JP2015185283A

JP2015185283A - 端子および該端子の電線接続構造

Info

Publication number: JP2015185283A
Application number: JP2014059123A
Authority: JP
Inventors: 卓也大庭; Takuya Oba; 雄治岡本; Yuji Okamoto
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-10-22
Also published as: WO2015141440A1

Abstract

【課題】電線と端子とを超音波溶接して接続する場合に、芯線の超音波範囲が所要範囲以上として電気接続信頼性を高める。【解決手段】端子の電線接続部の後端に絶縁被覆固定部を設け、該絶縁被覆固定部と前記電気接触部に挟まれた領域を芯線溶接部とし、該芯線溶接部の前端に前記基板の表面または側面に設けた凹凸からなる第１位置決め部を設けると共に、前記芯線溶接部の範囲内で且つ前記第１位置決め部から離れた後方位置に前記基板の表面または側面に設けた凹部または基板の側面に設けた凸部からなる第２位置決め部を設け、前記第１位置決め部は電線の芯線先端位置の位置決め部とし、前記第２位置決め部は芯線と基板との溶接後における溶接された芯線の前端位置が第２位置決め部と前記第１位置決め部の間に位置しているか否かの検査位置としている。【選択図】図３

Description

本発明は端子および該端子の電線接続構造に関し、特に、車両に配索されるアルミ電線、太物電線に超音波溶接で接続する端子として好適に用いられるものである。

近時、車両に配線する電線として、軽量化等の理由からアルミウム系金属製の素線を撚ったアルミ芯線を絶縁樹脂で被覆したアルミ電線が用いられている。該アルミ電線の芯線断面積が８ｍｍ²以上で電源線等として用いられる太物電線では、端子との電気接続信頼性を高める点からアルミ芯線が端子に溶接されている。また、アルミ電線に限らず、銅系金属で芯線を形成した銅電線の太物電線は、端子と溶接する場合がある。（特開２００３−３３８３２７号公報、特開２００４−１２７５８２号公報参照）

電線の芯線と端子との溶接方法としては、抵抗溶接と超音波溶接のいずれも用いることが可能であるが、芯線がアルミニウム系金属のアルミ電線では、アルミニウム系金属の融点が高いため、抵抗溶接では加熱温度が高くなり、熱影響で絶縁被覆の熱劣化が発生する可能性があるため、アルミ系電線では超音波溶接が好適に用いられている。

この種のアルミ電線の芯線と溶接される端子は、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、アルミ電線１００の端末で絶縁被覆１０２から露出させた芯線１０１が端子１２０の基板１２１の電線接続部１２２の表面に超音波溶接される。かつ、芯線１０１に連続する絶縁被覆１０２は端子１２０の電線接続部１２２の後端で基板１２１から突設された絶縁被覆バレル１２３で加締め圧着される。端子１２０の電線接続部１２２の前端に連続する電気接触部１２４には、ボルト締め端子、オス端子、メス端子に応じて、ボルト穴、タブ内嵌用ボックスが設けられる。

詳細には、電線の芯線を端子に超音波溶接する場合、超音波溶接装置において、図１２に示すように、端子１２０をアンビル（下台）２００上に定置し、端子１２０の基板１２１上の芯線１０１にホーン２０１で加圧しながら矢印Ｚ方向（端子の前後長さ方向）に超音波振動を与え、芯線１０１を構成する素線１０１ａを長さ方向に平行に振動させて摩擦熱により素線１０１ａの表面を溶融し、基板１２１と最下段の素線１０１ａを溶着すると共に隣接する素線１０１ａ同士を溶着している。

特開２００３−３３８３２７号公報特開２００４−１２７５８２号公報

図１２に示すように、超音波溶接時、端子１２０はアンビル２００上に固定される一方、ホーン２０１により負荷される荷重が加えられながら芯線の素線１０１ａは長さ方向と平行に振動されて前後方向に位置ズレすることがある。この位置ズレが生じると、芯線１０１が端子１２０の設定溶接位置より前方または後方にズレると、溶接面積が設定溶接面積より減少し、引張強度、引裂強度が所定値より低下する場合がある。

