JP7079282B2

JP7079282B2 - 端子付き電線、ワイヤハーネス

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Publication number: JP7079282B2
Application number: JP2020069309A
Authority: JP
Inventors: 江李; 泰治内山; 俊介岸原; 信昭酒井; 正和小澤; 幸大川村
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2022-06-01
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: JP2020123580A

Description

本発明は自動車等に用いられる端子付き電線等に関するものである。

従来、自動車、ＯＡ機器、家電製品等の分野では、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、使用される端子付き電線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。

このようなアルミニウム電線と端子とを接合する際には、例えば、オープンバレル型の端子に、アルミニウム電線の先端が配置され、導線と端子とが圧着される（特許文献１）。

特開２０１０－２１０１６号公報

従来の電線は、可撓性を確保するために、太径（例えば３～１２ｓｑ）の電線に対しても、細径（２．５ｓｑ以下）の電線と同程度の径の素線を用いて、素線の本数によって断面積を変更している。

しかし、アルミニウム電線を用いる場合には、アルミニウム表面の酸化被膜による素線間導通が問題視されている。このため、従来は、素線間の導通を得る方法として、圧縮される部位の電線の先端を半田付けする方法がとられている。しかし、半田付けの工程は、コスト増となる。

特に、太径のアルミニウム電線は、細径のアルミニウム電線と比較して、素線間導通を確保することが困難である。しかし、端子との圧着部を強く圧縮してしまうと、素線切れなどの問題があった。また、このような素線切れが生じると、切れていない残りの素線に応力が集中するため、圧着部の機械強度特性が低下するという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、太径の被覆電線に対して、半田付けを行うことなく良好な電気導通特性と機械強度特性を確保すことが可能な端子付き電線等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、自動車に用いられる、３ｓｑ～１２ｓｑのアルミニウム電線と端子とが接続された端子付き電線であって、前記アルミニウム電線は、径が０．４～１．０ｍｍの複数の素線からなり、前記アルミニウム電線は、純アルミニウムからなり、前記端子と前記アルミニウム電線が、圧着されて接続されており、前記アルミニウム電線と圧着される、前記端子の圧着部の圧縮率が３５～７０％であって、前記圧着部の抵抗が０．５ｍΩ未満であり、かつ、圧着部強度が２００Ｎ以上であり、前記アルミニウム電線の長手方向に垂直な断面において、前記素線が、軸対象に最密配置で配置されており、３ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は１５ｍｍ以上２２．５ｍｍ以下であり、５ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は２５ｍｍ以上３７．５ｍｍ以下であり、８ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、１０ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は５０ｍｍ以上７５ｍｍ以下であり、１２ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は６０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることを特徴とする端子付き電線である。
前記端子はオープンバレル型であり、前記端子の導線圧着部が前記アルミニウム電線の露出した導体を圧着することが望ましい。

前記アルミニウム電線が、径が略０．５８～０．７４ｍｍの複数の素線からなることが望ましい。

３ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は７本であり、５ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は１９本であり、８ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は１９本であり、１０ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は３７本であり、１２ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は３７本であることが望ましい。

第１の発明によれば、３ｓｑ～１２ｓｑのアルミニウム電線が、径が０．４～１．０ｍｍの複数の素線からなり、かつ純アルミニウムからなるので、半田付けなどの前処理を行うことなく、良好な電気導通性および機械強度を確保することができる。
さらに、３ｓｑ～１２ｓｑのアルミニウム電線が、径が略０．５８～０．７４ｍｍの複数の素線からなると、広い圧縮率範囲で、安定して良好な電気導通性および機械強度が得られる。
また、端子の圧縮率が３５～７０％である時に、圧着部の抵抗が０．５ｍΩ未満であり、かつ、圧着部強度が２００Ｎ以上であると、広い圧縮率範囲で望ましい電気導通性および機械強度が得られ、端子の圧縮率がばらついても品質が安定し、効率よく端子付き電線を生産できる。

また、アルミニウム電線の長手方向に垂直な断面において、素線が、軸対象に最密配置で配置されれば、圧縮時に素線がずれにくく、また、アルミニウム電線の曲げ特性も良好である。

