JP2020080259A - 端子付き電線 - Google Patents

Abstract

【課題】導体部と端子との間の接続信頼性の低下を抑制する。【解決手段】端子付き電線１０は、導体部１２を有する電線１１と、電線１１と電気的に接続される端子２０と、を備え、端子２０は、電線１１が載置される底板部２３と、底板部２３から延出し電線１１の外周に巻き付けられる第１バレル片２７と、底板部２３から第１バレル片２７より長く延出し電線１１の外周および第１バレル片２７に巻き付けられる第２バレル片２８と、を有し、電線１１が第１バレル片２７および第２バレル片２８により圧着される前の導体部１２の断面積Ｓ１と、電線１１が第１バレル片２７および第２バレル片２８により圧着された後の導体部１２の断面積Ｓ２と、により定義される導体圧縮率Ｐは、導体圧縮率Ｐ［％］＝（断面積Ｓ２／断面積Ｓ１）×１００とされており、導体圧縮率Ｐは、４０％から７５％の範囲である。【選択図】図８Ｂ

Description

本明細書では、端子付き電線に関する技術を開示する。

従来、電線の端末部の露出した導体が端子のバレルにより圧着される技術が知られている。特許文献１は、多数の撚り線と当該撚り線を被覆する被覆部とからなるアルミ電線と、このアルミ電線を圧着する断面Ｕ字形のワイヤーバレルを有する端子とを備えた端子圧着構造が記載されている。端子とアルミ電線との圧着の際には、基台上に固定された端子は、圧着治具の下降により、ワイヤーバレルが圧着治具の圧着溝に沿って屈曲され、やがては、ワイヤーバレルの先端部がアルミ電線の導体部における中心軸線方向に変形する。そして、ワイヤーバレルの先端部がアルミ電線の導体部の撚り線間に押し込まれて圧着された状態となる。

特許第４８０９５９１号公報

ところで、ワイヤーバレルの先端部がアルミ電線の導体部の撚り線間に押し込まれて圧着される構成では、ワイヤーバレルの先端部間で撚り線の素線がはみ出て露出した状態になりやすく、この露出した素線と端子との異種金属間に塩水等が付着することによる腐食が懸念される。一方、上記構成とは異なり、圧着の際に、ワイヤーバレルをオーバーラップ形状に変形させることにより、Ｕ字状のワイヤーバレルの一方の先端部が他方の先端部に重なる形状とすれば、撚り線がオーバーラップ形状のワイヤーバレルによって覆われて素線が外部に露出しにくくなるため、腐食の問題は生じにくくなる。しかしながら、ワイヤーバレルをオーバーラップ形状とすると、導体部とワイヤーバレルとの間の接触荷重の低下や接触面積の低下といった問題が生じやすくなり、電線の素線と端子と間の接続信頼性の低下が懸念される。

本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、導体部と端子との間の接続信頼性の低下を抑制することを目的とする。

本明細書に記載された端子付き電線は、導体部を有する電線と、前記電線と電気的に接続される端子と、を備え、前記端子は、前記電線が載置される底板部と、前記底板部から延出し前記電線の外周に巻き付けられる第１バレル片と、前記底板部から前記第１バレル片より長く延出し前記電線の外周および前記第１バレル片に巻き付けられる第２バレル片と、を有し、前記電線が前記第１バレル片および前記第２バレル片により圧着される前の前記導体部の断面積Ｓ１と、前記電線が前記第１バレル片および前記第２バレル片により圧着された後の前記導体部の断面積Ｓ２と、により定義される導体圧縮率Ｐは、導体圧縮率Ｐ［％］＝（断面積Ｓ２／断面積Ｓ１）×１００とされており、前記導体圧縮率Ｐは、４０％から７５％の範囲である。
上記構成によれば、第１バレル片と第２バレル片とがオーバーラップした状態になるため、第１バレル片と第２バレル片との間からの導体部の露出が抑制され、第１バレル片と第２バレル片との間から塩水等が浸入しなくなることにより、導体部と端子との間の腐食を抑制することができる。また、このように一対のバレル片をオーバーラップさせた状態としても導体圧縮率Ｐが４０％から７５％の範囲であるため、導体部と端子との間の接触荷重及び接触面積を比較的高い数値に維持することができる。これにより、導体部と端子との固着力が高い状態を維持することができるため、導体部と端子との間の接続信頼性の低下を抑制することが可能になる。

