JP2010073638A - アルミ電線及びアルミ電線の端子圧着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧着された端子のベルマウス部で素線が破断し難い耐久性に優れたアルミ電線及びアルミ電線の端子圧着方法を提供する。
【解決手段】導体１１に接続端子１００が圧着されたアルミ電線１０であって、導体の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダ１５が塗布され、ハンダが塗布された部分が、導体に圧着された接続端子のベルマウス部１１１に当たっていることで、圧着された端子のベルマウス部で素線が破断し難い耐久性に優れたアルミ電線及びアルミ電線の端子圧着方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両のワイヤーハーネスに使用されるアルミ電線及びアルミ電線の端子圧着方法に関する。

近年、例えば車両に銅電線の代わりにアルミ電線でできたワイヤーハーネスが用いられるようになっている。この理由は、第１にアルミ電線の方が銅電線よりも軽量のため車両の軽量化を図ることができると共に、ワイヤーハーネス組付け時の作業性やワイヤーハーネスの車両への取付け性向上を図ることにある。また、第２に車両のリサイクル時に従来の銅電線がボディに残って銅と鉄との分離が行い難かったのに対し、銅電線の代わりにアルミ電線を用いることでアルミが車両に残ってもリサイクル時に鉄とアルミの分離が行い易くなるのでリサイクル性に優れることにある。また、第３にアルミ電線の方が銅電線よりもコスト的に廉価なことにある。

一方、アルミ電線は導体に酸化被膜を形成し易いため、接続端子を圧着した際に、導体と端子間、あるいは導体を構成する撚り線の素線間での金属的な接合が不完全になりやすい。その状態で温度サイクル等の環境変化を与えると、端子圧着部の電気抵抗が上昇し、溶断が発生するなど、端子圧着部での電気的特性が維持できない。これを防ぎ、アルミ電線の端子圧着部の電気的特性を安定に維持するために、アルミ電線導体部の圧縮率が、圧着部分のアルミ電線導体部断面積／圧着前のアルミ電線導体部断面積の比率で５０〜７０％の範囲にする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、従来のアルミ電線１０’に端子２００を圧着した状態を示す平面図（図９（ａ））及び側面図（図９（ｂ））である。また、図１０（ａ）は、上述のようにして端子２００をアルミ電線１０’に圧着した状態の端子付きアルミ電線の圧着断面図である。また、図１０（ｂ）は、銅電線２０に端子２００を圧着した状態の圧着断面図である。

ここで、端子２００の圧着高さはクリンプハイト値と呼ばれ、図１０においてクリンプハイト値Ｈａ，Ｈｂとして示すように、端子２００と電線１０’，２０の圧着圧縮率（減面率）は一般的に、このクリンプハイト値によって管理されている。

そして、図１０（ａ）に示す断面例Ａのようにクリンプハイト値が小さいものは導体断面積が小さく、高圧縮状態で圧着されている。反対に図１０（ｂ）に示す断面例Ｂのようにクリンプハイト値が大きいものは導体断面積が大きく、低圧縮状態で圧着されている。

例えば、クリンプハイト値が小さい断面例Ａでの圧縮率が７０％とすると、断面例Ａは、アルミ電線１０’への端子圧着構造として好ましい機械的及び電気的特性を有する端子圧着構造に相当する。一方、断面例Ａに比べてクリンプハイト値（導体断面積）が大きい断面例Ｂでは、圧縮率が７０％より大きく、断面例Ｂは通常の銅電線２０への端子圧着構造に相当する。

即ち、圧縮率とは、電線導体の端子圧着前の断面積を１００％としたときの減面率をいい、圧着後のクリンプハイト値や導体断面積が小さいほうが、高圧縮となる。そして、高圧縮ほど圧縮率は小さな数字となる。

従来における銅電線２０への端子圧着構造は、実際は目標の圧縮率になるクリンプハイト値によって管理されているが、端子の種類や電線径によって若干異なるものの結果的に圧着圧縮率がほぼ７５〜９５％の範囲内にて管理されている。

一方、アルミ電線１０’を現状の管理値にて圧着すると、高温や低温を要する環境試験において抵抗値の上昇が発生し、安定した電気接続を維持することができない。しかしながら、アルミ電線１０’に限って最適な管理値を５０〜７０％の範囲に特定することで、環境試験をクリアし、安定した電気接続を図ることができる点が特許文献１の実施例に詳細に記載されている。
実特開２００５−１７４８９６（段落（００２９）、図４）

