JP5290885B2

JP5290885B2 - 導体と端子の接続方法

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Publication number: JP5290885B2
Application number: JP2009161294A
Authority: JP
Inventors: 永吾達川; 聡高村
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: JP2011018489A

Description

本発明は、端子構造、異種金属からなる電線と端子の接続部および接続方法、特にアルミニウム電線（導体にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いた電線）と接続に用いられる銅製の端子構造、端子の接続部および接続方法に関する。

自動車、ＯＡ機器、家電製品の分野において、電気伝導性に優れた銅系材料からなる心線を有する銅電線が信号線、電力線として使用されてきた。中でも自動車分野においては、車輌の高性能・高機能化が急速に進められてきていることから、車載される各種電気機器、制御機器等の増加に伴って使用される銅電線も増加する傾向にあるのが現状である。このような状況下で車輌の軽量化により燃費効率を向上させようとする場合、銅電線と比較してより軽量で安価なアルミニウム電線が自動車分野において特に注目されている。

しかし、実際にアルミニウム系材料からなる心線を有するアルミニウム電線を自動車用として用いる場合、異種金属接触腐食などの電食が生じる。即ち、アルミニウムは水および銅イオンの存在下では、通常の電食を超える激しい腐食を受ける。なお、アルミニウム電線に限らず、配線工事を行う場合には、電線同士の接続や電線と外部電気機器の端子との接続、あるいは外部電気機器と接続するために電線に接続用端子を装着する必要がある。これらの端子や電線類は前述の通り電気的特性に優れた銅で形成されたものが多い。このため、アルミニウムと銅とを接触・接合しなければならない場合が生じる。

特開２００４−１１１０５８号公報

しかしアルミニウムと銅のように標準電極電位の相違する異種金属を接合させた場合、この接触・接合部において上述したような電食が発生する。特に、アルミニウム心線部と接続されるコネクタ類との間の相互の標準電極電位差が大きい。このため雨天の走行や洗車、あるいは結露などによって被水した場合には、電気的に卑であるアルミニウム心線部のイオン化が進行して腐食が促進する。その結果、末端部の接触状態が悪化して電気的特性が不安定になる他、接触抵抗の増大や腐食による線径の減少により電気抵抗の増大、更には断線が生じて電装部品の誤動作、機能停止に至ることも考えられる。

このような電食を防止する従来の方法として、コネクタ端子に樹脂などの防水剤を充填してモールディングする方法や防水コネクタを用いる方法などがある。しかし、モールディングを施す場合、その構造や製造工程が複雑になる上、使用樹脂量も多いためコストがかかる。また、防水コネクタを用いる場合においても、従来防水コネクタが不要とされる部位に防水コネクタを使用することは大幅なコストアップを招くと共に、振動疲労や経年劣化で亀裂などが生じた場合、この亀裂部から雨水等が防水コネクタ内にいったん浸入すると、逆に電食を促進する結果となる。

従って、本発明の目的は、従来の問題点を解決して、結露等によって被水した場合でも、アルミニウム電線の電食の発生を防止して、アルミニウム電線と銅端子のような異種金属からなる電線と端子を、低コストで安定した電気的特性を維持して接続することができる端子構造、電線と端子の接続部および接続方法を提供することにある。

本発明の導体と端子の接続方法の態様は、導体の絶縁被覆部および導体部を、前記導体とは異種金属の端子の一部で圧着する導体と端子の接続方法において、粘度が１０００ｍＰａ・ｓから３８０００ｍＰａ・ｓの範囲内にある樹脂材を調製し、前記樹脂材を前記導体部のすべての露出部を覆うように塗布し、前記導体部を前記端子の一部に位置合わせを行い前記導体と前記端子を圧着接続し、前記樹脂材を硬化させることを特徴とする。

本発明の導体と端子の接続方法の他の態様は、導体の絶縁被覆部および導体部を、前記導体とは異種金属の端子の一部で圧着する導体と端子の接続方法において、粘度が１０００ｍＰａ・ｓから３８０００ｍＰａ・ｓの範囲内にある樹脂材を調製し、前記樹脂材を前記端子の所定の位置に塗布し、前記導体部を前記端子の一部に位置合わせを行い前記導体と前記端子を圧着接続し、前記樹脂材を硬化させ、前記所定の位置は、位置合わせした前記導体部に対応する部分であることを特徴とする。

