JP6017061B2 - ワイヤハーネス、端子と被覆導線との接続方法、金型 - Google Patents

ワイヤハーネス、端子と被覆導線との接続方法、金型 Download PDF

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Description

本発明は自動車等に用いられるワイヤハーネス等に関するものである。
従来、自動車用ワイヤハーネスにおける電線と端子との接続は、オープンバレル型と呼ばれる端子で電線をかしめて圧着する圧着接合が一般的である。しかし、このようなワイヤハーネスでは、電線と端子の接続部分に水分等が付着してしまうと、電線に用いられる金属表面の酸化が進み、接合部における抵抗が増加してしまう。また電線と端子に用いられる金属が異なる場合、異種金属間腐食が進んでしまう。当該接続部分における金属材料の腐食の進行は、接続部分の割れや接触不良の原因となり、製品寿命への影響を免れない。特に近年では、電線をアルミニウム合金とし、端子を銅合金とするワイヤハーネスが実用化されつつあり、接合部の腐食の課題が顕著になってきている。
ここで、例えばアルミニウムと銅のような異種金属の接触部分に水分が付着すると、腐食電位の違いから、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電位差は大きいから、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、導線と圧着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、さら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が接触するワイヤハーネスにおいて、電線と圧着端子との接続部を覆うように樹脂材を充填したものがある(特許文献1)。樹脂材を充填することによって、電線と圧着端子との接触部分に水分が付着するのを防止する。
また、一端閉塞型の筒状圧着部を有する端子を用い、この筒状圧着部内に被覆導線の端部を挿入した後、該筒状圧着部をかしめ加工により圧着して、被覆部と圧着部とを密着させることで、雨水や海水等が、圧着部の内部の芯線部に浸入することを防止する方法が提案されている(特許文献2)。
特開2004−111058号公報 特開2006−331931号公報
しかし、特許文献1の方法では、樹脂材を別途充填しなければならないので、製造工程が複雑になり、その分、製造工程における管理も複雑化するという問題が生じる。また、工程が複雑になった分、ワイヤハーネス全体のコストも上がってしまう。
一方、特許文献2のように、筒状圧着部を圧着する場合には、一対の圧着金型が使用される。例えば、内面円弧状のアンビル型がクリンパー型に嵌るようにして圧着部を断面略円形状に圧着する方法がある。この際、アンビル型の先端部は、剛性を確保する必要があることから、ある程度の厚みを要する。したがって、このような金型によって圧着部を圧着すると、アンビル型の先端部の厚みに応じて、金型の合わせ部における圧着部の外周面に突起状の肉逃げ部が形成される。
圧着部の外周面に過大な凸部が生じると、圧着時の金属が外側へ流れるため、圧着部の内面に凹みが生じる恐れがある。圧着部の内面に、このような凹みが形成されると、凹みに被覆部の樹脂が押し込まれた状態となるため、被覆部の圧力分布が不均一となる。このため、例えば高温状態における応力緩和などの影響によって、凹みと被覆部との密着性を十分に確保することが困難となる。