JP5809787B2 - 接続構造体および端子 - Google Patents

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Description

本発明は、接続構造体および端子に関し、特に自動車用ワイヤーハーネスの接続を担う接続構造体および端子に関する。
自動車の排気ガスからの二酸化炭素排出量の低減が求められており、車両の軽量化が推進されている。電気系統を繋ぐワイヤーハーネスについても軽量化が求められており、従来の銅系材料をアルミニウム材料に置き換える検討がなされ、一部では採用されている。
端子材料は、その接点特性と伝導性の観点から銅系合金にスズ(Sn)や金(Au)めっきを施した材料が適用されている。端子に、アルミニウム電線を圧着して使用すると、端子材料のスズ、金、銅等の材料に対しアルミニウムは卑な電位を示すため、使用中にアルミニウムが腐食し、電気導体としての機能を継続して担うことが難しくなる。
特に、細いアルミニウム電線と端子とを圧着した場合には、圧着部における端子材料の占める比率が高くなるので、アルミニウム電線の腐食速度が極めて高くなり、腐食環境によっては、電線機能は急速に劣化してしまう。
実際に、導体断面積が2mm以上の電線を圧着した端子の場合には、塩水噴霧試験等の車載環境を加速した試験により評価した場合にも、電気抵抗の上昇や、破壊強度の低下がほとんど見られないが、導体断面積が1.5mmや、0.75mmなどの細い電線を圧着した端子では、塩水噴霧試験により、アルミニウム導体の溶出が起き、電気抵抗が著しく上昇することが分かっている。
これに対し、端子の腐食を防止する手法が提案されている。
例えば、端子本体をアルミニウムで構成し、接点を支持する弾性片を鉄系材料で構成する技術(例えば、特許文献1、2参照。)や、アルミニウム電線に銅合金製の中間キャップを被覆して圧着する技術(例えば、特許文献3参照。)が開示されている。
しかし、弾性片を組み込む構成は小型の端子に対しては細かい作業となり、量産性に劣るとともに、弾性片を構成する材料とアルミニウム材料との異種金属腐食が避けられない。
中間キャップを用いる構成では、電線圧着構造が複雑となる故に、電線圧着時のかしめ条件の最適化が難しくなることが予測される。また、微小なすき間等が生じアルミニウム導体の微小な部分が外環境にさらされてしまった場合には、そこから急速に腐食が進行して接続機能の維持が困難となる恐れが高い。その他、露出したアルミニウム電線を外環境と遮断するために、電線露出部にグリスや樹脂等の有機物を塗布することも容易に考えられるが、上述と同様の理由により、微小な欠陥やすき間から急速に腐食が進行する恐れがある。
そこで、端子に別な材料を組み込まず、圧着部にさらなる複雑化の構成を設けず、かつ、微小な露出に弱い点がある外環境を遮断する手法ではない、新しい防食技術が待たれている。
アルミニウム電線を銅または銅合金材料で圧着した接続構造体において異種金属腐食が起きる場合、アルミニウム電線の露出面がアノード極となる一方で、銅または銅合金端子の露出面がカソード極となる。腐食電流は、端子の露出部表面積(カソード面積)Scとアルミニウム電線の露出部表面積(アノード面積)Saとの面積比Sc/Saに正の相関があるとされており、防食にはこの面積比を下げることが有効である。しかし、接点や圧着部を支える端子において、端子の露出部表面積Scを低減し、見かけ上のアルミニウム電線の露出部表面積Saを増加させる具体的な手法はこれまで示されていない。また、そのような構成とした場合、端子の強度等、他の特性の低下を招かぬような構造が望まれる。さらに、面積比Sc/Saを減じる手法は理想の腐食論に過ぎず、工業的には理想から逸脱することも予測され、実際の使用現場にて効果が発揮される端子の構成が望まれる。
なお、自動車電装用の箱型メス端子に関し、外形寸法の増大を伴うことなく周壁の変形強度を高めた技術(例えば、特許文献4参照。)が開示されている。特許文献4に記載された図2によると端子の正面壁中に長方形の開口部が形成されている。このような開口部を電線接続と雌雄勘合接点を有する端子に形成すれば、端子の露出部表面積Scが低下して面積比Sc/Saの減少に一定の効果があると期待される。しかし開口部を形成した部分の強度低下を招く恐れがある。従来は面積比をどの程度まで下げれば良いのかが全く分かっていないため、どのような形状の開口部をどの程度形成すれば、強度を確保して腐食を抑制できるのかが不明であった。
