に接続されている。
バスバー１０は、例えば、銅、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成され、板状に形成されている。このバスバー１０は、例えば、バスバーモジュールに設けられる。バスバーモジュールは、例えば、車両等に搭載されるバッテリーに組付けられるもので、バスバー１０は、バッテリーの電極に接続される。
電線２０は、導体２１と、外被２２とを有している。導体２１は、例えば、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる複数の素線２３から構成されている。外被２２は、絶縁性を有する合成樹脂からなるもので、導体２１は、その外周が外被２２によって覆われている。
図４は、バスバーと電線とを接続させる接合部材の平面図である。
図４に示すように、接合部材３０は、矩形状に形成された接合板部３１と、帯状に形成された加締め部３２と、接合板部３１と加締め部３２とを連結する連結部３３とを有している。接合部材３０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等により構成されもので、板状に形成されている。連結部３３は、接合板部３１よりも小さな幅寸法を有している。加締め部３２は、帯状に形成されて両端が接合板部３１よりも側方へ突出された加締め片３４を有している。
図４に示すように、接合部材３０は、矩形状に形成された接合板部３１と、帯状に形成された加締め部３２と、接合板部３１と加締め部３２とを連結する連結部３３とを有している。接合部材３０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等により構成されもので、板状に形成されている。連結部３３は、接合板部３１よりも小さな幅寸法を有している。加締め部３２は、帯状に形成されて両端が接合板部３１よりも側方へ突出された加締め片３４を有している。
電線２０は、端部において、外被２２が除去されて導体２１が露出されている。電線２０には、その端部に、接合部材３０が装着されている。接合部材３０は、その加締め部３２の加締め片３４が電線２０の外被２２の部分に加締められている。これにより、接合部材３０が電線２０の端部に装着されている。そして、この電線２０に装着された接合部材３０には、接合板部３１の表面に沿って電線２０の導体２１が配設されている。
図５は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。
図５に示すように、接合部材３０は、電線２０の導体２１が配設された接合板部３１の表面側をバスバー１０に向けてバスバー１０に重ね合わされている。そして、バスバー１０と接合部材３０の接合板部３１とが、導体２１を挟んだ状態で超音波接合されている。バスバー１０と接合板部３１との間に挟まれた電線２０の導体２１は、その素線２３がバスバー１０及び接合板部３１の面方向に配列された状態でバスバー１０及び接合板部３１に超音波接合されている。なお、接合部材３０は、その両側部がバスバー１０に接合されていてもよい。
図５に示すように、接合部材３０は、電線２０の導体２１が配設された接合板部３１の表面側をバスバー１０に向けてバスバー１０に重ね合わされている。そして、バスバー１０と接合部材３０の接合板部３１とが、導体２１を挟んだ状態で超音波接合されている。バスバー１０と接合板部３１との間に挟まれた電線２０の導体２１は、その素線２３がバスバー１０及び接合板部３１の面方向に配列された状態でバスバー１０及び接合板部３１に超音波接合されている。なお、接合部材３０は、その両側部がバスバー１０に接合されていてもよい。
この構造の電線の接続構造では、電線２０の導体２１は、バスバー１０及び接合部材３０の両方に導通されている。したがって、例えば、電線２０の導体２１からの電流は、直接または接合部材３０を経由してバスバー１０へ流れることとなる。つまり、導体２１とバスバー１０との接合強度が弱かったとしても、電線２０の導体２１からの電流は、接合部材３０を経由してバスバー１０へ流れる。したがって、バスバー１０と電線２０の導体２１との高い接続信頼性が得られる。
ここで、参考例に係る電線の接続構造について説明する。
図６は、参考例に係る電線の接続構造を説明するバスバーと電線との接続箇所の幅方向に沿う断面図である。
図６は、参考例に係る電線の接続構造を説明するバスバーと電線との接続箇所の幅方向に沿う断面図である。
図６に示すように、参考例に係る電線の接続構造では、バスバー１０の表面に電線２０の導体２１が超音波接合され、導体２１の素線２３がバスバー１０の表面に並べて接合されている。この構造では、電線２０の導体２１は、バスバー１０との接合箇所でのみ導通されている。このため、このバスバー１０との接合箇所での接合強度が弱いと、バスバー１０と電線２０の導体２１との導通状態が不安定となり、高い接続信頼性が得られないおそれがある。
