JP6944383B2 - 電線束と端子との接続構造及び接続構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに材質の異なる電線と接続端子との接続構造及びその接続構造体の製造方法に関する。

従来より、互いに異なる金属で構成された電線と端子とを接続する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、第１のかしめ片に保持された電線を外力が加わった応力下でかしめ固定することにより端子と電線を電気的に接合するとともに、第２のかしめ片に保持された電線を加熱電極への通電により外力が加わらない無応力下で加熱した状態で端子に半田付けして、端子と電線を機械的に接合する技術が示されている。

また、特許文献２には、端子に電線を半田付けする際に、端子の電線接続部から外部接続用のコネクタ部に半田が流れ出さないようにするために、コネクタ部と電線接続部（かしめ部）との間に、端子の接続面から突出する段差部を設ける技術が示されている。

特開２０１４−１５７７１６号公報 特開２０１６−２１９１０８号公報

ところで、電線の軽量化及び電線の電力伝送効率を上昇させるために、電線の交流抵抗値を小さくする観点から、アルミニウム製またはアルミニウム合金製（以下、総称してアルミニウム材製という）の素線を有する極細の電線が束ねられた電線束を使用すること、及び、その電線束を銅または銅合金製の端子に接続することが望まれている。

しかしながら、電線の素線径が細くなるのにしたがって、半田が電線束の内部まで浸透せずに不完全な接合になる虞がある。そうすると、電気接触抵抗に影響が出る場合がある。さらに、接合部等でストレスに対する電線強度が弱くなる虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、端子と電線とが異なる材質でありかつ電線束を構成する電線が細い場合においても、電線束と端子とが機械的及び電気的にしっかりと接続された接続構造を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、互いに材質の異なる電線束と端子とが接続された接続構造であって、前記端子は、前記電線束を支持する支持部を有し、該支持部には、かしめ片と、前記電線束を構成する素線間に半田が流れ込む空隙ができるように該電線束の外側を覆う導電性の接続部と、が前記電線束の長手方向に並設され、前記電線束は、それぞれに撚り合わされた対をなす撚り電線束を相互に螺旋状に捻り合わせた捻り電線束を複数束並べて配置した構造を有し、前記かしめ片によって前記端子にかしめ固定され、かつ、前記空隙に入り込んだ半田により前記接続部に電気的に接続されていることを特徴とする。

ここで、「撚り（より）合わせる」とは、全体を掴んで一方向に回すことで一体化させることを指すものとする。また、「捻り（ねじり）合わせる」とは、対をなす束の両端を掴んで、螺旋状になるように（例えば、互いに反対方向に）回すことで一体化させることを指すものとする。

本態様によると、捻り電線束を用いることで、接続部の内壁と捻り電線束との間に十分な半田流入のための空隙を確保でき、電食を防ぎやすくすることができる。さらに、端子と電線束との電気接触抵抗を安定化させることができる。

本発明によると、端子と電線とが異なる材質でありかつ電線束を構成する電線が細い場合においても、電線束と端子とが機械的及び電気的にしっかりと接続された接続構造を提供することができる。

実施形態に係る接続構造体の斜視図である。 図１のII−II線断面図である。 実施形態に係る接続構造体の平面図である。 電線束と端子の接続前の状態を示す斜視図である。 接続工程を説明するための斜視図である。 変形例に係る接続構造体の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

＜接続構造体の構成＞
図１は本実施形態に係る電線束３と端子４との接続構造体１の斜視図である。図２は、図１のII−II線断面図であり、図３は、接続構造体１の平面図である。なお、図１及び図３では、図面を見やすくするために半田の図示を省略している。

図１に示すように、接続構造体１は、並べて配置された複数の捻り電線束３１（例えば、２個〜４個）で構成された電線束３が金属製の端子４にかしめ固定された構成を有している。

