JP5306972B2 - ワイヤハーネス、ワイヤハーネスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は自動車等に用いられるワイヤハーネスおよびワイヤハーネスの製造方法に関するものである。

従来、自動車、ＯＡ機器、家電製品等分野では、電力線や信号線として、電気導電性に優れた銅系材料からなる導電線が使用されている。特に、自動車分野においては、車両の高性能化、高機能化が急速に進められており、車載される各種電気機器や制御機器が増加している。したがって、これに伴い、使用されるワイヤハーネスも増加する傾向にある。

一方、環境問題が注目される中、自動車の軽量化が要求されている。したがって、ワイヤハーネスの使用量増加に伴う重量増加が問題となる。このため、従来使用されている銅線に代えて、軽量なアルミニウム電線が注目されている。

ここで、このような電線同士を接続する際や機器類等の接続部においては、接続用端子が用いられる。しかし、アルミニウム心線を用いたワイヤハーネスであっても、接続部の信頼性等のため、端子部には、電気特性に優れる銅が使用される場合がある。このような場合には、アルミニウム電線と銅製の端子とが接合されて使用される。

しかし、異種金属を接触させると、標準電極電位の違いから、いわゆる電食が発生する恐れがある。特に、アルミニウムと銅との標準電極電位差は大きいため、接触部への水の飛散や結露等の影響により、電気的に卑であるアルミニウム側の腐食が進行する。このため、接続部における電線と端子との接続状態が不安定となり、接触抵抗の増加や線径の減少による電気抵抗の増大、更には断線が生じて電装部品の誤動作、機能停止に至る恐れがある。

このような異種金属を接続したアルミ電線用端子としては、電線と端子との接続部を覆うように端子に樹脂材を充填した物がある（特許文献１）。

特開２００４−１１１０５８号公報

しかし、特許文献１の方法では、コネクタ端子全体を完全に樹脂材で覆う必要があり、使用する樹脂材の量が多く、コストを要する。したがって、より簡易な構造で、接触腐食を防止する方法が望まれる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、構造が簡易であり、接続作業性にも優れる、異種金属によるワイヤハーネスおよびワイヤハーネスの製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、電線導体と、前記電線導体とは異種金属からなる端子とが接続されるワイヤハーネスであって、前記端子の表面は、少なくとも、前記電線導体との接続部、および前記端子と接続される他の端子との接続部を除く部位が塗料により被覆されることを特徴とするワイヤハーネスである。

前記塗料は、乾燥後の標準膜厚が１０〜４００μｍであり、ＪＩＳ Ｋ ７２１５のタイプＤ硬度が４０〜８０であり、−４０℃〜１２５℃における接着強度が３ＭＰａ以上であることが望ましい。

前記塗料は、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、エポキシ系、フッ素系、ポリビニルブチラール系、フェノール系、ポリアミド系、アクリルゴム系のいずれか、またはこれらの混合体であることが望ましい。

前記電線導体と前記端子との接続部は、樹脂材で被覆されてもよい。この場合、前記樹脂材は、−４０℃〜１２５℃における接着強度が３ＭＰａ以上、引張強度が３０ＭＰａ以上、かつ、弾性率が２００〜１０００ＭＰａであることが望ましい。

第１の発明によれば、簡易な構造であり、接合作業性にも優れ、接触腐食を防止可能なワイヤハーネスを得ることができる。特に、端子には、電線導体との接触部を除いて塗装が施されるため、端子の大部分が被覆される。したがって、端子の表面積（外気等との接触面積）を小さくすることができる。したがって、異種金属の接触に伴う接触腐食の腐食速度を小さくすることができる。

また、塗料の膜厚および硬度が所定範囲であれば、端子の加工時や取扱い時に剥離することがない。また、塗料の接着強度が所定以上であるため使用環境において、塗料が剥離することがない。

また、電線導体と端子との接続部が樹脂材で被覆されれば、さらに確実に腐食を防止することができる。この際、樹脂材の強度および弾性率等を所定範囲とすることで、使用時に、樹脂材が剥離等することがない。

第２の発明は、ワイヤハーネスの製造方法であって、帯状の端子素材の所定範囲に塗料を塗布し、前記端子素材から端子展開材を打ち抜き、前記塗料が塗布されていない部位が、端子の電線圧着部および端子接続部に位置するように、前記端子展開材を端子の形状に加工するとともに前記電線圧着部に電線導体を挿入して、前記電線圧着部により前記電線導体を圧着することで、前記端子と前記電線導体とが接続されることを特徴とするワイヤハーネスの製造方法である。

