(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線を、先端が略同一方向に向くように集合して結合する方法であって、
複数本の前記電線の電線導体部の先端を、前記電線導体部の融点よりも高い軟化点温度または高い融点を有し、前記先端を前記電線の長手方向の側方から保持する冶具の電線保持部に配置して集合し、
前記電線導体部の素線同士を側方から接触させた状態で、前記電線導体部の端面の延長方向から高エネルギー密度ビームを照射し、前記冶具の軟化点温度未満または融点未満の温度で、前記電線保持部の内壁面内で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ワイヤハーネスの製造方法。
【請求項２】
前記冶具は、前記高エネルギー密度ビームの波長に対して、前記高エネルギー密度ビームの吸収率が１％未満の材質で構成されることを特徴とする請求項１記載のワイヤハーネスの製造方法。
【請求項３】
非溶融部における前記電線導体部の素線断面積の総和よりも大きな断面積が溶融一体化部の少なくとも一部に形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワイヤハーネスの製造方法。
【請求項４】
三本以上の前記電線を、同一平面上に併設せず、積層して集合することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤハーネスの製造方法。
【請求項５】
集合された前記電線導体部の端面に対して、前記高エネルギー密度ビームの集光位置を、相対的に移動させながら照射することで、全ての前記電線導体部の先端を溶融す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ワイヤハーネスの製造方法。
【請求項６】
前記高エネルギー密度ビームを、集合された前記電線導体部の端面の略中心に照射することで、全ての前記電線導体部の先端を溶融す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ワイヤハーネスの製造方法。
【請求項７】
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６のいずれかに記載のワイヤハーネスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数本の電線を確実に接合することが可能なワイヤハーネスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に用いられるワイヤハーネスは、分岐したハーネス内の同一系統の回路(例えばアース線)を電気的に接続した箇所が存在する。この接続には専用のジョイント端子を用いるものや、電線導体部同士を端子を用いずに加工によって接続する方法が用いられる。このような端子を用いずに電線導体部同士の接合する方法としては、たとえば、超音波接合（例えば特許文献１）や抵抗溶接（例えば特許文献２）等の方法で行われる。
【０００３】
また、非接触加工方法の一つとして、レーザ溶接による方法がある。レーザ溶接は熱影響部が少ないという特徴がある。このようなレーザ溶接方法を用いた例としては、たとえば、電線導体部同士を重ね合わせてレーザ溶接する際に、駆動モータを用いて電線導体部を溶接部方向に押し込む方法や、別途溶接補助材を溶接部に供給しながら溶接を行う方法がある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５３０７４号公報
【特許文献２】特開平９−８２３７５号公報
【特許文献３】特許第３３７０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波接合は超音波振動による材料同士の摩擦と発熱を利用して、表面の酸化皮膜を除去、露出した新生面同士の接合を行うものであるが、電線加工の性質上、接合面積が小さい等の問題がある。また、一方向からのみ振動を付与するため接合の方向性が生じて、超音波の付与方向とは異なる軸方向の接合強度が弱い。さらに、接合対象を加圧しながら加工するため、接合部の断面積が母材と比較して減少し、ネッキングが生じる。ネッキング部は応力集中の原因となるため、機械強度の低下が懸念される。特に、接合本数が増えて、加圧力を増す必要がある場合は、断面積減少による素線の破断の恐れが増加する。
【０００６】
また、抵抗溶接はジュール熱を利用し、材料を溶接または圧接する方法である。抵抗溶接は、電線加工時に十分に加圧する必要があるため、素線断面積減少による断線の恐れと、ネッキング部の応力集中よる機械強度低下の懸念がある。このため、超音波接合同様に多数本の電線の溶接には不向きである。
【０００７】
