JP2010205697A - 高強度細径線用圧着端子 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度細径線に、それより引張強度の低い端子材料からなる圧着端子を圧着して、良好な電気的接続状態を得ることができる高強度細径線用圧着端子を提供する。
【解決手段】圧着端子材料の引張強度より高い引張強度を有する高強度細径線７に、ワイヤーバレル部３を圧着する圧着端子であって、ワイヤーバレル部３の内面に形成したセレーション５の幅Ｐが高強度細径線の直径Ｄの０．８倍以上、１．３倍以下であることを特徴とする。セレーションの深さは前記高強度細径線の素線の直径の４０〜６０％であることが好ましい。セレーションの断面形状は逆台形であり、その両側壁面の傾き角は５〜２５°であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のワイヤーハーネス等に使用される高強度細径線用圧着端子に関するものである。

昨今の地球温暖化における対策として自動車には、車両軽量化によるＣＯ_２排出量削減が求められている。一方、安全・快適・利便性のニーズに応えるため電装システムの多機能・高機能化が進められており、これらを支えるワイヤーハーネスの使用量が増加する傾向にある。そのため車両軽量化には、ワイヤーハーネスの軽量化が不可欠であり、その７割弱を占める電線を、より軽くする技術開発が重要となっている。具体的な施策の一つは導体の細径化であるが、細くする分、導体の強度を向上させる必要がある。

このような背景から、従来の軟銅線に代わり例えばコルソン合金線等の細くて引張強度の高い銅合金線が採用され始めている。細径線に用いられるコルソン合金線の引張強度は１２００ＭＰaであり、これまでワイヤーハーネス用の端子材料として用いられてきた銅合金の引張強度（例えば、ＦＡＳ６８０（古河電気工業株式会社製の銅合金板）の引張強度は６００〜７００ＭＰa）を大幅に上回る。

細径線の引張強度が端子材料の引張強度よりも高い場合には、端子圧着により細径線の酸化皮膜を破壊することが難しいので、何らかの対策が必要となる。

図９に従来の圧着端子の一例を示す。圧着端子１は一般に、相手方端子との接触部２と、電線の導体端部に圧着されるワイヤーバレル部３と、電線の絶縁被覆端部に圧着されるインシュレーションバレル部４とを有している（特許文献１、２参照）。ワイヤーバレル部３の内面にはセレーション５が形成されている。セレーション５は、端子圧着により導体の酸化皮膜を破壊して良好な電気的接続状態を得ると共に、圧着強度を高めるために形成される。図示の例は接触部２が雌型の場合であるが、接触部２は雄型の場合、締め付け端子型の場合もある。

特許文献１には、セレーションを、断面形状が逆台形で且つ外側の角部が内側の角部より大きな鈍角で左右非対称形に形成すると、端部寄りのセレーションの導体に対するせん断力が小さくなり、導体に与えるダメージが減少するので、導体保持力が強化され、安定な電気的接続状態を得ることができる旨、開示されている。

また特許文献２には、セレーションの溝に導体の食い込み量が異なるように、溝の深さを異ならせること、そして中央寄りに位置する溝より端部寄りに位置する溝の深さを浅くすることで、導体径にかかわらずセレーション溝への導体の食い込みを適度にして、機械的、電気的接続性能の向上を図ることが開示されている。

特許第３３４３８８０号公報 特許第３８６８２３４号公報

特許文献１では、導体ダメージを減少させることに着目しているが、高強度細径線の場合は、端子材料より高強度細径線の方が引張強度が高い（硬い）ので、圧着端子側のダメージが問題となる。

また特許文献２では、セレーションの溝深さを異ならせることが提案されているが、高強度細径線に用いる圧着端子の板厚は０．１〜０．３mmと薄く、溝深さを異ならせることは困難である上、高強度細径線は変形し難いので、深い溝に入り込ませることは難しい。

このようなことから、これまでの技術では高強度細径線に通常の端子材料からなる圧着端子を圧着して、良好な電気的接続状態を得ることは困難である。

本発明の目的は、高強度細径線に、それより引張強度の低い端子材料からなる圧着端子を圧着して、良好な電気的接続状態を得ることができる高強度細径線用圧着端子を提供することにある。

