JP4739075B2

JP4739075B2 - アルミ電線の端子圧着方法及び端子付きアルミ電線

Info

Publication number: JP4739075B2
Application number: JP2006073222A
Authority: JP
Inventors: 哲哉芦田; 重樹磯野; 一彦寺澤
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP2007250393A

Description

本発明は、アルミ電線の端子圧着方法及び端子付きアルミ電線に関する。

従来、自動車用のワイヤーハーネスには、主に銅製や銅合金製の導線（導体）が使用されていたが、近年、車体の軽量化のために導線を銅製等からアルミニウム又はアルミニウム合金製に変更したアルミ電線を使用する割合が多くなってきている。
アルミ電線と車載電気機器とは接続端子を介して接続されており、従来のアルミ電線と接続端子との接続方法として、アルミ電線の一端部の絶縁体を剥離して露出させた導線端部に、端子をかしめて圧着保持させる方法がある（例えば、特許文献１と特許文献２参照）。
特開２００５−３２７６９０号公報特開２００５−１７４８９６号公報

しかし、従来の銅製等の導線は、端子をかしめる（コーキング）するだけで十分に導通（導電）させることが可能であったが、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の導線では、表面に酸化皮膜が形成されるので、導線と端子間の接触抵抗の増大により導通し難い（電気的接続を確保し難い）という欠点があった。

そこで、本発明は、導通性を維持することができ、かつ、機械（強度）的接続を十分に確保することができるアルミ電線の端子圧着方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るアルミ電線の端子圧着方法は、アルミ電線の一端部の絶縁体を剥離して露出させたアルミニウム製又はアルミニウム合金製の多数本の素線から成る導線端部の横断面形状を、端子の圧着塑性変形後の横断面形状と略同一となるように予備成型し、該予備成型と同時に又はその後に、導線端部の上記素線同士を溶接して導線端部の外周面に滑面部を形成し、該導線端部の上記滑面部に延展性に富む金属材を付着し、導線端部に上記端子を塑性変形して圧着保持する。
また、本発明に係る端子付きアルミ電線は上記圧着方法により作製されたものである。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係るアルミ電線の端子圧着方法によれば、導線端部と端子とを金属材を介して機械的に強固に接続でき、かつ、金属材が素線の酸化皮膜の形成を防止して（接触抵抗を増大させるのを防止して）十分に導通性を確保して接続することができる。特に表面積が大きくなる細径のアルミニウム又はアルミニウム合金製の導体からなるアルミ電線であっても、良好に接続することができるので、同断面積のアルミ電線より、曲げやすい端子付きアルミ電線が得られる。
具体的には、断面積が大きい(38mm²〜60mm²)端子付きアルミ電線を使用する自動車のバッテリーケーブルに好適となる。
また、配置スペースが限られているバイクや軽自動車車体のバッテリーケーブルとしても、容易にアルミ電線を配策することが可能となる。
その他、ハイブリッド車、電気自動車のバッテリーとインバーター間のアルミ電線、インバーターとモーター間のアルミ電線としても好適であり、車体全体の軽量化ができ、より一層の燃費の向上に大きく役立つ。

以下、図面に基づき本発明を詳説する。
図１（ａ）に於て、１は自動車用のワイヤーハーネスに使用するアルミ電線であり、アルミ電線１は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の多数本の素線２を撚り合わせた導線（撚線）70を絶縁体３で被覆して成るものである。

まず、上記アルミ電線１を図18（イ）に示す端子４に圧着させる方法について説明する。なお、図18（イ）に示す端子４について説明しておくと、この端子４は金属板を所定形状に打ち抜いてプレス加工したものであり、図外の電気機器の端子等に接続される端子接続部12と、一対の圧着片14，14を連結部15にて一体状に連結して成る電線接続部13と、を備えている。