本発明の導体と端子の接続方法の他の態様は、前記樹脂材は金属に対する接着強度が−４０℃から１２５℃の範囲において３ＭＰａ以上となるように調製し、さらに前記樹脂材の引張り強度が３０ＭＰａ以上で、且つ弾性率が２００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以下となるように硬化させることを特徴とする。

本発明の導体と端子の接続方法の他の態様は、前記樹脂材が、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、または、エポキシ系樹脂であることを特徴とする。

本発明の導体と端子の接続方法の他の態様は、前記導体がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記端子が銅または銅合金からなっていることを特徴とする。

本発明によると、異種金属である例えばアルミニウムの導体と銅の端子を圧着接続する場合、導体と端子を圧着する前に流動性を有する樹脂を導体もしくは端子に塗布した後、導体と端子を圧着接続し、樹脂を硬化させるので、アルミニウム電線の心線部が密閉されて外部から遮断され、たとえ結露等による被水が生じた場合にも、水がアルミニウム電線と接触することが無いので、安定した電気的特性を維持して異種金属の導体と端子とを接続することができる。

また、圧着接続した後に樹脂を導体に塗布し硬化させる方法と比較して、端子に導体が隠れてしまって完全な樹脂の塗布作業が難しいといった課題も解決でき、また、外観もきれいな仕上がりを実現することができる。そして、樹脂材を必要な部分のみに塗布して、硬化させるので、複雑な製造工程を必要とせず、低コストで導体と端子とを接続することができる。

本発明に係る導体と端子の接続方法の第一の実施形態を示す図である。本発明に係る導体と端子の接続方法の第二の実施形態を示す図である。本発明に係る端子構造の第一の実施形態を示す上視図である。本発明に係る導体と端子の接続部を示す側面図である。本発明に係る導体と端子の接続部を示す平面図である。本発明に係る導体と端子の接続部を示す断面図である。本発明に係る導体と端子の接続部の、信頼性試験前後における接触抵抗値の変動量を示すグラフである。

本発明の実施形態に係る端子、導体と端子の接続部および接続方法を、図１〜図６を用いて以下に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

図１及び図２は、導体と端子の接続方法を説明する図である。図１（ａ）〜（ｄ）は、樹脂材９を導体部５に塗布してから導体２と端子３を圧着する接続方法を示している。また、図２（ａ）〜（ｄ）は、樹脂材９を端子３に塗布してから導体２と端子３を圧着する接続方法を示している。

図１（ａ）は、導体２と端子３を圧着接続する前の段階を示している。導体２は、導体部５（例えば、アルミ二ウム心線など）を絶縁被覆部４で被覆したものであり、端子３に圧着接続するため、導体２の先端部分の絶縁被覆部４が剥ぎ取られ、導体部５が露出している。端子３は、一端に図示しない別のコネクタと電気的に接続される端子本体８が形成され、他端に導体２の絶縁被覆部４と圧着接続される第１圧着部６が形成されている。また、端子本体８と第１圧着部６との間には、導体部５と圧着接続される第２圧着部７が形成されている。なお、端子３の材質としては、銅もしくは黄銅などが考えられ、導体部５の材質としては、アルミニウムやアルミニウム合金などが考えられる。他にも異種金属であれば様々な組合わせが考えられる。

図１（ｂ）は、導体２と端子３を圧着接続する前の段階を示しており、導体２の導体部５を覆うように樹脂材９が塗布されている。樹脂材９は導体部５が露出されている部分をすべて覆うように塗布することが望ましく、露出部分を全て覆うことで圧着接続後においても導体部５が外部から完全に遮断され、安定した電気的特性を維持して異種金属の導体と端子とを接続することが可能となる。

樹脂材９は、ある程度流動性を有するものであれば良く、特に粘度が１０００ｍＰａ・ｓから３８０００ｍＰａ・ｓの範囲内にあるものが特に適している。粘度が１０００ｍＰａ・ｓより低い場合には、樹脂材９の流動性が大きくなり、所定の位置に樹脂材９を塗布しても樹脂材９が流れてしまうため、圧着接続後に導体部５を完全に外部から遮断できない。また粘度が３８０００ｍＰａ・ｓより高い場合には、樹脂材９の流動性がなくなり、圧着接続後に導体部５の露出部を覆うことが難しく、導体部５を外部から完全に遮断できない。