また、特許文献３のような方法は、電線を駆動モータで移動させる必要があるため、設備が複雑となる。また、電線を駆動モータに取り付ける必要があるため、電線の設置作業が複雑となるなどの問題がある。特に、多数本の電線を溶接する際にはシステム自体が複雑となる。また、この際に、電線をレーザ溶接可能なように配置することが困難である。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、多数本の電線であっても確実に接合が可能であり、電線の配置の自由度も高いワイヤハーネスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達するために第１の発明は、端部の絶縁被覆が剥離された複数本の電線を、先端が略同一方向に向くように集合して結合する方法であって、複数本の前記電線の電線導体部の先端を、前記電線導体部の融点よりも高い軟化点温度または高い融点を有し、前記先端を前記電線の長手方向の側方から保持する冶具の電線保持部に配置して集合し、前記電線導体部の素線同士を側方から接触させた状態で、前記電線導体部の端面の延長方向から高エネルギー密度ビームを照射し、前記冶具の軟化点温度未満または融点未満の温度で、前記電線保持部の内壁面内で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ワイヤハーネスの製造方法である。
【００１０】
前記冶具は、前記高エネルギー密度ビームの波長に対して、前記高エネルギー密度ビームの吸収率が１％未満の材質で構成されることが望ましい。
【００１１】
非溶融部における前記電線導体部の素線断面積の総和よりも大きな断面積が溶融一体化部の少なくとも一部に形成することが望ましい。
【００１２】
三本以上の前記電線を、同一平面上に併設せず、積層して集合することが望ましい。
【００１３】
集合された前記電線導体部の端面に対して、前記高エネルギー密度ビームの集光位置を、相対的に移動させながら照射することで、全ての前記電線導体部の先端を溶融してもよい。
【００１４】
前記高エネルギー密度ビームを、集合された前記電線導体部の端面の略中心に照射することで、全ての前記電線導体部の先端を溶融してもよい。
【００１５】
前記高エネルギー密度ビームは、レーザ、電子ビーム等であってもよい。
【００１６】
第１の発明によれば、先端が略同一方向に向くように集合し、軸方向の先端側から高エネルギー密度ビームを照射することで、電線の先端を溶融一体化することができる。
【００１７】
また、接合時に、電線の先端を冶具で保持することで、先端を互いに接触するように固定することができる。したがって、溶接時に、確実に互いの電線導体部同士を冶具の電線保持部の内面形状に応じて溶融一体化することができる。すなわち、冶具の電線保持部の内部において溶融金属が鋳造されたように、溶融一体化部を電線保持部の形状に規制することができる。このため、接合部の形状を所望の形状に一定にすることができるとともに、接合部側面を平滑にすることができる。
【００１８】
また、冶具の軟化点温度が電線導体部の融点よりも高いため、電線導体部と冶具とが一体化したり、治具が溶けたりすることがない。ここで、冶具の軟化点温度とは、例えばガラスの軟化点温度であり、部材に流動性が生じ始める温度を言う。また、当該冶具の、レーザ波長に対して透過性のある材質とすることで、冶具が溶融することを防止することができる。
【００１９】
また、溶融金属の表面張力によって、軸方向に垂直な断面における電線導体部の断面積を、接合前における素線の断面積の和よりも大きくすることができる。したがって、構造的に強度が高く、信頼性が高い。
【００２０】
また、電線の長手方向に垂直な方向から高エネルギー密度ビームを照射する場合と比較して、接合時に配置される電線導体部の高さばらつき等により高エネルギー密度ビームの焦点がずれることがない。したがって、電線を複数配置しても、高エネルギー密度ビームの焦点を合わせることが容易である。例えば、異なる導体径の電線を接合する場合にも、容易に接合することができる。
【００２１】
また、電線を積層して接合が可能となる。したがって、同一平面上に併設する場合と比較して、電線の配置の自由度が高い。
【００２２】
また、集合された電線導体部の端面に対し、高エネルギー密度ビームを相対的に移動させながら照射することで、電線の本数が多い場合や、溶融部が広い場合でも、確実に全体を溶融一体化することができる。このため、電線の本数が増えても、原理的には接続される電線の本数に制限はない。
【００２３】
また、集合された電線導体部の端面の略中央に対して、高エネルギー密度ビームを照射することで、高エネルギー密度ビームの照射位置を固定した状態で、溶接を行うこともできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、多数本の電線であっても確実に接合が可能であり、電線の配置の自由度も高いワイヤハーネスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ワイヤハーネス１を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図。
