JP2009187683A - アルミニウム製コネクタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタにおいて軽量化を図るとともに、接続強度及び通電性能をも十分に向上させる。
【解決手段】脚部５を折曲しカシメることで、その側端面５ａを突き合わせる突き合わせ継手部９を有し、その内部にアルミニウム製のワイヤ８を挟持、固定するように形成されるコネクタ本体２のカシメ部６において、該カシメ部６の継手部９に沿ってカシメ部６とワイヤ８とを摩擦撹拌線接合により一体に固相接合して接合部７を形成するので、通電により発熱してもコネクタ本体とワイヤとは抜出することがない上に、コネクタ本体とワイヤとの通電面積が拡大して通電性能が向上するものとなる。
【選択図】図３

Description

本願発明は、アルミニウム製コネクタ本体と、該コネクタ本体と一体に接続してなるアルミニウム製ワイヤとからなるアルミニウム製コネクタの製造方法に関する。

例えば電源である車両のバッテリーの電極に対して接続されるコネクタは、ニッケルメッキを施した銅製のコネクタ本体と該コネクタ本体に一体に接続される銅製のワイヤとから構成される。そして、該コネクタにおいてコネクタ本体とワイヤとは、コネクタ本体の脚部をワイヤとともに折曲してカシメることによってカシメ部を形成し、その内部に該ワイヤを挟持、固定して一体に接続してなるものである。

ところで、近年環境対策の一環として車両に対する軽量化が要請され、更にコネクタの原材料である銅材の高騰に対するコストの削減が要請されている。そのため、コネクタを構成するコネクタ本体及びワイヤの原材料を銅材からアルミニウム材へ代替することが検討されている。

特開２００４−１９９９３４

しかしながら、上記アルミニウム材によるコネクタでは、通電によって熱が発生すると（約２００℃弱）、該カシメ部は軟化し変形し易くなる。従って、このように軟化し変形し易くなっているカシメ部では、該カシメ部において一体に接続するワイヤに対して僅かな引張力が加わっただけで、ワイヤはカシメ部より容易に抜出してしまうおそれがある。

さらにカシメ部で挟持、固定されるワイヤの内部には多くの空間が形成されている。そのため、カシメ部を形成するために脚部をワイヤとともに折曲してカシメても該カシメ部とワイヤとは十分に密着せず、カシメ部におけるコネクタ本体の脚部とワイヤとの間の通電面積を十分に得ることができない。

その上、カシメ部ではワイヤとの間に形成される多くの空間内には空気が流通しているので、通電による発熱によって脚部及びワイヤの表面が酸化され、通電が妨げられることがある。

そこで、本願発明は、車両の軽量化の要請及び銅材の高騰によるコネクタへのアルミニウム材の導入に当たり、簡易且つ確実にコネクタのカシメ部における接続強度及び通電性能を向上させるものである。

上記課題を解決するため、第１の特徴として、電源に接続する端子部と、単数又は複数の折曲自在となる脚部とから形成されるアルミニウム製のコネクタ本体と該コネクタ本体に接続されるアルミニウム製のワイヤとから構成されるものであって、
前記コネクタ本体の脚部を折曲してカシメることにより、脚部と端子部又は脚部同士で継手部を形成するとともに、その内部にワイヤの端部を挟持、固定してなるカシメ部を形成し、
該カシメ部において、継手部に沿って摩擦撹拌線接合を行うことでその内部に挟持、固定するワイヤとともに接合部を形成し、
上記コネクタ本体とワイヤとを一体に接続してなるものである。

そのため、コネクタ本体のカシメ部の継手部は、カシメ部の内部に挟持、固定するワイヤとともに摩擦撹拌線接合により一体に固相接合されて接合部を形成するので、コネクタ本体のカシメ部が通電によって発熱し変形し易くなっても、該カシメ部に挟持、固定されるワイヤがコネクタ本体のカシメ部から抜出してしまうことが防止できる。

