JP2012099219A

JP2012099219A - アルミ電線及び接続端子構造

Info

Publication number: JP2012099219A
Application number: JP2010229269A
Authority: JP
Inventors: Kinya Sugie; 欣也杉江
Original assignee: Kyowa Electric Wire Co Ltd
Current assignee: Kanzacc Co Ltd
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】アルミ電線における接続端子部の腐食を防止するのに適したアルミ電線および、腐食性が改善された接続端子部の形成方法を提供する。
【解決手段】アルミ金属線２の表面に内側から順に下地メッキ層４、銅メッキ層６、表層メッキ層８が設けられてなるアルミ線１０を導体とし、前記下地メッキ層４が、イオン化傾向の順位がアルミと銅との間の金属からなり、前記表層メッキ層８がＳｎまたはＳｎ系合金からなるアルミ電線。前記アルミ電線を構成するアルミ線１０の線束の端末部分をかしめ部材によりかしめ固定する工程、前記線束の端末部分の端面に糸半田の先端部を近接させる工程、該先端部をプラズマアーク法などにより加熱して前記端面、あるいは該端面とその近傍が該糸半田の半田材で被覆されるように半田掛けする工程を含むアルミ電線の接続端子構造形成方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐腐食性が改善されたアルミ電線及び接続端子構造に関する。

アルミ電線は自動車等の移動体に用いる電線として軽量化のうえで注目されている。

電線には腐食対策が必要であり、腐食に対しては芯線に樹脂からなるシース材を被覆することが行われるが、接続端子部においては芯線の端部が露出するので、この露出端部が腐食しやすいことが問題となっている。

とくに、アルミ電線は接続端子部に異種金属のかしめ部材を用いると芯線が腐食しやすいので、耐腐食性の向上が望まれている。

この対策として、例えば、接続端子の接続部の接続面を除いた表面部分全体を覆うようにメッキを施すことが開示されているが（例えば、特許文献１参照）、自動化された接続端子部の形成工程でこのようなメッキを施すことはこの形成工程の自動化のうえで加工効率を阻害する要因になるおそれがある。

また、接続部の接続面を除いた表面部分全体を樹脂で覆うことも考えられる（例えば、ヒントとして特許文献２参照）が、これも形成工程の自動化のうえで加工効率を阻害する要因になる。

［特許文献１］特開２００９−２７７６７４号公報
［特許文献２］特開２００７−２８２４２８号公報

本発明は、アルミ電線における接続端子部の腐食を防止するのに適したアルミ電線および、腐食性が改善された接続端子部の形成方法を提供しようとする。

本発明の要旨とするところは、アルミ金属線の表面に内側から順に下地メッキ層、銅メッキ層、表層メッキ層が設けられてなるアルミ線を導体とし、
前記下地メッキ層が、イオン化傾向の順位がアルミと銅との間の金属からなり、
前記表層メッキ層がＳｎまたはＳｎ系合金からなる
アルミ電線であることにある。

前記下地メッキ層の厚みは、前記アルミ金属線の径をｄ（ｍｍ）として、０．２μｍ〜４．０ｄ（μｍ）であり得る。

また、本発明の要旨とするところは、前記アルミ電線を構成するアルミ線の線束の端末部分が、相手側端子と電気的に接続される接続部を備えるかしめ部材により前記端末部分の外周を覆ってかしめ固定されてなる接続端子構造であることにある。

前記接続端子構造においては、前記線束の端末部分の少なくとも端面が金属または樹脂からなる被覆材により被覆され得る。

前記接続端子構造においては、前記線束の端末部分の端面、あるいは端面とその近傍が金属または樹脂からなる被覆材により被覆され得る。

前記接続端子構造においては、前記被覆材が半田材からなり得る。

また、本発明の要旨とするところは、前記アルミ電線を構成するアルミ線の線束の端末部分を電気的に接続される接続部を備えるかしめ部材により前記端末部分の外周を覆ってかしめ固定する工程、前記線束の端末部分の端面に糸半田の先端部を近接させる工程、該先端部をプラズマアーク法またはレーザーアーク法により加熱して前記端面、あるいは該端面とその近傍が該糸半田の半田材で被覆されるように半田掛けする工程を含むアルミ電線の接続端子構造形成方法であることにある。

本発明によると、アルミ電線における接続端子部の腐食を防止するのに適したアルミ電線および、腐食性が改善された接続端子部の形成方法が提供される。

本発明のアルミ電線の構成の態様を示す断面模式図である。本発明のアルミ電線を用いた接続端子構造の態様の一例を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。浸食の深さとニッケルメッキ層の厚みとの関係を示すグラフである。本発明のアルミ電線を用いた接続端子構造の他の態様の一例を示す平面図である。本発明のアルミ電線を用いた接続端子構造のさらに他の態様の一例を示す平面図である。本発明のアルミ電線を用いた接続端子構造のさらに他の態様の一例を示す平面図である。本発明のアルミ電線を用いた接続端子構造形成方法を説明する説明図である。