このようなアルミニウム電線としては、３ｓｑの場合には素線の総周長を３０ｍｍ以下とし、５ｓｑの場合には素線の総周長を５０ｍｍ以下とし、８ｓｑの場合には素線の総周長を８０ｍｍ以下とし、１０ｓｑの場合の素線の総周長を９０ｍｍ以下とし、１２ｓｑの場合には素線の総周長を１００ｍｍ以下とすることで、上述した比を適正にすることができる。

また、３ｓｑの場合には素線の本数を７本または１９本とし、５ｓｑの場合には素線の本数を７本、１９本、または３７本とし、８ｓｑの場合には素線の本数を１９本または３７本とし、１０ｓｑの場合には素線の本数を１９本または３７本とし、１２ｓｑの場合には素線の本数を１９本または３７本とすることで、上述した比を適正し、アルミニウム電線の長手方向に垂直な断面において、素線を、軸対象に最密配置で配置することができる。

第２の発明は、第１の発明にかかる端子付き電線が複数本束ねられたことを特徴とするワイヤハーネスである。

本発明では、複数本の端子付き電線を束ねて用いることもできる。

本発明によれば、太径の被覆電線に対して、半田付けを行うことなく良好な電気導通特性と機械強度特性を確保すことが可能な端子付き電線等を提供することができる。

端子１の斜視図。端子付き電線１０の斜視図。（ａ）～（ｃ）は図２のＡ－Ａ線断面図。図２のＢ－Ｂ線断面図。端子１ａの斜視図。端子付き電線２０の斜視図。端子付き電線２０の導線圧着部７の断面図。

（第１実施形態）
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、被覆電線と接続される端子１を示す斜視図である。端子１は、オープンバレル型であり、例えば銅または銅合金製である。端子１は、端子本体３と圧着部５とからなる。

端子本体３は、所定の形状の板状素材を、断面が矩形の筒体に形成したものである。端子本体３は、内部に、板状素材を矩形の筒体内に折り込んで形成される弾性接触片を有する。端子本体３は、前端部から雄端子などが挿入されて接続される。なお、以下の説明では、端子本体３が、雄型端子等の挿入タブ（図示省略）の挿入を許容する雌型端子である例を示すが、本発明において、この端子本体３の細部の形状は特に限定されない。例えば、雌型の端子本体３に代えて例えば雄型端子の挿入タブを設けてもよい。

圧着部５は、被覆電線と圧着される部位であり、端子１の長手方向に垂直な断面形状が略Ｕ字状のバレル形状を有する。圧着部５は、被覆電線の先端側に被覆部から露出する導線部を圧着する導線圧着部７と、被覆電線の被覆部の一部を圧着する被覆圧着部９とからなる。

導線圧着部７の内面の一部には、幅方向（長手方向に垂直な方向）には、図示を省略したセレーションが設けられる。このようにセレーションを形成することで、導線を圧着した際に、導線の表面の酸化膜を破壊しやすく、また、導線との接触面積を増加させることができる。

次に、端子１を用いた端子付き電線１０について説明する。図２は、端子付き電線１０の斜視図である。まず、被覆電線１１の先端の所定長さの絶縁被覆１５が除去され、内部の導体を露出する。なお、被覆電線１１は、導体がアルミニウムまたはアルミニウム合金製のアルミニウム電線である。

図３（ａ）は、図２のＡ－Ａ線断面図であり、被覆電線１１の断面の一例を示す図である。被覆電線１１は、絶縁被覆１５の内部に複数の素線（導体１３）が撚り合わせられて形成される。ここで、本発明で対象とする被覆電線１１は、３ｓｑ～１２ｓｑの太径サイズである。

図３（ａ）に示す例では、素線が中心に１本とその周囲に６本配置される。すなわち、計７本の素線が、被覆電線１１の長手方向に垂直な断面において、軸対象に最密配置で配置される。

なお、素線の本数は、図示した例には限られず、図３（ｂ）に示すように、例えば１９本（前述した７本の周囲にさらに１２本）であってもよく、図３（ｃ）に示すように、３７本（前述した１２本の周囲にさらに１８本）であってもよい。このように、被覆電線１１の長手方向に垂直な断面において、各素線が、軸対象に最密配置で配置されることが望ましい。

