JP2018133194A - 端子付き電線 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミ導体と銅製端子の線膨張率の差異に依りヒートサイクル試験で電気抵抗が増加する。またアルミ可撓撚り導体では端子のセレーションを深くすると細線が破断する。電気抵抗の増加を効果的に抑制することができる端子付き電線を提供する。
【解決手段】圧縮端子２の筒部８は、その内面に凹部８ｂを有し、この凹部８ｂが金属パイプ３に食い込むように圧縮され、圧縮端子２と導体５が金属パイプ３を介して電気的に接続される端子付き電線１。
【選択図】図４

Description

本発明は、端子付き電線に関するものである。

従来、車両などに使用される電線の導体を、軽量化等を目的に、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成し、この導体に圧着端子を圧着した構成の端子付き電線が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

アルミニウム製導体に銅製の圧着端子を接続した端子付き電線にヒートサイクル試験を実施すると、アルミニウムと銅の線膨張差が大きいため、この線膨張差により接点が露出し、絶縁酸化膜が形成されて電気抵抗が増加してしまう。

特開２０１１−８２１２７号公報

従来においては、電線の導体に圧着される銅製の圧着端子のバレル内面に、セレーション（溝）と呼ばれる凹凸のパターンを形成することで、アルミニウム製導体と銅製端子との接点の面積を大きくして、電気抵抗の増加を抑制している。

本発明者は、端子付き電線を製造するにあたって、アルミニウム製導体として細線を撚り合わせてなる可撓撚り導体を用いると、細線が断線してしまう恐れがあるためにセレーションを大きく（深く）することができず、線膨張差に起因する電気抵抗の増加を抑制できないという知見を得た。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、主な目的は、導体と端子の線膨張差に起因する電気抵抗の増加を効果的に抑制することができる端子付き電線を提供することにある。

本発明は、上記した目的を実現するため、以下に述べる［１］〜［３］の端子付き電線を提供する。

［１］導体を絶縁被覆で覆った電線と、前記電線の端末部の前記絶縁被覆が除去されて前記導体が露出した露出部が挿入され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属パイプと、前記金属パイプを介して前記導体の前記露出部が挿入され、銅または銅合金からなる筒部を有する圧縮端子と、を備え、 前記圧縮端子の前記筒部は、その内面に凹部を有し、当該凹部が前記金属パイプに食い込むように圧縮され、前記圧縮端子と前記導体が前記金属パイプを介して電気的に接続される端子付き電線。

［２］前記圧縮端子の前記筒部の凹部が前記電線の前記絶縁被覆に食い込むように形成された［１］に記載の端子付き電線。

［３］前記電線の外径と、前記金属パイプの外径とが略等しい［２］に記載の端子付き電線。

本発明の端子付き電線によれば、導体と端子の線膨張差に起因する電気抵抗の増加を効果的に抑制することができる。

本発明の実施形態に係る端子付き電線の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態に係る電線の構成を示す断面図である。 は、図１のアルミニウム導体用圧縮接続端子を用いてアルミニウム導体を圧縮接続する方法を説明するためのものであり、（ａ）は、圧縮接続する前の状態、（ｂ）は、圧縮接続した状態を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る端子付き電線を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜端子付き電線の構成＞
図１は本発明の実施形態に係る端子付き電線の構成を説明するための模式図である。
本発明の実施形態に係る端子付き電線１は、圧縮端子２と、金属パイプ３と、電線４と、を備えた構成となっている。端子付き電線１は、たとえば、自動車や電車などの車両に用いることができる。もちろん、端子付き電線１は電気・電子機器等の車両以外の用途で用いることもできる。

