JP2016139573A - 端子付き被覆電線 - Google Patents

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Abstract

【課題】防食剤の防食性能が油の付着などにより低下する恐れが無く、電線接続部の防食性能が優れている端子付き被覆電線及びワイヤーハーネスを提供する。
【解決手段】導体3が被覆材4で被覆された被覆電線2の端部に、導体露出部を有し、前記導体露出部の前記導体3に端子金具5が接続され、前記導体3と前記端子金具4との接触部6が防食剤7により封止されている端子付き被覆電線1であって、前記防食剤7が硬化性樹脂の硬化物から構成され、前記硬化物の架橋密度が、0.6×10−5〜4×10−4(mol/cm)の範囲内のものを用いた。
【選択図】図1

Description

本発明は、端子付き被覆電線及びそれを用いたワイヤーハーネスに関し、さらに詳しくは、導体と端子金具との電気接続部の防食性に優れた端子付き被覆電線及びワイヤーハーネスに関するものである。
近年、自動車等の車両の軽量化により燃費効率を向上させようとする動きが加速しており、ワイヤーハーネスを構成する電線材料についても軽量化が求められている。そのため、導体にアルミニウムを用いることが検討されるようになってきている。
しかしながら端子金具は、電気特性に優れた銅又は銅合金が一般に用いられる。それ故、アルミ電線−銅端子金具の組み合わせ等で使用されることが多くなる。導体と端子金具との材質が異なると、その電気接続部で異種金属接触による腐食が発生する。この種の腐食は、導体と端子金具との材質が同じである場合よりも起こりやすい。そのため、電気接続部を確実に防食できる防食剤が必要となる。
上記電気接続部における腐食を防止するため、例えば、特許文献1には、アルミニウム電線の先端部の導体(芯線)が露出した部分をシリコン系樹脂やアクリル系樹脂を用いて封止する技術が公知である。
特開2011−238500号公報
しかしながら、車載環境で使用された場合には、上記従来の防食剤により封止した部分にエンジンオイル等の油が付着すると、防食剤の皮膜が油を吸収して劣化することや、防食剤と導体や端子との間の接着性が低下する恐れがある。そのため、油により防食性能が十分発揮できないことが懸念される。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決しようとするものであり、防食剤の防食性能が油の付着などにより低下する恐れが無く、電線接続部の防食性能が優れている端子付き被覆電線及びワイヤーハーネスを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の端子付き被覆電線は、
導体が被覆材で被覆された被覆電線の端部に、前記被覆材が剥離されて前記導体が露出した導体露出部を有し、前記導体露出部の前記導体に端子金具が接続され、前記導体と前記端子金具との接触部が防食剤により封止されている端子付き被覆電線であって、
前記防食剤が、硬化性樹脂の硬化物から構成され、前記硬化物の架橋密度が、0.6×10−5〜4×10−4(mol/cm)の範囲内であり、
前記架橋密度が、前記硬化物の動的粘弾性から平衡弾性率を測定し、下記の(1)式から求められたものであることを要旨とする。
ρ=E/(3RT)・・・(1)
(1)式においてρは架橋密度(mol/cm)、Eは弾性率(MPa)、Rは気体定数(8.31J/mol・k)、Tは絶対温度(K)である。
本発明の端子付き被覆電線において、前記硬化物の金属に対する引張せん断接着強さが、耐油性試験後で0.5MPa以上であることが好ましい。
本発明の端子付き被覆電線において、前記硬化性樹脂が、紫外線硬化型アクリル系樹脂であることが好ましい。
本発明の端子付き被覆電線において、前記端子金具が、銅系材料の表面にすずめっきが施されていることが好ましい。
本発明の端子付き被覆電線において、前記導体が、アルミニウム系材料よりなる素線を有していることが好ましい。
