CN101635394A - 带有压接端子的电缆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有压接端子的电缆，提高了其压接部在压接之后的断裂强度，且即使在高温环境下使用，断裂强度的降低也非常少。在通过压接而连接有电缆(1)的导体(2)和压接端子(3)的带有压接端子的电缆(10)中，电缆(1)具有由树脂材料构成的绝缘体(5)，且在压接部中通过以银为主成分的金属接合材料X来连接所述导体(2)和所述压接端子(3)。

Description

带有压接端子的电缆及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种通过压接而将电缆的导体和压接端子连接的带有压接端子的电缆及其制造方法，特别涉及一种在混合动力汽车等的发动机或变压器周边、复印机的定影机的周边等高温环境中使用的带有压接端子的电缆及其制造方法。

背景技术

带有压接端子的电缆作为各种器械的供电用或信号传送用配线部件而广泛使用。

图3为以往的带有压接端子的电缆的平面模式图，图4为其立体图，图5为图3的A-A线截面图。

如图3～5所示，以往的带有压接端子的电缆30通过压接而连接有电缆31的导体32和压接端子33。以下，被压接的部分称为压接部34。

电缆31由前述的导体32和绝缘体35构成。作为导体32一般使用捻线，而构成该捻线的单线导体大多使用在软铜线上实施有镀锡的导体。锡主要用于防止腐蚀，根据用途还可以使用实施有镀镍或镀银的导体。

绝缘体35根据用途可以适用聚乙烯、氯乙烯、氟树脂等材料。特别是，在需要耐热性的电缆中，需要考虑绝缘体的额定温度，一般的，以氯乙烯为主材料的绝缘体的额定温度为到125℃为止，交联聚乙烯绝缘体为150℃为止，氟树脂为250℃左右为止。

压接端子33一般使用铜作为基础材料。主要从防止腐蚀的角度出发，在铜的表面镀有锡、镍、银等的金属的情况比较多。

关于压接端子33的外部连接部36可以根据用途制成各种各样的形状。图3～5显示设置了贯通孔37的形状的例子，贯通孔37用于通过螺栓来固定在外部端子的螺纹孔中用。

如前所述，电缆30的导体32和压接端子通过压接部34来连接。如图4所示，压接部34中的导体32一般为内包在压接端子33的结构，两者通过物理的加压而产生塑性变形。

为了增加压接部34的断裂强度，需要施加适当的压力来进行压接。因此，一般要预先掌握压接部34的导体截面积比和施加压力之间的关系，进一步掌握断裂强度和断裂方式与导体截面积比之间的关系，在此基础上，施加适当的压力来实施压接。

这里，导体截面积比是指压接后的导体32的截面积与压接前的导体32的截面积的比以百分率表示的值。另外，实施压接部34的拉伸试验时，产生断裂的负重为断裂强度，断裂部的形态为断裂方式。断裂方式大致分为“导体断裂”和“导体脱落”。

对于压接部34的目标为，(1)断裂强度为只有导体时的断裂负重的80％以上，理想的为90％以上，(2)断裂方式为“导体断裂”。

为了实现这些目标，导体截面积成为重要的参数之一。适宜的导体截面积比依据导体32的大小或压接端子33的形状有少许不同，但是在以往的带有压接端子的电缆30的压接部34中，导体截面积比大致为70～80％的范围，作为断裂强度得到只有导体时的断裂负重的80～90％的强度。

作为以往的带有压接端子的电缆的其它例子，公开了一种在带有压接端子的电缆30的压接端子33和导体32之间，设置有焊接材料(图未示)的结构(例如，参照专利文献1)。

焊接材料是为了降低在压接端子33和导体32之间电接触电阻而设置的，通过上述的压接端子33和导体32的塑性变形来确保压接部34的连接强度。

专利文献1：特开2001-6783号公报

专利文献2：特开平9-82377号公报

发明内容

作为金属的接合材料广泛使用合金钎焊材料，但是通常这些材料熔点高，由于会损伤由树脂材料形成的绝缘体，一般难于适用在带有压接端子的电缆中。

另外，一般的焊接材料机械性能脆，如上所述虽然对接触电阻的降低是有效的，但是，用在带有压接端子的电缆的压接部时，难于得到足够的断裂强度。

进一步，以往的带有压接端子的电缆如果在高温环境下使用时，有明显降低压接部的断裂强度这样的问题。另外，作为压接之后的断裂强度，难于得到超过只有导体时的断裂负重的90％的强度。