【図２】ワイヤハーネス１の電線導体部７の断面図であって、（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】レーザ１５を照射する状態を示す図。
【図４】冶具２３に電線導体部７を設置する状態を示す図。
【図５】冶具２３を用いてレーザ１５を照射する状態を示す図。
【図６】レーザ１５を照射する方法を示す図。
【図７】レーザ１５を照射する他の方法を示す図。
【図８】レーザ１５を照射する他の方法を示す図。
【図９】レーザ１５を照射する他の方法を示す図。
【図１０】冶具２３に電線導体部７を設置する他の方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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、ワイヤハーネス１を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。ワイヤハーネス１は、複数の電線３が接合されて構成される。
【００２９】
電線３は、内部の電線導体部７の外周が絶縁被覆５で被覆されて構成される。電線３の端部は、所定の範囲の絶縁被覆５が除去され、電線導体部７が露出する。なお、電線導体部７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０．１３〜５．０ｃｍ２程度のサイズのものが使用される。
【００３０】
電線３は、端部を略同一方向に向けて集合される。なお、接合する電線３の本数は図示した例に限られない。電線３の本数および配列形態は、適宜設定される。
【００３１】
電線３（電線導体部７）の先端部には、全ての電線導体部７が溶融一体化された溶融一体化部９が形成される。溶融一体化部９よりも絶縁被覆５側には、電線導体部７同士が完全に溶融一体化されていない非溶融部１１が形成される。すなわち、非溶融部１１では、接合前の電線導体部７（またはこれを構成する素線）の形状が維持される。
【００３２】
図２は、ワイヤハーネス１の電線導体部７の軸方向に垂直な断面であって、図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）に示すように、非溶融部１１においては、それぞれの電線導体部７を構成する素線１３は溶融せず、接合前の断面形状を維持する。なお、詳細は後述するが、非溶融部１１においては、それぞれの電線３ごとの素線１３の撚りが戻されて、後述する治具の電線保持部の断面形状に近づくように、全ての素線１３が電線３の区別なくランダムに配列される。
【００３３】
一方、溶融一体化部９では、全ての電線導体部７（素線１３）が所定の断面形状で溶融一体化される。ここで、軸方向に垂直な断面において、溶融一体化部９の少なくとも一部に、非溶融部１１の各素線１３の断面積の和よりも大きな断面積が形成される。すなわち、接合部は、それぞれの素線１３の断面積よりも大きな接合断面積を有する。
【００３４】
次に、ワイヤハーネス１の製造方法について説明する。まず、電線３の端部の絶縁被覆５を所定長さ除去し、内部の電線導体部７を露出する。このようにして得られた電線３を、同一方向に向けて複数本集合する。なお、通常、絶縁被覆５を除去すると、内部の素線１３は、撚りが戻されて、素線１３がばらけた状態となる。したがって、断面において素線１３同士が互いに移動可能な状態となる。なお、素線１３の径が大きい場合など、図３（ａ）に示すように、素線１３の撚りが戻らない場合には、別途それぞれの素線１３の撚りを戻して、素線１３をばらせばよい。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示すように、ばらされた素線１３は、冶具２３の電線保持部２４内に集合される。この際、素線１３の先端の位置を冶具２３の端面の位置にそろえておく。前述の通り、素線１３同士は断面での位置に対して容易に移動可能である。このため、素線１３は冶具２３の電線保持部形状になるように集合する。電線保持部２４内に集合することで、電線保持部２４の内部において、隣接する素線１３同士が接触するように配置される。なお、冶具２３は、複数に分割して形成される。例えば、複数に分割した分割片を組み合せることで、素線１３を保持可能な、貫通孔状の電線保持部２４を形成することが望ましい。また、分割片を組みわせる際には、電線保持部２４内の素線１３を、電線保持部２４の形状に、外周から押圧可能にすることが望ましい。このような構造としては、例えば、電線保持部２４が矩形断面である場合には、公知の超音波接合で用いられる、ソノトロード、グライディングジョー、アンビルプレート、アンビルと同様の構成（例えば特開２０１１−１９８５０６号公報）とすればよい。
なお、以下の説明および図においては、簡単のため、２分割した冶具２３を用い、分割片を組み合わせることで、円形の電線保持部２４を形成する例を示すが、冶具２３の構成は、図示した例に限られない。
【００３６】
この状態で、図４に示すように、高エネルギー密度ビームであるレーザ１５を、電線３の略軸方向であって、集合された電線導体部７の端面方向から照射する。この際、レーザ１５の焦点は、電線導体部７の先端位置となるように調整される。
