JP6957568B2 - 端子付き電線 - Google Patents

Description

本開示は、端子付き電線に関する。

自動車などの移動体において、信号の伝送を行う端子付き電線が用いられている。端子付き電線は、導体を有する電線と、導体に電気的に接続される端子と、を備える。

電線の導体と端子との接続は、圧着により行われることが多い。例えば、特許文献１に記載の端子は、導体に圧着されるオープンバレル状の圧着部（ワイヤバレル）を備える。この構成では、ワイヤバレルの内部に導体が配置され、ワイヤバレルがかしめられることで、導体と端子とが機械的・電気的に接続される。

特開２０１９−２１４０５号公報

近年の自動車の電装化に伴い、自動車に搭載される端子付き電線の数が増加する傾向にある。そのため、複数の端子付き電線を一つにまとめたコネクタが大型化する傾向にある。コネクタの搭載スペースには限りがあるため、コネクタをなるべく小型化したいというニーズがある。

コネクタを小型化するために端子付き電線の電線径を小さくすることが検討されている。この場合、電線の導体と端子との接続強度を確保することが重要になる。特に、自動車などでは、電線の導体と端子との接続箇所に振動が加わるからである。

そこで、本開示は、電線の導体と端子との接続強度に優れる端子付き電線を提供することを目的の一つとする。

本開示の端子付き電線は、
導体を有する電線と、
前記導体に接続される端子と、
前記端子に取り付けられるシェルを備え、
前記端子は、前記導体を挟み込むグリップ部を有し、
前記シェルは、前記グリップ部の少なくとも一部を前記導体の側に押圧する加圧部を有し、
前記グリップ部と前記導体とを接合する合金層を備え、
前記合金層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含む。

本開示の端子付き電線は、電線の導体と端子との接続強度に優れる。

図１は、実施形態１に記載されるコネクタアセンブリの概略構成図である。 図２は、実施形態１に記載されるコネクタアセンブリに備わるコネクタの分解斜視図である。 図３は、実施形態１に記載される端子とシェルの組物の概略斜視図である。 図４は、実施形態１に記載される端子の概略斜視図である。 図５は、実施形態１に記載されるシェルの概略斜視図である。 図６は、実施形態１に記載される端子付き電線の部分縦断面図である。 図７は、図６の端子付き電線における加圧部近傍の模式図である。 図８は、実施形態１に記載される端子付き電線における導体の保持力を測定する装置の模式図である。 図９は、実施形態１に記載される端子付き電線における合金化のメカニズムを説明する説明図である。 図１０は、試験例１−１の試験結果を表にまとめた図である。 図１１は、試験例２−１の試験結果を表にまとめた図である。 図１２は、試験例２−２に記載される試験装置の模式図である。 図１３は、試験例２−２の試験結果をまとめた表である。 図１４は、試験例３に記載される端子の断面のＳＥＭ画像を示す図である。 図１５は、試験例３に記載される作製直後の試料の断面のＳＥＭ画像を示す図である。 図１６は、試験例３に記載される高温で短期間保持された試料の断面のＳＥＭ画像を示す図である。 図１７は、試験例３に記載される高温で長期間保持された試料の断面のＳＥＭ画像を示す図である。

［本開示の実施形態の説明］
本発明者らは、電線の導体と端子との接続強度が向上する構成を鋭意検討した。その結果、導体と端子の一方に銅（Ｃｕ）が含まれ、一方にスズ（Ｓｎ）の層が形成されている場合において、導体を常に強い力で挟み込み続けられる構成とすることで、単に導体を挟み込むだけでは得られない接続強度が得られることが分かった。また、端子によって導体を強い力で挟み続けることで、導体と端子との境界に両者を接合する合金層が形成されることを見出した。これらの知見に基づいて、本発明者らは、本開示の端子付き電線を完成させた。最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

＜１＞実施形態に係る端子付き電線は、
導体を有する電線と、
前記導体に接続される端子と、
前記端子に取り付けられるシェルを備え、
前記端子は、前記導体を挟み込むグリップ部を有し、
前記シェルは、前記グリップ部の少なくとも一部を前記導体の側に押圧する加圧部を有し、
前記グリップ部と前記導体とを接合する合金層を備え、
前記合金層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含む。

上記構成では、シェルの加圧部に押圧された端子のグリップ部が導体に押し付けられ続ける。従って、グリップ部が導体を強い力で挟み込み続ける。そして、時間の経過に伴い、導体とグリップ部との間にＣｕ−Ｓｎ合金を含む合金層が形成される。この合金層によって、グリップ部と導体とが強固に接合される。その結果、実施形態に係る端子付き電線に備わる電線が引っ張られても、端子から導体が容易に脱落しない。この実施形態に係る端子付き電線において端子が導体を保持する力（保持力）は、ワイヤバレルによって電線を掴む従来の端子付き電線における保持力よりも大きい。

＜２＞実施形態に係る端子付き電線の一形態として、
前記Ｃｕ−Ｓｎ合金は、Ｃｕ_６Ｓｎ_５である形態が挙げられる。

Ｃｕ−Ｓｎ合金としては、例えばＣｕ_６Ｓｎ_５、及びＣｕ_３Ｓｎなどが挙げられる。Ｃｕ_６Ｓｎ_５を含む合金層は、端子付き電線における導体の保持力を向上させる。また、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の電気抵抗は、例えばＣｕ_３Ｓｎの電気抵抗よりも低い。

