JP2015046250A - 端子金具付きアルミ電線 - Google Patents

Abstract

【課題】電線保持力、電気特性、耐食性等、優れた信頼性を有する端子金具付きアルミ電線を提供する。【解決手段】端子金具付きアルミ電線は、複数のアルミ素線を撚り合わせてなる芯線の外周面に絶縁被覆が施されたアルミ電線の端末部に、銅又は銅合金の表面にＳｎめっきが施された端子金具が接続されてなる。端子金具は、アルミ電線の先端から所定長の絶縁被覆を除去することにより露出した芯線部分を保持するワイヤーバレル部と、アルミ電線の絶縁被覆部分を保持するインシュレーションバレル部と、を備え、ワイヤーバレル部は、先端側に位置する第１のワイヤーバレル部と、インシュレーションバレル側に位置する第２のワイヤーバレル部と、を有する。第１のワイヤーバレル部と芯線部分とがＳｎ−Ｍｇ合金層を介して圧接により接続され、第２のワイヤーバレル部と芯線部分とが圧着により接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミ電線の端末部に端子金具が接続されてなる端子金具付きアルミ電線に関する。

近年、自動車用のワイヤーハーネスには、銅電線の代替として、軽量なアルミ電線が使用され始めている。アルミ電線は、例えば複数本のアルミ素線を撚り合わせてなる芯線の外周面に絶縁被覆が施された構成を有する。一般に、アルミ電線の端末部には、芯線部分を保持するワイヤーバレル部と絶縁被覆部分を保持するインシュレーションバレル部とを有する端子金具が接続される。

従来、アルミ電線用の端子金具には、銅電線用の端子金具と同様に、銅又は銅合金で構成され、表面に錫めっきを施された圧着端子が用いられている。所定の圧着工具（クリンパー）を用いてワイヤーバレル部を加圧して押し潰すことにより、アルミ電線と端子金具とが圧着される。

例えば、特許文献１、２には、ワイヤーバレル部を、電線保持用のワイヤーバレル部と導通用のワイヤーバレル部の二段構成とし、導通用のワイヤーバレル部の減面率が電線保持用のワイヤーバレル部の減面率よりも大きくなるように圧着することが開示されている。
また、特許文献３、４には、電線の端末部の芯線部分に、端子金具とイオン化傾向が近い、すなわち電解腐食を生じにくい材質からなるキャップ部材を被せ、絶縁被覆部分とキャップ部材の間をシールすることで、水分の侵入を防止し、電解腐食の進行を抑制することが開示されている。

一方で、送配電の分野では、アルミ電線用の端子金具として、主材がアルミニウムで構成された圧縮端子が用いられる。所定の圧縮工具（（例えば六角ダイス）を用いて端子金具のワイヤーバレル部をアルミ電線に向かって均等に加圧して圧縮することにより、アルミ電線と端子金具が圧接される。送配電用のアルミ電線は線径が太く、また圧縮部も長いため、所望の引張強度が保持される。

本明細書では、塑性変形した電線の復元力（弾性）と端子金具の残留応力によって電線と端子金具とが機械的に結合することを「圧着」と称し、電線と端子金具との接合界面が圧縮によって接合することを「圧接」と称する。

特開２００５−５０７３６号公報 特許第４７２８９８６号公報 特開２０１１−１９８５１４号公報 特開２０１１−１９２５８６号公報

しかしながら、特許文献１、２のようにアルミ電線に圧着端子を圧着する場合、アルミ電線と端子金具とが機械的に結合しているだけなので、良好な信頼性（電線保持力、電気特性、耐食性）を確保できない虞がある。例えば、アルミ電線と端子金具との接続部では、異種金属（錫とアルミニウム）が接触することとなるため、電解腐食が発生しやすい。特許文献３、４のように電線部分にキャップ部材を被せた場合でも、電線とキャップ部材の間は異種金属接触となるため、シール部分が損傷する等して水分が侵入すると、電解腐食が生じてしまう。
また、アルミニウムは銅と比較して、常温で応力緩和が発生し易いという特性（いわゆる冷間流れ）を有するため、アルミ電線と端子金具との接触圧が経時的に低下し、表面酸化も相俟って接触抵抗が増大したり、引張強度が低下したりする虞がある。

