JP2009087847A - アルミニウム電線用の端子圧着工具 - Google Patents

Abstract

【課題】刃型間の隙間の発生を防いで端子にクラックを発生させずに、アルミニウム電線を接続するための端子の電気的接続信頼性と強度の確保ができるアルミニウム電線用の端子圧着工具を提供する。
【解決手段】第２刃型１２に接する側の第１刃型１１の面取り部の面取り角度αは、４５度未満であり、しかも第１刃型１１の面取り部４１，４２を除く第１刃型１１の刃先長さ（高圧縮長ＬＫ）は、第１刃型１１の面取り部４１，４２を含む第１刃型１１の長さＬ１と、第２刃型１２の面取り部４３を含む第２刃型１２の長さＬ２を合計して得られるバレル長ＬＢの３０％以上である。
【選択図】図３

Description

本発明は、アルミニウム電線用の端子圧着工具に関し、特にアルミニウム電線に圧着されて使用される端子であって電気コネクタのハウジング内に装着される端子を、アルミ電線の導体部へ圧着するためのアルミニウム電線用の端子圧着工具に関する。

例えば自動車に配索されるワイヤーハーネスとしては、一般的に銅電線が使用される。しかし、近年、車両の軽量化の要求やリサイクル性の改善要求があることから、銅電線に代えてアルミニウム電線を使用する要望が高まっている。

ワイヤーハーネス同士の電気的な接続や、車載用機器とワイヤーハーネスとの電気的な接続を行う場合には、電気コネクタが用いられる。この種の電気コネクタは、互いに嵌め合わされる複数のコネクタハウジングと、これらのコネクタハウジング内に挿入して嵌め合わされる複数の圧着端子から構成されている。圧着端子は、ワイヤーハーネスのアルミニウム電線に対して圧着されて電気的にかつ機械的に接続して固定される。

図７は、従来のアルミニウム電線に対して圧着される圧着端子構造と、端子圧着工具の例を示している。
アルミニウム電線圧着端子１００は、端子間接続部１０１と、電線接続部１０２を有しており、電線接続部１０２はワイヤーバレル１０４Ｂ、１０４Ｃと、インシュレーションバレル１０５を有している。端子圧着工具１０６は、ワイヤーバレル１０４Ｂ、１０４Ｃをアルミニウム電線１０３の導体部に対してかしめて電気的にかつ機械的に固定するのに使用される。

端子圧着工具１０６は、ワイヤーバレル１０４Ｂ、１０４Ｃにそれぞれ対応する刃型１０９，１１０と、インシュレーションバレル１０５に対応する刃型１１１を有している。
端子圧着工具１０６は、アルミニウム電線圧着端子１００の長手方向に沿って圧着溝１１２を有しており、圧着溝１１２は、ほぼ逆Ｖ字型であり、圧着溝１１２の刃先１１３がほぼＭ字型に形成されている。

刃型１０９のＭ字形の刃先１１３と刃型１１０のＭ字形の刃先１１３は、ワイヤーバレル１０４Ｂ、１０４Ｃの先端部を、それぞれかしめる方向に屈曲（カール）させる部分である。ワイヤーバレル１０４Ｂをかしめる刃型１０９の刃先１１３に比べて、ワイヤーバレル１０４Ｃをかしめる刃型１１０の刃先１１３は、端子１００からより離れた高い位置にある。

図７（ａ）に示すように、端子圧着工具１０６はＸ方向に下げることで、図７（ｂ）と図７（ｃ）に示すように逆Ｖ字型の圧着溝１１２は、ワイヤーバレル１０４Ｂ、１０４Ｃの先端部とインシュレーションバレル１０５の先端部をそれぞれ押し付けて変形させる。刃先１１３はＭ字型になっているので、端子圧着工具１０６をＸ方向にさらに下げることで、ワイヤーバレル１０４Ｂ、１０４Ｃの先端部は、それぞれアルミニウム電線１０３に向かって屈曲される。

