JP2022022621A - ワイヤーハーネス用構造接続体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、極細線を使用しても、耐衝撃性および接続信頼性に優れ、生産性が向上した新たなワイヤーハーネス用構造接続体を提供する。【解決手段】本発明のワイヤーハーネス用接続構造体は、１本の導体と、該導体に電気的に接続された被接続部材とを備える。前記導体は、０．６質量％以上０．８質量％以下のＳｎを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、前記導体の直径が０．２ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下であり、前記導体の表面に０．５μｍ以上２．０μｍ以下の膜厚を有するＳｎめっき皮膜が被覆されている。前記導体は、前記被接続部材と少なくとも２箇所以上で部分的に接触している接触部と、前記導体の全外周のうち前記接触部を含む外周部分を除いた非接触部とを有し、且つ、前記非接触部における前記導体の円周に対する前記接触部における前記導体の円周方向の接触長さＬの比率である接触比率が５％以上５０％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の電気配線に使用されるワイヤーハーネスに用いることができるワイヤーハーネス用構造接続体に関し、特に、極細線を使用しても、接続信頼性、耐衝撃性及び生産性に優れたワイヤーハーネス用構造接続体に関する。

従来、自動車、電車、航空機等の車両の電気配線には、導体を含む電線に端子を装着した、いわゆるワイヤーハーネスと呼ばれる部材が用いられている。このような自動車用ワイヤーハーネスには、電線の導体として通常、銅又は銅合金製の裸撚線が用いられており、電線の端部における導体がかしめ圧着された端子同士を勘合することで電気的信頼性が確保される。

一方、近年の自動車の軽量化、車内スペースの拡大、信号線の増加に伴い、現行のワイヤーハーネスの軽量化及びサイズダウンの要求が高く、電線の細径化が求められている。このような要求に応じるため、導体撚線は細線化の一途をたどってきた。しかしながら、細線化した電線を備える端子をハウジング等に勘合する際、細径化された導体が抗力不足で折れ曲がり、接続不良が生じることがある。また、導体を端子に圧着することにより導体の断面積が大きく減少するため、組み立て作業中の衝撃で導体が断線してしまうことがある。

このように、自動車用導体として現在要求されている最も細い電線（極細線）は、ハンドリングが難しいため、端子への圧着接続に変わる新たな接続方式を検討する必要がある。また、圧着接続とは異なる新たな接続方式を適用するワイヤーハーネスに極細線を使用する場合、適度な強度を有するだけでなく、圧着接続と同等の接続信頼性を維持できることが要求される。さらに、近年では電線の性能の他にも、高いコスト競争力が求められることから、従来と同等のコストで電線を作製可能であることが望ましい。

特許文献１には、複数の導体素線とその間に配される繊維状の補強材とを組み合せた極細線の導体を備える被覆電線について開示されている。しかしながら、圧着接続とは異なる接続方式およびその接続方式における導体の接続信頼性については言及されていない。また、複数の導体素線と補強材との組み合わせは生産性の観点からコスト競争力に劣ってしまう。

特許文献２には、電線として重要な特性である高い強度と導電率を有する極細銅合金線が開示されている。しかしながら、極細銅合金線の接続信頼性について評価されていない。また、導体の材料である銅合金は主成分としてＡｇを含んでおり、コスト競争力の観点から近年の極細電線への適用には不向きである。

特許文献３には、所定の化学組成成分を有する複数の銅合金素線を撚り合わせた銅合金撚線について開示されている。しかしながら、圧着接続とは異なる接続方式およびその接続方式における導体の接続信頼性については言及されていない。また、導体として複数の銅合金素線が使用されるため、生産性の観点からコスト競争力に劣っている。

このように、圧着接続とは異なる接続方式に極細線を適用した接続構造については知られていない。そのため、極細線を使用しても、圧着接続と同等の接続信頼性を満たし、さらには、耐衝撃性および生産性にも優れた新たな接続構造体の開発が望まれる。

特開２０１２－３８５３号公報 特許第４３１１２７７号公報 国際公開第２０１５／１５９６７１号

本発明は、極細線を使用しても、耐衝撃性および接続信頼性に優れ、生産性が向上した新たなワイヤーハーネス用構造接続体を提供することを目的とする。

本発明のワイヤーハーネス用接続構造体は、１本の導体と、該導体に電気的に接続された被接続部材とを備え、前記導体が、０．６質量％以上０．８質量％以下のＳｎを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、前記導体の直径が０．２ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下であり、前記導体の表面に０．５μｍ以上２．０μｍ以下の膜厚を有するＳｎめっき皮膜が被覆されており、前記導体が、前記被接続部材と少なくとも２箇所以上で部分的に接触している接触部と、前記導体の全外周のうち前記接触部を含む外周部分を除いた非接触部とを有し、且つ、前記非接触部における前記導体の円周に対する前記接触部における前記導体の円周方向の接触長さＬの比率である接触比率が５％以上５０％以下であることを特徴とする。

