(57)【要約】【課題】本発明は、アルミニウム系導体の導体露出部の強度が高く、さらには、当該導体露出部が苛酷な使用環境下に晒されても強度の低下を抑制して、優れた耐久性を具備する電線接続構造体およびその製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部、および絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いでアルミニウム系導体を露出させた導体露出部を有する被覆電線と、導体露出部と導電可能に接続される接続部材とで構成され、接続部材が、アルミニウム系材料または銅系材料からなる、端子または導体接続部をもつ電線であり、導体露出部が、端子または導体接続部と共に電線接続構造を形成し、電線接続構造を形成する導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％である電線接続構造体。【選択図】図２
2018174060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部、および、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記アルミニウム系導体を露出させた導体露出部を有する被覆電線と、
前記導体露出部と導電可能に接続される接続部材とで構成され、
前記接続部材が、アルミニウム系材料または銅系材料からなる、端子または導体接続部をもつ電線であり、
前記導体露出部が、前記端子または前記導体接続部と共に電線接続構造を形成してなる電線接続構造体であって、
前記電線接続構造を形成する前記導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、前記導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％であることを特徴とする電線接続構造体。
【請求項２】
前記電線接続構造を形成する前記導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、前記導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜５０％であることを特徴とする、請求項１記載の電線接続構造体。
【請求項３】
アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部を有する被覆電線を準備し、
前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥くことにより、前記被覆電線に前記アルミニウム系導体が露出された導体露出部を形成し、
形成した前記導体露出部に、当該導体露出部と導電可能に接続するための接続部材を重ね合わせ、次いで、
前記導体露出部と前記接続部材を重ね合わせた状態で超音波接合することによって一体化した電線接続構造を形成し、
前記電線接続構造を形成する前記導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、前記導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％であることを特徴とする電線接続構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部、および、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記アルミニウム系導体を露出させた導体露出部を有する被覆電線の導体露出部を、アルミニウム系材料または銅系材料からなる、端子または電線の導体接続部に導電可能に接続した電線接続構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電線と端子、あるいは電線同士を電気接続するために相互連結することによって形成される電線接続構造体は、通常、電線の導体として、銅または銅合金からなる銅系導体が用いられるが、軽量化等の観点から、最近では、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系導体が用いられる検討が行われるようになってきた。この場合、アルミニウム系導体の導体露出部に端子が圧着接続される。
【０００３】
しかしながら、アルミニウム系導体は、銅系導体と比較して強度が劣っているため、特に圧着等により端子とアルミニウム系導体の導体露出部とを接続させて電線接続構造体を形成した場合、電線接続構造体を形成する導体露出部が変形しやすいため断面積の減少量が大きくなり、その結果、電線接続構造体の強度が著しく低下する傾向がある。このため、例えば、自動車（特にエンジンルーム）内のように高温でかつ振動が繰り返し発生するような長期間苛酷な使用環境下に、アルミニウム系導体の導体露出部で形成した電線接続構造体を晒し続けると、振動等によって電線接続構造体が破壊されやすくなり、さらには、導体露出部に端子を組み付ける際に作業者が誤って電線を引っ張ってしまうと、電線接続構造体が容易に破壊するおそれもあった。
【０００４】