＜３＞実施形態に係る端子付き電線の一形態として、
前記合金層は、Ｓｎ−Ｎｉ合金を含む形態が挙げられる。

Ｓｎ−Ｎｉ合金を含む合金層は、端子付き電線における導体の保持力を向上させる。

＜４＞実施形態に係る端子付き電線の一形態として、
前記Ｓｎ−Ｎｉ合金は、Ｎｉ_３Ｓｎ_４である形態が挙げられる。

Ｎｉ_３Ｓｎ_４を含む合金層は、端子付き電線における導体の保持力を向上させる。

＜５＞実施形態に係る端子付き電線の一形態として、
前記導体は単芯線である形態が挙げられる。

複数の芯線からなる導体で、グリップ部によって挟み込まれた際、各芯線が移動し易い。一方、単芯線によって構成される導体は、グリップ部によって挟み込まれる際、移動し難い。従って、単芯線によって構成される導体は、グリップ部によってしっかりと挟み込まれる。

＜６＞実施形態に係る端子付き電線の一形態として、
前記導体は、Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はＣｕ−Ａｇ合金である形態が挙げられる。

Ｃｕ−Ｓｎ合金は、端子との固着力に優れる。Ｃｕ−Ａｇ合金は、強度に優れ、車両での取り扱いに優れる。

＜７＞実施形態に係る端子付き電線の一形態として、
前記シェルは、
前記グリップ部を内部に収納する筒状部と、
前記筒状部に形成される前記加圧部とを備える形態が挙げられる。

筒状に形成されるシェルは変形し難い。従って、筒状のシェルによって、端子のグリップ部によって導体を挟む力が、長期間にわたって維持され易い。

＜８＞上記＜７＞に係る端子付き電線の一形態として、
前記グリップ部は、前記導体を挟んで互いに向き合う第一板状片と第二板状片とで構成されており、
前記加圧部は、前記筒状部の内周側に突出する第一凸部と第二凸部とで構成され、
前記第一凸部は、前記第一板状片を前記第二板状片の側に押圧し、
前記第二凸部は、前記第二板状片を前記第一板状片の側に押圧する形態が挙げられる。

上記構成では、導体の外周面における導体の中心を挟んで対称となる位置が、グリップ部を構成する第一板状片と第二板状片とで挟み込まれる。グリップ部における導体の位置が変化し難くなるため、グリップ部による導体の保持力が大きく向上する。また、上記構成では、第一凸部と第二凸部とがそれぞれ、第一板状片と第二板状片を押圧する構成となっている。そのため、第一板状片が導体を押圧する力と、第二板状片が導体を押圧する力とが釣り合い易い。この構成も、グリップ部による導体の保持力が大きく向上する理由である。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面に基づいて、本開示の実施形態に係る端子付き電線の具体例を説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜実施形態１＞
実施形態１では、図１に示されるコネクタアセンブリ１を例にして、本例の端子付き電線１０を説明する。コネクタアセンブリ１は、複数の端子付き電線１０と、一つのコネクタ３と、を備える。説明の便宜上、図１では端子付き電線１０は一本しか図示されていない。この端子付き電線１０は、電線２と、電線２の先端に取り付けられる端子４（図６）とを備える。本例に示す端子４は雌端子である。従って、本例のコネクタ３は雌コネクタである。本例とは異なり、端子４は雄端子でも良い。

≪コネクタ≫
コネクタ３には、図示しない雄コネクタが嵌合される。コネクタ３は、図２に示されるように、フロントハウジング３Ａとリアカバー３Ｂとを機械的に組み合わせて構成される。フロントハウジング３Ａは、図示しない雄コネクタの雄端子の先端が挿入される複数の挿入孔３０を備える。また、フロントハウジング３Ａにおける挿入孔３０と反対側には、隔壁３３によって区画された複数のキャビティ３４が形成されている。各キャビティ３４は、各挿入孔３０に繋がっている。

リアカバー３Ｂは、図示しない後端部に電線２が貫通される電線挿入孔が形成されている。リアカバー３Ｂにおけるフロントハウジング３Ａ側の内周面には、複数のスライド溝３５が配置されている。スライド溝３５には、フロントハウジング３Ａの隔壁３３がスライド嵌合される。

本例のフロントハウジング３Ａとリアカバー３Ｂは、二段階のスナップフィット構造によって係合される。スナップフィット構造は、フロントハウジング３Ａの幅方向の両端部に形成されるハウジング側係合部３１と、リアカバー３Ｂの幅方向の両端部に形成されるカバー側係合部３２とで構成される。ハウジング側係合部３１は、フロントハウジング３Ａの幅方向の両端に設けられる板状部材である。板状部材は、その外方側の面に第一突起３１ｆと第二突起３１ｓとを備える。第一突起３１ｆは、第二突起３１ｓよりもフロントハウジング３Ａの後端側に配置されている。一方、カバー側係合部３２は門型の係合片である。従って、フロントハウジング３Ａにリアカバー３Ｂが嵌め込まれる際、まずカバー側係合部３２の貫通孔に第一突起３１ｆが係合する。更にリアカバー３Ｂがフロントハウジング３Ａに押し込まれると、カバー側係合部３２は第一突起３１ｆを乗り越え、カバー側係合部３２の貫通孔に第二突起３１ｓが係合する。

≪電線≫
電線２は、図６に示されるように、導体２０と、導体２０の外周に形成される絶縁層２１とを備える。電線２の端部では絶縁層２１が剥がされて、導体２０が露出している。露出した導体２０は、後述する端子４に機械的・電気的に接続される。

導体２０は、単芯線でも良いし、より線でも良い。本例の導体２０は単芯線である。単芯線の公称断面積は、特に限定されないが、例えば０．１３ｍｍ^２以下である。更に細い単芯線として、公称断面積が０．０５ｍｍ^２の単芯線が挙げられる。本開示の実施形態に係る端子付き電線１０は、従来の端子付き電線に比べて細径の導体２０を採用している。このような細径の導体２０であっても、実施形態に係る端子付き電線１０の構造によれば、端子４にしっかりと保持される。後述するように、導体２０と端子４とがＳｎによって凝着されるからである。