これにより、ワイヤーバレル１０４Ｂはアルミニウム電線１０３の導体部に対して高圧縮により圧着されて電気的に確実に保持される。同時に、ワイヤーバレル１０４Ｃはアルミニウム電線１０３の導体部に対して、ワイヤーバレル１０４Ｂに比べて低圧縮により圧着されて機械的に保持される。インシュレーションバレル１０５はアルミニウム電線１０３の被覆部に圧着される。
この圧着作業が終了すると、図７（ｄ）に示すように端子圧着工具１０６は、Ｘ１方向に上昇される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５―０５０７３６号公報

図８には、刃型１０９の刃先１１３Ａと刃型１１０の刃先１１３Ｂの形状を示している。
刃型１０９は、刃先１１３Ａの端子間接続部側に面取り部１４０を有しており、刃先１１３Ａの電線接続部側に面取り部１４１を有している。刃型１１０は、刃先１１３Ｂの電線接続部側に面取り部１４２を有している。刃先１１３Ａと刃先１１３Ｂには段差ｄが形成されている。刃先１１３Ａに対する面取り部１４０の面取り角度θ１と、刃先１１３Ａに対する面取り部１４１の面取り角度θ２、および面取り部１４２の面取り角度θ３は、４５度である。

このように、刃先１１３Ａの面取り部１４１の面取り角度θ２は、４５度であるために、刃型１０９と刃型１１０が、それぞれワイヤーバレル１０４Ｂの先端部とワイヤーバレル１０４Ｃの先端部をかしめる際に、ワイヤーバレル１０４Ｂとワイヤーバレル１０４Ｃから加わる応力により、図９に示すように、刃型１０９と刃型１１０の間には隙間１２０が発生してしまう。このような隙間１２０は、クラック１３０を端子１００の電線接続部１０２に対して発生させる要因になる可能性がある。クラック１３０が端子１００の電線接続部１０２に発生すると、端子１００の電気的接続信頼性が低下し、強度が低下することも考えられる。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、刃型間の隙間の発生を防いで端子にクラックを発生させずに、アルミニウム電線を接続するための端子の電気的接続信頼性と強度の確保ができるアルミニウム電線用の端子圧着工具を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の第１態様のアルミニウム電線用の端子圧着工具は、アルミニウム電線の導体部を圧着するための第１バレルと、前記アルミニウム電線の前記導体部を圧着するための第２バレルとを有する電気接続用の端子に対して押し付けることで、前記第１バレルと前記第２バレルを前記アルミニウム電線の前記導体部に対して圧着するためのアルミニウム電線用の端子圧着工具であって、
前記アルミニウム電線の前記導体部に対して前記第１バレルを高圧縮でかしめて圧着する第１刃型と、
前記第１刃型に並べて配置され、前記アルミニウム電線の前記導体部に対して前記第２バレルを低圧縮でかしめて圧着する第２刃型と、を備え、
前記第１刃型に形成される面取り部であって、前記第１刃型から前記第２刃型につながる前記第１刃型の前記面取り部は、４５度未満の面取り角度で形成されており、
前記第１刃型の前記面取り部を除く前記第１刃型の刃先長さは、前記第１刃型の前記面取り部を含む前記第１刃型の長さと前記第２刃型の長さとを合計して得られるバレル長の３０％以上であることを特徴とする。

このように、第１刃型の刃先長さは、バレル長の３０％以上となるようにした上で、第１刃型の面取り部の面取り角度は、４５度未満であるので、この面取り角度は、４５度である場合に比べて小さく（角度が浅く）、第１刃型の刃先と第２刃型の刃先が、圧着時に第１バレルと第２バレルから力を受けても、第１刃型と第２刃型の隙間は小さくできるか、あるいは無くすことができる。従って、端子側にクラックが発生するのを抑制することができ、アルミニウム電線を接続するための端子の電気的接続信頼性と強度の確保ができる。

本発明によれば、刃型間の隙間の発生を防いで端子にクラックを発生させずに、アルミニウム電線を接続するための端子の電気的接続信頼性と強度の確保ができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のアルミニウム電線用の端子圧着工具の好ましい実施形態を示す斜視図であり、図２（Ａ）は図１に示す端子圧着工具をＳ方向から見た正面図であり、図２（Ｂ）は図１に示す端子圧着工具をＳ１方向から見た側面図である。