这里，本发明的目的在于提供一种在带有压接端子的电缆的压接部中，在压接之后的断裂强度大，且即使在高温环境中使用，断裂强度的降低也非常少的高可靠性的带有压接端子的电缆及其制造方法。

本发明是为了实现上述目的而提出的，技术方案1的发明为一种带有压接端子的电缆，在通过压接而连接有电缆的导体和压接端子的带有压接端子的电缆中，电缆具有由树脂材料构成的绝缘体，且在压接部中通过以银为主成分的金属接合材料来接合所述导体和所述压接端子。

技术方案2的发明为根据技术方案1所述的带有压接端子的电缆，其中，所述金属接合材料含有银微粒子的烧结体。

技术方案3的发明为根据技术方案2所述的带有压接端子的电缆，其中，所述导体和所述压接端子由以铜为主成分的金属构成，且所述金属接合材料具有含有银和铜作为构成元素的合金。

技术方案4的发明为根据技术方案3所述的带有压接端子的电缆，其中，所述导体和所述压接端子的任何一个或两者在表面具有镀锡层，且所述金属接合材料具有含有银、铜和锡作为构成元素的合金。

技术方案5的发明为一种制造带有压接端子的电缆的方法，该带有压接端子的电缆连接电缆和压接端子，其中电缆包括由树脂材料构成的绝缘体和导体，该方法包括：在所述导体和所述压接端子的任何一个上或两者上粘附含有平均粒径为100nm以下的银微粒子的液状或糊状的接合材料的工序；由压接来连接粘附有接合材料的所述导体和所述压接端子的工序；在所述绝缘体的熔点以下的温度加热压接部，使所述金属接合材料熔合的工序。

技术方案6的发明为一种制造带有压接端子的电缆的方法，该带有压接端子的电缆连接电缆和压接端子，其中电缆包括由树脂材料构成的绝缘体和导体，该方法包括：在所述导体和所述压接端子的任何一个上或两者上粘附含有氧化银的液状或糊状的接合材料的工序；由压接来连接粘附有接合材料的所述导体和所述压接端子的工序；在所述绝缘体的熔点以下的温度加热压接部，使所述金属接合材料熔合的工序。

根据本发明，在带有压接端子的电缆的压接部中，可以提高压接之后的断裂强度，且即使在高温环境中使用，断裂强度的降低也非常少。

附图说明

图1为显示有本发明的优选实施方式的带有压接端子的电缆的压接部的截面模式图。

图2为显示实施例1、2、比较例1、2的各情况中压接部的断裂强度和导体截面积比的关系的图。

图3为本发明和以往的带有压接端子的电缆的平面模式图。

图4为图3的带有压接端子的电缆的立体图。

图5为图3的带有压接端子的电缆的A-A截面图。

符号说明

31电缆

33导体

33压接端子

35绝缘体

30带有压接端子的电缆

X金属接合材料

具体实施方式

以下，按照附图说明本发明的优选实施方式。

一般在金属的接合材料中广泛使用合金钎焊材料，但是，由于熔点高，作为具有由树脂材料构成的绝缘体的带有压接端子的电缆的压接部的接合材料来使用是有问题的。

而另一方面，众所周之金属粒子的粒径如果减小到纳米数量级，会降低熔点，在低温产生熔合。本发明者们着眼于金属微粒子的低温下的熔合现象，活用银微粒子作为压接部的粘合材料。

图1为显示有本发明的优选实施方式的带有压接端子的电缆的压接部的截面模式图。对于基本的结构，由于与以往的带有压接端子的电缆30相同，示于图3的平面模式图和图4的立体图中。