端子４に接続される前の導体２０は、少なくとも銅（Ｃｕ）を含む部分を有する。例えば、導体２０の材質としては、Ｃｕ又はＣｕ合金が挙げられる。Ｃｕ合金としては、Ｃｕ−Ａｇ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はＣｕ−Ｆｅ合金などが挙げられる。Ｃｕ−Ｓｎ合金は、端子との固着力に優れる。Ｃｕ−Ａｇ合金は、強度に優れ、車両での取り扱いに優れる。端子４に接続される前の導体２０の最表面にはスズ（Ｓｎ）層が形成されていても良い。一方、絶縁層２１は、例えばポリ塩化ビニル又はポリエチレンなどの絶縁性樹脂によって構成されている。

≪端子≫
端子４は、端子４に取り付けられるシェル５とセットで用いられる（図３）。本例の端子４は、一枚の板材をプレス成形することで得られる。導体２０の公称断面積が０．１３ｍｍ^２である場合、板材の厚さは０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であることが好ましい。板材の厚さが０．０５ｍｍ以上であれば、端子４の機械的強度を確保できる。板材の厚さが０．２０ｍｍ以下であれば、端子４の大型化が回避される。更に好ましい板材の厚さは、０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。

導体２０に接続される前の端子４は、導電性に優れる母材と、母材の最表面に形成されるＳｎ層とを備える。母材としては、例えばＣｕ又はＣｕ合金などが挙げられる。また、最表面のめっきとしては、Ｓｎ又はＡｇなどが挙げられる。めっきの下地として、Ｎｉ（ニッケル）又はＮｉ合金などをめっきしても良い。

端子４は、図４に示されるように、筒状に形成される端子接続部４Ａと、端子接続部４Ａの後端部に一体化されたグリップ部４Ｂとを備える。グリップ部４Ｂは、端子４における導体２０と電気的に接続される部分である。

端子接続部４Ａはその先端に挿入孔４０を備える。端子４は、コネクタ３のキャビティ３４の内部に配置される。従って、端子４の挿入孔４０は、コネクタ３の挿入孔３０にほぼ同軸に配置される。

端子接続部４Ａは、その長さ方向の中間部に貫通窓４６を備える。貫通窓４６は、端子接続部４Ａの上半分が切り欠かれることで形成されている。この貫通窓４６は、コネクタ３の貫通窓３６に対応する位置にある。従って、端子４をコネクタ３のキャビティ３４に挿入し、端子４の前端がキャビティ３４の内部の段差に当て止めされたときに、端子４の貫通窓４６は、コネクタ３の貫通窓３６の内部に露出する。これら貫通窓３６，４６は、端子４に導体２０が挿入されているかどうかをコネクタ３の外部から目視にて確認するためのものである。

端子接続部４Ａにおけるグリップ部４Ｂ寄りの側面には端子側係合部４５が形成されている。図４では、一方の側面に形成される端子側係合部４５のみ図視されているが、紙面奥側に隠れる他方の側面にも端子側係合部４５が形成されている。本例の端子側係合部４５は、後述するシェル５のシェル側係合部５５に係合する突起である。

本例のグリップ部４Ｂは、導体２０を挟んで互いに向き合う第一板状片４１と第二板状片４２とを備える。第一板状片４１は、端子接続部４Ａの上面部に一体に形成されている。第二板状片４２は、端子接続部４Ａの下面部に一体に形成されている。

第一板状片４１は、図６に示されるように、第一薄肉部４１０と第一厚肉部４１１とを備える。第一板状片４１において、第一薄肉部４１０は第一板状片４１の先端側（紙面右側）、第一厚肉部４１１は根元側（紙面左側）に配置されている。本例では、端子４を構成する板材が重ねられることで第一厚肉部４１１が形成されている（図７参照）。つまり、第一厚肉部４１１の厚さは第一薄肉部４１０の厚さの約２倍になっている。

第二板状片４２は、第二薄肉部４２０と第二厚肉部４２１とを備える。第二板状片４２において、第二薄肉部４２０は根元側、第二厚肉部４２１は先端側に配置されている。第二厚肉部４２１は、端子４を構成する板材が折り畳まれて重ねられることで形成されている。従って、第二厚肉部４２１の厚さは、第一厚肉部４１１の厚さにほぼ等しく、第二薄肉部４２０の厚さは、第一薄肉部４１０の厚さにほぼ等しい。

第一薄肉部４１０の表面（第二板状片４２側の面）と、第二厚肉部４２１の表面（第一板状片４１側の面）には、導体２０の外周形状に沿った凹みが設けられている。その凹みには、図４に示されるように、溝状のセレーション４４が形成されている。セレーション４４の形状及び数は適宜選択される。本例のセレーション４４は、断面Ｖ字状の溝である。セレーション４４の数は３つである。

図６に示されるように、第一厚肉部４１１と第二厚肉部４２１とは、端子４の軸方向（紙面左右方向）に重複することなくずれている。従って、第一板状片４１と第二板状片４２とで挟み込まれる導体２０は、第一厚肉部４１１と第二厚肉部４２１とが長手方向に離隔する箇所で屈曲する。

≪シェル≫
シェル５は、端子４のグリップ部４Ｂを導体２０側に押圧する部材である（図３）。本例のシェル５は、端子４の後端側に嵌め込まれる筒状部５０を備える。筒状部５０は、その内部に端子４のグリップ部４Ｂを収納する。この筒状部５０には、グリップ部４Ｂを導体２０側に押圧する加圧部５０Ｃが形成されている。本例の加圧部５０Ｃは、図６に示されるように、第一凸部５１と第二凸部５２とを備える。両凸部５１，５２は、筒状部５０の内部に突出する。本例の第一凸部５１は、筒状部５０の上面部の一部が筒状部５０の内部に凹むことで構成されている。この第一凸部５１は、第一板状片４１を第二板状片４２側に押圧する。一方、第二凸部５２は、筒状部５０の下面部の一部が筒状部５０の内部に凹むことで構成されている。第二凸部５２は、第二板状片４２を第一板状片４１側に押圧する。第一凸部５１と第二凸部５２とは互いに向きあっている。