本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
導体圧縮率Ｐは、５０％から６０％の範囲である。

前記第１バレル片および前記第２バレル片は、前記電線の延長方向に沿って、前記導体部から前記導体部の周囲を被覆する絶縁被覆までの領域において連続して形成される。
このようにすれば、端子と導体部間への水の浸入を防止できるため、導体部と端子との間の腐食を抑制することができる。

前記底板部には、前記導体部側に突出する凸部が形成されている。

本明細書に記載された技術によれば、導体部と端子との間の腐食を抑制しつつ、導体部と端子との間の接続信頼性を向上させることが可能になる。

実施形態の端子付き電線を示す側面図 端子付き電線を示す底面図 端子に電線を載置する工程を示す斜視図 他の端子に連結された展開形状の端子を示す平面図 端子に電線を載置した状態を示す斜視図 端子に電線が載置された状態で圧着する工程を説明するための図 アンビル上の端子に電線が圧着された状態を示す断面図 導体圧縮率と、導体部と端子との間の接触荷重との関係を示す図 導体圧縮率と、導体部と端子との間の接触面積との関係を示す図 導体圧縮率と、第１バレル片と第２バレル片との間の接触荷重との関係を示す図 導体圧縮率と、第１バレル片と第２バレル片との間の接触面積との関係を示す図 導体圧縮率がＰ１のときの図１のＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ２のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ３のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ４のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ５のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ６のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ７のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ８のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ９のときのＡ−Ａ断面図 導体圧縮率がＰ１のときの図１のＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ２のときのＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ３のときのＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ４のときのＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ５のときのＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ６のときのＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ７のときのＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ８のときのＢ−Ｂ断面図 導体圧縮率がＰ９のときのＢ−Ｂ断面図 他の実施形態の導体圧縮率がＰ４のときにおけるスプリングバック後のＡ−Ａ断面図

本実施形態について図１〜図１５Ｃを参照しつつ説明する。
本実施形態の端子付き電線１０は、例えば自動車等の車両に配策されて車両の機器等に接続することができる。以下では、図２のＸ方向を前方、Ｙ方向を左方、図１のＺ方向を上方として説明する。

端子付き電線１０は、図１，図２に示すように、電線１１と、電線１１が圧着される端子２０とを有する。電線１１は、図３に示すように、導体部１２と、導体部１２の周囲を覆う絶縁被覆１３とを備える。導体部１２は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金からなる金属素線１２Ａを複数本撚り合わせた撚り線とされている。絶縁被覆１３は、絶縁性の合成樹脂からなり、電線１１の端末部では、絶縁被覆１３が除去されて導体部１２が露出している。

端子２０は、例えば、銅、銅合金等の金属からなり、端子接続部２１と、端子接続部２１の後方に連なり、電線１１の導体部１２が載置される底板部２３と、底板部２３の両側縁部から立ち上がる一対のバレル片２７，２８とを有している。端子接続部２１は、角筒状の角筒部の内部に弾性変形可能な弾性接触片２１Ａが設けられている。弾性接触片２１Ａが角筒部内に進入した相手側の雄端子（不図示）に弾性接触することにより、端子２０と雄端子とが電気的に接続される。

