JP2000021546A

JP2000021546A - 嵌合型接続端子の製造方法

Info

Publication number: JP2000021546A
Application number: JP10184173A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Saka; 喜文坂; Jun Shiotani; 準塩谷; Atsuhiko Fujii; 淳彦藤井; Atsushi Nakamura; 篤中村
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd; Harness System Technologies Research Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP3411825B2

Abstract

(57)【要約】【課題】嵌合型接続端子のうち相手側の接続端子との
嵌合時における摺接部分に錫よりも硬度が高い合金層を
形成すること。【解決手段】雄端子１０のタブ１２のうち相手側の接
続端子との嵌合時における摺接部分１２ａに、その摺接
部分１２ａ表面から焦点をずらした状態でレーザ光を照
射して、その摺接部分１２ａにおける錫めっき層のうち
銅母材との界面近傍に錫よりも硬度が高い錫銅合金層を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、産業機器
などの電気配線に用いられる嵌合型接続端子の製造方法
に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、一般に、自動車、産業機器など
の電気配線において電線同士の接続に用いられる嵌合型
接続端子には、錫めっきが施されてきた。これは、端子
の接続時に、錫めっきの表面酸化皮膜を摩擦によって破
壊し、新鮮な錫を凝着させることにより、低い接触抵抗
を安定して得ることを目的としたものである。

【０００３】また、自動車のＡＢＳ（アンチロックブレ
ーキシステム）やエアバックなど、特に重要な信号回路
に用いられる電気配線には、接続端子に金めっきを施し
て使用していた。

【０００４】上記錫めっきの凝着は、錫の硬度が低い
（ビッカース硬度４０〜８０）ことに起因するものであ
る。しかし、錫の硬度が低いことは、接続時の挿入力を
上昇させるという問題の原因ともなっている。即ち、端
子の嵌合接続時には錫めっきの凝着磨耗が発生し、錫の
変形抵抗に逆らって嵌合させるため、挿入力が上昇する
こととなる。

【０００５】ところで、自動車などの電気配線では複数
の電線の束（以下、「ワイヤーハーネス」と称する）を
１つのコネクタで接続するのが一般的であり、コネクタ
の接続に必要な力は、端子１個当たりの挿入力に電線の
本数（従来は、一般に１０極〜２０極）を乗じた値とし
て概算することができる。従って、端子１個当たりの挿
入力が高いと、コネクタの接続に必要な力はワイヤーハ
ーネスの電線数に応じた大きな値となる。

【０００６】特に、近年のカーエレクトロニクスの著し
い進歩・発展は、自動車に搭載する電子機器やＣＰＵの
数を飛躍的に増加させ、それに伴ってワイヤーハーネス
の電線本数が増加し、コネクタの多極化（３０極〜４０
極）を図りたいとの要望も強まっている。

【０００７】しかしながら、上述の如く、コネクタを多
極化すると当該コネクタの接続に必要な力も電線本数に
比例して上昇し、ボルトやてこなどの補助機構なしで
は、コネクタの接続ができなくなる。このため、端子を
小型化しても、補助機構がコネクタの小型化・軽量化を
阻害することとなる。

【０００８】端子の挿入力を低減するには、接点圧力
（嵌合部で接点に与える押しつけ力）を低下させること
が考えられるが、この場合は、安定した低い接触抵抗が
得られなくなる。換言すれば、安定した接触抵抗を維持
したまま端子の挿入力を低下させることが困難であるた
め、コネクタを多極化する際に補助機構が不可欠とな
り、コネクタの小型化・軽量化を阻害する要因となって
いる。

【０００９】なお、接続端子に金めっきを使用すれば、
低い接点圧力でも低い接触抵抗が安定して得られるた
め、端子の挿入力を低くすることができ、コネクタを多
極化してもその接続に要する力が著しく上昇することは
ないが、金めっきは錫めっきに比較して数倍〜数十倍の
コストを要するため、特に多極化したコネクタには適し
ない。

【００１０】そこで、接続端子を形成する銅母材の表面
に錫めっき層を形成し、これに１５０℃以上１７０℃以
下の温度条件下において１〜３時間熱処理を施した接続
端子が提案されている。

【００１１】このような接続端子では、錫めっき層のう
ち銅母材との界面近傍部分が金属間化合物Ｃｕ₆Ｓｎ₅層
に変換され、かつ、その表面には所定厚さの錫めっき層
が残留した構造となっている。

