JP5294668B2

JP5294668B2 - 電線に対する端子の圧着構造

Info

Publication number: JP5294668B2
Application number: JP2008076239A
Authority: JP
Inventors: 孝之松野
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009231108A

Description

本発明は、電線に対する端子の圧着構造に係り、特に、アルミニウム電線に対して銅端子を圧着接続する場合に有効な技術に関するものである。

自動車用のワイヤーハーネスに使用されている電線は、従来では一般的に銅電線であったが、最近では、軽量性やリサイクル性の良さからアルミニウム電線に置き換える動きがある。

アルミニウムは、銅に比べて、導電率が６０％程度であるが、重さが１／３ですむので、大幅な軽量化が期待できる。また、銅の融点は１０８３℃であるのに対し、アルミニウムの融点は６６０℃であるので、金属回収しやすい利点もある。

自動車のワイヤーハーネスの電線をアルミニウム電線にした場合、圧着端子に銅端子を用いると、次の問題がある。アルミニウムは銅より線膨張係数が大きい。アルミニウムの線膨張係数は２３．５×１０^−６／℃、銅の線膨張係数は１７．０×１０^−６／℃であるから、アルミニウムは銅の１．４倍くらい温度変化に応じて伸び縮みしやすい。従って、銅端子をアルミニウム電線に圧着した場合、ヒートサイクルあるいはサーマルショック条件下において、アルミニウム導体と銅端子との間の接触抵抗が安定しなくなるという問題が生じる。

その点について詳しく説明する。

図８は、アルミ電線用圧着端子を電線の導体に圧着した部分の断面図であり、図８（ａ）は常温で圧着したときの状態を示す図、図８（ｂ）は周囲温度が上昇したときの状態を示す断面図、図８（ｃ）は周囲温度の極度の低下に伴い端子と導体の界面に隙間ができた状態を示す図である。

アルミ電線用圧着端子としての端子１の圧着部２は、圧着する前において、底板５と、該底板５の幅方向両側縁から上に延設された一対の圧着片６、６とを持つＵ字形状をなしている。端子１を圧着する際には、導体Ｗａを底板５の上に挿入し、両側の圧着片６を加締装置で内側に曲げて、導体Ｗａを包み込むように加締める。それにより、導体Ｗａに端子１を圧着接続することができる。

ところで、圧着端子に銅端子を使用し、電線にアルミニウム電線を使用して、常温（２３℃）で圧着を行った場合、圧着部断面は、図８（ａ）に示すようになる。この状態の断面において、導体Ｗａと端子１の界面には互いの厚みの中心に向かって反力が作用して釣り合っている。しかし、この釣り合いは、導体Ｗａに端子１を圧着した温度における体積比率によるものであり、温度変化があった場合、体積膨張により界面の接触状態が変化する。具体的には、室温２３℃で圧着された時の界面は、ワイヤーハーネスの使用が想定される温度域−４０℃〜１２０℃における体積変化の影響を受ける。

例えば、図８（ｂ）に示すように、常温より高温側に周囲温度が上昇した場合は、外側の銅製の端子１よりも内側のアルミニウム製の導体Ｗａの方が体積膨張が大きくなるので、内側のアルミニウム製の導体Ｗａから外側の銅製の端子１に対して矢印のような力が作用することになり、端子１と導体Ｗａの界面に隙間が生じるようなことはない。

一方、図８（ｃ）に示すように、常温より低温側に周囲温度が下降した場合、特に−４０℃近辺のきわめて低温に周囲温度が下降したような場合、外側の銅製の端子１よりも内側のアルミニウム製の導体Ｗａの方が体積収縮が大きくなるので、外側の銅製の端子１とアルミニウム製の導体Ｗａの界面の接触圧が低下し、最悪の場合は、図示のように端子１と導体Ｗａの界面に隙間７が生じるおそれがある。隙間７が生じると、接触抵抗が大きくなる。従って、特に低温条件において、電気接続性能が大幅に低下することになる。

そこで、従来では、そのような問題を回避するために、アルミニウム電線を使用する場合は、端子もアルミニウム端子を使用するようにしている（特許文献１、２参照）。あるいは、銅端子とアルミニウム端子を接続する必要がある場合は、超音波を用いた固相接合により、銅（銅合金も含む）とアルミニウム（アルミニウム合金も含む）を金属結合させていた。
２００３−２４９２８４号公報２００３−３１７８１７号公報

ところが、アルミニウム端子を使用する場合は、銅と比較してアルミニウムの方がバネ性に劣るので、端子にバネ部がある場合、その部分がへたりやすいという問題がある。また、銅端子を用いて、超音波により端子と導体を固相接合する場合は、圧着作業が面倒になるという問題がある。