ここで、アルミ電線１０’に端子２００を圧着する際に圧縮率を５０〜７０％としてアルミ電線１０’の変形を大きくすると、図１１（ａ）及び図１１（ａ）の点線Ｐで示す部分を拡大した図１１（ｂ）に示すように、特に端子２００のベルマウス部２１１付近でアルミ電線１０’の素線の局所的な変形が大きくなり、素線が破断し易くなるという問題がある。なお、ここでベルマウス部２１１とは、図１１（ｂ）に示すようにワイヤーバレル２１０の電線側端部で、端子圧着前には存在しないが端子圧着後に側面視でテーパ状をなす部分を指す。

このような問題が生じるのは、ベルマウス部２１１にあたる部分の導体が圧着によって変形した部分と変形を受けない部分の遷移部分になるので、素線が局所的に強く伸ばされるなど局所的な変形が起こり易く、圧縮変形が大きいと
ベルマウス部２１１で素線が破断し易くなることに起因していると考えられる。

また、端子２００のアルミ電線１０’への圧着時だけでなく、特にこのアルミ電線１０’を車両のワイヤーハーネスの振動部位に利用すると、車両走行中にアルミ電線１０’が常に振動を受けるので、ベルマウス部での破断が生じ易くなる。

本発明は、圧着された端子のベルマウス部で素線が破断し難い耐久性に優れたアルミ電線及びアルミ電線の端子圧着方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために本発明の請求項１に係るアルミ電線は、
導体に接続端子が圧着されたアルミ電線であって、
前記導体の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダが塗布され、
前記ハンダが塗布された部分が、前記導体に圧着された接続端子のベルマウス部に当たっていることを特徴としている。

請求項１に係るアルミ電線によると、ベルマウス部で導体がハンダにより補強されているので、このベルマウス部における導体の破断が起こり難くなる。これは、ハンダの塗布により導体とハンダを合わせた断面積が単純に増加しているためだけでなく、素線同士がハンダにより接合されていることで導体の変形時の引っ張り応力を隣り合う素線同士で分担することや、ハンダにより素線表面に圧縮応力が付加されていることなどのメカニズムによりベルマウス部の導体が補強されるためであると考えられる。

また、本発明の請求項２に係るアルミ電線は、請求項１に記載のアルミ電線において、
前記導体が絶縁材からなる被覆部で被覆されると共に、当該電線の端部で当該被覆部が除去され、
前記被覆部が除去され露出した部分の前記導体の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダが塗布され、
前記ハンダが塗布された部分が、前記導体に圧着された接続端子のベルマウス部に当たっていることを特徴としている。

請求項２に係るアルミ電線によると、アルミ電線が絶縁被覆された被覆線であっても被覆の端部を除去した部分に端子を圧着した場合に請求項１と同様の作用が得られる。

また、本発明の請求項３に係るアルミ電線の端子圧着方法は、
アルミ電線に接続端子を圧着するアルミ電線の端子圧着方法であって、
導体の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダフラックスを塗布し、
前記導体の少なくともハンダフラックスが塗布された部分を溶融したハンダに浸漬して、前記ハンダフラックスが塗布された部分に前記ハンダを塗布し、
前記ハンダが塗布された部分が、前記導体に圧着される接続端子のワイヤーバレルの電線側端部に当たるように当該接続端子を圧着することを特徴としている。

請求項３に係るアルミ電線の端子圧着方法によると、請求項１及び請求項２のような端子のベルマウス部にあたる導体の部分の破断が生じ難い圧着端子付きアルミ電線を容易に製造できるようになる。

本発明によると、アルミ電線を端子に圧着する際に圧縮率を小さくして安定な電気接続を図りつつ、圧着された端子のベルマウス部で素線が破断し難い耐久性に優れたアルミ電線及びアルミ電線の端子圧着方法を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るアルミ電線及びアルミ電線の端子圧着方法について図面に基づいて詳細に説明する。最初に本発明の一実施形態に係るアルミ電線について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るアルミ電線１０を示す側面図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係るアルミ電線１０に接続端子（以下、単に「端子」とする）１００を圧着した状態を示す平面図（図２（ａ））及び側面図（図２（ｂ））である。また、図３は、図２における端子１００のベルマウス部近傍のみを部分的に拡大して示す側面図である。また、図４は、アルミ電線１０に圧着する前の端子１００の平面図（図４（ａ））及び側面図（図４（ｂ））である。

