JP2003338349A

JP2003338349A - 端子接続方法及び端子接続構造

Info

Publication number: JP2003338349A
Application number: JP2002144688A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kariya; 隆広假屋; Takeshi Ikeda; 毅池田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウム製の導線を使用して軽量化を
図り、かつ、電気的接続状態が良好な端子接続方法及び
端子接続構造を提供することを目的とする。【解決手段】アルミニウム製乃至アルミニウム合金製の
導線１を斜め切断して傾斜端面13を形成し、傾斜端面13
を含む所定長さの導線端部２に端子部材３のスリーブ部
４を外嵌させ、傾斜端面13とスリーブ部４とが密着する
ようスリーブ部４を縮径塑性加工し凹部６を形成し、さ
らに、その凹部６において導線１と超音波溶接してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導線と端子部材と
の端子接続方法及び端子接続構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器と導線との接続は、導線の端部
に接続された端子部材を電気機器に機械的に取り付け
て、電気的に導通した状態としている。そして従来から
広く用いられている導線（ケーブル）、及び、端子部材
の材料は、電気伝導度が大きい銅が使用されており、こ
れらの接続は機械的にカシメ等の手段により行われてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電気機器を搭載する機
械（例えばバッテリーを搭載する自動車）等において、
近年、軽量化が図られており、電気機器に接続される導
線の材料を銅製からアルミニウム製又はアルミニウム合
金製のものとしている。しかし、導線をアルミニウム製
又はアルミニウム合金製として、端子部材とカシメによ
り接続すると、導線の表面に生成される酸化皮膜の影響
により、端子部材との間の接触抵抗が大きくなり、接触
不良を引き起こす原因となる。さらに、カシメによる圧
縮接合では、アルミニウムは銅に比べ応力緩和が大き
く、機械的な接合強度不足が生じ、電気的接触不良とな
るおそれがある。

【０００４】そこで本発明は、アルミニウム製乃至アル
ミニウム合金製の導線を使用して軽量化を図り、かつ、
電気的接続状態が良好な端子接続方法及び端子接続構造
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る端子接続方法は、アルミニウム製乃
至アルミニウム合金製の導線を斜め切断して傾斜端面を
形成し、該傾斜端面を含む所定長さの導線端部に端子部
材のスリーブ部を外嵌させ、該傾斜端面と該スリーブ部
とが密着するよう該スリーブ部を縮径塑性加工し凹部６
を形成し、さらに、該凹部において上記導線と超音波溶
接している。また、上記スリーブ部を複数巻の螺旋状ま
たは複数箇所円周方向リング状に縮径塑性加工してい
る。また、上記スリーブ部内周面に小溝を形成し、該ス
リーブ部を上記導線の上記傾斜端面に外嵌させている。
また、上記スリーブ部内周面を粗面加工し、該スリーブ
部を上記導線の上記傾斜端面に外嵌させている。

【０００６】上述の目的を達成するために、本発明に係
る端子接続構造は、アルミニウム製乃至アルミニウム合
金製であって傾斜端面を有する導線と、該導線の上記傾
斜端面を含む所定長さの導線端部を外嵌する筒状スリー
ブ部を有する端子部材と、を備え、さらに、上記スリー
ブ部と上記導線の上記傾斜端面とが密着状となるよう縮
径塑性加工された塑性変形接続部と、該塑性変形接続部
において該スリーブ部と該導線とが超音波溶接された溶
接部と、が形成されたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図示の実施の形態に基づ
き、本発明を詳説する。

【０００８】図１は、本発明の端子接続方法により接続
された導線（ケーブル）１と端子部材３の側部断面図を
示す。本発明において使用される導線１は、アルミニウ
ム製（アルミニウム合金製）の撚線又は集合撚線からな
るものがある。導線１の構造としては、例えば、径が0.
32mmの素線を25本使用して１本の集合撚線（子撚線）と
し、中心に１本、内層に６本、外層に12本の計19本の同
芯撚りとし、導線径が8.8 〜8.9 mmとしたもの等があ
る。