図１と図２に示すように、アルミニウム電線用の端子圧着工具１０は、電気接続用の端子をアルミニウム電線に対して圧着して電気的にかつ機械的に保持するための工具である。

アルミニウム電線用の端子圧着工具１０は、第１刃型１１と、第２刃型１２と、１本のボルト１３を有している。第１刃型１１は高圧縮側刃型であり、第２刃型１２は低圧縮側刃型である。
第１刃型１１と第２刃型１２は、ボルト１３を用いて互いに密着した状態で互いに離れないように固定されている。第１刃型１１と第２刃型１２は、共にほぼ直方体形状の部材であり、第１刃型１１は、圧着溝２１を有しており、第２刃型１２は、圧着溝３１を有している。

図１と図２（Ｂ）に示すように、第１刃型１１の圧着溝２１は、図１のＳ方向から見てほぼ逆Ｖ字型に形成されており、圧着溝２１の最も内側の中央位置には刃先２２が形成されている。同様にして、第２刃型１２の圧着溝３１は、図１において破線で示しているが図１のＳ方向から見てほぼ逆Ｖ字型に形成されており、圧着溝３１の最も内側の中央位置には刃先３２が形成されている。刃先２２，３２は共にほぼＭ字型に形成されている。ただし、図１と図２（Ｂ）に示すように、刃先３２の形成位置は、刃先２２の形成位置に比べて、Ｚ１方向に沿って上側に位置されている。

ボルト１３は、第１刃型１１と第２刃型１２を密着して固定している。このボルト１３は、ボルト頭部１３Ｈと雄ねじ部１３Ｓを有しており、雄ねじ部１３Ｓは、Ｚ１方向に関して、圧着溝２１，３１から離れた上部位置において、第１刃型１１のボルト穴と第２刃型１２のボルト穴にねじ込まれている。

図３は、図１のＧ−Ｇ線における第１刃型１１の刃先２２と、第２刃型１２の刃先３２の断面形状例を示している。
図３に示すように、第１刃型１１の刃先２２と第２刃型１２の刃先３２の間には、段差Ｄが形成されている。すなわち、刃先３２の形成位置は、刃先２２の形成位置に比べてＺ１方向に関して段差Ｄだけ上方に位置されている。

図３の第１刃型１１の刃先２２は、端子の端子間接続部側の面取り部４１と端子の電線接続部側の面取り部４２を有している。面取り部４１の面取り角度θは４５度であるが、面取り部４２の面取り角度αは、４５度未満である。
第２刃型１２の刃先３２は、端子の電線接続部側の面取り部４３を有している。面取り部４３の面取り角度βは、４５度である。

図３に示すように、刃先２２のＨ方向の長さは、高圧縮長ＬＫで表し、刃先３２のＨ方向の長さは、低圧縮長ＬＧで表す。すなわち、この第１刃型１１の２つの面取り部４１，４２を除く第１刃型１１の刃先長さは、高圧縮長ＬＫで示している。同様にして、第２刃型１２の１つの面取り部４３を除く第２刃型１２の刃先長さは、低圧縮長ＬＧで示している。

第１刃型１１の２つの面取り部４１，４２を含む第１刃型１１のＨ方向の長さＬ１と、第２刃型１２の１つの面取り部４３を含む第２刃型１２の長さＬ２とを合計した端子圧着工具１０の長さが、バレル長ＬＢである。

しかも、刃先２２のＨ方向の長さ（高圧縮長ＬＫ）は、このバレル長ＬＢの３０％以上に設定されている。刃先２２のＨ方向の長さ（高圧縮長ＬＫ）は、より好ましくは、このバレル長ＬＢの３０％以上で、５０％以下に設定されている。

