JP5027022B2 - 圧着端子および圧着端子コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、被覆電線の絶縁被覆を剥いで露出させた電線導体（芯線）と圧着接続される圧着端子および圧着端子コネクタに関する。

従来、このような圧着端子として、例えば、特許文献１に開示された技術がある。この従来技術では、電線導体を載置する底板部と、底板部の両側に延出されて電線導体に加締め付けられる一対の加締め爪とを備え、底板部の内面に、電線導体の軸線と交差する方向に延在する複数本の溝（セレーション）が形成されている。複数本の溝は、加締め爪が加締め付けられたとき、溝の縁が電線導体に食い込むようになっている。

このような複数本の溝を有する従来の圧着端子では、溝の縁を電線導体に食い込ませ、或いは、電線導体を溝に埋め込ませる（電線導体を塑性変形させる）ことにより、
（１）長期間にわたって抵抗変化の少ない安定した電気的特性と、
（２）（電線導体を溝の縁で塑性変形させた金属間結合により）圧着強度の大きな機械的特性と、を得ることができるようにしている。

そのため、導体係止溝（セレーション）を有する従来の圧着端子では、電線導体として銅電線が使用され、圧着端子は銅電線より硬い（ヤング率が電線より高い）材質を用いている。
特開２００３−３１２７４号公報

ところで、上記圧着端子に圧着される芯線は、軽量化及び細径化を図るために、圧着端子と同等或いはそれより高いヤング率を有する銅合金線などの硬い合金線を使用するのが望まれている。ところが、上記従来技術のように、溝の縁を電線導体に食い込ませる等、電線導体を塑性変形させる圧着方式の圧着端子では、電線導体（芯線）として銅合金線など、圧着端子と同等或いはそれより硬い合金線を用いた場合、芯線が溝の縁に過度に押し付けられて、芯線が細くなり、圧着強度が極端に低下してしまう。その結果、抵抗変化の少ない安定した電気的特性や圧着強度の大きい安定した機械的特性を長期間にわたって保持できないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、銅合金線を圧着する端子であって、安定した電気的特性と圧着強度の大きい安定した機械的特性を長期間にわたって保持できるようにした圧着端子および圧着端子コネクタを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る圧着端子は、被覆電線の芯線である合金線が載置される底板部と、該底板部の両側から延出し加締めにより前記合金線を圧着する左右の加締め部とを備え、前記合金線と同じ或いはそれより小さいヤング率を有する材料からなる圧着端子であって、前記底板部の内面に、該底板部に載置される前記合金線と交差する方向に延びる溝が形成されており、前記溝は、前記左右の加締め部を前記合金線に加締め付けた状態で、前記合金線が前記溝内で弾性変形し該溝の底面に圧接するのを許容する深さに設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、芯線として圧着端子と同じヤング率或いはそれより高いヤング率を有する合金線を用い、左右の加締め部を芯線である合金線に加締め付けた状態で、合金線の、合金線と交差する方向に延びる溝を跨る部分が、溝の幅方向両側の縁（エッジ）で支持された両端支持梁となり、この両端支持梁が弾性変形して溝の底面に圧接する。この両端支持梁がばね性を保持し、この両端支持梁のばねが、加締め部に機械的な応力を与えることで、安定した電気的特性が得られる。また、合金線の両端支持梁となった部分がばね性を保持し、合金線に対する押し付け力を適正に保持できるので、圧着強度の大きい安定した機械的特性が得られる。

従って、圧着端子と同じヤング率或いはそれより高いヤング率を有する合金線を圧着する端子であって、安定した電気的特性と圧着強度の大きい安定した機械的特性を長期間にわたって保持できる圧着端子が得られる。

請求項２に記載の発明に係る圧着端子は、前記左右の加締め部の内面には、前記芯線の前記溝を跨る部分の中央部を押圧するボスが設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、左右の加締め部を圧着端子と同じヤング率或いはそれより高いヤング率を有する芯線である合金線に加締め付けた状態で、合金線の、合金線と交差する方向に延びる溝を跨る部分が、その中央部がボスで押圧されることで、溝の幅方向両側の縁（エッジ）で支持された両端支持梁となり、この両端支持梁が弾性変形して溝の底面に圧接する。この両端支持梁がばね性を保持し、この両端支持梁のばねが、加締め部に機械的な応力を与えることで、安定した電気的特性が得られる。また、合金線の両端支持梁となった部分がばね性を保持し、合金線に対する押し付け力を適正に保持できるので、圧着強度の大きい安定した機械的特性が得られる。

