JP5755269B2 - 圧着端子、端子圧着方法及び端子圧着装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車に装備される被覆電線に取り付けられる圧着端子と、その圧着端子を圧着する端子圧着方法及び端子圧着装置に関する。

近来、自動車には種々の電装機器が装備されており、その電装機器への電力供給や通信にワイヤーハーネスが使用されている。ワイヤーハーネスは、複数の被覆電線が束ねられており、先端にコネクタが接続されている（例えば、特許文献１参照）。コネクタの内部では被覆電線の先端部分に圧着端子を接続している。圧着端子が他の電装機器等の端子と接続される。

自動車に装備される電装機器の増加により被覆電線の本数も増加しているので、自動車の燃費向上のためワイヤーハーネスの軽量化が求められ、被覆電線の芯線の素材を銅からアルミニウムやその合金に変更することが注目されている。ワイヤーハーネスの全重量のなかで被覆電線の占める割合は６割以上の場合もあり、芯線をアルミニウム系材料に変えることによりかなりの軽量化が可能になる。この場合、アルミニウム系材料が、それとは異種の金属である銅系材料からなる圧縮端子に電気接続されることとなる。

しかし、自動車に使用されるワイヤーハーネスの使用環境は過酷であり、ワイヤーハーネスに埃や水分などが付着したり温度が上昇したりする。この環境下では、異種金属の接触により電食が生じやすい。この電食は芯線と圧縮端子との接触不良をもたらす。電装機器の電気接続を確保するために電食を避けなければならない。

このような電食を防止する方策として、芯線を樹脂で封止することが開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、樹脂の使用は材料費の増加をもたらし、また、生産効率も低下する。さらに、過酷な使用環境下では膨張率の違いなどによって封止部分にクラックが生じたり部材同士の間に隙間が生じたりするおそれがある。これにより、芯線と圧着端子の接続部分に水分が到達し、その部分の電食が生じやすくなる。

特開２００２−３６７７１４号公報 特開２０１１−２３３３２８号公報

本発明は、上記の実情に鑑みて為されたものであり、電食を防止し、強度を高めた圧着端子と、その圧着端子を圧着する端子圧着方法及び端子圧着装置を提供しようとする。

本発明の要旨とするところは、
接続部と電線を挿入する筒状の圧着部とがトランジション部を介して前記圧着部の軸心方向に連接されてなり、
前記圧着端子に前記圧着部の前記トランジション部側の端部が押圧されてなる封止部が形成され、
前記封止部は、前記トランジション部に連接する板部と該板部に対面する対面板部とが密接されてなる密接面を有し、
前記密接面は、前記接続部の内底面と略平行であり、かつ、前記封止部の前記内底面からの距離が該内底面と前記圧着部の軸心との距離と略等しくされている圧着端子であることにあり、
前記圧着端子においては、前記圧着部が、長手方向の両端の間に第１展開部、トランジション部、及び第２展開部がこれらの順で画定された導電板の前記第１展開部を曲折することにより成形され、前記接続部が、前記第２展開部を曲折することにより成形され得る。

また、本発明の要旨とするところは、
前記圧着端子の前記圧着部に電線を挿入して、前記圧着部を前記密接面と略垂直方向に移動する一の金型と他の金型を用いてプレスしてかしめるかしめ工程を含む端子圧着方法であり、
前記かしめ工程において、前記封止部を、前記対面板部から前記板部に向けた方向に前記導電板の厚さの値以上には移動しないように維持することを特徴とする圧着端子の端子圧着方法であることにある。

前記かしめ工程においては、前記封止部を支持体で支持し得る。

さらに、本発明の要旨とするところは、
前記圧着端子の前記圧着部に電線を挿入してかしめ固定する装置であり、
前記圧着部に電線を挿入する電線挿入手段と、
電線が挿入された前記圧着部を、前記密接面と略垂直方向に移動する一の金型と他の金型を用いてプレスしてかしめるかしめ手段と、
前記圧着部がかしめられるときに該封止部を維持する、維持手段とを備え、
前記維持手段は、前記封止部が前記対面板部から前記板部に向けた方向に前記導電板の厚さの値以上には移動しないように該封止部を維持するものであることを特徴とする端子圧着装置であることにある。