さらに、樹脂材９は、金属に対する接着強度が−４０℃から１２５℃の範囲において３ＭＰａ以上であることが望ましい。このような条件になるように樹脂材９を調製することによって、金属に対する接着強度が最適となり、圧着後においても導体部５をより完全に外部から遮断するようにすることができる。なお、樹脂材９の材料としては、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、またはエポキシ系樹脂を使用することが可能であり、またこれらの樹脂を混合したものを使用することも可能である。

図１（ｃ）は、導体部５を覆うように樹脂材９を塗布した後、導体２と端子３を圧着接続した後を示している。圧着接続は、導体２を端子３の所要の場所に位置合わせし、圧着工具を使用することで、絶縁被覆部４と第１圧着部６が圧着されると同時に、導体部５と第２圧着部７が圧着される。圧着接続後、端子本体８と第２圧着部７の間には切り欠き部１１が形成され、第１圧着部６と第２圧着部７の間には切り欠き部１２が形成される。そして、圧着接続する際の押圧力で流動性を有する樹脂材９が切り欠き部１１、１２に押出され、導体部５を完全に外部から遮断できるように導体部５を樹脂材９で覆うことが可能となる。なお、圧着接続する際の押圧力により、導体部５に塗布した樹脂材９が押出され、第２圧着部７と導体部５が電気的に接続されることとなる。

図１（ｄ）は、導体２と端子３を圧着接続した後、樹脂材９を硬化させたものである。樹脂材９に紫外線を当てることや、熱を加えることで、樹脂材９を樹脂材１０に硬化させ、異種金属の導体と端子の信頼性の高い接続を実現することが可能となる。また、樹脂材１０は、引張り強度が３０ＭＰａ以上であり、弾性率が２００ＭＰａ〜１０００ＭＰａとなるように硬化させることが特に望ましい。この条件になるように樹脂材９を硬化させることによって、圧着接続後に導体部５を完全に外部から遮断できると共に、長期間、外部環境で使用される場合においても、電気特性の劣化を最小限に抑えることが可能となる。

次に、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて、導体と端子との別の接続方法を説明する。図２（ａ）〜（ｄ）の接続方法は、図１の接続方法とは、樹脂材９を塗布する場所を異ならせたものである。

図２（ａ）は図１（ａ）と同様であり、導体２と端子３を圧着接続する前の段階を示している。図２（ｂ）は、図１（ｂ）とは、樹脂材９を塗布する位置を異ならせたものであり、流動性のある樹脂材９を端子３側に塗布している。より具体的には、導体部５と第２圧着部７を圧着接続する前に位置合わせを行なうが、導体部５が位置合わせさせられる部分に対応するように樹脂材９を第２圧着部７に塗布することとなる。また、樹脂材９の塗布量としては、圧着接続する際の押圧力で流動性を有する樹脂材９が切り欠き部１１、１２に押出されることによって、導体部５を完全に外部から遮断できる塗布量であればよい。この樹脂材９の塗布量は予め決めておけば、最低限の塗布量で導体部５を完全に外部から遮断することが可能となる。

図２（ｃ）は図１（ｃ）と同様であり、端子３側に樹脂材９を塗布した後、導体２と端子３を圧着接続した後を示している。圧着接続は、導体２を端子３の樹脂材９が塗布されている所要の場所に位置合わせし、圧着工具を使用することで、絶縁被覆部４と第１圧着部６が圧着されると同時に、導体部５と第２圧着部７が圧着される。圧着接続後、端子本体８と第２圧着部７の間には切り欠き部１１が形成され、第１圧着部６と第２圧着部７の間には切り欠き部１２が形成される。そして、圧着接続する際の押圧力で流動性を有する樹脂材９が切り欠き部１１、１２に押出されることによって、導体部５を完全に外部から遮断できるように樹脂材９で覆うことが可能となる。なお、圧着接続する際の押圧力により、導体部５に塗布した樹脂材９が押出され、第２圧着部７と導体部５が電気的に接続されることとなる。

図２（ｄ）は図１（ｄ）と同様であり、導体２と端子３を圧着接続した後、樹脂材９を硬化させたものである。樹脂材９に紫外線を当てることや、熱を加えることで、樹脂材９を樹脂材１０に硬化させ、異種金属の導体と端子の信頼性の高い接続を実現することが可能となる。また、樹脂材１０は、引張り強度が３０ＭＰａ以上であり、弾性率が２００ＭＰａ〜１０００ＭＰａとなるように硬化させることが特に望ましい。このような条件になるように樹脂材９を硬化させることによって、圧着後に導体部５を完全に外部から遮断できると共に、長期間、外部環境で使用される場合においても、電気特性の劣化を最小限に抑えることが可能となる。