【０００９】そして、図１に示す導線１は、端面部を一
方向から斜め切断（面取り）して傾斜端面13を形成した
ものである。また、図２は、本発明の端子接続方法の他
の実施の形態を示しており、この導線１は二方向から斜
め切断（二面取り）して２つの傾斜端面13，13を形成し
ている。なお、これらの切断は剪断切断等の機械的処理
により行う。

【００１０】端子部材３の材料としては、銅製、黄銅・
快削黄銅等の銅合金製、アルミニウム製、アルミニウム
合金製等を使用しており、具体的にはJIS H 4080,A5056
やＣｕ−Ｚｎ系のもの等を使用している。さらに端子部
材３は、図１に示すように、図外の電気機器の端子に接
続される端子本体部５と、端子本体部５の基端部に連続
し導線１の端部２を外嵌する筒状スリーブ部４と、を備
えている。

【００１１】図１及び図２に示す端子本体部５は、例え
ば自動車のバッテリーの端子を挿入状として接続（固
定）される接続孔部10を有しているが、その形状は種々
変更自在であり、接続される電気機器の端子形状に対応
させたものとすればよい。また、スリーブ部４は、導線
１の傾斜端面13を含む所定長さの導線端部２を外嵌し端
子本体部５の基端部側を傾斜底面14とする有底筒状部材
である。即ち、スリーブ部４は、導線１の傾斜端面13の
形状に対応した内形状（傾斜底面14）を形成しており、
スリーブ部４は導線１の傾斜端面13を含む端部２に当接
嵌合状態となる。従って、スリーブ部４は長手方向に、
傾斜端面13と、導線１の傾斜端面13近傍の直線部（非切
断部）と、を外嵌する。

【００１２】そして、本発明の端子接続方法は、斜め切
断して傾斜端面13を形成したアルミニウム製乃至アルミ
ニウム合金製の導線１のうち、その傾斜端面13を含む所
定長さの導線端部２に端子部材３のスリーブ部４を外嵌
させる。そして、図１及び図２の矢印Ｐ方向に示すよう
に、スリーブ部４の外面からプレス機等により、傾斜端
面13とスリーブ部４の傾斜底面14とが密着するようスリ
ーブ部４を縮径塑性加工する（カシメる）。この時、挿
入状態の導線１の傾斜端面13が塑性変形するような縮径
塑性変形量（カシメ量）とすることが必要であり、図３
（ａ）と（ｂ）と（ｃ）に示すように、スリーブ部４に
は縮径塑性加工凹部６が形成される。

【００１３】また、スリーブ部４は長手方向に複数箇所
において圧縮塑性変形が行われるのが好ましい。即ち、
長手方向（筒状スリーブ部４の軸心方向）に、塑性変形
量が異なる部分を生じさせる───複数の凹凸波を形成
する───ことにより、端子部材３と導線１との密着力
（接合強度）を向上させ、導線１（及び端子部材３）の
応力緩和の対策手段となる。

【００１４】さらにこの縮径塑性加工は、スリーブ部４
の円周方向の所定寸法以上行う必要があるが、図３
（ａ）に示すように、複数巻の螺旋状に縮径塑性加工し
て１条の凹部６を形成する。即ち、２回転（360 °×
２）の螺旋状にスリーブ部４を圧縮塑性加工し、スリー
ブ部４の長手方向に連続状に縮径塑性加工している。即
ち、縦断面においては、長手方向２箇所の変形部が形成
されることとなる。そして、螺旋状に縮径塑性加工され
ることにより、自然に螺旋状の非圧縮部11が形成され
る。即ち、変形部の間はスリーブ部４を圧縮塑性変形さ
せておらず、導線１に外嵌した状態である初期状態の横
断面形状と同じ形状の（同じ横断面積を有する）非圧縮
部11となる。さらに、この変形部の両外側───スリー
ブ部４の基端部側及び開口部側───にも夫々非圧縮部
11，11を形成している。