【００１２】この場合、金属間化合物Ｃｕ₆Ｓｎ₅の硬度
は錫の硬度よりも高いため、接続端子自体のみかけの硬
度も高くなり、接続端子の嵌合接続時の挿入力を低減さ
せることが可能となる。また、銅母材表面には錫めっき
層が残留しているため、端子の接続時に低い接触抵抗を
安定して得ることも可能である。

【００１３】なお、これに関連する技術として本願出願
人が先に出願した特願平９−１１０８９８号に係る発明
を挙げておく。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な接続端子では、その表面全体に亘って金属間化合物Ｃ
ｕ₆Ｓｎ₅層が形成された構成となっている。

【００１５】従って、例えば、その接続端子が他の電線
との圧着接続部を備えている場合には、その圧着接続部
においても錫めっき層が薄くなっているため、圧着接続
部と電線間でのガスタイト構造が不十分であり、それら
の間に低くて安定した接触抵抗が得られないという問題
がある。また、金属間化合物Ｃｕ₆Ｓｎ₅層は硬くて脆い
性質を有しているため、電線への圧着時において圧着接
続部にひび割れが生じるという問題もある。

【００１６】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであり、嵌合型接続端子のうち相手側の接続端
子との嵌合時における摺接部分にのみ錫よりも硬度が高
い合金層を形成することが可能な嵌合型接続端子の製造
方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、相手側の接続端子との嵌合によ
って電気的接触を得る嵌合型接続端子の製造方法であっ
て、前記接続端子を形成する銅母材の表面に錫めっき層
を形成するめっき工程と、前記錫めっき層が形成された
前記銅母材のうち相手側の接続端子との嵌合時における
摺接部分に、その摺接部分表面から焦点をずらした状態
でレーザ光を照射して、前記摺接部分における前記錫め
っき層のうち前記銅母材との界面近傍に錫よりも硬度が
高い錫銅合金層を形成するレーザ光照射工程とを含んで
いる。

【００１８】なお、この際、請求項２記載のように、レ
ーザ光の焦点を摺接部分表面から上又は下方向に１ｍｍ
〜２ｍｍずらすのがよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００２０】＜Ａ．嵌合型接続端子の形態＞まず、この
発明にかかる製造方法によって製造された嵌合型接続端
子について説明しておく。

【００２１】図１はそれぞれ嵌合型接続端子である雄端
子１０と雌端子２０とを示す側面図であり、これらは互
いに相手側の端子２０又は１０と嵌合し合うことによっ
て電気的接触を得る構成となっている。また、図２はこ
れら雄端子１０及び雌端子２０の接続部分の一部切欠平
面図である。

【００２２】雄端子１０は、電線との圧着を行う圧着部
分であるワイヤバレル１１と、雌端子２０との嵌合部分
であるタブ１２とを備える。タブ１２は平板状に形成さ
れ、その上面および下面はそれぞれ平滑な面に仕上げら
れている。

【００２３】雌端子２０は、電線との圧着を行う圧着部
分であるワイヤバレル２４と、雄端子１０との嵌合部分
である嵌合部２５とを備える。嵌合部２５は、中空の箱
形状であり、舌片２１、エンボス２２およびビード２３
とをその内部に備えている。なお、図２は、嵌合部２５
の内部を示した一部切欠平面図である。

【００２４】エンボス２２は、舌片２１の上部に設けら
れた凸状の部材であり、雄端子１０との嵌合時には、タ
ブ１２の下面と点接触する。舌片２１は、接点圧力即ち
エンボス２２をタブ１２に押付ける圧力を作用させるバ
ネとしての機能を有している。また、ビード２３も凸状
の部材であり、タブ１２の上面と接触し、当該エンボス
２２がタブ１２に及ぼす接点圧力を受ける。

【００２５】雄端子１０を雌端子２０に嵌合させる際に
は、タブ１２をエンボス２２とビード２３との間隙に挿
入する。このとき、ビード２３がタブ１２の上面に摺接
すると共に、エンボス２２がタブ１２の下面に摺接す
る。そして、タブ１２を嵌合部２５内に完全に挿入する
と、ビード２３及びエンボス２２がそれぞれタブ１２に
接触した状態で、タブ１２がそれらの間に圧接保持さ
れ、これにより雄端子１０及び雌端子２０間の電気的接
続がなされる構成となっている。