筒状部５０によってグリップ部４Ｂをその外周側から取り囲むことで、第一板状片４１と第二板状片４２とで導体２０を挟み込む力を発揮できる。この機能に鑑み、シェル５は、高強度の材料で構成されることが好ましい。例えばシェル５は、ＳＵＳ又は鋼などで構成される。その他、シェル５は高強度プラスチックによって構成されていても良い。

筒状部５０は、図５に示されるように、その先端側における上方側の部分が外方側に張り出すことで形成される段差部５０ｄを備える。段差部５０ｄは、シェル５を端子４が取り付けられる際に、コネクタ３のリアカバー３Ｂに押圧される部分である。

筒状部５０の側面にはシェル側係合部５５が形成されている。シェル側係合部５５は、第一係合部５５ｆと第二係合部５５ｓとで構成されている。本例の第一係合部５５ｆと第二係合部５５ｓは、筒状部５０を内外に貫通する矩形状の貫通孔である。第一係合部５５ｆは、筒状部５０の先端側に形成され、第二係合部５５ｓは、筒状部５０の中間部に形成されている。従って、端子４にシェル５が取り付けられる際、端子４に備わる端子側係合部４５は、最初に第一係合部５５ｆに係合する。この係合状態では、端子４のグリップ部４Ｂと、シェル５の加圧部５０Ｃとが、端子４の長さ方向にずれている。更にシェル５が端子４側に押し込まれると、端子側係合部４５は第一係合部５５ｆから外れ、第二係合部５５ｓに係合する。この係合状態では、加圧部５０Ｃが、端子４の長さ方向にグリップ部４Ｂに重なる位置に配置され、加圧部５０Ｃによってグリップ部４Ｂが押圧される。

筒状部５０の後端側の側壁にはガイド部５３が形成されている。ガイド部５３は、筒状部５０の側壁の一部を筒状部５０の内周側に凹ませることで構成されている。ガイド部５３は、図６に示されるように、導体２０をシェル５の幅方向（図６の紙面奥行方向）から挟み込む。従って、ガイド部５３によって、導体２０がシェル５の幅方向の中央、即ち端子４の幅方向の中央に配置される。

本例と異なる構造を備えるシェルとして、例えば、端子４を個別に内部に収納するコネクタモジュールが挙げられる。コネクタモジュールは、端子４を一つだけ収納できるモジュールハウジングと、モジュールハウジングの開口部に蓋をするモジュールカバーとで構成される。この場合、モジュールハウジングとモジュールカバーとにそれぞれ加圧部を形成すれば良い。

≪組み立て手順≫
上記構成を備えるコネクタアセンブリ１の組み立て手順の一例を説明する。まず、端子４の後端部からシェル５を取り付け、端子側係合部４５と、シェル側係合部５５の第一係合部５５ｆとを係合させる。この段階では、端子４のグリップ部４Ｂとシェル５の加圧部５０Ｃとが端子４の長さ方向にずれており、グリップ部４Ｂは加圧部５０Ｃに押圧されない。この端子４とシェル５の組物を、コネクタ３のフロントハウジング３Ａのキャビティ３４に挿入し、フロントハウジング３Ａの後端部からリアカバー３Ｂを取り付け、ハウジング側係合部３１と、カバー側係合部３２の第一突起３１ｆとを係合させる。このとき、シェル５の段差部５０ｄがリアカバー３Ｂに押され、シェル５に押された端子４がコネクタ３内の所定位置に配置される。

次いで、リアカバー３Ｂの後端側から電線２を挿入する。その際、フロントハウジング３Ａの貫通窓３６から導体２０を確認できるまで電線２を挿入する。貫通窓３６から導体２０が確認できたら、リアカバー３Ｂをフロントハウジング３Ａ側に押し込んで、カバー側係合部３２を第二突起３１ｓに係合させる。その際、シェル５の段差部５０ｄがリアカバー３Ｂに押され、端子側係合部４５が、第一係合部５５ｆから第二係合部５５ｓに掛け変わる。その結果、シェル５の第一凸部５１と第二凸部５２とがそれぞれ、端子４の第一板状片４１と第二板状片４２の位置に配置され、導体２０が第一板状片４１と第二板状片４２とで挟み込まれた状態になる。シェル５は変形し難い筒状体であるため、両板状片４１，４２は継続的に導体２０に強い力で押し付けられる。

≪圧縮率≫
上記構成によれば、図７に示されるように、加圧部５０Ｃ（凸部５１，５２）によってグリップ部４Ｂ（板状片４１，４２）と導体２０が圧縮される。加圧部５０Ｃによって圧縮されたグリップ部４Ｂと導体２０との合計圧縮率は５％以上５０％以下であることが好ましい。合計圧縮率は、端子付き電線１０の縦断面における（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００によって求められる。Ｘは、加圧部５０Ｃによって圧縮変形された部分の厚み、Ｙは、加圧部５０Ｃに圧縮されていない部分の厚みである。圧縮変形された部分には、グリップ部４Ｂと導体２０との双方が含まれる。図７に示される例では、第一凸部５１と第二凸部５２との間の距離が、圧縮変形された厚みＸに相当する。一方、加圧部５０Ｃに圧縮されていない部分の厚みＹは、第一凸部５１と第二凸部５２とで挟まれていない部分の合計厚みである。例えば、厚みＹは、第一厚肉部４１１の厚さＹ１と、導体２０の直径Ｙ２と、第二薄肉部４２０の厚さＹ３との合計値である。合計圧縮率が大き過ぎると端子と導体２０が傷み易い。合計圧縮率が小さ過ぎると、端子４による導体２０を保持する力（保持力）が低くなる恐れがある。より好ましい合計圧縮率は、１０％以上３０％以下である。