如图1所示，本实施方式涉及的带有压接端子的电缆30在压接部34中通过压接而连接有电缆31的导体32和压接端子33，且通过金属接合材料X连接电缆31的导体32和压接端子33。

电缆31由导体32和绝缘体35构成，其中绝缘体35由树脂材料构成。作为导体32例如可以使用截面尺寸约为8mm²的捻线，而作为构成该捻线的单线导体例如可以使用对软铜线实施有镀锡的导体。锡主要用于防止腐蚀，也可以根据用途使用实施有镀镍或镀银的导体。

绝缘体35例如由交连聚乙烯构成。除聚乙烯外，可以根据用途适用氯乙烯和氟树脂等的树脂材料。特别在需要耐热性的电缆中，需要考虑绝缘体的额定温度。一般的，以氯乙烯为主材料的绝缘体的额定温度为到125℃为止，交联聚乙烯绝缘体为150℃为止，氟树脂为250℃左右为止。

作为压接端子33可以使用铜作为基础材料。另外，主要从防止腐蚀的角度出发，优选使用在作为基础材料的铜的表面镀有锡、镍、银等的金属的端子。

金属接合材料X含有银微粒子的烧结体。银微粒子的烧结体为对在有机溶剂中分散有银微粒子的液状或糊状的粘合材料进行烧结而得到的烧结体。

如上所述，金属粒子的粒径如果减小到纳米数量级，则会降低熔点，在低温产生熔合，但是该熔合在常温下也进行。因此，在使用金属微粒子时，用有机物保护金属微粒子的周围，将其分散在有机溶剂中，来便利地使用作为液状或糊状的接合材料。

如果加热分散有金属微粒子的液状或糊状的接合材料，有机溶剂和保护用有机物则蒸发、分解。另外，可以考虑通过加热使金属微粒子熔合，来发挥作为接合材料的作用。

压接端子33由铜构成时，金属接合材料X除了银之外还可以含有铜作为构成元素。进一步，导体32或压接端子33在表面具有镀锡层的情况下，金属接合材料X除了银之外还可以含有铜、锡。

金属接合材料X覆盖导体32的周围呈现大致连续的层结构，外周部与压接端子33相接合。虽然图中未示，金属接合材料X也进入到以捻线构成的导体32的内部(单线导体间的间隙中)。

作为金属接合材料X，使用在构成元素中含有银、铜和锡的材料时，金属接合材料X的主成分为银，但是其组成不是均一的，主要由银微粒子的烧结体、银-铜合金和银-铜-锡合金构成，银微粒子的烧结体和合金之间以及各合金之间进行金属学的接合。

作为银微粒子可以使用平均粒径为100nm以下的粒子。这是因为，通过将银微粒子的平均粒径成为100nm以下，在不给电缆31的绝缘体35造成损伤的热处理温度、条件下，可以充分地进行银微粒子的熔合(烧结)，可以提高带有压接端子的电缆30的压接部的断裂强度。

相反的，如果平均粒径超过100nm，低温下的银微粒子的熔合变得不充分，产生降低压接部的断裂强度这样的问题。这时，通过提高热处理温度，可以提高断裂强度，但是如果提高热处理温度，会产生损伤电缆31的绝缘体35这样的问题。

这里，银微粒子的平均粒径通过使用动态光散射法的粒度测定装置来测定。在体积基准的粒径的积分分布中，相当于累分值50％的粒径定为“平均粒径”。作为粒度测定装置例如可以使用日机装株式会社制的UPA-EX150。

另外，本发明者们在关于本发明的接合材料的探讨中发现，对在有机溶剂中分散有氧化银粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的金属接合材料X，也发挥作为优异的接合材料的作用。将在有机溶剂中分散有氧化银粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的物质作为金属接合材料X适用于压接部时，在不损伤电缆31的绝缘体35的热处理温度、条件下，与对在有机溶剂中分散有银微粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的物质作为金属接合材料X使用时相比，具有同等以上的断裂强度。