次に、圧着部５に、被覆電線１１の先端を配置する。この際、絶縁被覆１５から露出する導体１３が導線圧着部７（セレーションの形成部）に配置され、絶縁被覆１５が被覆圧着部９に配置される。

次に、図に示すように、圧着部５を、図示を省略した金型で一括して圧縮して、被覆圧着部９で被覆電線１１の絶縁被覆１５を圧着するとともに、導線圧着部７で絶縁被覆１５から露出する導体１３を圧着する。

図４は、図２のＢ－Ｂ線断面図であって、導線圧着部７の長手方向（被覆電線１１の長手方向）に垂直な断面図である。このように、圧着部５を圧縮することで、端子１と被覆電線１１とが圧着される。なお、セレーションの図示は省略する。このようにして、端子１と被覆電線１１とが接続された端子付き電線１０が形成される。

ここで、被覆電線１１の長手方向に垂直な断面における複数の導体１３の総周長（ｍｍ）／被覆電線１１のサイズ（ｓｑ）の比（以下、単に比Ｐとする）は４～１０であり、さらに望ましくは、５～７．５である。すなわち、７本の素線である場合には、被覆電線１１の長手方向に垂直な断面における、１本の素線の周長（ｍｍ）×７本／被覆電線１１のサイズ（ｓｑ）で算出される。

より具体的には、各サイズの被覆電線１１に対して、素線の総周長は、以下の範囲であることが望ましい。
３ｓｑの被覆電線１１における素線の総周長：３０ｍｍ以下
５ｓｑの被覆電線１１における素線の総周長：５０ｍｍ以下
８ｓｑの被覆電線１１における素線の総周長：８０ｍｍ以下
１０ｓｑの被覆電線１１における素線の総周長：９０ｍｍ以下
１２ｓｑの被覆電線１１における素線の総周長：１００ｍｍ以下

上述の範囲を満たすためには、各サイズの被覆電線１１に対して、素線の本数は、以下の通りであることが望ましい。
３ｓｑの被覆電線１１における素線の本数：７本または１９本
５ｓｑの被覆電線１１における素線の本数：７本、１９本または３７本
８ｓｑの被覆電線１１における素線の本数：１９本または３７本
１０ｓｑの被覆電線１１における素線の本数：１９本または３７本
１２ｓｑの被覆電線１１における素線の本数：１９本または３７本

このように、本発明では、従来の太径の被覆電線１１における素線よりも太い素線が適用される。例えば、従来、３ｓｑの被覆電線１１には、０．３ｍｍφの素線が３７本使用されているが、本発明では、上記範囲を満たすように、０．４～１．０ｍｍ程度の素線が適用される。

このように、本発明では、素線を太くして本数を減らすことで、素線の総周長を短くすることができる。すなわち、比Ｐを小さくすることができる。この結果、アルミニウム素線の表面の酸化物の影響を小さくすることができる。このため、各素線間および端子・電線間の抵抗を低くすることができる。

一方、比Ｐが小さすぎると、素線が太くなりすぎるため、被覆電線１１の可撓性が悪化する。このため、本発明では、比Ｐを４～１０とし、さらに望ましくは、５～７．５とする。

以上説明したように、本実施の形態によれば、比Ｐを適正にすることで、圧着部における良好な電気抵抗特性を得ることができる。このため、半田付けなどの前処理も不要である。

また、過剰な圧縮を行う必要がないため、素線切れを抑制することができ、良好な機械強度特性を得ることができる。また、素線径が太くなりすぎないため、被覆電線１１の可撓性を確保することができる。

また、被覆電線１１の長手方向に垂直な断面において、素線が、軸対象に最密配置で配置されるため、圧縮時に素線がずれにくく、また、被覆電線１１の曲げ特性も良好である。

なお、素線の太さが太いため、素線１本当たりの強度が高い。このため、アルミニウム合金ではなく、純アルミニウムを適用することができる。この結果、低コストで、高い可撓性を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる端子１ａの斜視図である。なお、以下の説明において、端子１等と同一の機能を奏する構成については、図１～図４と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