刃先２２のＨ方向の長さ（高圧縮長ＬＫ）がこのバレル長ＬＢの３０％未満であると、高圧縮長ＬＫが十分に確保できなくなり、導通バレル５６を屈曲させることができなくなるおそれがあるので好ましくない。また、刃先２２のＨ方向の長さ（高圧縮長ＬＫ）がこのバレル長ＬＢの５０％を超えると、低圧縮長ＬＧが十分に確保できなくなり、保持バレル５７を屈曲させることができなくなるおそれがあるので好ましくない。特に、高圧縮長ＬＫは、バルク長ＬＢの３５％前後であることが理想的である。

刃先２２と刃先３２の合わせ部分では、必要な段差Ｄの大きさに応じて、第１刃型１１では面取り部４２が形成され、第２刃型１２では端子間接続部側では面取り部は形成されないようにすることで、刃先２２と刃先３２の合わせ部分は、面１１Ａと面１２Ａにおいて連続的につながるようにしている。

上述したように、刃先２２のＨ方向の長さ（高圧縮長ＬＫ）が、このバレル長ＬＢの３０％以上に設定した上で、できる限り第１刃型１１の面取り部４２の面取り角度αが小さくなるようにするために、第１刃型１１の面取り部４２の面取り角度αは、４５度未満であり、面取り角度αは、より好ましくは２０度以上で３５度未満である。
第１刃型１１の面取り部４２は、第１刃型１１から第２刃型１２に連続する位置に形成されているが、この面取り部４２の面取り角度αが２０度よりも小さいと、高圧縮長ＬＫが十分に確保できなくなり、導通バレル５６を屈曲させることができなくなるおそれがある。

また、第１刃型１１の面取り部２２の面取り角度αが４５度以上であると、第１刃型１１と第２刃型１２が、それぞれ導通バレル５６と保持バレル５７を屈曲させる際に、導通バレル５６と保持バレル５７から第１刃型１１と第２刃型１２側にそれぞれ加わる力により、第１刃型１１の面１１Ｍと第２刃型１２の面１２Ｍの間に隙間が発生するので、この隙間が発生した影響により、導通バレル５６と保持バレル５７の間にクラックが発生するおそれがある。

図３における寸法例としては、バレル長ＬＢが例えば４ｍｍであると、面取り角度αは３０度であり、高圧縮長ＬＫは１．３６ｍｍである。この場合には、高圧縮長ＬＫは、バレル長ＬＢの３４％である。

ここで、図５には、図３に示すバレル長ＬＢ、高圧縮割合、高圧縮長ＬＫ、段差Ｄ、低圧縮割合、低圧縮長ＬＴ、そして面取り部４２の面取り角度αの各数値の組み合わせに対するバリやクラックの発生の有無の結果を示す。

図５では、バルク長ＬＢが３ｍｍ、４ｍｍ、５．５ｍｍ、７ｍｍの場合の本発明の各実施例と比較例を示している。
図５に示す本発明の実施例１〜１５では、面取り部４２の面取り角度αが４５度未満であり、各実施例１〜１５では、端子５０には、端子圧着工具により圧着してもバリやクラックは発生しなかった。これに対して、比較例１〜６では、端子にはバリやクラックが発生した。

図４は、アルミニウム電線用の端子圧着工具１０により圧着される端子５０を示している。
図４に示す端子５０は、端子間接続部５１と電線接続部５２を有している。端子間接続部５１は、コネクタハウジング内に挿入して嵌め合わされることで相手側の端子との間で電気的な接続を得る部分である。電線接続部５２は、アルミニウム電線５３の導体部５４に対して圧着することで、端子５０と導体部５４を電気的に機械的に接続して保持する部分である。導体部５４は、複数本の導体の素線を撚り合わせて形成されている。電線接続部５２は、導通バレル５６と保持バレル５７とインシュレーションバレル５８を有する。

なお、端子５０の材料としては、電食防止の観点から異種金属を避けて、アルミニウム電線に合わせてアルミニウム合金系の材料を使用するのが望ましいが、必ずしもこの材料に限定されない。端子間接続部５１が空気により酸化したり、湿気により腐食するのを防ぐために、端子間接続部５１には、防錆用のグリースなどを塗布しておくと、より高い電気接続信頼性が得られる。

