JP2009170376A - 圧着端子および圧着構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電線の導体と端子との接触抵抗の低減（電気導通特性の向上）と、端子の圧着強度（端子保持力）の確保と、を容易に且つ確実に低コストで両立させること。
【解決手段】底板部１１と、該底板部の両側縁から上方に延長し且つ、接続すべき電線の先端部の導体を包み込むように内側に曲げられることで導体を底板部の上面に密着した状態となるように加締める一対の導体加締片１４とを有する断面Ｕ字状の導体圧着部を備えた圧着端子１であって、導体加締片それぞれの電線の基端側に位置する後部上縁が、底板部からの高さが後側に行くほど漸次小さくなるように傾斜した傾斜縁部１４ｂとして形成されている。この圧着端子の導体圧着部を電線の導体に圧着させると、導体加締片の傾斜縁部が、導体の軸方向と直交する面に対して傾斜した面内に位置し、傾斜縁部で囲われた導体の断面が略楕円状に拡がり、その部分における導体の応力が緩和され、電線の破断強度がアップし固着力が増加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｕ字状の導体圧着部を備えたオープンバレルタイプの圧着端子、および、その圧着端子の電線に対する圧着構造に関するものである。

図５は従来の一般的なオープンバレルタイプの圧着端子とその圧着方法を説明するための図、そして図６は圧着端子を電線に圧着した部分の断面図である。図５および図６において、１１０は圧着端子、１００は電線、１３１、１３２は圧着治具の下型と上型である。

図５に示すように、圧着端子１１０は、一枚の導電性金属製板体をプレス成形することによって形成され、その長手方向（以下、この方向を「前後方向」、これと直交する方向を「左右方向」と記述する。）の一端部側に相手方端子等に対する電気接続部１１２を備え、他端部側に電線１００の先端部の露出導体１００ａに加締められる導体圧着部１１３と、電線の絶縁被覆１００ｂを有する部分に加締められる被覆加締部１１４とを備えており、これら電気接続部１１２と導体圧着部１１３と被覆加締部１１４は、共通の底板部１１１を含むものとして構成されている。

導体圧着部１１３は、電気接続部１１２から連続する底板部１１１の左右方向両側縁に、一対の導体加締片１１３ａを起立形成した断面Ｕ字状の部分であり、その内面には、圧着端子１１０の左右方向に延びる複数本のセレーション（即ち、プレスにより線打ちした浅い溝）１１３ｂが設けられている。また、被覆加締部１１４は、底板部１１１の左右方向両側縁に、一対の被覆加締片１１４ａを起立形成した断面Ｕ字状の部分であり、導体圧着部１１３と被覆加締部１１４は、前後方向に適当な間隔をおいて配置されている。

この圧着端子１１０の導体圧着部１１３を電線１００の先端部の露出導体１００ａに圧着するには、下型１３１の載置面１３１ａ上に圧着端子１１０を載せると共に、電線１００の先端部の露出導体１００ａを導体圧着部１１３の導体加締片１１３ａ間に挿入し且つ底板部１１１上に載せる。そして、上型１３２を下降させることにより、上型１３２の案内斜面１３２ａで導体加締片１１３ａの先端部側を徐々に内側に倒し、さらに最終的には、案内斜面１３２ａから中央の山形部１３２ｂに連なる湾曲面で、導体加締片１１３ａの先端部を導体１００ａ側に折り返すように丸めて、図６に示すように、それら先端部同士を擦り合わせながら導体１００ａに食い込ませることにより、導体１００ａを包むように導体加締片１１３ａを加締める。被覆加締部１１４については、導体圧着部１１３の加締めに先だって、予め前記と同様に電線１００の絶縁被覆１００ｂを有する部分に加締められる。

このように導体加締片１１３ａを加締めることによって導体圧着部１１３を電線１００の導体１００ａに圧着した場合、圧着端子１１０を構成する導電性金属と電線１００の導体１００ａとが凝着（分子や原子レベルで結合）することになり、圧着端子１１０と電線１００とを電気的および機械的に強く結合することができる。