特開2004−199934号公報 特開2003−338334号公報 特開2004−207172号公報 特開2000−243498号公報
本発明は、端子の強度を確保しつつアルミニウム電線の導体の腐食を防止して電気抵抗の上昇を抑えることを課題とする。また本発明はアルミニウム導体の腐食を低減して耐食性を向上させ、電気抵抗の上昇を抑えた接続構造体を提供することを課題とする。
本発明は、端子と該端子を接続するアルミニウム電線とを有し、前記端子は、相手端子が接続される端子接続部および前記アルミニウム電線を接続する電線接続部を有していて、表面にスズめっきまたは金めっきが施されている銅または銅合金で構成され、前記アルミニウム電線の導体の断面積が0.1mm以上1.5mm以下の範囲を有する接続構造体であって、前記端子の露出部表面積Scと前記アルミニウム電線の導体の露出部表面積Saとの面積比Sc/Saの値が3以上10以下であり、前記端子接続部は箱部を有し、前記電線接続部は、前記箱部より連続する首部にワイヤバレルとインスレーションバレルが順に形成されて構成され前記ワイヤバレルは、かしめて前記アルミニウム電線の導体が前記電線接続部に圧着されるものであり、前記インスレーションバレルは、かしめて前記アルミニウム電線の導体を被覆する絶縁体が前記電線接続部に圧着されるものであり、前記アルミニウム電線の導体の前記ワイヤバレル端面からの突出長さ1.5mm以上4.6mm以下であり、箱/ワイヤバレル間の残存面積率およびインスレーションバレルの残存面積率ともに、0.5以上1以下である接続構造体を提供する。
本発明の接続構造体は、端子の露出部表面積Scとアルミニウム電線の露出部表面積Saとの面積比Sc/Saの値が10を超えると、腐食によるアルミニウム電線の導体の溶解、溶出が著しく進行し、アルミニウム電線の導体圧着部の電気抵抗を低く維持できなくなる。また、面積比Sc/Saの値が3を下回ると、端子自体の強度が不足する。したがって、面積比Sc/Saの値は3以上10以下として、端子の強度を確保している。面積比Sc/Saの値は、好ましくは3以上5以下である。
以下、端子の露出部表面積Scは、接続構造体における端子の露出している表面積の総和である。ただし、圧着部内面の面積、相手端子との接続構造部における端子材料の重なり部内面の面積は除く。またアルミニウム電線の露出部表面積Saは、アルミニウム電線の導体の露出している表面積である。ただし、圧着部内側の導体の表面積は除く。
本発明の接続構造体および端子によれば、アルミニウム導体の腐食を低減し抵抗、耐食性を向上させ、電気抵抗の上昇を抑えた接続構造体および端子を提供することができる。
本発明の接続構造体の好ましい一実施形態の第1実施態様を示した分解斜視図である。 接続構造体の第1実施態様における端子底面の下面図である。 接続構造体の第1実施態様における開口部を形成した端子底面の下面図である。 端子へのアルミニウム電線の圧着状態を示した要部斜視図である。 本発明の接続構造体の実施形態の第2実施態様を示した分解斜視図である。 本発明の接続構造体の実施形態の第3実施態様を示した分解斜視図である。 本発明の接続構造体の実施形態の第4実施態様を示した分解斜視図である。 浸漬電位計測器の概略構成図である。 浸漬電位と面積比Sc/Saとの関係を示す図である。 合金1の浸漬電位と面積比Sc/Saとの関係を示す図である。 従来例の接続構造体を示した分解斜視図である。 合金2および合金3の浸漬電位と面積比Sc/Saとの関係を示す図である。
本発明の接続構造体の好ましい一実施形態の第1実施態様を図1に示した分解斜視図を参照して説明する。
図1に示すように、接続構造体1は、端子10とこの端子10に接続するアルミニウム電線30とを有する。端子10は、相手端子(図示せず)が接続される端子接続部11およびアルミニウム電線30を接続する電線接続部12を有していて、表面にスズめっきまたは金めっきが施されている銅または銅合金で形成されている。
上記アルミニウム電線30の導体31の断面積Sは、0.1mm以上1.5mm以下の範囲となっている。