従来のジョイント端子と被覆電線のジョイント構造（接続構造体）としては、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１によれば、接続構造体のジョイント端子がオープンバレル型の端子であり、２本の被覆電線における各導体露出部を互いに圧着接続する圧着部に加締め片を有し、この加締め片を各導体露出部の方向へ折り返して、各導体露出部をまとめて加締めることで、導体露出部同士を互いに導電可能に接続することができるとしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された接続構造体は、加締め片によって両導体露出部を加締めて圧着接続した一般的な構成を開示しているにすぎず、被覆電線の導体の材質、強度、結晶粒径については何ら検討がなされていない。特に、被覆電線の導体として、アルミニウム系導体を用いた場合に、自動車（特にエンジンルーム）内のように高温でかつ振動が繰り返し発生するような長期間苛酷な使用環境下に、アルミニウム系導体の導体露出部で形成した電線接続構造体を晒し続けると、導体露出部の強度が著しく低下し、その結果、電気接続構造体を形成する導電露出部同士の導電性を長期間にわたって確保することが難しくなる他、振動や外力等の作用によっては電線の破断も生じやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１２９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、アルミニウム系導体の導体露出部の強度が高く、さらには、当該導体露出部が苛酷な使用環境下に晒されても強度の低下を抑制して、優れた耐久性を具備する電線接続構造体およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記問題に対して鋭意検討を行った結果、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部と、アルミニウム系導体を露出させた導体露出部とを有する被覆電線において、導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径を、導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径に対し、適正範囲の割合で小さくすることにより、アルミニウム系導体の導体露出部を、結晶粒径の微細化によって強度を向上させることができると共に、アルミニウム系導体の導体露出部が苛酷な使用環境下に晒されても強度の低下が有効に抑制されて、優れた耐久性を具備する電線接続構造体を提供できることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部、および、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記アルミニウム系導体を露出させた導体露出部を有する被覆電線と、前記導体露出部と導電可能に接続される接続部材とで構成され、前記接続部材が、アルミニウム系材料または銅系材料からなる、端子または導体接続部をもつ電線であり、前記導体露出部が、前記端子または前記導体接続部と共に電線接続構造を形成してなる電線接続構造体であって、前記電線接続構造を形成する前記導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、前記導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％であることを特徴とする電線接続構造体。
（２）前記電線接続構造を形成する前記導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、前記導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜５０％であることを特徴とする、上記（１）記載の電線接続構造体。
（３）アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部を有する被覆電線を準備し、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥くことにより、前記被覆電線に前記アルミニウム系導体が露出された導体露出部を形成し、形成した前記導体露出部に、当該導体露出部と導電可能に接続するための接続部材を重ね合わせ、次いで、前記導体露出部と前記接続部材を重ね合わせた状態で超音波接合によって一体化した電線接続構造を形成し、前記電線接続構造を形成する前記導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、前記導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％であることを特徴とする電線接続構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部、および、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いでアルミニウム系導体を露出させた導体露出部を有する被覆電線と、当該導体露出部と導電可能に接続される接続部材とで構成され、接続部材が、アルミニウム系材料または銅系材料からなる、端子または導体接続部をもつ電線であり、導体露出部が、端子または導体接続部と共に電線接続構造を形成し、当該電線接続構造を形成する導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲であることにより、アルミニウム系導体の導体露出部の引張強度が上昇し、さらには、アルミニウム系導体の導体露出部が熱衝撃試験等により苛酷な使用環境下に晒されても引張強度の低下を有効に抑制することができる結果、優れた耐久性を具備する電線接続構造体を提供することができる。また、被覆電線の導体露出部に超音波を印加すると、導体露出部と、この導体露出部に導電可能に接続される接続部材とから構成される電線接続構造が形成されると同時に、導体露出部の結晶粒微細化も達成される。この結晶粒微細化により、ホール・ペッチ（Hall-Petch）の関係式に基づき、アルミニウム系導体の導体露出部の引張強度を上昇させることができる。また、導体被覆部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径に対する導体露出部におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の比を一定の範囲に制御することにより、アルミニウム系導体の導体露出部が苛酷な使用環境下に晒されても引張強度の低下を抑制できる優れた耐久性を示す電線接続構造体を提供することができる。このようなアルミニウム系導体の導体露出部の引張強度が高く、かつ優れた耐久性を示す電線接続構造体の使用により、長期間にわたるアルミニウム系導体の導体露出部と接続部材との導電性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に従う第１実施形態である電線接続構造体の斜視図である。
