JP5008821B2 - 端子付電線及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に用いられる電線の端末に端子が固定された端子付電線とその製造方法に関するものである。

近年、自動車等の車両に用いられる電線については、その細線化、軽量化が求められている。しかしながら、当該電線の導体には、電気伝導度の高い銅や銅合金が一般に用いられており、これらの銅系材料は例えば鉄鋼材料と比較すると引張強度に劣るため、電線に求められる強度を確保しながらその細線化及び軽量化を図るには著しい限界がある。

そこで、特許文献１には、ステンレス鋼等からなる高強度の心線の周囲に銅系材料からなる複数の撚線を撚り合せた複合電線を用いることにより、十分な引張強度を確保しながら電線の細線化及び軽量化を図るようにしたものが開示されている。
特開平１−２２５００６号公報

前記のような電線の端末に固定される端子として、いわゆる圧着端子が多用されている。この圧着端子は、その後部に左右一対の導体圧着片（導体バレル）を有しており、これらの導体圧着片が前記電線の導体部分を抱き込む形状に塑性加工されることにより、当該導体部分に圧着され、かつ、電気的に接続されるようになっている。

ところが、このような圧着端子をそのまま前記のような複合電線、すなわち、高強度心線の周囲に銅系材料からなる撚線を撚り合わせた電線に適用した場合、従来と同じ条件で塑性加工をしても、十分な圧着力が得られにくく、また、圧着部分の形状が不安定になり易いという、従来の通常電線には存しない特有の課題が生じ得ることが判明した。

本発明者等は、前記課題の解決のために検討を重ねた結果、端子の導体圧着片が心線に突き当ることが端子固着力及び形状の安定性にきわめて大きな影響を与えることを突き止めた。

すなわち、従来のように比較的硬度の低い銅系材料のみで導体部分が形成されていた電線であれば、端子側の導体圧着片の塑性変形に合わせて前記導体部分の形状が柔軟に変化するのに対し、前記のようなステンレス鋼等からなる高強度の心線が存在する電線においては、その心線に端子側の導体圧着片が突き当るとその反力で当該導体圧着片のスプリングバックが著しく増大し、また逆に、前記導体圧着片から外力を受けた心線が中央位置から左右のいずれかに押しやられることにより、この心線の左側と右側とで撚線の圧縮率に著しい不均等が生ずる等の事態が生ずることが判明した。

このような心線と導体圧着片との当接を回避するには、例えば前記導体圧着片の展開長（塑性変形前の導体圧着片形成部位の幅寸法）を短めに設定すればよいが、当該展開長が短すぎて導体圧着片の端部同士の間に隙間が存する状態（すなわち導体圧着片が開いた状態）になると、その隙間から電線の導体部分の一部がはみ出たり、導体圧着片のスプリングバックが大きくなったりし、却って端子固着力の低下や接触抵抗の増大を招くおそれがある。

そこで本発明は、鉄鋼材料からなる単一の心線の周囲にこの心線よりも径の小さい銅または銅合金からなる複数本の撚線が撚り合わされ、かつ、これら心線及び撚線が引抜き加工によって径方向に圧縮された導体部分を有する電線と、この電線の端末に固定される金属製の端子とを備え、この端子に形成された左右の導体圧着片が前記導体部分の端末を抱き込む形状に塑性変形することにより当該導体部分の端末に圧着される端子付電線において、前記両導体圧着片が、その端部同士が接触し、かつ、これらの端部が前記導体部分のうち前記心線には接触せずに前記撚線のみに食い込む形状に塑性変形している構成としたものである。