本発明のワイヤーハーネスは、上記の端子付き被覆電線を有することを要旨とするものである。
本発明は、防食剤が硬化性樹脂の硬化物から構成され、前記硬化物の架橋密度が、0.6×10−5(mol/cm)以上であることにより、十分な耐油性が得られ、防食剤の塗膜に油が浸透し易くなり、接着界面等に油が染み出して、防食剤が剥離して防食性が低下するのを防止できる。一方、架橋密度が4×10−4(mol/cm)以下であるから、架橋密度が高くなりすぎて、防食剤の皮膜に割れが発生する恐れがない。防食剤の架橋密度が上記範囲内にあることで、防食性能が油の付着などにより低下する恐れが無く、電線接続部の防食性能が優れている端子付き被覆電線及びワイヤーハーネスを得ることが可能である。
図1は本発明の端子付き被覆電線の一実施例を示す斜視図である。 図2は図1のA−A線縦断面図である。 図3は図1のB−B線縦断面図である。
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。図1は本発明の端子付き被覆電線の一実施例を示す斜視図であり、図2は図1のA−A線縦断面図であり、図3は図2のB−B線縦断面図である。図1〜図3に示すように、本実施例の端子付き被覆電線1は、アルミニウム合金製の導体3がポリ塩化ビニル樹脂よりなる被覆材4により被覆された被覆電線2の端部に、すずめっきが施された銅系材料からなる端子金具5が、圧着されて接続されている。
導体3と端子金具5との接触部6は、防食剤7の塗膜により被覆されて封止されている。図1の端子付き電線において、防食剤7の塗膜が被覆している部分は、一点鎖線で示した範囲である。尚、図1は防食剤の塗膜7を透視した状態で示している。防食剤7は、導体3と端子金具5との異種金属の接触部6に、外部から水分等が侵入して金属部分が腐食するのを防止する保護膜としての機能を有している。
端子金具5は、黄銅を母材として表面にすずめっきされた銅系金属板材を用い、端子金具が展開された所定の形状に打ち抜いたものを作製し、バレルの部分等を折り曲げて作製したものを用いている。そのため、端子金具5の端面はすずめっきが存在せず、黄銅が露出した状態になっている。
端子金具5は、相手側メス端子(図示しない)に接続されるオス端子としてのタブ状の接続部51と、該接続部51の基端に延設形成されている、被覆電線を圧着するためのバレル54(52、53)とを有する。バレル54は、接続部51側に設けられたワイヤバレル52と、導体3側に設けられたインシュレーションバレル53の二つの圧着部から構成されている。
端子付き被覆電線1は、被覆電線2の端末が皮剥されて露出した状態の導体3が、ワイヤバレル52により加締められ圧着している。導体3と端子金具5の圧着部が接触部6(図2、図3参照)となって、両者は電気的に接続されている。この接触部6は、導体3のアルミニウム合金と端子金具5のすずめっきされた黄銅の異種金属とが接触した状態になっている。
また端子金具5のインシュレーションバレル53は、被覆電線2の被覆材4の周囲に加締められて圧着している。このインシュレーションバレル53の圧着部は、端子金具5を被覆電線2の端末に固定、保持するための電線固定部となっている。
尚、本実施例では、便宜的に、端子金具5の接続部51側端部を先端とし、インシュレーションバレル53側の端部を後端とし、前記先端側を端子付き電線1の前方とし、前記後端側を後方とした。また、端子金具5の電線圧着面側を表面とし、反対面側を底面とした。
防食剤7を塗布する前の端子付き被覆電線は、導体3と端子の接続部分である接触部6において、導体3の一部が外部に露出した状態になっている。そして図1〜3に示すように、導体3の露出した部分は、防食剤7が端子付き被覆電線1の上記接触部6を覆うように塗布されて、防食剤7の塗膜により覆われている。