以上のように、異種金属である例えばアルミニウムの導体と銅の端子を圧着接続する場合、導体と端子を圧着する前に流動性を有する樹脂を導体もしくは端子に塗布した後、導体と端子を圧着接続し、樹脂を硬化させるので、アルミニウム電線の心線部が密閉されて外部から遮断され、たとえ結露等による被水が生じた場合にも、水がアルミニウム電線と接触することが無いので、安定した電気的特性を維持して異種金属の導体と端子とを接続することができる。

次に、異種金属の導体と端子を圧着する前に流動性を有する樹脂を導体２もしくは端子３に塗布する場合の、最適な端子構造について、図３を用いて説明する。図３は圧着する前の端子３を示している。なお、図３では導体２を省略している。

図３の端子３は、一端に図示しない別のコネクタと電気的に接続される端子本体８が形成され、他端に図示しない導体２の絶縁被覆部４と圧着接続される第１圧着部６が形成されている。また、端子本体８と第１圧着部６との間には、図示しない導体２の導体部５と圧着接続される第２圧着部７が形成されている。圧着接続前の第２圧着部７は、導体部５と位置合わせさせられる底面部７（ａ）と底面部７（ａ）から端子３の幅方向に延伸するように形成させられた２つの側面部７（ｂ）で形成されている。

さらに、第２圧着部７の内面には、端子３の幅方向に複数のセレーション１３が形成されている。このセレーション１３は、導体２と端子３が引張られた場合でも、強固な接続が維持できるように凹凸構造となっている。しかしながら、流動性を有する樹脂を導体もしくは端子に塗布した後に圧着接続を行うと、このセレーション１３により、端子３の長手方向における樹脂の流動性を阻害することとなる。

そこで、樹脂の流動性を促進するように、第２圧着部７の内面に端子３の長手方向に溝部１４を形成する。この溝部１４は複数あることが望ましく、特に、圧着接続前の第２圧着部７の底面部７（ａ）および２つの側面部７（ｂ）にそれぞれ底面溝部１４（ａ）、および側面溝部１４（ｂ）を形成させることが好ましい。このように溝部１４を形成することで、流動性を有する樹脂を導体もしくは端子に塗布した後に圧着接続した場合においても、圧着接続する際の押圧力で流動性を有する樹脂が溝部１４を通って押出され、導体部５を外部から完全に遮断することができる。

次に、図４〜６を用いて、以上説明した接続方法により接続された導体２と端子３の接続部１について説明する。図４は、導体２と端子３の接続部１の側面図であり、図５は、導体２と端子３の接続部１の平面図である。また、図４のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ-Ｃ断面図を図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）にそれぞれ示したものである。

図４に示すように導体２と端子３の接続部１は、圧着接続する際の押圧力により切り欠き部１１、１２から押出された樹脂材９が、第１圧着部６、第２圧着部７にはみ出るように広がり、図示しない導体部５を外部から遮断する。その後、樹脂材９を樹脂材１０に硬化させることにより信頼性の高い導体２と端子３の接続部１を実現することができる。

図５に示すように導体２と端子３の接続部１は、第１圧着部６と第２圧着部７の間の切り欠き部１２からその導体部の一部５（ａ）が露出している。更に、第２圧着部７と端子本体８の間の切り欠き部１１から、その導体部の一部５（ｂ）が露出している。この露出した導体部の一部５（ａ）、５（ｂ）は、流動性を有する樹脂材９が圧着接続する際の押圧力により、第１圧着部６、第２圧着部７にはみ出るように広がることによって外部から遮断されることとなる。

図６（ａ）は図４のＡ−Ａ断面図を示したものであり、端子本体８と第２圧着部７とにそれぞれ一体的に形成されている連結部１５に導体の一部５（ｂ）が配置されている。導体の一部５（ｂ）が全て覆われるように硬化された樹脂材１０が配置されている。図６（ｂ）は図４のＢ−Ｂ断面図を示したものであり、流動性を有する樹脂材９が圧着接続する際の押圧力により、第２圧着部７と導体部５の接触面から押し出され、導体部５と第２圧着部７が電気的に接続されることとなる。図６（ｃ）は図４のＣ−Ｃ断面図を示したものであり、第１圧着部６が絶縁被覆部４を圧着しており、樹脂材１０が第１圧着部６と絶縁被覆部４の間に一部入り込んでいる。