また本発明は、鉄鋼材料からなる単一の心線の周囲にこの心線よりも径の小さい銅または銅合金からなる複数本の撚線が撚り合わされ、かつ、これら心線及び撚線が引抜き加工によって径方向に圧縮された導体部分を有する電線と、この電線の端末に固定される金属製の端子とを備え、この端子に形成された左右の導体圧着片が前記導体部分の端末を抱き込む形状に塑性変形することにより当該導体部分の端末に圧着される端子付電線を製造する方法であって、金属板から前記両導体圧着片をもつ端子材を成形する端子材成形工程と、前記両導体圧着片の間の位置に前記電線の導体部分の端末をセットして当該両導体圧着片を金型により前記導体部分の端末を抱き込む形状に塑性変形させる圧着工程とを含み、その塑性変形後の前記両導体圧着片の形状が、当該両導体圧着片の端部同士が接触する形状であって、かつ、当該両導体圧着片の端部が前記導体部分のうち前記心線には接触せずに前記撚線のみに食い込む形状となるように、前記端子の厚み寸法に応じて、前記端子材成形工程で成形する両導体圧着片の展開長を設定し、かつ、前記圧着工程で用いる金型の形状を設定するものである。

前記構成によれば、引張強度の確保と細線化及び軽量化とを両立し得る複合電線を用いながら、十分な圧着力を確保し、また圧着部分の形状を安定させることができるという効果を得ることができる。

以下、本発明に係る端子付電線を製造するための方法の好適例を図面を参照しながら説明する。

０）使用する電線について
本発明で使用する電線は、その導体部分が、鉄鋼材料からなる単一の心線の周囲に銅または銅合金からなる複数の撚線が撚り合わされたものであればよい。この実施の形態では、図１に示すような導体部分１０をもつ電線が使用される。この導体部分１０は、ステンレス鋼からなる単一の心線１２の周囲にそれよりも径の小さい複数本（図例では８本）の撚線１４が撚り合わされ、かつ、これらが引抜き加工によって径方向に圧縮されたものであり、高密度で径の小さなものとなっている。

このような導体部分１０の周囲に図２に示すような絶縁層１６を形成することにより、電気伝導度及び引張強度の双方を満足し、かつ、軽量化及び細線化に寄与し得る絶縁電線を得ることができる。

ただし、本発明で使用する電線の導体部分は、前記のように径方向に圧縮処理されたものに限らず、単に心線の周囲に撚線を撚り合わせただけのものでもよい。

１）端子材成形工程
図２に示すような端子２０を製造するにあたり、図３に示すような端子材２０′を金属板から打ち抜く。この端子材２０′は、図略の電気接触部（相手方端子と嵌合する部分）の後部に左右の導体バレル（導体圧着片）２２を有し、さらにその後方に左右のインシュレーションバレル２４を有するものであり、本発明においては、後述のように、当該端子材２０′の板厚と前記導体バレル２２の展開長（一方の導体バレル２２の端部２２ａから他方の導体バレル２２の端部２２ａまでの距離）Ｌが重要になる。

なお、前記金属板の材質すなわち端子材２０′の材質は、従来から用いられている通常の電線用端子の材質をそのまま適用すればよく、銅合金等が好適である。

２）圧着工程
前記端子材２０′の各バレル２２，２４を略Ｖ字の形状になるまで起こして図２に示すような端子２０を形成する。一方、前記絶縁電線の端末では皮剥ぎ処理をして導体部分１０を露出させておき、この導体部分１０が両導体バレル２２同士の間に位置し、かつ、絶縁層１６の端末が両インシュレーションバレル２４同士の間に位置するように、端子２０に対して電線をセットする。そして、前記各バレル２２，２４を所定形状をもつ金型によりプレスして当該金型の形状に対応する形状に両バレル２２，２４を塑性変形させる。

この金型形状すなわち加工形状は、図４に示すように、ａ）導体圧着片である導体バレル２２の端部２２ａ同士が接触し、かつ、ｂ）当該両導体バレル２２が前記導体部分１０のうち前記心線１２には接触せずに前記撚線１４のみに接触する形状とする（なお同図では便宜上複数の撚線１４の存在領域を一体的に描いてある。）。このような形状とすれば、バレル端部２２ａ間から導体部分１０の素線がはみ出すのを回避しながら、前記導体バレル２２の端部２２ａが撚線１４よりも硬度の高い心線１２に突き当ってその良好な塑性変形が阻害される不都合を防ぐことができる。