この結果、圧着部における十分な止水性を確保することができなくなる恐れがある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、筒状圧着部を有する端子に対して、止水性を確保することが可能なワイヤハーネス、端子と被覆導線との接続方法、および金型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、 被覆導線と端子とが接続されるワイヤハーネスであって、前記端子は、前記被覆導線が圧着される略筒状の圧着部と、端子本体と、を有し、前記圧着部は、前記被覆導線が挿入される部位を除き、他の部位が封止されており、前記被覆導線の被覆部に対応する前記圧着部の外周面には、前記端子の長手方向に沿って凸部が形成され、前記圧着部の径方向断面において、前記圧着部の圧縮方向に垂直な方向に対する、前記圧着部の外周面からの前記凸部の突出高さが、圧着前の前記圧着部の肉厚以下であり、前記圧着部の径方向断面において、前記凸部には、前記圧着部の外周面との間に段差が形成され、前記凸部における圧着方向に垂直な面が、前記凸部外周まで形成され、前記凸部の基部における前記圧着部の圧縮方向に垂直な面と、前記圧着部外周の円弧面との境界部に、テーパ部またはなだらかに接続するテーパ部が設けられることを特徴とするワイヤハーネスである。
前記凸部は圧着に用いられる第1金型と第2金型の合わせ部に対応する位置に形成されてもよい。
第1の発明によれば、略筒状の圧着部に被覆導線が挿入され、圧着部が一対の金型で圧着された際に、端子の長手方向に沿って形成される凸部の高さが、圧着前の圧着部の肉厚よりも低いため、圧着部の内面に凹部が形成されることを抑制することができる。このため、圧着部の内面と被覆部とが密着し、高い止水性を確保することができる。
また、断面において、凸部と圧着部外周面の円弧部との間の段差にテーパ部またはなだらかに接続するテーパ部を形成することで、金属の流動方向の急激な変化部を減少することができるため、より確実に、圧着部の内面の凹部の形成を防止することができる。
第2の発明は、端子と被覆導線との接続方法であって、前記端子は、前記被覆導線が圧着される略筒状の圧着部と、端子本体とを有し、前記圧着部は、前記被覆導線が挿入される部位を除き、他の部位が封止されており、前記圧着部に前記被覆導線を挿入し、前記圧着部を押圧するための、互いに対向する第1金型と第2金型を用い、前記第1金型が前記第2金型の内部に嵌りこむようにして、前記被覆導線の被覆部を前記圧着部で圧着することで、前記圧着部の外周面には、前記第1金型と前記第2金型の合わせ部に対応する位置に凸部が形成され、前記圧着部の径方向断面において、前記圧着部の圧縮方向に垂直な方向に対する、前記圧着部の外周面からの前記凸部の突出高さを、圧着前の前記圧着部の肉厚以下とし、前記第1金型の端部には、前記第1金型と前記第2金型の圧縮方向に垂直な方向に対して、内側に向かって傾斜するテーパ部またはなだらかに接続するテーパ部が設けられ、前記圧着部の径方向断面において、前記凸部には、前記圧着部の外周面との間に前記第1金型の端部形状に応じた段差が形成され、前記凸部における圧着方向に垂直な面が、前記凸部外周まで形成され、前記凸部の基部における前記圧着部の圧縮方向に垂直な面と、前記圧着部外周の円弧面との境界部にテーパ部が設けられることを特徴とする端子と被覆導線との接続方法である。
第2の発明によれば、一方の金型(アンビル型)の先端の厚みを、圧着前の端子の肉厚よりも薄くすることで、凸部の高さを端子肉厚よりも低くすることができる。この結果、圧着部の内面に凹部が形成されることを抑制することができる。
また、一方の金型(アンビル型)の先端部に傾斜部を形成することで、凸部と圧着部外周面の円弧部との間の段差に傾斜部を形成することができる。このため、金属の流動方向の急激な変化部が減少し、より確実に圧着部の内面の凹部の形成を防止することができる。
第3の発明は、 端子と被覆導線との圧着に用いられる金型であって、互いに対向する第1金型と、第2金型と、を具備し、前記第1金型が前記第2金型の内部に嵌りこむようにして、被覆導線の被覆部と端子とを圧着することが可能であり、前記第1金型の端部には、前記第1金型と前記第2金型の圧縮方向に垂直な方向に対して、内側に向かって傾斜するテーパ部またはなだらかに接続するテーパ部が設けられ、圧着後の端子の外周面に、前記第1金型の端部形状に応じた段差を形成するとともに、前記凸部における圧着方向に垂直な面が、前記凸部外周まで形成し、前記凸部の基部における前記圧着部の圧縮方向に垂直な面と、前記圧着部外周の円弧面との境界部にテーパ部を形成可能であることを特徴とする金型である。