次に、本発明の導体と端子の接続部を実施例によって更に詳細に説明する。硬化前の樹脂の粘度を１０００ｍＰａ・ｓから３８０００ｍＰａ・ｓの範囲内に調製した時、硬化前の樹脂の金属に対する接着強度、および硬化後の樹脂の引張強度および弾性率をそれぞれ変化させて信頼性試験を行った。信頼性試験前後の接触抵抗値の変動量を測定した結果を表１および図７に示す。

信頼性試験は、はじめに温度１２０℃の環境下で１２０時間放置した後、３５℃の塩水（５％ＮａＣｌ）を９６時間噴霧した後、温度８５℃、湿度９５％ＲＨの環境下で９６時間放置するものである。そして、信頼性試験前後における接触抵抗値変動の判定基準は、２．５ｍΩ以下となったものを合格（○）とし、２．５ｍΩより大きくなったものを不合格（×）とした。

表１は、樹脂の条件である硬化前の樹脂の金属に対する接着強度、および硬化後の樹脂の引張強度および弾性率をＡ〜Ｔ条件のようにそれぞれ変化させ、各条件において接触抵抗値の変動量を測定した結果を示している。また、各条件について、導体と端子の接続部のサンプルをそれぞれ１０個づつ作製し、同じ条件での接触抵抗値の変動量の平均値および最小値、最大値をそれぞれ測定した。

また、図７は、表１の結果について横軸をＡ〜Ｔの各条件とし、縦軸に接触抵抗値の変動量として、グラフ化したものである。なお、接触抵抗値の変動量の最小値、最大値の範囲を縦の棒軸で表し、平均値を●でプロットしている。

表１および図７から、樹脂材９は、硬化前における金属に対する接着強度が−４０℃から１２５℃の範囲において３ＭＰａ以上のとき、接触抵抗値の変動はほぼ安定していることが確認できる。また、硬化後の樹脂材１０を引張り強度が３０ＭＰａ以上、弾性率が２００ＭＰａ〜１０００ＭＰａとなるようにすることによって、信頼性試験前後の接触抵抗値の変動量を、２．５ｍΩ以下とすることが確認できる。この引張り強度および弾性率が高すぎても低すぎても、端子３または絶縁被覆部４などの線膨張率等の違いにより信頼性試験を行なうと樹脂材１０が剥離し、その結果、剥離部分からの水分進入によって腐食が進行し、接触抵抗値が変動する要因になったと思われる。

１電線と端子の接続部２導体３端子４絶縁被覆部５導体部６第１圧着部７第２圧着部８端子本体９、１０樹脂材１１、１２切り欠き部１３セレーション１４溝部１５連結部

Claims

導体の絶縁被覆部および導体部を、前記導体とは異種金属の端子の一部で圧着する導体と端子の接続方法において、
粘度が１０００ｍＰａ・ｓから３８０００ｍＰａ・ｓの範囲内にある樹脂材を調製し、
前記樹脂材を前記導体部のすべての露出部を覆うように塗布し、
前記導体部を前記端子の一部に位置合わせを行い前記導体と前記端子を圧着接続し、
前記樹脂材を硬化させることを特徴とする導体と端子の接続方法。
導体の絶縁被覆部および導体部を、前記導体とは異種金属の端子の一部で圧着する導体と端子の接続方法において、
粘度が１０００ｍＰａ・ｓから３８０００ｍＰａ・ｓの範囲内にある樹脂材を調製し、
前記樹脂材を前記端子の所定の位置に塗布し、
前記導体部を前記端子の一部に位置合わせを行い前記導体と前記端子を圧着接続し、
前記樹脂材を硬化させ、
前記所定の位置は、位置合わせした前記導体部に対応する部分であることを特徴とする導体と端子の接続方法。
前記樹脂材は金属に対する接着強度が−４０℃から１２５℃の範囲において３ＭＰａ以上となるように調製し、さらに前記樹脂材の引張り強度が３０ＭＰａ以上で、且つ弾性率が２００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以下となるように硬化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導体と端子の接続方法。
前記樹脂材が、シリコン系、アクリル系、ウレタン系、ポリアミド系、または、エポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導体と端子の接続方法。
前記導体がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記端子が銅または銅合金からなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導体と端子の接続方法。