底板部２３は、Ｕ字状であって、端子接続部２１の後方に延びており、内側に電線１１の端末部が載置される。底板部２３には、上面側に前後方向に延びる凸部２４（図４参照）が形成され、下面側における凸部２４の裏側に凹部２５が形成されている。凸部２４は、例えばプレス機による端子の成形時に形成することができる。なお、図４は、帯状のキャリア４０に対して複数の端子が等間隔で並んで連結されており、プレス機による加工の前、又は、後に、端子２０とキャリア４０との連結部分４１が切断されるようになっている。

一対のバレル片２７，２８はオープンバレル形式であって、図３に示すように、底板部２３の一方（右方側）の側縁部から上方側に延びる第１バレル片２７と、底板部２３の他方（左方側）の側縁部から上方側に延びる第２バレル片２８とを備える。第２バレル片２８の延出方向の長さは、第１バレル片２７よりも長くされている（図６参照）。バレル片２７，２８の先端部は、外面側が傾斜状に切り欠かれることにより先端部が先細の形状とされている。一対のバレル片２７，２８が圧着される際には、導体部１２に対して巻き付くようにバレル片２７，２８が変形する。そして、導体部１２が一対のバレル片２７，２８により圧着された状態では、図７に示すように、第２バレル片２８の重なり部２８Ａが第１バレル片２７の被重なり部２７Ａの上に重なって一対のバレル片２７，２８がオーバーラップした状態となる。この状態では、導体部１２は、底板部２３とバレル片２７，２８とで包囲された状態となり、第２バレル片２８の先端２８Ｂは、第１バレル片２７の基端側の外面に密着又は当接した状態となる。

端子２０は、金属板材に対してプレス機により打ち抜き加工及び曲げ加工等を施すことにより形成することができる。なお、端子２０は、スズ、ニッケル等によるメッキ処理が施されているが、メッキ処理が施されていない構成としてもよい。

端子付き電線１０の製造方法について説明する。
図６に示すように、圧着工程のために、金型３０，３４が用意されており、下型としてのアンビル３０は、凹状の載置面３１の上に突部３２が形成されている。上型としてのクリンパ３４には、バレル片２７，２８に摺接してバレル片２７，２８を変形させる凹状面３５が形成されている。端子２０をアンビル３０の載置面３１に載置すると、載置面３１の突部３２が端子２０の凹部２５に挿入されて端子２０が位置決めされる。次に、底板部２３の上に、電線１１の端末部を載置する（図３，図５参照）。次にアンビル３０及び端子２０の上方に配されたクリンパ３４を下降させると、クリンパ３４の凹状面３５に当接した一対のバレル片２７，２８が曲げられ、図７に示すように、第１バレル片２７が導体部１２の外周に巻き付くように変形するとともに、第２バレル片２８が第１バレル片２７の先端部の外側に巻き付くように変形し、第２バレル片２８の先端部は、第１バレル片２７の基端側（被重なり部２７Ａの端部）に密着した状態となる。なお、バレル片２７，２８が変形する形状（及び導体部１２の断面形状）は、クリンパ３４の下降した位置（クリンプハイト）により異なり、クリンパ３４の下端が低くなる程、導体部１２は高圧縮（導体圧縮率Ｐは低い）となり、底板部２３上の導体部１２は、一対のバレル片２７，２８と共に押し潰された状態となる。

＜実験例＞
以下の実験例により本実施形態を詳細に説明する。実験例では、端子付き電線１０は、銅合金からなる金属板材（本実験例では厚さ０．２５ｍｍ）をプレス加工して形成した端子２０と、アルミニウム合金からなる導体部１２（本実験例では断面積０.７５ｍｍ^２）を有する電線１１とを備えている。端子付き電線１０の導体圧縮率Ｐと接触荷重との関係、及び、導体圧縮率Ｐと接触面積との関係について、ＣＡＥ（computer aided engineering）を用いたシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、クリンパ３４の高さを変えることにより、端子付き電線１０の異なる位置（図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面）について、複数の導体圧縮率Ｐ（Ｐ１〜Ｐ９）［％］の場合における端子付き電線１０の断面画像（図１０Ａ〜図１５Ｃ）を求めた。

