JP2009224120A - 圧着端子および電線に対する端子の圧着構造 - Google Patents

Abstract

【課題】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端子の圧着端子を提供する。
【解決手段】アルミニウム電線の導体Ｗａに圧着するための圧着部３を有し、該圧着部３が、導体を上面に載せる底板４と、該底板４の幅方向両側縁から上に延びる一対の圧着片５、５とで略Ｕ字状に構成され、底板４上に載せた導体Ｗａを包み込むように圧着片５が内側に曲げられて導体に加締められる圧着端子１において、一対の圧着片５、５の基部に、圧着操作の段階で収縮し、圧着後の周囲温度の低下によって圧着部３よりも導体Ｗａが大きく収縮した際にその収縮に圧着片５を追従させるように伸長する断面屈曲形状のバネ部６が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電線に圧着される圧着端子、および、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４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４（ａ）は圧着したときの状態を示す図、図４（ｂ）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１０の圧着部は、圧着する前において、底板１１と、該底板１１の幅方向両側縁から上に延設された一対の圧着片１２、１２とを持つＵ字形状をなしている。端子１０を圧着する際には、導体Ｗａを底板１１の上に挿入し、両側の圧着片１２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１０を圧着接続することができる。

ところで、端子１０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４（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１０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４（ｂ）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１０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１０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１０と導体Ｗａの界面に隙間１３が生じるおそれがある。隙間１３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。
特開２００３−２４９２８４号公報 特開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の発明の圧着端子は、電線の導体に圧着するための圧着部を有し、該圧着部が、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、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が内側に曲げられて前記導体に加締められることにより、前記導体に圧着接続される圧着端子において、前記一対の圧着片の基部に、圧着操作の段階で収縮し、圧着後の周囲温度の低下によって前記圧着部よりも前記導体が大きく収縮した際に、その収縮に前記圧着片を追従させるように伸長する断面屈曲形状のバネ部が設けられていることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の圧着端子であって、前記バネ部が断面コ字状をなしており、前記圧着片の外面に凹部を向けて前記導体の軸線方向に沿って形成されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の圧着端子であって、銅または銅合金により構成され、圧着対象の電線を、アルミニウムあるい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としたことを特徴としている。

請求項４の発明の圧着構造は、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た電線に対する端子の圧着構造において、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、前記一対の圧着片の基部に、圧着操作の段階で収縮し、圧着後の周囲温度の低下によって前記圧着部よりも前記導体が大きく収縮した際に、その収縮に前記圧着片を追従させるように伸長する断面屈曲形状のバネ部が設けられていることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項４に記載の圧着端子であって、前記バネ部が断面コ字状をなしており、前記圧着片の外面に凹部を向けて前記導体の軸線方向に沿って形成されていることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項４または５に記載の電線に対する端子の圧着構造であって、前記圧着端子を構成する第１の金属材料が銅あるいは銅合金であり、前記電線の導体を構成する第２の金属材料がアルミニウムあるいはアルミニウム合金であ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、外側の端子よりも内側の導体が大きく収縮した際に、圧着片の基部に設けたバネ部が伸長することで、その収縮に圧着片を追従させることができる。従って、端子と導体の界面に隙間があくのを防止することができ、それにより、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。

請求項２の発明によれば、バネ部が断面コ字状をなし、圧着片の外面に凹部を向けて導体の軸線方向に沿って形成されているので、圧着部の内側の導体がバネ部の伸びを妨げることがなく、必要に応じて的確にバネ部が伸長することができ、端子と導体の隙間の開き防止に寄与することができる。

請求項３の発明によれば、銅端子とアルミニウム電線の熱膨張差により起こる問題を簡単に解消することができる。また、アルミニウム電線に対して銅端子を使用できるようになることから、端子のバネ性を維持することができ、バネ性を犠牲にすることもない。

請求項４の発明によれば、周囲温度の低下によって、外側の端子よりも内側の導体が大きく収縮した際に、圧着片の基部に設けたバネ部が伸長することで、その収縮に圧着片を追従させることができる。従って、端子と導体の界面に隙間があくのを防止することができ、それにより、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。

請求項５の発明によれば、バネ部が断面コ字状をなし、圧着片の外面に凹部を向けて導体の軸線方向に沿って形成されているので、圧着部の内側の導体がバネ部の伸びを妨げることがなく、必要に応じて的確にバネ部が伸長することができ、端子と導体の隙間の開き防止に寄与することができる。

請求項６の発明によれば、銅端子とアルミニウム電線の熱膨張差により起こる問題を簡単に解消することができる。また、アルミニウム電線に対して銅端子を使用できるようになることから、端子のバネ性を維持することができ、バネ性を犠牲にすることもない。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１（ａ）は圧着端子の圧着状態時の構成を示す側面図、図１（ｂ）は圧着端子における電線の導体に対する圧着部分だけを取り出して示す斜視図、図２は圧着部分の断面図で、図２（ａ）は常温時の状態を示す図、図２（ｂ）は−４０℃の低温時の状態を示す断面図、図３はバネ部の断面図で、図３（ａ）はバネ部の製造時の状態を示す図、図３（ｂ）は圧着に伴う歪みをバネ部で吸収した圧着時の状態を示す図である。

本実施形態の圧着端子１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に対して接続する銅製のアルミ電線用圧着端子である。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、銅端子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２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３を有し、更にその後側に被覆加締部８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３に圧着固定される。