さらに、前記加工形状は、導体部分１０と導体バレル２２との間で十分な圧着強度が得られ、かつ、両者間の接触抵抗を一定以下に抑えることができるように、設定するのがより好ましい。基本的には、図４に示すようなクランプハイト（Ｃ／Ｈ）すなわち圧着部分の高さ寸法と、クランプワイド（Ｃ／Ｗ）すなわち圧着部分の幅寸法の設定が重要になる。

前記条件ａ）ｂ）を満足させるためには、端子２０の板厚に応じて前記導体バレル２２の展開長Ｌを適正な値に設定する必要がある。一般には、当該展開長Ｌを従来の適正値よりもやや短く設定するのが良く、これにより、導体バレル２２を心線１２に接触させずにそれよりも軟らかい撚線１４のみに食い込ませることが可能になる。

その具体的な設計例については、以下の実施例にて説明する。

直径0.225mmのステンレス鋼製心線１２の周囲に直径0.14mmの８本の銅製撚線１４を撚り合わせて最終断面積を0.13mm²とした導体部分１０をもつ電線を用いる。

一方、板厚0.25mmの黄銅製または耐熱銅合金製金属板から種々の導体バレル展開長Ｌをもつ端子材２０′を打ち抜いて端子２０を製造する。そして、その導体バレル形成位置に前記電線の導体部分１０の端末をセットし、クランプハイトＣ／Ｈ及びクランプワイドＣ／Ｗが互いに異なる複数種の圧着加工用金型を用いて圧着を行い、その導体−端子間の接触抵抗及び端子圧着部の固着力を測定する。接触抵抗は圧着部に20mV，10mAの低電圧低電流を流して測定し、固着力は、端子を固定した状態で電線を100mm／minの引張速度で引張ったときに端子抜けが起らない最大荷重を当該固着力として測定した。

その結果を表１に示す。

この表では、太線で囲まれたそれぞれの枠内の数値が、クランプハイトＣ／Ｗ、接触抵抗及び固着力の測定値、及び得られた断面の評価を表している。その断面評価のうち「不良１」はバレル端部２２ａ同士が離間している不良状態を示し、「不良２」は少なくとも一方のバレル端部２２ａが心線１２に接触するに至っている不良状態を示している。

例えば、最も左上の枠は、展開長Ｌを2.9mm、クランプワイドＣ／Ｗを1.2mm、クランプハイトＣ／Ｈを0.57mmに設定して複数の試料について圧着加工を行った結果、１）接触抵抗が最大であった試料の当該最大値は0.36mΩで、固着力は56.2Ｎ、断面評価は「不良１」であり、２）接触抵抗が平均である試料の当該平均値は0.19mΩで、固着力は55.2Ｎ、断面評価は「不良１」であり、３）接触抵抗が最小である試料の当該最小値は0.02mΩで、固着力は53.9Ｎ、断面評価は「不良１」であったことを示している。

なお、表中「評価省略」と記載しているエリアは、シミュレーションの段階で明らかに不良が生ずると推察し得るために実験及び評価を省略しているエリアを示している。

この表１によれば、展開長Ｌが2.9mmのものは全て、圧着バレル２２の端部２２ａ同士が接触していない不良状態（不良１）となっており、当該展開長Ｌが不足していることが理解できる。逆に展開長Ｌが3.9mmのものは全て、圧着バレル２２の端部２２ａが心線１２に接触する不良状態（不良２）となっており、当該展開長Ｌが過大であることが理解できる。

これに対し、展開長Ｌが3.4mmのものではきわめて顕著な不良状態は見られないが、クランプワイドＣ／Ｗが1.3mm以上のものは偏平度が高いために展開長Ｌが3.9mmのものと同様に圧着バレル端部２２ａが心線１２に接触する不良状態（不良２）が発生する。よって、板厚が0.25mmの場合には当該展開長Ｌ＝3.4mmでクランプワイドＣ／Ｗが1.2mmもしくはそれ以下のものが好適であると理解できる。ただし、クランプワイドＣ／ＷだけでなくクランプハイトＣ／Ｈもある程度小さくしないと十分な固着力の確保は困難であるので、本実施例ではクランプハイトＣ／Ｈを0.63〜0.72mm程度に設定するのがより好ましい。