本発明は、防食剤として、硬化性樹脂の硬化物から構成され、硬化物の架橋密度が、0.6×10−5〜4×10−4(mol/cm)の範囲内である点に大きな特徴がある。硬化物の架橋密度が0.6×10−5(mol/cm)以上であることにより、十分な耐油性が得られる。架橋密度が0.6×10−5(mol/cm)未満では、防食剤の塗膜に油が浸透し易くなり、接着界面等に油が染み出して、防食剤が剥離して防食性が低下することになってしまう。
一方、架橋密度が高くなると耐油性は向上するが、架橋密度が4×10−4(mol/cm)超になると、架橋密度が高くなりすぎて、防食剤の皮膜に割れが発生する恐れがある。防食剤の架橋密度が上記範囲内にあることで、防食剤の油に対する膨潤や界面における剥離を防ぐことが可能である。
上記架橋密度は、前記硬化物の動的粘弾性から平衡弾性率を測定し、下記の(1)式から求められたものである。
ρ=E/(3RT)・・・(1)
(1)式においてρは架橋密度(mol/cm)であり、Eは弾性率(MPa)であり、Rは気体定数(8.31J/mol・k)、Tは絶対温度(K)である。
弾性率Eは、粘弾性測定装置を用いて硬化物の動的粘弾性を測定した値から求めた平衡弾性率である。動的粘弾性は、市販の固体粘弾性測定装置を用いて、試験体に周期的な歪を与え、生じる応力と位相差を検出することにより行うことができる。具体的な動的粘弾性の測定条件としては、ティー・エイ・インスツルメント社製の「Q800」を使用しての平衡弾性率を測定した。測定条件は、引張モードで測定を行い、昇温速度3℃/min、温度範囲− 60℃から+200℃、周波数1Hzとした。平衡弾性率は上記温度範囲内の測定値における150℃(423K)の値を用いた。150℃の値を用いたのは、弾性率が一定となる温度から30℃以上高いため、十分に平衡となっているからである。
防食剤7は、硬化物の端子金具の金属に対する引張せん断接着強さが、耐油性試験後で0.5MPa以上であることが好ましい。引張せん断接着強さは、JIS K6850に準拠したSnめっき銅板とガラス板を被着体として防食剤を用いて貼りあわせた試験片の引張せん断接着強さの測定で得られる値である。試験片の耐油性試験は、JIS2219のギヤー油に、20℃で、8時間浸漬処理した。
耐油性試験後のせん断接着強さが0.5MPa以上であることにより、油が付着した後に、防食剤の界面における接着性を維持して界面剥離するのを防止できる。その結果、界面から水が侵入して腐食するのを良好に防止できる。
防食剤7に用いられる硬化性樹脂は、紫外線硬化型樹脂、熱硬化性樹脂、二成分硬化型樹脂等の各種の硬化性樹脂が用いられる。硬化性樹脂はとして、例えば、紫外線硬化型アクリル樹脂の接着剤組成物(以下、紫外線硬化型接着剤ということもある)が用いられる。紫外線硬化型接着剤は、塗布後、紫外線照射又は加熱により硬化させて硬化物とすることができる。
防食剤7として、紫外線硬化型アクリル系樹脂の硬化物を用いた場合、紫外線硬化型アクリル系樹脂を塗布後、紫外線を照射することで、組成物を速硬化して、粘度が低くても先端部への防食剤7の流れ込みを防ぐことができる。
防食剤7に用いられる紫外線硬化型接着剤の粘度は、塗布時に導体等の隙間に浸透しやすいという点から、常温で、1000〜4000mPa・sの範囲内が好ましい。
紫外線硬化型接着剤は、例えば、アクリレートオリゴマー、アクリレートモノマー、光重合開始剤、熱重合開始剤等を含んでいる。
上記アクリレートオリゴマーは、通常、紫外線硬化型接着剤として用いられる、紫外線硬化により接着剤としての機能を発現することが可能である各種のアクリレートオリゴマーを用いることができる。アクリレートオリゴマーは、粘度の調製が容易である点や、接着性が良好である点や、物性の調製が容易である点等から、ウレタンアクリレートオリゴマーを用いることが好ましい。ウレタンアクリレートオリゴマーは、紫外線硬化型接着剤に用いられる公知のウレタンアクリレートを利用することができる。
光重合開始剤は、紫外線を吸収してラジカル重合を開始させる化合物であれば特に制限されることなく、従来から公知のものを用いることができる。
また紫外線硬化型接着剤には、イソボルニル(メタ)アクリレート等のアクリレートモノマーを配合してもよい。