在有机溶剂中分散有氧化银的液状或糊状的接合材料可以考虑为通过加热，按照有机物的氧化、氧化银的还原、银微粒子的生成和银微粒子的熔合的顺序进行反应，来发挥作为接合材料的功能。氧化银粒子的平均粒径即使是微米数量级，就可发挥作为接合材料的作用。

作为氧化银例如可以使用氧化银(Ag₂O)。其平均粒径可以为10μm以下，优选为8μm以下。平均粒径如果超过10μm，压接部的断裂强度降低10％左右。断裂强度降低10％左右的理由可以考虑为，平均粒径如果超过10μm，在金属接合材料中产生多个空隙，该空隙成为断裂强度降低的主要原因。

根据以上所述结构的带有压接端子的电缆30，由于通过金属接合材料X使电缆31的导体32和压接端子33接合，在带有压接端子的电缆30的压接部中，可以提高压接之后的断裂强度，且即使在高温环境下使用时，断裂强度的降低也非常少。另外，使用以铜为主成分的导体32和压接端子33，在这些的表面上实施有镀锡的情况时，除了上述的效果外，还可以防止导体和压接端子33的腐蚀。

然后，说明本发明的带有压接端子的电缆30的制造方法。在这里，说明作为金属接合材料X，使用对在有机溶剂中分散有氧化银粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的物质的情况。

本发明的带有压接端子的电缆30的制造方法包括，(1)在电缆31的导体32上粘附含氧化银的液状或糊状的接合材料的工序；(2)由压接来连接粘附有接合材料的导体32和压接端子33的工序；(3)在绝缘体35的熔点以下的温度加热压接部，使所述金属接合材料X熔合的工序。

具体的，在(1)的工序中除去电缆1末端部的绝缘体35后，在导体32的周围粘附含氧化银的液状或糊状的接合材料。

另外，作为有机溶剂例如可以使用α-松油醇和乙二醇。另外，例如还可以使用正十四醇、甘油、甲苯。

在(2)的工序中，将粘附有液状或糊状的接合材料的导体32安装在压接端子33上，通过铸膜(die)和加压机进行压接。这时，预先掌握压接部的导体截面积比和施加压力之间的关系，进一步掌握断裂强度和断裂方式与导体截面积比之间的关系，在适宜的条件下进行。

在(3)的工序中，进行压接端子33的压接部的加热工序。加热工序例如通过使埋入有电阻发热元件的金属加热部件接触压接部来进行。加热例如可以在压接端子33的压接部的温度为200℃的条件下进行1分钟。由此，在(1)的工序中被粘附的液状或糊状的接合材料被烧结成金属接合材料X，制成带有本发明的压接端子的电缆30。

由本发明的带有压接端子的电缆30的制造方法，通过使用金属接合材料X来接合电缆31的导体32和压接端子33，得到带有压接端子的电缆30，对于其中的压接部，提高了压接之后的断裂强度，且即使在高温环境下使用时，断裂强度的降低也非常少。

在本实施方式中，虽然是在电缆31的导体32上粘附液状或糊状的接合材料，但是取而代之，也可以在压接端子33的压接部上粘附液状或糊状的接合材料，或在导体32和压接端子33的压接部两者上粘附液状或糊状的接合材料。

另外，在本实施方式中，使用了对在有机溶剂中分散有氧化银粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的物质来作为金属接合材料X，但是，在使用对在有机溶剂中分散有平均粒径为100nm以下的银微粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的物质来作为金属接合材料X时，作为有机溶剂例如可以使用正十四醇，作为用于保护银微粒子周围的有机物，例如可以使用辛胺。

实施例

实施例1、2，比较例1、2

为了确认本发明的效果，用4个工序(实施例1、2，比较例1、2)来制造带有压接端子的电缆，比较压接部的断裂方式和断裂强度。

实施例1使用通过本发明的制造方法(使用对在有机溶剂中分散有氧化银粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的物质来作为金属接合材料X，作为导体32和压接端子33使用铜作为基础材料，在其表面实施有镀锡的物体的方法)制造的带有压接端子的电缆30，实施例2使用对制造后的带有压接端子的电缆30进行过高温放置试验后的带有压接端子的电缆30。