本発明の一実施形態にかかるアルミ電線１０は、図１に示すアルミ電線１０の導体部１１に端子１００が圧着されるアルミ電線であって、導体部１１が絶縁材からなる被覆部１２で被覆されると共に、アルミ電線１０の端部で被覆部１２が除去されている。そして、被覆部１２が除去され露出した部分の導体部１１の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダ１５が塗布されている。そして、このハンダ１５が塗布された部分が、図２及び図３に示すように導体部１１に圧着された端子１００のベルマウス部（ワイヤーバレルの電線側端部で、端子圧着前には存在しないが端子圧着後に側面視でテーパ状をなす部分）１１１に当たるようになっている。

端子１００は、図２及び図４に示すように、電線接続部１００Ａと端子接続部１００Ｂによって構成されている。そして、電線接続部１００Ａは、導体部１１を圧着するワイヤーバレル１１０と、アルミ電線１０を樹脂被覆ごと圧着するインシュレーションバレル１２０によって構成されている。また、ワイヤーバレル１１０は断面略Ｕ字型をなし、いわゆるオープンバレルタイプの端子を形成している。

続いて、上述したアルミ電線への端子圧着方法について説明する。なお、図５は、アルミ電線の導体部に全体的にハンダを施す一般的なアルミハンダ方法を示した工程図である。また、図６は、アルミ電線の導体部をフラックスを使用せずにハンダ槽に浸漬した前後の状態を示す工程図である。図５及び図６からアルミ電線の導体部にハンダフラックスを塗布した部分にだけハンダが塗布されていることが分かる。また、図７は、本発明の一実施形態に係るアルミ電線へのハンダの塗布方法を説明する工程図である。

最初に導体部１１が絶縁材からなる被覆部１２で被覆されると共に、アルミ電線１０の端部で被覆部１２が除去されて導体部１１が露出したアルミ電線１０を用意する。

次いで、図７（ａ）に示すように、アルミ電線１０の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダフラックス１５ａを塗布する。ここで、ハンダフラックス１５ａは、アルミニウム又はアルミニウム合金に適用できるハンダフラックスなら如何なるものでも良く、特定のハンダフラックスに限定されない。

次いで、図７（ｂ）に示すように、導体部１１の少なくともハンダフラックス１５ａが塗布された部分を溶融したハンダ液５０に浸漬する。

これによって、図７（ｃ）に示すように、アルミ電線１０のハンダフラックス１５ａが塗布された部分にのみハンダ１５が塗布される。

そして、ハンダ１５が塗布された部分が、導体部１１に圧着される端子１００のベルマウス部１１１に当たるように端子１００を導体部１１に圧着する。

以下に、このアルミ電線への端子圧着工程について説明する。図８は本発明の一実施形態に係るアルミ電線への端子圧着前の状態から端子圧着後の状態までを（ａ）〜（ｄ）の順で示す工程図であり、左側は端子を側方から見た状態で右側はアルミ電線を被覆部方向から見た状態で示している。

最初に、図８（ａ）に示すように、端子１００を基台８０に固定し、アルミ電線１０を端子１００の適所に位置決めする。即ち、アルミ電線１０の導体部１１をワイヤーバレル１１０で挟まれた領域に位置決めすると共に、被覆部１２をインシュレーションバレル１２０で挟まれた領域に位置決めする。この際、アルミ電線１０に圧着されるワイヤーバレル１１０の端子圧着後にベルマウス部１１１として形成されるワイヤーバレル１１０の電線側端部に上述したアルミ電線１０のハンダ１５が当たるように位置決めする。

この状態で、端子長手方向で見て特別な形状の圧着溝を有する圧着治具９０を端子１００の上方から接近させる（図８（ａ）の端子圧着方向を示す矢印Ｘ参照）。なお、圧着治具９０には圧着するワイヤーバレル１１０及びインシュレーションバレル１２０に対応する圧着部が形成されている。即ち、端子１００のワイヤーバレル１１０に対応する位置に端子圧着部９１が形成され、端子１００のインシュレーションバレル１２０に対応する位置には端子圧着部９２が形成されている。ここで、この圧着治具９０を図示しないアクチュエータによって端子側に向かって下降させる（図８（ｂ）参照）。この下降動作によって、各バレル１１０，１２０の端部が圧着治具９０の圧着部の各圧着溝に沿ってしだいに屈曲され、やがては、圧着治具９０において各バレル端部がアルミ電線１０の中心軸線方向に変形（カール）する（図８（ｃ）参照）。