また端子10の露出部表面積Scとアルミニウム電線30の導体31の露出部表面積Saとの面積比Sc/Saの値が3以上10以下となっている。
面積比Sc/Saの値が10を超えると、腐食による導体31の溶解、溶出が著しく進行し、導体31の圧着部の電気抵抗を低く維持できなくなる。また、面積比Sc/Saの値が3を下回ると、端子10自体の強度が不足する。したがって、面積比Sc/Saの値は3以上10以下として、端子10の強度を確保している。面積比Sc/Saの値は、好ましくは3以上5以下である。
端子の露出部表面積Scおよび導体31の露出部表面積Saの定義は前述の通りである。
次に、端子10を詳細に説明する。端子接続部11は箱部21を有している。電線接続部12は、箱部21側より連続する首部22にワイヤバレル23、インスレーションバレル24が順に形成されて構成されている。ワイヤバレル23は、端子10の幅方向の両側に対向する状態で端子10から連続して形成されている。またインスレーションバレル24も端子10の幅方向の両側に対向する状態で端子10から連続して形成されている。
そしてアルミニウム電線30の導体31および導体31を被覆する絶縁体32は、矢印で示す首部22の位置にワイヤバレル23およびインスレーションバレル24によって圧着されている。
箱部21の側面、箱部21の上面、箱部21とワイヤバレル23間の底面21Bから選ばれる箇所に開口部が形成されている。この第1実施態様では、箱部21とワイヤバレル23間の底面21Bに開口部25が形成されている例を示した。
上記開口部25が形成される部位の一例の詳細を図3によって示す。図3は、図1に記載した端子10を底面側より見た下面図である。
図3に示すように、箱部21とワイヤバレル23間の底面21Bに開口部25が形成されている。この例示における開口部25は、略台形を成し、端子10の長手方向に伸びる中心線Cに対して対象となる位置に2つが形成されている。開口部25は、その形状が台形に限定されず、円形、長円形、楕円形、矩形、多角形等であってもよく、その形成箇所数は2箇所に限定されず、面積比Sc/Saの値が3以上10以下となる範囲内で適宜決定される。
開口部25を形成した領域の端子10を構成する部材の残存面積率は、図2の端子の下面図に示すように、箱部21とワイヤバレル23間のハッチングで示した底面21Bの面積SBと、底面21Bの面積SBから前述の開口部25の面積SBWを差し引いた面積との比(SB−SBW)/SBで表される。前述の図3に示した開口部25を形成した構成では、残存面積率は0.2である。
次に、上記接続構造体1における端子10へのアルミニウム電線30の圧着状態を、図4に示した要部斜視図を参照して説明する。
図4に示すように、それぞれのワイヤバレル23、23とそれぞれのインスレーションバレル24、24の間にアルミニウム電線30を設置し、ワイヤバレル23、23をかしめることでアルミニウム電線30の導体31を電線接続部12に圧着し、インスレーションバレル24、24をかしめることでアルミニウム電線30の導体31を被覆する絶縁体32を電線接続部12に圧着する。
このとき、アルミニウム電線30の導体31のワイヤバレル23端面からの突出長さLを1.5mm以上4.6mm以下とする。
アルミニウム電線30の導体31の突出長さが1.5mm未満では、犠牲防食効果および面積比Sc/Saの低下に寄与する効果が小さいため、腐食による導体31の溶解、溶出が進行し、圧着部の電気抵抗を低く維持することができなくなる。また、導体31の突出長さが5mmを超えると、犠牲防食効果はより大きく現れると推定される。さらに、端子10の構成上、導体31の突出長が大きすぎて圧着することが難しくなる。または端子10の構造を大幅に変更しなければ圧着ができなくなるという問題が生じる。したがって、アルミニウム電線30の導体31のワイヤバレル端面からの突出長さは1.5mm以上5mm以下とすることが好ましい。
次に、本発明の接続構造体の実施形態の第2実施態様を図5に示した分解斜視図を参照して説明する。