また、アルミ電線に圧縮端子を圧接する場合、銅の場合よりも強く圧縮され、アルミ電線の断面積が５０〜７０％に減少する（減面率：３０〜５０％）ため、アルミ電線自体の強度が低下し、所望の電線保持力が得られない虞がある。また、アルミニウム製の端子金具は、コネクターに要求されるバネ性を維持することが困難であるため、好ましくない。

本発明の目的は、電線保持力、電気特性、耐食性等、優れた信頼性を有する端子金具付きアルミ電線を提供することである。

本発明に係る端子金具付きアルミ電線は、複数のアルミ素線を撚り合わせてなる芯線の外周面に絶縁被覆が施されたアルミ電線の端末部に、銅又は銅合金の表面にＳｎめっきが施された端子金具が接続されてなる端子金具付きアルミ電線であって、
前記端子金具が、前記アルミ電線の先端から所定長の前記絶縁被覆を除去することにより露出した芯線部分を保持するワイヤーバレル部と、前記アルミ電線の絶縁被覆部分を保持するインシュレーションバレル部と、を備え、
前記ワイヤーバレル部が、先端側に位置する第１のワイヤーバレル部と、前記インシュレーションバレル側に位置する第２のワイヤーバレル部と、を有し、
前記第１のワイヤーバレル部と前記芯線部分とがＳｎ−Ｍｇ合金層を介して圧接により接続され、
前記第２のワイヤーバレル部と前記芯線部分とが圧着により接続されることを特徴とする。

本発明によれば、電線保持力、電気特性、耐食性等、優れた信頼性を有する端子金具付きアルミ電線が提供される。

実施の形態に係る端子金具付きアルミ電線を示す斜視図である。 実施の形態で用いるアルミ電線を示す斜視図である。 アルミ電線の先端に取り付けられるキャップ部材を示す斜視図である。 実施の形態で用いる端子金具を示す斜視図である。 端子金具の一部を展開した状態を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る端子金具付きアルミ電線ＡＷを示す斜視図である。図１に示すように、端子金具付きアルミ電線ＡＷは、アルミ電線２の端末部に端子金具１が接続された構成を有する。端子金具付きアルミ電線ＡＷは、例えば自動車や家電用のワイヤーハーネスに用いられる。

図２は、実施の形態で用いるアルミ電線２を示す斜視図である。図２に示すように、アルミ電線２は、複数のアルミ素線２１１を撚り合わせてなる芯線２１の外周面に絶縁被覆２２が施された構成を有する。
芯線２１は、例えば、外径０．３２ｍｍのアルミ素線２１１を７本撚り合わせた構成を有する。アルミ素線２１１は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で構成される。
絶縁被覆２２は、例えば塩化ビニル等の樹脂で構成される。絶縁被覆２２は、例えばアルミ電線２の外径が１．０ｍｍ（断面積で０．５ｍｍ²）となるように仕上げられる。
なお、アルミ素線２１１の外径、撚り本数、材質、また絶縁被覆２２の厚さ、材質等は、ここで説明したものに限定されない。

端子金具１をアルミ電線２に装着するに際し、アルミ電線２の先端から所定長の絶縁被覆２２が剥がされ、芯線２１が露出した状態とされる。そして、図３に示すように、露出した芯線２１にはキャップ部材１４が装着される。
キャップ部材１４は、一端が閉塞された有蓋円筒形状を有する。開口している他端側からアルミ電線２の芯線２１が挿入される。キャップ部材１４の長さは、後述する第１のワイヤーバレル部１１１の長さと同等である。キャップ部材１４は、錫−マグネシウム合金（Ｓｎ−Ｍｇ合金）で構成される。Ｓｎ−Ｍｇ合金のＭｇ含有量は、圧着時の延性を得るため、２重量％以下であることが好ましい。キャップ部材１４の内径は、アルミ電線２の芯線２１を挿入可能であればよいが、接触抵抗を低減するために、作業性が低下しない程度に芯線２１の外径に近いことが好ましい。