【図２】図２は、本発明に従う第２実施形態である電線接続構造体の斜視図である。
【図３】図３は、本発明に従う第３実施形態である電線接続構造体の斜視図である。
【図４】図４は、本発明に従う第４実施形態である電線接続構造体の斜視図である。
【図５】図５は、実施例２で作製した電線接続構造体において、被覆電線の導体露出部の結晶粒組織を光学顕微鏡で観察したときの写真である。
【図６】図６は、比較例２で作製した電線接続構造体において、被覆電線の導体露出部の結晶粒組織を光学顕微鏡で観察したときの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に従う実施形態を、図面を参照しながら以下で説明する。図１は、第１実施形態の電線接続構造体を斜視図で示したものである。図示の電線接続構造体１０は、導体被覆部２および導体露出部４を有する被覆電線１と、アルミニウム系材料からなる導体接続部５を有する接続部材３とから構成されている。被覆電線１の導体露出部４と、接続部材３の導体接続部５とを超音波接合することにより、電線接続構造６が形成されている。導体接続部５には、アルミニウム系材料が使用されているが、銅系材料も同様に使用することができる。
【００１３】
また、以下において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【００１４】
（電線接続構造体）
本発明の電線接続構造体１０は、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部２、および、アルミニウム系導体を露出させた導体露出部４を有する被覆電線１と、接続部材３と、被覆電線１と接続部材３とが一体化して形成された電線接続構造６とで構成され、電線接続構造６を構成する導体露出部４におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、導体被覆部２におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲である。電線接続構造体１０を構成する各要素については、以下の通りであり、このような電線接続構造体１０は、アルミニウム系導体の導体露出部４の引張強度が高く、さらには、アルミニウム系導体の導体露出部４が苛酷な使用環境下に晒されても、引張強度の低下を有効に抑制できる結果、耐久性に優れている。
【００１５】
（被覆電線）
本発明で使用される被覆電線１は、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部２と、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いでアルミニウム系導体を露出させた導体露出部４を有する。被覆電線１は、例えば、アルミニウム系材料からなる複数の素線を束ねて構成されたアルミニウム系導体が絶縁被覆で被覆された１本の被覆電線であってもよく、あるいは、このような被覆電線を束ねて構成された複数の被覆電線であってもよい。また、複数の被覆電線は、少なくとも１本の被覆電線がアルミニウム導体を有していれば、銅系導体を有する被覆電線と、アルミニウム系導体を有する被覆電線とを束ねて構成してもよく、アルミニウム系導体を有する被覆電線のみを束ねて構成してもよい。アルミニウム系導体は、所定の断面積となるように、素線を撚って構成されることが好ましいが、この形態に限定されるものではなく、単線で構成されていてもよい。
【００１６】
アルミニウム系導体は、特に限定されるものではないが、例えば、純アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−マンガン系合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）、アルミニウム−マグネシウム系合金（Ａｌ−Ｍｇ系合金）、アルミニウム−マグネシウム−ケイ素系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）、アルミニウム−亜鉛−マグネシウム系合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金）、アルミニウム−銅−マグネシウム系合金（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金）等のアルミニウム合金を用いることができる。より高い強度が付与される観点から、アルミニウム合金であることが好ましい。
【００１７】
このようなアルミニウムまたはアルミニウム合金として、例えば、ＪＩＳ  Ｈ  ４１００：２０１５の規格における合金番号１０５０、１０６０、１０７０、１１００または１２００の純アルミニウム、合金番号３００３または３２０３のＡｌ−Ｍｎ系合金、合金番号５０５２、５４５４、５０８３または５０８６のＡｌ−Ｍｇ系合金、合金番号６１０１、６Ｎ０１、６００５Ａ、６０６０、６０６１、６０６３または６０８２のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、合金番号７００３、７Ｎ０１、７００５、７０２０、７０５０または７０７５のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、合金番号２０１４、２０１４Ａ、２０１７、２０１７Ａまたは２０２４のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金を用いることができる。