図３に示すように、第１刃型１１の刃先２２は、対応する導通バレル（第１バレルに相当）５６を、アルミニウム電線５３の導体部５４に対してかしめる方向に高圧縮率で内側に屈曲させる。第２刃型１２の刃先３２は、対応する保持バレル（第２バレルに相当）５７を、アルミニウム電線５３の導体部５４に対してかしめる方向に低圧縮率で内側に屈曲させる。導通バレル５６は、アルミニウム電線５３の導体部５４に対して電気的導通を確実に得るために、高圧縮（圧縮率５０％〜７０％）で導通バレル５６を圧縮する。
この圧縮率とは、圧着部分のアルミニウム電線導体部断面積／圧着前のアルミニウム電線導体部断面積の比率である。

これに対して、保持バレル５７は、機械的な強度を確保するだけでよいので、導通バレル５６に対する高圧縮に比べて低圧縮（圧縮率７０％〜９０％）で圧縮する。バレルの圧縮率は、バレルの減面率とも言い、圧縮率の値が小さいほどバレルは大きく屈曲されることになる。

このように、第１刃型１１の刃先２２と第２刃型１２の刃先３２とで圧縮率が異なるようにするために、図３に示すように第１刃型１１の刃先２２と第２刃型１２の刃先３２の間には、段差Ｄが設けられている。
第１刃型１１による導通バレル５６の圧縮率が、第２刃型１２による保持バレル５７の圧縮率に比べて小さいのは、導通バレル５６に対応する領域において、アルミニウム電線の導体部５４の各撚り線（素線）とできるだけ多く電気的に接触できるようにすると同時に、アルミの表面酸化物を積極的に破壊することで十分で確実な電気的導通特性を得るためである。

図示例では、端子圧着工具１０は、別体の第１刃型１１と第２刃型１２を組み合わせて両者を固定することで構成されている。端子圧着工具が一枚物の刃型を用いて構成される場合に比べて、実施形態の端子圧着工具１０は、刃型作成のコスト削減が図れ、メンテナンス性に優れ、段差Ｄの設定自由度が向上する。

上述した端子圧着工具１０が、図４に示す端子５０の導通バレル５６と保持バレル５７を屈曲させる場合には、端子圧着工具１０は、図示しないアクチュエータを作動することで、図３に示すＺ２方向に下げることで、図１に示す逆Ｖ字型の圧着溝２１，３１は、導通バレル５６の先端部と保持バレル５７の先端部をそれぞれ押し付けて変形させる。端子圧着工具１０は図３に示すＺ２方向にさらに下げることで、Ｍ字型の刃先２２，３２は、導通バレル５６の先端部と保持バレル５７の先端部を、それぞれかしめる方向（内側に）にアルミニウム電線５３に向かって屈曲される。

これにより、導通バレル５６は、アルミニウム電線５３の導体線５４に対して高圧縮により深く食い込むように圧着されて電気的に確実に保持される。また、保持バレル５７は、アルミニウム電線５３の導体線５４に対して低圧縮により圧着されて機械的に保持される。

アルミニウム電線５３の導体部５４は、導通バレル５６に対応する部分ではより高い圧縮率で圧着され、保持バレル５７に対応する部分では低い圧縮率で圧着される。端子５０は、保持バレル５７に対応する部分において導体部５４を機械的強度的に無理のない程度で機械的に保持し、導通バレル５６に対応する部分において導体部５４の表面酸化膜を破壊して十分な電気的な導通を確保することができる。
この圧着作業が終了すると、図３に示す端子圧着工具１０は、図示しないアクチュエータを作動することで、Ｚ１方向に上昇される。

本発明の実施形態では、第１刃型１１の面取り部４２を除く第１刃型１１の刃先長さ（高圧縮長ＬＫ）は、第１刃型１１の面取り部４２を含む第１刃型１１の長さＬ１と、第２刃型１２の面取り部４３を含む第２刃型１２の長さＬ２を合計して得られるバレル長ＬＢの３０％以上となるようにした上で、さらに第２刃型１２に接する側の第１刃型１１の面取り部４２の面取り角度αは、４５度未満として、面取り角度αができるだけ小さくなるように設定されている。