比较例1使用通过以往的制造方法制造的带有压接端子的电缆30，比较例2使用对通过以往的制造方法制造的带有压接端子的电缆30进行过高温放置试验后的带有压接端子的电缆30。以往的方法是指除去电缆末端部的绝缘体后，安装导体到压接端子，通过铸膜和加压机实施压接的方法。

作为这些的绝缘体使用交联聚乙烯，对于压接端子和导体都使用实施有镀锡的材料，另外，作为氧化银使用平均粒径约为3μm的氧化银(Ag₂O)。

高温放置试验的条件为温度180℃，时间为2000小时。在各工序中，制造了导体截面积比在63～92％之间变化的5种带有压接端子的电缆。

表1表示制造的带有压接端子的电缆的压接部的断裂方式。另外，表2表示制造的带有压接端子的电缆的断裂强度与导体截面积比的关系。断裂强度为无负荷的导体的断裂负荷为100％时的相对值。

表1

导体截面积比(％)	实施例1	实施例2	比较例1	比较例2
					63	A(注1)	A	A	A
72	A	A	A	A
					79	A	A	A	A
85	A	A	B(注2)	B
					92	A	A	B	B

(注1)断裂方式A：导体断裂

(注2)断裂方式B：在压接部的导体脱落

首先，关注来自比较例1、2的以往的带有压接端子的电缆。导体截面积比为85％以上时，断裂方式虽然为导体脱落，但是，通过将导体截面积比为79％以下，可以将断裂方式变为导体断裂。

导体截面积比约为72％时，在高温放置试验前(比较例1)虽然可以得到约为86％的断裂强度，但是高温放置试验后(比较例2)约为64％，大幅度的降低。

如果考虑高温放置试验后的断裂强度，适宜的压接条件可以考虑为导体截面积比为79％左右，这时的断裂强度，高温放置试验前(比较例1)约为74％，高温放置试验后(比较例2)约为70％。

导体如果承受大的塑性变形，虽然减小了截面积，但是因加工硬化而提高了强度。比较例1的导体截面积比约为72％时，得到比较大的断裂强度可以考虑为是加工硬化的影响。在比较例2的情况时，大幅度的降低断裂强度可以考虑是因为在高温放置试验期间导体退火，以及由于压接时的塑性变形，导体截面积比减少至72％。

另一方面，如果关注来自实施例1、2制造的本发明的带有压接端子的电缆，导体截面积比为63％到92％这样广的范围内，断裂方式为导体断裂。适宜的压接条件可以考虑为导体截面积比为92％左右，这时的断裂强度高温放置试验前(实施例1)约为97％，高温放置试验后(实施例2)约为92％，为极高的值。

像这样的实施例1、2中记载的带有压接端子的电缆和以往的产品相比，高温放置试验前(实施例1)的压接部的断裂强度分别从74％提高到97％，高温放置试验后(实施例2)的压接部的断裂强度从70％提高到92％。

实施例3～10，比较例3、4

然后，对用本发明的带有压接端子的电缆的制造方法(作为金属接合材料X，使用对在有机溶剂中分散有平均粒径为10nm以下的银微粒子的液状或糊状的接合材料进行烧结而得到的物质，作为导体32和压接端子33使用铜作为基础材料，在其表面实施有镀锡的物体的方法)制造的带有压接端子的电缆(实施例3、5、7、9)和对带有该压接端子的电缆进行高温放置试验的带有压接端子的电缆(实施例4、6、8、10)进行评价。进一步，使用平均粒径超过100nm的银微粒子同样地制造带有压接端子的电缆(比较例3、4)。

作为金属接合材料X，使用对在由正十四醇构成的有机溶剂中分散有平均粒径为8nm(实施例3、4)、20nm(实施例5、6)、30nm(实施例7、8)、80nm(实施例9、10)、130nm(比较例3、4)的银微粒子的糊状的接合材料进行烧结而得到的物质。作为用于保护银微粒子的周围的有机物，使用辛胺。