図5に示すように、接続構造体1(1B)は、前述の第1実施態様の接続構造体1Aに対して開口部25を形成せず、箱部21の側面21Sに開口部26を形成したものである。したがって、端子10を構成する端子接続部11、電線接続部12、箱部21、首部22、ワイヤバレル23、インスレーションバレル24等は前述の第1実施態様と同様の構成であり、アルミニウム電線30およびその導体31も前述の第1実施態様と同様の構成であり、矢印で示す首部22の位置に圧着される。また面積比Sc/Saは前述の第1実施態様と同様である。
この実施態様における開口部26は、矩形を成し、端子10の長手方向に等間隔に3つが形成されている。開口部26は、その形状が矩形に限定されず、円形、長円形、楕円形、台形、多角形等であってもよく、その形成箇所数は3箇所に限定されず、1箇所であってもそれ以上であってもよく、面積比Sc/Saの値が3以上10以下となる範囲内で適宜決定される。
次に、本発明の接続構造体の実施形態の第3実施態様を図6に示した分解斜視図を参照して説明する。
図6に示すように、接続構造体1(1C)は、前述の第1実施態様の接続構造体1Bに対して開口部25を形成せず、箱部21の上面に開口部27を形成したものである。したがって、端子10を構成する端子接続部11、電線接続部12、箱部21、首部22、ワイヤバレル23、インスレーションバレル24等は前述の第1実施態様と同様の構成であり、アルミニウム電線30およびその導体31も前述の第1実施態様と同様の構成であり、矢印で示す首部22の位置に圧着される。また面積比Sc/Saは前述の第1実施態様と同様である。
この実施態様における開口部27は、矩形を成し、端子10の長手方向2つが形成されている。開口部27は、その形状が矩形に限定されず、円形、長円形、楕円形、台形、多角形等であってもよく、その形成箇所数は2箇所に限定されず、1箇所であってもそれ以上であってもよく、面積比Sc/Saの値が3以上10以下となる範囲内で適宜決定される。
次に、本発明の接続構造体の実施形態の第4実施態様を示した図7の分解斜視図を参照して説明する。
図7に示すように、接続構造体1(1D)は、前述の第1実施態様の接続構造体1Aにおいて、開口部25を形成せず、インスレーションバレル24の幅を従来のものより狭く形成したものである。したがって、端子10を構成する端子接続部11、電線接続部12、箱部21、首部22、ワイヤバレル23、インスレーションバレル24等は前述の第1実施態様と同様の構成であり、アルミニウム電線30およびその導体31も前述の第1実施態様と同様の構成であり、矢印で示す首部22の位置に圧着される。また面積比Sc/Saは前述の第1実施態様と同様である。
図示しないが、接続構造体1(1D)には、前述の第1〜第3実施態様の接続構造体1A〜1Cのような開口部25〜27のうちのいずれかが形成されていてもよい。
また、上記第1実施態様〜第4実施態様の構成のいくつかを組み合わせて接続構造体1を構成することも好ましい。
上記説明したように、第1実施態様の接続構造体1A〜第3実施態様の接続構造体1Cでは、端子10は、箱部21の側面21S、箱部21の上面21U、箱部21とワイヤバレル23間の底面21Bから選ばれる箇所に開口部25〜27が形成されることから、端子10の露出部表面積Scを低減される。また、第4実施態様の接続構造体1Dでは、インスレーションバレル24の幅を従来のものより狭く形成したことから、端子10の露出部表面積Scを低減される。いずれの実施態様においても、面積比Sc/Saの値が3以上10以下であることから、導体31の腐食が防止できかつ端子10の強度が確保できる。これは、アルミニウム電線30として、導体31が組成:0.2Fe−0.2Cu−0.1Mg−0.1Si−残部Al(数値の単位は質量%)のアルミニウム合金で形成されている場合において、端子の腐食環境を模した測定条件における浸漬電位で−0.58V〜−0.67Vであることに相当する。ここで、浸漬電位は対象物の貴な金属と卑な金属の面積により決まるとされる混成電位を示したものであり、貴な金属の面積が卑な金属の面積より大きい場合の混成電位は貴側に振れ、卑な金属は腐食され易い条件となり、逆に貴な金属の面積が卑な金属の面積より小さい場合の混成電位は卑側に振れ、卑な金属は腐食されにくい条件となる。この浸漬電位の範囲で露出したアルミ電線導体の腐食を十分に抑制するという作用効果がある。浸漬電位が高すぎると、すなわち、端子材料を構成する貴な金属種が、卑なアルミ電線導体より、その面積において大きいことを示すものであって、アルミ導体の腐食が顕著となる。