第3の発明によれば、一方の金型(アンビル型)の先端部に傾斜部を形成することで、凸部と圧着部外周面の円弧部との間の段差に傾斜部を形成することができる。このため、金属の流動方向の急激な変化部が減少し、より確実に圧着部の内面の凹部の形成を防止することができる。
本発明によれば、筒状圧着部を有する端子に対して、止水性を確保することが可能なワイヤハーネス、端子と被覆導線との接続方法、および金型を提供することができる。
ワイヤハーネス30を示す斜視図。 端子1に被覆導線23を挿入した状態を示す斜視図。 図2の状態の縦断面図。 金型31a、31bの間に圧着部5を配置した状態を示す断面図。 図4のA−A線における金型31a、31bの断面図。 金型31a、31bで圧着部5を圧着した際の、合わせ部近傍の拡大図。 圧着部5に形成された凸部7の拡大図。 他の金型31bを示す図で、(a)は全体図、(b)(c)は先端部近傍の拡大図。 圧着部5に形成された凸部7の拡大図であって、(a)は図8(b)により形成された形状を示す図、(b)は、図8(b)により形成された形状を示す図。 ワイヤハーネス30の止水性を評価する方法を示す図。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、ワイヤハーネス30を示す図である。ワイヤハーネス30は、端子1と被覆導線23とが接続されて形成される。
端子1は、端子本体3と圧着部5とが一体で形成される。端子本体3は、長手方向の前端部17から、図示しない雄型コネクタを挿入可能である。端子本体3には、雄型コネクタの挿入タブに接触する弾性接触片15を備える。
圧着部5は、閉塞型であって略筒状に形成される。圧着部5は、板状の素材が略筒状に丸められて、縁部同士が接合部21で接合されて形成される。また、圧着部5の前端部(端子本体3側)には封止部11が設けられる。すなわち、圧着部5は、被覆導線23が挿入される後端部19以外は、封止される。なお、接合部21および封止部11は、例えばレーザ溶接等によって溶接される。
端子1は、例えば銅製の板状部材を用いて、プレス加工によって形成される。すなわち、封止および圧着前の端子1は、各部が略同一の肉厚である。一方、端子1は、封止時や圧着時に、封止部11や圧着部5の肉厚が変動する。したがって、例えば、ワイヤハーネス30から、圧着前の端子1の肉厚を知るためには、端子本体3における、素材1枚分の肉厚を計測すればよい。
被覆導線23は、導線25が絶縁性の被覆部27によって被覆される。被覆導線23を圧着部5に挿入する際には、被覆導線23の先端の一部の被覆部27が剥離され、導線25を露出させておく。なお、被覆部27としては、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン等、この技術の分野において通常用いられるものを選択することができる。また、導線25としては、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を適用することができる。
圧着部5の外周面には、長手方向に沿って凸部7が形成される。凸部7は、圧着部5の圧着時に形成されるものである。凸部7については詳細を後述する。
圧着部5が導線25および被覆部27と圧着されるため、圧着部5と被覆部27との密着によって圧着部5が封止される。この際、圧着部5の後端部19以外の他の部位は、接合部21および封止部11によって水密に封止されるため、圧着部5への水分の浸入を防止することができる。
次に、ワイヤハーネスを形成する工程について説明する。図2、図3は、端子1と被覆導線23との接続工程を示す図であり、図2は斜視図、図3は長手方向断面図である。まず、筒状の圧着部5に被覆導線23を挿入する。前述したように、被覆導線23の先端部は、被覆部27が剥離されて導線25が露出する。圧着部5の内部には、導線25が露出した部位と、被覆部27が被覆された部位の両者が位置する。
次に、金型によって、圧着部5を圧縮する。図4は、金型31a、31bの間に圧着部5を配置した状態を示す長手方向部分断面図である。図4に示すように、圧着部5は、一対の金型31a、31bの間に配置される。