端子材を打ち抜く金属板の板厚を0.30mmとし、それ以外は前記実施例１と同様にして実験及び評価を行った。その結果を表２に示す。

この表２によれば、展開長Ｌが3.2mmのものは全て、圧着バレル２２の端部２２ａ同士が接触していない不良状態（不良１）となっており、当該展開長Ｌが不足していることが理解できる。逆に展開長Ｌが4.3mmのものは全て、圧着バレル２２の端部２２ａが心線１２に接触する不良状態（不良２）となっており、当該展開長Ｌが過大であることが理解できる。

これに対し、展開長Ｌが3.7mmのものはきわめて顕著な不良状態は見られないが、クランプワイドＣ／Ｗが1.4mm以上のものは偏平度が高いために展開長Ｌが4.3mmのものと同様に圧着バレル端部２２ａが心線１２に接触する不良状態（不良２）が発生する。よって、板厚が0.30mmの場合には当該展開長Ｌ＝3.7mmでクランプワイドＣ／Ｗが1.3mmもしくはそれ以下のものが好適であることが理解できる。ただし、前記実施例１と同様、クランプハイトＣ／Ｈもある程度小さくしないと十分な固着力の確保は困難であるので、本実施例ではクランプハイトＣ／Ｈを0.73〜0.83mm程度に設定するのがより好ましい。

以上の表１及び表２に示されるように、好適な展開長Ｌ、クランプワイドＣ／Ｗ、クランプハイトＣ／Ｈは、端子の板厚に応じて設定すればよく、その具体的な好適値、すなわち少なくとも前記条件ａ）ｂ）を満たすための値は、実験データの採取によって求めることが可能である。

本発明の実施の形態で用いられる電線の導体部分を示す断面図である。 前記電線の端末を端子にセットした状態を示す一部断面斜視図である。 前記端子を製造するための端子材の要部を示す平面図である。 前記端子の導体バレルを電線に圧着させた部分の断面図である。

符号の説明

１０ 導体部分
１２ 心線
１４ 撚線
２０ 端子
２０′ 端子材
２２ 導体バレル（導体圧着片）
２２ａ 導体バレルの端部

Claims (2)

1. 鉄鋼材料からなる単一の心線の周囲にこの心線よりも径の小さい銅または銅合金からなる複数本の撚線が撚り合わされ、かつ、これら心線及び撚線が引抜き加工によって径方向に圧縮された導体部分を有する電線と、この電線の端末に固定される金属製の端子とを備え、この端子に形成された左右の導体圧着片が前記導体部分の端末を抱き込む形状に塑性変形することにより当該導体部分の端末に圧着される端子付電線において、
   前記両導体圧着片が、その端部同士が接触し、かつ、これらの端部が前記導体部分のうち前記心線には接触せずに前記撚線のみに食い込む形状に塑性変形していることを特徴とする端子付電線。
2. 鉄鋼材料からなる単一の心線の周囲にこの心線よりも径の小さい銅または銅合金からなる複数本の撚線が撚り合わされ、かつ、これら心線及び撚線が引抜き加工によって径方向に圧縮された導体部分を有する電線と、この電線の端末に固定される金属製の端子とを備え、この端子に形成された左右の導体圧着片が前記導体部分の端末を抱き込む形状に塑性変形することにより当該導体部分の端末に圧着される端子付電線を製造する方法であって、
   金属板から前記両導体圧着片をもつ端子材を成形する端子材成形工程と、
   前記両導体圧着片の間の位置に前記電線の導体部分の端末をセットして当該両導体圧着片を金型により前記導体部分の端末を抱き込む形状に塑性変形させる圧着工程とを含み、
   その塑性変形後の前記両導体圧着片の形状が、当該両導体圧着片の端部同士が接触する形状であって、かつ、当該両導体圧着片の端部が前記導体部分のうち前記心線には接触せずに前記撚線のみに食い込む形状となるように、前記端子の厚み寸法に応じて、前記端子材成形工程で成形する両導体圧着片の展開長を設定し、かつ、前記圧着工程で用いる金型の形状を設定することを特徴とする端子付電線の製造方法。
   

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