一方、浸漬電位が低い場合には、すなわち、端子材料を構成する貴な金属種が、卑なアルミ電線導体より、その面積において小さいことを示すものであって、アルミ導体の腐食は、浸漬電位が低ければ低いほど抑制される。浸漬電位の範囲の下限を−0.67Vとしたが、この値は、端子材の面積比(Sc/Sa)の低減によって端子強度の観点から制約される値の面積比が3に相当する値である。電位としてはさらに低い電位であってもアルミ電線導体の腐食をより抑制する効果が得られるが、強度の観点により−0.67Vを下回る電位は適さない。
なお、浸漬電位を計測するには、図8に示した浸漬電位計測器50を用い、浸漬電位の計測条件は、以下の(1)−(4)とする。
(1)AlCl・6HOをイオン交換水に溶解し、AlClが0.29M解ける液(Cl濃度=3.1%)を調整した。これを試験溶液とし、セル51へ300mL移した。
(2)恒温槽52で試験溶液53を30℃±0.5℃に保ち、N供給源54よりNを30分以上供給してバブリングし脱気を行った。なお、セル51と恒温槽52とは塩橋55で接続されている。
(3)端子10は前処理としてアセトンで洗浄後、乾いた紙(例えば、キムワイプ)で拭いて乾かした。
(4)前処理を行った端子10を試験溶液53へ浸し、すぐに浸漬電位の測定を開始した。測定中もNを緩くバブリングし、試験溶液53の溶存酸素は常に大気不飽和状態に保ちながら測定を行った。参照電極56には飽和銀−塩化銀電極を用いた。なお、電位は標準水素電極電位で表している。
アルミ電線はアルミ素線を拠った拠線導体であるため導体間には狭い隙間が存在すること、また、導体と端子材間にも狭い隙間が多いことより、アルミ導体は隙間腐食の様相を呈する。隙間内の液性は酸性に偏り易いことが知られており、そのため、浸漬電位を計測する条件として、酸性の液体とした。(1)に示す液体のpHはおよそ2.5であった。
アルミ材料の腐食は、溶液側に塩(NaCl等)が存在することにより促進することが知られており(Clイオンがアルミの不動態皮膜を破壊するとされている)、NaClは海水、海塩等に由来して実環境中にも存在するとされている。そのため、腐食試験においても、塩水噴霧試験が多様されている。浸漬電位の計測においても、Clイオンを十分に含んだ液とした。
アルミ導体の腐食溶解が進行すると、隙間内にはAlイオンも共存することになるので、これを含んだ液とした。
本願では、Snめっき銅合金を端子材として用いた場合について電位に関する測定結果を開示したが、端子材として別な材料を用いることにより、測定される電位が異なる値となるのは言うまでもないことである。例えば、Snよりも貴なAuをめっきとして使用した場合は、圧着端子の浸漬電位についても、本願よりもよい貴な値を示すことになる。その場合、後述の浸漬電位と面積比の関係式における、数値係数項の値が、大きい値へ変化することになる。
以下に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。なお、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
接続構造体1は、以下の作製方法で作製されたものを用いた。
まず、タブ幅2.3mm(表1の端子サイズ2.3)相当のメス端子(古河電工製090II−L、銅−ニッケル−シリコン系合金(コルソン系銅合金)にリフロースズめっき処理)、および、タブ幅0.64mm(表2の端子サイズ0.64)相当のメス端子のプレス打ち抜き品を準備した。プレスのみを施し、曲げ加工は行っていないものである。これにさらに加工を加え、箱部21、それに連続する首部22、インスレーションバレル24の一部に加工を施した後、曲げ成形して端子10を作成した。
端子10への加工は、箱部21の底面21Bに窓開け加工を施して開口部25を形成した(前記図1参照)。箱部21の側面21Sに窓開け加工を施して開口部26を形成した(前記図5参照)。箱部21の上面21Uに窓開け加工を施して開口部27を形成した(前記図6参照)。または、インスレーションバレル24の幅を従来より狭めた形状に加工した(前記図7参照)。
