JP2019009101A - 端子付き電線 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮接続された端子と電線の導体との間の電気抵抗が、高温環境下に曝されても増加し難い端子付き電線を提供する。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金からなる導体４を絶縁被覆５で被覆してなる電線２と、電線２の端部において、導体が絶縁被覆５で被覆されずに露出してなる導体露出部４ａに圧縮接続される圧縮部８を有する圧縮端子３と、を備える端子付き電線であって、導体露出部４ａには、Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂからなる導電粒子７を含む導電粒子入りコンパウンドが付着しており、前記導電粒子入りコンパウンド中の前記導電粒子の含有量が２０ｗｔ％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、端子付き電線に関する。

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、この導体に圧縮端子を圧縮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）。

この種の端子付き電線では、図３（Ａ）に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導体１００が空気中などの酸素１０１に触れると、同図（Ｂ）に示すように、導体１００の表面に酸化膜１０２が形成される。このため、同図（Ｃ）に示すように、電線の導体１００に圧縮端子１０３を圧縮する際に、酸化膜１０２の介在によって導体１００と圧縮端子１０３間の電気抵抗が大きくなってしまう。なお、図３（Ｃ）は圧縮端子１０３を圧縮する前の状態を示している。

特許文献１には、電線の導体に圧縮端子を圧縮するのに先立って、電線の導体に導電粒子（金属粒子）を塗布しておき、圧縮端子を圧縮したときに、圧縮時の加圧力を利用して導体表面の酸化膜を導電粒子で突き破る技術が記載されている。この技術によれば、アルミニウムからなる金属素線を撚り合わせて導体を構成した場合に、金属素線の表面を覆う酸化膜を導電粒子で破壊することができる。

特開平８−３２１３３１号公報

導電粒子として、Ｚｎ粒子を用いた場合、金属素線の表面の酸化膜を破壊して、圧縮端子と電線との間の初期電気抵抗（以下、初期抵抗ともいう）を低減させることができる。しかし、圧縮端子と導体とがアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合において、大電流の通電による温度上昇などにより圧縮端子と導体との接続部分が高温環境下に長時間曝されると、応力緩和によって金属素線間に作用する圧縮応力、及び金属素線と圧縮端子との間に作用する圧縮応力が弱まる。そうすると、圧縮端子と導体との接続部分では、金属素線の表面に酸化膜が再形成されてしまうか、又は金属素線間に隙間が生じてしまう。その結果、圧縮端子と電線との間の電気抵抗が初期抵抗と比べて増加する虞があった。

本発明の主な目的は、圧縮接続された端子と電線の導体との間の電気抵抗が、高温環境下に曝されても増加し難い端子付き電線を提供することにある。

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる導体を絶縁被覆で被覆してなる電線と、前記電線の端部において、前記導体が前記絶縁被覆で被覆されずに露出してなる導体露出部に圧縮接続される圧縮部を有する圧縮端子と、を備える端子付き電線であって、前記導体露出部には、Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂからなる導電粒子を含む導電粒子入りコンパウンドが付着しており、前記導電粒子入りコンパウンド中の前記導電粒子の含有量が２０ｗｔ％以下である端子付き電線を提供する。

本発明によれば、圧縮接続された端子と電線の端子との間の電気抵抗が、高温環境下に曝されても増加し難い端子付き電線を提供することができる。

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。 端子付き電線で生じる問題を説明する図である。

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、電線２と、圧縮端子３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、鉄道車両や自動車などの車両の内部に配線される配線材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２は、導体４と、この導体４を被覆する絶縁被覆５と、を備えた構成となっている。また、電線２は、当該電線２の端部に、導体４が絶縁被覆５で被覆されずに露出してなる導体露出部４ａを有する。この導体露出部４ａは、圧縮端子３と圧縮接続される部分となる。

（導体）
導体４は、電線２の芯線を構成している。導体４は、たとえば、複数の金属素線１１を撚り合わせてなる同心撚り線、集合撚り線、又は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）４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４の断面形状は、全体的に円形になっている。

電線２の導体４を複合撚り線によって構成する主な理由は、電線２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、電線２により多くの電流を流せるようにするためには導体４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（例えば、直径が１ｍｍ以下である）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４を構成すれば、細い金属素線１１を使用した場合でも導体４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２の大電流化と高屈曲性を両立させることが可能となる。