本発明のアルミ電線は図１に示すように、アルミ金属線２の表面に内側から順に下地メッキ層４、銅メッキ層６、表層メッキ層８が設けられてなるアルミ線１０を導体とするアルミ電線である。なお、本明細書においては、各図にわたって記される同じ符号は同一又は同様の部材やものを示す。

本願明細書においては、用語「アルミ金属線」はアルミまたはアルミを主成分とする金属からなる金属線をいい、用語「アルミ線」はこのアルミ金属線を主たる構成要素とする線をいうものとする。

図２に示すように、アルミ線１０からなる複数本の加撚集束された線束（芯線）１２を、線束の外周を樹脂などからなるシース材で被覆してシース１４を設けたものが本発明のアルミ電線２０の代表的な態様である。

アルミ電線２０は、その端末部２２においてシース１４を除去して線束１２を露出させた端末部２２の外周を、相手側端子と電気的に接続される接続部２４を有するかしめ部材２６のかしめ部２８で覆ってかしめ固定されてなる接続端子構造３０を形成することにより、相手側端子と接続して好適に用いられる。

一般に電線の腐食はこのシースでガードされるが、前述のように、接続端子部においては電線の端部が露出するので、この露出端部が腐食しやすい。とくに従来のアルミ製電線においては、接続端子部の端面から腐食が進行する。あるいは、かしめ部材との接触部における電気化学的反応に起因して腐食が発生する。

さらには、アルミ線の露出端部を仮に被覆材で被覆したとしても、アルミ線がメッキ層を備える場合は、下地メッキ層とその表層のメッキ層との間のイオン化傾向の違いによる電気化学的反応により腐食が発生することがある。

本発明においては、表層メッキ層８は、ＳｎまたはＳｎ系合金からなるメッキ層である。Ｓｎ系合金はＳｎを主成分とする合金である。Ｓｎ系合金としては例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金が挙げられる。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金としては例えばＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕが、Ｓｎ−Ｃｕ合金としては例えば９９．３Ｓｎ−０．７Ｃｕが、Ｓｎ−Ｉｎ合金としては例えば９９Ｓｎ−１Ｉｎが挙げられる。

下地メッキ層４は、イオン化傾向の順位がアルミと銅との中間にある金属からなるメッキ層であり、例えば、このような金属としてはニッケル、亜鉛、鉄、錫が例示される。

本願発明者らにより、本発明のアルミ電線は後述のようにこのような腐食が生じにくいことが見出された。

本発明のアルミ電線に用いるアルミ金属線２の線径は特に限定されず、例えば、０．３〜１ｍｍのものが好適に用いられる。

下地メッキ層４は電気メッキにより形成される。アルミ金属線２の径がｄ（ｍｍ）のとき、下地メッキ層４の厚みは０．２μｍ〜４．０ｄ（μｍ）であることが好ましい。この厚みがこの範囲を下回ると、接続端子部における耐腐食性が低下する。厚みがこの範囲を上回ると、アルミ線の可撓性が損なわれる。例えば、アルミ金属線２の径が０．４ｍｍの場合、下地メッキ層４の厚みは０．２〜１．６μｍであることが好ましい。

銅メッキ層６は電気メッキにより形成され、厚みは４〜７μｍであることが好ましい。

表層メッキ層８は熔融メッキ法により形成され、厚みは０．５〜１．５μｍであることが好ましい。

本発明のアルミ電線の効果を以下の実験例で示す。

実験例
表１に示す６種類のアルミ線につき、１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅板で筒状に巻きまわしてかしめて固定したものを腐食テスト用試料とした。

アルミ線の原料素材としては、１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、下地メッキ層４としてニッケルを電気メッキし、その上に銅を電気メッキしたのち、常法によりアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線し、次いで試料番号Ｌ−４〜６の試料につき表層メッキ層８としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを常法により熔融メッキした。

この試料を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち縦割して腐食状態を観察した。腐食は端面から進行しており、腐食した部分は空洞になっている。当初の端面から残留のアルミ電線の端面までの距離、すなわち浸食の深さを測定した。
表１に試料の内容と浸食の深さを示す。