前記維持手段は、前記封止部を支持する支持体を備え得る。

本発明によれば、電食を防止し、強度を高めた圧着端子と、その圧着端子を圧着する端子圧着方法及び端子圧着装置が提供される。

被覆電線に本発明の圧着端子が装着された状態を示す説明図。 本発明に用いられる導電板の概要を示す平面図。 本発明に用いられる圧着端子の概要を示す断面図。 圧着端子のかしめ工程を説明する側面模式図。 図３における一の金型と他の金型の、圧着端子の長手方向にみた形状を説明する模式図。 被覆電線に本発明の圧着端子が装着された他の状態を示す説明図。 本発明における圧着端子のかしめ工程の態様の一例を示す側面模式図。 本発明における圧着端子のかしめ工程の他の態様を示す側面模式図。 本発明における圧着端子のかしめ工程のさらに他の態様を示す側面模式図。

本発明に係る圧着端子およびその製造方法についての実施態様の一例を図面を参照しながら説明する。本発明に用いる圧着端子は金型を用いたプレス成形により製造される。なお、図面は本発明に不可欠な要素のみを明示したものであり、図示の圧着端子の寸法と形状は、実際に自動車に装備される形態を反映したものではない。

図１に示すように、圧着端子２は、被覆電線３を圧着する筒状の圧着部４と、トランジション部（首部）６と、接続部８とを備える。接続部８は相手端子と着脱自在に接続される。なお、接続部８は相手端子の形状にあわせた接続可能な形状にされるものであり、図１は相手端子が雄型であり接続部８が雌型である場合を例示したものである。この場合、接続部８は雄型端子を着脱自在に挿入させるソケットであり、その内側に設けた弾性接触片３０により雄型端子を押すことになる。被覆電線３が圧着部４に挿入されてかしめ固定されて他の電装機器等の端子と接続されて用いられる。被覆電線３は芯線３４が絶縁被覆３６で被覆されてなる。芯線３４は複数のアルミニウム素線が束ねられてなる。芯線３４は１本の素線からなるものであってもよい。アルミニウム素線はアルミニウムまたはアルミニウム合金などのアルミニウム系材料で構成されている。絶縁被覆３６は絶縁樹脂より構成され、絶縁樹脂としてハロゲンフリーのポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。絶縁被覆３６の厚みは例えば約０．３ｍｍである。被覆電線３の先端部分は絶縁被覆３６を取り除き、芯線３４のみになっている。

圧着端子２は、図２に示すような銅系の金属条からなる一枚の導電性材料１２を導電板１８の形状にプレス金型で打ち抜くなどしてカットし、曲げ加工などによって形成している。金属条は、例えば、銅や銅合金などの銅系材料からなり、具体的には、表面に錫メッキをおこなった黄銅が挙げられる。

図３に示すように、圧着端子２においては、圧着部４は第１展開部１４が曲折されて形成される。接続部８は第２展開部１６が幅方向中央部２０を底部１９とする箱型形状に曲折されて形成される。

圧着部４は曲折されて形成されたのちさらに溶接等により継ぎ目が溶着封止される。溶接は後述のかしめ工程後に行われる態様もある。

溶接としては、レーザー溶接が挙げられる。例えば、ファイバーレーザーであれば、理想的なガウスビームであり、回折限界まで集光可能である。ファイバーレーザーは、ＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザーでは実現できなかった３０μｍ以下のスポット径にすることができるため、エネルギー密度の高い溶接を容易に実現できる。

圧着部４のトランジション部６側の端部７は底部１９の内底面２３と略垂直方向（図面視縦方向）に押圧されて扁平化して封止部９が形成されている。封止部９においては、圧着部４のトランジション部６に連接する板部１１と、板部１１に対面する対面板部１３とが密接した密接面１５が形成されている。対面板部１３は展開部１４が曲折されてなる部分である。封止部９はさらにレーザー溶接により溶着封止される場合が多い。このレーザー溶接も後述のかしめ工程後に行われる態様もある。