図４は、実施の形態で用いる端子金具１を示す斜視図である。図５は、端子金具１の一部を展開した状態を示す平面図である。
端子金具１は、例えばコネクターの雄型端子金具が接続される雌型端子金具である。端子金具１は、例えば銅又は銅合金からなる金属板材のプレス加工により所定の形状に成形される。また、端子金具１の表面（少なくともアルミ電線２と接触する内面）には錫めっきが施される。端子金具１を銅又は銅合金製とすることにより、コネクターに要求されるバネ性を維持することができる。

図４、５に示すように、端子金具１は、接続相手となる雄型端子金具に接続される接続部１３、接続部１３に連設されるワイヤーバレル部１１、及びワイヤーバレル部１１に連設されるインシュレーションバレル部１２を備える。

接続部１３は、雄型端子金具（図示略）の雄タブを挿入可能な筒状に形成され、内部に弾性接触片１３ａを有する。弾性接触片１３ａと雄型端子金具（図示略）の雄タブとが弾性的に接触することにより、端子金具１と雄型端子金具（図示略）とが電気的に接続される。

ワイヤーバレル部１１は、全体として断面Ｕ字状に成形される。ワイヤーバレル部１１は、アルミ電線２の先端から所定長の絶縁被覆２２を除去することにより露出した芯線２１を保持する。ワイヤーバレル部１１は、先端側（接続部１３側）に位置する第１のワイヤーバレル部１１１と、インシュレーションバレル部１２側に位置する第２のワイヤーバレル部１１２とを有する。第１のワイヤーバレル部１１１と第２のワイヤーバレル部１１２とは、スリット１１３により分割される。

第１のワイヤーバレル部１１１は、主として良好な電気特性を実現するための部位であり、導通用ワイヤーバレルと呼ぶことができる。
第２のワイヤーバレル部１１２は、主として良好な電線保持力を実現するための部位であり、電線保持用ワイヤーバレルと呼ぶことができる。第２のワイヤーバレル部１１２は、内面に、凹凸状のセレーション１１２ａを有する。セレーション１１２ａには、公知の形状を適用することができる。これにより、圧着工程においてアルミ電線２の芯線２１の表面に形成されている酸化皮膜を容易に破壊することができるとともに、電線保持力が向上して電線の抜けを抑制することができる。

インシュレーションバレル部１２は、ワイヤーバレル部１１と同様に全体として断面Ｕ字状に成形される。

端子金具１をアルミ電線２に接続する場合、アルミ電線２の端末部から露出する芯線２１がワイヤーバレル部１１に載置され、アルミ電線２の端末部の絶縁被覆２２が端子金具１のインシュレーションバレル部１２に載置される。そして、第１のワイヤーバレル部１１１と芯線２１とが圧接工程により接続され、第２のワイヤーバレル部１１２と芯線２１、及びインシュレーションバレル部１２と絶縁被覆２２とは圧着工程により接続される。

具体的には、第１のワイヤーバレル部１１１には、アルミ電線２の芯線２１がキャップ部材１４を装着した状態で載置される。そして、所定の圧接工具（例えばクリンパー）を用いて、第１のワイヤーバレル部１１１を芯線２１に向かって第１の加圧力で圧縮することにより、第１のワイヤーバレル部１１１と芯線２１が圧接される。このとき、第１のワイヤーバレル部１１１内の芯線２１の減面率が例えば３０〜５０％となるようにする。
すなわち、第１のワイヤーバレル部１１１、キャップ部材１４、及び芯線２１の境界部において、金属原子が接近して金属結合を行うことにより、芯線２１とキャップ部材１４、及びキャップ部材１４と第１のワイヤーバレル部１１１とが接合される（いわゆる常温圧接）。加えて、時間とともに境界部において原子の相互拡散が生じるので、第１のワイヤーバレル部１１１、キャップ部材１４、及び芯線２１は、より強固に接合される（いわゆる拡散接合）。