図5は、図4のA−A線断面における金型31a、31bの断面図である。すなわち、図5は、被覆部27を圧着する部位の金型31a、31bの形状である。第1の金型である金型31bは、アンビル型であり、第2の金型である金型31aはクリンパー型である。金型31a、31bは、互いに対向して配置されて、互いに近づく方向に少なくも一方が移動可能である(図中矢印C方向)。金型31a、31bの対向面は、円弧状に形成されている。金型31bが、金型31aに嵌りこむと、略円形の形状となる。
図6は、圧着部5を圧着した状態の、図5におけるB部近傍の拡大図である。
金型31bの先端部(金型31aの内周面との境界部近傍)は、ある程度の剛性が必要であるため、完全に尖らせることができず、ある程度の厚みが必要である。このため、金型31a、31bで圧着部5(および被覆導線23)を圧着すると、金型31a、31bの合わせ部において、金型31bの先端部の厚みに応じた凸部7が形成される。凸部7は、金型31a、31bの合わせ部に沿って形成されるため、圧着部5の長手方向に沿って一直線(2か所)に形成される。
図7は、得られた圧着部5の凸部7近傍の拡大図である。凸部7の上方(金型31aとの接触部)は、なだらかに曲線状に形成される。一方、凸部7の下方(金型31bとの接触部)には、金型31bの先端部の形状によって段差9が形成される。
ここで、凸部7の高さ(図中F)は、圧着前の圧着部5の肉厚よりも低い。圧着部の肉厚に対して、凸部7の高さが高くなると、圧着部5の内面に凹みが形成されやすくなる。すなわち、外側(凸部7)へ流れる金属の量が多くなるため、内面側に金属フローに応じた凹みが形成されやすくなる。
このような凹みが形成されると、被覆部27との密着性が劣化する恐れがある。例えば、高温等に放置した際に、被覆部27に付与された圧縮力が解放されて、凹部と被覆部27との間に、微小な隙間が形成される恐れがある。このような隙間は、水分の浸入経路となるため、問題となる。
これに対し、凸部7の高さが、圧着前の圧着部5の肉厚よりも低ければ、圧着時に圧着部5が圧縮された際に、凸部7側へ流れる金属量が少なくなり、圧着部5の内面に凹部が形成されることを抑制することができる。
なお、凸部7の高さとは、断面において、金型31a、31bによる圧着方向(図中上下方向であって、矢印D方向)に対して、垂直な方向(図中上下方向であって、矢印E方向)で見た際の、段差9の基部(凸部7と円弧部との境界部)から、凸部7の最高部までの高さである。また、圧着前の圧着部5の肉厚は、例えば、端子本体3によって知ることができる。
また、凸部7の高さを低くするためには、金型31bの端部の先端厚みをできるだけ薄くすることが望ましい。すなわち、凸部7の高さは、金型31bの端部の先端厚みと、金型31a、31bのクリアランスによって決まるため、金型31bの剛性を考慮して、金型31bの先端厚みを設計すればよい。
本実施の形態によれば、凸部7の高さを圧着部5の圧着前の肉厚よりも低くするため、圧着部5の内面に形成される凹みの形成を抑制することができる。このため、被覆部27と圧着部5の内面との密着性を保つことができ、圧着部5の水密性を確保することができる。
なお、金型31bの先端部の形状は、図6等に示したものには限られない。すなわち、図6に示すように、金型31bの先端部を、圧着方向に垂直な面のみで形成するのではなく、他の形態であってもよい。
例えば、図8(a)は、金型31bの他の形態を示す全体図であり、図8(b)は、図8(a)のG部拡大図である。図8(b)に示すように、断面において、金型31bの先端部に、圧着方向(図中矢印D)とは垂直な方向(図中矢印E)に対して傾斜するテーパ部33を形成してもよい。
また、このテーパ部33は、図8(b)に示すように直線状に形成するのではなく、図8(c)に示すように、円弧状に形成してもよい。すなわち、金型31bの先端部を、圧着方向に垂直な面のみで形成するのではなく、圧着方向に垂直な面と円弧面との境界部に、これらをなだらかに接続するテーパ部33を形成してもよい。