圧縮端子３と圧縮接続される導体露出部４ａを構成する複数の金属素線１１には、それぞれ導電性の粒子（導電粒子）７を含む導電粒子入りコンパウンドが付着している。導電粒子入りコンパウンドとしては、例えば、潤滑油や増ちょう剤などからなるグリースに導電性の粒子が含まれているものからなる。導電粒子入りコンパウンドを構成する潤滑油としては、例えば、フッ素系油、シリコーン系油、エステル系油、合成炭化水素系油等がある。これらの潤滑油のうち、高温環境下に曝されても圧縮端子３と電線２の導体４との間の電気抵抗を増加しにくくする観点からすれば、フッ素系油、又はシリコーン系油を適用することが好ましい。導電粒子７は、導体４の導体露出部４ａと圧縮端子３の圧縮部８とを圧縮接続する際に、導体露出部４ａを構成する金属素線１１の表面を覆う酸化膜を破壊するように作用するものである。そのため、導電粒子７は、導体露出部４ａを構成する複数の金属素線１１の表面に付着していることが好ましい。導電粒子７は、導体露出部４ａを構成する複数の金属素線１１の表面に導電粒子入りコンパウンドを塗布すること、又は導電粒子入りコンパウンドがあらかじめ付着している圧縮部８の内部に導体露出部４ａを挿入して導電粒子入りコンパウンドが金属素線１１の表面に付着することにより、複数の金属素線１１の表面に導体露出部４ａの長手方向に沿って付着させることができる。導電粒子７は、導体４の内部と外周部を含めて、導体４の断面領域全体に設けられていることが好ましい。導体４の内部とは、導体４の外周部よりも内周側（導体４の径方向の中心側）の部分をいい、導体４の外周部とは、導体４を裸線状態（剥き出しの状態）で見たときに外部から視認できる導体４の外周まわりの部分をいう。また、導体４の断面領域とは、電線２の長さ方向と直交する方向に導体４を断面したときに、導体４を構成している複数の集合撚り線１２の断面の集合によって形成される略円形の領域をいう。図２においては、押さえテープ６の巻き位置よりも内側の領域が、導体４の断面領域となる。

導電粒子７は、導体４の断面領域全体に均等に分散していることが望ましい。本実施形態では、導体露出部４ａにおいて、導電粒子７が集合撚り線１２を構成する各々の金属素線１１の表面に付着している。そのため、導電粒子７は、集合撚り線１２の内部と外周部を含めて、集合撚り線１２の断面領域全体に多数分散している。また、このような集合撚り線１２を複数撚り合わせて、複合撚り線からなる１本の導体４を構成している。これにより、本実施形態では、導体４の導体露出部４ａの断面領域全体に導電粒子７を均等に分散させることができる。なお、集合撚り線１２の内部、外周部および断面領域の意味するところは、それぞれ導体４の場合と同様である。

導電粒子７のサイズに関しては、たとえば、金属素線１１の外径（直径）が０．４５ｍｍ（１ｍｍ以下）であるとすると、平均粒子径が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下の微粒子を、導電粒子７として用いることができる。導電粒子７は、このような範囲の平均粒子径からなることにより、複数の金属素線１１を撚り合わせた撚り線からなる導体露出部４ａの内部に導電粒子入りコンパウンドが入り込みやすくなるため、導体露出部４ａを構成する金属素線１１の表面に導電粒子７が均一に付着しやすい。導電粒子７の平均粒子径は、金属素線１１の外径に応じて適宜変更可能である。なお、導電粒子７の平均粒子径は、レーザー回折散乱法によって求められる累積粒子径分布において、Ｄ５０（メジアン径）となる粒子径で表されるものである。

導電粒子７は、圧縮端子３を導体４の導体露出部４ａに圧縮接続するときに、金属素線１１の表面の酸化膜を突き破って金属素線１１の表面に食い込むことができる程度の硬さ（例えば、ビッカース硬さＨｖ４００以上）を有するものであればよい。また、導電粒子７は、金属素線１１の材料（すなわち、アルミニウム又はアルミニウム合金）との標準酸化還元電位差が小さい材料で構成されていることが望ましい。本実施形態では、高温環境下における端子付き電線１の電気抵抗（端子−電線間の電気抵抗）の変化を抑制するために、酸化しにくい材料、たとえば、Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂからなる粒子によって導電粒子７を構成することが望ましい。このような材料で導電粒子７を構成することにより、長期にわたって高温環境下で使用される端子付き電線１の電気抵抗の変化を抑制することができる。