さらに、芯線２１の表面に形成されている酸化皮膜は圧縮により破壊されるが、キャップ部材１４に含まれるＭｇの還元効果も期待され、圧接接合及び拡散接合が促進される。したがって、第１のワイヤーバレル部１１１と芯線２１は電気的に極めて良好な接続状態となる。

ここで、圧接時の芯線２１の減面率は３０〜５０％であることが好ましい。これにより、第１のワイヤーバレル部１１１と芯線２１との境界部を確実に合金化することができる。
また、第１のワイヤーバレル部１１１の肉厚は０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。これにより、強大な加圧力による圧縮に耐えることができる。

一方、第２のワイヤーバレル部１１２には、アルミ電線２の芯線２１が直接載置される。そして、所定の圧着工具（例えば凹凸ダイス）を用いて、第２のワイヤーバレル部１１２を一方向から第２の加圧力で押し潰すことにより、第２のワイヤーバレル部１１２と芯線２１が圧着される。このとき、芯線２１の減面率が例えば１５〜３０％となるようにする。セレーション１１２ａが個々のアルミ素線２１１に食い込み、表面に形成されている酸化皮膜が破壊されるので、芯線２１と端子金具１は電気的に接続される。
第２のワイヤーバレル部１１２においては、第１のワイヤーバレル部１１１における圧接時の第１の加圧力よりも弱い第２の加圧力で圧着が行われるので、アルミ電線２の強度は損なわれない。

インシュレーションバレル部１２は、第２のワイヤーバレル部１１２と同様に、圧着工程により絶縁被覆２２と圧着される。

また、第１のワイヤーバレル部１１１からインシュレーションバレル部１２にわたる外周面には、熱収縮チューブ（図示略）による防水処理が施される。キャップ部材１４の先端側は閉塞されているので、熱収縮チューブをワイヤーバレル部１１とインシュレーションバレル部１２を含む外周面に密着させるだけで、容易に防水加工を行うことができる。これにより、アルミ電線２と端子金具１との接合部における電解腐食をより確実に防止することができる。

このように、実施の形態に係る端子金具付きアルミ電線ＡＷは、複数のアルミ素線２１１を撚り合わせてなる芯線２１の外周面に絶縁被覆２２が施されたアルミ電線２の端末部に、銅又は銅合金の表面に錫めっきが施された端子金具１が接続されてなる。
端子金具１は、アルミ電線２の先端から所定長の絶縁被覆２２を除去することにより露出した芯線部分（２１）を保持するワイヤーバレル部１１と、アルミ電線２の絶縁被覆部分（２２）を保持するインシュレーションバレル部１２と、を備える。
また、ワイヤーバレル部１１は、先端側に位置する第１のワイヤーバレル部１１１と、インシュレーションバレル部１２側に位置する第２のワイヤーバレル部１１２と、を有する。
そして、第１のワイヤーバレル部１１１と芯線部分（２１）とがキャップ部材１４（Ｓｎ−Ｍｇ合金層）を介して圧接により接続され、第２のワイヤーバレル部１１２と芯線部分（２１）とが圧着により接続される。

端子金具付きアルミ電線ＡＷによれば、アルミ電線２の芯線２１と第１のワイヤーバレル部１１１とがＳｎ−Ｍｇ合金層（実施の形態ではキャップ部材１４）を介して圧接により強固に接合される。これにより、常温でアルミニウムの応力緩和が発生することにより接触抵抗が増大したり、引張強度が低下したりするのを防止することができる。また、異種金属接触にはならないので、電解腐食の発生を抑制することができる。さらには、アルミ電線２の芯線２１の表面に形成された酸化皮膜を、Ｓｎ−Ｍｇ合金層に含まれるＭｇの還元作用により容易に除去することができる。