【００１８】
アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であることが好ましい。このようなＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）を０．１０〜１．００質量％、ケイ素（Ｓｉ）を０．１０〜１．２０質量％および鉄（Ｆｅ）を０．１０〜１．４０質量％含有し、さらに任意元素としてチタン（Ｔｉ）を０．００〜１．５０質量％、ホウ素（Ｂ）を０．００〜０．３０質量％、銅（Ｃｕ）を０．００〜１．００質量％、銀（Ａｇ）を０．００〜０．５０質量％、金（Ａｕ）を０．００〜０．５０質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．００〜１．００質量％、クロム（Ｃｒ）を０．００〜１．００質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）を０．００〜０．５０質量％、ハフニウム（Ｈｆ）を０．００〜０．５０質量％、バナジウム（Ｖ）を０．００〜０．５０質量％、スカンジウム（Ｓｃ）を０．００〜０．５０質量％、コバルト（Ｃｏ）を０．００〜０．５０質量％、ニッケル（Ｎｉ）を０．００〜０．５０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなることが好ましく、Ｍｇを０．３９〜０．４３質量％、Ｓｉを０．６１〜０．６５質量％、Ｆｅを０．１８〜０．２２質量％、Ｎｉを０．０７５〜０．１０５質量％、Ｍｎを０．０６〜０．１５質量％、Ｔｉを０．００８〜０．０１５質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなることがより好ましい。
【００１９】
絶縁被覆は、絶縁性を有する材料であれば、特に限定されるものではないが、例えば、ポリ塩化ビニル、架橋ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム等を主成分とするハロゲン系樹脂、または、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、エチレンプロビレンゴム、珪素ゴム、ポリエステル等を主成分とするハロゲンフリー樹脂等を、絶縁被覆を構成する樹脂材として用いることができ、特にポリ塩化ビニル樹脂が使用される。また、必要に応じて、これらの樹脂材に可塑剤や難燃剤等の添加剤が含まれていてもよい。
【００２０】
導体被覆部２は、アルミニウム系導体が絶縁被覆で被覆した被覆電線１において、アルミニウム系導体が露出しておらず、絶縁被覆で覆われているアルミニウム系導体の部分を意味する。導体被覆部２は、後述する超音波の影響を受けない当初のアルミニウム系導体の部分であることから、本発明において、導体被覆部２の平均結晶粒径は、アルミニウム系導体自体が有している平均結晶粒径を意味する。
【００２１】
導体露出部４は、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いでアルミニウム系導体が露出している部分を意味する。導体露出部４は、後述する超音波が印加されるアルミニウム系導体の部分であり、超音波により、接続部材３と共に電線接続構造６を形成すると同時に、結晶粒微細化を達成する。絶縁被覆を剥ぐ長さは、導体露出部４が、当該導体露出部４と後述する接続部材３が接続できる程度に十分な長さを有していれば特に限定されるものではなく、対応する接続部材３と接続する領域の範囲に応じて、適宜設計することができる。導体露出部４の長さ、すなわち、絶縁被覆を剥ぐ長さは、例えば、５〜２５ｍｍが好ましく、１０〜２０ｍｍがより好ましい。
【００２２】
（接続部材）
本発明で使用される接続部材３は、アルミニウム系材料または銅系材料からなる、端子または電線であり、被覆電線１の導体露出部４と導電可能に接続される。接続部材３が電線である場合、当該電線は、被覆電線１の導体露出部４と接続するための導体接続部５を有している。アルミニウム系材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金であり、銅系材料は、例えば、銅（Ｃｕ）または銅合金である。端子または導体接続部５と接続する被覆電線１の導体露出部４は、アルミニウム系導体で構成されているため、端子または導体接続部５もアルミニウム系材料であることが好ましい。このようなアルミニウム系材料として、上記の被覆電線１のアルミニウム系導体に使用される純アルミニウムまたはアルミニウム合金を使用することができる。端子または導体接続部５としてアルミニウム系材料を使用することにより、端子または導体接続部５と導体露出部４は互いに同種金属であることから、これらをより強固かつ容易に接続することができる。また、アルミニウム系材料は、銅や銅合金の銅系材料よりも軽いため、電線接続構造体１０を効率良く軽量化することができる。
【００２３】
接続部材３が端子である場合、アルミニウム系材料または銅系材料からなる端子の一部が被覆電線１の導体露出部４と接続できれば特に限定されるものではなく、様々な形状の端子を使用することができる。導体露出部４との密着性をより強固にするため、例えば、被覆電線１の絶縁被覆部分を留めるための加締め片を備える端子を使用してもよい。また、導体露出部４に接続される端子の表面には、めっき処理が施されていてもよい。このようなめっき処理は、例えば、ニッケルめっき、ニッケル合金めっき、コバルトめっき、コバルト合金めっき、銅めっき、銅合金めっき、錫めっき、錫合金めっき、銀めっき、銀合金めっき、パラジウムめっき、パラジウム合金めっき、金めっき、または金合金めっき等により行うことができる。めっき処理の方法としては、特に限定はされるものではないが、湿式めっき法によって行なうことが好ましい。
【００２４】