【００３７】
図５は、レーザ１５の照射状態を示す断面図である。冶具２３は、レーザ透過部２５およびレーザ反射部２７等から構成される。
【００３８】
レーザ透過部２５は、電線導体部７の融点よりも高い軟化点温度の材質で構成される。このようにすることで、電線導体部７が溶融する際に、冶具２３が同時に溶融または軟化することを防止することができる。なお、レーザ１５を照射すると、電線導体部７の温度が、融点以上となるが、レーザ透過部２５の軟化点温度未満または融点未満となるようにレーザ出力を調整する。また、レーザ透過部２５と溶融した電線導体部７との融着を防ぐためには、レーザ透過部２５の材質として、電線導体部７との相溶性がなく、化学的結合の相性が悪いものを選択することが望ましい。
【００３９】
また、レーザ１５がレーザ透過部２５に照射される場合がある。この場合には、レーザ透過部２５は、照射するレーザ１５のレーザ波長に対して透過性を有する材質であることが望ましい。より好ましくは、照射するレーザ１５のレーザ波長に対して、エネルギー吸収率が１％未満である。レーザ１５のエネルギー吸収率が高いと、レーザ透過部２５自体がレーザ１５によって溶融するためである。
【００４０】
例えば、被照射材のエネルギー吸収率が１％未満の材質であれば、平均出力密度が４３０ＭＷ／ｃｍ２のレーザをレーザ掃引速度３０〜５０ｍｍ／ｓｅｃで被照射材に照射しても、レーザによって被照射材が加工されることはない。なお、平均出力密度がより大きい場合には、レーザ掃引速度を上げることで、同様の効果を得ることができる。一方、被照射材のエネルギー吸収率が７〜９％程度の被照射材（例えば銅材）は、上記レーザによって溶融する。したがって、レーザ透過部２５は、照射するレーザ１５が透過することが望ましく、特に、エネルギー吸収率が１％未満であることがより望ましい。
【００４１】
エネルギー吸収率が１％未満の材質としては、たとえば石英ガラスを用いることができる。また、レーザ透過部２５は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍであればよいなお、レーザ１５を固定し、電線導体部７の中心にのみ照射する場合には、レーザ透過部２５のレーザ１５の吸収率は高くても良い。
【００４２】
レーザ透過部２５の後面（レーザ１５の照射側とは逆側）には、必要に応じてレーザ反射部２７が設けられる。レーザ１５が絶縁被覆５等に照射されることを防止するためのものである。このようなレーザ反射部２７としては、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅などやアルミニウム等の金属膜や金属板を使用することができ、特に、照射するレーザ１５の反射率が９０％以上のものが望ましい。
【００４３】
このような冶具２３を用いることで、電線導体部７の先端を接触させた状態を確実に保持してレーザ１５を照射することができる。また、冶具２３がレーザ１５によって溶融または軟化することがなく、電線導体部７と溶融一体化することもがない。
【００４４】
図６は、電線導体部７に対してレーザ１５を照射する方法を示す図である。レーザ１５の照射方法としては、例えば、図６（ａ）に示すように、集合された電線導体部７の略中央にレーザ光軸１７（図４、図５）が位置するようにしても良い。すなわち、集合された電線導体部７の略中央にレーザ１５の照射部１９が設定される。この場合には、レーザ１５または電線３を相対的に移動させずに、両者の位置を固定してレーザ１５が照射される。
【００４５】
レーザ１５が照射された照射部１９は、素線１３が溶融しながら溶融一体化部９が形成される。また、非照射部の電線導体部７は、照射部１９からの熱伝導および溶融金属の流れ込みによって溶融一体化部９が周囲に広がっていく（図中矢印Ｃ方向）。電線保持部２４の内部の全体に溶融一体化部９が広がると、全体が一体化されて接合が完了する（図６（ｂ））。
【００４６】
このようにすることで、レーザ１５等を移動させる必要がない。なお、レーザ１５の平均出力密度や、照射時間は、集合された全ての電線導体部７が溶融するように、溶融範囲等を考慮して設定する必要がある。また、照射部１９は、電線保持部２４の中心のみではなく、複数箇所を照射しても良い。
【００４７】
また、図７に示すように、レーザ１５を照射しながら、レーザ光軸１７を相対的に移動させても良い。すなわち、集合された電線導体部７の略全体にレーザ１５が照射されるように、レーザ移動軸２１が設定される。この際、図７（ａ）に示すように、レーザ移動軸２１は、レーザ照射によって形成される溶接ビードが重なっていくように往復して掃引される。すなわち、レーザ移動軸２１としては、ビードが重なるような移動軌跡となるように設定すればよい。
【００４８】