紫外線硬化型接着剤は、本発明の目的を阻害しない範囲であれば、上記の成分以外に、他の添加剤が配合されていてもよい。上記他の添加剤としては、老化防止剤、密着性付与剤、腐食防止剤、チキソ性付与剤、レべリング剤等の液性調製剤、顔料、染料、無機フィラー等が挙げられる。
上記の紫外線硬化型接着剤を硬化して得られる防食剤7は、透明又は半透明の樹脂のいずれでもよい。
防食剤7の塗膜の厚みは、0.01〜3mmの範囲となるように塗布するのが好ましい。防食剤7の塗膜の厚みが厚くなりすぎると、端子金具5を相手側端子のコネクタへ挿入し難くなる恐れがある。また防食剤7の塗膜の厚みが薄くなりすぎると防食性能が不十分となる恐れがある。
防食剤7の紫外線硬化型接着剤を導体と端子金具の接触部に塗布する際の塗布方法は、滴下法、塗布法、押し出し法等の公知の手段を用いることができる。また紫外線硬化型接着剤の塗布の際、防食剤を加熱、冷却等により温度調節してもよい。
防食剤7は、少なくとも導体3の露出部分を完全に被覆する状態になっている。更に防食剤7は、被覆電線2の先端側は、導体3の先端から端子金具5の接続部51側に少しはみ出すように被覆している。被覆電線2の導体3が露出した部分は、防食剤7によって覆われていて、外部に露出しないようになっている。また、防食剤7は、被覆電線2側は、インシュレーションバレル53の表面と被覆材4の一部を被覆している。インシュレーションバレル53の端面の被覆材4側は、防食剤7により被覆されている。
防食剤7と被覆材4の引張せん断接着強さは、0.5MPa以上であることが好ましい。また防食剤7と端子金具5の引張りせん断接着強さは、0.5MPa以上であることが好ましい。防食剤の引張せん断接着強さが、0.5MPa以上とするためには、紫外線硬化型接着剤に用いられるウレタンアクリレートの種類等を、被着材に合わせて適宜選択すればよい。防食剤の引張せん断接着強さが上記範囲であれば、端子付き電線が高温放置後に被覆材が収縮等して、隙間が発生して、防食性能が低下するのを防止できる。上記の引張せん断接着強さは、JIS K6850に準拠して、常温で測定される値である。
被覆電線2の導体3は、複数の素線3aが撚り合わされてなる撚線が用いられる。この場合、撚線は、1種の金属素線より構成されていても良いし、2種以上の金属素線より構成されていても良い。また、撚線は、金属素線以外に、有機繊維よりなる素線等を含んでいても良い。なお、1種の金属素線より構成されるとは、撚線を構成する全ての金属素線が同じ金属材料よりなることをいい、2種以上の金属素線より構成されるとは、撚線中に互いに異なる金属材料よりなる金属素線を含んでいることをいう。撚線中には、被覆電線を補強するための補強線(テンションメンバ)等が含まれていても良い。
上記導体3を構成する金属素線の材料としては、アルミニウム合金以外に、銅、銅合金、アルミニウムもしくはこれらの材料に各種めっきが施された材料等を例示することができる。また、補強線としての金属素線の材料としては、銅合金、チタン、タングステン、ステンレス等を例示することができる。また、補強線としての有機繊維としては、ケブラー等を挙げることができる。導体3の金属素線としては、電線の軽量化等の点からアルミニウム又はアルミニウム合金を用いるのが好ましい。
被覆電線2の被覆材4の材料としては、例えば、ゴム、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、二種以上を混合して用いても良い。被覆材4の材料中には、適宜、各種添加剤が添加されていても良い。添加剤としては、難燃剤、充填剤、着色剤等を挙げることができる。
端子金具5の材料(母材の材料)としては、黄銅以外に、各種銅合金、銅等を用いることができる。また端子金具5は、表面の一部(例えば接点)もしくは全体に、すず、ニッケル、金等の各種金属によりめっきが施されていても良い。
