JP2017126411A

JP2017126411A - 端子、端子付電線、及び端子付電線の製造方法

Info

Publication number: JP2017126411A
Application number: JP2016003321A
Authority: JP
Inventors: 雅俊益戸; Masatoshi Masudo
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-07-20

Abstract

【課題】電線の導体を接続する際に開口部の角部分に生じ得るクラックを抑制することができる端子を提供する。【解決手段】端子１０は、電線４０の導体４２が接続される電線接続部２０と、電線接続部２０から延びる延在部３０とを備えている。延在部３０には、ランス係止孔３２とボルト孔３４とが形成されている。延在部３０は、電線接続部２０の厚さよりも大きな厚さを有する厚肉部３６を有している。厚肉部３６は、ランス係止孔３２の縁部に沿って形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、端子及び端子付電線に係り、特に電線の端部に端子が接続された端子付電線に関するものである。

従来から、端子に電線を接続する方法として、超音波溶接を用いて電線を端子に接続する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、まず、図１Ａに示すように、超音波溶接装置のアンビル１００上に端子１１０を載せる。そして、図１Ｂに示すように、電線１２０の端部の絶縁被覆を剥がして芯線（導体）１３０を露出させ、この露出した芯線１３０を端子１１０上に配置する。

次に、図１Ｃに示すように、端子１１０上の芯線１３０の上方から超音波溶接装置のホーン１４０を押し当てて加圧しながら超音波振動させる。すると、芯線１３０を構成する素線や端子１１０上に存在する酸化皮膜や汚れが超音波振動によって除去され、超音波振動によって生じる金属原子の移動が金属原子間の強い引力を引き起こし、金属原子が互いに結びついて固相溶接状態となる。これにより、図１Ｄに示すように、電線１２０の芯線１３０が端子１１０に接続される。

ところで、このような端子１１０には、図２に示すように、対応する端子収容部に設けられたランスを係止するためのランス係止孔１５１やボルトを締結するためのボルト孔１５２が形成されていることが多い。芯線１３０が多数のアルミニウム素線から構成されている太物の電線を接続する場合や端子１１０がスズめっき銅から形成されている場合には、芯線１３０及び端子１１０に与える溶接エネルギー及び加圧力を大きくする必要があるが、溶接エネルギーや加圧力を大きくした状態で超音波溶接を行うと、超音波振動によって端子１１０の孔１５１，１５２の角部分に応力が集中する。このため、孔１５１，１５２の角部分から図２に示すようなクラック１６０が発生し、クラック１６０が成長することで端子１１０が破断してしまうことがある。

特開２０１５−１３５７４２号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、電線の導体を接続する際に開口部の角部分に生じ得るクラックを抑制することができる端子を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、電線の導体を端子に接続する際に開口部の角部分に生じ得るクラックを抑制することができる端子付電線を提供することを第２の目的とする。

さらに、本発明は、電線の導体を端子に接続する際に開口部の角部分にクラックが生じにくい端子付電線の製造方法を提供することを第３の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、電線を接続する際に開口部の角部分に生じ得るクラックを抑制することができる端子が提供される。この端子は、電線の導体が接続される電線接続部と、上記電線接続部から延びる延在部であって、少なくとも１つの開口部が形成された延在部とを備えている。上記延在部は、上記電線接続部の厚さよりも大きな厚さを有する厚肉部を有し、この厚肉部は、上記少なくとも１つの開口部の縁部に沿って形成される。

このように、延在部に形成された開口部の縁部に沿って厚肉部を形成することによって、超音波溶接により端子に電線の導体を接続する際に、開口部の角部分に生じる応力が低減される。したがって、この部分からクラックが発生することが抑制される。

上記少なくとも１つの開口部は、該端子を収容する端子収容部に設けられたランスを係止するランス係止孔であり得る。この場合において、上記ランス係止孔を規定する面のうち上記電線の軸方向と交差する面によって上記ランスが係止されることが好ましく、上記ランス係止孔を規定する面のうち上記電線の軸方向に垂直な面によって上記ランスが係止されることがさらに好ましい。