図８Ａの接触荷重［Ｎ］は、導体部１２（図７の導体部１２の外周面１２Ｂ）と端子２０（図７の端子２０の内面２０Ａ）との間の接触面における荷重を示し、図９Ａの接触荷重［Ｎ］は、第１バレル片２７の被重なり部２７Ａ（図７の被重なり部の外面２７ＡＢ）と第２バレル片２８の重なり部２８Ａ（図７の重なり部の内面２８ＡＢ）との間の接触面における荷重を示す。また、図８Ｂの接触面積［ｍｍ^２］は、導体部１２（図７の外周面１２Ｂ）と端子２０（図７の内面２０Ａ）との間の接触面積を示し、図９Ｂの接触面積［ｍｍ^２］は、第１バレル片２７の被重なり部２７Ａ（（図７の被重なり部の外面２７ＡＢ）と第２バレル片２８（図７の重なり部の内面２８ＡＢ）の重なり部２８Ａとの間の接触面積を示す。なお、図８Ａ〜図９Ｂについて、導体圧縮率Ｐは、Ｐ１＝１８．６［％］，Ｐ２＝２６．９［％］，Ｐ３＝３９．４［％］，Ｐ４＝５１．２［％］，Ｐ５＝６３．７［％］，Ｐ６＝７５．６［％］，Ｐ７＝８６．１［％］，Ｐ８＝９４．３［％］，Ｐ９＝９８．５［％］とされている。

図１０（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、各導体圧縮率Ｐ（Ｐ１〜Ｐ９）における図１のＡ−Ａ断面（ＹＺ平面の断面）を示し、図１３（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、各導体圧縮率Ｐ（Ｐ１〜Ｐ９）における図１のＢ−Ｂ断面を示す。
ここで、導体圧縮率Ｐとは、下記式（１）で定義される値のことである。
導体圧縮率Ｐ＝｛（圧着後の導体部１２の断面積Ｓ２）／（圧着前の導体部１２の断面積Ｓ１）｝×１００（％）…（１）
断面積Ｓ１，Ｓ２は、バレル片２７，２８で圧着された状態の導体部１２におけるＹＺ平面（導体部１２の延びる方向と直交する方向）の断面積である。
導体圧縮率Ｐと接触荷重との関係は、図８Ａに示されるように、導体圧縮率Ｐが１００％の状態（非圧縮の状態）から低くなると（高圧縮にしていくと）、導体部１２と端子２０との間の接触荷重の値が高くなっていき（Ｐ９→Ｐ６）、接触荷重がほぼ一定の状態（Ｐ６→Ｐ４）になった後、導体圧縮率が５０％〜４０％になると導体部１２と端子２０との間の接触荷重が僅かに低下し、導体圧縮率が４０％以下でほぼ一定の状態（Ｐ３→Ｐ１）となる。一方、導体圧縮率Ｐと接触面積との関係は、図８Ｂに示されるように、導体圧縮率Ｐが１００％の状態から低くなると（高圧縮にしていくと）、導体部１２と端子２０との間の接触面積の値が増加していき（Ｐ９→Ｐ４）、概ね導体圧縮率が５０％以下になると導体部１２と端子２０との間の接触面積が小さくなっていく（Ｐ４→Ｐ１）。

また、図９Ａに示されるように、導体圧縮率Ｐが１００％の状態から低くなると（高圧縮にしていくと）、第１バレル片２７の被重なり部２７Ａと第２バレル片２８の重なり部２８Ａとの間の接触荷重の値は、導体圧縮率Ｐが２０％以下の状態（Ｐ９→Ｐ１）まで徐々に高くなっていく。一方、導体圧縮率Ｐと接触面積との関係は、図９Ｂに示されるように、導体圧縮率Ｐが１００％の状態から低くなると（高圧縮にしていくと）、第１バレル片２７の被重なり部２７Ａと第２バレル片２８の重なり部２８Ａとの間の接触面積の値は、徐々に高くなっていき（Ｐ９→Ｐ３）、導体圧縮率Ｐが２０〜４０％の範囲では接触面積がほぼ一定になる（Ｐ３→Ｐ１）。