本発明のワイヤーハーネス用接続構造体において、前記導体が７００ＭＰａ以上の引張強度および２％以上の伸びを有し、且つ、前記導体５本を束にした３００ｍｍ長の電線の一端に４００ｇの重りを設置し、他端が固定されている位置と同じ高さから前記重りを自由落下させる耐衝撃試験において断線が生じないことが好ましい。

本発明のワイヤーハーネス用接続構造体において、前記非接触部における前記導体の直径Ｄ_０に対する前記接触部における前記導体の最小直径Ｄ_ｍｉｎの比（Ｄ_ｍｉｎ／Ｄ_０）が０．８０以上０．９９以下であることが好ましい。

本発明のワイヤーハーネス用接続構造体において、前記接触部における前記導体の引張試験力が２５Ｎ以上であることが好ましい。引張試験力の上限は特に限定されるものではないが、電線の強度の兼ね合いから４０Ｎ以下が好ましい。

本発明によれば、極細線を使用しても、耐衝撃性および接続信頼性に優れ、生産性が向上した新たなワイヤーハーネス用構造接続体を提供することができる。

図１は、本発明の実施態様であるワイヤーハーネス用接続構造体の概要を説明する概略断面図である。 図２は、図１に示したワイヤーハーネス用接続構造体のＡ－Ａ概略断面図である。

以下に、本発明の実施形態であるワイヤーハーネス用接続構造体（以下、単に「接続構造体」ということもある）について説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明を具体的に説明するために用いた代表的な実施形態の例示に過ぎず、本発明の範囲において種々の実施形態をとり得る。

［接続構造体］
本実施形態に係る接続構造体は、極細線である１本の導体と被接続部材とが電気的に接続されている。図１は本発明の実施形態に係る接続構造体の概要を説明する概略断面図の一例である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る接続構造体１は、１本の導体１０と、導体１０に電気的に接続された被接続部材２０とを備える。導体１０は、被接続部材２０と少なくとも２箇所以上で部分的に接触している接触部３０と、導体１０の全外周のうち接触部３０を含む外周部分を除いた非接触部４０とを有しており、被接続部材２０が導体１０の接触部３０に押しつけられることで被接続部材２０と導体１０との接触が保持される。また、導体１０と被接続部材２０との接続信頼性を確保するため、導体１０の表面にはＳｎめっき皮膜が被覆されている（図示せず）。接続構造体１が、導体１０が被接続部材２０と少なくとも２箇所以上で部分的に接続している構造（以下、「部分接続方式」ともいう）を有することにより、従来の圧着接続によるかしめ方式を利用しなくても、極細線の導体１本で被接続部材２０と導体１０との電気的接続が確保される。これにより、接続信頼性に優れた新たな構造接続体を提供することができる。また、圧着接続により極細線の断面積が減少することに起因する強度の低下を防止することでき、優れた耐衝撃性が付与される。さらに、複数の導体を使用しなくても所定の導電性および強度が付与されるため、生産性が向上し、導体の本数の削減に伴う軽量化、サイズダウンに寄与することができる。尚、図１では、被接続部材２０は、導体１０の同一外周上で接しているが、これに限らず、導体１０の異なる外周上でそれぞれ接していてもよく、導体１０の同一外周上と異なる外周上の両方で接していてもよい。

本実施形態に係る接続構造体１において、非接触部４０における導体１０の円周に対する接触部３０における導体１０の円周方向の接触長さＬの比率である接触比率が５％以上５０％以下である。図２は、接触部３０において、導体１０の円周方向の接触長さＬの概要を説明する概略断面図の一例である。図２に示されるように、導体１０は、被接続部材２０と少なくとも２箇所で接触している。被接続部材２０が導体１０に押しつけられることにより、導体１０が塑性変形し、導体１０（接触部３０）の外周における一定の領域で被接続部材２０と接触する。この被接続部材２０と接触する導体１０の領域における導体１０の円周方向の長さが、接触部３０における導体１０の円周方向の接触長さＬに相当する。ここで、接触長さＬは、導体１０の垂直断面において、導体１０と被接続部材２０とが接触している部分が最も長い部分である。尚、導体１０は被接続部材２０と２箇所以上で接触しているため、接触長さＬは、導体１０と被接続部材２０とが接触している各領域における接触長さの合計で算出される。