更に、上記カシメ部の継手部ではワイヤとともに一体に固相接合されて接合部を形成するとともに、コネクタ本体の継手部とワイヤとの摩擦撹拌接合がアルミニウム材の軟化温度域で行われるので通電による酸化は防止されるとともに、さらにコネクタ本体とワイヤとの間で形成される接合部によって通電面積は十分に確保できるので、コネクタの通電性能を向上させることができる。

また、第２の特徴として、第１の特徴を踏まえて、上記継手部を脚部の側端面同士を突き合わせる突き合わせ継手部、脚部と端子部或いは脚部の端部同士を重ね合わせて、又は一方の脚部の端部を他方の脚部の端部内に折り込むヘム加工をしてなる重ね継手部、又は脚部の側端面を面一となるように重ね合わせるとともに、該端部を継手部の表面より突出してなる突条縁を形成する突条縁継手部としてなる。

そのため、コネクタの製造において、その形状や大小に合わせて様々な形状の継手部を形成できるので、摩擦撹拌接合によりカシメ部の継手部とワイヤとを確実に固相接合して接合部を形成することができるものとなる。

そして、第３の特徴として、第１及び第２の特徴を踏まえて、上記カシメ部において、継手部に沿って単数又は複数箇所に摩擦撹拌点接合を行うものである。

そのため、カシメ部の継手部が複雑な場所に位置したり、きわめて小さくてもカシメ部の継手部をワイヤとともに簡易且つ確実に摩擦撹拌接合することができるとともに、摩擦撹拌接合により形成する接合部の面積を小さくできるので、製造コストを削減することができる。

さらに、第４の特徴として、第１乃至第３の特徴を踏まえて、上記カシメ部において、継手部に沿って行う摩擦撹拌線接合又は摩擦撹拌点接合に際して、該カシメ部の外周をクランプにより保持してなるものである。

そのため、カシメ部における継手部に対して摩擦撹拌接合を行うツールを差し込んでも該継手部は確実に固定されているので一切コネクタの移動や継手部の変形がなく、バリの発生を防止しつつ接合部を形成することができる。

本願発明は、コネクタをアルミニウム材から構成することができるので銅材に比べてコネクタの軽量化を図ることができるとともに、コネクタ本体の継手部とワイヤとを摩擦撹拌接合することで一体に固相接合による接合部を形成するので接続強度が向上し、しかも通電面積が確実に確保されるので通電性能を十分に向上させることができる優れた効果を有するものである。

以下において、本願発明の実施例について説明する。
なお、この実施例は、本願発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本願発明が制限されるものでない。

図１において示す１は、本願発明であるアルミニウム製コネクタの製造方法により製造されるアルミニウム製コネクタ（以下、「コネクタ」とする。）である。このコネクタ１は、一端に電源（例えばバッテリー等）の電極に挿嵌する取付孔４を有する端子部３と、他端には互いに対向する方向に折曲してカシメ部６を形成する二つの脚部５とからなるコネクタ本体２、および該コネクタ本体２のカシメ部６内部において挟持、固定されるとともに、カシメ部６内部において形成される接合部７によって一体に接続されるアルミニウム製ワイヤ（以下、「ワイヤ」とする。）８とから構成される。なお、コネクタ本体２において一体に形成される脚部５は折曲しカシメることによってカシメ部６を形成してワイヤ８を確実に挟持、固定するので、単独の脚部５とするものであってもよい（図６参照）。

そして、上記コネクタ１は、本願発明の製造方法により次のようにして製造されるものである。
ここで、コネクタ本体２は、当初板状であって一端に電源と接続するための取付孔４を穿設してなる端子部３と、他端に互いに対向する方向に折曲自在となる二つの脚部５とを一体に形成してなるものである。
そしてワイヤ８は、線条であって、複数のアルミニウム製の細線を寄り合わせてなるものである。