【００２６】このように嵌合がなされるに際には、雄端
子１０側については、そのタブ１２の上面のうちその幅
方向中央部の長手方向に沿った帯状部分がビード２３と
の摺接部分１２ａ（図２の２点鎖線で囲まれた部分）と
なっており、タブ１２の下面のうちその幅方向中央部の
長手方向に沿った帯状部分がエンボス２２との摺接部分
１２ｂ（図２の点線で囲まれた部分）となっている。一
方、雌端子２０側については、そのエンボス２２の頂部
部分がタブ１２の摺接部分１２ｂとの摺接部分２２ａ
（図２のエンボス２２の２点鎖線で囲まれた部分）とな
っており、また、ビード２３の凸面の長手方向に沿った
帯状部分がタブ１２の摺接部分１２ａとの摺接部分２３
ａ（図２のビード２３の２点鎖線で囲まれた部分）とな
っている。

【００２７】＜Ｂ．嵌合型接続端子の製造方法＞次に、
嵌合型接続端子の製造方法について説明する。この嵌合
型接続端子である雄端子１０又は雌端子２０は、まず板
状の条材に錫めっき処理を行った後、その条材を上記形
態に加工する前又は後にその所定部分にレーザ光の照射
を行うことにより製造される。

【００２８】＜Ｂ−１．錫めっき工程＞本実施形態で
は、嵌合型接続端子の母材として銅または銅合金を使用
する。これは、本発明に係る嵌合型接続端子において
は、銅または銅合金は錫と金属間化合物を形成しやすい
ためである。

【００２９】まず、錫めっき層の密着性を高めるために
銅または銅合金の板状条材表面の線状や酸化皮膜の除去
等の前処理を行う。そして、次に、条材の表面に錫めっ
き処理を施し、錫めっき層を形成する。なお、錫めっき
層は条材の両面の表面全面に形成する。このときの錫め
っき層の厚さは０．５μｍ以上２．０μｍ以下であれば
よく、より好ましくは０．８μｍ以上１．２μｍ以下と
するのが望ましい。

【００３０】錫めっき処理後、雄端子１０については、
条材を加工して図１及び図２に示すような形態に形成し
ておく。

【００３１】一方、雌端子２０については、条材を打抜
いて当該雌端子２０を展開した打抜き型に加工するが、
図１及び図２に示す雌端子２０の形態には組立てないで
おく。これは、雌端子２０を図１及び図２に示す形態に
組立ててしまうとその内部のエンボス２２及びビード２
３に後述するレーザ光の照射を行えないからである。

【００３２】但し、エンボス２２及びビード２３に相当
する部分はプレス加工等により凸状に形成しておく。後
述するようにレーザ光の照射を行った後では、これらの
部分の加工が困難になるからである。

【００３３】＜Ｂ−２．レーザ光照射工程＞次に、上記
雄端子１０及び半加工状態の雌端子２０に対してレーザ
光の照射を行う。

【００３４】図３は、雄端子１０のタブ１２の摺接部分
１２ａにレーザ光を照射している状態を示す図である。
このレーザ光照射工程では、焦点を摺接部分１２ａ表面
からずらした状態でそのレーザ光を照射し、このレーザ
光の照射を帯状の摺接部分１２ａに沿って複数箇所で行
う。レーザ光の焦点をずらすには、図４に示すように、
その焦点を摺接部分１２ａ表面からその表面と直交する
方向に沿って上方へＦ_Lずらしてもよいし（図４の一点
鎖線で示す位置）或いは下方にＦ_Mずらしてもよい（図
４の二点鎖線で示す位置）。

【００３５】この際、レーザ光の出力は、スポットの単
位面積当たりのエネルギとして１９０Ｊ／ｍｍ²以上、
その照射時間は５〜１０ｍｓとし、レーザ光の焦点を摺
接部分１２ａ表面からずらす距離は、銅母材や錫めっき
の厚さ等によって適宜変化させるが、摺接部分１２ａ表
面に対してその表面に直交する方向に沿って上又は下方
向に１ｍｍ〜２ｍｍ程度ずらすのが好ましい。

【００３６】錫めっきを施した銅母材に１５０〜１６０
℃の温度条件下で１〜３時間加熱処理を行えば、その錫
めっき層のうち銅母材との界面近傍が金属間化合物Ｃｕ
₆Ｓｎ₅層に合金化されることは既述の通りである。とこ
ろが、本願発明者等は、錫めっきを施した銅母材に一定
出力以上のレーザ光を照射することによっても、図５に
示すように、錫めっき層２が銅母材１との界面近傍で銅
と合金化し、そこに錫よりも硬度が高い錫銅合金層２ａ
を形成可能なことを確認した。なお、この錫銅合金層２
ａは、Ｃｕ₆Ｓｎ₅金属間化合物であろうことが確認され
ている。そこで、この雄端子１０の摺接部分１２ａにも
レーザ光を照射することにより、それら摺接部分１２ａ
において錫めっき層２を銅母材１との界面近傍で合金化
させるようにしたのである。