これに対して、本実施形態に係る電線の接続構造によれば、バスバー１０に超音波接合される接合部材３０に、この接合部材３０に設けられた加締め部３２によって電線２０が加締められて固定されている。つまり、バスバー１０に対して超音波接合された接合部材３０に電線２０が位置決めされて安定した状態で固定されているので、バスバー１０と接合部材３０とで挟まれた導体２１を、バスバー１０に対して良好に導通させることができ、高い接続信頼性を得ることができる。しかも、導体２１が直接ホーンチップと接触しないので、導体２１へのダメージが抑えられるとともに、導体２１が均一にバスバー１０及び接合部材３０に接合された信頼性の高い接続構造とすることができる。
また、接合部材３０が銅または銅合金から形成されている場合では、バスバー１０と接合部材３０とを超音波接合する際に超音波接合装置を構成するホーンやアンビルなどの接触面へ接合部材３０の金属材料が転写されるのを抑えることができる。さらに、接合部材３０がアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている場合では、バスバー１０と接合部材３０とを超音波接合する超音波接合装置を構成するホーンやアンビルなどの接触面の摩耗を抑えることができる。
次に、本実施形態に係る電線の接続方法について説明する。
図７は、電線の接続方法における電線固定工程を説明する図であって、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、各作業時における側面図である。図８は、電線の接続方法における接合工程を説明する図であって、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、各作業時における側面図である。
図７は、電線の接続方法における電線固定工程を説明する図であって、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、各作業時における側面図である。図８は、電線の接続方法における接合工程を説明する図であって、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、各作業時における側面図である。
（電線固定工程）
図７（ａ）に示すように、電線２０に対して端末処理を施し、電線２０の端部において、外被２２から導体２１を露出させる。そして、この端末処理を施した電線２０の端部に接合部材３０を装着する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、接合部材３０の接合板部３１の表面に沿って電線２０の導体２１を配設し、電線２０の外被２２の部分に加締め部３２の加締め片３４を加締める。これにより、端末処理を施した電線２０に接合部材３０を装着させる。
図７（ａ）に示すように、電線２０に対して端末処理を施し、電線２０の端部において、外被２２から導体２１を露出させる。そして、この端末処理を施した電線２０の端部に接合部材３０を装着する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、接合部材３０の接合板部３１の表面に沿って電線２０の導体２１を配設し、電線２０の外被２２の部分に加締め部３２の加締め片３４を加締める。これにより、端末処理を施した電線２０に接合部材３０を装着させる。
（接合工程）
図８（ａ）に示すように、超音波接合装置４０に、バスバー１０と、電線２０に装着させた接合部材３０をセットする。超音波接合装置４０は、ホーン４１と、アンビル４２とを備えており、ホーン４１の下方にアンビル４２が配置されている。そして、これらのホーン４１とアンビル４２との間に、バスバー１０と、電線２０の端部に装着された接合部材３０の接合板部３１を重ね合わせて配置させる。このとき、接合部材３０は、電線２０の導体２１が配設された接合板部３１の表面側をバスバー１０に向けてバスバー１０に載置させる。これにより、バスバー１０と接合板部３１とを、電線２０の導体２１を介して互いに重ね合わせる。
図８（ａ）に示すように、超音波接合装置４０に、バスバー１０と、電線２０に装着させた接合部材３０をセットする。超音波接合装置４０は、ホーン４１と、アンビル４２とを備えており、ホーン４１の下方にアンビル４２が配置されている。そして、これらのホーン４１とアンビル４２との間に、バスバー１０と、電線２０の端部に装着された接合部材３０の接合板部３１を重ね合わせて配置させる。このとき、接合部材３０は、電線２０の導体２１が配設された接合板部３１の表面側をバスバー１０に向けてバスバー１０に載置させる。これにより、バスバー１０と接合板部３１とを、電線２０の導体２１を介して互いに重ね合わせる。