すなわち、端子付き電線１では、圧縮端子３と導体４とがアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合において、大電流の通電による温度上昇などにより圧縮端子３と導体４の導体露出部４ａとの接続部分が高温環境下に長時間曝されたときに、応力緩和によって金属素線１１間に作用する圧縮応力、及び金属素線１１と圧縮端子３との間に作用する圧縮応力が弱まる。これに対して、本実施形態の端子付き電線１では、導体露出部４ａにＮｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂからなる導電粒子７を含む導電粒子入りコンパウンドが付着していることにより、金属素線１１の表面に酸化膜が再形成されてしまうこと、及び金属素線１１間に隙間が生じてしまうことを防止することができる。その結果、本実施形態の端子付き電線１では、高温環境下に曝されても圧縮端子３と電線２との間の電気抵抗（すなわち、圧縮部８と導体露出部４ａとの間の電気抵抗）を初期抵抗と比べて増加しにくくすることができる。なお、本実施形態の端子付き電線１では、上述した作用効果を得られやすくするために、Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂからなる導電粒子７を含む導電粒子入りコンパウンド中の導電粒子７の含有量が２０ｗｔ％以下であることが好ましく、２ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下がより好ましい。

（絶縁被覆）
絶縁被覆５は、絶縁材料によって構成されている。絶縁被覆５の材料としては、たとえば、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂、又はシリコーン系樹脂などを用いることができる。絶縁被覆５は、導体４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５は、電線２の長手方向にわたって導体４を被覆している。ただし、図１に示すように、電線２の長手方向の端部では絶縁被覆５が被覆されていない部分を備えており、この部分によって導体４の一部（以下、「導体露出部」という。）４ａが露出している。導体露出部４ａは、導体４の全長にわたって絶縁被覆５が被覆された電線２の端部のみを剥ぐことによって得ることができる。また、導体露出部４ａは、電線２の端部のみをあらかじめ露出させた状態で導体４の周囲に絶縁被覆５を被覆させることなどによっても得ることができる。

電線２の径方向において、導体４と絶縁被覆５との間には押さえテープ６が介在している。押さえテープ６は、導体４と絶縁被覆５とを物理的に分離するように、導体４の外周部に巻かれている。導体４の外周部に押さえテープ６を巻く理由は、導体４の周囲に押し出し成形によって絶縁被覆５を形成する場合に、絶縁被覆５を構成する材料が金属素線１１に悪影響を及ぼさないようにするためである。ただし、導体４の露出部４ａでは、絶縁被覆５と一緒に押さえテープ６が剥がされている。

（圧縮端子）
圧縮端子３は、圧縮部８と、接続部９と、を一体に有している。圧縮端子３は、たとえば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる端子素材の表面に錫メッキなどからなるメッキを施したものである。なお、錫メッキ以外のメッキ（例えば、銀メッキなど）で構成してもよい。

圧縮部８は、電線２の導体４（導体露出部４ａ）に接続される部分となる。圧縮部８は、断面円形の筒状（円筒状）に形成されている。圧縮部８の内部は、電線２の導体４の露出部４ａを挿入可能な中空部１４になっている。中空部１４の一端（入口部分）は、電線２の導体４の外径よりも大きく開口している。圧縮部８は、図１に示すように、中空部１４の一端から電線２の導体４（導体露出部４ａ）が挿入された状態で所定の部分が圧縮される。これにより、圧縮部８は、導体４（導体露出部４ａ）の表面に接触した状態で圧縮接続されることになる。なお、圧縮部８は、導体４（導体露出部４ａ）の長手方向に対して複数の圧縮箇所（図１では、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を有して、導体４（導体露出部４ａ）に圧縮接続されていることが好ましい。複数の圧縮箇所は、当該圧縮箇所の各々が所定の間隔で離間している。また、複数の圧縮箇所は、当該圧縮箇所の各々が圧縮部８の周方向の全周にわたって圧縮されている。圧縮部８は、導体４（導体露出部４ａ）の長手方向に対して上述したような複数の圧縮箇所を有することにより、特に圧縮端子３と導体４とがアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合において、圧縮端子３と導体４との間の電気抵抗を増加しにくくすることに有効である。

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の接続用孔１５が設けられている。接続用孔１５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。

以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ制限されるものではない。

（実施例）
実施例１〜４及び比較例１〜３の試料の構成を表１、２に示す。また、後述する評価項目についての評価結果も表１に示す。

（実施例１）
実施例１では、以下の手順で端子付き電線の試料を製造した。具体的には、アルミニウムからなる複数本の金属素線を用いて製造した２００ＳＱ（平方ミリメートル）の断面積を有する複合撚り線の導体（金属素線の外径：φ０．４５ｍｍ、金属素線の総本数：３７×３４本）を準備し、当該導体の周囲に絶縁被覆を被覆して電線を製造した。この電線の一端において絶縁被覆を剥がして、導体の一端に導体露出部を形成した。この導体露出部に、平均粒子径が３μｍのＮｉ−Ｐからなる導電粒子を含有するフッ素系油で構成される導電粒子入りコンパウンドを塗布した。次に、アルミニウムからなる圧縮端子の圧縮部に、導電粒子入りコンパウンドが塗布された導体露出部を挿入し、挿入部を加締める（圧縮する）ことにより、アルミニウムからなる導体露出部とアルミニウムからなる圧縮端子の圧縮部とを電気的に接続し、端子付き電線の試料を製造した。ここで、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子の含有量は２ｗｔ％であった。