接続部材３が電線である場合、アルミニウム系材料または銅系材料からなる電線の導体接続部５が一方の被覆電線１の導体露出部４と接続できれば特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム系材料または銅系材料からなる導体を絶縁被覆で被覆した他方の被覆電線の一部を剥いで導体を露出させることにより導体接続部５を形成し、この導体接続部５と一方の被覆電線１の導体露出部４とを導電可能に接続することができる。導体露出部４を有する一方の被覆電線１と導体接続部５を有する他方の被覆電線とは、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、また、これらの被覆電線の一方または双方を複数使用してもよい。さらに、電線接続構造６を形成する際、双方の被覆電線の導体を構成する電線のバラつきを抑えるため、導体露出部４と導体接続部５とが金属管に挿入された状態で、これらを接合させることが好ましい。金属管は、超音波接合によって電線接続構造６を形成する際に、金属管を介して導体露出部４と導体接続部５との接合ができれば、特に限定されるものではないが、銅管、銅合金管、アルミニウム管又はアルミニウム合金管であることが好ましく、強度の観点から、銅管又は銅合金管であることがより好ましい。
【００２５】
（電線接続構造）
本発明の電線接続構造体１０において、被覆電線１の導体露出部４は、端子または電線の導体接続部５と共に電線接続構造６を形成する。すなわち、電線接続構造６は、導体露出部４と接続部材３とが接合して一体化した状態であり、これにより、導体露出部４と接続部材３とを確実に導電することができる。本発明において、導体露出部４と接続部材３は、後述する超音波により接合することができる。導体露出部４と接続部材３を重ね合わせた状態で超音波を印加することにより、導体露出部４と接続部材３とから構成される電線接続構造６が形成されると同時に、ホール・ペッチ（Hall-Petch）の関係式に基づき、導体露出部４の結晶粒微細化も達成される。
【００２６】
ホール・ペッチの関係式は、以下の式で表される。
【式１】
【００２７】
σｙ＝σ０＋ｋ／ｄ1/2
式中、σｙは降伏応力（引張強度）、σ０は摩擦応力（基準とする引張強度）、ｋは結晶粒界のすべりに対する抵抗を示す定数、ｄは平均結晶粒径を表す。この関係式から、材料の平均結晶粒径（ｄ）が小さくなると、σｙ（引張強度）は大きくなることがわかる。本発明においては、この関係式に基づき、導体露出部４におけるアルミニウム系導体の引張強度が向上しているものと考えられる。
【００２８】
本発明において、電線接続構造体１０を形成する接続部材３は、被覆電線１の導体露出部４と直接接続される。当該導体露出部４が他の金属部材で完全に覆われた状態で接続部材３と接続すると、接続部材３と導体露出部４とを直接接続する場合よりも導電性が低くなるからである。これにより、接続部材３と導体露出部４との間のより高い導電性を確保することができる。
【００２９】
図２は、第２実施形態の電線接続構造体を斜視図で示したものである。図示の電線接続構造体１０は、導体被覆部２および導体露出部４を有する被覆電線１と、アルミニウム系材料または銅系材料からなる導体接続部５を有する接続部材３とから構成されている。被覆電線１の導体露出部４と接続部材３の導体接続部５とを、銅管である金属管７の両開口端からそれぞれ向かい合わせに挿入した後に、超音波接合することによって、電線接続構造６が形成されている。導体露出部４と導体接続部５は、金属管７の内部で接合されている。金属管７は、銅合金管、アルミニウム管又はアルミニウム合金管であってもよい。
【００３０】
図３は、第３実施形態の電線接続構造体を斜視図で示したものである。図示の電線接続構造体１０は、導体被覆部２および導体露出部４を有する複数の被覆電線１と、アルミニウム系材料または銅系材料からなる導体接続部５を有する接続部材３とから構成されている。複数の被覆電線１の導体露出部４と接続部材３の導体接続部５とを、銅管である金属管７の一方の開口端からそれぞれ挿入した後に、超音波接合することによって、電線接続構造６が形成されている。図２と同様、導体露出部４と導体接続部５は、金属管７の内部で接合されており、また、金属管７は、銅合金管、アルミニウム管又はアルミニウム合金管であってもよい。
【００３１】
図４は、第４実施形態の電線接続構造体を斜視図で示したものである。図示の電線接続構造体１０は、導体被覆部２および導体露出部４を有する被覆電線１と、アルミニウム系材料または銅系材料からなる端子である接続部材３とから構成されている。被覆電線１の導体露出部４と接続部材３とを超音波接合することによって、電線接続構造６が形成されている。接続部材３の端子には、錫めっき、ニッケルめっき等のめっき処理が施されていてもよい。
【００３２】
（本発明の特徴的な構成）
本発明の特徴的な構成は、導体露出部４におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径を、導体被覆部２におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径よりも一定の範囲の割合で小さくすることにある。より具体的には、電線接続構造６を構成する導体露出部４におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、導体被覆部２におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％であることにあり、２〜５０％であることが好ましい。導体露出部４におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径（以下「平均結晶粒径Ｐ」という）が、導体被覆部２におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径（以下「平均結晶粒径Ｑ」という）の２％未満であると、導体露出部４と導体被覆部２の強度差が大きくなりすぎて、両者の境界位置での強度差により、局部破断等が生じ、さらには耐久性も劣ってしまう。一方、平均結晶粒径Ｐが平均結晶粒径Ｑの８０％よりも大きいと、局部破断は生じないものの、十分な耐久性を得ることができない。そのため、平均結晶粒径Ｐが平均結晶粒径Ｑの２〜８０％の範囲外では、もはや結晶粒微細化による強度向上の効果が付与されず、結果として、得られる電線接続構造体１０の導体露出部４が苛酷な使用環境下に晒されると、アルミニウム系導体の導体露出部４の引張強度が低下を抑制することができなくなる。