对实施例3～10的带有压接端子的电缆检查压接部的断裂方式和断裂强度的结果为，得到和实施例1、2几乎同样的结果。即，压接部的导体截面积比约为92％的条件下，显示高温放置试验前后的压接部的断裂强度超过90％这样高的值。

而另一方面，比较例3、4的带有压接端子的电缆的断裂强度降低20％。

实施例11、比较例5

然后，对作为绝缘体35除了交联聚乙烯以外的树脂材料，例如使用氯乙烯、氟树脂等制造的带有压接端子的电缆(实施例11、比较例5)进行评价。实施例11通过通电产生瞬间的热处理来进行加热工序，比较例5用同实施例1同样的方法进行热处理。

使用由软化点相对比较低的氯乙烯绝缘体形成的电缆时，压接部的加热工序结束后，在压接端子的附近观察到绝缘体的少许变形(比较例5)。但是，没有对压接部的断裂方式和断裂强度产生影响。

另外，通过由通电产生瞬间的热处理来进行加热工序，可以抑制氯乙烯绝缘体的变形(实施例11)。具体的，在上下配置的通电用电极部件之间夹持压接部，通过约2秒的通电来进行加热工序。

调整通电电流使通电中的压接部的最高到达温度为220℃以下。用该方法制造的带有压接端子的电缆(实施例11)的压接部的断裂方式和断裂强度和实施例1几乎相同。

由此可知，本发明也适用于具有由软化点相对比较低的树脂材料构成的绝缘体的电缆。

实施例12

然后，作为压接端子33和导体32使用用锡以外的金属进行镀覆的材料，制造带有压接端子的电缆，对其进行评价。

对于在压接端子33上实施有用银、镍和铜镀覆的各种情况，导体32的表面材质(镀覆材料)即使变为银、镍、铜和锡，也得到和实施例1相同的断裂强度。

进一步，压接端子33的表面材质为锡时，将导体32的表面材质变为银、镍和铜，还是得到和实施例1相同的断裂强度。

以上可知，通过金属接合材料X来接合电缆的导体和压接端子，在带有压接端子的电缆的压接部中，提高了压接之后的断裂强度，且即使在高温环境下使用，断裂强度的降低也非常少。

Claims (6)

1.一种带有压接端子的电缆，其为通过压接而连接有电缆的导体和压接端子的带有压接端子的电缆，其特征在于，

所述电缆具有由树脂材料构成的绝缘体，并且在压接部通过以银为主成分的金属接合材料来接合所述导体和所述压接端子。

2.根据权利要求1所述的带有压接端子的电缆，其中，所述金属接合材料含有银微粒子的烧结体。

3.根据权利要求2所述的带有压接端子的电缆，其中，所述导体和所述压接端子由以铜为主成分的金属构成，且所述金属接合材料含有包括银和铜作为构成元素的合金。

4.根据权利要求3所述的带有压接端子的电缆，其中，所述导体和所述压接端子的任何一个或两者在表面具有镀锡层，并且所述金属接合材料含有包括银、铜和锡作为构成元素的合金。

5.一种制造带有压接端子的电缆的方法，其为将电缆和压接端子相连接来制造带有压接端子的电缆的方法，所述电缆包括由树脂材料构成的绝缘体和导体，其特征在于，所述方法包括：

在所述导体和所述压接端子的任何一个之上或两者之上粘附含有平均粒径为100nm以下的银微粒子的液状或糊状的接合材料的工序；

由压接来连接粘附有接合材料的所述导体和所述压接端子的工序；

在所述绝缘体的熔点以下的温度加热压接部，使所述金属接合材料熔合的工序。

6.一种制造带有压接端子的电缆的方法，其为将电缆和压接端子相连接来制造带有压接端子的电缆的方法，所述电缆包括由树脂材料构成的绝缘体和导体，其特征在于，所述方法包括：

在所述导体和所述压接端子的任何一个之上或两者之上粘附含有氧化银的液状或糊状的接合材料的工序；

由压接来连接粘附有接合材料的所述导体和所述压接端子的工序；

在所述绝缘体的熔点以下的温度加热压接部，使所述金属接合材料熔合的工序。

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