請求項３に記載の発明に係る圧着端子は、前記溝は、１個又は２個設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明に係る圧着端子は、前記溝の深さは、前記合金線の直径の３５％以下であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明に係る圧着端子は、前記合金線は、銅を主成分とする銅合金であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明に係る圧着端子コネクタは、芯線を圧着方式により圧着端子に取り付ける圧着端子コネクタにおいて、前記圧着端子と同じヤング率或いはそれより高いヤング率を有する前記芯線と、被覆電線の前記芯線が載置される底板部と、該底板部の両側から延出し加締めにより前記芯線を圧着する左右の加締め部と、前記底板部の内面に該底板部に載置される前記芯線と交差する方向に延びる溝とを有する前期圧着端子とを備え、
前記左右の加締め部を前記芯線に加締め付けた状態で、前記芯線が前記溝内で弾性変形し該溝の底面に圧接することを特徴とする。

本発明によれば、銅合金線を圧着する端子であって、安定した電気的特性と圧着強度の大きい安定した機械的特性を長期間にわたって保持できる圧着端子および圧着端子コネクタを得ることができる。

次に、本発明を具体化した一実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る圧着端子１０を示す展開図である。図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図３は複数の芯線を圧着した状態を示す横断面図である。図４は、芯線を圧着した状態における芯線と溝が交差する部分を、溝の幅方向（芯線の軸線方向）に切断した断面図である。図５は、溝の数と溝の深さをそれぞれ変えて行った熱ストレス試験前と熱ストレス試験後での引張試験の結果を示すグラフである。

圧着端子１０は、図１に示すように、被覆電線２０の絶縁被覆部２１を剥いで露出させた芯線（電線導体）２２を圧着するための端子である。この被覆電線２０は、複数本の（例えば、７本の）芯線２２を有している。これらの芯線２２として、ヤング率が１００ＧＰａから１３５ＧＰａの銅を主成分とする銅合金線が使用されている。一方、圧着端子１０は、芯線２２と同じヤング率か、それより低いヤング率を有する金属板である。

圧着端子１０は、被覆電線２０の絶縁被覆部２１を保持するインシュレーションバレル１１と、複数本の芯線２２を圧着するワイヤバレル１２とを備える。このワイヤバレル１２は、被覆電線２０の芯線２２が載置される底板部１３と、底板部１３の両側から延出し加締めにより複数本の芯線２２を圧着する左右の加締め部１４，１５とを備えている。

底板部１３の内面には、底板部１３に載置される複数本の芯線２２と交差する方向に延びる２つの矩形状の溝３１，３２が形成されている。以下の説明において、各溝３１，３２についての「溝の幅Ｂ」は、図１および図４に示すように、芯線２２の軸線方向における各溝３１，３２の両側の縁（エッジ）３１ａ，３２ａ間の距離である。また、各溝３１，３２についての「溝の長さＣ」は、図１および図２に示すように、芯線２２の軸線と交差する方向における両側の縁（エッジ）間の距離である。

溝３１，３２は、左右の加締め部１４，１５を複数本の芯線２２に加締め付けた状態（図３参照）で、図４に示すように複数本の芯線２２が溝３１，３２内でそれぞれ弾性変形し、各溝３１，３２の底面に圧接するのを許容する深さＡにそれぞれ設定されている。

また、左右の加締め部１４，１５の内面には、図１および図２に示すように、複数の（本実施形態では４つの）ボス１６が形成されている。これら４つのボス１６は、左右の加締め部１４，１５を複数本の芯線２２に加締め付けた状態（図３参照）で、図４に示すように各芯線２２の溝３１，３２を跨る部分２２ａの中央部を押圧する位置にそれぞれ設けられている。そして、左右の加締め部１４，１５の外面にある複数の凹部１７は、複数のボス１６をプレス加工した際にできる凹部である。

このような構成を有する圧着端子１０で被覆電線２０の複数本の芯線２２を圧着する場合には、まず、図１に示すように展開した形状の圧着端子１０のインシュレーションバレル１１の内面上に被覆電線２０の絶縁被覆部２１を、ワイヤバレル１２の底板部１３の内面上に複数本の芯線２２をそれぞれ載置する。