前記芯線と端子の溶接部の位置ズレと引張強度との関係は図１３に示す通りで、位置ずれが６ｍｍを越えると、引張強度および引裂強度は設定された所定値より低下する。

本発明は前記問題を解消せんとするもので、超音波振動により電線の芯線と端子との溶接位置がずれしても、該溶接面積を設定値以上にでき、引張強度および引裂強度を所定値より低下させないようにすることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、電線端末で絶縁被覆を皮剥ぎして露出させた芯線を超音波溶接で接続する端子であって、
該端子は前後方向に連続する基板の前後に電気接触部と電線接続部を設け、
前記電線接続部の後端に絶縁被覆固定部を設け、該絶縁被覆固定部と前記電気接触部に挟まれた領域を芯線溶接部とし、
該芯線溶接部の前端に前記基板の表面または側面に設けた凹凸からなる第１位置決め部を設けると共に、前記芯線溶接部の範囲内で且つ前記第１位置決め部から離れた後方位置に前記基板の表面または側面に設けた凹部または基板の側面に設けた凸部からなる第２位置決め部を設け、
前記第１位置決め部は電線の芯線先端位置の位置決め部とし、前記第２位置決め部は芯線と基板との溶接後における溶接された芯線の前端位置が第２位置決め部と前記第１位置決め部の間に位置している否かの検査位置としていることを特徴とする端子を提供している。

前記第１位置決め部の後端と第２位置決め部の前端の間の寸法が１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜６ｍｍであり、
前記端子の電線接続部の後端に設ける絶縁被覆固定部は前記基板の幅方向両側から突設する絶縁被覆バレルであることが好ましい。

前記のように、本発明では、基板に電線の芯線をセットする際に、芯線の先端が第１位置決め部に位置させることで、超音波溶接時に端子を固定する下方のアンビルが超音波振動で移動しても、上方のホーンとの間で生じる超音波溶接の範囲が所要面積以上となるようにしている。
かつ、超音波溶接された後で、超音波溶接された芯線溶接部の前端位置が前記第１位置決め部と前記第２位置決め部との間に位置しているか否かを目視判断し、芯線溶接部の前端位置が第１位置決め部と第２位置決め部と同位置または前方位置であれば所要面積以上で芯線が溶接されているのを確認できるようにしている。
このように、前記第１位置決め部と第２位置決め部を端子に設けることで、端子と芯線とを所要の引張力および引裂力以上で強固に溶着できると共に確認することができる。

前記のように、端子の電線接続部の後端に設ける絶縁被覆固定部は前記基板の幅方向両側から突設する絶縁被覆バレルが好ましいが、絶縁被覆を端子に締結する締結バンドの挿入用凹部、または絶縁被覆を側方から押し込む断面コ字枠状部等としてもよい。

芯線先端の位置決め用である前記第１位置決め部は、端子の基板の表面に幅方向全長にわたって線状に突出する凸部からなるリブとし、
前記第２位置決め部は、端子の基板の側壁外面に設ける凸部からなるリブとすることが好ましい。

前記のように、芯線先端の位置決め用である前記第１位置決め部は、端子の基板の表面に幅方向全長にわたって線状に突出する凸部からなるリブとし、該リブに芯線先端が突き当てられるストッパー機能を有するものとしていることが好ましい。
前記のように、第１位置決め部を芯線先端のストッパーとすると、ほぼ自動的に第１位置決め部に芯線先端を位置させることができる。
なお、第１位置決め部は前記ストッパーとして機能するリブに限定されず、基板の表に幅方向全長に亙って設けた細幅の溝でもよい。また、基板の幅方向の一端または両端から切り込んだ凹部、さらに幅方向の一端又は両端に突出した凸部でもよい。

第２位置決め部は、芯線がセットされる範囲であるため基板表面の幅方向全長に凸部を設けると、芯線が凸部に乗り上げ、凸部の前後位置の芯線と基板表面との接触性が悪くなるため、基板表面の両側に凸部、凹部または、基板の側壁外面にリブを設けている。目視検査の点からは、前記のように、基板の側壁外面にリブを突設することが好ましい。

本発明の端子と超音波溶接する電線として、車両に配索される電線で、アルミニウム系金属製の素線を撚って形成したアルミ芯線を絶縁樹脂製の絶縁被覆で被覆し、芯線断面積が８ｍｍ²以上の太物電線からなるアルミ電線に好適に用いられる。

電源線等として用いられる太物アルミ電線は、芯線を端子に超音波溶接することで電気接続信頼性を高めることができる。かつ、前記のように、アルミ電線では異種金属の銅系金属からなる端子との異種金属接触による腐食が発生しやすいため、該腐食発生の防止のために、太物アルミ電線と端子とは溶接で接続することが義務つけられている場合が多いことによる。