端子１ａは、端子１とほぼ同様の構成であるが、圧着部５の形態が異なる。本実施形態における圧着部５は、筒状（管状）に形成され、導線圧着部７と被覆圧着部９とは、一体で形成される。なお、導線圧着部７の内径は、被覆圧着部９の内径よりも小さい。

なお、前述した様に、導線圧着部７の内面の一部には、周方向にセレーション（図示省略）が設けられる。このようにセレーションを形成することで、導線を圧着した際に、導線の表面の酸化膜を破壊しやすく、また、導線との接触面積を増加させることができる。

圧着部５は、断面が円形の筒体となるように板状素材が丸められ、板状素材の縁部同士を突き合わせて突合せ部１７で接合して一体化することにより形成される。突合せ部１７は、例えばレーザ溶接などによって溶接されて一体化される。

なお、導線圧着部７の先端側（端子本体３側）を潰して封止部を形成してもよい。この場合、封止部をレーザ溶接等で溶接してもよい。このようにすることで、被覆圧着部９側の端部以外が封止された管状端子とすることができる。

次に、端子１ａを用いた端子付き電線２０について説明する。図６は、端子付き電線２０の斜視図である。前述した様に、被覆電線１１の先端の所定長さの絶縁被覆１５を除去し、内部の導体を露出する。なお、被覆電線１１は、第１の実施形態と同様である。

次に、圧着部５に、被覆電線１１の先端を配置する。この際、絶縁被覆１５から露出する導体が導線圧着部７（セレーションの形成部）に配置され、絶縁被覆１５が被覆圧着部９に配置される。

次に、図に示すように、圧着部５を、図示を省略した金型で一括して圧縮して、被覆圧着部９で被覆電線１１の絶縁被覆１５を圧着するとともに、導線圧着部７で絶縁被覆１５から露出する導体を圧着する。このようにして、端子１ａと被覆電線１１とが接続された端子付き電線２０が形成される。

図７は、端子付き電線２０の長手方向（被覆電線１１の長手方向）に垂直な断面図である。なお、セレーションの図示は省略する。このように、圧着部５を圧縮して、端子１ａと被覆電線１１とが圧着される。

なお、圧着形状は、図示した例には限られないが、被覆電線１１の長手方向に垂直な断面において、導線圧着部７は、上部の幅方向の中央部の所定の範囲に強押し込み部が形成され、上部の幅方向端部近傍に強押し込み部よりも押込み量が小さい弱押し込み部が形成されることが望ましい。

本実施形態においても、前述した比Ｐは４～１０であり、さらに望ましくは、５～７．５である。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、管状端子である端子１ａを用いることで、オープンバレル型の端子１と比較して、圧着時の素線のバランスがよくなり、局所的な強圧縮部が生じることを抑制することができる。この結果、圧縮時の素線切れを抑制することができる。

以下、比Ｐに対する圧着部抵抗（ｍΩ）と、圧着部強度（Ｎ）を評価した。被覆電線は、３～１２ｓｑを用い、サンプルごとに素線数および素線径を変えることで比Ｐを変化させた。なお、端子は、図５に示した管状の端子１ａを用い、圧着前の電線の先端の半田付けは行わなかった。

まず、圧着後の端子付き電線に対して耐久試験を行った。耐久試験は、－４０℃と＋１２０℃の温度を３０ｍｉｎずつ印加することを１サイクルとし、２００サイクル行った。その後、圧着部抵抗と圧着部強度を測定した。

圧着部抵抗は、以下のようにして測定した。電線と端子間の抵抗（端子＋例えば３０ｃｍの電線）を測定した後に、別途測定した同じ長さの電線の抵抗値（電線３０ｃｍの抵抗値）を減ずることで、圧着部における端子と電線導体間の接触抵抗を算出し、圧着部抵抗とした。

また、圧着部強度は、以下のようにして測定した。端子付き電線の引っ張り試験（端子を固定し電線を長手方向に引っ張る試験）を行い、破断するまでの間に加わる最大の応力である引張強さを測定し、圧着部強度とした。