このような構成の圧着端子１１０は、特許文献１等において広く知られている。

ところで、近年、銅資源の不足に加え、車両の軽量化やリサイクルの容易性を考慮して、アルミニウム電線が注目されている。しかしながら、アルミニウムは銅に比べて表面に形成される酸化皮膜が厚く、アルミニウム電線では、導体と端子との間の接触抵抗が比較的高くなる傾向にある。

この接触抵抗を低減するために、端子の導体加締片を電線の導体に強く加締め、導体の圧縮率を高くする方法が知られている。これによれば、導体を構成する各素線の酸化皮膜を効果的に破壊することができるので、導体と端子との間の接触抵抗を低減することができる。尚、本明細書において、導体の圧縮率とは、圧着前の導体の断面積に対する圧着後の導体の断面積の比として規定される。

しかしながら、導体の圧縮率を高くした場合は、導体に作用する応力も高くなる。そして、アルミニウムは銅に比べて機械的強度に劣ることから、アルミニウム電線に対する圧着構造では、導体に高い応力が作用した場合、端子の圧着強度が著しく低下してしまうという現象が起こりやすい。

図７は、アルミニウム電線に端子を圧着した場合の、圧縮率に対する電気抵抗と固着力の関係を示している。ここでは、圧縮率に相当するパラメータとして、導体圧着部１１３の加締め高さ（クリンプハイト）Ｃ／Ｈを使用している。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、導体圧着部１１３の加締め高さが大（Ｃ／Ｈ１）であるということは、導体の断面積が大きい、即ち圧縮率が低いことを表し、導体圧着部１１３の加締め高さが小（Ｃ／Ｈ２）であるということは、導体の断面積が小さい、即ち圧縮率が高いことを表している。

また、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、導体１００ａは、体積Ｖが変わらない場合、圧縮率が高くなるほど（強く潰すほど）、つまり、圧縮高さが大（Ｈ１）から小（Ｈ２）になるほど、長さが小（Ｌ１）から大（Ｌ２）に伸びてしまい、それだけ断面積が小さくなる。そして、図７に示すように、導体圧着部１１３の加締め高さ（クリンプハイト）Ｃ／Ｈを小さく設定し、導体の圧縮率を高めると、電気抵抗が低い値に安定する反面、導体の断面積が小さくなることによって、固着力がそれだけ小さくなる傾向を示す。一方、導体圧着部１１３の加締め高さ（クリンプハイト）Ｃ／Ｈを大きく設定し、導体の圧縮率を低く抑えると、固着力は大きくなるものの、その反面、電気抵抗が高くなりがちになるという傾向を示す。

従って、十分な電気的性能を得るためには加締め高さＣ／Ｈを小さくし、十分な機械的性能を得るためには加締め高さＣ／Ｈを大きくするのがよいということが分かっているが、アルミニウム電線に対する圧着の場合、それぞれの性能を最適にするための加締め高さＣ／Ｈの範囲Ｓ１、Ｓ２が重ならないために、どちらかを優先せざるを得ないという結果になっていた。

また、電線に引張力が働いた際の電線の破断は、図１０に示すように、導体圧着部１１３の加締めによって導体１００ａの断面が大きく変化する箇所、即ち導体圧着部１１３の後端部の断面Ｎに集中して起こりやすいことが分かっている。この部分は、図１１に示すように、導体圧着部１１３の圧着により断面積が縮小した前側の領域Ｌａと、圧着前の断面を維持している断面積の大きい領域Ｌｂとの境目であり、この部分に応力が集中しやすく、この断面Ｎに発生する応力によって圧着強度が左右されると言うことができる。

そこで、アルミニウム電線と端子との圧着において、導体と端子との接触抵抗の低減と、端子の圧着強度の確保と、を両立させることを目的として、特許文献２に記載されているような端子圧着構造が提案されている。

特許文献２に開示された圧着構造では、図１２に示すように、アルミニウム電線２０１の導体２０２に加締められる加締片（バレル）が二対設けられている。そして、圧着された状態で、導体２０２の基端側に位置した保持用加締片２０３の加締め高さ（クリンプハイト）Ｈｂが、導体２０２の先端側に位置した導通用加締片２０４の加締め高さＨａよりも高くなるように、段差が設けられた圧着治具を用いて両加締片２０３、２０４を導体２０２に加締めている。これにより、保持用加締片２０３による導体２０２の圧縮率は銅電線への端子の圧着における導体の圧縮率と同程度として圧着強度を確保し、導通用加締片２０４による導体部２０２の圧縮率は比較的高くして接触抵抗を低減するようにしている。