まず、本発明と関連の深い参考例から説明すると、図１（ａ）に示すように、最初に、アルミ電線１の一端部の絶縁体３を剥離し、導線端部７を露出させる。なお、図１（ｂ）は露出した導線端部７の横断面説明図である。
次に、図２（ａ)(ｂ）に示すように、導線端部７の横断面形状を、端子４の圧着塑性変形後の横断面形状（図５（ｂ）参照）と略同一となるように予備成型する。具体的には、図２（ｂ）に示す如く、導線端部７の横断面形状を略凹字状に形成する。

図３（ａ）に於て、８は延展性に富んだ金属材11を入れた容器である。金属材11は、例えば、アルミはんだであり、溶融した状態で容器８内に入れられている。そして、溶融金属材11に予備成型後の導線端部７を浸漬させ、引き抜いて、導線端部７に金属材11を付着させる。その後、付着した溶融金属材11を固化させる。
図３（ｂ）に示すように、固化した金属材11は、導線端部７の（少なくとも）外周を被覆するように付着する。そして、溶融金属材11が固化した状態で、金属材11の外周面の横断面形状は略凹字状となっている。

図４（ａ)(ｂ）に示すように、導線端部７の予備成型した部位を端子４の圧着片14，14の間に配置する。さらに詳しくは、図４（ｂ）に示すように、金属材11を付着した導線端部７を端子４の連結部15に接触させ、かつ、導線端部７の略凹字状の窪部が圧着片14，14の先端側を向くように配置する。

そして、図５（ａ)(ｂ）に示すように、金属材11を付着した導線端部７に端子４を塑性変形して圧着保持する。
具体的には、端子４を、導線端部７の外面を被覆した金属材11の外周面に沿って（プレス機等により）塑性変形する。即ち、端子４の圧着片14，14は互いに内側に向かって曲げられて、その先端が金属材11の外周面の窪部内へ入り込んでいる。また、端子４（圧着片14，14・連結部15）と金属材11の外周面とは密着しており、端子４圧着後の導線端部７の略凹字状の横断面形状は、端子４圧着前の状態（図４（ｂ）参照）と略同一となっている。
端子４圧着後では、導線端部７の外面に付着した電導被覆層６を介して、端子４の内面と電気的に接続している。

図６〜図９に示すのは、本発明に係るアルミ電線の端子圧着方法と関連の深い他の参考例であり、つまり、図１（ａ）に示すアルミ電線１を、図18（ロ）に示す端子４に圧着する方法である。図18（ロ）に示す端子４について説明すると、図外の電気機器の端子等に接続される端子接続部16と、円筒部18から成る電線接続部17と、を備えている。

まず、アルミ電線１の一端部の絶縁体３を剥離し、導線端部７を露出させる（図１（ａ）参照）。
そして、図６に示すように、導線端部７の横断面形状を、端子４の圧着塑性変形後の横断面形状（図９参照）と略同一となるように予備成型する。具体的には、導線端部７の横断面形状を（凹面中央に小山部を有する）略横倒三日月形に形成する。

図７のように予備成型した導線端部７に、図８に示す如く、溶融した金属材11を付着する。金属材11は、導線端部７の（少なくとも）外周を被覆するように付着して、固化させる。溶融金属材11が固化した状態で、金属材11の外周面の横断面形状は（凹面中央に小山部を有する）略横倒三日月形となっている。このようにして、電導被覆層６を外周面に被覆形成する。

そして、図８に示すように、予備成型しかつ金属材11を付着した導線端部７を端子４の円筒部18内に挿入し、その後、図９に示す如く、導線端部７に端子４を塑性変形して電導被覆層６を介して圧着保持する。
具体的には、円筒部18は、導線端部７に付着した（固化後の）金属材11の外周面に沿って塑性変形される。つまり、円筒部18の内周面は金属材11の電導被覆層６と密着し、略横倒三日月形に形成されている。そして、端子４圧着後の導線端部７の略横倒三日月形の横断面形状は、端子４圧着前の状態（図８参照）と略同一となっている。