本発明の第２の態様によれば、電線の導体を端子に接続する際に開口部の角部分に生じ得るクラックを抑制することができる端子付電線が提供される。この端子付電線は、上述した端子と、この端子の電線接続部に超音波溶接により接続された導体を含む電線とを有している。このように、開口部の縁部に沿って厚肉部が形成された端子を用いることによって、開口部の角部分に生じる応力が低減され、この部分からクラックが発生することが抑制される。

本発明の第３の態様によれば、電線の導体を端子に接続する際にクラックが生じにくい端子付電線の製造方法が提供される。この方法では、電線接続部から延びる延在部に少なくとも１つの開口部を形成し、該少なくとも１つの開口部の縁部に沿って上記電線接続部の厚さよりも大きな厚さを有する厚肉部を形成した端子を用意する。上記端子を超音波溶接装置のアンビル上に配置し、上記アンビル上に配置された上記端子の電線接続部の第１の面に電線の導体を配置する。上記端子の上記電線接続部の上記第１の面とは反対側の第２の面に上記超音波溶接装置のホーンを接触させ、上記電線の上記導体に超音波振動を加えることによって、上記電線の上記導体を上記端子の上記電線接続部の上記第１の面に接続する。

この方法によれば、端子の開口部の縁部に沿って厚肉部が形成されているので、超音波振動を与えた際に開口部の角部分に生じる応力が低減される。したがって、この部分からクラックが発生することが抑制される。さらに、電線の導体が接続される第１の面とは反対側の第２の面に超音波振動装置のホーンを押し当てるため、ホーンが電線の導体に直接接触することがなく、導体を構成する素線の切断を低減することができる。

また、上記端子を上記電線の導体の上に配置しただけでは、ホーンを端子に押し付ける際に不安定になるため、上記アンビル上に設けられた弾性支持部によって上記端子の上記延在部を弾性的に保持することが好ましい。

本発明によれば、延在部に形成された開口部の縁部に沿って厚肉部を形成することによって、超音波溶接により端子に電線の導体を接続する際に、開口部の角部分に生じる応力が低減される。したがって、この部分からクラックが発生することが抑制される。

図１Ａは、超音波溶接を用いて端子に電線を接続する従来の方法を説明するための模式図である。図１Ｂは、超音波溶接を用いて端子に電線を接続する従来の方法を説明するための模式図である。図１Ｃは、超音波溶接を用いて端子に電線を接続する従来の方法を説明するための模式図である。図１Ｄは、超音波溶接を用いて端子に電線を接続する従来の方法を説明するための模式図である。従来の超音波溶接方法により電線が接続された端子を示す模式図である。本発明の一実施形態における端子を示す斜視図である。図３に示す端子の平面図である。図３に示す端子の正面図である。図３に示す端子の左側面図である。図４に示す端子に電線の芯線を接続した状態を示す平面図である。図５に示す端子に電線の芯線を接続した状態を示す正面図である。端子に形成されたランス係止孔を示す模式図である。図７に示す端子付電線を製造する方法を説明するための模式図である。図７に示す端子付電線を製造する方法を説明するための模式図である。図７に示す端子付電線を製造する方法を説明するための模式図である。図７に示す端子付電線を製造する方法を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について図３から図１０Ｄを参照して詳細に説明する。なお、図３から図１０Ｄにおいて、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図３から図１０Ｄにおいては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図３は本発明の一実施形態における端子１０を示す斜視図、図４は平面図、図５は正面図、図６は左側面図である。図７はこの端子１０に電線４０の芯線４２を固定した状態（端子付電線）を示す平面図、図８は正面図である。

図３から図６に示すように、端子１０は略平板状の導電材料からなるものであり、電線の導体が接続される電線接続部２０と、電線接続部２０からＸ方向に延びる延在部３０とを有している。図７及び図８に示すように、Ｘ方向に沿って延びる電線４０の芯線４２が超音波溶接によって電線接続部２０に接続される。

延在部３０には、対応する端子収容部（図示せず）に設けられたランスを係止するためのランス係止孔３２と、端子１０が接続される相手方機器の端子接続部（図示せず）への接続固定用のボルト（図示せず）を締結するためのボルト孔３４とが形成されている。ランス係止孔３２とボルト孔３４はいずれも延在部３０をＺ方向に貫通するように形成されている。なお、本実施形態では、延在部３０に２つの開口部（ランス係止孔３２とボルト孔３４）を形成しているが、延在部３０に形成する開口部の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、本実施形態においては、ランス係止孔３２のＸＹ平面における形状が四角形であり、ボルト孔３４のＸＹ平面における形状が円形であるが、延在部３０に形成する開口部の形状はこれらに限られるものではない。