圧着端子を圧着する細径線の引張強度が圧着端子材料の引張強度より高い場合は、圧着の際に細径線がセレーションに押し付けられてセレーションのエッジ部が潰れやすいので、セレーションのエッジ部によるせん断効果は期待できず、この場合の細径線の酸化皮膜破壊のメカニズムはセレーションによる細径線の伸びが支配的となる。したがって圧着端子を圧着する細径線の引張強度が圧着端子材料の引張強度より高い場合は、圧着の際に、セレーションが潰れないように、また細径線を伸ばし易いようにすることが重要である。そこで、ワイヤーバレル部のセレーションの幅と、深さと、両側壁面の角度が、圧着部の接触抵抗に及ぼす影響について実験を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る圧着端子は、圧着端子材料の引張強度より高い引張強度を有する高強度細径線に、ワイヤーバレル部を圧着する圧着端子であって、前記ワイヤーバレル部の内面に形成したセレーションの幅が前記高強度細径線の直径の０．８倍以上、１．３倍以下であることを特徴とするものである。

実験によれば、セレーション幅が高強度細径線の直径の０．８倍以上、１．３倍以下の範囲で、圧着部の接触抵抗を減少させる効果が高く、０．８倍未満では圧着部の接触抵抗を減少させる効果が低くなることが分かった。また１．３倍より広くなるとワイヤーバレル部に形成できるセレーションの本数が少なくなるので好ましくない。

本発明に係る圧着端子は、セレーションの深さが前記高強度細径線の素線の直径の４０〜６０％であることが好ましい。

実験によれば、セレーション深さは、高強度細径線の素線の直径の４０〜６０％の範囲で、圧着部の接触抵抗を減少させる効果が高く、４０％より小さくなると、又は６０％を超えると圧着部の接触抵抗を減少させる効果が低くなることが分かった。

また本発明に係る圧着端子は、セレーションの断面形状が逆台形であり、その両側壁面の傾き角が５〜２５°であることが好ましい。

実験によれば、セレーションの両側壁面の傾き角は、５〜２５°の範囲で、圧着部の接触抵抗を減少させる効果が高く、５°より小さくなると、又は２５°を超えると圧着部の接触抵抗を減少させる効果が低くなることが分かった。

本発明によれば、高強度細径線に、それより引張強度の低い端子材料からなる圧着端子を圧着して、圧着部の接触抵抗が低い、良好な電気的接続状態を得ることができる。

本発明における高強度細径線とセレーション幅との関係を示す説明図。 高強度細径線に圧着端子を圧着した圧着部の接触抵抗を測定する測定器の回路図。 高強度細径線に圧着端子を圧着した場合のセレーション幅と接触抵抗の関係を示すグラフ。 図３のＳＴＥＰ１の値をＳＴＥＰ２の値に重なるように調整して作成したグラフ。 本発明における高強度細径線とセレーション深さとの関係を示す説明図。 高強度細径線に圧着端子を圧着した場合のセレーション深さと接触抵抗の関係を示すグラフ。 本発明における高強度細径線とセレーション両側壁面の傾き角との関係を示す説明図。 高強度細径線に圧着端子を圧着した場合のセレーション両側壁面の傾き角と接触抵抗の関係を示すグラフ。 従来の圧着端子の一例を示す斜視図。

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。前述のように、高強度細径線に、それより引張強度の低い端子材料からなる圧着端子を圧着して、良好な電気的接続状態を得るためには、ワイヤーバレル部内面に形成するセレーションの幅と、深さと、両側壁面の角度を適切に設定することが重要である。

ここで、高強度細径線は、線径（直径）ｄが０．４５mm以下（断面積で０．１３mm^２以下）で、圧着端子１の材料の引張強度よりも高い引張強度を有している。なお、ここで圧着端子１の材料の引張強度は、当該材料でＪＩＳＺ２２０１に準拠してＪＩＳ５号形状のサンプルをＪＩＳＺ２２４１に準拠して測定したものである。高強度細径線６の引張強度も、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して測定したものである。

＜セレーション幅について＞
セレーション幅とは、図１に示すように、圧着端子のワイヤーバレル部３の内面に周方向に形成されたセレーション５のエッジ部６間の距離ａである。セレーション幅ａを広くすれば圧着の際に細径線７がセレーションに押し込まれ易くなり、細径線７を伸ばし易くなる。一方、ワイヤーバレル部の軸線方向寸法は限られているから、セレーション幅を広くすると、セレーションの数が減って細径線７の酸化皮膜が破壊される箇所が少なくなる。また、ワイヤーバレル部の限られた寸法の中で、セレーションの数を減らさずにセレーション幅を広くしようとすると、セレーション間隔ｓが狭くなり、逆にセレーション５の間の山部８が潰れやすくなってしまう。

そこで、まず高強度細径線に好適なセレーション幅ａを検討した。使用した高強度細径線は、直径０．１１mmコルソン合金素線を７本撚り合わせた直径ｄ＝０．３１mmの撚線で、その引張強度は約１２００ＭＰaである。