図10〜図17に示すのは、本発明の実施の一形態であり、ここでは、細い素線２を多数本有するアルミ電線１を用いる。つまり、図１（ｂ）に示すアルミ電線１の素線２の径寸法は、約 0.8〜1.2mm に設定されているのに対し、図10に示すアルミ電線１の素線２の径寸法は、例えば0.32mmに設定されている細いものである。また、図10に示すアルミ電線１の導線70は、複数本（19本）の素線２を撚り合わせた素線束９を、複数束（19束）撚り合わせてロープ撚り線を例示する。なお、図10に示すのは、アルミ電線１の一端部の絶縁体３を剥離して露出させた導線端部７の横断面説明図である。

そして、圧着させる端子４は、図18（ハ）に示すものを使用する。図18（ハ）の端子４は、図外の電気機器の端子等に接続される端子接続部19と、有底円筒部21から成る電線接続部20と、を備えている。

まず、アルミ電線１の絶縁体３を剥離して導線端部７を露出させる（図10参照）。
次に、図11に示すように、導線端部７の横断面形状を、端子４の圧着塑性変形後の横断面形状（図14参照）と略同一となるようにレモン形に予備成型し、この予備成型と同時に、導線端部７の素線２同士を溶接して導線端部７の外周面に滑面部５を形成する。

上記予備成型と溶接は、図11の二点鎖線で示す一対のホーン22，23を備えた超音波溶接装置を使用して同時に行われ、導線端部７を一対のホーン22，23で挟んで加圧し、加圧（予備成型）しながら導線端部７に超音波振動を付与して溶接する。

導線端部７の横断面拡大図である図15と図16でさらに詳しく説明すると、図15に示すように、予備成型・溶接前の素線２は束ねられてそれぞれが互いに接触又は接近した状態に配設され、素線２の横断面は円形に形成されている。図16に示す予備成型・溶接後の（少なくとも外周面に沿っての）素線２は、それぞれ互いに溶接されている。特に、導線端部７の外周面側の素線２ａはホーン22，23にて押しつぶされると共に互いに溶接され、導線端部７の外周面に滑面部５を形成する。即ち、図15に於て、各素線２は円形であるので、素線２を束ねた素線束９の外周には円弧が連続状に並んだ細かい凹凸面を有するが、図16では、導線端部７の外周面には、図15に示す素線束９の凹凸面を滑らかにした滑面部５が形成されている。

そして、予備成型と溶接が行われた導線端部７を、溶融した金属材（アルミはんだ）11に浸漬させ（図３（ａ）参照）、図12に示すように、導線端部７の滑面部（外周面）５に金属材11を付着（塗布）して電導被覆層６を形成する。その後、金属材11が固化した状態で、金属材11の外周面はレモン形に形成されている。また、図12の部分拡大図である図17に示すように、金属材11は導線端部７の滑面部５に確実に付着している。

図13に示すように、金属材11を付着した導線端部７を端子４の有底円筒部21内に挿入し、その後、図14に示す如く、導線端部７に端子４を塑性変形して圧着保持する。
具体的には、有底円筒部21は、導線端部７に付着した（固化後の）金属材11の電導被覆層６の外周面に沿って塑性変形される。つまり、有底円筒部21の外周面の180 °対称位置をそれぞれ挟圧して、有底円筒部21を縮径塑性変形させると、有底円筒部21の内周面は金属材11の外周面と密着しレモン形に形成される。そして、端子４圧着後の導線端部７のレモン形の横断面形状は、端子４圧着前の状態（図13参照）と略同一となっている。
このようにして、端子４圧着後の導線端部７の滑面部５と端子４の内周面との間には、金属材11から成る電導被覆層６が介在している。

また、上記予備成型と溶接とは、同時に行わずに、先に予備成型のみ行って、その後溶接を行うようにしてもよい。さらに、溶接は、超音波溶接に限らず、一対の電極を備えた抵抗溶接装置で行ってもよい。

また、本発明のアルミ電線の端子圧着方法は設計変更自由であり、導線端部７の予備成型の横断面形状は、上述の実施の形態に限らず、接続する端子４の形状に応じて自由に変更することが可能である。また、アルミ電線１の導線70は、撚り線されたものや、ロープ撚りされたものの他、束巻きされたものでもよい。