一方、非接触部４０は被接続部材２０が導体１０に押しつけられていない部分であるため、非接触部４０における導体１０の円周とは、実質的に導体１０それ自体の円周に相当する。尚、被接続部材２０による導体１０への押しつけは、例えば、被接続部材２０を圧力変形させることによる圧着や、被接続部材２０におけるまたは別部材としてバネ性を有する抑え部（図示せず）の圧力による圧着により行われる。

非接触部４０における導体１０の円周に対する接触長さＬの比率である接触比率の下限が５％以上であることにより、接続構造体１に優れた接続信頼性を付与することができる。また、接触比率の上限が５０％以下であることにより、導体１０の塑性変形量が大きくなり過ぎることに起因する導体１０の断面積の減少が抑制され、接続構造体１に優れた耐衝撃性を付与することができる。特に、接続構造体１の引張強度を向上させるため、接触比率は２０％以上であることがより好ましい。

本実施形態に係る接続構造体１において、非接触部４０における導体１０の直径Ｄ_０に対する接触部３０における導体１０の最小直径Ｄ_ｍｉｎの比（Ｄ_ｍｉｎ／Ｄ_０）は、０．５５以上であることが好ましく、０．８０以上０．９９以下であることが好ましい。特に、Ｄ_ｍｉｎ／Ｄ_０の下限が０．８０以上であることにより、耐衝撃性をより向上させることができる。

本実施形態に係る接続構造体１において、接触部３０における導体１０の引張試験力、すなわち抗力は２５Ｎ以上であることが好ましい。導体１０の引張試験力が２５Ｎ以上であることにより、耐衝撃性をより向上させることができる。一方、引張試験力の上限は特に制限されるものではないが、ワイヤーハーネスとしての用途を考慮すると、引張試験力の上限は４０Ｎ以下であることが好ましい。導体１０が所定の引張試験力を有することにより、導体１０を被接続部材２０に接続する場合に、導体１０の先端部における曲げ変形（座屈変形）を抑止することができる。

本実施形態に係る接続構造体１において、所定の耐衝撃試験を行うことにより、耐衝撃性を評価することができる。ここで、所定の耐衝撃試験として、例えば、一定の長さの電線の一端に所定の重りを設置し、他端が固定されている位置と同じ高さから重りを自由落下させる耐衝撃試験が行われる。具体的には、導線５本を束にした３００ｍｍ長の電線の一端に４００ｇの重りを設置し、他端が固定されている位置と同じ高さから重りを自由落下させる耐衝撃試験において、導体１０の断線の有無を評価する。導体１０に断線が生じない場合、接続構造体１は耐衝撃性に優れていることを意味する。耐衝撃試験で導体が断線しないことにより、接続構造体１をワイヤーハーネスとして自動車に組み込む際、組み立て作業中に負荷され得る荷重に対しても断線が生じないことを保証できる。

＜導体＞
導体１０は、直径が０．２ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下の極細線であり、最小直径クラスの１本の単線で構成される。導体１０が撚線ではなく単線であるため、従来のめっき撚線の圧縮工程における形状制御時に生じ得るめっき剥離が防止され、良好な接続信頼性を維持することができる。また、導体１０の直径が０．２ｍｍより大きいことにより、接続構造体１に優れた耐衝撃性が付与され、導体１０の直径が０．３ｍｍ以下であることにより、上述したサイズダウンの効果を十分に得ることができる。導体１０の直径は０．２４ｍｍ以上０．２６以下であることが好ましい。

導体１０の材料は、０．６質量％以上０．８質量％以下のＳｎ（錫）を含み、残部がＣｕ（銅）及び不可避的不純物からなる銅合金である。Ｓｎの含有量が０．６質量％以上０．８質量％以下であることにより、接続構造体１に優れた耐衝撃性が付与され、また、引張強度および伸びを向上させることができる。

導体１０の表面には、０．５μｍ以上２．０μｍ以下の膜厚を有するＳｎめっき皮膜が被覆されている。Ｓｎめっき皮膜の膜厚が０．５μｍ以上であることにより、接続構造体１に優れた接続信頼性が付与される。一方、Ｓｎめっき皮膜の膜厚が２．０μｍより厚くても、各種特性に特段大きな影響を及ぼすものではないが、膜厚を厚くするにつれて導体寸法が限定されるため、上述のサイズダウンの要求に対して実用には不向きである。そのため、Ｓｎめっき皮膜の膜厚が２．０μｍ以下であることにより、実用化の観点で生産性が向上する。