ここで、端子に形成された孔の角部分の近傍に生じる応力について考察する。図９に示すように、幅ｗ（ｍ）、厚さｈ（ｍ）の端子２００に形成された孔２１０の角部分の円弧の半径をｒ（ｍ）とすると、孔２１０の角部分の円弧の中心からの距離がｘ（ｍ）の場所において生じる応力σ_y（Ｐａ）は以下の式により表される。

ここで、σ_n（Ｐａ）は、遠方応力であり、引っ張り力をＰ（Ｎ）として以下の式により得られる。

上記２つの式から、孔２１０の角部分の円弧の中心から遠くなればなるほど応力σ_yが減少し、また、端子の厚さｈが大きければ大きいほど応力σ_yが減少することがわかる。本実施形態では、以下に述べるように、端子の厚さｈが大きければ大きいほど応力σ_yが減少するという特性を利用してランス係止孔３２の角部分からクラックが発生することを防止する。

すなわち、図６に示すように、延在部３０には、電線接続部２０の厚さＨ₁よりも大きな厚さＨ₂を有する厚肉部３６が形成されている。図３及び図４に示すように、この厚肉部３６はランス係止孔３２の縁部に沿って形成されている。このような厚肉部３６をランス係止孔３２の縁部に沿って形成することによって、超音波溶接により電線４０の芯線４２を端子１０に接続する際に、ランス係止孔３２の角部分に生じる応力が低減され、この部分からクラックが発生することが抑制される。

図４に示すように、ランス係止孔３２は、ＸＹ平面に垂直な４つの側面３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによって規定されている。側面３２Ａと側面３２Ｂとは互いに対向しており、これらの側面３２Ａ，３２Ｂは、電線４０の軸方向に対して垂直になっている。また、側面３２Ｃと側面３２Ｄとは互いに対向しており、これらの側面３２Ｃ，３２Ｄは、電線４０の軸方向に対して平行になっている。本実施形態では、対応する端子収容部に設けられたランスは、電線４０の軸方向に対して垂直な側面３２Ａに係止するようになっている。なお、ランスを係止する面（側面３２Ａ）は、必ずしも電線４０の軸方向に対して垂直な面である必要はなく、電線４０の軸方向と交差する面であればよい。

次に、上述した端子１０に電線４０の芯線４２を接続して端子付電線を製造する方法について図１０Ａから図１０Ｄを参照して説明する。

まず、上述した厚肉部３６を有する端子１０を用意し、図１０Ａに示すように、電線４０の導体としての芯線４２が接続される面（第１の面）１０Ａが超音波溶接装置のアンビル３００に対向するように端子１０をアンビル３００の上方に配置する。図１０Ａに示すように、アンビル３００の上面には、端子１０を弾性的に保持する弾性支持部３１０が設けられている。本実施形態における弾性支持部３１０は、バネ３１４と、このバネ３１４の上端に連結された当接板３１２とから構成されているが、端子１０を弾性的に保持できるものであれば、この構成に限られるものではない。

そして、図１０Ｂに示すように、端子１０を下方に移動していき、端子１０の延在部３０を弾性支持部３１０の当接板３１２に当接させる。これにより、端子１０は、当接板３１２に連結されたバネ３１４の弾性力によって弾性的に支持される。そして、電線４０の端部の絶縁被覆を剥がして導体としての芯線４２を露出させ、図１０Ｃに示すように、この露出した芯線４２を端子１０の電線接続部２０上に位置させて面１０Ａに接触させる。

次に、図１０Ｄに示すように、端子１０の電線接続部２０の上方から超音波溶接装置のホーン３２０を端子１０の面１０Ａとは反対側の面１０Ｂに押し当てて、アンビル３００との間で端子１０と芯線４２とを加圧しながら超音波振動させる。これにより、芯線４２を構成する素線や端子１０の面１０Ａ上に存在する酸化皮膜や汚れが超音波振動によって除去され、超音波振動によって生じる金属原子の移動が金属原子間の強い引力を引き起こし、金属原子が互いに結びついて固相溶接状態となる。これにより、電線４０の芯線４２が端子１０に接続され、図８に示すような端子付電線が完成する。