なお、高強度細径線の材料としては、コルソン合金以外に、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金（コルソン合金）をベースに微量元素（Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｇなど）を添加した合金（例えば、Ｃｕ−2.3Ｎｉ−0.55Ｓｉ−0.15Ｓｎ−0.5Ｚｎ−0.1Ｍｇ合金、Ｃｕ−3.75Ｎｉ−0.9Ｓｉ−0.15Ｓｎ−0.5Ｚｎ−0.1Ｍｇ合金）や、ベリリウム銅合金（Ｃ１７２０Ｗ）などが使用されることもある。

一方、圧着端子の試作品は次のとおりである。ＳＴＥＰ１の実験では、端子材料としてコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金）をベースに微量元素（Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｇ）を添加した合金（古河電気工業株式会社製：ＦＡＳ６８０Ｈ）の板を使用し、セレーション間隔ｓが０．２mm、０．４mm、０．６mm、セレーション本数が１〜３本、セレーション深さｗが０．０３mm、０．０５mm、０．０７mmの圧着端子について、それぞれセレーション幅０．１mm、０．２mm、０．３mmの圧着端子を試作した。ＳＴＥＰ２の実験では、端子材料として、(1) Ｃ２６００ＲＨ＝黄銅（古河電気工業株式会社製、ＪＩＳ Ｈ ３１００参照）、(2)
Ｃ５２１０−８ＰＥＨ＝リン青銅（古河電気工業株式会社製、ＪＩＳ Ｈ ３１３０参照）、(3) ＳＴＥＰ１と同じコルソン合金（ＦＡＳ６８０Ｈ）の、３種類の板を使用し、セレーション間隔ｓが０．３mm、０．３５mm、０．４mm、セレーション本数が３本の圧着端子について、それぞれセレーション幅０．２mm、０．３mm、０．４mmの圧着端子を試作した。圧着端子材料の引張強度はいずれも６００〜７００ＭＰaである。試作した圧着端子をそれぞれ高強度細径線に圧着して測定試料とした。

それぞれの試料について圧着部の接触抵抗を測定した。接触抵抗の測定は図２に示す測定器で行った（ＪＩＳ Ｋ ７１９４準拠）。この測定器は次のようにして圧着部の接触抵抗を求めるものである。まず高強度細径線７に圧着端子１を圧着した測定試料９に１０mＡの電流を流して（電流計Ａ_１で測定）、圧着部１０と、そこから長さ１００mmの高強度細径線７とを含む区間の電圧降下を電圧計Ｖ_１で測定することにより抵抗Ｒ_１を求める。その一方で、基準となる高強度細径線７Ｓに電流を流して（電流計Ａ_２で測定）、基準高強度細径線７Ｓの長さ１００mm区間の電圧降下を電圧計Ｖ_２で測定することにより抵抗Ｒ_２を求める。次にＲ_１−Ｒ_２の計算で、長さ１００mmの高強度細径線７の抵抗を除外して、圧着部１０の接触抵抗Ｒを求めるのである。試験条件は−４０℃×１５分←→１２０℃×１５分のヒートサイクルを経た後である。

測定結果を図３に示す。図３によれば、ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２ともセレーション幅が０．２mmを超えると接触抵抗が減少し始めることが分かる。セレーション幅０．２mmから０．３mmにかけての接触抵抗減少傾向はＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２とも同じであるので、ＳＴＥＰ２の値に、セレーション幅０．２mmの値がＳＴＥＰ１のセレーション幅０．２mmの値と同じになるように一定係数を掛けて、ＳＴＥＰ１のグラフにＳＴＥＰ２のグラフを重ね合わせると図４のようになる。図４によれば、セレーション幅が０．２５mm（線径０．３１mmの０．８倍）になると接触抵抗減少の効果が確実に現れることが分かる。さらにセレーション幅が０．３mm（線径の１倍）、０．４mm（線径の１．３倍）と広くなるに従い、接触抵抗低下の効果が顕著に現れる。したがってセレーション幅は線径の０．８倍以上にすることが好ましく、１倍以上にすることがさらに好ましい。

一方、セレーション幅は、ワイヤーバレル部のサイズが限られているため、線径の１．３倍より広くすると、セレーションの数を減らさざるを得なくなり、効果的に高強度細径線の酸化皮膜の破壊ができなくなる。またセレーションの数を減らさないようにすると、セレーション間隔ｓが狭くなり、圧着時にセレーション５の間の山部８が潰れてしまう。このようなことからセレーション幅は１．３mm以下にすることが好ましい。