各加工における除去量は、その部位の基の面積に対する残存面積率として表1および表2中に表記した。
なお、窓開け加工やバレル幅を狭める加工の加工量が大きくなりすぎると、残存面積率が低下し、強度が弱くなるので、それぞれの残存面積率は0.2以上とした。
アルミニウム電線30としては、導体31が組成:0.2Fe−0.2Cu−0.1Mg−0.1Si−残部Al(数値の単位は質量%)のアルミニウム合金(合金1)で形成され、その断面積Sが0.5mm(表1および表2の電線サイズ0.5sq)、0.75mm(表1および表2の電線サイズ0.75sq)、1.0mm(表1および表2の電線サイズ1.0sq)、1.5mm(表1および表2の電線サイズ1.5sq)のものを用いた。各アルミニウム電線30のより本数は、それぞれ断面積Sに応じて、7本、11本、16本、19本のものとした。試験用の仕掛かりとして、各種アルミニウム電線30の全長10cmを切断して試料用電線とし、端子10との接続側(A端)4.0mmの被覆を除去し、反対側(B端)は10mmの被覆を除去した。
端子10にアルミニウム電線30を圧着し、接続構造体1を作製した。そしてB端と端子10の箱部21間の電気抵抗を四端子法により計測した。
面積比Sc/Saは、接続構造体1における端子10の露出している表面積の総和を端子10の露出部表面積Scとし、アルミニウム電線の導体の露出している表面積をアルミニウム電線の露出部表面積Saとして求めた。ただし、露出部表面積Scは、圧着部内面の面積、相手端子との接続構造部における端子材料の重なり部内面の面積は除いた。また露出部表面積Saは、圧着部内側の導体の表面積は除いた。
なお、端子10の露出部表面積Scは、曲げ加工前に端子10の寸法を計測して求めた。アルミニウム電線30の導体31の露出部表面積Saは、露出部の距離を基に計測して求めた。
接続構造体1の浸漬電位の計測は、前述の図8に示した浸漬電位計測器50によって行った。浸漬電位は以下の方法により計測した値である。その計測は前述の(1)−(4)のようにして行う。
そして浸漬電位の測定は、例えばポテンショスタット57により行い、そのデータは演算処理装置(例えば、パーソナルコンピュータ:PC)58に送って処理した。
上記計測方法により測定した浸漬電位と面積比Sc/Saの関係を図9に示した。
面積比は浸漬電位と強い相関のある事が判った。複雑な形状をした端子について面積比の算出が困難、あるいは煩雑な場合には、浸漬電位の測定値により、面積比を推定することができる。図9の結果より両者の関係を求めると、以下の関係式が得られる。
[浸漬電位]=−0.404−0.332×0.937(Sc/Sa)
したがって、合金1の面積比と浸漬電位の関係は、図10に示すようになる。
次に、塩水噴霧試験について説明する。
上記接続構造体1のアルミニウム電線30が接続された端子10と反対側に防水シーリング処理を施し、ISO16750‐4(2006)「路上走行車−電気電子機器の環境条件及び試験−第4部:気候的負荷」に指定される塩水噴霧試験」を実施した。具体的には、35℃、5重量%の塩水を8時間噴霧した後に停止して16時間放置することを1サイクルとして、6サイクル負荷する試験である。さらに、半分のサイクル数である3サイクルまで負荷する試験、および倍のサイクル数である12サイクルまで負荷する試験についても別途実施した。
試験後、アルミニウム電線30のB端と端子10の箱部21間の電気抵抗を四端子法により計測した。
初期に計測した抵抗値からの増分が3mΩ未満のものを◎、10mΩ未満のものを○、10mΩ以上のものを×として表1および表2に記載した。
また、試験後の腐食の状態をマイクロスコープにより観察し、接続構造体1に接続されたアルミニウム電線30の導体31の先端露出部、およびワイヤバレル23とインスレーションバレル24との間のアルミニウム電線30の導体31の露出部とも、導体31が残存しているものを◎、接続構造体1に接続されたアルミニウム電線30の導体31の先端露出部が消失し、ワイヤバレル23、インスレーションバレル24間のアルミニウム電線30の導体31の露出部には導体31が残存しているものを○、ワイヤバレル23、インスレーションバレル24間のアルミニウム電線30の導体31の露出部の導体31が消失したものを×として、表1および表2に記した。