【００３７】ところで、上述のようにレーザ光を照射す
る際、そのレーザ光の焦点を摺接部分１２ａ表面からず
らす理由は、以下の通りである。

【００３８】即ち、図４の実線位置に示すように、レー
ザ光の焦点を摺接部分１２ａの表面に一致させた状態
（Ｆ_L＝Ｆ_M）で当該レーザ光を照射した場合、レーザ光
のエネルギー分布が光の特性上、中央部で高くなること
から、そのレーザ光を照射した部分の中心部が高温とな
りすぎて、図６に示すように、そのレーザ光による変質
部分Ｃ（図６の斜線部分）が錫めっき層２から銅母材１
の内部深くにまで及ぶことになる。この場合、銅母材１
のバネ性等に悪影響を及ぼすことになる。

【００３９】ここで、前記変質部分Ｃが銅母材１の内部
奥深くにまで及ぶのを防止するためにレーザ光の出力を
小さくすることも考えられるが、レーザ光の出力を小さ
くすれば錫銅合金層２ａを形成できなくなる。

【００４０】そこで、図４の一点鎖線位置又は二点鎖線
位置に示すように、レーザ光の出力を錫銅合金層２ａの
形成に必要な一定出力以上に保ちながら、そのレーザ光
の焦点を摺接部分１２の表面から上方へ又は下方へずら
して照射するようにしているのである。これにより、図
７に示すように、錫めっき層２からその錫めっき層２と
銅母材１との界面近傍部分にかけて浅くかつ広い部分に
亘って変質部分Ｃ（図７の斜線部分）が生じることにな
る。そして、この変質部分Ｃにおいて錫めっき層２が銅
母材１との境界近傍で錫銅合金層２ａに合金化される。
従って、銅母材１への悪影響を防止しつつ錫銅合金層２
ａを形成することが可能となる。

【００４１】なお、実際に、銅合金の表面に錫めっき処
理を施した被照射体に焦点をずらしてレーザ光を照射し
たところ、図８に示すような結果が得られた。なお、図
８の横軸は、被照射体の表面を基準（Ｆ₀＝０）とする
焦点の上下位置を示しており、縦軸は、レーザ光の焦点
を被照射体の表面に一致させた場合の変質部分Ｃの深さ
ｄ₀（図６参照）に対する変質部分Ｃの深さｄ_x（図７参
照）の比率（％）を示している。

【００４２】同図に示すように、例えば、焦点を被照射
体表面から上方又は下方へ３ｍｍずらした場合の変質部
分Ｃの深さｄ_xは、焦点を被照射体表面に一致させた場
合の深さｄ₀と比較して、およそ２０％となっており、
当該変質部分Ｃが浅くなることがわかる。

【００４３】このようなレーザ光の照射を、雄端子１０
のタブ１２の摺接部分１２ａ，１２ｂ及び雌端子２０の
摺接部分２２ａ，２３ａについて同様に行い、それぞれ
の摺接部分１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２３ａにおいて錫
めっき層２のうち銅母材との界面近傍に錫よりも硬度が
高い錫銅合金層２ａを形成する。そして、雌端子２０に
ついては図１及び図２に示す形態に屈曲加工する。

【００４４】このようにして雄端子１０及び雌端子２０
が製造される。

【００４５】このように各摺接部分１２ａ，１２ｂ，２
２ａ，２３ａにおいて錫めっき層２のうち銅母材１との
界面近傍に錫よりも硬度が高い錫銅合金層２ａが形成さ
れた場合、それらの摺接部分１２ａ，１２ｂ，２２ａ，
２３ａではみかけの硬度が高くなるため、雄端子１０及
び雌端子２０を互いに嵌合させる際の挿入力の低減を図
ることができる。また、それらの摺接部分１２ａ，１２
ｂ，２２ａ，２３ａにおいて形成された錫銅合金層２ａ
上には錫めっき層２が残留しているため、雄端子１０及
び雌端子２０間の接触抵抗としては小さくかつ安定した
値を得ることができる。