図19と図20に示すのは、本発明との比較例であり、まず、図19に示す比較例について説明する。
ここで使用するアルミ電線１は、上記図１（ａ）に示すのと同じ太い径寸法の素線２を有するアルミ電線１である。また、アルミ電線１に接続する端子４には、図18（ハ）に示す有底円筒部21を有するものを使用する。

図19（ａ）に示すように、アルミ電線１の一端部の絶縁体３を剥離して導線端部７を露出させる。そして、導線端部７の予備成型を行わずに、導線端部７をそのまま、つまり導線端部７全体の横断面形状が略円形のまま、溶融した金属材11を付着する。図19（ｂ）に示すように、付着させた金属材11の電導被覆層６の形状は円形となっている。

導線端部７に付着した金属材11が固化した後、その導線端部７を端子４の有底円筒部21内に挿入し、図19（ｃ）に示すように、端子４を縮径塑性変形させて圧着保持させる。この端子４の縮径塑性変形にて、導線端部７は金属材11と共に円形からレモン形に押しつぶされ、素線２も圧縮され変形する。
そして、導線端部７を被覆する金属材11から成る電導被覆層６は、図19（ｂ）から（ｃ）への塑性変形に伴って、割れたり、粉状に破壊され、導通性が悪化する。

次に、図20に示す他の比較例について説明する。
ここで使用するアルミ電線１は、上記図10に示すのと同じ細い径寸法の素線２を有するアルミ電線１である。また、アルミ電線１に接続する端子４には、図18（イ）に示す一対の圧着片14，14を有するものを使用する。

図20（ａ）に示すように、アルミ電線１の一端部の絶縁体３を剥離して導線端部７を露出させる。そして、図20（ｂ）に示すように、導線端部７を（角が丸まった）略四角形に成型すると同時に、超音波溶接して導線端部７の外周面に滑面部５を形成する。この場合、導線端部７は、端子４の圧着塑性変形後の横断面形状と略同一（略凹字状）となるように予備成型されていない。

図20（ｃ）に示すように、導線端部７（滑面部５）に溶融した金属材11の電導被覆層６を形成する。金属材11の電導被覆層６が固化後、図20（ｄ）に示すように、導線端部７に端子４を塑性変形して圧着保持する。端子４の塑性変形にて、圧着片14，14は互いに内側に向かって曲げられてその先端が導線端部７へ食い込むので、導線端部７の横断面形状は、略四角形から略凹字状に変形される。特に、導線端部７の圧着片14，14の先端部が食い込む部位は大きく圧縮変形するので、導線端部７を被覆していた電導被覆層６はつぶされて割れたり粉状となり、破壊される。従って、端子４との導通性が低下してしまう。

以上のように、本発明のアルミ電線の端子圧着方法は、アルミ電線１の一端部の絶縁体３を剥離して露出させたアルミニウム製又はアルミニウム合金製の多数本の素線２から成る導線端部７の横断面形状を、端子４の圧着塑性変形後の横断面形状と略同一となるように予備成型し、予備成型後の導線端部７に延展性に富む金属材11を付着し、導線端部７に端子４を塑性変形して圧着保持するので、導線端部７と端子４とを金属材11を介して機械的に強固に接続でき、かつ、金属材11が素線２の酸化皮膜の形成を防止して（接触抵抗を増大させるのを防止して）十分に導通性を確保して接続することができる。
即ち、接続する端子４の圧着塑性変形後の横断面形状に対応して、導線端部７を予備成型するので、端子４を塑性変形させて導線端部７に圧着する際に、導線端部７の横断面形状が大きく変形するのを防止することができる。このことにより、導線端部７に付着した金属材11がつぶされて割れたり粉状となることがなく、アルミニウム又はアルミニウム合金製の導線端部７に酸化皮膜が形成されるのを防止することができる。また、様々な形状の端子４に対し、アルミ電線１を良好な導通性と十分な機械的接続強度を得て接続することが可能となる。

