JP2014107212A - 端子付電線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁電線と金属端子との接続部を覆う防水樹脂部を有する端子付電線において、製造の工数及び設備の増大を要することなく、オレフィン系樹脂の絶縁被覆と防水樹脂部との間の部分の止水性を高めること。
【解決手段】端子付電線１は、ポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆１２を有する絶縁電線１０と、絶縁被覆１２の表面に全周に亘って形成された接着層３０と、インサート成形により形成された防水樹脂部４０とを備える。防水樹脂部４０は、絶縁電線１０における接着層３０が形成された部分から金属端子２０における芯線１１との接続部２１までの領域を覆う。接着層３０は、エチレン及びグリシジルメタクリレートの共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなる。防水樹脂部４０は、ポリブチレンテレフタレートからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線及びその端部に設けられた金属端子を含む端子付電線及びその製造方法に関する。

昨今、自動車に搭載されるワイヤハーネスにおいて、絶縁電線及びその端部に設けられた金属端子を含む端子付電線は、より高い防水性能が求められている。防水機能を有する端子付電線は、端部の防水領域を覆う防水樹脂部を備える。以下、防水樹脂部を備える端子付電線のことを防水端子付電線と称する。

防水樹脂部は、合成樹脂材料からなり、絶縁電線の端部における絶縁被覆の部分から金属端子における芯線との接続部までの領域を含む保護領域をインサート部とするインサート成形によって保護領域を覆って形成された部分である。

また、防水端子付電線の製造工程において、防水樹脂部のインサート成形が行われる前に、接着剤が、絶縁電線の端部における絶縁被覆の表面に全周に亘って塗布される。この接着剤は、絶縁被覆と防水樹脂部との隙間を塞ぎつつ、絶縁被覆と防水樹脂部とを接着する接着層となる。この接着層は、水の浸入を防ぐ止水部としても機能する。

防水端子付電線において、絶縁被覆の熱膨張係数と防水樹脂部の熱膨張係数とは異なるため、接着層は、絶縁被覆と防水樹脂部との間の熱膨張の差に対応できる伸縮性を備える必要がある。一般に、止水剤として機能する接着剤の材料としては、耐水性及び伸縮性を有するシリコン系樹脂又はゴム系樹脂の接着剤が用いられる。

しかしながら、絶縁電線が、オレフィン系樹脂であるポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆を有する場合、シリコン系樹脂又はゴム系樹脂の接着層が採用されると、絶縁被覆と防水樹脂部との接着性（止水性）が不十分となる。そのため、芯線と金属端子との接続部への浸水が生じやすくなり、この浸水が、芯線及び金属端子の接続部における腐食及び接触不良の原因となる。

一方、特許文献１には、防水端子付電線の製造工程において、絶縁電線の絶縁被覆にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理を施すことにより、オレフィン系樹脂の絶縁被覆と接着剤との接着性を高めることが示されている。

特開２００６−１２３４５８号公報

しかしながら、端子付電線の製造工程において、コロナ放電処理又はプラズマ放電処理を行うことは、製造工数の増大を招くとともに、高額な設備の導入を必要とする。

本発明は、絶縁電線と金属端子との接続部を覆う防水樹脂部を有する端子付電線において、製造の工数及び設備の増大を要することなく、ポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆と防水樹脂部との間の部分の止水性を高めることを目的とする。

本発明に係る端子付電線は、以下に示す各構成要素を備える。
（１）第１の構成要素は、導電性の芯線及び該芯線の周囲を覆うポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆を有する絶縁電線である。
（２）第２の構成要素は、前記絶縁電線の端部において前記芯線と電気的に接続された金属端子である。
（３）第３の構成要素は、エチレン及びグリシジルメタクリレートの共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなり、前記絶縁電線の端部における前記絶縁被覆の表面に全周に亘って形成された接着層である。
（４）第４の構成要素は、ポリブチレンテレフタレートからなり、少なくとも前記絶縁電線における前記接着層が形成された部分から前記金属端子における前記芯線との接続部までの領域を含む保護領域をインサート部とするインサート成形によって前記保護領域を覆って形成された防水樹脂部である。