上記したシミュレーションの結果によると、導体圧縮率Ｐが４０％〜７５％の範囲であると、導体部１２と端子２０との間の接触荷重及び接触面積の値が高く（図８Ａ，図８Ｂ）、導体圧縮率Ｐが５０％〜６０％とすれば、接触荷重及び接触面積の値がより高くなることがわかった。また、導体部１２と端子２０との間の接触荷重及び接触面積の値が高いことにより、導体部１２の表面の酸化皮膜を破壊して電気抵抗が小さく良好な電気的性能を確保することができる。一方、導体圧縮率Ｐが７５％より大きくなると、導体圧縮率Ｐが４０％〜７５％の場合と比較して、接触荷重及び接触面積の値が低くなり、導体部１２と端子２０との間の固着力が弱くなることがわかった。また、導体圧縮率Ｐが４０％より小さくなると、接触荷重の値がわずかに低くなり、導体圧縮率Ｐが４０％〜７５％の場合と比較して、導体部１２と端子２０との間の固着力が弱くなることがわかった。なお、導体圧縮率Ｐが４０％より小さい場合に接触荷重が少し低下するのは、導体部１２に過剰な応力がかかって電線１１が潰れ、導体部１２が一対のバレル片２７，２８の前後に延びたり、金属素線１２Ａの断線が生じることが原因と考えられる。

また、導体圧縮率Ｐが２０％〜４０％の範囲であると、第１バレル片２７の被重なり部２７Ａと第２バレル片２８の重なり部２８Ａとの間の接触荷重及び接触面積が高くなり（図９Ａ，図９Ｂ）、被重なり部２７Ａと重なり部２８Ａとの間が密着しやすく、被重なり部２７Ａと重なり部２８Ａの先端２８Ｂとの間（境界）からの水の浸入を抑制することができる。

本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
端子付き電線１０は、導体部１２を有する電線１１と、電線１１と電気的に接続される端子２０と、を備え、端子２０は、電線１１が載置される底板部２３と、底板部２３から延出し電線１１の外周に巻き付けられる第１バレル片２７と、底板部２３から第１バレル片２７より長く延出し電線１１の外周および第１バレル片２７に巻き付けられる第２バレル片２８と、を有し、電線１１が第１バレル片２７および第２バレル片２８により圧着される前の導体部１２の断面積Ｓ１と、電線１１が第１バレル片２７および第２バレル片２８により圧着された後の導体部１２の断面積Ｓ２と、により定義される導体圧縮率Ｐは、導体圧縮率Ｐ［％］＝（断面積Ｓ２／断面積Ｓ１）×１００とされており、導体圧縮率Ｐは、４０％から７５％の範囲である。

本実施形態によれば、第１バレル片２７と第２バレル片２８とがオーバーラップした状態になるため、第１バレル片２７と第２バレル片２８との間からの導体部１２の露出が抑制され、第１バレル片２７と第２バレル片２８との間から塩水等が浸入しなくなることにより、導体部１２と端子２０との間の腐食を抑制することができる。また、このように第１バレル片２７と第２バレル片２８とをオーバーラップさせた状態としても導体圧縮率Ｐが４０％から７５％の範囲であるため、導体部１２と端子２０との間の接触荷重及び接触面積を比較的高い数値に維持することができる。これにより、導体部１２と端子２０との固着力が高い状態を維持することができ、導体部１２と端子２０との間の接続信頼性の低下を抑制することが可能になる。