（実施例２）
実施例２では、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子の含有量が５ｗｔ％であるフッ素系油で構成される導電粒子入りコンパウンドを用い、それ以外は実施例１と同様に、端子付き電線の試料を製造した。

（実施例３）
実施例３では、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子の含有量が１０ｗｔ％であるフッ素系油で構成される導電粒子入りコンパウンドを用い、それ以外は実施例１と同様に、端子付き電線の試料を製造した。

（実施例４）
実施例４では、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子の含有量が２０ｗｔ％であるフッ素系油で構成される導電粒子入りコンパウンドを用い、それ以外は実施例１と同様に、端子付き電線の試料を製造した。

（比較例１）
比較例１では、導電粒子を含有するフッ素系油で構成される導電粒子入りコンパウンドを導体露出部に塗布せずに、アルミニウムからなる圧縮端子の圧縮部へ導体露出部を挿入し、挿入部を加締める（圧縮する）ことにより、アルミニウムからなる導体露出部とアルミニウムからなる圧縮端子の圧縮部とを電気的に接続を行い、端子付き電線の試料を製造した。

（比較例２）
比較例２では、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子の代わりに、Ｚｎからなる導電粒子（含有量５ｗｔ％）を含有する導電粒子入りコンパウンドを用い、それ以外は実施例１と同様に、端子付き電線の試料を製造した。

（比較例３）
比較例３では、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子の含有量が４０ｗｔ％であるフッ素系油で構成される導電粒子入りコンパウンドを用い、それ以外は実施例１と同様に、端子付き電線の試料を製造した。

（抵抗増加率）
抵抗増加率は、初期抵抗に対する高温環境暴露試験後の抵抗の値の変化率（（高温環境暴露試験後の抵抗の値／初期抵抗の値）×１００）である。
ここで初期抵抗の値は、製造した端子付き電線において、アルミニウムからなる圧縮端子と、アルミニウムからなる導体の他端との間で抵抗の測定を行った。
また、高温環境暴露試験は、初期抵抗の値を測定した後の端子付き電線を２００℃に設定した恒温槽に配置し、大気中で２００時間まで保持することによって行った。なお、高温環境暴露試験後の抵抗の値の測定は、試料を室温まで冷却した後に、初期抵抗の値を測定するときと同様の方法で行った。
抵抗増加率が、１５％以下であるものを合格とした。
以上の結果から、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子を含む導電粒子入りコンパウンドを用いたものは、Ｚｎからなる導電粒子を含む導電粒子入りコンパウンドを用いたものよりも抵抗増加率の増加を抑制できていることが確認された。特に、これらの粒子の含有量を２ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下にすることにより、抵抗増加率を１５％以下に抑制できることが確認された。

（本発明の他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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適宜変更可能である。
例えば、実施形態を具体的に示す実施例では、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子を含有するフッ素系油で構成される導電粒子入りコンパウンドを用いたが、シリコーン系油で構成される導電粒子入りコンパウンドも使用することができる。また、実施形態を具体的に示す実施例で用いた導電粒子入りコンパウンドでは、Ｎｉ−Ｐからなる導電粒子の代わりに、Ｎｉ−Ｂからなる導電粒子（含有量２ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下）を用いることもできる。

１…端子付き電線
２…電線
３…圧縮端子
４…導体
４ａ…導体露出部
５…絶縁被覆
７…導電粒子
８…圧縮部
１１…金属素線
１２…集合撚り線

Claims (5)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金からなる導体を絶縁被覆で被覆してなる電線と、
   前記電線の端部において、前記導体が前記絶縁被覆で被覆されずに露出してなる導体露出部に圧縮接続される圧縮部を有する圧縮端子と、を備える端子付き電線であって、
   前記導体露出部には、Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂからなる導電粒子を含む導電粒子入りコンパウンドが付着しており、前記導電粒子入りコンパウンド中の前記導電粒子の含有量が２０ｗｔ％以下である
   端子付き電線。
2. 前記圧縮端子は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる請求項１に記載の端子付き電線。
3. 前記圧縮部は、前記導体露出部の長手方向に対して複数の圧縮箇所を有する請求項１又は２に記載の端子付き電線。
4. 前記圧縮部は、前記複数の圧縮箇所の各々が離間している請求項１〜３のいずれか１項に記載の端子付き電線。
5. 前記複数の圧縮箇所は、前記圧縮部の周方向の全周にわたって圧縮されている請求項３又は４に記載の端子付き電線。

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