(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-24
(45)【発行日】2022-06-01
(54)【発明の名称】端子付き電線、ワイヤハーネス
(51)【国際特許分類】
H01B 7/00 20060101AFI20220525BHJP
H01R 4/18 20060101ALI20220525BHJP
H01B 5/08 20060101ALI20220525BHJP
H01B 1/02 20060101ALI20220525BHJP
【FI】
H01B7/00 306
H01R4/18 A
H01B7/00 301
H01B5/08
H01B1/02 B
(21)【出願番号】P 2020069309
(22)【出願日】2020-04-07
(62)【分割の表示】P 2016008549の分割
【原出願日】2016-01-20
【審査請求日】2020-04-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】391045897
【氏名又は名称】古河AS株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100096091
【氏名又は名称】井上 誠一
(72)【発明者】
【氏名】李 江
(72)【発明者】
【氏名】内山 泰治
(72)【発明者】
【氏名】岸原 俊介
(72)【発明者】
【氏名】酒井 信昭
(72)【発明者】
【氏名】小澤 正和
(72)【発明者】
【氏名】川村 幸大
【審査官】須藤 竜也
(56)【参考文献】
【文献】特開2010-244895(JP,A)
【文献】特開2013-089418(JP,A)
【文献】特開2012-119073(JP,A)
【文献】特開2014-032819(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01B 7/00
H01R 4/18
H01B 5/08
H01B 1/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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5】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【発明の効果】
【0021】
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。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
(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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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
【0036】
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
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
(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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【実施例】
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
結果を表1に示す。
【0061】
【0062】
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
【0063】
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
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【符号の説明】
【0069】
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