本発明に係る端子付電線において、前記接着層は、ＪＩＳのＫ６２５１の規定に従った試験による−４０℃の環境の下で１０４．７％以上の伸びが生じる材料からなることが望ましい。

また、本発明に係る端子付電線において、前記絶縁被覆及び前記接着層の接着強度は、ＪＩＳのＫ６８５０の規定に従った試験による１５０℃の環境の下で１８３ｋＰａ以上であることが望ましい。

また、本発明は、本発明に係る端子付電線を製造する方法の発明として捉えられてもよい。即ち、本発明に係る端子付電線の製造に好適な製造方法は、以下に示される各工程を有する。
（１）第１の工程は、エチレン及びグリシジルメタクリレートの共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなるシート状の接着剤である接着シートを、前記絶縁電線の端部の前記保護領域における前記絶縁被覆にその全周に亘って巻き付けるシート巻き付け工程である。
（２）第２の工程は、前記絶縁電線の端部に巻き付けられた前記接着シートを、加熱することにより前記絶縁電線の前記絶縁被覆に接着させる接着工程である。
（３）第３の工程は、前記絶縁電線における前記保護領域をインサート部とするインサート成形により、ポリブチレンテレフタレートからなる樹脂材料を、前記保護領域を覆う形状の前記防水樹脂部へ成形するインサート成形工程である。

本発明によれば、絶縁電線と金属端子との接続部を覆う防水樹脂部を有する端子付電線において、製造の工数及び設備の増大を要することなく、ポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆と防水樹脂部との間の部分の止水性を高めることができる。

また、本発明に係る製造方法によれば、後述するように、本発明に係る端子付電線の製造のリードタイムが大幅に短縮される。

本発明の実施形態に係る端子付電線１の平面図及び側面図である。 端子付電線１の製造手順を示す模式図である。 端子付電線１の防水性能の評価のための試験方法を示す模式図である。 端子付電線１の防水性能の評価結果を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。

＜実施形態＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態に係る端子付電線１の構成について説明する。図１に示されるように、端子付電線１は、絶縁電線１０と金属端子２０と接着層３０と防水樹脂部４０とを備える。

絶縁電線１０は、導電性の芯線１１及び芯線１１の周囲を覆うポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆１２を備える。絶縁電線１０において、芯線１１の端部は、絶縁被覆１２の端部から延び出て形成されている。

芯線１１は、例えば、銅、銅合金もしくはアルミニウム合金などの金属材料からなる。一方、絶縁被覆１２は、例えば、架橋ポリエチレン又は架橋ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂からなる。

金属端子２０は、絶縁電線１０の端部において芯線１１と電気的に接続された端子である。金属端子２０は、銅もしくは銅合金などの金属材料からなる金具である。金属端子２０は、バスバー、電装機器の端子部又は他の端子付電線の端子などの接続相手と接続される部分である。図１に示される例では、金属端子２０は、ネジが通される貫通孔が形成された平板状の端子である。しかしながら、金属端子２０が、貫通孔のない板状又は棒状などの他の形状を有することも考えられる。

例えば、金属端子２０は、超音波溶接などによって絶縁電線１０の端部の芯線１１に対して固定される。或いは、金属端子２０が、絶縁電線１０の芯線１１及び絶縁被覆１２の部分の各々に圧着されるかしめ部が形成された圧着端子である場合、金属端子２０は、絶縁電線１０の端部に圧着されて固定される。

接着層３０は、絶縁電線１０の端部における絶縁被覆１２の表面に全周に亘って形成された接着剤の層である。接着層３０は、絶縁被覆１２の外側面と防水樹脂部４０の内側面とを接着するとともに、それらの隙間を塞いでいる。