≪保持力≫
本例の端子付き電線１０では、端子４のグリップ部４Ｂによる導体２０を保持する力（保持力）が非常に大きくなる。保持力は、図８の試験装置７によって評価することができる。試験装置７は、シェル５の後端面に当接する押さえ部材７０と、電線２の外周を掴むチャック７１とを備える。押さえ部材７０は不動に固定されている。チャック７１は、電線２の軸方向における端子４から離れる側（白抜き矢印の側）に移動可能に構成されている。このような試験装置７を用いて、押さえ部材７０によって端子４を固定し、チャック７１によって５０ｍｍ／分の引抜き速度で電線２を引っ張ったときの最大荷重が保持力である。最大荷重は、チャック７１を定速で移動させるための荷重を継続的に測定することで求められる。本例の端子付き電線１０であれば、この保持力が２０Ｎ以上となる。

≪導体と端子との接合界面の状態≫
本例の端子付き電線１０では、電線２の導体２０と、端子４のグリップ部４Ｂとの間に合金層が形成される。合金層は、導体２０及び端子４の少なくとも一方に含まれるＣｕ及びＳｎが合金化したＣｕ−Ｓｎ合金を含む。導体２０とグリップ部４Ｂとの間に合金層が形成されるのは、グリップ部４Ｂが継続的に導体２０に強く押し付けられているからである。以下、合金層が形成されるメカニズムを図９に基づいて説明する。図９には、白抜き矢印で示される時間の経過に伴う導体２０とグリップ部４Ｂとの接合界面の状態変化を示している。

図９に示される例では、導体２０と端子４のグリップ部４Ｂとが矩形状に簡略化されている。図９の左図には接合前の導体２０とグリップ部４Ｂが示され、中図には導体２０とグリップ部４Ｂとが接合された直後の状態が示されている。図９の右図には導体２０とグリップ部４Ｂとが接合されてから所定時間が経過した状態が示されている。左図に示される導体２０はＣｕ−Ａｇ合金で構成され、グリップ部４ＢはＮｉ母材の表面にＳｎ層４ｂが形成されたものである。Ｓｎ層４ｂは、Ｓｎめっき後にリフロー処理されたリフローＳｎめっきである。Ｓｎ層４ｂの表面には、Ｓｎが自然酸化することで形成される酸化被膜４ｃが形成される。また、リフロー処理を行うことで、Ｓｎ層４ｂの内部に、Ｓｎ層４ｂのＳｎとＮｉとが合金化したＳｎ−Ｎｉ合金層４ａが形成される。Ｓｎ−Ｎｉ合金層４ａの表面は、局所的に突出した凸部４ｐを有する凹凸形状となる。Ｓｎ−Ｎｉ合金は、例えばＮｉ_３Ｓｎ_４などである。Ｎｉ_３Ｓｎ_４の硬度は、導体２０を構成するＣｕ合金の硬度よりも高い。

図９の中図に示されるように、導体２０とグリップ部４Ｂとを強い力で押し付けあうと、Ｓｎ層４ｂの表面に形成されるＳｎの酸化被膜４ｃが破壊され、酸化被膜４ｃの表面にＳｎが溢れ出す。その結果、Ｓｎが導体２０の表面に凝着する凝着部９が形成され、導体２０とグリップ部４Ｂとが接合される。また、高硬度のＳｎ−Ｎｉ合金層４ａに形成される凸部４ｐが導体２０に食い込む。

図９の右図に示されるように、接合から時間が経過すると、導体２０とグリップ部４Ｂとの間に合金層６が形成される。本例の合金層６は、導体２０の表面に形成されるＣｕ−Ｓｎ合金層６０と、混在層６１とを備える。Ｃｕ−Ｓｎ合金層６０は、接合時に導体２０の表面に凝着したＳｎが導体２０のＣｕに拡散することで形成される。混在層６１は、導体２０の表面に形成されるＣｕ−Ｓｎ合金層６０と、グリップ部４Ｂの表面に形成されるＳｎ−Ｎｉ合金層４ａとの間に形成される。本例の混在層６１は、Ｃｕ−Ｓｎ合金とＳｎ−Ｎｉ合金を含む。Ｃｕ−Ｓｎ合金は、例えば、Ｃｕ_６Ｓｎ_５及びＣｕ_３Ｓｎなどである。

＜試験例１−１＞
試験例１−１では、図８に示す試験装置７によって実施形態１に示す端子付き電線１０における導体２０を保持する力（保持力）を測定した。

まず、電線２の導体２０として、Ｃｕ−Ａｇ合金の単芯線、及びＳｎのめっき層を有するＣｕ−Ａｇ合金の単芯線をそれぞれ複数用意した。導体２０の公称断面積は０．１３ｍｍ^２であった。また、Ｎｉ母材の表面にＳｎめっきを施した端子４と、ＳＵＳ製のシェル５とをそれぞれ複数用意した。端子４を構成する板材の厚みは０．１ｍｍであった。これらの導体２０と端子４とシェル５とを組み合わせた端子付き電線１０の試料を複数作製した。そして、作製直後の試料、室温で２４時間放置した試料、室温で１２０時間放置した試料、室温で１６８時間放置した試料、及び１２０℃で１２０時間保持した試料の保持力を測定した。１２０℃×１２０時間の熱処理は加速試験と考えて良い。

まず、作製直後の試料における端子付き電線１０の縦断面を観察した。当該縦断面は図７の模式図に示す状態となっていた。当該縦断面における圧縮されていないグリップ部４Ｂの厚み（Ｙ１＋Ｙ３）、圧縮されていない導体２０の直径Ｙ２、及び加圧部５０Ｃによって圧縮された部分の厚みＸを測定した。その結果、厚みＹ１＋Ｙ３、直径Ｙ２、及び厚みＸはそれぞれ、３１５μｍ、２５０μｍ、及び４８５μｍであった。従って、本例の圧縮率は、｛（５６５−４８５）／５６５｝×１００＝１４．２％であった。