図9(a)は、図8(b)の金型によって圧着された圧着部5の凸部7近傍の部分拡大断面図である。図9(a)に示すように、段差9において、圧着方向(図中矢印D)とは垂直な方向(図中矢印E)に対して直線状に傾斜する傾斜部13が形成される。なお、この際の凸部7の高さ(図中H)は、断面において、金型31a、31bによる圧着方向(矢印D方向)に対して、垂直な方向(矢印E方向)で見た際の、段差9の基部(凸部7と円弧部との境界部)から、凸部7の最高部までの高さである。
同様に、図9(b)は、図8(c)の金型によって圧着された圧着部5の凸部7近傍の部分拡大断面図である。図9(b)に示すように、段差9において、圧着方向(図中矢印D)とは垂直な方向(図中矢印E)に対して円弧状に傾斜する傾斜部13が形成される。なお、この際の凸部7の高さ(図中I)も、断面において、金型31a、31bによる圧着方向(矢印D方向)に対して、垂直な方向(矢印E方向)で見た際の、段差9の基部(凸部7と円弧部との境界部)から、凸部7の最高部までの高さである。
次に、本発明に従うワイヤハーネス及び比較としてのワイヤハーネスを試作し、各試料ついて性能試験を行ったので以下に説明する。
ワイヤハーネスの被覆導線から端子に向かって空気を送り、後端部から空気が漏れるか否かについて実験した。図10には、実験方法の概要を示す。実験は、水を入れた水槽41中にワイヤハーネス30に圧着された端子1を入れ、ワイヤハーネス30の端部から端子1に向かってレギュレータ42によって加圧空気を送った。
(ワイヤハーネス)
端子の基材には、厚さ0.25mmの銅合金材FAS−680(古河電気工業(株)製、Ni:2.3質量%、Si:0.6質量%、Sn:0.15%、Zn:0.5質量%、Mg:0.1質量%、残部:Cuおよび不可避不純物)を用い、図1に示した構造を有するものを使用した。電線には、アルミニウム合金線(線径0.43mm)を用いた。なお、芯線の組成は、Fe:0.2質量%、Cu:0.2質量%、Mg:0.1質量%、Si:0.04質量%、残部:Al及び不可避不純物である。芯線の径は2.1mmであり、電線の外径は2.8mmであり、電線の長さは30cmである。そしてこの圧着端子の圧着部に、芯線が露出した電線の端部を挿入し、図5に示した、圧着型を備える圧着装置を用いて圧着部を圧着した。この際の圧縮率(圧縮後の断面積の、圧縮前の断面積に対する比率)は70%とした。これにより、被覆圧着部分に凸部(パーティングライン)が形成された。
(実施例1、2)
この際、金型先端の厚みを変更することで、実施例1、2の凸部の高さを、それぞれ0.1mm、0.2mmとした。
(比較例3)
金型先端の厚みを変更することで、凸部の高さを、0.3mmとした以外は、実施例1、2と同様とした。
実施例1、2、比較例3を、サンプル1〜3として、それぞれのサンプル数をn=5とした。最大400kPaの圧力を付し、400kPaの圧力でリークが見られなかったものを合格とした。結果を表1に示す。
Figure 0006017061
表1に示すように、圧着前の端子の肉厚よりも、凸部高さが低い、No.1,2は、合格率が100%であった。一方、凸部高さが圧着前の端子の肉厚よりも高いNo.3では、一部にリークが見られ、合格率は80%となった。
また、上記の実施例では、電線の外径が2.8mmのものを用いたが、異なる径の電線においても同様に、圧着前の端子の肉厚よりも、凸部高さを低くすることで、圧着部の内面に凹部が形成されることを抑制することができた。特に、凸部高さを0.2mm以下にすると、止水性能試験の合格率が100%であった。
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。
例えば、実施例は、電線にアルミニウムを使った場合を記載したが、これに限定されず、電線に銅を使っても良い。
また、上記実施形態では、2つの金型31a,31bにより端子と電線を圧着接続したが、例えば3つ以上の金型を用いてもよい。その場合も同様に、金型の先端部は、ある程度の剛性を確保する必要があることから、ある程度の厚みを要する。このような金型を用いる場合、端子の長手方向に沿って凸部が形成されるが、凸部の突出高さは、圧着前の圧着部の肉厚以下であることが好ましい。