特開平７−１３５０３１号公報 特開２００５−５０７３６号公報

上述した特許文献２に開示された圧着構造では、保持用加締片２０３が加締められた部位と、導通用加締片２０４が加締められた部位とで、加締め高さＨｂ、Ｈａの違いにより、導体部２０２に対する圧縮率を変えることができ、保持用加締片２０３が加締められた部位の導体部２０２の圧縮率を銅電線の場合と同程度として、端子の圧着強度の低下を回避することができる。

しかしながら、上記特許文献２に開示された圧着構造では、導通用加締片２０４と保持用加締片２０３との加締め高さを異ならせるように両加締片２０４、２０３を導体部２０２に加締めるために、専用の圧着治具が必要となり、また、導通用加締片２０４および保持用加締片２０３の２箇所の高さＨａ、Ｈｂを管理する必要があり、コストがかかる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電線の導体と端子との接触抵抗の低減（電気導通特性の向上）と、端子の圧着強度（端子保持力）の確保と、を容易に且つ確実に低コストで両立させることのできる圧着端子および圧着構造を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明に係る圧着端子は、下記（１）を特徴としている。
（１） 底板部と、該底板部の両側縁から上方に延長し且つ、接続すべき電線の先端部の導体を包み込むように内側に曲げられることで前記導体を前記底板部の上面に密着した状態となるように加締める一対の導体加締片と、を有する断面Ｕ字状の導体圧着部を備えた圧着端子であって、
前記導体加締片それぞれの前記電線の基端側に位置する後部上縁が、前記底板部からの高さが後側に行くほど漸次小さくなるように傾斜した傾斜縁部として形成されていること。

上記（１）の構成の圧着端子によれば、導体加締片を電線の導体に圧着すると、導体加締片の傾斜縁部による導体に対する押圧箇所の断面積が、傾斜縁部を設けない場合よりも大きくなる。即ち、導体圧着部の後端の応力の集中する断面が、円形状から楕円形状に拡大することになるので、導体圧着部を同じ加締め高さに加締めても、導体加締片の後端部による応力集中を緩和することができ、電線に対する固着力（電線の破断強度）をアップすることができる。また、電気抵抗の低減のために圧縮率を高め（加締め高さを低め）に設定した場合にも、応力集中の緩和により、固着力の低下を来さないようにすることができるから、電気抵抗の低減と固着力のアップの両立を図ることができる。しかも、従来のように導体加締片の加締め高さを２段に管理する必要がないため、工程管理が容易になる上、専用の圧着治具も必要でなくなり、コストを抑制することができる。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る圧着構造は、下記（２）および（３）を特徴としている。
（２） 上記（１）の圧着端子の前記導体圧着部が、電線の導体に電気的に接続するように圧着された圧着構造であって、
前記導体に加締められた状態の前記導体加締片の傾斜縁部が、前記導体の軸方向と直交する面に対して傾斜した面内に位置し、前記傾斜縁部で囲われた前記導体の断面が略楕円状をなしていること。
（３） 上記（２）の圧着構造において、
前記電線が、前記導体としてアルミニウム製またはアルミニウム合金製の導体を有するアルミニウム電線であること。

上記（２）の構成の圧着構造によれば、導体に加締められた導体加締片の傾斜縁部が、導体の軸方向と直交する面に対して傾斜した面内に位置しており、傾斜縁部で囲われた導体の断面が略楕円状をなしているので、導体加締片の傾斜縁部による導体に対する押圧箇所の断面積を、傾斜縁部を設けない場合よりも大きくすることができ、導体圧着部を同じ加締め高さに加締めても、導体加締片の後端部による応力集中を緩和することができ、電線に対する固着力（電線の破断強度）をアップすることができる。また、電気抵抗の低減のために圧縮率を高めに設定した場合にも、応力集中の緩和により、固着力の低下を来さないようにすることができるから、電気抵抗の低減と固着力のアップの両立を図ることができる。しかも、従来のように導体加締片の加締め高さを２段に管理する必要がないため、工程管理が容易になる上、専用の圧着治具も必要でなくなり、コストを抑制することができる。
上記（３）の構成の圧着構造によれば、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の導体を有するアルミニウム電線に対して適用したので、銅製の導体に比べて強度や延性に劣るアルミニウム製またはアルミニウム合金製の導体に対して、過度の負担をかけることなく、圧着作業を実施することができ、電気的性能の向上と機械的性能の向上の両立を図ることができる。