次に、図８の試験装置７のチャック７１を５０ｍｍ／分の引き抜き速度で引っ張り、チャック７１を定速で動かすために必要な荷重（Ｎ）を測定した。この荷重が、上記保持力と考えて良い。その結果を、図１０の表にまとめた。表内のグラフの横軸はチャックの変位量（ｍｍ）、縦軸は保持力（Ｎ）である。この表内のグラフに示すように、いずれの試料においても、変位量が０．３ｍｍ付近で保持力がピークを示し、ピーク位置から４ｍｍ前後まで比較的高い保持力が維持された後、保持力がゼロになった。保持力がピークを示すまでのチャック７１の変位量は、導体２０の伸びに起因しており、端子４に対して導体２０が引き抜かれていなかった。従って、ピークを示す保持力は静止摩擦力に相当し、ピーク以後の保持力は動摩擦力に相当するものと考えられる。変位量が３ｍｍから４ｍｍ前後のときに保持力が一段階下がるのは、導体２０の先端が図７の第一厚肉部４１１の位置を抜けたからであり、最終的に保持力がゼロになったのは、端子４から導体２０が抜けたからである。

各試料の保持力のピークはいずれも２０Ｎ以上となっていた。なお、市場に流通するコネクタアセンブリが、作製直後に使用されることはないので、シェル５による導体２０の締め付け直後の試料の保持力は、実用上無視してかまわない。

図１０に示されるように、試料の作製からの経過時間が長くなるほど、保持力のピークが高くなる傾向にあることが分かった。この結果から、時間の経過に伴い、保持力を上昇させる何らかの変化が導体２０と端子４のグリップ部４Ｂとの接合界面で生じていると推察される。この点については、後述する試験例２−１にて調査した。

また、導体２０の表面にＳｎのめっき層を有する試料（以下、めっき有り試料）の方が、導体２０の表面にＳｎのめっき層を有さない試料（以下、めっき無し試料）よりも、ピーク後の保持力が低い傾向にあることが分かった。めっき有り試料に比べてめっき無し試料では、導体２０とグリップ部４Ｂとの間の純Ｓｎ量が少ない。純Ｓｎは、潤滑効果を有し、導体２０とグリップ部４Ｂとの間の動摩擦力を小さくすると考えられる。従って、めっき無し試料のピーク後の保持力が、めっき有り試料のピーク後の保持力よりも高くなったと推察される。

＜試験例１−２＞
試験例１−２では、めっき層を有さないＣｕ−Ｓｎ合金の導体２０を用いて、試験１−１と同様の試験を行った。端子４とシェル５は、試験例１−１で使用したものと同じものであった。Ｃｕ−Ｓｎ合金は、試験例１−１のＣｕ−Ａｇ合金よりも柔らかい。保持力の測定については、作製直後の試料、及び１２０℃で１２０時間保持した試料について行った。

試験の結果、作製直後の試料における保持力は３０．３Ｎ、加速試験を行った試料における保持力は３２．１Ｎであった。Ｃｕ−Ｓｎ合金からなる柔らかい導体２０を用いた端子付き電線１０においても、導体２０を強い力で締め付けることで導体２０の保持力が上昇することが分かった。試験例１−１，１−２の端子付き電線１０は、上記保持力に優れるため、電気的接続の信頼性に優れることが確認された。

＜試験例２−１＞
試験例１−１、１−２において、試料の静止摩擦力が時間の経過と共に上昇する原因を探るべく、以下のことを行った。まず、試験例１−１で用いた導体２０と端子４とシェル５とで端子付き電線１０を作製した。導体２０は、めっき層を有さないＣｕ−Ａｇ合金であった。次いで、端子付き電線１０の作製から所定時間経過後、端子付き電線１０を解体し、導体２０の表面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察した。観察した試料は、グリップ部４Ｂによる導体２０の締め付け直後の試料、室温で１２０時間放置した試料、及び１２０℃で１２０時間保持した試料であった。観察結果を図１１の表に示す。各試料の導体２０の表面には付着物が確認された。この付着物は、端子４のＳｎ層４ｂに由来するＳｎの凝着部９（図９参照）と推察される。

ＳＥＭの結果を受け、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって、導体２０の表面における元素の分布を調べた。その結果を図１１の表に示す。表の上から一行目はＳＥＭ画像、二行目は導体の表面に付着したＳｎ分布、三行目は導体の表面のＣｕ分布である。

図１１に示されるように、時間の経過に伴い、導体２０の表面におけるＳｎ分布が広がっていることが分かった。端子４に備わるＳｎ層４ｂの表面には自然酸化によって生じる酸化被膜４ｃが形成されるため、単に端子４を導体２０にかしめただけでは、Ｓｎ層のＳｎが導体２０の表面にほとんど付着しない。一方、本例の試料では、端子４の第一板状片４１と第二板状片４２とで導体２０が強い力で挟み込まれ続けている。そのため、本例の試料における導体２０の表面に付着したＳｎは、板状片４１，４２のＳｎ層４ｂに含まれるＳｎの一部が酸化被膜４ｃを貫通して、導体２０の表面に溢れ出してなる凝着部９と考えられる。また、時間の経過に伴ってＳｎの分布が広がっていることから、Ｓｎの凝着部９の面積の増加が、試験１−１，１−２における静止摩擦力を向上させているものと推察される。