例えば電気自動車やプラグインハイブリッドカー内で電力を供給するために用いられる電線の芯線は、多数のアルミニウム素線から構成されることが多いが、そのような芯線を端子に接続（超音波溶接）する際には、芯線及び端子に与える溶接エネルギー及び加圧力を大きくする必要がある。上述したように、本実施形態では、ランス係止孔３２の縁部に沿って厚肉部３６が形成されているので、超音波振動に起因してランス係止孔３２の角部分に生じる応力が低減され、この部分からクラックが発生することが抑制される。

また、芯線及び端子に与える溶接エネルギー及び加圧力を大きくした場合に、超音波振動装置のホーン３２０を電線４０の芯線４２に直接押し当てるとホーン３２０のエッジ部で芯線４２中の素線を切断してしまうおそれがある。そのような素線の切断は、溶接部部の強度の低下や抵抗値の上昇を招くことになり好ましくない。したがって、本実施形態では、電線４０の芯線４２が接続される端子１０の面１０Ａとは反対側の面１０Ｂに超音波振動装置のホーン３２０を押し当てている。このようにすることで、ホーン３２０が芯線４２に直接接触することがなくなるので、芯線４２の素線の切断を低減することができる。なお、この方法では、端子１０を介して電線４０の芯線４２に超音波エネルギーを伝達することとなるため、端子１０の電線接続部２０の厚さ（図６のＨ₁）をなるべく薄くしておくことが好ましい。端子１０の電線接続部２０の厚さを薄くしても、ランス係止孔３２の縁部に沿って厚肉部３６を形成しているため、ランス係止孔３２の角部分から発生するクラックを抑制することができる。

また、端子１０を電線４０の芯線４２の上に配置しただけでは、ホーン３２０を端子１０に押し付ける際に不安定になるため、本実施形態では、アンビル３００上に設けられた弾性支持部３１０によって端子１０の延在部３０を弾性的に支持することとしている。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０端子
１０Ａ（第１の）面
１０Ｂ（第２の）面
２０電線接続部
３０延在部
３２ランス係止孔
３２Ａ〜３２Ｄ側面
３４ボルト孔
３６厚肉部
４０電線
４２芯線（導体）
３００アンビル
３１０弾性支持部
３１２当接板
３１４バネ
３２０ホーン

Claims

電線の導体が接続される電線接続部と、
前記電線接続部から延びる延在部であって、少なくとも１つの開口部が形成された延在部と、
を備え、
前記延在部は、前記電線接続部の厚さよりも大きな厚さを有する厚肉部であって、前記少なくとも１つの開口部の縁部に沿って形成される厚肉部を有する
ことを特徴とする端子。
前記少なくとも１つの開口部は、該端子を収容する端子収容部に設けられたランスを係止するランス係止孔であることを特徴とする請求項１に記載の端子。
前記ランス係止孔を規定する面のうち前記電線の軸方向と交差する面によって前記ランスが係止されることを特徴とする請求項２に記載の端子。
前記ランス係止孔を規定する面のうち前記電線の軸方向に垂直な面によって前記ランスが係止されることを特徴とする請求項３に記載の端子。
請求項１から４のいずれか一項に記載の端子と、
前記端子の電線接続部に超音波溶接により接続された導体を含む電線と、
を有することを特徴とする端子付電線。
電線接続部から延びる延在部に少なくとも１つの開口部を形成し、該少なくとも１つの開口部の縁部に沿って前記電線接続部の厚さよりも大きな厚さを有する厚肉部を形成した端子を用意し、
前記端子を超音波溶接装置のアンビル上に配置し、
前記アンビル上に配置された前記端子の電線接続部の第１の面に電線の導体を配置し、
前記端子の前記電線接続部の前記第１の面とは反対側の第２の面に前記超音波溶接装置のホーンを接触させ、前記電線の前記導体に超音波振動を加えることによって、前記電線の前記導体を前記端子の前記電線接続部の前記第１の面に接続する
ことを特徴とする端子付電線の製造方法。
前記端子を前記アンビル上に配置する際に、前記アンビル上に設けられた弾性支持部によって前記端子の前記延在部を弾性的に支持することを特徴とする請求項６に記載の端子付電線の製造方法。