本発明によれば、加締め工程の面倒を増やさずに、コストを抑制しながら、電気抵抗の低減と固着力のアップの両立を図ることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施形態である圧着端子の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ矢視部分で切って示す斜視図、図２は図１（ａ）の圧着端子の電線に対する加締め部分の構成を示す斜視図、図３（ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態の圧着構造において応力が集中する導体の断面の位置と形状を示す図であって、図３（ａ）は圧着により導体の断面が変化する様子を誇張して示しながらその断面の位置と形状を示す図、図３（ｂ）は実際の導体において応力が集中する断面の形状を示す図、図４（ａ）および（ｂ）は比較例として示す従来の圧着構造において応力が集中する導体の断面の位置と形状を示す図であって、図４（ａ）は圧着により導体の断面が変化する様子を誇張して示しながらその断面の位置と形状を示す図、そして図４（ｂ）は実際の導体において応力が集中する断面の形状を示す図である。

図１（ａ）に示すように、この圧着端子１は、導電性金属製の板体をプレス成形することにより形成されたものであって、その長手方向（以下、この方向を「前後方向」、これと直交する方向を「左右方向」と記述する。）の一端部側に相手方端子と接触して電気的に接続するための電気接続部２を備え、他端部側に電線１００（図２参照）に固定される電線固定部３を備えている。

電線固定部３は、圧着端子１の前後方向に適当な間隔をおいて配置された、前側の導体圧着部４と、後側の被覆加締部５とからなる。導体圧着部４は、電線１００の先端部の露出導体１００ａ（即ち、撚線等の形態の複数の素線の束からなる導体１００ａと、該導体１００ａの外周を被覆するように形成された絶縁被覆１００ｂと、を備えた電線１００の先端部において、絶縁被覆１００ｂから露出された導体１００ａの部分のことである。）に加締め付けるための部分であり、被覆加締部５は、電線１００の、導体１００ａおよび絶縁被覆１００ｂを有する部分に加締め付けるための部分である。これら電気接続部２と導体圧着部４と被覆加締部５は、共通の底板部１１を含むものとして構成されている。

導体圧着部４は、底板部１１の左右方向両側縁に、一対の導体加締片１４を上方に延長するように起立形成した断面Ｕ字状の部分であり、その内面には、圧着端子１の前後方向と直交する左右方向に延びる複数本のセレーション（即ち、プレスにより線打ちした浅い溝）８が設けられている。また、被覆加締部５は、底板部１１の左右方向両側縁に、一対の被覆加締片１５を上方に延長するように起立形成した断面Ｕ字状の部分である。

そして、この圧着端子１における特徴的な点は、図１（ａ）中のＰで示す部分にある。即ち、図１（ｂ）にその部分を拡大して示すように、左右一対の導体加締片１４の前部上縁は、底板部１１と平行な平行縁部１４ａとして形成されているものの、電線１００の基端側に位置する後部上縁は、底板部１１からの高さが後側に行くほど漸次小さくなるように傾斜した傾斜縁部１４ｂとして形成されている。

このように構成された圧着端子１を電線１００の端末部に固定するには、図５に示した場合と同様に下型と上型を用いて、導体圧着部４の一対の導体加締片１４を内側に曲げながら導体１００ａに圧着させる。また、被覆加締部５の被覆加締片１５を同様に内側に曲げながら被覆１００ｂのある部分に加締める。

そうすると、図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、導体１００ａに加締められた状態の導体加締片１４の傾斜縁部１４ｂが、導体１００ａの軸方向と直交する面に対して傾斜した面内に位置し、傾斜縁部１４ｂで囲われた導体１００ａの断面Ｎ１が略楕円状をなした形態の圧着構造が得られる。尚、この断面Ｎは、圧縮により断面積が小さくなる領域Ｌａと元の大きさの断面積を有する領域Ｌｂの境界に位置している。