密接面１５は内底面２３と略平行である。また、密接面１５は内底面２３からの距離Ｈ１が内底面２３と圧着部４の軸心Ｃとの距離Ｈ２に略等しい。すなわち、圧着部４は軸心Ｃ上の底部１９の内底面２３と平行な平面に対して、すなわち、上下方向に対してほぼ対称にくびれた形状をなして封止部９がくびれ部となっている。換言すれば、くびれ部が圧着部４の高さ方向において、圧着部の下部と上部の間の位置に配置されている。なお、内底面２３からの距離Ｈ１が内底面２３と圧着部４の軸心Ｃとの距離Ｈ２に略等しい。ここで、「略等しい」とは、｜Ｈ１−Ｈ２｜が圧着部４の内半径Ｒの２０％以下であることをいう。

すなわち、本発明の圧着端子２は、封止部９を圧着部４の図面視上下の中間位置近くに配置することによって、圧着部４が上下からくびれた形状をなしており、くびれた端部が封止部９となっている。これにより、上下からくびれない端子に比べて圧着部４の段差が少なくなる。そうすると、段差が大きい場合に必要なレーザー光の焦点位置を変更する動作が不要となる。つまり、レーザー溶接する際にレーザー光の焦点位置を平面上に設定でき、焦点平面を変えずに長手方向に高さの異なる圧着部４を溶接できる。

また、封止部９は予め筒型に成形した第１展開部１４を押圧して形成されるが、封止部９が圧着部４の下部に設けられると、この押圧のストロークが長くなり筒型に成形した第１展開部１４の歪が過大になり、被覆電線３の直径が大きい場合には成形が難しくなる。封止部９を圧着部４の図面視上下の中間位置に配置することによって、導電板１８を曲げ加工してトランジション部２２を形成する際に、導電板１８を上方と下方から重ね合わせやすくなる。被覆電線１２の直径が大きくなっても、封止部９を形成しやすくなる。

さらに、封止部９を圧着部４の上下の中間位置に配置することによって、種々の方向の外力に対して均等に応力を受け持たせることができ、封止部９を圧着部４の上部または下部に設けるよりも圧着部４の強度が増す。

圧着端子２は、次いで図４に示すように、圧着端子２の圧着部４に被覆材を剥がされた被覆電線３の端部が不図示の電線挿入手段により挿入されて、金型２１ａと金型２１ｂがそれぞれ密接面１５と略垂直方向のＦ方向に移動することによりかしめ部２１でかしめられる。このかしめにより、芯線と被覆材とが圧着部４に圧着される。かしめ部２１においては、芯線３４が被覆されている部分が金型（クリンパー）２１ａと金型２１ａに対応する他の金型２４ａとによりかしめられ、芯線３４が被覆されていない部分が金型（他のクリンパー）２１ｂと金型２１ｂに対応する他の金型２４ｂとによりかしめられる。

圧着部４と絶縁被覆３６とを圧着によって、隙間無く密着させることにより、圧着部４の内方への止水効果が得られる。圧着部４の肉厚は例えば０．２５ｍｍである。

図５に、金型２１ａと他の金型２４ａの、金型に装着時の圧着端子２の長手方向にみた形状を示す。一の金型２１ａと他の金型２４ａにはそれぞれ凹部２８、２９が設けられている。凹部２８、２９の面の形状は被覆電線３の端部が挿入された圧着部４がかしめられたときに所望の形状になるように設定されている。図５では凹部２８、２９によって圧着部４の外断面形状がほぼ円形になるように凹部２８、２９の面の形状が定められている。

金型２１ａの凹部２８は他の金型２４ａの凹部２９より深く、凹部２８により形成される空間に他の金型２４ａが入り込むようになっており、被覆電線３の端部が挿入された圧着部４を凹部２８に挿入し、次いで金型２１ａを図面視降下させて他の金型２４ａを凹部２８に突入させて圧着部４をかしめる。凹部２８において圧着部４と接するのは逃げ部３２より奥の部分である。この金型２１ａと他の金型２４ａによるプレス作動は金型２１ｂと他の金型２４ｂによるプレス作動においても同様に行われるが、プレス圧は通常後者のほうが大きくされる。