（電線）
電線４は、導体５と、この導体５を被覆する絶縁被覆６と、を備えた構成となっている。

（導体）
導体５は、電線４の芯線を構成している。導体５は、たとえば、複合撚り線によって構成されている。複合撚り線とは、図２に示すように、複数の金属素線１１を撚り合わせて集合撚り線１２とし、この集合撚り線１２を複数撚り合わせて構成されるものである。この場合、１本の集合撚り線１２を構成する金属素線１１の本数を「ｍ」とし、１本の複合撚り線を構成する集合撚り線１２の本数を「ｎ」とすると、１本の導体（複合撚り線）５を構成する金属素線１１の総本数は「ｍ×ｎ」となる。金属素線１１は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって構成されている。導体５の断面形状は、全体的に円形になっている。

電線４の導体５を複合撚り線によって構成する主な理由は、電線４の大電流化と高屈曲性を両立させることにある。すなわち、より多くの電流を電線４に流せるようにするためには導体５の実効断面積（ｓｑ値；ｓｑは平方ミリメートルの略）を大きくすることが有効であるが、そのために太い金属素線１１を用いると屈曲性が低下する。また、屈曲性を高めるには細い金属素線１１を用いることが有効であるが、細い金属素線１１を集合撚りによって太くするにも限界がある。これに対して、本実施形態のように、複数の金属素線１１を撚り合わせて集合撚り線１２とし、この集合撚り線１２を複数撚り合わせた複合撚り線によって導体５を構成すれば、細い金属素線１１を使用した場合でも導体５の実効断面積を大きく確保することができる。このため、電線４の大電流化と高屈曲性を両立させることが可能となる。

（絶縁被覆）
絶縁被覆６は、絶縁材料によって構成されている。絶縁被覆６の材料としては、たとえば、フッ素系のゴムを用いることができる。絶縁被覆６は、導体５の外周部を囲むように断面円形に形成されている。絶縁被覆６は、電線４の長さ方向の全長にわたって導体５を被覆している。ただし、電線４の長さ方向の端部では絶縁被覆６が剥がされ、これによって導体５の一部（以下、「露出部」という。）５ａが露出している。

電線４の径方向において、導体５と絶縁被覆６との間には押さえテープ７が介在するようにしてもよい。押さえテープ７は、導体５と絶縁被覆６とを物理的に分離するように、導体５の外周部に巻かれている。

（金属パイプ）
金属パイプ３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。金属パイプ３は、導体５の露出部５ａが挿入可能な中空部８ａを有するように形成されており、かつ露出部５ａとの接触抵抗を十分に低減できる長さ（接触面積）であって、露出部５ａの露出長さと同程度の長さ（絶縁被覆６を覆わない長さ）を有するように形成されている。また、金属パイプ３の外径は、電線４の外径と略同等になるような肉厚で形成されていてもよい。また、金属パイプ３の表面には、接触抵抗を下げるために、錫メッキや銀メッキ等のメッキを施してもよい。

（圧縮端子）
圧縮端子２は、筒部８と、接続部９と、を一体に有している。圧縮端子２は、たとえば、銅又は銅合金からなる端子素材である。なお、接続部９の表面や筒部８の内面に錫メッキや銀メッキ等のメッキを施してもよい。

筒部８は、電線４の導体５に電気的に接続される部分となる。筒部８は、断面円形の筒状（円筒状）に形成されている。筒部８の内部は、金属パイプ３を挿入可能な中空部８ａになっていると共に、内面には凹部８ｂが設けられている。この凹部８ｂは、螺旋状のねじ溝や、筒部８の長手方向に断続的に形成された複数のリング状の溝、または複数のドット状の凹みであってもよい。中空部８ａの一端（入口部分）は、金属パイプ３の外径よりも大きく開口している。

筒部８の凹部８ｂは、圧縮ダイスからの圧力により筒部８の内周面が金属パイプ３の外周面に接触し、金属パイプ３が変形して凹部８ｂ内に入り込んで（食い込んで）、その底部と接触するような深さに形成されていることが好ましい。これにより、筒部８と金属パイプ３との接点の面積を十分に大きくすることができるため、線膨張差に起因する電気抵抗の増加を抑制することができる。