また、導体圧縮率Ｐは、５０％から６０％の範囲である。
このようにすれば、より一層、導体部１２と端子２０との間の接続信頼性を向上させることが可能になる。

また、第１バレル片２７および第２バレル片２８は、電線１１の延長方向に沿って、導体部１２から導体部１２の周囲を被覆する絶縁被覆１３までの領域において連続して形成される。
このようにすれば、端子２０と導体部１２間への水の浸入を防止できるため、導体部１２と端子２０との間の腐食を抑制することができる。

また、底板部２３には、導体部１２側に突出するように曲げられた凸部２４が形成されている。
このようにすれば、底板部２３の凸部２４が導体部１２に食い込むことにより、導体部１２と端子２０との間の接続信頼性を高めることができる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）端子２０は、雌端子としたが、これに限られず、雄端子やスプライス端子等に用いてもよい。
（２）一対のバレル片２７，２８の後方に、電線１１の絶縁被覆１３に巻き付いて電線１１を保持する一対の保持バレルを備えるようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、導体部１２は、アルミニウム、アルミニウム合金としたが、これに限られず、銅、銅合金、これら以外の他の金属としてもよい。また、導体部１２は、撚り線としたが、これに限られず、例えば、一本の金属からなる単芯線を用いてもよい。
（４）端子２０は、銅、銅合金としたが、これに限られず、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等の金属としてもよい。

（５）底板部２３に凸部２４及び凹部２５を設けたが、底板部２３に凸部２４や凹部２５を設けない構成としてもよい。
（６）図１６に示すように、端子付き電線１０の圧着後の第２バレル片２８の弾性復元（スプリングバック）により、第１バレル片２７の基端側と第２バレル片２８の先端２８Ｂとが重なる部分に隙間Ｇが生じていてもよい。このような場合でも上記実験例と同様の効果を得ることができる。

（７）上記実施形態では、底板部２３には、予め凸部２４及び凹部２５が形成されている構成としたが、これに限られない。例えば、凸部２４及び凹部２５が形成されていない端子２０を用い、載置面３１に突部３２の形成されたアンビル３０の載置面３１に端子２０を載置し、クリンパ３４を下降させることにより、圧着工程の際に底板部２３に凸部２４及び凹部２５が形成されるようにしてもよい。

１０： 端子付き電線
１１： 電線
１２： 導体部
２０： 端子
２３： 底板部
２４： 凸部
２７： 第１バレル片（バレル片）
２８： 第２バレル片（バレル片）
３０： アンビル
３４： クリンパ
Ｐ： 導体圧縮率
Ｓ１，Ｓ２：断面積

Claims (4)

1. 導体部を有する電線と、
   前記電線と電気的に接続される端子と、を備え、
   前記端子は、前記電線が載置される底板部と、前記底板部から延出し前記電線の外周に巻き付けられる第１バレル片と、前記底板部から前記第１バレル片より長く延出し前記電線の外周および前記第１バレル片に巻き付けられる第２バレル片と、を有し、
   前記電線が前記第１バレル片および前記第２バレル片により圧着される前の前記導体部の断面積Ｓ１と、前記電線が前記第１バレル片および前記第２バレル片により圧着された後の前記導体部の断面積Ｓ２と、により定義される導体圧縮率Ｐは、導体圧縮率Ｐ［％］＝（断面積Ｓ２／断面積Ｓ１）×１００とされており、前記導体圧縮率Ｐは、４０％から７５％の範囲である、端子付き電線。
2. 導体圧縮率Ｐは、５０％から６０％の範囲である、請求項１に記載の端子付き電線。
3. 前記第１バレル片および前記第２バレル片は、前記電線の延長方向に沿って、前記導体部から前記導体部の周囲を被覆する絶縁被覆までの領域において連続して形成される請求項１又は請求項２に記載の端子付き電線。
4. 前記導体部側に突出する凸部が形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の端子付き電線。

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