図６にかしめ後の圧縮端子２の状態の他の一例を示す。かしめにより、圧着部４の図面視上面４０が下降して、圧着部４の高さｈ２が封止部９の上面４２の高さｈ１に近づく。かしめ後にｈ２−ｈ１の値が圧着部４の厚さＤより大きい場合はかしめの圧縮の程度が過小で圧着部４による被覆電線３の圧着が不十分となる場合がある。逆に、かしめ後にｈ１−ｈ２の値が圧着部４の厚さＤより大きい場合はかしめの作用が過度でかしめ時に封止部９やその近傍で圧着部４が破断するおそれがある。すなわち、かしめ後の｜ｈ１−ｈ２｜が圧着部４の厚さＤの値を超えないようにかしめの圧縮の程度を調整することが、かしめ時の破断を防止する好ましい策のひとつである。なお、図６において、ｈ１、ｈ２はそれぞれ封止部９、圧着部４の外底面４４からの距離である。

他方、図４において、封止部９が圧着部４のかしめによる変形にともなって矢印Ｇ方向に移動する。かしめ時には接続部８は固定されており、封止部９を構成する板部１１がトランジション部６を介して接続部８と連接しているので、この封止部９の移動によりトランジション部６あるいは板部１１に異常な力がかかり、トランジション部６あるいは板部１１が劣化あるいは破断することがある。この異常な力がかかる現象は、かしめ時の封止部９の移動量が導電板１８の厚さの値以上である場合に顕著であることがわかった。

かかる問題に鑑み、かしめ時に接続部８を非拘束にすることが考えられるが、接続部８をかしめ時に非拘束にした場合は機械振動などによりかしめの位置不良が生ずることが懸念される。

本発明においては、かしめ時の封止部９の移動量が導電板１８の厚さの値未満になるようにかしめ時に封止部９の移動を制限する。かしめ工程において、封止部９を、対面板部１３から板部１１に向けた方向に導電板１８の厚さの値以上には移動しないように維持することにより、かしめ時に接続部８が拘束されている場合であっても、かしめ時に板部１１が劣化あるいは破断することを防止できる。

このような封止部９の移動量の制限は、封止部９の移動を制限する、封止部９を支持する支持体の設置によりなされてもよい。あるいは、封止部９を把持して拘束する把持手段を設けてもよい。このような支持体や把持手段のような、封止部９の移動を制限して、圧着部４がかしめられるときに、封止部９が対面板部１３から板部１１に向けた方向に導電板１８の厚さの値以上には移動しないように封止部９を維持する維持手段を備えることにより、かしめ時に接続部８が拘束されている場合であっても、かしめ時に板部１１が劣化あるいは破断することを防止できる。あるいは、図４において、かしめ時にクリンパー２１を図面視降下させるとともに基盤２４を図面視上昇させて封止部９が図面視上下いずれの方向にも偏って移動しないようにしてもよい。

本発明において、このような支持体を設置する態様としては、図７に示すように、封止部９がクリンパー２１の降下方向（図面視下方（対面板部１３から板部１１に向けた方向））に導電板１８の厚さの値以上には移動しないように、封止部９を支持体２２で支持する態様が例示される。これにより、この問題が解決されることが見出された。支持体２２はこの位置で固定されていてもよいが、支持体２２が一の金型２１の作動時のみこの位置に位置するように移動可能な態様であってもよい。図７に示す態様においては、支持体２２が、封止部９が対面板部１３から板部１１に向けた方向に導電板１８の厚さの値以上には移動しないように封止部を維持する維持手段２６となっている。