【００１５】また、図３（ｂ）に示すように、スリーブ
部４の長手方向複数箇所を円周方向リング状（360 °）
に縮径塑性加工してもよく、この場合は、長手方向に２
箇所の独立した凹部６，６を形成することとなる。さら
に、図示省略するが別の実施の形態として、スリーブ部
４の長手方向の複数箇所（２箇所）を夫々の場所におい
て螺旋状に縮径塑性加工してもよい。即ち、複数（２
条）の螺旋状の凹部が形成されることとなる。

【００１６】また、図３（ｃ）はさらに別の実施の形態
を示しており、導線１の傾斜端面13に対応する部位であ
って、スリーブ部４の長手方向の複数箇所を夫々の場所
において部分的に縮径塑性加工している。即ち、スリー
ブ部４を両側から挟んで縮径塑性加工し、局所的凹窪部
を 180°対称位置に形成する。さらに、図示省略する
が、スリーブ部４の全体を縮径塑性加工し、さらに、部
分的に（又はリング状に、螺旋状に）縮径塑性加工し
て、スリーブ部４と導線１の傾斜端面13とを密着させて
もよい。

【００１７】従って、縮径塑性加工は、スリーブ部４を
外周面均等に（周状に）塑性変形させるのみならず、外
周面を部分的に加工して、スリーブ部４及び導線１の傾
斜端面13において長手方向の異なる部位で塑性変形量が
異なるよう形成してもよい。

【００１８】スリーブ部４の加工部（凹部６）は、スリ
ーブ部４の縦断面において長手方向に２箇所乃至３箇所
とするのが好ましい（図３（ａ）の実施例においては２
回巻乃至３回巻となる）。加工部が１箇所（１巻）であ
ると、導線１と端子部材３との接合強度が十分得られ
ず、また、４箇所（４巻）以上となると、スリーブ部４
が長手方向へ必要以上に長くなり、端子部材３の自重が
増加するため、導線１の軽量化の効果が低減されてしま
う。

【００１９】また、この圧縮塑性加工は、導線１の中心
に向かって、スリーブ部４の外周面から均等に（均等な
圧力、均等な変形量により）圧縮塑性加工が施されてお
り、精度よく端子接続構造を得ることが可能となる。そ
して、凹部６の縦断面形状は、図３（ａ）と（ｂ）と
（ｃ）に示すように、スリーブ部４の長手方向（導線１
の端部２の長手方向）に所定長さの直線状底部とその両
側から非圧縮部11へ外方拡大状となる傾斜壁部とを有す
る凹型であり、加工部は直線状底部により、スリーブ部
４の長手方向に所定長さを有している。

【００２０】そして、上述の縮径塑性加工部（カシメ
部）において、スリーブ部４と導線１の傾斜端面13とを
超音波溶接する。この溶接によれば、超音波エネルギー
が接合面の酸化皮膜を破壊し、活性化した金属原子が互
いに結合することができる。これは、変形部により密着
した導線１と端子部材３との間において超音波溶接が行
われることでその効果がさらに発揮されるものであり、
極めて優れた接続状態を得ることが可能となる。また、
金属の溶融温度より低い温度で接合でき、残留応力が小
さくて済み、接合後の製品を変形させたりすることがな
い。

【００２１】また、導線１の端面は傾斜端面13としてい
るため、接合面が増加し、より良好な状態で確実に接合
が可能となる。さらに、導線１の断面の略全面（全素
線）が端子部材３の傾斜底面14に密着するよう接合され
るため、接触抵抗をさらに小さくすることができる。即
ち、導線１の外層側の素線のみが端子部材３に接合され
るのではなく、略全ての素線が端子部材３に接合される
こととなる。なお、図１及び図２に示すように、端子部
材３はその長手方向の直交方向に超音波溶接されるた
め、傾斜端面13はその直交方向に向くよう斜め切断され
るのが好ましい。