前記電線導体を前記電線かしめ部に挿入する前に、前記電線導体と前記電線かしめ部のいずれかに、ＪＩＳ Ｚ ８８０３による粘度が１０００〜３８０００ｍＰａ・ｓである樹脂材を塗布し、前記電線かしめ部により前記電線導体をかしめた後に、前記樹脂材を硬化させてもよく、または、前記電線導体を前記電線かしめ部に挿入した後に、前記電線導体と前記電線かしめ部のいずれかに、ＪＩＳ Ｚ ８８０３による粘度が１０００〜３８０００ｍＰａ・ｓである樹脂材を塗布し、前記電線かしめ部により前記電線導体をかしめた後に、前記樹脂材を硬化させてもよい。

第２の発明によれば、従来の端子加工工程を利用して接触腐食を防止することが可能なワイヤハーネスを製造することができる。特に、端子素材に塗装を行うのみであるため、製造が容易である。

また、端子と電線導体との接合前、または接合後に、接合部に対して樹脂材料を塗布し、接合後に硬化させることで、より確実に接触腐食を防止することができる。

本発明によれば、構造が簡易であり、接続作業性にも優れる、異種金属によるワイヤハーネスおよびワイヤハーネスの製造方法を提供することができる。

ワイヤハーネス１を示す斜視図。 端子３を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。 端子素材の表面側を示す図で、（ａ）は表面の塗装部７を示す図、（ｂ）は、端子打ち抜き部と塗装部７との関係を示す図。 端子素材の裏面側を示す図で、（ａ）は裏面の塗装部７を示す図、（ｂ）は、端子打ち抜き部と塗装部７との関係を示す図。 プレス後端子素材２３を示す図で、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図。 端子３と被覆電線５との接続部を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。 子３と被覆電線５との接続部に樹脂材２５を設けた状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は平面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、ワイヤハーネス１を示す斜視図である。ワイヤハーネス１は、端子３および被覆電線５等から構成される。端子３は、銅もしくは黄銅などが使用される。端子３には被覆電線５が接続される。電線導体である被覆電線５は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の導線が使用される。すなわち、被覆電線５の導線を構成する金属と端子３を構成する金属は異種金属である。なお、以下の説明においては、銅製の端子と、アルミニウム製の（導体を有する）被覆電線５である例について説明する。

被覆電線５の先端は、絶縁被覆が剥離され、内部の導線が露出されている。被覆電線５の被覆部が端子の被覆線圧着部１１によって圧着される。また、絶縁被覆が剥離されて露出する導線部は、導線圧着部１３により圧着される。導線圧着部１３において導線部と端子３とが電気的に接続される。

端子３の先端部には筒状の端子本体１５が設けられる。図１は、雌型の端子を示す例であり、端子本体１５内部に雄端子が挿入されて電気的に接続される。なお、端子３の詳細は後述する。

端子３の表面（表面側および裏面側を含む）は、一部の非塗装部９を除き、略全面にわたって塗料が塗装された塗装部７となる。導線圧着部１３の内面および端子本体１５内部の雄端子との接触部が非塗装部９となる。塗装部７は、耐塩水性を有する塗料が塗布されており、絶縁層となる。したがって、導線との接触部である導線圧着部１３内面や、雄端子との接触部である端子本体１５内面においては、電気的な接触を確保するため、非塗装部９となる。

なお、塗料としては、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、エポキシ系、フッ素系、ポリビニルブチラール系、フェノール系、ポリイミド系、アクリルゴム系のいずれか、またはこれらの混合物であればよい。

次に、端子３について詳細に説明する。図２は端子３を示す図で、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は断面図である。前述の通り、端子３は、被覆線圧着部１１、導線圧着部１３、端子本体１５等から構成される。端子３と接続される被覆電線の導線を圧着する導線圧着部１３の内面側は、非塗装部９となる。また、端子本体１５の内部（下部）には、雄端子と接触する端子接触部１９が設けられる。すなわち、端子３と接続される雄端子は、端子接触部１９の接触面（上面）、端子本体１５の両側面（内面）および端子本体１５の上面（内面）と接触する。このため、端子接触部１９の接触面（上面）、端子本体１５の両側面（内面）および端子本体１５の上面（内面）は非塗装部９となる。

次に、端子３の製造方法について説明する。図３および図４は帯状の端子素材２１を示す図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）は端子素材２１の表面側を示し、図４（ａ）、図４（ｂ）は端子素材２１の裏面側を示す図である。端子素材２１の所定の部位には、あらかじめ塗料が塗装（プリント）され、塗装部７、非塗装部９が形成される。なお、非塗装部９を形成するためには、例えば、端子素材２１の非塗装部を形成したい部位に、あらかじめマスキングを施しておけばよい。