次いで、導体２０の表面における凝着部９の面積を計算により求めた。具体的には、図１１に示すＳＥＭ画像から導体２０の直径を求めると共に、Ｃｕ分布を示す画像からＣｕが検出される視野幅（直径と同じ方向の長さ）を求めた。本例では、上記直径が２６７μｍ、上記視野幅が２４８μｍであった。Ｃｕが検出される視野幅が、ＥＤＸによって元素を分析できる幅である。つまり、導体２０の表面の９３％の領域で元素を分析できる。分析できない部分は、導体２０の端の部分であり、Ｓｎ層４ｂを有する板状片４１，４２が接触していない部分である。そのため、ＥＤＸによって分析した導体２０のＳｎ分布が、導体２０全体におけるＳｎ分布とみなせる。そこで、その視野幅に占めるＳｎの面積を画像解析によって求めた。その結果、作製直後の試料、室温で１２０時間放置した試料、及び１２０℃×１２０時間保持した試料におけるＳｎの凝着部９の面積はそれぞれ、０．０５８ｍｍ^２、０．０７４ｍｍ^２、及び０．１１９ｍｍ^２であった。これらの測定した面積は、導体２０の片側における面積である。導体２０の両側を含めた各試料における凝着部９の総面積は、上記測定した面積の約２倍となる。本明細書には示していないが、導体２０における図１１に示す側と反対側でも、図１１に示す側と同程度の凝着部９が形成されていた。すなわち、二つの板状片４１，４２で導体２０を強い力で挟み続ける構成において、導体２０の表面におけるＳｎの凝着部９の面積は０．１００ｍｍ^２以上であった。

＜試験例２−２＞
試験例２−１に示されるように、グリップ部４Ｂによる導体２０の保持力の上昇は、Ｓｎの凝着によって生じると推察される。保持力とＳｎの凝着との因果関係を確認すべく、図１２に示される試験装置８を用いた試験を行った。試験は室温で行った。

試験装置８を用いた試験では、まず、Ｓｎからなる板材８２と、Ｓｎからなる摺動部材８４を用意した。次いで、台座８０上に板材８２を載置し、板材８２に摺動部材８４のエンボス８４ｅを押し当てた。エンボス８４ｅの半径は１ｍｍであった。摺動部材８４に加えられる垂直荷重は、１Ｎ、２Ｎ、又は４Ｎであった。エンボス８４ｅを押し付ける時間は、１分、１６時間、又は６４時間とした。摺動部材８４に垂直荷重をかける時間が長くなると、板材８２のＳｎがエンボス８４ｅに凝着する量が増加する。

所定時間経過後、摺動部材８４に垂直荷重をかけながら、摺動部材８４を水平方向に動かした。摺動部材８４を水平方向に移動させる力（Ｎ）を摩擦力として測定し、摩擦力を垂直荷重で除した摩擦係数を求めた。摺動部材８４の水平方向の変位量（ｍｍ）と摩擦係数との関係を示すグラフを表にまとめて図１３に示す。グラフの横軸は変位量、縦軸は摩擦係数である。

図１３に示されるように、垂直荷重をかける時間の増加に伴い、摺動部材８４の摩擦係数のピークが大きくなることがわかった。摩擦係数のピークは、静止摩擦係数である。試験は室温にて行われているので、摩擦係数の増加は、Ｓｎの凝着量の増加に由来すると考えられる。

また、図１３に示されるように、垂直荷重が大きくなるほど、摺動部材８４の摩擦係数のピークが大きくなることがわかった。つまり、図６に示される端子付き電線１０において、十分な保持力を得るためには、グリップ部４Ｂを導体２０に強い力で押し付け続ける必要があることが分かった。単にグリップ部４Ｂで導体２０を挟んでいるだけでは、十分な保持力を得ることはできない。

＜試験例３＞
次に、試験例１−１の試料における板状片４１，４２（グリップ部４Ｂ）と導体２０との接合界面の状態をＳＥＭ画像にて確認した。また、接合界面の組成をＥＤＸによって調べた。

図１４は、導体２０と接続する前における端子４のグリップ部４Ｂの断面写真である。この端子４は、Ｎｉ母材の表面にＳｎ層４ｂを形成したものである。紙面上側がグリップ部４Ｂの表面である。紙面下側の濃い灰色部分はＮｉ母材であり、Ｎｉ母材の上に形成される二番目に濃い灰色部分はＳｎ−Ｎｉ合金層４ａである。Ｓｎ−Ｎｉ合金は、Ｎｉ_３Ｓｎ_４である。Ｓｎ−Ｎｉ合金層４ａの表面は、局所的に突出した凸部４ｐを有する凹凸形状となっている。本例ではＳｎ層４ｂを形成した後にリフロー処理を行っており、このリフロー処理によってＳｎ−Ｎｉ合金層４ａの凸部４ｐが形成される。Ｓｎ−Ｎｉ合金層４ａの上に形成される薄い灰色部分はＳｎ層４ｂである。Ｓｎ層４ｂの表面には、Ｓｎが自然酸化してなる酸化被膜４ｃが形成されている。

図１５は、導体２０とグリップ部４Ｂとを接合した直後における接合界面の断面写真である。紙面上側の灰色部分は導体２０である。本例の導体２０はＳｎめっきを備えないＣｕ−Ａｇ合金の導体２０である。本例では、グリップ部４Ｂによって導体２０を強い力で挟み込んでいるため、Ｓｎ層４ｂが平面方向に流動し、Ｓｎ層４ｂが薄くなっている。その際、Ｓｎ層４ｂの酸化被膜４ｃ（図９）が破れ、Ｓｎ層４ｂに含まれるＳｎが、導体２０に溢れ出して導体２０に凝着する。導体２０に凝着するＳｎ（図９の凝着部９）は、既に述べたように導体２０の保持力を向上させることに寄与する。また、Ｓｎ−Ｎｉ合金層４ａの凸部４ｐが、薄くなったＳｎ層４ｂを貫通し、導体２０の表面に食い込んでいる。この食い込みは、機械的な引っ掛かりとなる。従って、この食い込みも、導体２０の保持力の向上に寄与しているものと推察される。