従って、導体加締片１４の傾斜縁部１４ｂによる導体１００ａに対する押圧箇所の断面Ｎ１の面積が、図４に示すように傾斜縁部を設けない場合の略円形状の断面Ｎ２の面積よりも大きくなり、その結果、導体圧着部４を同じ加締め高さに加締めても、導体加締片１４の後端部による応力集中を緩和することができ、電線１００に対する固着力（電線の破断強度）をアップすることができる。また、電気抵抗の低減のために圧縮率を高めに設定した場合にも、応力集中の緩和により、固着力の低下を来さないようにすることができるから、特に銅製の導体に比べて強度や延性に劣るアルミニウム製またはアルミニウム合金製の導体を有するアルミニウム電線に適用した場合に、過度の負担をかけることなく、圧着作業を実施することができて、電気抵抗の低減と固着力のアップの両立を図ることができる。

しかも、従来のように導体加締片の加締め高さを２段に管理する必要がないため、工程管理が容易になる上、専用の圧着治具も必要でなくなり、コストを抑制することができる。

尚、アルミニウム合金の具体例としては、アルミニウムと鉄との合金を挙げることができる。当該アルミニウム合金を採用した場合、アルミニウム製の導体に比べて、延び易く、強度（特に引っ張り強度）を増すことができる。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

（ａ）は本発明の実施形態である圧着端子の構成を示す斜視図、そして（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ矢視部分で切って示す斜視図である。 図１（ａ）の圧着端子の電線に対する加締め部分の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態の圧着構造において応力が集中する導体の断面の位置と形状を示す図であって、（ａ）は圧着により導体の断面が変化する様子を誇張して示しながらその断面の位置と形状を示す図、そして（ｂ）は実際の導体において応力が集中する断面の形状を示す図である。 比較例として示す従来の圧着構造において応力が集中する導体の断面の位置と形状を示す図であって、（ａ）は圧着により導体の断面が変化する様子を誇張して示しながらその断面の位置と形状を示す図、そして（ｂ）は実際の導体において応力が集中する断面の形状を示す図である。 一般的な圧着端子と電線の圧着方法の説明図である。 圧着部の断面図である。 アルミニウム電線に圧着端子を加締めた場合の加締め高さＣ／Ｈに対する電気抵抗と固着力の関係を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は導体圧着部の加締め高さが大きい場合と小さい場合の断面の違いをそれぞれ示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は圧縮率が小さい場合と大きい場合の導体の寸法変化の違いをそれぞれ示す模式図である。 圧着端子を電線に加締めた場合の応力集中する断面の箇所を示す説明図である。 導体を加締めにより圧縮した場合の応力集中する断面の箇所を示す説明図である。 （ａ）は従来のアルミニウム電線と端子との圧着構造を示す平面図、そして（ｂ）は（ａ）に示す圧着構造の側面図である。

符号の説明

１：圧着端子
４：導体圧着部
１４：導体加締片
１４ｂ：傾斜縁部
１００：電線
１００ａ：導体

Claims (3)

1. 底板部と、該底板部の両側縁から上方に延長し且つ、接続すべき電線の先端部の導体を包み込むように内側に曲げられることで前記導体を前記底板部の上面に密着した状態となるように加締める一対の導体加締片と、を有する断面Ｕ字状の導体圧着部を備えた圧着端子であって、
   前記導体加締片それぞれの前記電線の基端側に位置する後部上縁が、前記底板部からの高さが後側に行くほど漸次小さくなるように傾斜した傾斜縁部として形成されていることを特徴とする圧着端子。
2. 請求項１に記載した圧着端子の前記導体圧着部が、電線の導体に電気的に接続するように圧着された圧着構造であって、
   前記導体に加締められた状態の前記導体加締片の傾斜縁部が、前記導体の軸方向と直交する面に対して傾斜した面内に位置し、前記傾斜縁部で囲われた前記導体の断面が略楕円状をなしていることを特徴とする圧着構造。
3. 前記電線が、前記導体としてアルミニウム製またはアルミニウム合金製の導体を有するアルミニウム電線であることを特徴とする請求項２に記載した圧着構造。

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