JP6549920B2 - 端子付き電線、ワイヤハーネス構造体および端子付き電線の製造方法 - Google Patents

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端子付き電線において、例えば、一端が封止された筒状圧着部を有する端子を用い、この筒状圧着部内に電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する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２０１４−１６４９１３号公報

特許文献１のように、圧着部の端部を封止した端子に被覆導線を挿入して圧着すると、被覆部と被覆圧着部とが密着することで、端子の内部に水が浸入することを防止することができる。

しかし、被覆圧着部においては、内部の導体も圧縮されるが、内部の導体の外周に大きな凹凸形状があると、圧着後に被覆部の厚みがばらつく要因となる。このため、より高い止水性を確保するためには、被覆部の厚みの変化をできるだけ小さくすることが望ましい。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、高い止水性を確保する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、被覆導線と端子とが接続された端子付き電線であって、前記端子は、前記被覆導線が圧着される圧着部と、端子本体とを有し、前記圧着部は、一方が閉じた筒状で、被覆部を圧着する被覆圧着部と、前記被覆部から露出する導線を圧着する導体圧着部とを有しており、前記導線は、複数の素線が撚り合わさって形成され、前記被覆導線の長手方向に垂直な断面において、前記導線の外接円を想定した際に、前記外接円と、前記外接円から中心方向にはみ出した前記被覆部の先端との距離が最も大きな部位の前記距離を谷部深さとし、前記谷部深さの部位における前記外接円と前記被覆部の外周面までの距離を被覆部厚さとすると、圧着前において、前記谷部深さ／前記被覆部厚さが５５％以下であり、前記導線は、前記被覆部で被覆される前に、予め略円形に圧縮変形されており、前記外接円の外径が、１．７ｍｍ〜２．１ｍｍであり、前記被覆圧着部の圧縮率が５０％〜８０％であることを特徴とする端子付き電線である。

前記谷部深さ／前記被覆部厚さが４５％以下であることが望ましい。

第１の発明によれば、被覆導線の長手方向に垂直な断面において、導線の外接円を想定し、被覆部厚さに対する、外接円から中心方向にはみ出した被覆部の先端との距離における谷部深さの割合を５５％以下とすることで、被覆部圧着後においても、被覆部の厚みの変化を小さくすることができる。このため、被覆部の部位による圧縮量のばらつきを小さくすることができる。この結果、被覆部と被覆圧着部との密着力が、全周にわたって略均一になり、止水性を高めることができる。

このような止水性に対する効果は、前述の割合が４５％以下である時に特に大きい。

また、導線を、被覆部で被覆する前に、予め略円形に圧縮変形させておくことで、前述した割合を小さくすることができる。

また、本発明では、外接円の外径が、１．７ｍｍ〜２．１ｍｍであるような、比較的太い被覆導線に対して特に有効である。

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

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。

第３の発明は、被覆導線と端子とが接続された端子付き電線の製造方法であって、前記端子は、前記被覆導線が圧着される圧着部と、端子本体とを有し、前記圧着部は、一方が閉じた筒状で、被覆部を圧着する被覆圧着部と、前記被覆部から露出する導線を圧着する導体圧着部とを有しており、前記導線は、複数の素線を撚り合わせ、略円形に圧縮した後、前記被覆部で被覆することで、前記被覆導線の長手方向に垂直な断面において、前記導線の外接円を想定した際に、前記外接円と、前記外接円から中心方向にはみ出した前記被覆部の先端との距離が最も大きな部位の前記距離を谷部深さとし、前記谷部深さの部位における前記外接円と前記被覆部の外周面までの距離を被覆部厚さとすると、圧着前において、前記谷部深さ／前記被覆部厚さを５５％以下とし、前記導線は、前記被覆部で被覆される前に、予め略円形に圧縮変形されており、前記外接円の外径が、１．７ｍｍ〜２．１ｍｍであり、前記被覆圧着部の圧縮率が５０％〜８０％となるように、前記被覆圧着部で前記被覆導線を圧着することを特徴とする端子付き電線の製造方法である。

第３の発明によれば、被覆圧着部における止水性が優れる端子付き電線を製造することができる。

本発明によれば、高い止水性を確保することが可能な端子付き電線等を提供することができる。

端子付き電線１０の斜視図。 端子付き電線１０の断面図。 （ａ）、（ｂ）は、被覆導線２３の断面図。 端子付き電線１０の分解斜視図。 金型３１ａ、３１ｂの間に、圧着部５を配置した状態を示す断面図であり、（ａ）は圧着前を示す図、（ｂ）は圧着した状態を示す図。 試験装置を示す概略図。