圧着部３は、導体Ｗａを上面に載せる底板４と、該底板４の幅方向両側縁から上に延びる一対の圧着片５、５とで略Ｕ字状に構成されており、底板４上に載せた導体Ｗａを包み込むように一対の圧着片５、５を内側に曲げて導体Ｗａに加締めることにより、導体Ｗａに圧着接続されるようになっている。

そして、特徴的な要素として、一対の圧着片５、５の基部に、圧着操作の段階で収縮し、圧着後の周囲温度の低下によって圧着部３よりも導体Ｗａが大きく収縮した際に、その収縮に圧着片５を追従させるように伸長する断面屈曲形状のバネ部６が設けられている。バネ部６は断面コ字状をなしており、圧着片５の外面に凹部を向けて導体Ｗａの軸線方向に沿って形成されている。

コ字状断面のバネ部６は、製造時は、図３（ａ）に示すように開いた状態にあり、圧着時の圧縮により、図３（ｂ）に示すように収縮し、圧着部３の歪みを吸収している。

次に、この圧着端子をアルミニウム電線に接続する場合は、常温（２３℃）の温度雰囲気下で、通常のように、アルミニウム電線Ｗの端末の露出導体Ｗａを底板４の上に載せ、その状態で加締装置により一対の圧着片５、５を内側に曲げて、導体Ｗａを包み込むように導体Ｗａに加締める。また、被覆Ｗｂの付いている部分も、被覆加締部８によって加締める。

そうすることにより、図２（ａ）に示すような圧着構造が出来上がる。即ち、この圧着構造では、圧着操作の段階でバネ部６が収縮しており、その状態で、圧着端子１の圧着部３が、導体Ｗａを包み込むように導体Ｗａに圧着接続されている。

この状態で、周囲温度の低下（例えば、−４０℃までの低下）によって、外側の端子１よりも内側の導体Ｗａが大きく収縮すると、導体Ｗａに引き込まれることにより、圧着片５に引っ張り力が作用することになる。圧着片５に引っ張り力が作用すると、圧着片５の基部に設けたバネ部６が伸長することで、導体Ｗａの収縮に圧着片５を追従させる。従って、端子１と導体Ｗａの界面に隙間があくのを防止することができて、それにより、端子１と導体Ｗａ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。

また、バネ部６が断面コ字状をなし、圧着片５の外面に凹部を向けて導体Ｗａの軸線方向に沿って形成されているので、圧着部３の内側の導体Ｗａがバネ部６の伸びを妨げることがなく、必要に応じて的確にバネ部６が伸長することができ、端子１と導体Ｗａの隙間の開き防止に有効に寄与することができる。

また、本実施形態のようにすることで、アルミニウム電線Ｗに対して銅端子１を使用できるようになることから、端子１のバネ性を維持することができ、バネ性を犠牲にすることもない。

本発明の実施形態の説明図で、（ａ）は圧着端子の圧着状態時の構成を示す側面図、（ｂ）は圧着端子における電線の導体に対する圧着部分だけを取り出して示す斜視図である。 圧着部分の断面図で、（ａ）は常温時の状態を示す図、（ｂ）は−４０℃の低温時の状態を示す断面図である。 バネ部の断面図で、（ａ）はバネ部の製造時の状態を示す図、（ｂ）は圧着に伴う歪みをバネ部で吸収した圧着時の状態を示す図である。 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）は低温になった時の状態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
３ 圧着部
４ 底板
５ 圧着片
６ バネ部
Ｗ 電線
Ｗａ 導体

Claims (6)

1. 電線の導体に圧着するための圧着部を有し、該圧着部が、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、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が内側に曲げられて前記導体に加締められることにより、前記導体に圧着接続される圧着端子において、
   前記一対の圧着片の基部に、圧着操作の段階で収縮し、圧着後の周囲温度の低下によって前記圧着部よりも前記導体が大きく収縮した際に、その収縮に前記圧着片を追従させるように伸長する断面屈曲形状のバネ部が設けられていることを特徴とする圧着端子。
2. 請求項１に記載の圧着端子であって、
   前記バネ部が断面コ字状をなしており、前記圧着片の外面に凹部を向けて前記導体の軸線方向に沿って形成されていることを特徴とする圧着端子。
3. 請求項１または２に記載の圧着端子であって、
   銅または銅合金により構成され、圧着対象の電線を、アルミニウムあるい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としたことを特徴とする圧着端子。
4. 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た電線に対する端子の圧着構造において、
   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、
   前記一対の圧着片の基部に、圧着操作の段階で収縮し、圧着後の周囲温度の低下によって前記圧着部よりも前記導体が大きく収縮した際に、その収縮に前記圧着片を追従させるように伸長する断面屈曲形状のバネ部が設けら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。
5. 請求項４に記載の圧着端子であって、
   前記バネ部が断面コ字状をなしており、前記圧着片の外面に凹部を向けて前記導体の軸線方向に沿って形成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。
6. 請求項４または５に記載の電線に対する端子の圧着構造であって、
   前記圧着端子を構成する第１の金属材料が銅あるいは銅合金であり、前記電線の導体を構成する第２の金属材料がアルミニウムあるいはアルミニウム合金であることを特徴とする電線に対する端子の圧着構造。

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