導体１０は、６５０ＭＰａ以上の引張強度を有することが好ましく、７００ＭＰａ以上の引張強度を有することがより好ましい。特に、導体１０の引張強度が７００ＭＰａ以上であることにより、導体１０により高い強度を付与させることができ、より優れた耐衝撃性を有する構造接続体１を得ることができる。

導体１０は、１．７％以上の伸びを有することが好ましく、２％以上の引張強度を有することがより好ましい。特に、導体１０の伸びが２％以上であることにより、導体１０により高い強度を付与させることができ、より優れた耐衝撃性を有する構造接続体１を得ることができる。

＜被接続部材＞
被接続部材２０は、導体１０と電気的に接続可能であり、また、接続信頼性を確保するためバネ性が高く、さらには導電性が良好な素材から形成されていることが好ましい。このような素材として、コルソン合金(Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金)等の強度および導電性に優れる銅合金が好適である。また、接続信頼性を高めるため、被接続部材２０の表面にはＳｎ等のめっきが施されていることが好ましい。

次に、本実施形態に係る接続構造体の製造方法の一例を説明する。

［接続構造体の製造方法］
まず、所定の合金組成を有する銅合金素線を準備し、必要に応じて素線に付着する不純物を除去した後、素線を所定の直径になるまで伸線し、任意に洗浄して極細線の導体（単線）を作製する。次いで、導体の表面に所定の膜厚になるまでＳｎめっきを施し、導体の外表面をＳｎめっき皮膜で被覆する。得られたＳｎめっき皮膜を有する導体が被接続部材と少なくとも２箇所で電気的に接続するように被接続部材を導体に押しつけ、保持することにより、極細線が従来の圧着接続ではなく、新たな接続方式により接続されたワイヤーハーネス用接続構造体を作製することができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１～３１、比較例１～８＞
実施例１～３１について、Ｓｎを０．６～０．８質量％含み、残部が銅及び不可避不純物からなる銅合金の鋳造及び直後の線形加工により、８～１０ｍｍの直径を有する素線を形成した。次いで、必要に応じて素線に付着した酸化物を除去する皮むきを行った後、０．２４～０．２６ｍｍの直径になるまで素線を伸線し、さらに酸洗を行うことで、極細線の導体を作製した。その後、導体の表面にＳｎめっきを施し、導体の外表面を０．５～２．０μｍの膜厚を有するＳｎめっき皮膜で被覆した。接続構造体として評価する際には導体の接触部と接続させる被接続部材としての要素試験片を用意し、得られたＳｎめっき皮膜を有する導体について、接触比率が５％～５０％の範囲内、Ｄ_ｍｉｎ／Ｄ_０が所定の範囲内になるようそれぞれ調整し、部分接続方式により接続構造体を作製した。尚、要素試験片内に構成されるバネ片を導体に押しつけ保持することにより要素試験片と導体の接続部とを接続した。接触比率およびＤ_ｍｉｎ／Ｄ_０は下記に示す方法で測定した。一方、比較例１～７については、合金成分、導体の直径、Ｓｎめっき皮膜の膜厚、接触比率が上記の範囲外になるように構造接続体を作製した。また、比較例８については、従来の圧着接続によるかしめ方式を利用して構造接続体を作製した。得られた各導体および各接続構造体について下記の測定および評価を行った。各測定および評価結果を表１に示す。

＜接触比率の測定＞
接続構造体に対して導体が挿入された状態で、接続部分を含む形で樹脂埋め込みを行い、図２で示す断面方向より研磨し接続部分の比率を断面より確認した。具体的には、マイクロスコープ「ＶＨＸ－１０００」（ＫＹＥＮＣＥ社製）を用いて倍率「×２０」～「×１００」の拡大像を元に装置付随の解析ツールにより接触比率を算出した。

＜Ｄ_ｍｉｎ／Ｄ_０の測定＞
上記接触比率の測定と同様の作業にてＤ_ｍｉｎ／Ｄ_０を測定した。

＜引張強度の測定＞
導体の引張強度はＪＩＳ Ｚ２２４１（２０１１）の規格に準拠して２回測定し、その平均値を引張強度として算出した。

＜伸びの測定＞
導体の伸びは、ＪＩＳ Ｚ２２４１（２０１１）の破断伸びの規格に準拠して測定した。

＜接続信頼性＞
接続信頼性は、測定端子間の距離を接続構造体の端部から導体までの距離３００ｍｍとしたこと以外はＪＩＳ Ｈ０５０５（１９７５）の規格に準拠して電気抵抗を２回測定し、その平均値を算出した。得られた平均値が０．５ｍΩ未満である場合、接続信頼性に優れるとして「〇」、０．５ｍΩを上回る場合は不合格として「×」と評価した。