図１は、本発明にかかる端子付き電線１０を示す斜視図であり、図２は、端子付き電線１０の軸方向断面図である。端子付き電線１０は、端子１と被覆導線２３とが圧着されて構成される。

被覆導線２３は、導線２５が絶縁性の被覆部２７によって被覆されて構成される。導線２５は、例えばアルミニウム系材料製である。被覆導線２３を端子１の圧着部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。

端子１は、銅製であり、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、前端部１７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１５を有する。端子本体３は、前端部１７から雄端子などが挿入されて接続される。

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、板状素材の側縁部同士を突き合わせて接合部２１で接合して一体化することにより形成される。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、一方が閉じた略筒状で、被覆導線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。筒状に形成された圧着部５の後端部１９から、被覆導線２３が挿入されて圧着される。

圧着部５は、被覆導線２３の被覆部２７を圧着する被覆圧着部９と、被覆導線２３の先端部分において、被覆部２７が除去されて導線２５が露出した部位を圧着する導体圧着部７とからなる。

図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、被覆導線２３の長手方向に垂直な断面図である。導線２５は、複数の素線が撚り合わさって形成される。図示した例では、７本の素線が略最密に配置される。なお、素線の本数および配置は、図示した例には限られない。

このように、複数の素線を撚りあわせて形成された導線２５は、外周部に凹凸形状が形成される。ここで、全ての素線を含むように導線２５の外接円２９を想定する（図中点線で示す）。この外接円２９を基準として、外接円２９から中心方向にはみ出した被覆部２７の先端を谷部３０（図中黒丸で示す）とする。なお、各素線同士が接触している場合、谷部３０は素線同士の接触部と略一致する。一方、素線同士がわずかに離れている場合でも、被覆部２７の先端（周囲に対して最も外接円２９の中心に近い点）を谷部とする。

ここで、図に示した例では、各素線間に谷部３０が形成されることから、谷部が６か所形成される。したがって、それぞれの谷部３０を通る外接円２９の中心線上で、外接円２９と谷部３０との距離が得られる。本発明では、この中で最も谷部３０の深さが深い部位（最も外接円２９と離れている部位）の外接円２９と谷部３０との距離（図中Ｂ）を谷部深さとする。

また、谷部深さを示す外接円２９の中心線上において、外接円と被覆部２７の外周面との距離（図中Ｃ）を被覆部厚さとする。なお、外接円２９の中心が被覆部２７の中心と一致する場合には、被覆部２７の厚さは、いずれの部位でも略一定となる。

ここで、本発明では、谷部深さ／被覆部厚さ（＝Ｂ／Ｃ）が５５％以下であることが望ましく、さらに望ましくは４５％以下である。すなわち、被覆部厚さに対して、谷部深さが小さい方が望ましい。谷部深さの大きな部位では、被覆部２７を圧着した際に、被覆部２７の圧縮率が他の部位よりも小さくなる。このため、谷部深さが大きくなると、被覆部２７と被覆圧着部９との密着力が弱くなり、止水性が悪くなる恐れがある。特に、被覆部厚さが薄くなると、谷部深さの影響が大きくなる。したがって、谷部深さ／被覆部厚さを上記の範囲とすることで、止水性が悪くなることを抑制することができる。

このように谷部深さを小さくする方法としては、例えば、より細い素線を用いて、素線を増やすことで、導線２５の外径を円形に近づけることができる。なお、本発明では、素線の外径は、０．１〜０．５ｍｍであることが望ましい。これよりも細いと、取扱い性が悪く、断線等の恐れがある。また、これよりも太くなると、谷部深さが大きくなるため望ましくない。

また、被覆部２７で被覆する前に予め導線２５を圧縮して、略円形に近づけてもよい。図３（ｂ）は、各素線を撚りあわせた状態で、略円形に圧縮した後、被覆部２７で被覆したものである。この場合でも、図３（ａ）に示した例と同様に、谷部深さ（Ｂ）と、被覆部厚さ（Ｃ）を特定することができる。導線２５を圧縮することで、素線が変形して、谷部３０が潰れるため、圧縮導線を用いれば、谷部深さ（Ｂ）を小さくすることができる。