結果を表１に示す。

圧着部抵抗の評価は、以下の通りである。
○・・・圧縮率が３５～７０％において圧着部の抵抗が０．５ｍΩ未満
△・・・圧縮率が３５～５０％では、圧着部の抵抗が０．５ｍΩ未満であるが、圧縮率が７０％の場合において圧着部の抵抗が０．５ｍΩ以上
×・・・圧縮率が３５％では、圧着部の抵抗が０．５ｍΩ未満であるが、圧縮率が５０％～７０％の場合において圧着部の抵抗が０．５ｍΩ以上

同様に、圧着部強度の評価は、以下の通りである。
○・・・圧縮率が３５～７０％において圧着部強度が２００Ｎ以上
△・・・圧縮率が５０～７０％では、圧着部強度が２００Ｎ以上であるが、圧縮率が３５％の場合において圧着部強度が２００Ｎ以下
×・・・圧縮率が７０％では、圧着部強度が２００Ｎ以上であるが、圧縮率が３５％～５０％の場合において圧着部強度が２００Ｎ以下

表１に示すように、比Ｐが１０以下において圧着部抵抗（ｍΩ）が△～○となった。比Ｐが１０を超えると、素線数が増えるため、素線表面積が増大し、素線間抵抗および端子・素線間抵抗が増加したためである。また、さらに、比Ｐが７．５以下において圧着部抵抗（ｍΩ）が〇となり、さらに良好な結果となった。このように、比Ｐが小さい（素線本数が少ない）ほど幅広い圧縮率で導通性を確保でき、逆に比Ｐが大きい（素線本数が多い）ほど表面の酸化被膜の比率が増えるため、強圧縮しないと導通が取れない、という結果となった。

同様に、比Ｐが４以上１０以下において圧着部強度（Ｎ）が△～○となった。比Ｐが４より小さくなると、素線が太くなり、圧着時に素線が変形しづらく、端子の変形が大きくなる。すると、圧着時の圧縮率が小さいほど局所的に端子厚さが薄い箇所が生じやすく、引っ張り試験時に端子の破損が生じ、圧着部強度が×となった。また、比Ｐが１０を超えると、素線が細くなり、素線切れが生じたため圧着部強度が×となった。また、さらに、比Ｐが５以上７．５以下において圧着部強度（Ｎ）が〇となり、さらに良好な結果となった。

なお、比Ｐが４未満では、被覆電線の可撓性が十分ではなかった。このため、比Ｐは４～１０であり、さらに望ましくは、５～７．５である。

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、前述した実施形態は、互いに組み合わせることができる。また、本発明にかかる端子付き電線を複数本束ねてワイヤハーネスとして使用することもできる。

１、１ａ………端子
３………端子本体
５………圧着部
７………導線圧着部
９………被覆圧着部
１０、２０………端子付き電線
１１………被覆電線
１３………導体
１５………絶縁被覆
１７………突合せ部

Claims

自動車に用いられる、３ｓｑ～１２ｓｑのアルミニウム電線と端子とが接続された端子付き電線であって、
前記アルミニウム電線は、径が０．４～１．０ｍｍの複数の素線からなり、
前記アルミニウム電線は、純アルミニウムからなり、
前記端子と前記アルミニウム電線が、圧着されて接続されており、
前記アルミニウム電線と圧着される、前記端子の圧着部の圧縮率が３５～７０％であって、前記圧着部の抵抗が０．５ｍΩ未満であり、かつ、圧着部強度が２００Ｎ以上であり、
前記アルミニウム電線の長手方向に垂直な断面において、前記素線が、軸対象に最密配置で配置されており、
３ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は１５ｍｍ以上２２．５ｍｍ以下であり、５ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は２５ｍｍ以上３７．５ｍｍ以下であり、８ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、１０ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は５０ｍｍ以上７５ｍｍ以下であり、１２ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の総周長は６０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることを特徴とする端子付き電線。
前記端子はオープンバレル型であり、前記端子の導線圧着部が前記アルミニウム電線の露出した導体を圧着することを特徴とする請求項１記載の端子付き電線。
前記アルミニウム電線が、径が略０．５８～０．７４ｍｍの複数の素線からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の端子付き電線。
３ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は７本であり、５ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は１９本であり、８ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は１９本であり、１０ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は３７本であり、１２ｓｑの前記アルミニウム電線における前記素線の本数は３７本であ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端子付き電線。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の端子付き電線が複数本束ねられたことを特徴とするワイヤハーネス。