なお、本実施形態において、長手方向とは、電線束３に沿う方向を指すものとし、後述する端子本体４０の支持面４０ａ（図３参照）と平行な面内において長手方向と直交する方向を幅方向と呼び、長手方向及び幅方向に直交する方向を上下方向と呼ぶものとする。そして、電線束３の先端側（長手方向の一方側）を「前」、基端側（長手方向の他方側）を「後」と呼ぶものとする。また、端子本体４０の支持面４０ａ側を「上」、その反対側を「下」と呼び、前側から見た上下方向に基づいて「左」及び「右」を定義する。

端子４は、例えば、銅または黄銅のような銅合金の板材（以下、銅板材という）からなる支持部としての端子本体４０を有し、少なくとも端子本体４０の接続面（例えば、電線束３を載置して支持する支持面４０ａ）には、電蝕回避の表面処理が施されている。この表面処理として、例えば、端子４の表面全体に錫めっき処理が施されていてもよい。

本実施形態では、２束の捻り電線束３１が端子本体４０の支持面４０ａ上に、幅方向に並べて配置された状態でかしめ固定され、接続構造体１を構成している例を示している。捻り電線束３１は、対をなす撚り電線束３２（３２ａ，３２ｂ）のそれぞれを撚り合わせて束ねた後、相互に螺旋状に捻り合わせた構成である。本実施形態では、２束の捻り電線束３１を有する例を示しているので、４つの撚り電線束３２のそれぞれを撚り合わせて束ね、２つずつの撚り電線束３２に分けて、それぞれに、相互に螺旋状に捻り合わせている。なお、電線束３は、極細電線の集合体（例えば、２００本から２０００本程度）であり、その極細電線から撚り電線束３２や捻り電線束３１が形成される。

なお、捻り電線束３１の数や配置は、図１の構成に限定されない。例えば、捻り電線束３１が３個、４個と増えてもよく、その場合には、幅方向に並べて配置してもよいし、幅方向に加えて上下に重なるように並べて配置するようにしてもよい。すなわち、本実施形態で「並べて配置」とは、捻り電線束３１が幅方向に沿って並ぶ形態に加えて、上下方向に重ねる形態、及び上記並ぶ形態と重ねる形態とを組み合わせた複合形態を含む概念である。

また、本実施形態では詳細な説明を省略するが、電線束３の基端側の構成は、特に限定されない。例えば、図１や図３に示すように、電線束３の全体を絶縁フィルムやチューブ７等で覆ってもよいし、図示は省略するが電線束３を分割して分割束毎に絶縁フィルムやチューブ等で覆ってもよい。

各極細電線は、電線毎に被覆された被覆電線であってもよいし、被覆されていない素線３３からなる電線であってもよい。極細電線が被覆電線である場合には、ヤスリや剥離剤等を用いて、先端から所定の長さの絶縁被覆（図示省略）が剥がされ、素線３３が露出されている。素線３３は、例えば、アルミニウム材製であり、その線径が、例えば、０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度である。なお、本実施形態（図１〜図５）では、素線３３が露出しているものとして説明する。

なお、ここに記載した素線３３の材質及び線径は、あくまで例示であり、他のものであってもよい。例えば、素線３３が他の導電性の素材で構成されたものであってもよく、素線３３の線径が０．１ｍｍ未満、または０．３ｍｍを超えていてもよい。また、束ねられる極細電線の本数が、２００本未満、または２０００本を超えていてもよい。以下に説明する端子４の材質についても同様であり、端子４が本実施形態で例示された以外の素材で形成されていてもよい。

端子本体４０には、接続部４１、かしめ部４２、及び外部導体（図示省略）との接続に用いるコネクタ部４４が設けられており、記載順に後から前に向かって互いに離間して配置されている。

接続部４１は、一対の接続片４１ａで構成され、接続片４１ａは、端子本体４０の後寄りの位置において、端子本体４０の左右方向の両端部から上側に向かって折り起こされた板状体である。図４に示すように、接続片４１ａの接続前における上下方向の高さは、電線束３の上下方向の高さよりも高くなるように設定されている。そして、後述するかしめ工程において、接続片４１ａの先端部を対向方向の内側に向かって折り曲げられることで、捻り電線束３１（図１では２束）の外側が覆われるようになっている。