次に、インシュレーションバレル１１を加締めてその内面を絶縁被覆部２１に圧着させると共に、ワイヤバレル１２の左右の加締め部１４，１５を複数本の芯線２２に加締める。

左右の加締め部１４，１５を銅合金線である複数本の芯線２２に加締め付けた状態では、複数本の（ここでは７本の）芯線２２が図３に示すように配置で保持される。このような加締め付けた状態では、図４に示すように、各芯線２２の、各芯線２２と交差する方向に延びる溝３１，３２を跨る部分２２ａが、その中央部をボス１６で押圧されることで、各溝３１，３２の幅方向両側の縁３１ａ，３２ａでそれぞれ支持された両端支持梁となる。この両端支持梁となる部分２２ａが弾性変形して各溝３１，３２の底面に圧接する。この両端支持梁となる部分２２ａがばね性を保持し、この部分２２ａのばねが、左右の加締め部１４，１５に機械的な応力を与える。つまり、両端支持梁となる部分２２ａが各溝３１，３２の底面から反力を受けることで、両端支持梁となる部分２２ａのばね性（ばね力）により、左右の加締め部１４，１５に図４の矢印４０で示す機械的な応力を与える。これにより、長期間にわたり抵抗変化の少ない安定した電気的特性が得られるようになっている。

また、各芯線２２の両端支持梁となった部分２２ａがばね性を保持し、各芯線２２に対する押し付け力を適正に保持できる。これにより、長期間にわたり圧着強度の大きい安定した機械的特性が得られるようになっている。

さらに、圧着端子１０の溝３１，３２の深さＡ（図４参照）は、銅合金線である各芯線２２の直径の１５％〜３５％程度が好ましい。溝３１，３２の幅Ｂ（図１、図４参照）は、例えば、各芯線２２の直径の１倍〜２．５倍程度が好ましい。また、溝３１，３２の長さＣ（図１、図２参照）は、例えば、ワイヤバレル１２の展開長Ｅの４５％〜７５％程度が好ましい。

以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○左右の加締め部１４，１５を銅合金線である複数本の芯線２２に加締め付けた状態で、各芯線２２の、各芯線２２と交差する方向に延びる溝３１，３２を跨る部分２２ａが、その中央部をボス１６で押圧されることで、各溝３１，３２の幅方向両側の縁３１ａ，３２ａでそれぞれ支持された両端支持梁となる。この両端支持梁となる部分２２ａが弾性変形して各溝３１，３２の底面に圧接する。これにより、各芯線２２の両端支持梁となる部分２２ａがばね性を保持し、この部分２２ａのばねが、左右の加締め部１４，１５に機械的な応力を与えることで、安定した電気的特性が得られる。

○各芯線２２の両端支持梁となった部分２２ａがばね性を保持し、各芯線２２に対する押し付け力を適正に保持できるので、圧着強度の大きい安定した機械的特性が得られる。

○従って、銅合金線を圧着する端子であって、安定した電気的特性と圧着強度の大きい安定した機械的特性を長期間にわたって保持できる圧着端子１０を得ることができる。

○図５は、一実施形態に係る圧着端子１０について、溝（溝３１，３２）の数と溝の深さＡ（図４）をそれぞれ変えて行った熱ストレス試験前と熱ストレス試験後での引張試験の結果を示す。図５では、溝の数を「１」〜「３」に変えた場合における熱ストレス試験前と熱ストレス試験後での引張試験の結果と、溝の深さＡを変えた場合における熱ストレス試験前と熱ストレス試験後での引張試験の結果とを示している。図５では、溝の深さＡを、深さ１（銅合金線である芯線２２の直径の３０％）、深さ２（芯線２２の直径の４５％）および深さ３（芯線２２の直径の６０％）にそれぞれ変えた場合を示している。

また、図５の実線で示す熱ストレス試験後の各データは、１２０℃で３０分保持するステップと−４０℃で３０分保持するステップとを１サイクルとして２４０サイクルのストレスを圧着端子１０に掛けた後での引張試験の結果をそれぞれ示している。

○芯線は、直径が１１０μｍ程度の銅合金線を用い、また、圧着端子はその材料が黄銅でヤング率９６ＧＰａ程度のものを用いて、引張試験を行なった。

○芯線２２として、圧着端子１０の金属板よりも硬い（ヤング率が高い）銅合金線を使用するので、被覆電線２０の各芯線２２の軽量化及び細径化を図ることができる。

図５から、溝３１，３２の数を、「１」或いは「２」にした場合（数１，２の場合）には、大きな引張強度（Ｎ）が得られているのに対し、その数を「３」にした場合（数３の場合）には、「１」或いは「２」にした場合よりも引張強度が弱くなることが分かる。これらの結果から、溝３１，３２の数は、「１」或いは「２」であるのが好ましい。