接続部９は、板状に形成されている。接続部９には、図示しない相手側端子とボルトを介して接続するための接続用孔９ａが設けられている。接続用孔９ａは、接続部９を厚み方向に貫通する状態で平面視円形に形成されている。接続部９の形状等は、相手側端子の形態に応じて任意に変更可能である。

図１に示す圧縮端子２は、たとえば、銅の板材を用意し、この板材の一方の面にプレス加工により複数の直線状の溝を形成し、この溝部形成面が内面となるように板材を曲げてから端部同士を溶接して筒状に加工し、この筒の一端が板状になるようにプレス加工し、この板状加工部分に接続用孔９ａの孔あけ加工をすることで筒部８と接続部９とを一体的に形成して作製することができる。本工程で作製された圧縮端子２は、その内面に筒部８の中心軸方向に断続的に形成された複数のリング状の凹部８ｂを有する。また、たとえば、この後に錫メッキ浴に浸して圧縮端子２全面に錫メッキを施しても良い。

なお、板状加工部分（接続部９）からの浸水を防ぐために、この部分において溶接、メッキ、または樹脂封止等の浸水対策を施してもよい。

＜端子付き電線の製造方法＞
続いて、本発明の実施形態に係る端子付き電線の製造方法について説明する。この端子付き電線１の製造方法は、第１工程としての電線４の端部加工工程と、第２工程としての接続工程と、を含む。以下、各工程について説明する。

（第１工程：電線の端部加工工程）
まず、導体５と、絶縁被覆６と、を有する電線４を用意したら、この電線４の長さ方向の端部で、導体５を被覆する絶縁被覆６を除去することにより、導体５の一部（露出部）５ａを露出させる（図１参照）。この段階では、導体５の露出部５ａの断面形状が、全体的にほぼ円形になっている。

（第２工程：接続工程）
次に、図３（ａ）に示すように、圧縮端子２の筒部８内に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属パイプ３を挿入し、この金属パイプ３内に導体５の露出部５ａと、この近傍に位置する被覆部６ａを挿入する。その状態で、図３（ｂ）に示すように、圧縮端子２の筒部８を圧縮することにより、導体５の露出部５ａは、金属パイプ３を介して圧縮端子２の筒部８に電気的に接続される。このとき、導体５の露出部５ａに形成された酸化膜の除去（破壊等）を目的に、金属パイプ３内に露出部５ａを挿入する前に、必要に応じて、露出部５ａに導電粉末（金属粉末）を塗布してもよい。圧縮時の加圧方向は、接続部９の厚み方向（板厚方向）で筒部８を挟み込む方向に設定されている。

この第２工程では、半割構造を有する一対の圧縮ダイス１０を用いる。一対の圧縮ダイス１０は、圧縮端子２の筒部８に所定の圧力を加えて筒部８の被加圧部を圧縮変形（塑性変形）させるためのものである。各々の圧縮ダイス１０は、横断面視で、それぞれ半円形の加圧面１０ａを有している。加圧面１０ａは、第２工程で筒部８の外周面に接触して所定の圧力を加えるものである。加圧面１０ａは、半円形の周面を形成している。加圧面の曲率半径は、圧縮後の筒部８の外径（所望の圧縮率）に対応して適宜設定すればよい。なお、一対の圧縮ダイス１０で形成される加圧面１０ａは、横断視で円形に限らず、たとえば六角形であっても（すなわち、六角圧縮ダイスを用いても）よい。

一対の圧縮ダイス１０は、互いの加圧面１０ａどうしを対向させた状態で配置されている。また、一対の圧縮ダイス１０は、互いに接離移動可能に設けられている。ただし、これに限らず、一方の圧縮ダイス１０を固定状態に保持し、この固定状態の圧縮ダイス１０に対して他方の圧縮ダイス１０を接離移動可能に設けたものであってもよい。