＜耐衝撃性＞
得られた導体５本を束にした３００ｍｍ長の電線の一端に錘を付け、他端を固定し同位置から重りを自由落下させた耐衝撃試験を行った。４００ｇ以上の錘にて断線していない場合、耐衝撃性に非常に優れているとして「◎」、４００ｇ未満３００ｇ以上の錘にて断線していない場合、耐衝撃性に優れているとして「〇」、３００ｇの錘において断線した場合、耐衝撃性が不十分であるとして「×」とそれぞれ評価した。

＜引張試験力＞
一端を被覆付き電線、もう一端である電線と接触部と接続された接続構造体それぞれを引張試験機のつかみ具で挟みその距離が１００ｍｍとなるようにし、形状以外の試験条件はＪＩＳ Ｚ２２４１（２０１１）に準拠して２回測定し、その平均値を算出した。

表１に示されるように、実施例１～３１で得られた接続構造体は、いずれも、極細線である１本の導体だけでも耐衝撃試験で断線が生じず、耐衝撃性に優れていた。また、電気抵抗も０．５ｍΩ未満であり、接続信頼性にも優れていた。そのため、極細線であっても、耐衝撃性および接続信頼性に優れた新たなワイヤーハーネス用構造接続体を構築することができた。また、複数の導体を使用しなくても所定の導電性（接続信頼性）および強度（耐衝撃性）が付与されることから、生産性も向上し、さらには導体の本数の削減に伴う軽量化、サイズダウンに寄与することができる。このことから、実施例１～３１で得られた接続構造体はワイヤーハーネスへの用途として好適であると評価できる。

一方、比較例１、２では、導体に使用される銅合金の成分において、Ｓｎの含有量が０．６～０．８質量％の範囲外であるため、耐衝撃性が不十分であった。また、比較例３、４では、導体の直径が０．２ｍｍ以下であるため、耐衝撃性が不十分であった。

比較例５では、Ｓｎめっき皮膜の膜厚が０．５μｍ未満であるため、接続信頼性が不十分であった。

比較例６では、接触比率が５％未満であるため、接続信頼性が不十分であった。一方、比較例７では、接触比率が５０％を超えているため、耐衝撃性が不十分であった。

従来の圧着接続によるかしめ方式を利用して構造接続体を作製した比較例８では、接触比率が１００％となるため、耐衝撃性が不十分であった。

１ ワイヤーハーネス用接続構造体（接続構造体）
１０ 導体
２０ 被接続部材
３０ 接触部
４０ 非接触部

Claims (4)

1. １本の導体と、該導体に電気的に接続された被接続部材とを備え、
   前記導体が、０．６質量％以上０．８質量％以下のＳｎを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、
   前記導体の直径が０．２ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下であり、
   前記導体の表面に０．５μｍ以上２．０μｍ以下の膜厚を有するＳｎめっき皮膜が被覆されており、
   前記導体が、前記被接続部材と少なくとも２箇所以上で部分的に接触している接触部と、前記導体の全外周のうち前記接触部を含む外周部分を除いた非接触部とを有し、且つ、
   前記非接触部における前記導体の円周に対する前記接触部における前記導体の円周方向の接触長さＬの比率である接触比率が５％以上５０％以下であることを特徴とするワイヤーハーネス用接続構造体。
2. 前記導体が７００ＭＰａ以上の引張強度および２％以上の伸びを有し、且つ、
   前記導体５本を束にした３００ｍｍ長の電線の一端に４００ｇの重りを設置し、他端が固定されている位置と同じ高さから前記重りを自由落下させる耐衝撃試験において断線が生じない、請求項１に記載のワイヤーハーネス用接続構造体。
3. 前記非接触部における前記導体の直径Ｄ_０に対する前記接触部における前記導体の最小直径Ｄ_ｍｉｎの比（Ｄ_ｍｉｎ／Ｄ_０）が０．８０以上０．９９以下である、請求項１又は２に記載のワイヤーハーネス用接続構造体。
4. 前記接触部における前記導体の引張試験力が２５Ｎ以上である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤーハーネス用接続構造体。

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