このように、第１刃型１１の刃先２２の高圧縮長ＬＫが、バレル長ＬＢの３０％以上であるようにして、さらに第１刃型１１の面取り部４２の面取り角度αを４５度未満に設定して一般的な面取り角度の４５度に比べて小さく（角度が浅く）していることから、第１刃型１１の刃先２２と第２刃型１２の刃先３２が、圧着時に導通バレル５６と保持バレル５７から受ける力により第１刃型１１と第２刃型１２の間に発生する隙間を、小さくできるかあるいは無くすことができる。これにより、固定手段２０は、端子５０の電線接続部５２側にクラックが発生するのを防止し、端子の電気的な接続状態の信頼性を向上し、機械的な強度の低下を防げる。

図６（Ａ）は、本発明の実施例における端子の断面を示す図であり、図６（Ｂ）は、比較例における端子の断面図である。
図６（Ａ）に示すように、本発明の実施形態の端子圧着工具を用いた場合には、実施例の端子では、部分Ｕにはわずかに余肉部分９９が発生している。これに対して、図６（Ｂ）に示すように、従来の工具を用いた場合には、部分Ｖには、余肉部分９９に比べて大きな余肉部分２６１が発生する。大きな余肉部分２６１が発生すると、図６（Ｂ）に示すように、部分Ｆ１と部分Ｆ２にはそれぞれクラック２６５，２６６が発生する。
このように、本発明の実施形態の端子圧着工具を用いると、余肉部分の大きさの低減化とクラックの発生の可能性を押さえることができる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
図３に示す第１刃型１１の面取り部４１の面取り角度θと、第２刃型１２の面取り部４３の面取り角度βは、４５度に限らない。

本発明のアルミニウム電線用の端子圧着工具の実施形態を示す斜視図である。 図１に示すアルミニウム電線用の端子圧着工具を示す図である。 第１刃型の刃先と第２刃型の刃先などを示す図である。 圧着対象である端子の形状例を示す図である。 バレル長などの数値例を示す図である。 図６（Ａ）は、本発明の実施例における端子の断面を示す図であり、図６（Ｂ）は、比較例における端子の断面図である。 従来例を示す図である。 従来例における第１刃型の刃先と第２刃型の刃先と面取り部および面取り部の角度を示す図である。 従来例を使用した場合に、刃型間に隙間が生じて端子側にクラックが発生する様子を示す図である。

符号の説明

１０ アルミニウム電線用の端子圧着工具
１１ 第１刃型
１２ 第２刃型
２０ 固定手段
２１ 圧着溝
２２ 刃先
３１ 圧着溝
３２ 刃先
４２ 第１刃型の電線接続側の面取り部
５０ 端子
５３ アルミニウム電線
５４ アルミニウム電線の導体部
５５ アルミニウム電線の被覆部
５６ 導通バレル（第１バレル）
５７ 保持バレル（第２バレル）
α 第１刃型の電線接続側の面取り部の面取り角度

Claims (1)

1. アルミニウム電線の導体部を圧着するための第１バレルと、前記アルミニウム電線の前記導体部を圧着するための第２バレルとを有する電気接続用の端子に対して押し付けることで、前記第１バレルと前記第２バレルを前記アルミニウム電線の前記導体部に対して圧着するためのアルミニウム電線用の端子圧着工具であって、
   前記アルミニウム電線の前記導体部に対して前記第１バレルを高圧縮でかしめて圧着する第１刃型と、
   前記第１刃型に並べて配置され、前記アルミニウム電線の前記導体部に対して前記第２バレルを低圧縮でかしめて圧着する第２刃型と、を備え、
   前記第１刃型に形成される面取り部であって、前記第１刃型から前記第２刃型につながる前記第１刃型の前記面取り部は、４５度未満の面取り角度で形成されており、
   前記第１刃型の前記面取り部を除く前記第１刃型の刃先長さは、前記第１刃型の前記面取り部を含む前記第１刃型の長さと前記第２刃型の長さとを合計して得られるバレル長の３０％以上であることを特徴とするアルミニウム電線用の端子圧着工具。

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