図３（ａ）に示すように、端子素材２１の表面側（端子３の外面を構成する面）には、帯状に塗装部７および非塗装部９が形成される。図３（ｂ）は、図３（ａ）で示す端子素材２１に対して、端子の形状にプレスする際のプレス形状を点線で示した図である。図３（ｂ）に示すように、非塗装部９は、端子プレス型の先端部近傍に位置する。なお、後述するが、非塗装部９に対応する部位は、端子３加工後に端子接触部１９（図２（ｂ））の上面側に対応する部位である。

同様に、図４（ａ）に示すように、端子素材２１の裏面側（端子３の内面を構成する面）には、帯状および所定形状に塗装部７および非塗装部９が形成される。図４（ｂ）は、図４（ａ）で示す端子素材２１に対して、端子の形状にプレスする際のプレス形状を点線で示した図である。図４（ｂ）に示すように、非塗装部９は、端子プレス型の中央近傍に位置する。なお、後述するが、非塗装部９に対応する部位は、端子３加工後に、導体圧着部１３（図２）内面および端子本体１５の両側内面および端子本体１５の上側内面に対応する部位である。

図５は、端子素材２１からプレスされた、プレス後端子素材２３（端子展開材）を示す図で、図５（ａ）は表面（端子３の外面を構成する面）を示す図であり、図５（ｂ）は裏面（端子３の内面を構成する面）を示す図である。前述のように、プレス後端子素材２３の表面においては、端子接触部１９（の上面側）に対応する部位に非塗装部９の位置が対応し、プレス後端子素材２３の裏面においては、導体圧着部１３（内面側）および端子本体１５（内面側）が非塗装部９の位置に対応する。プレス後端子素材２３は、曲げ加工等により端子形状に加工されるとともに被覆電線５と接続され、ワイヤハーネス１が製造される。

図６は、端子３と被覆電線５とが接続された状態を示す図で、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は平面図を示す。前述の通り、被覆電線５の被覆部は被覆線圧着部１１で圧着される。また、導線２５は導線圧着部１３で圧着される。導線圧着部１３の内面は非塗装部９であるため、導線２５と導線圧着部１３とは電気的に接続される。また、前述の通り、端子本体１５内面における雄端子との接触面も非塗装部９であるため、雄端子を挿入時には、端子同士が電気的に接続される。

他の部材と電気的に接続する部位（接触部）以外の部位は、端子３の内外面を含めて塗装部７となる。すなわち、端子３の金属面における、外気（外環境）と接触する表面積が小さくなる。通常、標準電極電位の異なる異種金属の接触による接触腐食の腐食速度は、接触する卑な金属の表面積（外部の腐食雰囲気や液体等と接触する表面積）に対する貴な金属の表面積の面積比に比例する。したがって、貴な金属である例えば銅製の端子の表面を塗装部７により被覆し、卑な金属である導線２５の表面積よりも小さくすることで、腐食速度を小さくすることができ、防食効果を得ることができる。

なお、塗装は、乾燥時の平均膜厚が１０μｍ〜４００μｍであることが望ましい。膜厚が１０μｍ未満または４００μｍを超える場合にでは、端子加工時に塗装部７の剥離や亀裂が生じる恐れがあるためである。なお、上記膜厚を得るためには、ＪＩＳ Ｚ ８８０３における流体の粘度の測定方法に準じた塗装前の塗料の粘度が、１００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが望ましい。塗料の粘度が大きいことで膜厚が一定しないためである。

また、塗装の硬度は、ＪＩＳ Ｋ ７２１５のタイプＤ硬度が４０〜８０であることが望ましい。硬度が小さすぎても、または、大すぎても、端子加工時に塗装が破壊される恐れがあるためである。

さらに、塗装の接着強度は、−４０℃〜１２５℃における接着強度が３ＭＰａ以上であることが望ましい。接着強度が低いと、使用時および加工時において塗装が剥離する恐れがあるためである。

以上説明したように、本実施形態のワイヤハーネス１によれば、異種金属の接触に伴う接触腐食の腐食速度を小さくすることにより、効率良く防食効果を得ることができる。すなわち、従来のような、接触部全体を被覆して防食するものとは思想が異なり、両金属の表面積比を小さくすることで、防食速度を抑えるものである。特に、端子素材にあらかじめ塗装部７を設けるのみであるため、特殊な工程が必要ではなく、簡易に製造が可能である。