図１６は、作製後に１２０℃×２０時間保持する加速試験を行った試料の断面写真である。この断面写真では、導体２０の表面に薄い灰色の部分が形成されている。この薄い灰色部分は、Ｃｕ−Ｓｎ合金層６０である。Ｃｕ−Ｓｎ合金層６０は、導体２０の表面に凝着したＳｎが、導体２０に含まれるＣｕと反応することで形成されたものである。また、Ｃｕ−Ｓｎ合金層６０とＳｎ−Ｎｉ合金層４ａとの間には、未反応のＳｎと、Ｃｕ−Ｓｎ合金と、Ｓｎ−Ｎｉ合金とが混在する混在層６１が形成されていた。

図１７は、作製後に１２０℃×１２０時間保持する加速試験を行った試料の断面写真である。この断面写真では、Ｃｕ−Ｓｎ合金層６０とＳｎ−Ｎｉ合金層４ａとの間に混在層６１が形成され、未反応のＳｎがなくなっていた。混在層６１のうち、導体２０側の色の濃い部分は、Ｃｕ_３Ｓｎ合金、グリップ部４Ｂ側の色の薄い部分はＣｕ_６Ｓｎ_５である。

以上の結果から、グリップ部４Ｂから導体２０の表面に凝着したＳｎが、時間の経過に伴い合金化することが分かった。

１ コネクタアセンブリ
１０ 端子付き電線
２ 電線
２０ 導体、２１ 絶縁層
３ コネクタ
３Ａ フロントハウジング、３Ｂ リアカバー
３０ 挿入孔、３１ ハウジング側係合部、３２ カバー側係合部
３１ｆ 第一突起、３１ｓ 第二突起
３３ 隔壁、３４ キャビティ、３５ スライド溝、３６ 貫通窓
４ 端子
４ａ Ｓｎ−Ｎｉ合金層、４ｂ Ｓｎ層、４ｃ 酸化被膜、４ｐ 凸部
４Ａ 端子接続部、４Ｂ グリップ部、
４０ 挿入孔、４１ 第一板状片、４２ 第二板状片、４４ セレーション
４５ 端子側係合部、４６ 貫通窓
４１０ 第一薄肉部、４１１ 第一厚肉部
４２０ 第二薄肉部、４２１ 第二厚肉部
５ シェル
５０ 筒状部、５０Ｃ 加圧部、５０ｄ 段差部
５１ 第一凸部、５２ 第二凸部、５３ ガイド部
５５ シェル側係合部、５５ｆ 第一係合部、５５ｓ 第二係合部
６ 合金層
６０ Ｃｕ−Ｓｎ合金層、６１ 混在層
７ 試験装置
７０ 押さえ部材、７１ チャック
８ 試験装置
８０ 台座、８２ 板材、８４ 摺動部材、８４ｅ エンボス
９ 凝着部

Claims (8)

1. 導体を有する電線と、
   前記導体に接続される端子と、
   前記端子に取り付けられるシェルを備え、
   前記端子は、前記導体を挟み込むグリップ部を有し、
   前記シェルは、前記グリップ部の少なくとも一部を前記導体の側に押圧する加圧部を有し、
   前記グリップ部と前記導体とを接合する合金層を備え、
   前記合金層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金とＳｎ−Ｎｉ合金とを含み、
   前記Ｓｎ−Ｎｉ合金は、Ｎｉ _３ Ｓｎ _４ である、
   端子付き電線。
2. 前記Ｃｕ−Ｓｎ合金は、Ｃｕ_６Ｓｎ_５である請求項１に記載の端子付き電線。
3. 前記導体は単芯線である請求項１又は請求項２に記載の端子付き電線。
4. 前記導体は、Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はＣｕ−Ａｇ合金である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の端子付き電線。
5. 前記シェルは、
   前記グリップ部を内部に収納する筒状部と、
   前記筒状部に形成される前記加圧部とを備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の端子付き電線。
6. 前記グリップ部は、前記導体を挟んで互いに向き合う第一板状片と第二板状片とで構成されており、
   前記加圧部は、前記筒状部の内周側に突出する第一凸部と第二凸部とで構成され、
   前記第一凸部は、前記第一板状片を前記第二板状片の側に押圧し、
   前記第二凸部は、前記第二板状片を前記第一板状片の側に押圧する請求項５に記載の端子付き電線。
7. 導体を有する電線と、
   前記導体に接続される端子と、
   前記端子に取り付けられるシェルを備え、
   前記端子は、前記導体を挟み込むグリップ部を有し、
   前記シェルは、前記グリップ部の少なくとも一部を前記導体の側に押圧する加圧部を有し、
   前記グリップ部と前記導体とを接合する合金層を備え、
   前記合金層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含み、
   前記導体は、Ｃｕ−Ｓｎ合金、又はＣｕ−Ａｇ合金である、
   端子付き電線。
8. 導体を有する電線と、
   前記導体に接続される端子と、
   前記端子に取り付けられるシェルを備え、
   前記端子は、前記導体を挟み込むグリップ部を有し、
   前記シェルは、前記グリップ部を内部に収納する筒状部と、前記グリップ部の少なくとも一部を前記導体の側に押圧するために前記筒状部に形成された加圧部とを有し、
   前記グリップ部は、前記導体を挟んで互いに向き合う第一板状片と第二板状片とで構成されており、
   前記加圧部は、前記筒状部の内周側に突出する第一凸部と第二凸部とで構成され、
   前記第一凸部は、前記第一板状片を前記第二板状片の側に押圧し、
   前記第二凸部は、前記第二板状片を前記第一板状片の側に押圧し、
   前記グリップ部と前記導体とを接合する合金層を備え、
   前記合金層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含む、
   端子付き電線。

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