防水樹脂部４０は、端子付電線１の端部における所定の保護領域をインサート部とするインサート成形によって保護領域を覆って形成された樹脂部材である。保護領域は、少なくとも絶縁電線１０における接着層３０が形成された部分から金属端子２０における芯線１１との接続部２１までの領域を含む領域である。

端子付電線１の特徴は、ポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆１２に対する接着層３０及び防水樹脂部４０各々の材料の組合せにある。即ち、端子付電線１において、接着層３０は、エチレン及びグリシジルメタクリレートの共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなる接着剤の層である。さらに、防水樹脂部４０は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）からなる樹脂部材である。以下の説明において、エチレン及びグリシジルメタクリレートの共重合体のことをＥＴ−ＧＭＡ共重合体と称する。

接着層３０の元となる樹脂の配合物（接着剤）において、フェノール系硬化剤は架橋剤としての役割を果たす。フェノール系硬化剤は、ノボラックタイプのフェノール樹脂及びレゾールタイプのフェノール樹脂のいずれであってもよい。なお、ノボラックタイプのフェノール樹脂は、硬化剤とともに加熱されることにより反応が進み、３次元架橋して硬化する。一方、レゾールタイプのフェノール樹脂は、それ自体が加熱されることにより反応が進み、３次元架橋して硬化する。

また、接着層３０の元となる樹脂の配合物（接着剤）において、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体に含まれるグリシジルメタクリレートは、アクリル基及びエポキシ基を含む２官能モノマーである。ＥＴ−ＧＭＡ共重合体が含まれることにより、耐熱性の向上又は耐油性の向上などの効果が得られる。

＜端子付電線１の製造方法＞
次に、図２を参照しつつ、端子付電線１の製造手順の概略について説明する。なお、図２は、端子付電線１の製造手順を示す模式図である。

端子付電線１の製造工程において、まず、端子接続工程が行われる。端子接続工程は、金属端子２０を、溶接又はかしめによって絶縁電線１０の端部に取り付ける工程である。これにより、図２（ａ）に示されるように、絶縁電線１０の芯線１１と金属端子２０とが、一体に連結されるとともに電気的に接続される。

なお、図２（ａ）において、絶縁電線１０に接続される前の金属端子２０が仮想線（２点鎖線）により描かれている。

次に、図２（ｂ）に示されるように、シート巻き付け工程が行われる。シート巻き付け工程は、シート状の接着剤である接着シート３０Ｓを、絶縁電線１０の端部における絶縁被覆１２の部分にその全周に亘って巻き付ける工程である。ここで、接着シート３０Ｓは、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなるシート状の接着剤である。接着シート３０Ｓは、例えば、数十マイクロメートルから数百マイクロメートル程度の厚みで形成されている。

なお、図２（ｂ）において、絶縁電線１０に巻き付けられる前の接着シート３０Ｓが仮想線（２点鎖線）により描かれている。

シート巻き付け工程において、絶縁被覆１２に巻き付けられた接着シート３０Ｓの終端部分は、加熱された金属部材などによって加熱されることにより、接着シート３０Ｓの他の部分に仮止めされる。これにより、接着シート３０Ｓは、絶縁被覆１２に巻き付けられた状態で環状に保持される。接着層３０の元となる接着シート３０Ｓは、熱可塑性の合成樹脂からなり、いわゆるホットメルトタイプの接着剤である。

次に、図２（ｃ）に示されるように、接着工程が行われる。接着工程は、絶縁電線１０の端部に巻き付けられた接着シート３０Ｓを、ヒータ５１によって加熱することにより、絶縁電線１０の絶縁被覆１２に接着させる工程である。これにより、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなる接着層３０が、絶縁電線１０の端部における絶縁被覆１２の表面に形成される。

接着シート３０Ｓが採用されることにより、揮発性の溶剤で希釈された状態の接着剤を絶縁被覆１２の表面に塗布する塗布工程、及び溶剤を揮発させる乾燥工程は必要でなくなる。一般に、乾燥工程は、溶剤を完全に揮発させるために長時間を要する。従って、乾燥工程がなくなることにより、端子付電線１の製造のリードタイムは大幅に短縮される。