しかも、導線端部７の予備成型と同時に又はその後に、導線端部７の素線２同士を溶接して導線端部７の外周面に滑面部５を形成し、導線端部７の滑面部５に延展性に富む金属材11を付着し、導線端部７に端子４を塑性変形して圧着保持するので、ロープ撚り等のアルミ電線１の素線２が細い場合であっても、導線端部７に金属材11を確実に付着させることができる。そして、導線端部７と端子４とを金属材11を介して機械的に強固に接続でき、かつ、金属材11が素線２の酸化皮膜の形成を防止して（接触抵抗を増大させるのを防止して）十分に導通性を確保して接続することができる。
つまり、アルミ電線１の素線２が細い場合、導線端部７の外周には円弧が連続状に並んだ細かい凹凸面があるので（図15参照）、表面張力が大きい金属材（アルミはんだ）11は、その凹凸面の凹部に入り込みにくく導線端部７に付着しにくいが、素線２同士を溶接することによって凹凸面を滑らかにして滑面部５を形成することができ、その滑面部５に金属材11を確実に付着させることができる（図16、図17参照）。
このことにより、アルミ電線１に可撓性が要求される場合に、細い素線２（例えば径寸法が0.5mm 以下の素線）を使用したアルミ電線１を、良好な導通性と十分な機械的接続強度を得て端子４に接続することができる。
また、上述の方法により製造された端子付きアルミ電線は、接続する端子４の圧着塑性変形後の横断面形状に対応して、導線端部７を予備成型するので、端子４を塑性変形させて導線端部７に圧着する際に、導線端部７の横断面形状が大きく変形するのを防止することができる。このことにより、導線端部７に付着した金属材11がつぶされて割れたり粉状となることがなく、アルミニウム又はアルミニウム合金製の導線端部７に酸化皮膜が形成されるのを防止することができる。また、様々な形状の端子４に対し、アルミ電線１を良好な導通性と十分な機械的接続強度を得て接続することが可能となる。
さらに、断面積が大きい(38mm²〜60mm²)自動車のバッテリーケーブル等に好適である。また、配線スペースが限られるバイクや軽自動車車体のバッテリーケーブルとして（配線が容易で）好ましい。その他、ハイブリッド車、電気自動車のバッテリーとインバーター間に好適に用い得て、車体全体の軽量化と、一層の燃費の向上に大きく役立つ。

本発明と関係の深いアルミ電線の端子圧着方法の参考例を示す説明図であって、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は横断面説明図である。説明図であって、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は横断面説明図である。説明図であって、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は横断面説明図である。説明図であって、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は横断面説明図である。説明図であって、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は横断面説明図である。本発明の他の参考例を示す横断面説明図である。横断面説明図である。横断面説明図である。横断面説明図である。本発明の実施の一形態を示す横断面説明図である。横断面説明図である。横断面説明図である。横断面説明図である。横断面説明図である。部分拡大図である。部分拡大図である。部分拡大図である。端子の斜視図であって、（イ）は端子の一形態を示す斜視図、（ロ）は端子の他の形態を示す斜視図、（ハ）は端子のさらに別の形態を示す斜視図である。比較例を示す横断面説明図である。他の比較例を示す横断面説明図である。

１アルミ電線
２素線
３絶縁体
４端子
５滑面部
７導線端部
11 金属材

Claims

アルミ電線（１）の一端部の絶縁体（３）を剥離して露出させたアルミニウム製又はアルミニウム合金製の多数本の素線（２）から成る導線端部（７）の横断面形状を、端子（４）の圧着塑性変形後の横断面形状と略同一となるように予備成型し、該予備成型と同時に又はその後に、導線端部（７）の上記素線（２）同士を溶接して導線端部（７）の外周面に滑面部（５）を形成し、該導線端部（７）の上記滑面部（５）に延展性に富む金属材（11）を付着し、導線端部（７）に上記端子（４）を塑性変形して圧着保持することを特徴とするアルミ電線の端子圧着方法。
請求項１に記載のアルミ電線の端子圧着方法によって作製された端子付きアルミ電線。