次に、第２の実施形態にかかるワイヤハーネス３０について説明する。図７は、ワイヤハーネス３０を示す図で、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は側面断面図、図７（ｃ）は平面図を示す。なお、以下の説明において、図１等に示すワイヤハーネス１と同一の機能を奏する構成には、同一の符号を付し、重複した説明を省略する。ワイヤハーネス３０はワイヤハーネス１と略同様の構成であるが、樹脂材２７が設けられる点で異なる。

ワイヤハーネス３０は、さらに防食効果を得るために、導線２５と導線圧着部１３との接合部に、耐塩水性（絶縁性）の樹脂材２７が設けられる。すなわち、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、樹脂材２７が端子３内部まで充填され、露出している異種金属の接触部（導線２５および導線圧着部１３）が被覆される。樹脂材２７としては、−４０℃〜１２５℃における端子３等に対する接着強度が３ＭＰａ以上、引張強度が３０ＭＰａ以上、かつ、弾性率が２００〜１０００ＭＰａであることが望ましい。樹脂材２７の接着強度が小さいと、使用時等において樹脂材２７が剥離脱落する恐れがあり、弾性率および引張強度が上記範囲から外れると、樹脂材２７の破損や剥離が生じやすくなるため望ましくない。また、樹脂材２７の吸水率（沸騰水で２時間における）は５％以下であることが望ましい。

このような樹脂材料２７としては、例えば、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、エポキシ系等、またはこれらの混合樹脂を使用することができる。

樹脂材２７を設けるには、たとえば、前述の方法で製造された端子３および被覆電線５を接続し、接続された状態で、導線２５および導体圧着部１３を被覆するように、硬化前の樹脂材２７を塗布する。この場合、硬化前の樹脂材料として、ＪＩＳ Ｚ ８８０３における流体の粘度の測定方法に準じた粘度が５０００ｍＰａ・ｓ〜２００００ｍＰａ・ｓの範囲に調整した物が用いられる。粘度が低すぎると、樹脂材２７の塗布後に樹脂材２７が流れてしまい、粘度が大きすぎると、導線２５と導線圧着部１３との接合部近傍の隙間に充填されずに、樹脂材２７が完全に接続部を被覆することが困難となるためである。

樹脂材２７の塗布後、前述したような接着強度、引張強度、弾性率が得られるように、紫外線、熱等を加えることで樹脂材２７を硬化させる。以上により、樹脂材２７が設けられる。なお、端子３には、端子本体１５と被覆電線５との接続部との境界に突起１７が形成されるため、突起１７が堰となり、樹脂材２７が端子本体１５内部に流出することがない。

第２の実施の形態にかかるワイヤハーネス３０によれば、ワイヤハーネス１と同様の効果を得ることができる。また、樹脂材２７が設けられ、導線２５と端子３との接触部が被覆されるため、より確実に腐食を防止することができる。なお、図７においては、接続部全体を覆うように樹脂材２７を設けたが、前述の通り、端子３には塗装部７が形成され、腐食速度が抑えられているため、導線２５および非塗装部９の露出部のみが被覆されれば良い。したがって、樹脂材２７の使用量を最低限に抑えることができる。なお、樹脂材２７が破損した場合であっても、前述した腐食速度の抑制による防食効果により、接触腐食を抑制できることは言うまでもない。

また、樹脂材２７は、導線２５と端子３との接続前に塗布することもできる。たとえば、導線２５または導線圧着部１３の非塗装部９にあらかじめ樹脂材２７を塗布しておき、この状態で、導線２５と端子３とを接続してもよい。塗布された樹脂材２７は、導線圧着部１３によって導線２５をかしめる際に、樹脂材２７が周囲に押し出されて導線２５と導線圧着部１３とが電気的に接続される。

周囲に押し出された樹脂材２７は、導線圧着部１３と被覆線圧着部１１との間の隙間や、導線２５の先端部方向に流れる。なお、導線２５と端子３との接続前に樹脂材２７を確実に設ける場合には、硬化前の樹脂材料として、ＪＩＳ Ｚ ８８０３における流体の粘度の測定方法に準じた粘度が１０００ｍＰａ・ｓ〜３８０００ｍＰａ・ｓの範囲に調整した物が用いられる。粘度が低すぎると、接続前に樹脂材２７が流れてしまい、粘度が大きすぎると、導線２５と導線圧着部１３との接合部近傍の隙間に押し出されずに、樹脂材２７が完全に接続部を被覆することが困難となるためである。

図６に示すような、塗装部７および非塗装部９を有する端子３と被覆導線５とが接合されたワイヤハーネスを用い、腐食環境下における抵抗変動値を調査した。試験に供するワイヤハーネスは、端子が銅製であり被覆電線の導線がアルミニウム製である。