前記端子の電気接触部の形状は、タブ形状のオス型、ボックス形状のメス型、ボルト穴を設けたボルト締めタイプのいずれもよい。

本発明のアルミ電線と端子の接続方法は、アルミ電線の端末で絶縁被覆を皮剥してアルミ芯線を露出させ、露出させたアルミ芯線を前記端子の電線接続部の基板の芯線溶接部上に前記第１位置決め部に芯線先端を位置させてセットし、
ついで、超音波溶接を行い、
その後、絶縁被覆バレルで絶縁被覆に加締め圧着する等、絶縁被覆固定部で絶縁被覆を固定し、
最後に、芯線溶接部の前端が前記第２位置決め部と第１位置決め部の間に位置しているか否かを確認する。
なお、超音波溶接直後に、芯線溶接部の前端が前記第２位置決め部と第１位置決め部の間に位置するか否かを目視で容易に検査可能である。

前記のように、本発明では、芯線が超音波溶接される端子において、芯線先端を位置決めする第１位置決め部と、芯線溶接部の前端位置を確認するための第２位置決め部を端子に設けることで、端子と芯線とを所要の引張力および引裂力以上で強固に溶着できると共に確認することができる。
かつ、端子には、前記第１位置決め部および第２位置決め部として、該端子の基板の表面または側面に小さい凹凸を設けるだけあるため、端子形成時に簡単に設けることができ、かつ、端子を大型化させない利点がある。

本発明の第１実施形態の端子を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。前記端子と電線とを超音波溶接で接続する工程を示す図面である。電線と端子とが正規合格位置で接続された状態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。電線と端子とが不合格位置で接続された状態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。本発明の第１変形例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。本発明の第２変形例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。本発明の第３変形例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。本発明の第４変形例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。本発明の第５変形例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。本発明の第６変形例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。（Ａ）（Ｂ）は従来例を示す図面である。超音波溶接の概略説明図である。従来の問題点を示す試験結果のグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に第１実施形態を示す。
図１に示す端子１は、銅系金属板を打ち抜き加工した後に折り曲げ加工して形成している。端子１は平板形状の基板２の長さ方向の一側（後側）を電線接続部３とすると共に他側（前側）を電気接触部４としている。電気接触部４は相手型端子（図示せず）の電気接触部と接触させて電気接続を行うものである。本実施形態では、図１に示すように、ボルト締め端子としているため、電気接触部４の基板２ａの幅を拡げ、その中央にボルト穴５を設けている。

前記電線接続部３は長方形の平板形状の基板２ｂの前部上面を芯線溶接部６としている。該芯線溶接部６の後部の基板の幅方向の両側の側面より絶縁被覆バレル７（７ａ、７ｂ）を突設している。

前記電気接触部４と電線接続部３との境界位置で、前記芯線溶接部６の前端位置には、基板２ｂの幅方向の全長に亙って第１位置決め部として、線状の凸部からなるリブ８を設けている。
また、芯線溶接部６の範囲内で且つ前記リブ８からなる第１位置決め部の後端から１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜６ｍｍ離れた後方に、基板２ｂの幅方向両端から外方へ突出する一対のリブ９Ａ、９Ｂからなる第２位置決め部を設けている。
なお、芯線溶接部６の前後方向の長さは端子１の大きさに応じて変わるが、１５〜３０ｍｍであり、該芯線溶接部６の最大面積は１５０〜３００ｍｍ²である。

次に、端子１とアルミ電線１０との接続は、図２に示すように、まず、端末でアルミ芯線１１を露出させたアルミ電線１０を端子１上にセットし、アルミ芯線１１の先端１１ｔを第１位置決め部のリブ８に突き当てて停止する。この状態で、絶縁被覆１２の皮剥端１２ｅは絶縁被覆バレル７より前方に位置し、かつ、第２位置決め部のリブ９Ａ、９Ｂも絶縁被覆バレル７より前方に位置する。

前記のように、端子１上にアルミ電線１０の端末をセットした状態で超音波溶接装置３０の固定台（アンビル）３１の所定位置に定置する。該アンビル３１上の定置により端子１およびアルミ電線１０も固定される。この状態で、上方から超音波電極（ホーン）３２を下降し、露出したアルミ芯線１１の上面を加圧し、この状態で超音波を負荷し、アルミ芯線１１を基板１の芯線溶接部６に溶接する。

前記超音波溶接後に、圧着装置に搬送して、端子１の絶縁被覆バレル７をアルミ電線１０の絶縁被覆１２の加締め圧着する。

前記のように、アルミ電線１０の芯線１１を端子１に超音波溶接し、絶縁被覆１２を端子１の絶縁被覆バレル７で加締め圧着して、図３及び図４に示すように、アルミ電線１０を端子１に接続した後、芯線１１の芯線溶接部１１ｘの前端１１ｆが第１位置決め部のリブ８と第２位置決め部のリブ９Ａ、９Ｂの間に位置するか否かを目視検査する。