【００３３】
平均結晶粒径Ｐは、超音波を印加する条件に応じて変動し、平均結晶粒径Ｑは、使用される被覆電線１のアルミニウム系導体の種類に応じて変動する。平均結晶粒径Ｐは、１〜４０μｍであることが好ましく、１〜２０μｍであることがより好ましい。また、平均結晶粒径Ｑは、５０μｍを超えると、電線の強度低下が生じるため、５０μｍ以下であることが好ましい。また、超音波が印加される導体露出部４との関係性を考慮すると、平均結晶粒径Ｑは、２０〜５０μｍであることが好ましく、３０〜５０μｍであることがより好ましい。例えば、平均結晶粒径Ｑが５０μｍである場合、平均結晶粒径Ｐは、１〜４０μｍであることが好ましく、１〜２０μｍであることがより好ましい。平均結晶粒径Ｑが３５〜４５μｍである場合、平均結晶粒径Ｐは、５〜２０μｍであることが好ましい。平均結晶粒径Ｑが３０μｍである場合、平均結晶粒径Ｐは、１〜２０μｍであることが好ましく、１〜１５μｍであることがより好ましい。
【００３４】
（電線接続構造体の製造方法）
次に、本発明に従う電線接続構造体１０の製造方法について説明する。本発明における電線接続構造体１０の製造方法は、主に、導体被覆部２を有する被覆電線１を準備する工程、導体露出部４を形成する工程、電線接続構造６を形成する工程を含み、導体露出部４におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径が、導体被覆部２におけるアルミニウム系導体の平均結晶粒径の２〜８０％である。このような製造方法により、アルミニウム系導体の導体露出部４の引張強度が高く、さらには、アルミニウム系導体の導体露出部４が苛酷な使用環境下に晒されても引張強度の低下を抑制できる優れた耐久性を示す電線接続構造体１０を得ることができる。
【００３５】
（導体被覆部を有する被覆電線を準備する工程）
まず、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆した導体被覆部２を有する被覆電線１を準備する。被覆電線１を構成するアルミニウム系導体および絶縁被覆は、それぞれ上述した材料を使用することができ、特に、アルミニウム系導体はアルミニウム合金であることが好ましく、絶縁被覆は、ポリ塩化ビニル樹脂であることが好ましい。また、アルミニウム系導体も特に限定されるものではないが、アルミニウム系材料からなる複数の素線を撚り合わせて束ねて構成されたアルミニウム系導体が好ましい。このようなアルミニウム系導体として、例えば、アルミニウム素線を７本撚り合わせて束ねて構成された０．７５ｓｑ（０．７５ｍｍ２）のサイズ（太さ）のアルミニウム系導体を使用することができる。
【００３６】
（導体露出部を形成する工程）
次に、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥ぎ、被覆電線１にアルミニウム系導体が露出された導体露出部４を形成する。絶縁被覆を剥ぐ手段は特に限定されるものではないが、例えば、ワイヤーストリッパーなどの工具または機器を使用することができる。絶縁被覆を剥ぐ長さは、接続部材３が導体露出部４と接続する領域の範囲に応じて、適宜設計することができ、例えば、５〜２５ｍｍが好ましく、１０〜２５ｍｍが特に好ましい。
【００３７】
（電線接続構造を形成する工程）
さらに、形成した導体露出部４に、当該導体露出部４と導電可能に接続するための接続部材３を重ね合わせ、次いで、導体露出部４と接続部材３を重ね合わせた状態で超音波接合によって一体化した電線接続構造６を形成する。なお、電線接続構造６を形成する工程は、ここでは一例として、超音波接合を用いた場合を示しているが、本発明では、かかる場合だけには限定されず、電線接続構造６を形成した際に、導体露出部４の結晶粒を微細化することが可能であるような他の手段を用いてもよい。接続部材３には、上述した材料からなる端子または電線を使用して、所望とする電線接続構造６を形成する。超音波接合は、導体露出部４と接続部材３を重ね合わせた状態で垂直方向に加圧力を与えながら、導体露出部４と接続部材３との接合面に平行な超音波振動を印加することにより行われる。一般に、アルミニウムは、空気中の酸素に一瞬でも触れると表面に強靭な酸化被膜を形成することが知られており、また、金属表面は、油や埃などの物質による汚れが付着していることがある。超音波振動によって導体露出部４と接続部材３との界面同士が摩擦により互いに擦れ合い、接合面の酸化被膜や付着物が取り除かれ、清浄な接合面に、活性化した金属分子が現れる。さらに超音波振動を与えると、摩擦熱による加熱から金属原子の運動が盛んになり、拡散による金属原子の移動が発生する。そして、相互の金属部材間に強力な引力が発生し、導体露出部４における金属と接続部材３における金属が固相状態で接合する。
【００３８】
このような超音波接合は、導体露出部４における金属と接続部材３における金属が固相状態で接合されるため、互いの金属が溶融する温度までは上昇せず、比較的低温（通常、母材溶融温度の３５〜５０％程度）で行うことができる。一方、導体露出部４と接続部材３との接合面に平行な超音波振動を印加すると、超音波振動による微視的なせん断変形が生じ、これにより、導体露出部４と接続部材３とから構成される電線接続構造６が形成されると同時に、導体露出部４の結晶粒微細化も達されると考えられる。
【００３９】