ホーン４１は、交流電流の給電によって超音波振動を発振する振動子（図示略）を備え、この振動子によって振動される。ホーン４１は、昇降機構（図示略）によって昇降され、アンビル４２に対して相対的に近接及び離間する。アンビル４２は、バスバー１０及び接合部材３０の接合板部３１が載置される支持部とされ、ホーン４１は、下降してアンビル４２上に載置されたバスバー１０及び接合板部３１を加圧する加圧部とされている。
図８（ｂ）に示すように、ホーン４１を下降させ、バスバー１０と接合板部３１とを、ホーン４１とアンビル４２とで挟持して加圧させ、この加圧状態で、振動子に交流電流を給電する。すると、振動子によってホーン４１が超音波振動させられることにより、導体２１を介して重ね合わされたバスバー１０と接合部材３０の接合板部３１とに超音波振動エネルギーが伝搬される。これにより、バスバー１０と接合部材３０の接合板部３１とが、導体２１を挟んだ状態で超音波接合される。また、バスバー１０と接合板部３１との間に挟まれた電線２０の導体２１は、その素線２３がバスバー１０及び接合板部３１の面方向に配列された状態でバスバー１０及び接合板部３１に超音波接合される。その後、ホーン４１を上昇させ、電線２０の端部に接合部材３０を介して接合されたバスバー１０をホーン４１とアンビル４２との間から取り出す。
このように、上記実施形態に係る電線の接続方法によれば、接合部材３０に設けられた加締め部３２を電線２０に加締めることにより位置決めして固定し、電線２０の導体２１を介して接合部材３０をバスバー１０に重ね合わせて超音波接合させるので、バスバー１０と接合部材３０とで挟んだ導体２１を、バスバー１０に対して良好に導通させることができ、高い接続信頼性を得ることができる。しかも、導体２１を直接ホーンチップと接触させないので、ダメージを抑えつつ導体２１を均一にバスバー１０及び接合部材３０に接合させて信頼性の高い接続構造を得ることができる。
なお、加締め部３２は外被２２でなく導体２１の部分を加締めるものでもよく、また、外被２２及び導体２１をそれぞれ加締めるものでもよい。
次に、変形例について説明する。
（変形例１）
図９は、変形例１に係る接合部材を示す断面図であり、図３におけるＡ－Ａ線と同じ位置における断面である。
図９に示すように、この変形例１では、電線２０の導体２１が配設される接合板部３１の表面側に、凹部３８が形成されている。これにより、バスバー１０と接合板部３１とを、電線２０の導体２１を介して互いに重ね合わせる際に、電線２０の導体２１が接合板部３１の所望の位置からずれてしまうことを抑制できる。
（変形例１）
図９は、変形例１に係る接合部材を示す断面図であり、図３におけるＡ－Ａ線と同じ位置における断面である。
図９に示すように、この変形例１では、電線２０の導体２１が配設される接合板部３１の表面側に、凹部３８が形成されている。これにより、バスバー１０と接合板部３１とを、電線２０の導体２１を介して互いに重ね合わせる際に、電線２０の導体２１が接合板部３１の所望の位置からずれてしまうことを抑制できる。
（変形例２）
図１０は、変形例２に係る電線の接続構造を示す平面図である。
図１０に示すように、この変形例２では、加締め部３２及び連結部３３のない接合部材３０Ａが用いられている。この変形例２では、接合部材３０Ａ自体が接合板部３１となっており、この接合部材３０Ａである接合板部３１が、電線２０の導体２１を介してバスバー１０に超音波接合されている。これにより、バスバー１０と接合板部３１との間に挟まれた電線２０の導体２１は、その素線２３がバスバー１０及び接合板部３１の面方向に配列された状態でバスバー１０及び接合板部３１に超音波接合されている。
図１０は、変形例２に係る電線の接続構造を示す平面図である。
図１０に示すように、この変形例２では、加締め部３２及び連結部３３のない接合部材３０Ａが用いられている。この変形例２では、接合部材３０Ａ自体が接合板部３１となっており、この接合部材３０Ａである接合板部３１が、電線２０の導体２１を介してバスバー１０に超音波接合されている。これにより、バスバー１０と接合板部３１との間に挟まれた電線２０の導体２１は、その素線２３がバスバー１０及び接合板部３１の面方向に配列された状態でバスバー１０及び接合板部３１に超音波接合されている。
（変形例３）
図１１は、変形例３に係る電線の接続構造を示す側面図である。
図１１に示すように、変形例３では、電線２０の外被２２を加締める加締め部３２とともに、電線２０の導体２１を加締める加締め部３５を備えた接合部材３０Ｂが用いられている。導体２１を加締める加締め部３５は、一対の加締め片３６を有している。この変形例２では、接合部材３０Ｂの加締め部３２の加締め片３４によって電線２０の外被２２が加締められている。さらに、接合部材３０Ｂの加締め部３５の加締め片３６によって電線２０の導体２１が加締められ、これにより、接合部材３０Ｂと電線２０の導体２１とが導通されている。そして、この電線２０が接続された接合部材３０Ｂの接合板部３１がバスバー１０に対して超音波接合されて直接接続されて導通されている。これにより、電線２０は、その導体２１が接合部材３０Ｂを介してバスバー１０に電気的に接続されている。