まず、使用される端子の所定位置（図１〜図５等に示す位置）にはあらかじめＪＩＳ Ｚ ８８０３における流体の粘度の測定方法に準じた粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下に調整された塗料を塗装した。塗料としては、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、エポキシ系の樹脂を、乾燥後の塗膜について、ＪＩＳ Ｋ ７２１５のタイプＤ硬度が４０以下〜８０以上の所望の硬度等になるように調合した。なお、乾燥後の−４０℃〜１２５℃における接着強度は、全て３ＭＰａ以上であった。また、乾燥後の塗膜の厚さを１０〜６００以上まで変化させた。

試験条件としては、１２０℃の高温暴露１２０時間、塩水噴霧（５％ＮａＣｌ）３５℃ｘ９６時間、高温高湿８５℃、９５％ＲＨｘ９６時間の信頼性試験を行い、試験前後の接触抵抗値の変動率を調査した。結果を表１に示す。

抵抗変動値が、２．５ｍΩ以下のものを合格（表中○）とし、抵抗変動値が２．５ｍΩを超えるものを不合格（表中×）と評価した。表１より明らかなように、乾燥後の標準膜厚が１０〜４００μｍであり、ＪＩＳ Ｋ ７２１５のタイプＤ硬度が４０〜８０であり、−４０℃〜１２５℃における接着強度が３ＭＰａ以上であるＮｏ．４〜Ｎｏ．６は腐食が抑制された。一方、上述の範囲を超えるものは、２．５ｍΩ以上の抵抗変動値となった。なお、詳細な結果は省略するが、塗料の種類によらず、上述の特性値を満足すれば、同様な高い防食効果を得ることが分かった。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、３０………ワイヤハーネス
３………端子
５………被覆導線
７………塗装部
９………非塗装部
１１………被覆線圧着部
１３………導線圧着部
１５………端子本体
１７………突起
１９………端子接触部
２１………端子素材
２３………プレス後端子素材
２５………導線
２７………樹脂材

Claims (8)

1. 絶縁被覆される電線導体と、前記電線導体とは異種金属からなる端子とが接続されるワイヤハーネスであって、
   前記端子の表面は、少なくとも、前記電線導体との接続部、および前記端子と接続される他の端子との接続部を除く部位が塗料により被覆されることを特徴とするワイヤハーネス。
2. 前記塗料は、乾燥後の標準膜厚が１０〜４００μｍであり、ＪＩＳ Ｋ ７２１５のタイプＤ硬度が４０〜８０であり、−４０℃〜１２５℃における接着強度が３ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載のワイヤハーネス。
3. 前記塗料は、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、エポキシ系、フッ素系、ポリビニルブチラール系、フェノール系、ポリアミド系、アクリルゴム系のいずれか、またはこれらの混合体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワイヤハーネス。
4. 前記電線導体と前記端子との接続部は、樹脂材で被覆されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤハーネス。
5. 前記樹脂材は、−４０℃〜１２５℃における接着強度が３ＭＰａ以上、引張強度が３０ＭＰａ以上、かつ、弾性率が２００〜１０００ＭＰａであることを特徴とする請求項４記載のワイヤハーネス。
6. ワイヤハーネスの製造方法であって、
   帯状の端子素材の所定範囲に塗料を塗布し、前記端子素材から端子展開材を打ち抜き、
   前記塗料が塗布されていない部位が、端子の電線圧着部および端子接続部に位置するように、前記端子展開材を端子の形状に加工するとともに前記電線圧着部に電線導体を挿入して、前記電線圧着部により前記電線導体を圧着することで、前記端子と前記電線導体とが接続されることを特徴とするワイヤハーネスの製造方法。
7. 前記電線導体を前記電線圧着部に挿入する前に、前記電線導体と前記電線かしめ部のいずれかに、
   ＪＩＳ Ｚ ８８０３による粘度が１０００〜３８０００ｍＰａ・ｓである樹脂材を塗布し、
   前記電線圧着部により前記電線導体を圧着した後に、前記樹脂材を硬化させることを特徴とする請求項６記載のワイヤハーネスの製造方法。
8. 前記電線導体を前記電線圧着部に挿入した後に、前記電線導体と前記電線圧着部のいずれかに、
   ＪＩＳ Ｚ ８８０３による粘度が５０００〜２００００ｍＰａ・ｓである樹脂材を塗布し、
   前記電線圧着部により前記電線導体を圧着した後に、前記樹脂材を硬化させることを特徴とする請求項６記載のワイヤハーネスの製造方法。

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