上記の工程を経て、平均結晶粒径Ｐが平均結晶粒径Ｑの２〜８０％の範囲である電線接続構造体１０を作製する。超音波接合において印加される超音波のエネルギーを、使用される被覆電線１のアルミニウム系導体に応じて調整することにより、平均結晶粒径Ｐを平均結晶粒径Ｑの２〜８０％の範囲内にすることができる。印加される超音波のエネルギーは、１００〜４５０Ｊが好ましく、３００〜４５０Ｊがより好ましい。超音波接合において印加される超音波のエネルギーが大きいほど、平均結晶粒径Ｐをより小さくすることができる。また、超音波接合において、重ね合わせた状態の導体露出部４と接続部材３に垂直方向に与えられる加圧力は、使用される被覆電線１のアルミニウム系導体と接合部材３に応じて調整することができ、１〜１０００ｋＰａが好ましく、５０〜５００ｋＰａがより好ましい。
【００４０】
また、本発明における電線接続構造体１０の製造方法では、電線接続構造６は、圧着装置等による圧着工程を経ずに形成される。よって、本発明における電線接続構造体１０の製造方法には、露出したアルミニウム芯線が、銅材料からなる被着体を介して端子に圧着接続する特許第５４４７０７１号公報に記載の方法は含まれない。
【００４１】
本発明の製造方法で得られる電線接続構造体１０は、平均結晶粒径Ｐが平均結晶粒径Ｑの２〜８０％の範囲である。これにより、苛酷な使用環境下に晒されても十分な強度を保持できる優れた耐久性を示す電線接続構造体１０を提供が可能となる。
【００４２】
なお、上述した実施形態は、本発明のいくつかの代表的な実施形態を例示したにすぎず、本発明の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００４３】
以下の実施例に基づき、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１〜７）
表２に示される合金組成を有するアルミニウム系導体（以下「合金１」という）を、ポリ塩化ビニルの絶縁被膜で被覆することにより、導体被覆部を有する被覆電線Ａを準備した。この被覆電線Ａの先端側をワイヤーストリッパーにより約１．５ｃｍ剥いでアルミニウム系導体が露出した導体露出部を形成した。接続部材として、被覆電線Ａと同じ種類のアルミニウム系導体、同じ導体被覆部を有する被覆電線Ｂを準備した。被覆電線Ａと同様に被覆電線Ｂの先端側もワイヤーストリッパーにより約１．５ｃｍ剥いでアルミニウム系材料からなる導体接続部をもつ電線を形成した。形成した被覆電線Ａの導体露出部に、被覆電線Ｂの導体接続部を重ね合わせ、次いで、双方の電線がばらばらにならないように、ＪＩＳ  Ｈ  ３３００：２０１２の規格に基づくＣ１２２０Ｔ（１／２Ｈ）の銅管（厚さ０．３ｍｍ）の両端から、被覆電線Ａ及び被覆電線Ｂをそれぞれ挿入した。銅管に挿入して重ね合わせた状態の導体露出部と導体接続部を、超音波接合機の受け台上に設置した。重ね合わせた状態の導体露出部と導体接続部に対して、銅管の上から垂直方向に１００ｋＰａの加圧力を与えながら、表３に示される超音波条件により超音波を印加し、超音波接合によって一体化した電線接続構造を形成した。このようにして得られた電線接続構造体について、導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径をそれぞれ測定した。また、得られた電線接続構造体の引張強度を下記の方法により評価した。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。尚、上記アルミニウム系導体の合金組成は、表１に示される合金組成の範囲から任意のものを採用できるが、実施した合金１の合金組成は表２に示される通りである。
【００４５】
（比較例１、２）
比較例１、２は、表３に示される超音波条件により超音波を印加し、導体露出部の平均結晶粒径が、導体被覆部の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲外となる以外は、実施例１〜７と同様に行った。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。
【００４６】
（実施例８〜１１）
実施例８〜１１は、表１、２に示される合金組成を有するアルミニウム系導体の代わりにＪＩＳ  Ｈ  ４１００：２０１５の規格に基づく合金番号１０５０の純アルミニウム（以下「合金２」という）を用いて、表３に示される超音波条件により超音波を印加した以外は、実施例１〜７と同様に行った。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。
【００４７】
（比較例３）
比較例３は、表３に示される超音波条件により超音波を印加し、導体露出部の平均結晶粒径が、導体被覆部の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲外となる以外は、実施例８〜１１と同様に行った。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。
【００４８】
（実施例１２、１３）
実施例１２、１３は、表１、２に示される合金組成を有するアルミニウム系導体の代わりにＪＩＳ  Ｈ  ４１００：２０１５の規格に基づく合金番号６０６０のアルミニウム合金（以下「合金３」という）を用いて、表３に示される超音波条件により超音波を印加した以外は、実施例１〜７と同様に行った。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。
【００４９】
（比較例４）
比較例４は、表３に示される超音波条件により超音波を印加し、導体露出部の平均結晶粒径が、導体被覆部の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲外となる以外は、実施例１２、１３と同様に行った。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。
【００５０】
（実施例１４）