そして、圧着治具９０を更に下降することによってワイヤーバレル先端がアルミ電線１０の導体部１１の撚り線間に押し込まれていく。これと同時に、アルミ電線１０の被覆部１２にもインシュレーションバレル１２０が圧着される。この際、アルミ電線に圧着されるワイヤーバレル１１０のベルマウス部１１１に上述したアルミ電線１０のハンダ１５が当たるように圧着する。

また、このように端子１００をアルミ電線１０の導体部１１に圧着するにあたって、圧着部分のアルミ電線導体部断面積／圧着前のアルミ電線導体部断面積で規定されるアルミ電線導体部の圧縮率（減面率）が５０〜７０％の範囲内になるように端子１００をアルミ電線１０に圧着する。この端子圧着作業が終わると、圧着治具９０を上昇させて端子圧着作業を完了する（図８（ｄ）参照）。

このようにして圧着された端子付きのアルミ電線１０は、導体部１１がベルマウス部１１１でハンダ１５により補強されているので、端子１００のベルマウス部１１１における導体部１１の破断が起こり難くなる。これは、ハンダ１５の塗布により導体部１１とハンダ１５を合わせた断面積が単純に増加しているためだけでなく、素線同士がハンダ１５により接合されていることで、導体部１１の変形時の引っ張り応力を隣り合う素線同士で分担することや、ハンダ１５により素線表面に圧縮応力が付加されていることなどのメカニズムによりベルマウス部１１１の導体部１１が補強されるためであると考えられる。

以下、このようなアルミ電線１０の端子圧着方法を用いてアルミ電線１０に端子１００を実際に圧着してみたので、その結果について実施例として説明する。

具体的には、導体部１１がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ電線１０の端部の被覆部１２を一部除去した。そして、被覆部１２が除去された導体部１１の根元付近に刷毛でハンダフラックスを塗布した（図７（ａ）参照）。この際、ハンダフラックス１５ａは被覆除去部の長手方向には短い範囲で、周方向には全周にわたって塗布されるよう、アルミ電線１０を軸を中心に自転させながら、フラックスを含ませた細い刷毛を当てて帯状に一周塗布した。

その後、被覆除去部である導体部１１をハンダ槽のハンダ液に浸漬した（図７（ｂ）参照）。これにより、ハンダフラックス１５ａを塗布した部分のみの酸化皮膜が除去され、ハンダ１５が付着した。また、それ以外の部分では、導体部１１の表面にアルミ酸化皮膜が残っているので、ハンダ１５は付着せず、素線のままとなった。この結果、導体部１１の根元付近に鉢巻き状にハンダ１５が付着したアルミ電線１０が得られた（図７（ｃ）参照）。

このアルミ電線１０を端子１００と共に圧着機の金型にセットした。ここで、ハンダ１５がワイヤーバレル１１０のベルマウス部１１１にかかるように、端子１００に対してアルミ電線１０の長手方向の位置を定めた。

次いで、上述した圧着方法でアルミ電線１０に端子１００を圧着した。この際、圧縮率５０〜７０％でアルミ電線１０に端子１００のワイヤーバレル１１０を圧着してもベルマウス部１１１で芯線の破断は起こらなかった。また、電気接続性は良好で、信頼性試験によっても安定した導通を示した。

なお、本発明を実施するにあたって、接続端子は、電線を加締めて電気的及び機械的に接続するタイプの端子であれば良く、端子の形状は限定されない。また、端子が導体を加締めるバレル部の形状は、上述した実施形態ではワイヤーバレルがオープンバレルであったが、この代わりにクローズドバレルであっても良い。また、上述した実施形態では端子にインシュレーションバレルが備わっていたが、必ずしもインシュレーションバレルが端子に備わっていなくても良い。また、アルミ電線は、導体がアルミニウム又はアルミニウム合金であれば良く、その種類は限定されない。また、ハンダは、アルミニウム又はアルミニウム合金にハンダ付け可能なものであれば、その種類は限定されない。

なお、本発明において、ハンダはアルミ電線の導体部の長手方向所定の一部分に亘り、かつ周方向に全周に塗布するようになっており、これは狭義には鉢巻き状に塗布するという意味であるが、上述の実施形態のようにアルミ電線の狭い帯状にハンダを鉢巻き状に塗布することに限定されず、導体部の長手方向一部であって周方向に全周であれば如何なる形態であっても良い。