そこで、まず上記コネクタ本体２の二つの脚部５間の中央にワイヤ８の端部８ａを載置した上で、コネクタ本体２の脚部５を互いに対向する方向に折曲してカシメることでカシメ部を形成してその、内部にワイヤ８の端部８ａを挟持、固定する。
このときコネクタ本体２のカシメ部６を形成するために互いに対向する方向に折曲する脚部５は、その側端面５ａを突き合わせるように折曲して突き合わせ継手部９を形成する。
なお脚部５により形成されるカシメ部６の継手部９には、その脚部５を折曲した際に、該脚部５の端部５ｂを互い違いに重ね合わせる重ね継手部９ａ〔図４（イ）〕、一方の脚部の端部を他方の脚部の端部内に折り込むヘム加工してなる重ね継手部９ｂ〔図４（ロ）〕、又は該脚部５の端部５ｂをその側端面５ａを面一にするように重ね合わせるとともにカシメ部６よりも突出する突条縁５ｃとしてなる突条縁継手部９ｃ〔図４（ハ）〕としてもよいものである。

その上で、前記カシメ部６に対してその外周面をクランプ１０によって継手部９がずれないように拘束した上で、該継手部９にツール１１のショルダー部１１ａと共にピン１１ｂを差し込むとともに、該継手部９に沿って摩擦撹拌線接合を行うものである。
その結果、カシメ部６において、継手部９に沿って該カシメ部６を形成する脚部５と該カシメ部６内に挟持、固定されるワイヤ８とが摩擦撹拌線接合により一体に固相接合された接合部７が形成され、コネクタ本体２とワイヤ８とは一体に接続されるものとなる。
また、上記継手部９では摩擦撹拌線接合により継手部９全体に沿って接合部７が形成されるが、製造作業の効率化や製造コストの削減のため継手部９に沿って単数又は複数箇所を摩擦撹拌点接合してもよいものである。

なお、カシメ部６の継手部９に対しての摩擦撹拌線接合で使用するツール１１としては、上記突き合わせ継手部９や重ね継手部９ａ、９ｂでは、先端が球面状となるツール１１’によるものでもよい。その結果、カシメ部６において形成される接合部７の表面は平滑に成形される。
また突条縁継手部９ｃであれば、進行方向に回転するホイール１１”ａの円周上に径方向に凹陥してなる接合溝１１”ｂを周設してなるツール１１”が適当である。その結果、ツール１１”の接合溝１１”ｂを突条継手部９ｂに押し当てて摩擦撹拌接合することで接合部７の表面が該接合溝１１”ｂに合わせて成形される。

以上のように、本願発明の製造方法により製造されたアルミニウム製コネクター１は、コネクタ本体２の脚部を互いに対向する方向に折曲することで形成されるカシメ部６内部においてワイヤ８を挟持、固定するとともに、該カシメ部６にカシメ部６とワイヤ８とを摩擦撹拌線接合により一体に固相接合してなる接合部７が形成されているので、コネクタ本体２とワイヤ８との接続強度は向上する。その上、コネクタ本体２に対するワイヤ８の通電面積が拡大するのでコネクタ１の通電性能は向上する。

そこで、本願発明の実施例であるアルミニウム製コネクタの製造方法により製造したアルミニウム製コネクタ１についてその効果を確認した。
即ち、本願発明のアルミニウム製コネクタ１の製造に当たり、コネクタ本体２は厚さ（ｔ）０．５ｍｍの１０５０アルミニウム合金製の板状のプレス打ち抜き品とした。即ち、該コネクタ本体２においては一端をバッテリーの電極等に挿嵌する取付孔４を有する端子部３とし、他端を互いに対向するように折曲してカシメ部６を形成する脚部５をプレス打ち抜きにより一体に形成した。一方該コネクタ本体２に一体に接続するワイヤ８は、φ０．３ｍｍの１０５０アルミニウム合金製細線を８本寄り合わせてなるものとした。
そして、前記コネクタ本体２の脚部５において、ワイヤ８の端部８ａを載置した上で、該脚部５を互いに対向する方向に折曲するとともにカシメることによって、その側端面５ａを突き合わせる突き合わせ継手部９を有するカシメ部６を形成した。
更に、該カシメ部６ををクランプ１０によって継手部９が移動したり変形したりしないように拘束した上で、該カシメ部６に形成される突き合わせ継手部９に対して、先端のピン１１ｂの直径が５ｍｍ、ショルダー部１１ａの半径が１０ｍｍであるツール１１により突き合わせ継手部９に沿って摩擦撹拌線接合を行った。このとき、前記継手部９に対してツール１１は０．５ｋＮの荷重で１秒間差し込むことで摩擦撹拌線接合を行った。その結果、コネクタ本体２のカシメ部６表面は４００℃程度まで上昇してカシメ部６の突き合わせ継手部９とワイヤ８との間で塑性流動が発生し、両者は一体に固相接合してバリや変形のない接合部７が形成された。