実施例１４は、表１、２に示される合金組成を有するアルミニウム系導体の代わりにＪＩＳ  Ｈ  ４１００：２０１５の規格に基づく合金番号７０３０のアルミニウム合金（以下「合金４」という）を用いて、表３に示される超音波条件により超音波を印加した以外は、実施例１〜７と同様に行った。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。
【００５１】
（比較例５）
比較例５は、表３に示される超音波条件により超音波を印加し、導体露出部の平均結晶粒径が、導体被覆部の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲外となる以外は、実施例１４と同様に行った。導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径、ならびに得られた電線接続構造体の引張強度の結果を表３に示す。
【００５２】
【表１】
2018174060.tif 000003
【００５３】
【表２】
2018174060.tif 000004
【００５４】
〈導体被覆部の平均結晶粒径と導体露出部の平均結晶粒径の測定方法〉
伸線方向に切り出した各実施例、比較例の電線接続構造体の縦断面を樹脂で埋め、機械研磨後、電解研磨を行った。得られた電線接続構造体のうち、導体露出部における結晶粒組織と導体被覆部における結晶粒組織をそれぞれ２００〜４００倍の光学顕微鏡（オリンパス社製）で撮影し、ＪＩＳ  Ｈ  ０５０１：１９８６、ＪＩＳ  Ｈ  ０５０２：１９８６に準じて公差法による粒径測定を行った。具体的には、撮影された写真に伸線方向に平行な直線を引き、その直線と交わる粒界の数を測定した。この測定を、アルミニウム系導体の外周部及び内部についてそれぞれ２０〜５０個程度の結晶粒界と交わるように測定し、外周部及び内部の平均結晶粒径とした。直線長さは長いほど好ましいが、作業性の観点から、２０〜５０個程度の結晶粒径を測定できるように、また直線が長いと光学顕微鏡の撮影範囲からはみ出てしまうため複数本の直線を用いるなどして、直線の長さと本数を調節して測定した。
【００５５】
（評価方法）
〈引張強度〉
引張強度は、小型卓上試験機（ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製：型番ＥＺ−ＳＸ）を用いて、各実施例、比較例で得られた電線接続構造体が当初に示す引張強度と耐久試験後に電線構造体が当初に示す引張強度をそれぞれ評価した。このような引張強度は、超音波の影響を受けていない１つの導体における導体被覆部の絶縁被覆を剥いで引張強度を測定した際に導体露出部が切断される引張荷重を、超音波の印加前後に測定し、その差を評価した。引張強度が向上した場合を「◎（優）」、引張強度の低下が０以上１５Ｎ未満である場合を「○（良）」、強度低下が１５以上３０Ｎ未満のものを「可」、３０Ｎ以上である場合を「×（不可）」と認定し、本試験では、「◎（優）」および「○（良）」に該当する場合を、引張強度が合格レベルにあるとして評価した。また、耐久試験は、超音波を印加した各実施例、比較例の電線接続構造体の熱衝撃試験（−４０℃〜１２０℃の範囲で１０００サイクル）を行い、超音波の印加前の引張荷重と耐久試験後の引張荷重の差を評価した。
【００５６】
【表３】
2018174060.tif 000005
【００５７】
図５は、実施例２の導体露出部における結晶粒組織を光学顕微鏡で観察したときの写真であり、図６は、同様に比較例２の導体被覆部における結晶粒組織を光学顕微鏡で観察したときの写真である。図５、６より、実施例２の導体露出部における結晶粒組織は、比較例２の導体露出部における結晶粒組織よりも微細化されている。このことから、本発明の電線接続構造体では、導体露出部の結晶粒微細化が超音波の印加により達成されていることがわかる。
【００５８】
表３の結果から、導体露出部の平均結晶粒径が、導体被覆部の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲内にある実施例１〜１４は、いずれも超音波印加後の引張強度および耐久試験後の引張強度が良好であった。特に、導体露出部の平均結晶粒径が導体被覆部の平均結晶粒径の２〜５０％の範囲内にある実施例１〜４、８〜１０、１２および１３は、超音波印加後の引張強度が優れていた。これに対し、導体露出部の平均結晶粒径が導体被覆部の平均結晶粒径の２〜８０％の範囲外である比較例１〜５は、いずれも超音波印加後の引張強度については良好であったが、耐久試験後の引張強度が合格レベルになく、劣っていた。このことから、本発明の要件を満たす電線接続構造体は、アルミニウム系導体の導体露出部の引張強度が高く、さらには、アルミニウム系導体の導体露出部が苛酷な使用環境下に晒されても、引張強度の低下を抑制できる優れた耐久性を示すことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、アルミニウム系導体の導体露出部の引張強度が高く、かつアルミニウム系導体の導体露出部が苛酷な使用環境下に晒されても引張強度の低下が抑制されて、優れた耐久性を具備する電線接続構造体を提供することが可能になった。本発明の電線接続構造体は、自動車用ワイヤハーネスのコネクタ等に好適に用いられる他、電子機器同士の配線や、多くの電気配線を必要とする多様な機械装置等にも使用できるなど、あらゆる分野での適用が期待できる。
【符号の説明】
【００６０】
１  被覆電線
２  導体被覆部
３  接続部材
４  導体露出部
５  導体接続部
６  電線接続構造
７  金属管
１０  電線接続構造体
【図１】
2018174060.tif 000006
【図２】
2018174060.tif 000007
【図３】
2018174060.tif 000008
【図４】
2018174060.tif 000009
【図５】
2018174060.tif 000010
【図６】
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