このように導体部の長手方向一部と限定した理由は、端子のワイヤーバレルを加締めるアルミ電線の領域全体に（即ち、少なくとも加締めで変形する部分の全長に亘って）ハンダが塗布されると、変形部で素線間の長手方向へのずれが拘束されて圧縮時の挙動が不安定になり、安定した圧着ができなくなるためである。また、変形部全体で断面積が増大することから、圧着力が大きくなるためでもある。

なお、ハンダを塗布する厚さによって、上記の補強の度合いを調整することも可能である。また、ハンダフラックスの塗布方法は、本実施形態では上述の実施例のような電線を自転させながら電線の長手方向の一部にのみ刷毛やノズルを当てて塗布する方法であったが、このような方法には限定されない。また、アルミ電線の導体部のハンダ槽への浸漬時に、超音波等の振動を加えても良い。

本発明の一実施形態に係るアルミ電線を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るアルミ電線に端子を圧着した状態を示す平面図（図２（ａ））及び側面図（図２（ｂ））である。 図２における端子のベルマウス部近傍のみを部分的に拡大して示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るアルミ電線に圧着する前の端子を示す平面図（図４（ａ））及び側面図（図４（ｂ））である。 アルミ電線に全体的にハンダを施す方法を（ａ）〜（ｃ）の順に示す工程図である。 アルミ電線にフラックスを塗布しない状態でこのアルミ電線をはんだ槽に浸漬する前後の状態を（ａ）〜（ｂ）の順に示す工程図である。 本発明の一実施形態に係るアルミ電線へのハンダの塗布方法を（ａ）〜（ｃ）の順に示す工程図である。 本発明の一実施形態に係るアルミ電線への端子圧着前の状態から端子圧着後の状態までを（ａ）〜（ｄ）の順に示す工程図であり、左側は端子を側方から見た状態で右側はアルミ電線を被覆部方向から見た状態で示している。 従来のアルミ電線に端子を圧着した状態を示す平面図（図９（ａ））及び側面図（図９（ｂ））である。 従来のアルミ電線に端子を圧着した状態の端子圧着部の断面図（図１０（ａ））及び従来の銅電線に端子を圧着した状態の端子圧着部の断面図（図１０（ｂ））である。 従来のアルミ電線に端子を圧着させた場合に生じる不具合を説明する側面図（図１１（ａ））及び図１１（ａ）の点線Ｐの部分を拡大した部分的拡大図（図１１（ｂ））である。

符号の説明

１０，１０’ アルミ電線
１１ 導体部
１２ 被覆部
１５ ハンダ
１５ａ ハンダフラックス
２０ 銅電線
５０ ハンダ液
８０ 基台
９０ 圧着治具
９１，９２ 端子圧着部
１００ （接続）端子
１００Ａ 電線接続部
１００Ｂ 端子接続部
１１０ ワイヤーバレル
１１１ ベルマウス部
１２０ インシュレーションバレル
２００ 端子
２１０ ワイヤーバレル
２１１ ベルマウス部
Ｈａ，Ｈｂ クリンプハイト値

Claims (3)

1. 導体に接続端子が圧着されたアルミ電線であって、
   前記導体の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダが塗布され、
   前記ハンダが塗布された部分が、前記導体に圧着された接続端子のベルマウス部に当たっていることを特徴とするアルミ電線。
2. 前記導体が絶縁材からなる被覆部で被覆されると共に、当該電線の端部で当該被覆部が除去され、
   前記被覆部が除去され露出した部分の前記導体の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダが塗布され、
   前記ハンダが塗布された部分が、前記導体に圧着された接続端子のベルマウス部に当たっていることを特徴とする、請求項１に記載のアルミ電線。
3. アルミ電線に接続端子を圧着するアルミ電線の端子圧着方法であって、
   導体の長手方向における所定の一部分に、周方向全周に亘ってハンダフラックスを塗布し、
   前記導体の少なくともハンダフラックスが塗布された部分を溶融したハンダに浸漬して、前記ハンダフラックスが塗布された部分に前記ハンダを塗布し、
   前記ハンダが塗布された部分が、前記導体に圧着される接続端子のワイヤーバレルの電線側端部に当たるように当該接続端子を圧着することを特徴とするアルミ電線の端子圧着方法。
   
   

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