【００２２】図４と図５はリング状に縮径塑性加工した
場合の加工部の横断面図と非圧縮部の横断面図を示して
おり本発明による端子接続構造は、スリーブ部４と導線
１の傾斜端面13とが密着状となるよう縮径塑性加工され
た塑性変形接続部８と、塑性変形接続部８においてスリ
ーブ部４と導線１とが超音波溶接された溶接部９と、が
形成されている。即ち塑性変形接続部８と溶接部９とは
同じ位置に形成されている。従って、塑性変形接続部
８と溶接部９とにより、健全かつ一体化された接合部が
得られることにより、導線１と端子部材３との接触抵抗
を低下させることが可能となり、長期安定性に優れた接
合部を得ることができる。

【００２３】また、超音波溶接を行うに際し、溶接の加
圧面を確保するために、上述の縮径塑性加工（カシメ）
において円形筒型の断面を多角形に変形させて、スリー
ブ部４の外周面に複数の平面部12…を確保している。即
ち、図４の★印で示したように、導線１の傾斜端面13を
挟んで対面する一対の平面部12，12から超音波溶接が行
われ、さらに、他の対面する全ての一対の平面部12，12
からも超音波溶接が行われる。さらに、この多角形形状
は、図４のような六角形以外にも四角形や八角形等でも
よく、導線１の形状・外径などに対応させ変更は自由で
ある。また、図示省略するが、多角形形状に加工する以
外にも偏平円形（楕円形）等としてもよく、超音波溶接
機の溶接ホーンが適切にスリーブ部４に当接できる形状
であればよい。

【００２４】そして、導線１と端子部材３とが接合され
ると、接合部（スリーブ部４から導線１）には、図示省
略するが、熱収縮チューブ等が被覆されて防水処理が行
われ腐食防止効果を持たせている。さらに、端子本体部
５には、Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｇ等のメッキを行い、耐食性を
持たせている。

【００２５】次に、図６は導線１とスリーブ部４との接
合部の拡大断面図であるが、スリーブ部４内周面には予
め小溝７を形成しておき、スリーブ部４を導線１の端部
２に外嵌させている。この小溝７は円周方向の周溝であ
って、断面形状は三角形や四角形、円弧形状としてい
る。また、この小溝７は複数の独立したリング状の周溝
であってもよく、又は、螺旋状としてもよく、導線１
（素線）の撚り方向に一致しないよう構成するのが好ま
しい。

【００２６】また、図示省略するが、スリーブ部４内周
面を粗面加工し、スリーブ部４を導線１の端部２に外嵌
させている。この粗面加工は、機械的処理やブラスト
法、化学処理法等によるものであり、上述の小溝７及び
粗面加工により、導線１のアンカー効果（抜止効果）が
得られ、応力緩和による接合強度の低下をさらに低減さ
せることを可能としている。

【００２７】導線１の材質についてさらに説明すると、
導線１はアルミニウム合金製としているが、具体的に
は、Ａｌ−Ｚｒ系合金（60％導電率耐熱アルミニウム合
金）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（イ号アルミニウム合
金）等が使用されている。Ａｌ−Ｚｒ系合金は耐熱性を
向上させることが可能となり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合
金、Ａｌ−Ｆｅ系合金、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｇ系合金は、機
械的な強度を向上させることが可能であり、接合を強固
に行うことができる。本発明によれば、同種・異種の材
料による接続が可能であり、かつ、電気的に良好な接続
状態を得ることが可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上述の構成により次のような効
果を奏する。