本発明は、上記事情を考慮し、バネ性に富む銅端子を使用しながら、ヒートサイクルやサーマルショック条件のもとであっても、圧着部の接触抵抗の安定化を図り得る、単純作業化の可能な圧着端子、および、電線に対する端子の圧着構造を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、第１の金属材料よりなる圧着端子の圧着部を、前記第１の金属材料よりも線膨張係数の大きい第２の金属材料よりなる電線の導体に対して、外側から包み込むように圧着し、前記圧着端子の圧着部の外周を、前記第２の金属材料と同等かそれ以上の線膨張係数を有する第３の金属材料よりなる拘束材で取り囲むことにより、電線に対して前記圧着端子を圧着した部分を外側から拘束した電線に対する端子の圧着構造であって、前記圧着端子の圧着部が、前記導体を上面に載せる底板と、該底板の幅方向両側縁から上に延びる一対の圧着片とで略Ｕ字状に構成されており、前記底板上に載せた導体を包み込むように前記一対の圧着片を内側に曲げて前記導体に加締めることにより、前記導体に対して前記圧着端子が圧着接続されており、更に前記導体の軸線方向における前記圧着部の両端にベルマウスが形成され、それらベルマウスにより前記拘束材の前記導体の軸線方向における位置決めがなされていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、周囲温度の低下によって、外側の端子より内側の導体が大きく収縮した際にも、導体に対する圧着部の外側を囲む拘束材が導体と同等かそれ以上に収縮することにより、端子を外側から締め付けるので、端子と導体の界面に隙間があくのを、外側からの締付力によって防止することができ、それにより、導体と端子の接触抵抗の安定化を図ることができる。つまり、予想されるヒートサイクルあるいはサーマルショック条件下においても、安定した圧着性能を発揮することができる。また、超音波設備等が不要であるから、作業の単純化が可能である。特に、通常の断面Ｕ字形状の圧着部の一対の圧着片を導体に加締めた際に圧着部の両端にベルマウスを形成しておき、その外周を拘束材で包囲することにより、ベルマウスによって拘束材の位置ずれを防止することができる。即ち、周囲温度が高温になったときには、拘束材の方が端子よりも大きく膨張するので、拘束材と端子の間に隙間ができ、拘束材が端子に対して動いてしまう可能性があるが、ベルマウスによって拘束材を導体の軸線方向に位置決めしているので、拘束材が定位置からずれてしまうのを防ぐことができる。従って、低温時には、常に拘束材の締め付け効果を、必要な位置に適正に及ぼすことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は実施形態の圧着構造の断面図で、図１（ａ）は常温時の状態を示す図、図１（ｂ）は１２０℃程度の高温時の状態を示す図、図１（ｃ）は−４０℃程度の低温時の状態を示す図、図２は実施形態の圧着構造の外観斜視図、図３は図２と同様部分を側方から見た側面図である。

本実施形態の圧着構造は、自動車に使用するワイヤーハーネス用のアルミニウム電線Ｗに対して銅製の圧着端子を接続した部分の構造である。自動車のワイヤーハーネスの使用想定温度域は−４０℃〜１２０℃の範囲である。アルミニウム電線Ｗの導体Ｗａの材料（第２の金属材料）はアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、アルミ電線用圧着端子としての端子１の材料（第１の金属材料）は銅または銅合金である。従って、導体Ｗａの線膨張係数は、端子１の線膨張係数よりも大きい。

実施形態の圧着端子１は、相手側端子に差し込み接続される電気接続部（図示略）を前端に有すると共に、長手方向中間部に電線Ｗの導体Ｗａに圧着するための圧着部２を有し、更にその後側に被覆加締部３を有している。電線Ｗは、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる導体Ｗａの周囲を絶縁被覆Ｗｂで覆ったもので、電線Ｗの端末の皮剥きして露出させられた導体Ｗａが、圧着部２に圧着固定されている。

圧着部２は、導体Ｗａを上面に載せる底板５と、該底板５の幅方向両側縁から上に延びる一対の圧着片６、６とで略Ｕ字状に構成されており、常温環境下で、底板５上に載せた導体Ｗａを包み込むように一対の圧着片６、６を内側に曲げて導体Ｗａに加締めることにより、電線Ｗの導体Ｗａに圧着接続されている。

そして、本実施形態の特徴的な点は、図１（ａ）に示すように、圧着端子１の圧着部２の外周を、同じく常温環境下で、導体Ｗａと同等かそれ以上の線膨張係数を有する金属材料（例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金またはマグネシウム合金）よりなる拘束材１０で取り囲んでおり、それにより、導体Ｗａに対して圧着端子１を圧着した部分を、外側から拘束材１０により拘束していることである。拘束材１０は、導体Ｗａに端子１を圧着した部分に対して外側から熱収縮時に締付力を及ぼせる構成のものであればどのような形態で設けてもよい。