なお、このような掃引は、レーザ１５を照射した状態で、電線３を固定したステージ等を移動させてもよく、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。電線保持部２４の内部の全ての素線１３が少なくとも一度は溶融するようにレーザ１５の照射を行うことで、素線１３の全体が一体化されて接合が完了する（図７（ｂ））。
【００４９】
このようにすることで、レーザ１５の出力を略一定にして、溶融範囲の全体を確実に溶融一体化することができる。なお、レーザ移動軸２１の移動方法は図示した例に限られず、電線の配置数や溶融範囲等を考慮して適宜設定される。また、より確実に電線導体部７を溶融一体化するためには、レーザ移動軸２１を、電線導体部７の領域よりもわずかに広い範囲内において全体を移動させることが望ましい。
【００５０】
ここで、上述のいずれの照射方法であっても、電線導体部７（素線１３）の端部が溶融されると、溶融金属の濡れや表面張力等により、電線導体部７の先端位置の溶融金属は、軸方向の後方（絶縁被覆５側であって図１（ｂ）の左方向）に流れていく。すなわち、接合時には、絶縁被覆５から露出する電線導体部７の長さが短くなりながら溶融一体化する。
【００５１】
このように溶融金属が表面張力等によって凝集するようにして溶融一体化部９が形成されることで、前述したように、溶融一体化部９の断面積を、非溶融部１１における各素線１３の断面積の和よりも大きくすることができる。したがって、接合面積が大きく、ネッキング等による強度低下を防ぐことができる。
【００５２】
以上、本発明によれば、多数本の電線３を確実に一体化することができる。また、電線導体部７を平面上にフラットに配列する必要がない。したがって、併設された電線導体部７の高さばらつき等によって、レーザ１５の焦点位置がずれて、溶接不良等の恐れがない。また、接合部の形状を、冶具２３の電線保持部２４の形状（断面形状および側面形状）とすることができる。したがって、接合部の形状を一定にすることができる。
【００５３】
また、レーザ１５を掃引して照射すれば、理論上、接合される電線３の本数に限界はない。また、溶融一体化部９の断面積を、接合前における素線１３の断面積の和よりも大きくすることができる。したがって、ネッキング等による強度低下を防ぐことができる。
【００５４】
また、複数本の電線導体部７を複数層に積層して配置することができる。したがって、平面上にフラットに併設する場合と比較して、電線導体部７の配置の自由度が大きい。
【００５５】
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。
【００５６】
たとえば、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。
【００５７】
また、レーザ１５を掃引する場合には、レーザ移動軸２１は、前述した図７の例には限られない。例えば、図８に示すように、集合された電線導体部７の中心から、渦巻状にレーザ移動軸２１を形成しても良い。この場合でも、図８（ａ）に示すように、ビードが重なり合うようなピッチでレーザ移動軸２１の軌跡が設定される。電線保持部２４の内部の全体にわたって照射を行うことで、素線１３の全体が一体化されて接合が完了する（図８（ｂ））。
【００５８】
また、同様に、図９に示すように、レーザ移動軸２１は、細かく円弧状に移動させながら全体にわたって形成し、各電線導体部７全体を照射可能なようにしてもよい。この場合でも、図９（ａ）に示すように、ビードが重なり合うようなピッチでレーザ移動軸２１の軌跡が設定される。電線保持部２４の内部の全体にわたって照射を行うことで、素線１３の全体が一体化されて接合が完了する（図９（ｂ））。
【００５９】
また、本発明では、図１０（ａ）に示すように、径の異なる電線導体部７同士を接合することもできる。この場合、電線導体部７の配置は任意である。異なる径の電線導体部７であっても、図１０（ｂ）に示すように、冶具２３内に素線１３を集合できれば、例えばレーザ１５を掃引して全体にレーザ１５を照射することで、前述と同様に溶融一体化することができる。なお、素線１３の径が大きい場合など、絶縁被覆５を除去しても素線１３の撚りが戻らない場合には、素線１３の撚りを戻してから、素線１３を冶具２３の電線保持部内に集合すればよい。
【００６０】
なお、以上の説明においては、冶具２３の電線保持部２４の形状は、円形としたが、本発明はこれに限られない。例えば、電線保持部２４の形状を、矩形、三角形など、所望の形状にすることもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１………ワイヤハーネス
３………電線
５………絶縁被覆
７………電線導体部
９………溶融一体化部
１１………非溶融部
１３………素線
１５………レーザ
１７………レーザ光軸
１９………照射部
２１………レーザ移動軸
２３………冶具
２４………電線保持部
２５………レーザ透過部
２７………レーザ反射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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