最後に、図２（ｄ）に示されるように、インサート成形工程が行われる。インサート成形工程は、絶縁電線１０における保護領域をインサート部とするインサート成形により、ポリブチレンテレフタレートからなる溶融状態の樹脂材料４０Ｐを、端子付電線１の保護領域を覆う形状の防水樹脂部４０へ成形する工程である。

インサート成形工程においては、まず、端子付電線１の保護領域は、防水樹脂部４０を成形するための金型５２の内部の予め定められた位置に配置される。その後、ポリブチレンテレフタレートからなる溶融状態の樹脂材料４０Ｐが、樹脂供給装置５３から金型５２内へ射出される。これにより、ポリブチレンテレフタレートの防水樹脂部４０が、端子付電線１の保護領域を覆う形状に成形される。

なお、図２（ｄ）に示される金型５２の図は、金型５２の断面図である。

インサート成形の前に一旦固化した接着層３０は、インサート成形における溶融樹脂の熱によって一時的に軟化し、成形物である防水樹脂部４０と溶着する。これにより、接着層３０によって絶縁電線１０の絶縁被覆１２と接着された防水樹脂部４０が形成される。

ところで、インサート成形の際に、接着層３０が、射出された溶融樹脂から受ける圧力によって絶縁被覆１２から剥がれないことが重要である。即ち、絶縁被覆１２及び接着層３０の接着強度が、インサート成形の際に溶融樹脂から受ける最大せん断応力を上回る必要がある。このことを考慮すれば、絶縁被覆１２及び接着層３０の接着強度は、ＪＩＳのＫ６８５０の規定に従った試験による１５０℃の環境（雰囲気温度）の下で１８３ｋＰａ以上であることが望ましい。

＜効果＞
接着層３０を構成するエチレン及び絶縁被覆１２を構成するポリオレフィン系樹脂は、いずれもオレフィン系樹脂であるため、相互に分子レベルで結合しやすく、強固に接合する。

また、接着層３０を構成するグリシジルメタクリレートは極性基（エポキシ基）を有し、防水樹脂部４０の材料であるポリブチレンテレフタレートも、極性基（水酸基）を有する。そのため、接着層３０と防水樹脂部４０とは、それぞれの極性基の引力によって強固に接合する。

以上に示したことから、ポリオレフィン系樹脂からなる絶縁被覆１２とポリブチレンテレフタレートからなる防水樹脂部４０とは、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなる接着層３０によって強固に接着される。しかも、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体を含む接着層３０は、絶縁被覆１２と防水樹脂部４０との間の熱膨張の差に対応できる十分な伸縮性を有するとともに、耐水性にも優れている。従って、端子付電線１が採用されることにより、絶縁被覆１２と防水樹脂部４０との間の部分の止水性を高めることができる。しかも、端子付電線１が採用された場合、製造の工数及び設備の増大を要することもない。

さらに、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体を含む接着層３０及びポリブチレンテレフタレートからなる防水樹脂部４０は、耐油性にも優れている。そのため、端子付電線１は、自動車におけるエンジンオイル又はブレーキオイルなどの油の付着が想定される場所での使用にも適している。また、フェノール系硬化剤を含む接着層３０は、耐熱性にも優れている。そのため、端子付電線１は、自動車における高温になる場所での使用にも適している。

また、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなる樹脂は、シート状に形成することができる。従って、接着層３０を形成する工程において、接着シート３０Ｓを絶縁電線１０に巻き付けるとともに接着シート３０Ｓを加熱する工程を採用することができる。この場合、揮発性の溶剤で希釈された状態の接着剤を絶縁被覆１２の表面に塗布する塗布工程、及び溶剤を揮発させる乾燥工程は必要でなくなる。その結果、端子付電線１の製造のリードタイムは大幅に短縮される。