例えば、図４に示す拘束材１０Ａは、帯板１１の両端１１ａ、１１ｂを突き合わせて閉じた形状に構成している。また、図５に示す拘束材１０Ｂは、帯板１１の両端１１ａ、１１ｂを重ねることで閉じた形状に構成している。また、図６に示す拘束材１０Ｃは、圧着部２を構成する底板５および一対の圧着片６、６の外側に帯板１１を重ね合わせ、圧着片６と一緒に帯板１１の両端１１ａ、１１ｂを内側に丸めて、閉じるように構成している。また、図７に示す拘束材１０Ｄは、予め圧着端子１の圧着部２の底板５や圧着片６の外面に沿って帯板１１を配置し、帯板１１の両端を圧着片６の先端に加締めており、圧着片６を電線の導体に加締めることで、一緒に圧着部２の外側に追従するように構成している。

また、図３に示すように、圧着部２の導体Ｗａの軸線方向における両端にはそれぞれベルマウス８が形成されており、それらベルマウス８間の間隔Ｌに拘束材１０の幅寸法を合わせておくことにより、拘束材１０が導体Ｗａの軸線方向に位置決めされている。

このように、常温環境下で拘束材１０（１０Ａ〜１０Ｄ）によって圧着部２を包囲したことにより、次の効果を奏することができる。即ち、図１（ｃ）に示すように、周囲温度の低下によって、外側の端子１より内側の導体Ｗａが大きく収縮した際にも、導体Ｗａに対する圧着部２の外側を囲む拘束材１０が、導体Ｗａと同等かそれ以上に収縮することにより、端子１を外側から強く締め付けるので、それにより、端子１と導体Ｗａの界面に隙間があくのを、外側からの締付力によって防止することができ、従って、導体Ｗａと端子１の接触抵抗の安定化を図ることができる。

また、図１（ｂ）に示すように、周囲温度が高温になったときには、拘束材１０の方が端子１よりも大きく膨張するので、拘束材１０と端子１の間に隙間ができ、拘束材１０が端子に対して動いてしまう可能性があるが、ベルマウス８によって拘束材１０を導体の軸線方向に位置決めしているので、拘束材１０が定位置からずれてしまうのを防ぐことができる。従って、低温時には、常に拘束材１０の締め付け効果を、必要な位置に適正に及ぼすことができる。

以上のように、予想されるヒートサイクルあるいはサーマルショック条件下においても、安定した圧着性能を発揮することができる。また、超音波設備等が不要であるから、作業の単純化にも貢献できる。

本発明の実施形態の圧着構造の断面図で、（ａ）は常温時の状態を示す図、（ｂ）は１２０℃程度の高温時の状態を示す図、（ｃ）は−４０℃程度の低温時の状態を示す図である。実施形態の圧着構造の外観斜視図である。図２と同様部分を側方から見た側面図である。拘束材の第１の構成例を示す断面図である。拘束材の第２の構成例を示す断面図である。拘束材の第３の構成例を示す断面図である。拘束材の第４の構成例を示す断面図である。従来の圧着構造の説明図で、（ａ）は常温での圧着時の状態、（ｂ）は高温時の状態、（ｃ）は低温時の状態をそれぞれ示す圧着部の模式断面図である。

符号の説明

１圧着端子
２圧着部
５底板
６圧着片
１０，１０Ａ〜１０Ｄ拘束材
Ｗ電線
Ｗａ導体

Claims

第１の金属材料よりなる圧着端子の圧着部を、前記第１の金属材料よりも線膨張係数の大きい第２の金属材料よりなる電線の導体に対して、外側から包み込むように圧着し、前記圧着端子の圧着部の外周を、前記第２の金属材料と同等かそれ以上の線膨張係数を有する第３の金属材料よりなる拘束材で取り囲むことにより、電線に対して前記圧着端子を圧着した部分を外側から拘束した電線に対する端子の圧着構造であって、
前記圧着端子の圧着部が、前記導体を上面に載せる底板と、該底板の幅方向両側縁から上に延びる一対の圧着片とで略Ｕ字状に構成されており、前記底板上に載せた導体を包み込むように前記一対の圧着片を内側に曲げて前記導体に加締めることにより、前記導体に対して前記圧着端子が圧着接続されており、更に前記導体の軸線方向における前記圧着部の両端にベルマウスが形成され、それらベルマウスにより前記拘束材の前記導体の軸線方向における位置決めがなされていることを特徴とする電線に対する端子の圧着構造。