導体５の露出部５ａに圧縮端子２の筒部８を接続する場合は、筒部８の中空部８ａに、金属パイプ３及び導体５の露出部５ａを挿入した状態の筒部８を、一対の圧縮ダイス１０の間に配置する。そして、その状態で一対の圧縮ダイス１０を互いに接近する方向に移動させることにより、一対の圧縮ダイス１０で筒部８を両側から挟み込む。このとき、一対の圧縮ダイス１０に所定の圧力を加えることにより、筒部８の被加圧部を圧縮変形させる。そうすると、一対の圧縮ダイス１０に加えられた圧力が、各々の圧縮ダイス１０の加圧面１０ａを通して筒部８に伝わり、この圧力を受けて筒部８が圧縮変形する。また、筒部８が所定量だけ圧縮変形すると、筒部８の内周面が金属パイプ３の外周面に、金属パイプ３の内周面が導体５の露出部５ａにそれぞれ接触する。このため、導体５の露出部５ａは、筒部８の内周面に押されて外径が縮小（圧縮）された状態となる。これにより、導体５の露出部５ａに対して筒部８が金属パイプ３を介して電気的に接続された状態となる。ただし、一対の圧縮ダイス１０の横断面視で加圧面１０ａはそれぞれ半円形になっているため、導体５の露出部５ａの断面形状は円形に維持されたままになる。なお、露出部５ａに導電粉末（金属粉末）が塗布されている場合、圧縮ダイスからの圧力によってこの導電粉末が導体５の表面酸化膜を突き破って良好な電気的接続を得ることができる。

圧縮ダイス１０からの圧力により筒部８の内周面が金属パイプ３の外周面に接触する際に、金属パイプ３が凹部８ｂ内に入り込み、筒部８と金属パイプ３との接点の面積が大きくなるので、ヒートサイクル試験における線膨張差に起因する電気抵抗の増加を防止することができる。また、筒部８に形成された凹部８ｂが導体５の露出部５ａに直接接触しないので、導体５として細線を撚り合わせてなる可撓撚り導体を用いることができる。

なお、圧縮端子２内に導体５を筒部８に挿入する際に、導体５の露出部５ａの近傍に位置する被覆部６ａまで挿入し、この挿入された被覆部６ａの箇所も圧縮ダイス１０で圧縮してもよい。これにより、圧縮端子２の筒部８に設けられた凹部８ｂが被覆部６ａに食い込んで密着するため、筒部８内への浸水を防止することができ、圧着端子２と金属パイプ３との異種金属接合に起因する腐食を防止することができる。この際、金属パイプ３の外径は、電線２の外径と略同等になるような肉厚で形成することにより、１回の圧縮動作により導体５の露出部５ａと被覆６の被覆部６ａとを一括で圧縮接続することができる。

その後、一対の圧縮ダイス１０を互いに離間する方向に移動させる。これにより、一対の圧縮ダイス１０が筒部８から分離し、圧縮動作が完了となる。なお、筒部８の中心軸方向に位置をずらして、複数の箇所で圧縮動作を行ってもよい。

以上の製造方法により、図４に示すように、絶縁被覆６の除去によって露出させた導体５の露出部５ａに圧縮端子２の筒部８が接続された構成の端子付き電線１が得られる。

１ 端子付き電線
２ 圧縮端子
３ 金属パイプ
４ 電線
５ 導体
６ 絶縁被覆
８ 筒部
９ 接続部
１０ 圧縮ダイス

Claims (3)

1. 導体を絶縁被覆で覆った電線と、
   前記電線の端末部の前記絶縁被覆が除去されて前記導体が露出した露出部が挿入され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属パイプと、
   前記金属パイプを介して前記導体の前記露出部が挿入され、銅または銅合金からなる筒部を有する圧縮端子と、を備え、
   前記圧縮端子の前記筒部は、その内面に凹部を有し、当該凹部が前記金属パイプに食い込むように圧縮され、前記圧縮端子と前記導体が前記金属パイプを介して電気的に接続される端子付き電線。
2. 前記圧縮端子の前記筒部の凹部が前記電線の前記絶縁被覆に食い込むように形成された請求項１に記載の端子付き電線。
3. 前記電線の外径と、前記金属パイプの外径とが略等しい請求項２に記載の端子付き電線。

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