また、第２のワイヤーバレル部１１２は圧着により芯線２１と接続されるので、アルミ電線２の強度が損なわれることはなく、所望の電線保持力を発揮する。すなわち、減面によってアルミ電線２自体の強度が低下し、第１のワイヤーバレル部１１１における電線保持力が小さくなっても、所望の電線保持力が維持される。
このように、端子金具付きアルミ電線ＡＷは、電線保持力、電気特性、耐食性等、優れた信頼性を有する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、実施の形態では、アルミ電線２の芯線２１と第１のワイヤーバレル部１１１との間にＳｎ−Ｍｇ合金からキャップ部材１４を介在させているが、第１のワイヤーバレル部１１１の表面にＳｎ−Ｍｇめっきを施すことにより、芯線２１と第１のワイヤーバレル部１１１との間にＳｎ−Ｍｇ合金層を介在させるようにしてもよい。また、キャップ部材１４としては、先端が閉塞されていない円筒形状のものを適用することもできる。

また、実施形態では、本発明を適用しうる端子金具１として雌型の接続部を有する雌型端子金具を示したが、接続部１３の構成は実施の形態で説明したものに限定されない。例えば、雄型端子金具、リング型端子金具、フック型端子金具、Ｙ型端子金具等、ワイヤーバレル部を有する様々な端子金具に、本発明を適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 端子金具
１１ ワイヤーバレル部
１１１ 第１のワイヤーバレル部
１１２ 第２のワイヤーバレル部
１１３ スリット
１２ インシュレーションバレル部
１３ 接続部
１４ キャップ部材
２ アルミ電線
２１ 芯線
２１１ アルミ素線
２２ 絶縁被覆

Claims (7)

1. 複数のアルミ素線を撚り合わせてなる芯線の外周面に絶縁被覆が施されたアルミ電線の端末部に、銅又は銅合金の表面にＳｎめっきが施された端子金具が接続されてなる端子金具付きアルミ電線であって、
   前記端子金具が、前記アルミ電線の先端から所定長の前記絶縁被覆を除去することにより露出した芯線部分を保持するワイヤーバレル部と、前記アルミ電線の絶縁被覆部分を保持するインシュレーションバレル部と、を備え、
   前記ワイヤーバレル部が、先端側に位置する第１のワイヤーバレル部と、前記インシュレーションバレル側に位置する第２のワイヤーバレル部と、を有し、
   前記第１のワイヤーバレル部と前記芯線部分とがＳｎ−Ｍｇ合金層を介して圧接により接続され、
   前記第２のワイヤーバレル部と前記芯線部分とが圧着により接続されることを特徴とする端子金具付きアルミ電線。
2. 前記第１のワイヤーバレル部と前記芯線部分とは、Ｓｎ−Ｍｇ合金からなる円筒形状のキャップ部材に前記芯線部分を挿通した状態で前記第１のワイヤーバレル部に載置して、圧接することにより接続されることを特徴とする請求項１に記載の端子金具付きアルミ電線。
3. 前記キャップ部材は、先端が閉塞された有蓋円筒形状を有することを特徴とする請求項２に記載の端子金具付きアルミ電線。
4. 前記第１のワイヤーバレル部から前記インシュレーションバレルにわたる外周面が熱収縮チューブで覆われていることを特徴とする請求項３に記載の端子金具付きアルミ電線。
5. 前記第１のワイヤーバレル部と前記芯線部分とは、減面率が３０〜５０％となるように圧接されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の端子金具付きアルミ電線。
6. 前記第２のワイヤーバレル部は、前記芯線部分と接触する面にセレーションを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の端子金具付きアルミ電線。
7. 前記第１のワイヤーバレル部の肉厚が０．１〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の端子金具付きアルミ電線。

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