そこで、このように製造されたコネクタ１に対して２００℃で１０００時間のクリープ試験を行ったところ、カシメ部６においては過大なひずみは認められず、十分な圧縮応力を有することが判明し、コネクタ本体２のカシメ部６とワイヤ８との接続強度が十分に確保されていることが確認された。

本願発明は、軽量化とともに接続強度を十分に確保することが必要となるアルミニウム製部品等の製造において広く適用することができる。

本願発明の実施例であるアルミニウム製コネクタの斜視図である。 図１におけるアルミニウム製コネクタのＡ−Ａ拡大断面図である。 本願発明の実施例であるアルミニウム製コネクタの製造工程を示す模式図である。 カシメ部における継手部の正面図と拡大断面図であり、（イ）重ね継手部の正面図とＢ−Ｂ断面図であり、（ロ）はヘム加工を施した重ね継手部の正面図とそのＣ−Ｃ断面図、及び（ハ）は突条縁継手部の正面図とそのＤ−Ｄ断面図である。 カシメ部の継手部における各ツールによる接合部の製造を示した模式断面図である。 コネクタ本体において単独の脚部によるカシメ部の断面図である。

符号の説明

１ アルミニウム製コネクタ
２ コネクタ本体
３ 端子部
４ 取付孔
５ 脚部
５ａ 側端面
５ｂ 端部
５ｃ 突条縁
６ カシメ部
７ 接合部
８ ワイヤ
８ａ 端部
９ 突き合わせ継手部
９ａ 重ね継手部
９ｂ 突条縁継手部
１０ クランプ
１１、１１’、１１” ツール
１１ａ ショルダー部
１１ｂ ピン
１１”ａ ホイール
１１”ｂ 接合溝

Claims (4)

1. 電源に接続する端子部と、単数又は複数の折曲自在となる脚部とから形成されるアルミニウム製のコネクタ本体と該コネクタ本体に接続されるアルミニウム製のワイヤとから構成されるものであって、
   前記コネクタ本体の脚部を折曲してカシメることにより、脚部と端子部又は脚部同士で継手部を形成するとともに、その内部にワイヤの端部を挟持、固定してなるカシメ部を形成し、
   該カシメ部において、継手部に沿って摩擦撹拌線接合を行うことでその内部に挟持、固定するワイヤとともに接合部を形成し、
   上記コネクタ本体とワイヤとを一体に接続してなるアルミニウム製コネクタの製造方法。
2. 上記継手部を脚部の側端面同士を突き合わせる突き合わせ継手部、脚部と端子部或いは脚部の端部同士を重ね合わせて、又は一方の脚部の端部を他方の脚部の端部内に折り込むヘム加工をしてなる重ね継手部、又は脚部の側端面を面一となるように重ね合わせるとともに、該端部を継手部の表面より突出してなる突条縁を形成する突条縁継手部としてなる請求項１記載のアルミニウム製コネクタの製造方法。
3. 上記カシメ部において、継手部に沿って単数又は複数箇所に摩擦撹拌点接合を行う請求項１又は２記載のアルミニウム製コネクタの製造方法。
4. 上記カシメ部において、継手部に沿って行う摩擦撹拌線接合又は摩擦撹拌点接合に際して、該カシメ部の外周をクランプにより保持してなる請求項１乃至３記載のアルミニウム製コネクタの製造方法。

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