また、本発明にかかるワイヤハーネスを複数本束ねて使用することもできる。本発明では、このように複数本のワイヤハーネスが束ねられた構造体を、ワイヤハーネス構造体と称する。
1………端子
3………端子本体
5………圧着部
7………凸部
9………段差
11………封止部
13………傾斜部
15………弾性接触片
17………前端部
19………後端部
21………接合部
23………被覆導線
25………導線
27………被覆部
30………ワイヤハーネス
31a、31b………金型
33………テーパ部
41………水槽
42………レギュレータ

Claims (4)

  1. 被覆導線と端子とが接続されるワイヤハーネスであって、
    前記端子は、前記被覆導線が圧着される略筒状の圧着部と、端子本体と、を有し、
    前記圧着部は、前記被覆導線が挿入される部位を除き、他の部位が封止されており、
    前記被覆導線の被覆部に対応する前記圧着部の外周面には、前記端子の長手方向に沿って凸部が形成され、
    前記圧着部の径方向断面において、前記圧着部の圧縮方向に垂直な方向に対する、前記圧着部の外周面からの前記凸部の突出高さが、圧着前の前記圧着部の肉厚以下であり、
    前記圧着部の径方向断面において、前記凸部には、前記圧着部の外周面との間に段差が形成され、前記凸部における圧着方向に垂直な面が、前記凸部外周まで形成され、前記凸部の基部における前記圧着部の圧縮方向に垂直な面と、前記圧着部外周の円弧面との境界部に、テーパ部またはなだらかに接続するテーパ部が設けられることを特徴とするワイヤハーネス。
  2. 前記凸部は圧着に用いられる第1金型と第2金型の合わせ部に対応する位置に形成されることを特徴とする請求項1記載のワイヤハーネス。
  3. 端子と被覆導線との接続方法であって、
    前記端子は、前記被覆導線が圧着される略筒状の圧着部と、端子本体とを有し、
    前記圧着部は、前記被覆導線が挿入される部位を除き、他の部位が封止されており、
    前記圧着部に前記被覆導線を挿入し、
    前記圧着部を押圧するための、互いに対向する第1金型と第2金型を用い、
    前記第1金型が前記第2金型の内部に嵌りこむようにして、前記被覆導線の被覆部を前記圧着部で圧着することで、前記圧着部の外周面には、前記第1金型と前記第2金型の合わせ部に対応する位置に凸部が形成され、
    前記圧着部の径方向断面において、前記圧着部の圧縮方向に垂直な方向に対する、前記圧着部の外周面からの前記凸部の突出高さを、圧着前の前記圧着部の肉厚以下とし、
    前記第1金型の端部には、前記第1金型と前記第2金型の圧縮方向に垂直な方向に対して、内側に向かって傾斜するテーパ部またはなだらかに接続するテーパ部が設けられ、
    前記圧着部の径方向断面において、前記凸部には、前記圧着部の外周面との間に前記第1金型の端部形状に応じた段差が形成され、前記凸部における圧着方向に垂直な面が、前記凸部外周まで形成され、前記凸部の基部における前記圧着部の圧縮方向に垂直な面と、前記圧着部外周の円弧面との境界部にテーパ部が設けられることを特徴とする端子と被覆導線との接続方法。
  4. 端子と被覆導線との圧着に用いられる金型であって、
    互いに対向する第1金型と、第2金型と、を具備し、
    前記第1金型が前記第2金型の内部に嵌りこむようにして、被覆導線の被覆部と端子とを圧着することが可能であり、
    前記第1金型の端部には、前記第1金型と前記第2金型の圧縮方向に垂直な方向に対して、内側に向かって傾斜するテーパ部またはなだらかに接続するテーパ部が設けられ、
    圧着後の端子の外周面に、前記第1金型の端部形状に応じた段差を形成するとともに、前記凸部における圧着方向に垂直な面が、前記凸部外周まで形成し、前記凸部の基部における前記圧着部の圧縮方向に垂直な面と、前記圧着部外周の円弧面との境界部にテーパ部を形成可能であることを特徴とする金型。
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