ここで、本発明は、特に２．０ｓｑ（導線２５の外径が１．７ｍｍの被覆導線）〜２．５ｓｑ（導線２５の外径が２．１ｍｍの被覆導線）に対して、特に有効である。これよりも太径の被覆導線は、被覆部２７の厚みが厚くなるため、前述した谷部深さ／被覆部厚さの比が小さくなりやすい。一方、これよりも細い被覆導線（例えば０．５ｓｑ〜０．７５ｓｑ）では、もともと被覆部２７の厚みが薄く、芯ずれ防止の観点から圧縮導線が用いられている場合があり、本発明の端子付き電線に対しても、十分な止水性を確保することができる場合がある。

一方、２．０ｓｑ〜２．５ｓｑの電線では、これよりも細い被覆導線と比較して、被覆厚が比較的厚いので、前述した芯ずれの影響が出にくく、従来は圧縮電線も用いられていなかった。すなわち、従来の圧縮導線は、細径の被覆電線に対して、導線の芯ずれを防止するために行われていたものであり、本発明のように、止水性を確保するために行うものではなかった。

このように、芯ずれの問題の出ない２．０ｓｑ〜２．５ｓｑでは、従来は、あえて圧縮導線を得るための圧縮行程を経ることがなかった。このため、谷部深さ／被覆部厚さが大きくなる。これに対し、本発明では、一端封止型の端子に適用する上記サイズの被覆電線に対しては、谷部深さ／被覆部厚さを所定値以下とすることで、止水性を向上させることを見出したものである。

次に、端子付き電線を製造する工程について説明する。図４は、端子１へ被覆導線２３を挿入する前の状態を示す分解斜視図である。まず、図４に示すように、被覆導線２３の先端の所定長さの被覆部２７を除去して、導線２５を露出させる。次に、筒状の圧着部５に被覆導線２３を挿入する。この際、導体圧着部７の内部には導線２５の露出部が位置し、被覆圧着部９の内部には被覆部２７が位置する。

なお、前述したように、圧着部５は、略筒状に丸められて、縁部同士が接合部２１で接合される。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。

図５（ａ）は、圧着前における金型３１ａ、３１ｂ等を示す断面図、図５（ｂ）は、圧着中の圧着部５を示す断面図である。金型３１ａは、長手方向に延びる半円柱状の空洞を有し、被覆圧着部９に対応するとともに被覆圧着部９の半径よりも僅かに小さい半径を有する大径部３４と、導体圧着部７に対応するとともに大径部３４よりも小さい半径を有する小径部３２とを備える。金型３１ｂは、長手方向に延びる半円柱状の空洞を有し、導体圧着部７および被覆圧着部９に対応する部位の半径が、金型３１ａと同様に異なる。大径部３４は、被覆圧着部９を圧着する部位であり、小径部３２は、導体圧着部７を圧着する部位である。

図５（ｂ）に示すように、金型３１ａ、３１ｂを噛み合わせて、圧着部５を圧縮すると、圧着部５が導線２５および被覆部２７に圧着される。以上により、端子付き電線１０が製造される。なお、金型３１ａ、３１ｂの内面には凹凸形状等を形成する必要はない。前述した様に、本発明は、被覆部２７の厚みを周方向で均一化させることで止水性を高めるものであるため、被覆圧着部９の内面が平滑であってもよい。

ここで、圧着前の被覆部２７における被覆導線２３の総断面積をＡ０とし、圧着後の被覆圧着部９の内部の総断面積をＡ１とすると、Ａ１／Ａ０が圧縮率となる。本発明は、圧縮率が４５〜９０％であることが望ましく、さらに望ましくは５０％〜８０％である。

以上、本実施の形態のように、谷部深さ／被覆部厚さを所定値以下とすることで、被覆圧着部９において、全周にわたって略均一に被覆部２７が圧縮されるため、十分な止水性を確保することができる。

次に、本発明に従う端子付き電線及び比較としての端子付き電線を試作し、各試料ついて性能試験を行ったので以下に説明する。

端子付き電線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６には、実験方法の概要を示す。実験は、水を入れた水槽４１中に端子付き電線１０に圧着された端子１を入れ、端子付き電線１０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。

（端子付き電線）
導線の径は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。この際の被覆圧着部における電線の圧縮率（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。

実施例１、２および比較例１は、それぞれ谷部深さ／被覆部厚さが異なる。なお、谷部深さおよび被覆部厚さは、被覆導線を切断して切断面を研磨し、キーエンス社製のＶＲ３０００を用いて測定した。