【００４６】以上のようにこの発明にかかる接続端子１
０，２０の製造方法によると、錫めっき層２が形成され
た銅母材１のうち互いに相手側の端子１０，２０との嵌
合時における摺接部分１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２３ａ
に、その摺接部分１２ａ表面から焦点をずらした状態で
レーザ光を照射しているため、電線との圧着部分である
ワイヤバレル１１，２４を除いて摺接部分１２ａ，１２
ｂ，２２ａ，２３ａのみにおいて錫めっき層２を銅母材
１との境界近傍部分で錫よりも硬度が高い錫銅合金層２
ａに合金化することが可能となる。

【００４７】従って、接続端子１０，２０を嵌合する際
の挿入力の低減を図りつつそれらの間の接触抵抗を安定
して小さくすることができるのと同時に、接続端子１
０，２０の圧着部分であるワイヤバレル１１，２４に電
線を圧着してもそれらの電線との接触抵抗が不必要に大
きくなったり、また、それらワイヤバレル１１，２４部
分にひび割れが生じたりするようなことはない。

【００４８】また、摺接部分１２ａ，１２ｂ，２２ａ，
２３ａに、それらの表面から焦点をずらした状態でレー
ザ光を照射しているため、そのレーザ光による熱的影響
等が銅母材に及ぶのを防止しつつ、上記加工を施すこと
ができる。

【００４９】なお、銅母材として、亜鉛等を含有した銅
合金の上に銅めっき層を形成したもの等を用いてもよ
い。この場合には、レーザ光による変質部分が内部の銅
合金にまで及ぶとその銅合金の亜鉛等が錫銅合金に混じ
ってしまうことになる。しかし、上述のように、焦点を
摺接部分１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２３ａ表面からずら
した状態でレーザ光を照射することによって、銅めっき
層とその上の錫めっき層のみを合金化させることが可能
となり、亜鉛等が混じらない良質な錫銅合金層を形成す
ることが可能となるという利点がある。

【００５０】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１及び２
記載の嵌合型接続端子の製造方法によると、錫めっき層
が形成された銅母材のうち相手側の接続端子との嵌合時
における摺接部分に、その摺接部分表面から焦点をずら
した状態でレーザ光を照射しているため、その摺接部分
において錫めっき層のうち銅母材との近傍部分に錫より
も硬度が高い合金層を形成することが可能となる。

【００５１】特に、摺接部分表面から焦点をずらした状
態でレーザ光を照射しているため、そのレーザ光による
熱的影響等が銅母材に及ぶのを防止しつつ、上記加工を
施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法によって製造された嵌合
型接続端子の側面図である。

【図２】図１の嵌合型接続端子の接続部分の一部切欠平
面図である。

【図３】図１の嵌合型接続端子にレーザ光を照射する工
程を示す斜視図である。

【図４】レーザ光を照射する工程を示す要部拡大図であ
る。

【図５】レーザ光照射によって形成された錫銅合金層を
説明するための図である。

【図６】焦点を摺接部分表面に一致させた状態でレーザ
光を照射した場合の変質部分を示す図である。

【図７】焦点を摺接部分表面からずらした状態でレーザ
光を照射した場合の変質部分を示す図である。

【図８】焦点位置と変質部分の深さとの相関関係を示す
図である。

【符号の説明】

１０雄端子１２タブ１２ａ，１２ｂ摺接部分２０雌端子２５嵌合部２２ａ，２３ａ摺接部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂喜文愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号株式会社ハーネス総合技術研究所内 (72)発明者塩谷準愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号株式会社ハーネス総合技術研究所内 (72)発明者藤井淳彦愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号株式会社ハーネス総合技術研究所内 (72)発明者中村篤三重県四日市市西末広町１番14号住友電装株式会社内Ｆターム(参考） 5E063 GA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相手側の接続端子との嵌合によって電気
的接触を得る嵌合型接続端子の製造方法であって、前記接続端子を形成する銅母材の表面に錫めっき層を形
成するめっき工程と、前記錫めっき層が形成された前記銅母材のうち相手側の
接続端子との嵌合時における摺接部分に、その摺接部分
表面から焦点をずらした状態でレーザ光を照射して、前
記摺接部分における前記錫めっき層のうち前記銅母材と
の界面近傍に錫よりも硬度が高い錫銅合金層を形成する
レーザ光照射工程とを含む嵌合型接続端子の製造方法。
【請求項２】前記レーザ光の焦点を前記摺接部分表面
から上又は下方向に１ｍｍ〜２ｍｍずらす請求項１記載
の嵌合型接続端子の製造方法。