具体的に、図２に示すように、一対の接続片４１ａは、接続片４１ａの内壁面と素線３３との間及び素線３３同士の間に半田６が流れ込む空隙Ｇ（以下、半田流入用空隙Ｇという）ができるように折り曲げられている。すなわち、一対の接続片４１ａは、半田流入空隙Ｇを設けた状態の素線３３を収容できる空間（以下、収容空間Ｒという）が確保されるように折り曲げられている。これにより、接続部４１（一対の接続片４１ａ）は、無応力状態で捻り電線束３１（素線３３）を保持することができる。すなわち、素線３３に対して接続部４１からの機械的な応力負担が掛からないため、極細電線（素線３３）が細い場合においても断線等が生じ難い。なお、半田流入用空隙Ｇとは、半田６のみに限定されず、半田６と共に使用されるフラックス等（図示省略）が流れ込むための空隙を含む。

一対の接続片４１ａは、例えば、後述するかしめ工程後の収容空間Ｒの断面積に対する、収容空間Ｒに収容された素線３３の断面積和（すべての素線３３の断面積の和）の面積比率ＳＲが、８０％程度になるように折り曲げられている。ただし、上記面積比率ＳＲは目安であり、８０％を超えてもよく、８０％未満であってもよい。例えば、上記面積比率ＳＲの設定方法として、半田流入用空隙Ｇとして十分な半田量を流し込める空隙を確保できるようにする観点に基づいてその上限値を設定することができ、後述する接続工程における半田溶解のための熱量を十分に確保する観点に基づいてその下限値を設定することができる。

図３に進み、一対の接続片４１ａは、後述する接続工程において、アルミニウム材製の素線３３に半田付けが可能になるような温度まで発熱し、かつ、溶融した半田６を半田流入用空隙Ｇに流し込んだ際にも所定の熱量を保持する必要がある。したがって一対の接続片４１ａの前後方向の幅Ｗ４１は、後述する上部電極５１の幅Ｗ５１及び上記熱量を確保する観点に基づいて設定されるのが好ましい。

かしめ部４２は、一対のかしめ片４２ａで構成され、かしめ片４２ａは、接続片４１ａより前側に所定の間隔Ｄ１（図３参照）を空けて設けられ、端子本体４０の左右方向の両端部から上側に向かって折り起こされた板状体である。図４に示すように、後述するかしめ工程において折り曲げ加工する前の状態における、かしめ片４２ａの上下方向の高さは、電線束３の上下方向の高さよりも高くなるように設定されている。そして、電線束３（捻り電線束３１）が、一対のかしめ片４２ａでかしめ固定されることにより、かしめ片４２ａの内壁面と素線３３との間の空隙、及び、素線３３間の空隙がほとんどない状態になっている。すなわち、かしめ片４２ａは、素線３３を外力が加わった応力下で保持しており、かしめ片４２ａと素線３３とが互いに強く押圧され、圧接されている。なお、かしめ固定の強度は任意に設定することができるが、例えば、かしめ固定に長手方向の中間位置を切断した場合における切断面において、素線３３の断面積和が、かしめ固定前と比べて９０％程度になるような値に設定されている。

なお、かしめ片４２ａの前後方向の幅Ｗ４２は、かしめ固定後における端子４と電線束３との保持力を十分に確保できる大きさに設定されていればよく、特に限定されるものではない。