端子付き被覆電線1を製造するには、先ず被覆電線2の先端の被覆材4を皮剥ぎして導体3を所定の長さだけ露出させた被覆電線2の端末に、前記したようにめっきされた母材を打ち抜いた後に、曲げ加工等を施した端子金具5を加締めて圧着する。端子金具のワイヤバレル52に導体3を圧着し、インシュレーションバレル53に被覆材4を圧着して、導体3と端子金具5を接続する。次いで、導体3と端子金具5との接触部を含む所定の範囲に防食剤を塗布する。次いで、防食剤に紫外線を照射して、照射光が届く範囲を硬化させる。紫外線の照射により、紫外線硬化型接着剤の流動性がなくなる程度に硬化させる。紫外線硬化型接着剤が先端側に流れ込むのを防止できる。更に、所定の温度で所定の時間加熱して、紫外線の届かない未硬化の部分の樹脂を加熱硬化させる。紫外線硬化型接着剤が硬化した防食剤7により、導体3と端子金具5の接触部6が封止された端子付き被覆電線1が得られる。
以下、本発明のワイヤーハーネスについて説明する。本発明のワイヤーハーネスは、上記端子付き被覆電線1を含む複数本の被覆電線を束ねて結束したものである。ワイヤーハーネスにおいては、被覆電線のうちの一部が本発明の端子付き被覆電線1であっても良いし、全てが本発明の端子付き被覆電線1であっても良い。
ワイヤーハーネスにおいて、複数本の被覆電線は、テープ巻きにより結束されていても良いし、或いは、丸チューブ、コルゲートチューブ、プロテクタ等の外装部品により外装されることで結束されていても、いずれでも良い。
本発明のワイヤーハーネスは、自動車等の車両に配索されるものとして好適であり、特に、被水領域のエンジンルームや車内に配索されるものとして好適である。ワイヤーハーネスがこのような場所に配索された場合、エンジンオイル等の油が付着した状態で高温状態に曝されても、防食剤7の耐油性が良好であるから、防食剤の防食性能を維持することが可能である。
以下に本発明の実施例、比較例を示す。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
実施例1〜5、比較例1〜2
防食剤として、アクリレートオリゴマーを含む紫外線硬化型接着剤を用い、表1に示すように架橋密度を変化させた硬化物を使用して、端子付き電線の導体露出部を封止して、実施例1〜5、比較例1〜2の端子付き電線を作製した。防食剤の架橋密度、平衡弾性率、引張せん断接着強さ(耐油試験前、後)を表1に合わせて記載した。架橋密度、平衡弾性率の測定条件は、上述した通りである。引張せん断接着強さの試験方法は、下記の通りである。
〔引張せん断接着強さ試験〕
・試験片サイズ:25mm×80mm×厚さ0.5mm
・貼り合わせ面積:25mm×12.5mm
・引張速度:100mm/min
・試験片材料:すずめっき黄銅板×ガラス板
実施例、比較例で用いた防食剤の組成物は、下記のものを用いた。防食剤の架橋密度は、オリゴマーの配合量を変えることで調製した。
〔防食剤の組成〕
・アクリルモノマー(共栄社化学社製、商品名「ライトアクリレートIB−XA」)
・光重合開始剤(BASF社製、商品名「イルガキュア184」)
・オリゴマー(共栄社化学社製、商品名「ライトアクリレートTMP−A」:下記の配合量。
実施例1:30質量部
実施例2:25質量部
実施例3:20質量部
実施例4:15質量部
実施例5:10質量部
比較例1:5質量部
比較例2:45質量部
実施例1〜5、比較例1〜2の端子付き電線を用いて、耐油性試験を行い外観を観察して防食性能を評価した。また、サーマル試験を行い、表面割れについて観察した。試験の結果を表1に示す。これらの試験方法は下記の通りである。
〔耐油性試験方法〕
JIS K6858に準拠して、端子付き電線を油に浸漬した後の端子の状態について評価した。評価基準は、防食剤の膨潤や剥離が無い場合は優良(◎)、膨潤しているが剥離がない場合は良好(○)、膨潤し剥離している場合は不良(×)とした。また耐油試験後の防食剤の質量の変化を見るために、防食剤のシートからダンベル試験片(JIS K6251の6号ダンベル片、厚み1mm)を作成し、上記と同様の条件で耐油試験を行い、試験前後のダンベル試験片の重量を測定して、試験前の質量に対し試験後に質量が増加した割合を質量増加率(%)として求めた。質量増加率は、防食剤が油を吸収した割合を評価したものである。