図３に、表１の結果に基づく、浸食の深さとニッケルメッキ層の厚みとの関係を示す。

表１、図３より、ニッケルメッキ層の厚みが０．２μｍ以上であれば良好な耐腐食性能が得られることがわかる。また、最外層としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕメッキ層が形成されていないものは、ニッケルメッキ層の厚みが０．２μｍ以上であっても耐腐食性能が劣ることがわかる。

本発明のアルミ電線を用いた接続端子構造３０は、さらに、図４に示すように、線束１２の端末部２２の端面３２が金属または樹脂からなる被覆材３４により被覆された構造であることが腐食を防ぐうえで好ましい。

被覆材３４は、端面３２のみならず端面３２近傍の線束１２の周面を被覆するように設けられてもよい。被覆材３４が図５に示すように端面３２と端面３２近傍の線束１２の周面３７および、かしめ部２８の端面３２近傍の部分の表面３５を被覆するように設けられてもよい。

あるいは、図４、図５の場合に比べて製造工程に時間を要するが、図６に示すように、被覆材３４は、端面３２、電線の端部に露出した線束１２の周面全体、および、かしめ部２８全体を被覆するように設けられてもよい。

被覆材３４を樹脂で形成する場合、例えば、２液混合型のエポキシ樹脂を端面３２等に塗布して硬化させるなどの方法が用いられる。あるいは、紫外線硬化型の樹脂（アクリル系など）を端面３２等に塗布して紫外線照射で硬化させるなどの方法が用いられる。

被覆材３４が金属からなる場合、この金属からなる被覆材３４ははんだ材を用いて端面３２等を覆うように半田付けすることにより容易に形成することができる。このはんだ材が、表層メッキ層に対する濡れ性が良好なはんだ材、例えば表層メッキ層がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金のメッキ層であるとすると、このＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金のメッキ層に用いられているはんだ材と同様なはんだ材を用いる場合は、半田付け工程において熔融したはんだ材が、互いに隣接のアルミ線１０の間の隙間に容易に入り込んで隙間を充填するので、被覆材３４が端面３２に確実に固着固定される。また、この充填により耐腐食性が向上する。

はんだ材を用いて端面３２を覆うように半田付けする態様の一例としては、
アルミ電線を構成するアルミ線１０の線束１２の端末部２２を電気的に接続される接続部２４を備えるかしめ部材２６により端末部２２の外周を覆ってかしめ固定する工程（図２参照）、
線束１０の端末部２２の端面３２に糸半田４０の先端部４２を近接させる工程（図７参照）、
カソード電極装置４４を用いて、カソード電極からアルゴン等の不活性ガスのプラズマフレーム３３を発生させ、糸半田４０の先端部４２をアノード電極として先端部４２を加熱蒸発させその金属蒸気を端面３２に接触させて冷却することにより、端面３２が糸半田４０の半田材で被覆されるように半田付けする、プラズマアーク法による半田付けの工程（図７参照）
を含むアルミ電線の接続端子構造形成方法が挙げられる。

はんだ材を用いて端面３２を覆うように半田付けする態様の他の一例としては、
アルミ電線を構成するアルミ線１０の線束１２の端末部２２を電気的に接続される接続部２４を備えるかしめ部材２６により端末部２２の外周を覆ってかしめ固定する工程（図２参照）、
線束１０の端末部２２の端面３２に糸半田４０の先端部４２を近接させる工程、
糸半田４０と線束（芯線）１２との間に電圧を印加してアーク放電させるとともに糸半田４０の先端部４２にＹＡＧレーザー等のレーザー光を照射してて先端部４２を加熱蒸発させその金属蒸気を端面３２に接触させて冷却することにより、端面３２が糸半田４０の半田材で被覆されるように半田付けするレーザーアーク法による半田付けの工程
を含むアルミ電線の接続端子構造形成方法が挙げられる。

この方法は、短時間で効率的に被覆材３４を端面３２に確実に固着させることができ、被覆材３４の被覆操作の自動化を可能にする。

実施例１

アルミ線の原料素材として１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、ニッケル、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線した。伸線後のニッケルメッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。次いでＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを常法により厚み０．２μｍで熔融メッキしアルミ線を得た。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

この接続端子構造の部分を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち縦割して腐食状態を観察した。腐食は端面から進行しており、腐食した部分は空洞になっている。当初の端面から残留のアルミ電線の端面までの距離、すなわち浸食の深さを測定したところ、０．５ｍｍであり、良好な耐腐食性の接続端子構造を得た。
比較例１

実施例１で用いたと同様のアルミ金属線を用い、ニッケル、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線しアルミ線を得た。伸線後のニッケルメッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

この接続端子構造の部分を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち実施例１と同様にして浸食の深さを測定したところ、３．５ｍｍであり耐腐食性は不良であった。