ここで、接続部４１の前端とかしめ部４２の後端との間隔Ｄ１は、任意に設定することができる。例えば、後述する接続工程において、素線３３にも電流を流して発熱させ、素線３３間への半田６の流れ込みを促進する観点に基づくと、上記間隔Ｄ１は、後述するヒュージング溶接機（図示省略）の前側の上部電極５２の前後方向の幅Ｗ５２よりも広い範囲で素線３３が露出するように設定するのがよい。さらに、捻り電線束３１を構成する２つの撚り電線束３２ａ，３２ｂが、ともに、接続部４１の前端とかしめ部４２の後端との間において、上側から見て（平面視で）露出しているのが好ましい。そうすることで、上部電極５２を両方の撚り電線束３２ａ，３２ｂに直接当接させることができるので、両方の撚り電線束３２ａ，３２ｂに流れる電流を揃えることができる。そうすると、両撚り電線束３２ａ，３２ｂを構成する素線３３の発熱を促すことができるとともに、その発熱状態（温度等）を揃えることができ、半田流入用空隙Ｇへの半田の浸透性を高めることができる。また、図５に示すように、接続部４１の前側から半田６を流し込む場合には、上記間隔Ｄ１を広げて、接続部４１と上部電極５２との間に半田６を流し込むためのスペースを設けるようにするとよい。

コネクタ部４４は、端子本体４０の前端に設けられており、前寄りの中間位置でかつ左右方向の中央には、外部導体（例えば、端子台）にねじ止めするための取付孔４４ａが上下方向に貫通形成されている。

なお、端子４の接続部４１、かしめ部４２及びコネクタ部４４は、平板から切り出された端子本体４０に折り曲げ加工を施すことにより形成される構成としてもよい。すなわち、接続部４１、かしめ部４２及びコネクタ部４４が端子本体４０と一体形成されていてもよい。また、端子本体４０とは別部品として用意した接続部４１、かしめ部４２及びコネクタ部４４を端子本体４０に溶接や接着等により接続するようにしてもかまわない。また、上記の一体形成と、別部品を用意した接続とを組み合わせるようにしてもよい。ただし、一体形成した方が強度、作業性、コスト等の観点からメリットがある。

＜接続構造体の製造方法＞
以下において、電線束３と端子４との接続構造体１の製造方法について、図４及び図５を参照しつつ詳細に説明する。接続構造体１は、捻り電線束３１を作成する電線束作成工程と、捻り電線束３１を端子４にかしめ固定するかしめ工程と、半田流入用空隙Ｇに半田を流し込んで捻り電線束３１を接続部４１に半田づけする接続工程からなる。

−電線束作成工程−
電線束作成工程では、先端から所定の長さの絶縁被覆を剥がして素線３３を露出させた極細電線の電線束３を２対以上の電線群に分割し、各電線群を撚り合わせて撚り電線束３２を作成する。図４に示す例では、電線束３を４つの電線群に分割し、それぞれの電線群を撚り合わせて束ねることで４つの撚り電線束３２を作成している。次に、撚り電線束３２の２束を１対とする複数対に分割する。図４の例では、４つの撚り電線束３２を２対に分割する。そして、各対の撚り電線束３２の両先端部を掴んで、互いに反対方向に回すことで螺旋状に捻り合わせて捻り電線束３１を作成する。図４では、２つの捻り電線束３１を作成した例を示している。

−かしめ工程−
かしめ工程では、電線束作成工程で作成された捻り電線束３１をひとまとめにして端子本体４０の支持面４０ａ上に並べて配置し、その外側から一対のかしめ片４２ａの先端部を対向方向の内側に向かって折り曲げることにより、捻り電線束３１を端子４にかしめ固定する。前述のとおり、本実施形態では、２束の捻り電線束３１を端子本体４０の支持面４０ａ上に、幅方向に並べて配置し、かしめ固定する。このとき、図３に示すように、捻り電線束３１の先端が、かしめ部４２の先端よりも前側に突出するようにしてもよいし、図１に示すように、捻り電線束３１の先端と、かしめ部４２の先端とを揃えるようにしてもよい。さらに、かしめ工程では、前述の半田流入用空隙Ｇができるように接続部４１の両接続片４１ａの先端部を対向方向の内側に向かって折り曲げる。なお、かしめ片４２ａの折り曲げるタイミングと、接続片４１ａの折り曲げるタイミングとは、同時でもよいし、タイミングをずらすようにしてもよい。