なお、実験では直径０．３１mmの高強度細径線を用いたが、細径線の直径ｄとセレーション幅ａは以下に説明するように比例関係にあるので、直径の異なる細径線についても同様に考えることができる。すなわち、断面形状が円の断面２次モーメントＩは、直径をｄとすると、Ｉ＝πｄ^４／64となる。２点で支持された断面円形のはりに長手方向に均等な分布加重が（圧力）ｐが加えられた時のはりの最大たわみ量ｖは、はりのヤング率をＥとすると、ｖ＝５ｐａ^４／384ＥＩ＝５ｐａ^４／６Ｅπｄ^４となる（機械工学便覧より）。ここで、最大たわみ量ｖがセレーション深さｗより大きければ接触抵抗を小さくすることができる。したがって、ａ≧（６Ｅπｗ／５ｐ）^１／４ｄ＝ｋｄ〔ただしｋ＝（６Ｅπｗ／５ｐ）^１／４〕となる。よって、導体径ｄとセレーション幅ａは比例関係にある。

＜セレーション深さについて＞
次に高強度細径線に好適なセレーションの深さを検討した。セレーション深さとは、図５に示すように、ワイヤーバレル部３の内面からセレーション５の底面までの距離ｗである。セレーション深さｗは、浅すぎると高強度細径線７がセレーション５に入り込まず、深すぎると圧着力でセレーション５のエッジ部６が破壊されるおそれがある。セレーション間隔ｓが０．２、０．４mm、０．６mm、セレーション本数が１〜３本、セレーション幅ａが０．１mm、０．２mm、０．３mmの圧着端子について、それぞれセレーション深さｗが０．０３mm、０．０５mm、０．０７mmの圧着端子を試作した（端子材料は前記ＳＴＥＰ１と同じ）。

これらの圧着端子を高強度細径線（セレーション幅の場合と同じ）に圧着して測定試料とし、各試料について圧着部の接触抵抗を測定した。その結果を図６に示す。図６によれば、セレーション深さは、約０．０４mm〜０．０６mm（高強度細径線７の素線７ａの直径ｄs＝０．１１mmの約４０〜６０％）の範囲で接触抵抗低減の効果が現れており、０．０５mm（素線径ｄsの５０％）のときに接触抵抗が最低になることが分かる。したがってセレーションの深さは高強度細径線の素線径ｄsの４０〜６０％にすることが好ましく、高強度細径線の素線径ｄsの５０％にすることがさらに好ましい。

＜セレーションの両側壁面の傾き角について＞
次に高強度細径線に好適なセレーションの両側壁面の傾き角を検討した。セレーションの両側壁面の傾き角とは、図７に示すように、断面逆台形のセレーション５の両側壁面１１の、ワイヤーバレル部３の軸線方向に垂直な面に対する傾き角θである。両側壁面１１の傾き角θは、小さいほど圧着時にセレーション５のエッジ部６が壊れやすくなると考えられる。そこで、セレーション間隔ｓが０．２、０．４mm、０．６mm、セレーション本数が１〜３本、セレーション幅ａが０．１mm、０．２mm、０．３mmの圧着端子について、それぞれセレーションの両側壁面１１の傾き角θが１°、１５°、３０°の圧着端子を試作した（端子材料は前記ＳＴＥＰ１と同じ）。

これらの圧着端子を高強度細径線７（セレーション幅の場合と同じ）に圧着して測定試料とし、各試料について圧着部の接触抵抗を測定した。その結果を図８に示す。図８によれば、セレーションの両側壁面の傾き角は、５〜２５°の範囲で接触抵抗低減の効果が現れており、１５°のときに接触抵抗が最低になることが分かる。したがってセレーションの両側壁面の傾き角は、５〜２５°にすることが好ましく、１５°にすることがさらに好ましい。

１：圧着端子
２：接触部
３：ワイヤーバレル部
４：インシュレーションバレル部
５：セレーション
６：エッジ部
７：高強度細径線
８：山部
９：測定試料
１０：圧着部
１１：側壁面
ｄ：高強度細径線の直径
ｄs：高強度細径線の素線の直径
ａ：セレーション幅
ｓ：セレーション間隔
ｗ：セレーション深さ
θ：側壁面の傾き角

Claims (3)

1. 圧着端子材料の引張強度より高い引張強度を有する高強度細径線に、ワイヤーバレル部を圧着する圧着端子であって、前記ワイヤーバレル部の内面に形成したセレーションの幅が前記高強度細径線の直径の０．８倍以上、１．３倍以下であることを特徴とする高強度細径線用圧着端子。
2. セレーションの深さが前記高強度細径線の素線の直径の４０〜６０％である請求項１記載の高強度細径線用圧着端子。
3. セレーションの断面形状が逆台形であり、その両側壁面の傾き角が５〜２５°である請求項１又は２記載の高強度細径線用圧着端子。

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