実施例２

アルミ線の原料素材として１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、亜鉛、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線した。伸線後の亜鉛メッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。次いでＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを常法により厚み０．２μｍで熔融メッキしアルミ線を得た。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

この接続端子構造の部分を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち実施例１と同様にして浸食の深さを測定したところ、０．６ｍｍであり、良好な耐腐食性の接続端子構造を得た。

実施例３

アルミ線の原料素材として１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、鉄、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線した。伸線後の鉄メッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。次いでＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを常法により厚み０．２μｍで熔融メッキしアルミ線を得た。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

この接続端子構造の部分を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち実施例１と同様にして浸食の深さを測定したところ、０．６ｍｍであり、良好な耐腐食性の接続端子構造を得た。
実施例４

アルミ線の原料素材として１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、錫、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線した。伸線後の錫メッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。次いでＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを常法により厚み０．２μｍで熔融メッキしアルミ線を得た。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

この接続端子構造の部分を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち実施例１と同様にして浸食の深さを測定したところ、０．６ｍｍであり、良好な耐腐食性の接続端子構造を得た。
実施例５

アルミ線の原料素材として１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、ニッケル、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線した。伸線後のニッケルメッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。次いで錫を常法により厚み０．２μｍで熔融メッキしアルミ線を得た。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

アルミ線の原料素材として１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、ニッケル、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線した。伸線後のニッケルメッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。次いで９９．３Ｓｎ−０．７Ｃｕを常法により厚み０．２μｍで熔融メッキしアルミ線を得た。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

この接続端子構造の部分を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち実施例１と同様にして浸食の深さを測定したところ、０．７ｍｍであり、良好な耐腐食性の接続端子構造を得た。
実施例６

アルミ線の原料素材として１．４ｍｍ径のアルミ金属線を用い、ニッケル、銅をこの順で常法により電気メッキしたのちアルミ金属線の径が０．４ｍｍになるように伸線した。伸線後のニッケルメッキ層の厚みは０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは５．７μｍであった。次いで９９Ｓｎ−１Ｉｎを常法により厚み０．２μｍで熔融メッキしアルミ線を得た。このアルミ線から１１Ｐの電線を作成し、端部の周面を銅性のかしめ部材でかしめて固定して接続端子構造を形成した。

この接続端子構造の部分を濃度５重量％の食塩水に常温で９６時間浸漬したのち実施例１と同様にして浸食の深さを測定したところ、０．７ｍｍであり、良好な耐腐食性の接続端子構造を得た。

本発明は、自動車等の移動体のワイヤーハーネスに適用して移動体の軽量化を図ることができる。

２：アルミ金属線
４：下地メッキ層
６：銅メッキ層
８：表層メッキ層
１０：アルミ線
１２：線束
１４：シース
２０：アルミ電線
２２：端末部
２４：接続部
２６：かしめ部材
２８：かしめ部
３０：接続端子構造
３４：被覆材
４４：カソード電極装置
３３：プラズマフレーム
４０：糸半田

Claims

アルミ金属線の表面に内側から順に下地メッキ層、銅メッキ層、表層メッキ層が設けられてなるアルミ線を導体とし、
前記下地メッキ層が、イオン化傾向の順位がアルミと銅との間の金属からなり、
前記表層メッキ層がＳｎまたはＳｎ系合金からなる
アルミ電線。
前記下地メッキ層の厚みが、前記アルミ金属線の径をｄ（ｍｍ）として、０．２μｍ〜４．０ｄ（μｍ）である請求項１に記載のアルミ電線。
請求項１または２に記載のアルミ電線を構成するアルミ線の線束の端末部分が、相手側端子と電気的に接続される接続部を備えるかしめ部材により前記端末部分の外周を覆ってかしめ固定されてなる接続端子構造。
前記線束の端末部分の少なくとも端面が金属または樹脂からなる被覆材により被覆された請求項３に記載の接続端子構造。
前記線束の端末部分の端面、あるいは端面とその近傍が金属または樹脂からなる被覆材により被覆された請求項３に記載の接続端子構造。
前記被覆材が半田材からなる請求項４または５に記載の接続端子構造。
請求項１に記載のアルミ電線を構成するアルミ線の線束の端末部分を電気的に接続される接続部を備えるかしめ部材により前記端末部分の外周を覆ってかしめ固定する工程、前記線束の端末部分の端面に糸半田の先端部を近接させる工程、該先端部をプラズマアーク法またはレーザーアーク法により加熱して前記端面、あるいは該端面とその近傍が該糸半田の半田材で被覆されるように半田掛けする工程を含むアルミ電線の接続端子構造形成方法。