〔サーマル試験方法〕
サーマル試験は、端子付き電線を、+125℃に1時間、−45℃に1時間保持するのを1サイクルとして、これを500サイクル繰り返した後の端子付き電線の防食剤の外観を観察し、外観に割れがない場合を良好(○)とし、外観に割れがある場合を不良(×)とした。
〔試験結果について〕
表1に示すように、実施例1〜5は架橋密度が本発明の範囲内であり、耐油性、接着強さも良好であった。これに対し、比較例1は架橋密度が0.6×10−5(mol/cm)未満であるから、耐油性が不合格であった。また比較例2は架橋密度が4×10−4(mol/cm)を超えているため、サーマル試験後の外観が不良であった。
Figure 2016139573
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば上記実施例の端子付き被覆電線1は、端子金具としてタブ状のオス端子を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば端子付き被覆電線は、端子金具としてメス端子を用いたものでもよい。また、端子金具として音叉端子等を用いても良い。
また、端子金具5は、インシュレーションバレルを有しないで、一つのワイヤバレルのみで導体と被覆材が圧着され、ワイヤバレルの後端が外部に露出しているものであっても良い。
また、バレルはインシュレーションバレルのみから構成してもよい。その場合、導体と端子金具の接続方法としては、圧接抵抗溶接、超音波溶接、ハンダ付け等の方法であっても良い。また、上記実施例では導体として撚線を用いたが、導体は単芯線を用いてもよい。
1 端子付き被覆電線
2 被覆電線
3 導体
4 被覆材
5 端子金具
51 接続部
54 バレル
6 導体と端子金具の接触部
7 防食剤

Claims (6)

  1. 導体が被覆材で被覆された被覆電線の端部に、前記被覆材が剥離されて前記導体が露出した導体露出部を有し、前記導体露出部の前記導体に端子金具が接続され、前記導体と前記端子金具との接触部が防食剤により封止されている端子付き被覆電線であって、
    前記防食剤が、硬化性樹脂の硬化物から構成され、前記硬化物の架橋密度が、0.6×10−5〜4×10−4(mol/cm)の範囲内であり、
    前記架橋密度が、前記硬化物の動的粘弾性から平衡弾性率を測定し、下記の(1)式から求められたものであることを特徴とする端子付き被覆電線。
    ρ=E/(3RT)・・・(1)
    (1)式においてρは架橋密度(mol/cm)、Eは弾性率(MPa)、Rは気体定数(8.31J/mol・k)、Tは絶対温度(K)である。
  2. 前記硬化物の金属に対する引張せん断接着強さが、耐油性試験後で0.5MPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の端子付き被覆電線。
  3. 前記硬化性樹脂が、紫外線硬化型アクリル系樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の端子付き被覆電線。
  4. 前記端子金具が、銅系材料の表面にすずめっきが施されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の端子付き被覆電線。
  5. 前記導体が、アルミニウム系材料よりなる素線を有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の端子付き被覆電線。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の端子付き被覆電線を有することを特徴とするワイヤーハーネス。
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