−接続工程−
接続工程では、例えば、ヒュージング溶接機の電極５（２つの上部電極５１，５２と下部電極５３）を利用し、上下の電極５１，５２，５３間に電流を流して電線束３及び端子４を発熱させ、端子４と電線束３とを電気的に接続する。具体的には、一方の上部電極（後側の上部電極５１）を折り曲げ加工後の接続部４１の上面に当接させ、他方の上部電極（前側の上部電極５２）を接続部４１とかしめ部４２と間に露出している素線３３に押し付ける。また、下部電極５３を、端子本体４０の下面（支持面４０ａと対向する面）に当接させる。この状態において、２つの上部電極５１，５２と下部電極５３との間に電流を流して端子４（特に接続部４１）及び電線束の素線３３を加熱させ、接続部４１の前側から、半田流入用空隙Ｇに対してフラックス及び半田６を流し込む。半田６は、温度の高い方に向かって流れる性質があるため、半田流入用空隙Ｇに対して接続部４１の前側から内側（後側）に向かって流れ込み、半田流入用空隙Ｇが半田６で充填される。これにより、電線束３を構成する素線３３の相互間の接続及び素線３３と接続部４１との間の電気的な接続が確保される。なお、図３は理想的な状態を概念的に示したものであり、「半田流入用空隙Ｇが半田６で充填される」とは、必ずしも、半田流入用空隙Ｇのすべてが半田６で充填される必要があるわけではなく、半田流入用空隙Ｇの一部に対して半田６が流れ込んでいないものも含む概念である。なお、仮に、半田流入用空隙Ｇの一部に対して半田６が流れ込んでいない場合においても、本願の効果は十分に発揮される。

ここで、２つの上部電極５１，５２と下部電極５３との間に流す電流量及び通電時間は、アルミニウム材製の素線３３と銅材製の端子４との半田づけができ、かつ、半田流入用空隙Ｇに流しこまれた半田６が接続部４１の内側（後側）に向かって溶解したままの状態で流れ込むだけの発熱量が確保されるように設定される。

以上のように、本実施形態によると、撚り電線束３２を捻り合わせて捻り電線束３１を作成し、その捻り電線束３１を端子４の支持面４０ａに並べて配置し、端子４にかしめ固定するようにしたので、従来技術と比較して、素線３３間の隙間をより小さくすることができる。これにより、接続部４１の内壁と捻り電線束３１との間に十分な半田流入用空隙Ｇを確保することができる。すなわち、収容空間Ｒにおいて、電線束３１と接続部４１との間を半田６でしっかり分断することができるため、電食を防ぎやすくすることができる。

また、本実施形態によると、電線群を撚り合わせた後にさらに捻り合わせるようにしているので、接続部４１とかしめ部４２との間において、平面視において（上側から見て）露出する素線３３の数を増やすことができる。すなわち、上面側に露出する素線３３の数を増やすことができる。これにより、表面に直接半田６をなじませることができる素線３３の数を増やすことができるので、抵抗値を安定させることができる。すなわち、素線３３の表面に酸化被膜が生成されることを抑制し、端子４と電線束３との電気接触抵抗を安定化させることができる。

さらに、本実施形態によると、捻り電線束３１を用いているので、素線３３同士が密接し螺旋状に並ぶことになる。これにより、素線３３に与えたストレスは素線３３同士で分散されやすくなり、素線３３が螺旋状によりストレスによる引張りに強くなるため、断線を起こし難くすることができる。

＜変形例＞
上記実施形態に係る構成は、以下のようにしてもよい。

例えば、上記実施形態では、端子本体４０に、接続部４１、かしめ部４２、コネクタ部４４が記載順に後から前に向かって配置されている例を示したが、これに限定されない。例えば、図６に示すように、接続部４１とかしめ部４２とが反対になっていてもよい。接続部４１とかしめ部４２とを反対にする場合、かしめ部４２の内側では素線３３がエナメル等で被覆され、かしめ部４２の前端近傍で被覆が剥がれるようにするのが好ましい。これにより、かしめ部４２近傍における接続構造体１の強度を高めることができる。そして、電流の印加領域の確保及び電気的な接続の確保をするために、かしめ部４２と接続部４１との間及び接続部４１の内側において、素線３３を露出させるようにするとよい。