なお、表1および表2では、ワイヤバレルをバレルと記載し、インスレーションバレルをインスバレルと記載した。また残存面積率を残存率と記載した。
Figure 0005809787
Figure 0005809787
本発明例(実施例)6、13、20、27、34、41、48、55は、アルミニウム電線30の導体31のワイヤバレル23端面からの突出長さLを1.5mm以上5mm以下とし、かつ面積比Sc/Saの値が4以上10以下、箱/ワイヤバレル間の残存面積率およびインスレーションバレルの残存面積率ともに1である接続構造体1である。これらの本発明例は、いずれも12サイクルを経ても接触抵抗の上昇は、10mΩ以内であり、腐食に対して耐性を備えていることが分かる。アルミニウム電線30の導体31の突出により、露出部表面積Saの増大が面積比の低減に寄与し、また、突出部のアルミニウムの犠牲防食効果により腐食を低減したものと言える。
本発明例(実施例)71421283542、49は、箱部21とワイヤバレル23間の底面21B、箱部21の側面21Sおよび上面21Uに、開口部25、開口部26および開口部27のいずれかを形成した端子10にアルミニウム電線30を圧着し、アルミニウム電線30の導体31のワイヤバレル23端面からの突出長さを1.5mm以上5mm以下としたもので、かつ面積比Sc/Saの値が3以上10以下、箱/ワイヤバレル間の残存面積率およびインスレーションバレルの残存面積率ともに、0.5である接続構造体1である。これらの本発明例は、いずれも12サイクルを経ても接触抵抗の上昇は、10mΩ以内であり、腐食に対して耐性を備えていることがわかった。
さらに、上記本発明例の中、本発明例28424849、55は、面積比Sc/Saの値が5以下、箱部21とワイヤバレル23間の底面21Bに開口部25を設けた端子10におけるその残存面積率が0.5以上1以下の接続構造体1である。これらの本発明例は、いずれも12サイクル後も安定した低い接触抵抗を示しており、優れた耐食性を発揮することがわかった。
一方、従来例1、9、16、23、30、37は、図11に示すように、端子10に開口部を設けず、アルミニウム電線30の導体31のワイヤバレル23からの突出も従来の枠を出ない程度、例えば0.5mm程度とした接続構造体100である。なお、アルミニウム電線30およびその導体31は矢印で示す首部22の位置に圧着される。これらの従来例は、3サイクルの時点で10mΩを超える抵抗上昇が見られ、腐食も顕著に現れており、腐食耐性が全く無いことが分かった。
ただし、従来例44、51については、3サイクルの時点までは、抵抗上昇10mΩ以下を維持した。このサイズの組み合わせにおいては、従来の仕様において既に面積比Sc/Saの値が10以下を取っており、本発明例には及ばないものの、耐食性を示すことが判明した。
ただし、開口部を設けず、アルミニウム電線30をワイヤバレル23から突出させていないため、試験溶液の排出やアルミニウム電線30の導体31の突出部の犠牲が無かったため、低抵抗を維持できなかったと言える。
また、比較例2、3、4、5、10、11、17、18、24、31、32、38は、端子10に開口部25〜27を設けること、およびアルミニウム電線30の導体31をワイヤバレル23から突出させることのいずれか一方、または、両方を実施した端子10であり、面積比Sc/Saの値が10を越える接続構造体である。これらの比較例は、3サイクルの時点で10mΩを超える抵抗上昇が見られ、耐性を備えていないことがわかった。
したがって、接続構造体1は、面積比Sc/Saの値を3以上10以下とすることで、好ましくは3以上5以下とすることで、端子10の強度が確保される。また、アルミニウム電線30の導体31のワイヤバレル端面からの突出長さを1.5mm以上5mm以下とすることで、防食性を向上させ、電気抵抗が低減される。
(実施例2)
実施例1におけるアルミニウム電線導体の組成を以下の2種類のものに代え、他は同一として実施例1と同様の計測、試験を実施した。
合金2:組成:0.6Fe−0.05Si−残部Al(数値の単位は質量%)
合金3:組成:0.1Fe−0.05Si−残部Al(数値の単位は質量%)
とした。その結果を表3に示す。