ところで、一般に、自動車に搭載されるワイヤハーネスは、−４０℃から１５０℃までの範囲の温度の環境においての使用が想定される。また、絶縁電線１０における絶縁被覆１２の厚みは０．７ｍｍ以下であることが多い。さらに、防水樹脂部４０に要求される強度の条件を満たしつつ、防水樹脂部４０を極力軽量化するためには、防水樹脂部４０の厚みは、１．０ｍｍ程度であることが望ましい。

従って、自動車用の端子付電線１において、接着層３０は、以上に示した条件の下において、絶縁被覆１２と防水樹脂部４０との間の熱膨張の差を埋める伸縮性を有することが望ましい。そのためには、接着層３０は、ＪＩＳのＫ６２５１の規定に従った試験により、伸縮性の面で最も厳しい環境温度である−４０℃の環境（雰囲気温度）の下で１０４．７％以上の伸びが生じる材料からなることが望ましい。

＜評価試験及び評価結果＞
以下、図３及び図４を参照しつつ、端子付電線１の防水性能の評価方法及び評価結果について説明する。図３は、端子付電線１の防水性能の評価のための試験方法を示す模式図である。

端子付電線１の防水性能の評価試験は、端子付電線１と、端子付電線１と比較して接着層の材料のみが異なる２種類の端子付電線とを比較した試験である。以下の説明において、評価対象とした３種類の端子付電線のことを評価サンプル２と総称する。また、図３に示される符号３０Ｘは、評価サンプル２の接着層を表す。

なお、図３において、図１及び図２に示される構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

図３に示されるように、評価サンプル２において、絶縁電線１０における金属端子２０と接続された側と反対側の端部は、熱収縮チューブなどの閉塞材８により、絶縁被覆１２の内側へ空気が入らないように密封されている。

また、評価サンプル２において、防水樹脂部４０の端から接着層３０Ｘまでの寸法Ｌ１は２ｍｍである。即ち、接着層３０Ｘは、防水樹脂部４０の端から２ｍｍ奥まった位置に形成されている。さらに、評価サンプル２において、接着層３０Ｘの幅Ｌ２は、１０ｍｍである。また、接着層３０Ｘの厚みは、１０μｍ以上である。

また、評価サンプル２において、芯線１１の直径は２．４ｍｍであり、絶縁被覆１２の厚みは０．７ｍｍであり、防水樹脂部４０における絶縁被覆１２を覆う部分の厚みは２．０２ｍｍである。

また、評価試験において、評価サンプル２における、防水樹脂部４０の一部から閉塞材８で密封された側の絶縁電線１０の端部までの部分は、筒部材９の内側に挿入された状態で保持される。さらに、筒部材９の一方の開口９１は、防水樹脂部４０により密閉されている。

また、評価試験において、評価サンプル２における、先端の金属端子２０から筒部材９で囲まれた絶縁電線１０の一部までの領域が、水槽７内に溜められた水６に浸されている。さらに、評価試験において、最大１００ｋＰａの圧力の圧縮空気が、筒部材９の他方の開口９２から供給される。

以上に示された評価試験において、評価サンプル２における防水樹脂部４０と金属端子２０との隙間の部分から気泡が生じない場合を合格（ＯＫ）、気泡が生じた場合を不合格（ＮＧ）と評価した。また、評価試験は、環境温度（雰囲気温度）が異なる４パターンの試験条件ＥＣ１〜ＥＣ４各々の下で行われた。

第１の試験条件ＥＣ１は、環境温度が常温（約２５℃）で維持された条件である。第２の試験条件ＥＣ２は、環境温度が１５０℃で維持された条件である。第３の試験条件ＥＣ３は、環境温度が−４０℃で維持された条件である。第４の試験条件ＥＣ４は、環境温度が、−４０℃と１００℃との間を５分間で変化し、−４０℃もしくは１００℃で３０分間維持された条件である。

図４は、端子付電線１の防水性能の評価結果を示す図である。図４において、符号Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２は、３種類の評価サンプル２の識別符号である。