図３（Ａ）（Ｂ）は合格状態を示し、芯線溶接部１１ｘの前端１１ｆがリブ８と９Ａ、９Ｂの間に位置する。該位置であると、芯線溶接部１１ｘは所定の長さ範囲および面積範囲以上で溶接されていることになり、検査は合格となる。検査で合格になると、端子１とアルミ電線１０とが所要の引張力および引裂力以上で接続されていることが保証される。

一方、図４（Ａ）（Ｂ）は不合格状態を示し、芯線溶接部の前端１１ｆが第２位置決め部９Ａ、９Ｂより後方に位置する。この場合は、芯線１１が所要の長さ範囲および面積範囲で溶接されていないことになり、検査は不合格となる。

前記のように、本発明の前記端子１では、第１位置決め部のリブ８と、第２位置決め部のリブ９Ａ、９Ｂを設けるだけの簡単の構成で、芯線溶接部１１ｘの引張力、引裂力を所要値以上であることを容易に確認でき、電気接続信頼性を高めることができる。

図５〜図７に前記端子１に設ける第１位置決め部の変形例を示す。
図５（Ａ）（Ｂ）に示す第１変形例では、端子１の基板２の幅方向両側の表面に一対のリブ２１を突設して第１位置決め部としている。
図６（Ａ）（Ｂ）に示す第２変形例では、端子１の基板２の幅方向全長に細幅凹部からなる溝２２を設けている。
図７（Ａ）（Ｂ）に示す第３変形例では、端子１の基板２の幅方向両端に一対の切り欠き２３を設けている。

図８〜図１０に前記端子１に設ける第２位置決め部の変形例を示す。
図８（Ａ）（Ｂ）に示す第４変形例では基板２の幅方向両側の上面にリブ２４を突設している。
図９（Ａ）（Ｂ）に示す第５変形例では基板２の幅方向両側の上面に凹部からなる溝２５を設けている。
図１０（Ａ）（Ｂ）に示す第６変形例では、端子１の基板２の幅方向両端に一対の切り欠き２６を設けている。

本発明の要旨を越えない範囲で種々に変形することができる。例えば、アルミ電線以外の銅系金属からなる芯線を備えた銅電線に適用してもよい。また、端子はボルト締め端子に変えて、電気接触部をタブ状としてオス端子としても良いし、ボックス状としてメス端子にしてもよい。さらに、記端子の電線接続部の後端に設ける絶縁被覆固定部は絶縁被覆バレルに変えて、締結バンドの挿入用凹部、または絶縁被覆を側方から押し込む断面コ字枠部等でもよい。

１端子
２基板
３電線接続部
４電気接触部
６芯線溶接部
７絶縁被覆バレル
８第１位置決め部のリブ
９Ａ、９Ｂ第２位置決め部のリブ
１０電線
１１芯線
１２絶縁被覆

Claims

電線端末で絶縁被覆を皮剥ぎして露出させた芯線を超音波溶接で接続する端子であって、
該端子は前後方向に連続する基板の前後に電気接触部と電線接続部を設け、
前記電線接続部の後端に絶縁被覆固定部を設け、該絶縁被覆固定部と前記電気接触部に挟まれた領域を芯線溶接部とし、
該芯線溶接部の前端に前記基板の表面または側面に設けた凹凸からなる第１位置決め部を設けると共に、前記芯線溶接部の範囲内で且つ前記第１位置決め部から離れた後方位置に前記基板の表面または側面に設けた凹部または基板の側面に設けた凸部からなる第２位置決め部を設け、
前記第１位置決め部は電線の芯線先端位置の位置決め部とし、前記第２位置決め部は芯線と基板との溶接後における溶接された芯線の前端位置が第２位置決め部と前記第１位置決め部の間に位置しているか否かの検査位置としていることを特徴とする端子。
前記第１位置決め部と第２位置決め部の寸法は、第１位置決め部の後端と第２位置決め部の前端の寸法で、該寸法は１ｍｍ〜１０ｍｍであり、
前記端子の電線接続部の後端に設ける絶縁被覆固定部は前記基板の幅方向両側から突設する絶縁被覆バレルである請求項１に記載の端子。
芯線先端の位置決め用である前記第１位置決め部は、端子の基板の表面に幅方向全長に亙って線状に突出する凸部からなるリブとし、
前記第２位置決め部は、端子の基板の側壁外面に設ける凸部からなるリブである請求項１に記載の端子。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の端子に、車両に配索される電線で、アルミニウム系金属製の素線を撚って形成したアルミ芯線を絶縁樹脂製の絶縁被覆で被覆し、芯線断面積が８ｍｍ²以上の太物電線からなるアルミ電線を接続している端子の電線接続構造。