Figure 0005809787
その結果、面積比と腐食試験結果の関係については、実施例1の合金1と同様であった。一方、面積比と浸漬電位の関係については、図12に示すように、前記図11に示した合金1とは異なるものとなった。両者の関係を数式化すると、
合金2:[浸漬電位]=−0.404−0.237×0.937(Sc/Sa)
合金3:[浸漬電位]=−0.404−0.396×0.937(Sc/Sa)
を得た。
これら関係式より、面積比の項が最小となる場合、すなわち、端子が存在せずにアルミ電線導体のみとなるような場合を考えると、これは面積比がゼロになる場合に相当し、またアルミ材料のみの電位を与える場合に相当する。このような考え方より、面積比ゼロの場合の浸漬電位を求めると、
合金1:[浸漬電位]=−0.736V
合金2:[浸漬電位]=−0.641V
合金3:[浸漬電位]=−0.800V
と計算された。
一方、上記各合金の浸漬電位を、実際に計測した。計測は、前述の浸漬電位を計測する条件(1)−(4)に準じた。その結果、計測時のばらつきを有したが、2回の計測の結果、
合金1:−0.726V、−0.747V
合金2:−0.621V、−0.651V
合金3:−0.777V、−0.819V
を得、上記の計算浸漬電位とほぼ同等の計測結果となった。
よって、浸漬電位と面積比の関係は、アルミニウム合金種に固有の浸漬電位を変数に設けることにより一般化が可能であり、その式は、
[浸漬電位]=−0.404+(0.404+[合金浸漬電位])×0.937(Sc/Sa)
となった。
なお、初項の係数項の数値は、面積比が無限大、すなわち端子材のみの場合に相当し、すわなち、端子材の浸漬電位に相当する値になるものと考えられる。本願実施例にて用いたSnめっき銅合金端子材料の場合において、この値を呈したが、別な材料を用いた場合にはその材料の浸漬電位に応じた値を取るものである。
上記実施例1および実施例2において明確となった、好適な面積比(Sc/Sa)の範囲、すなわち、3以上10以下を浸漬電位の値に換算すると、上記の関係式を用いることにより、
−0.193+0.522×V以上、−0.072+0.823×V以下
となる。ここでVは、アルミニウム合金単体の浸漬電位である。上記の浸漬電位の範囲において、優れた防食特性を有する。
以上より、上記の本発明例は、従来例や比較例に対して、耐食性において優れた効果を有することが分かる。よって、本発明は、アルミニウム電線30の導体31の腐食を防止でき、電気抵抗の上昇を抑えることできるので、耐食性に優れた低抵抗の接続構造体1を提供できる。
1(1A、1B、1C、1D) 接続構造体
10 端子
11 端子接続部
12 電線接続部
21 箱部
23 ワイヤバレル
24 インスレーションバレル
25、26、27 開口部
30 アルミニウム電線
31 導体

Claims (1)

  1. 端子と該端子に接続するアルミニウム電線とを有し、
    前記端子は、相手端子が接続される端子接続部および前記アルミニウム電線を接続する電線接続部を有していて、表面にスズめっきまたは金めっきが施されている銅または銅合金で構成され、
    前記アルミニウム電線の導体の断面積が0.1mm以上1.5mm以下の範囲を有する接続構造体であって、
    前記端子の露出部表面積Scと前記アルミニウム電線の導体の露出部表面積Saとの面積比Sc/Saの値が3以上10以下であり、
    前記端子接続部は箱部を有し、
    前記電線接続部は、前記箱部より連続する首部にワイヤバレルとインスレーションバレルが順に形成されて構成され、
    前記ワイヤバレルは、かしめて前記アルミニウム電線の導体が前記電線接続部に圧着されるものであり、前記インスレーションバレルは、かしめて前記アルミニウム電線の導体を被覆する絶縁体が前記電線接続部に圧着されるものであり、
    前記アルミニウム電線の導体の前記ワイヤバレル端面からの突出長さ1.5mm以上4.6mm以下であり、箱/ワイヤバレル間の残存面積率およびインスレーションバレルの残存面積率ともに、0.5以上1以下である
    ことを特徴とする接続構造体。
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