第１評価サンプルＳ０は、端子付電線１である。即ち、第１評価サンプルＳ０の接着層３０Ｘは、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体及びフェノール系硬化剤の配合物からなる接着剤の層である。一方、第２評価サンプルＳ１の接着層３０Ｘは、シリコン系接着剤の層である。また、第３評価サンプルＳ２の接着層３０Ｘは、ブチルゴム系接着剤の層である。

また、図４において、「ＯＫ」は、評価サンプル２における防水樹脂部４０と金属端子２０との隙間の部分から気泡が生じず合格であったこと、「ＮＧ」は、気泡が生じて不合格であったことを示す。

図４に示されるように、環境温度が１５０℃で維持された第２の試験条件ＥＣ２の下では、３種類の評価サンプル２の全てにおいて良好な結果が得られた。しかしながら、その他の環境温度の条件の下では、ＥＴ−ＧＭＡ共重合体及びフェノール系硬化剤の配合物からなる接着層３０Ｘを有する端子付電線１のみにおいて良好な結果が得られ、その他の評価サンプル２においては良好な結果が得られなかった。以上の評価結果により、端子付電線１の優れた止水性が実証された。

１ 端子付電線
２ 評価サンプル
ＥＣ１，ＥＣ２，ＥＣ３，ＥＣ４ 試験条件（温度条件）の識別符号
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２ 評価サンプルの識別符号
６ 水
７ 水槽
８ 閉塞材
９ 筒部材
１０ 絶縁電線
１１ 芯線
１２ 絶縁被覆
２０ 金属端子
２１ 接続部
３０，３０Ｘ 接着層
３０Ｓ 接着シート
４０ 防水樹脂部
４０Ｐ 樹脂材料
５１ ヒータ
５２ 金型
５３ 樹脂供給装置
９１，９２ 筒部材の開口

Claims (4)

1. 導電性の芯線及び該芯線の周囲を覆うポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆を有する絶縁電線と、
   前記絶縁電線の端部において前記芯線と電気的に接続された金属端子と、
   エチレン及びグリシジルメタクリレートの共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなり、前記絶縁電線の端部における前記絶縁被覆の表面に全周に亘って形成された接着層と、
   ポリブチレンテレフタレートからなり、少なくとも前記絶縁電線における前記接着層が形成された部分から前記金属端子における前記芯線との接続部までの領域を含む保護領域をインサート部とするインサート成形によって前記保護領域を覆って形成された防水樹脂部と、を備えることを特徴とする端子付電線。
2. 前記接着層は、ＪＩＳのＫ６２５１の規定に従った試験による−４０℃の環境の下で１０４．７％以上の伸びが生じる材料からなる、請求項１に記載の端子付電線。
3. 前記絶縁被覆及び前記接着層の接着強度は、ＪＩＳのＫ６８５０の規定に従った試験による１５０℃の環境の下で１８３ｋＰａ以上である、請求項１又は請求項２に記載の端子付電線。
4. 導電性の芯線及び該芯線の周囲を覆うポリオレフィン系樹脂の絶縁被覆を有する絶縁電線と、前記絶縁電線の端部において前記芯線と電気的に接続された金属端子と、少なくとも前記絶縁電線の端部における前記絶縁被覆の部分から前記金属端子における前記芯線との接続部までの領域を含む保護領域を覆って形成された防水樹脂部と、を備える端子付電線を製造する方法であって、
   エチレン及びグリシジルメタクリレートの共重合体とフェノール系硬化剤との配合物からなるシート状の接着剤である接着シートを、前記絶縁電線の端部の前記保護領域における前記絶縁被覆にその全周に亘って巻き付けるシート巻き付け工程と、
   前記絶縁電線の端部に巻き付けられた前記接着シートを、加熱することにより前記絶縁電線の前記絶縁被覆に接着させる接着工程と、
   前記絶縁電線における前記保護領域をインサート部とするインサート成形により、ポリブチレンテレフタレートからなる樹脂材料を、前記保護領域を覆う形状の前記防水樹脂部へ成形するインサート成形工程と、を有することを特徴とする端子付電線の製造方法。

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