また、支持体２２は基盤２４と独立して設けられてもよいが、図８に示すように、支持体２２ａが他の金型２４ｂと一体に連結された態様であってもよい。支持体２２は不動に固定されていてもよいが、かしめ時に封止部９が対面板部１３から板部１１に向けた方向に導電板の厚さの値以上には移動しないような位置に移動する態様であってもよい。図８に示す態様においては、支持体２２ａが、封止部９が対面板部１３から板部１１に向けた方向に導電板１８の厚さの値以上には移動しないように封止部９を維持する維持手段２６ａとなっている。

さらに他の態様としてクリンパー２１とともに図９に示す第２のクリンパー３３ａを封止部９に向けて降下させて、かしめ時に封止部９を第２のクリンパー３３ａと支持体２２ａで挟持させるような態様であってもよい。この場合、図９に示すように、金型２１ａ、他の金型２４ａ及び第２のクリンパー３３ａが一体になったクリンパー３３を用いることが好ましい。また、基盤として、他の金型２４ａ、他の金型２４ｂ及び支持体２２ａが一体になった基盤４５を用いることが好ましい。図９に示す態様においては、第２のクリンパー３３ａと、支持体２２ａが、封止部９が対面板部１３から板部１１に向けた方向に導電板１８の厚さの値以上には移動しないように封止部９を維持する維持手段２６ａとなっている。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施することができる。圧着端子や支持体の形状は図示されたものに限定されない。圧着端子の材質、又は圧着端子の用途も限定されることはない。また、本明細書における用語、「略平行」や「略垂直」は本発明の効果を得るうえでの技術的な許容範囲の状態を含むものであることはいうまでもない。

本発明は、自動車に装備される電線に限らず、あらゆる電線を接続するのに有益な技術である。

２...圧着端子
３...被覆電線
４...圧着部
６...トランジション部
８...接続部
９...封止部
１１...板部
１３...対面板部
１５...密接面
１２...導電性材料
１４...第１展開部
１６...第２展開部
１８...導電板
１９...底部
２２，２２ａ...支持体
２３...内底面
２４...基盤
２１ａ、２１ｂ...金型
２４ａ、２４ｂ...他の金型
２６，２６ａ...維持手段

Claims (5)

1. 接続部と電線を挿入する筒状の圧着部とがトランジション部を介して前記圧着部の軸心方向に連接されてなり、
   前記圧着端子に前記圧着部の前記トランジション部側の端部が押圧されてなる封止部が形成され、
   前記封止部は、前記トランジション部に連接する板部と該板部に対面する対面板部とが密接されてなる密接面を有し、
   前記密接面は、前記接続部の内底面と略平行であり、かつ、前記封止部の前記内底面からの距離が該内底面と前記圧着部の軸心との距離と略等しくされており、
   前記圧着部が、長手方向の両端の間に第１展開部、トランジション部、及び第２展開部がこれらの順で画定された導電板の前記第１展開部を曲折することにより成形され、前記接続部が、前記第２展開部を曲折することにより成形された圧着端子。
2. 請求項１に記載の圧着端子の前記圧着部に電線を挿入して、前記圧着部を前記密接面と略垂直方向に移動する金型と他の金型を用いてプレスしてかしめるかしめ工程を含む端子圧着方法であり、
   前記かしめ工程において、前記封止部を、前記対面板部から前記板部に向けた方向に前記導電板の厚さの値以上には移動しないように維持することを特徴とする圧着端子の端子圧着方法。
3. 前記かしめ工程において、前記封止部を支持体で支持することを特徴とする請求項２に記載の圧着端子の端子圧着方法。
4. 請求項１に記載の圧着端子の前記圧着部に電線を挿入してかしめ固定する装置であり、
   前記圧着部に電線を挿入する電線挿入手段と、
   電線が挿入された前記圧着部を、前記密接面と略垂直方向に移動する一の金型と他の金型を用いてプレスしてかしめるかしめ手段と、
   前記圧着部がかしめられるときに該封止部を維持する、維持手段とを備え、
   前記維持手段は、前記封止部が前記対面板部から前記板部に向けた方向に前記導電板の厚さの値以上には移動しないように該封止部を維持するものであることを特徴とする端子圧着装置。
5. 前記維持手段が前記封止部を支持する支持体を備える請求項４に記載の端子圧着装置。

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