また、溝３１，３２の深さＡについては、図５から、その深さＡを芯線２２の直径の４５％或いは芯線２２の直径の６０％に設定した場合には、その深さＡを芯線２２の直径の３０％に設定した場合よりも引張強度が弱くなることが分かる。これらの結果から、溝３１，３２の深さＡは、合金線の直径の３５％以下であるのが好ましい。

このようにすることによって、芯線をセレーションに押し付けたとき、芯線の曲がりを弾性内に収めることができ、芯線の弾性を最大限に利用することが可能となる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
上記一実施形態では、芯線２２として、ヤング率が１００ＧＰａから１３５ＧＰａの銅合金線を使用し、圧着端子１０として、芯線２２と同じヤング率か、それより低いヤング率を有する金属板を用いているが、本発明はこれに限らない。芯線２２は銅合金線に限らず、圧着端子１０と同じヤング率或いはそれより高いヤング率を有する合金線であっても良い。このような合金線として、例えば、ヤング率が１２０ＧＰａ程度のリン青銅合金、もしくは１３０ＧＰａ程度のベリリウム銅合金が使用可能である。

・上記一実施形態では、圧着端子１０の底板部１３の内面に、２つの溝３１，３２を設けた構成について説明したが、図５で示す引張試験の結果から明らかなように、２つの溝３１，３２に代えて一つの溝を設けた圧着端子１０にも本発明は適用可能である。

・上記一実施形態では、溝３１，３２の各縁（エッジ）での傾き角度を０度としているが、溝３１，３２として、図６に示すように各縁（エッジ）に傾き角度θを持つ溝であっても良い。つまり、各溝３１，３２溝の内周面が傾斜面になって構成でも良い。その傾き角度θは、例えば、０度から１５度程度である。

本発明の一実施形態に係る圧着端子を示す展開図。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図。 複数の芯線を圧着した状態を示す横断面図。 芯線を圧着した状態における芯線と溝が交差する部分を、溝の幅方向（芯線の軸線方向）に切断した断面図。 溝の数と溝の深さをそれぞれ変えて行った熱ストレス試験前と熱ストレス試験後での引張試験の結果を示すグラフ。 一実施形態に係る圧着端子の変形例の一部を示す断面図。

符号の説明

１０：圧着端子
１１：インシュレーションバレル
１２：ワイヤバレル
１３：底板部
１４，１５：加締め部
１６：ボス
２０：被覆電線
２１：絶縁被覆部
２２：芯線（銅合金線）
２２ａ：両端支持梁となる部分
３１，３２：溝
３１ａ，３２ａ：溝の縁（エッジ）

Claims (6)

1. 被覆電線の芯線である合金線が載置される底板部と、該底板部の両側から延出し加締めにより前記合金線を圧着する左右の加締め部とを備え、前記合金線と同じ或いはそれより小さいヤング率を有する材料からなる圧着端子であって、
   前記底板部の内面に、該底板部に載置される前記合金線と交差する方向に延びる溝が形成されており、
   前記溝は、前記左右の加締め部を前記合金線に加締め付けた状態で、前記合金線が前記溝内で弾性変形し該溝の底面に圧接するのを許容する深さに設定されていることを特徴とする圧着端子。
2. 前記左右の加締め部の内面には、前記芯線の前記溝を跨る部分の中央部を押圧するボスが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧着端子。
3. 前記溝は、１個又は２個設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧着端子。
4. 前記溝の深さは、前記合金線の直径の３５％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の圧着端子。
5. 前記合金線は、銅を主成分とする銅合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の圧着端子。
6. 芯線を圧着方式により圧着端子に取り付ける圧着端子コネクタにおいて、前記圧着端子と同じヤング率或いはそれより高いヤング率を有する前記芯線と、
   被覆電線の前記芯線が載置される底板部と、該底板部の両側から延出し加締めにより前記芯線を圧着する左右の加締め部と、前記底板部の内面に該底板部に載置される前記芯線と交差する方向に延びる溝とを有する前期圧着端子とを備え、
   前記左右の加締め部を前記芯線に加締め付けた状態で、前記芯線が前記溝内で弾性変形し該溝の底面に圧接することを特徴とする圧着端子コネクタ。
   

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