【００２９】（請求項１によれば）導線１を斜め切断し
て傾斜端面13とするため、超音波溶接により導線１の端
面全面（全素線）を、端子部材３に融合一体化させるこ
とができ、接触抵抗を低減できる。また、アルミニウム
製又はアルミニウム合金製の導線１を使用しても応力緩
和による接合強度不足を解消し、さらに、超音波溶接を
行うことにより、アルミニウム表面の酸化皮膜を完全に
除去して安定した電気的接続状態を得ることが可能とな
る。さらに、端子部材３と導線１との接続において長期
安定性を持たせることが可能となる。また、この端子接
続方法による導線１を自動車のバッテリーケーブル等に
使用することで導電特性が良好で、しかも、自動車の軽
量化が図れ自動車の燃費を向上させることが可能とな
る。

【００３０】（請求項２によれば）導線１の全周に渡っ
て接合強度不足を解消し、良好な電気接続状態を確保で
きる。

【００３１】（請求項３，４によれば）導線１のアンカ
ー効果（抜止効果）が得られ、応力緩和による接合強度
の低下を低減させることが可能となる。さらに、導線１
のクリープによる接合部の弛みを防止することが可能と
なる。

【００３２】（請求項５によれば）導線１は傾斜端面13
を有するため、超音波溶接により導線１の端面全面（全
素線）を、端子部材３に融合一体化させることができ、
接触抵抗の小さい端子接続構造を得ることができる。ア
ルミニウム製又はアルミニウム合金製の導線１であって
も、塑性変形接続部８により応力緩和による接合強度不
足を解消でき、さらに、溶接部９によりアルミニウム表
面の酸化皮膜を除去して、安定した電気的接続状態の端
子接続構造とすることができる。さらに、端子部材３と
導線１との接続は、長期安定性を有するものとすること
ができる。また、この端子接続構造による導線１を自動
車のバッテリーケーブル等に使用することで導電特性が
良好で、しかも、自動車の軽量化が図れ自動車の燃費を
向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の端子接続方法の実施の一形態を示す側
部断面図である。

【図２】本発明の端子接続方法の他の実施の形態を示す
側部断面図である。

【図３】端子接続構造の説明図である。

【図４】縮径塑性加工部の横断面図である。

【図５】非圧縮部の横断面図である。

【図６】接合部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１導線２端部３端子部材４スリーブ部７小溝８塑性変形接続部９溶接部 13 傾斜端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E051 LA04 LA06 LB03 5E063 CB02 CB17 CC04 XA01 5E085 BB03 BB12 CC03 DD04 DD16 EE11 FF01 HH06 HH11 HH34 JJ03 JJ38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム製乃至アルミニウム合金製
の導線１を斜め切断して傾斜端面13を形成し、該傾斜端
面13を含む所定長さの導線端部２に端子部材３のスリー
ブ部４を外嵌させ、該傾斜端面13と該スリーブ部４とが
密着するよう該スリーブ部４を縮径塑性加工し凹部６を
形成し、さらに、該凹部６において上記導線１と超音波
溶接することを特徴とする端子接続方法。
【請求項２】上記スリーブ部４を複数巻の螺旋状また
は複数箇所円周方向リング状に縮径塑性加工する請求項
１記載の端子接続方法。
【請求項３】上記スリーブ部４内周面に小溝７を形成
し、該スリーブ部４を上記導線１の上記傾斜端面13に外
嵌させる請求項１または２記載の端子接続方法。
【請求項４】上記スリーブ部４内周面を粗面加工し、
該スリーブ部４を上記導線１の上記傾斜端面13に外嵌さ
せる請求項１，２または３記載の端子接続方法。
【請求項５】アルミニウム製乃至アルミニウム合金製
であって傾斜端面13を有する導線１と、該導線１の上記
傾斜端面13を含む所定長さの導線端部２を外嵌する筒状
スリーブ部４を有する端子部材３と、を備え、さらに、
上記スリーブ部４と上記導線１の上記傾斜端面13とが密
着状となるよう縮径塑性加工された塑性変形接続部８
と、該塑性変形接続部８において該スリーブ部４と該導
線１とが超音波溶接された溶接部９と、が形成されてい
ることを特徴とする端子接続構造。