図１１は、変形例３に係る電線の接続構造を示す側面図である。
図１１に示すように、変形例３では、電線２０の外被２２を加締める加締め部３２とともに、電線２０の導体２１を加締める加締め部３５を備えた接合部材３０Ｂが用いられている。導体２１を加締める加締め部３５は、一対の加締め片３６を有している。この変形例２では、接合部材３０Ｂの加締め部３２の加締め片３４によって電線２０の外被２２が加締められている。さらに、接合部材３０Ｂの加締め部３５の加締め片３６によって電線２０の導体２１が加締められ、これにより、接合部材３０Ｂと電線２０の導体２１とが導通されている。そして、この電線２０が接続された接合部材３０Ｂの接合板部３１がバスバー１０に対して超音波接合されて直接接続されて導通されている。これにより、電線２０は、その導体２１が接合部材３０Ｂを介してバスバー１０に電気的に接続されている。
尚、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、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
ここで、上述した本発明の実施形態に係る電線の接続構造及び接続方法の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 導体（２１）が外被（２２）で覆われた電線（２０）と、
前記電線（２０）に装着される導電性金属材料から形成された接合部材（３０）と、
前記接合部材（３０）が前記導体（２１）を挟んで重ね合わされて超音波接合される導電性金属材料から形成されたバスバー（１０）と、
を備え、
前記接合部材（３０）は、前記電線（２０）を加締めて固定する加締め部（３２）を有する、ことを特徴とする電線の接続構造。
［１］ 導体（２１）が外被（２２）で覆われた電線（２０）と、
前記電線（２０）に装着される導電性金属材料から形成された接合部材（３０）と、
前記接合部材（３０）が前記導体（２１）を挟んで重ね合わされて超音波接合される導電性金属材料から形成されたバスバー（１０）と、
を備え、
前記接合部材（３０）は、前記電線（２０）を加締めて固定する加締め部（３２）を有する、ことを特徴とする電線の接続構造。
［２］ 前記接合部材（３０）は、銅または銅合金から形成されている、ことを特徴とする上記［１］に記載の電線の接続構造。
［３］ 前記接合部材（３０）は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている、ことを特徴とする上記［１］に記載の電線の接続構造。
［４］ 導電性金属材料からなる接合部材（３０）に設けられた加締め部（３２）を、外被（２２）から導体（２１）を露出させた電線（２０）に加締めて固定する電線固定工程と、
導電性金属材料からなるバスバー（１０）に前記導体（２１）を介して前記接合部材（３０）を重ね合わせて超音波接合させる接合工程と、
を含む、ことを特徴とする電線の接続方法。
導電性金属材料からなるバスバー（１０）に前記導体（２１）を介して前記接合部材（３０）を重ね合わせて超音波接合させる接合工程と、
を含む、ことを特徴とする電線の接続方法。
１０ バスバー
２０ 電線
２１ 導体
２２ 外被
３０ 接合部材
３２ 加締め部
２０ 電線
２１ 導体
２２ 外被
３０ 接合部材
３２ 加締め部
Claims (4)
- 導体が外被で覆われた電線と、
前記電線に装着される導電性金属材料から形成された接合部材と、
前記接合部材が前記導体を挟んで重ね合わされて超音波接合される導電性金属材料から形成されたバスバーと、
を備え、
前記接合部材は、前記電線を加締めて固定する加締め部を有する、
ことを特徴とする電線の接続構造。 - 前記接合部材は、銅または銅合金から形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電線の接続構造。 - 前記接合部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電線の接続構造。 - 導電性金属材料からなる接合部材に設けられた加締め部を、外被から導体を露出させた電線に加締めて固定する電線固定工程と、
導電性金属材料からなるバスバーに前記導体を介して前記接合部材を重ね合わせて超音波接合させる接合工程と、
を含む、
ことを特徴とする電線の接続方法。
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