さらに、図６に示すように、接続部４１及びかしめ部４２と、コネクタ部４４との間に、段差部４３を設けるようにしてもよい。このとき、段差部４３と接続部４１との間から半田を流し込むようにしてもよい。これにより、端子本体４０の支持面４０ａと素線３３との間にも半田６が浸透し、半田６の接合面積を増やすことができる。さらに、半田６の一部は、段差部４３にも固着するため、素線３３と端子４との機械的な接合強度を高めるとともに、接合面積を増やすことができる。さらに、段差部４３により半田６がコネクタ部４４の取付孔４４ａに向かって流れ出ることを防ぐことができる。

本発明は、材質の異なる電線束と端子と電気的及び機械的にしっかりと固定することができるので、自動車等の車内配線や、電源等の電気機器内の配線における電線束と端子との接続構造及び接続方法として有用である。

３ 電線束
３１ 捻り電線束
３２ 撚り電線束
３３ 素線
４ 端子
４０ 端子本体（支持部）
４１ かしめ部
４２ 接続部

Claims (5)

1. 互いに材質の異なる電線束と端子とが接続された接続構造であって、
   前記端子は、前記電線束を支持する支持部を有し、該支持部には、かしめ部と、前記電線束を構成する素線間に半田が流れ込む空隙ができるように該電線束の外側を覆う導電性の接続部と、が前記電線束の長手方向に並べて設けられ、
   前記電線束は、それぞれに撚り合わされた対をなす撚り電線束を相互に螺旋状に捻り合わせた捻り電線束が複数束並んだ配置構造を有し、前記かしめ部によって前記端子にかしめ固定され、かつ、前記空隙に入り込んだ半田により前記接続部に電気的に接続されている
   ことを特徴とする電線束と端子との接続構造。
2. 請求項１記載の接続構造において、
   前記かしめ部は、前記接続部よりも前記電線束の先端側に設けられている
   ことを特徴とする電線束と端子との接続構造。
3. 請求項１記載の接続構造において、
   前記電線束を構成する電線は、先端部において素線が露出され、かつ、基端部において該素線が被覆された被覆電線であり、
   前記かしめ部は、前記接続部よりも前記電線束の基端側に設けられていて、
   前記電線の被覆部分がかしめ固定され、かつ、前記電線の露出部分が前記接続部に接続されている
   ことを特徴とする電線束と端子との接続構造。
4. 請求項１記載の接続構造において、
   前記対をなす撚り電線束は、前記接続部と前記かしめ部との間において、前記支持部の支持面と直交する上方から見て、ともに露出している
   ことを特徴とする電線束と端子との接続構造。
5. 互いに材質の異なる電線束と端子との接続構造体を製造する方法であって、
   前記端子は、前記電線束を支持する支持部を有し、該支持部には、かしめ部と導電性の接続部とが長手方向に沿って互いに離間して並べて設けられ、
   前記電線束を２対以上の電線群に分割し、該電線群をそれぞれに撚り合わせて撚り電線束を作成した後に、対をなす該撚り電線束を相互に螺旋状に捻り合わせて捻り電線束を作成する電線束作成工程と、
   前記電線束作成工程で作成された捻り電線束をまとめて、前記かしめ部により前記端子にかしめ固定するとともに、前記接続部により前記捻り電線束を構成する電線間及び／または該電線と接続部の内壁との間に半田が流れ込む空隙が形成されるように覆う、かしめ工程と、
   前記空隙に半田を流し込んで前記捻り電線束と前記接続部とを電気的に接続させる接続工程とを備えている
   ことを特徴とする接続構造体の製造方法。

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