それぞれの端子付き電線に対し、８０℃環境下で１２０時間放置したサンプルと８０℃環境下で４００時間放置したサンプルを用意し、エアリークの有無を確認した。なお、エア圧は３０ｋＰａとし、それぞれに対して、ｎ＝１０の評価を行った。このとき、いずれもエアリークは確認されなかった。
また、より厳しい環境での止水特性を確認するため、それぞれの端子付き電線を１２０℃環境下で、１２０時間放置後、２４０時間放置後、４００時間放置後、５００時間放置後、６００時間放置後のそれぞれにおいて、エアリークの有無を確認した。なお、エア圧は３０ｋＰａとし、それぞれに対してｎ＝１０の評価を行った。結果を表１に示す。

表１において、〇はエアリークがなかったもの、△は一部にエアリークが確認されたもの、×は全数エアリークが確認されたものである。表１に示すように、谷部深さ／被覆部厚さが４５％である実施例１は、全ての時間においてエアリークの発生が見られなかった。また、谷部深さ／被覆部厚さが５５％の実施例２は、５００時間放置後以降に一部にエアリークが見られたが、概ね良好な結果を得ることができた。

これに対し、比較例１は、谷部深さ／被覆部厚さが５５％を超えているため、１２０時間放置後にすでに一部にエアリークが見られ、６００時間放置後には、全てにエアリークが確認された。

なお、この結果は、圧縮率を５０〜８０％の範囲で変化させても同様の傾向を示した。また、導線として径が１．７ｍｍの場合でも、同様の結果となった。

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、本発明にかかる端子付き電線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端子付き電線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………被覆圧着部
９………導体圧着部
１０………端子付き電線
１１………封止部
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
２９………外接円
３０………谷部
３１ａ、３１ｂ………金型
３２………小径部
３４………大径部
４１………水槽
４３………レギュレータ

Claims (4)

1. 被覆導線と端子とが接続された端子付き電線であって、
   前記端子は、前記被覆導線が圧着される圧着部と、端子本体とを有し、
   前記圧着部は、一方が閉じた筒状で、被覆部を圧着する被覆圧着部と、前記被覆部から露出する導線を圧着する導体圧着部とを有しており、
   前記導線は、複数の素線が撚り合わさって形成され、
   前記被覆導線の長手方向に垂直な断面において、前記導線の外接円を想定した際に、前記外接円と、前記外接円から中心方向にはみ出した前記被覆部の先端との距離が最も大きな部位の前記距離を谷部深さとし、前記谷部深さの部位における前記外接円と前記被覆部の外周面までの距離を被覆部厚さとすると、圧着前において、前記谷部深さ／前記被覆部厚さが５５％以下であり、
   前記導線は、前記被覆部で被覆される前に、予め略円形に圧縮変形されており、
   前記外接円の外径が、１．７ｍｍ〜２．１ｍｍであり、
   前記被覆圧着部の圧縮率が５０％〜８０％であることを特徴とする端子付き電線。
2. 前記谷部深さ／前記被覆部厚さが４５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の端子付き電線。
3. 請求項１または請求項２に記載の端子付き電線が複数束ねられたことを特徴とするワイヤハーネス構造体。
4. 被覆導線と端子とが接続された端子付き電線の製造方法であって、
   前記端子は、前記被覆導線が圧着される圧着部と、端子本体とを有し、
   前記圧着部は、一方が閉じた筒状で、被覆部を圧着する被覆圧着部と、前記被覆部から露出する導線を圧着する導体圧着部とを有しており、
   前記導線は、複数の素線を撚り合わせ、略円形に圧縮した後、前記被覆部で被覆することで、前記被覆導線の長手方向に垂直な断面において、前記導線の外接円を想定した際に、前記外接円と、前記外接円から中心方向にはみ出した前記被覆部の先端との距離が最も大きな部位の前記距離を谷部深さとし、前記谷部深さの部位における前記外接円と前記被覆部の外周面までの距離を被覆部厚さとすると、圧着前において、前記谷部深さ／前記被覆部厚さを５５％以下とし、
   前記導線は、前記被覆部で被覆される前に、予め略円形に圧縮変形されており、
   前記外接円の外径が、１．７ｍｍ〜２．１ｍｍであり、
   前記被覆圧着部の圧縮率が５０％〜８０％となるように、前記被覆圧着部で前記被覆導線を圧着することを特徴とする端子付き電線の製造方法。

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