JP2012221774A

JP2012221774A - メス接子およびメス接子の製造方法

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Publication number: JP2012221774A
Application number: JP2011086980A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Koike; 良之小池
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Electric Industrial Cable Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Electric Industrial Cable Co Ltd
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】オス接子を傷つけることなく、接触による通電性能も容易に確保できるメス接子およびメス接子の製造方法を提供する。
【解決手段】メス接子１の一方の端部は、オス接子挿入孔３を有する筒部２となっている。筒部２では、すり割り部４により外周部が分割されて複数の接子片５が形成される。接子片５のオス接子挿入孔３側の角部６は面取りされ、曲面状となっている。各接子片５は、先端部をオス接子挿入孔３の内側に向けて傾斜し、これによりオス接子挿入孔３の径は奥部（Ｒ１）から先端部（Ｒ２）に向かうにつれ小さくなる。メス接子１は、導電材料２０として、析出硬化型銅合金を時効硬化処理したものを用いて形成され、角部６は、ポンチ３０を用いた冷間鍛造の後方押出し加工により成形される。
【選択図】図１

Description

本発明は、メス接子およびメス接子の製造方法に関し、特に、電気自動車の充電ケーブル用接子などに使用される細径のメス接子として好適に用いられるメス接子、およびメス接子の製造方法に関する。

電気自動車の充電ケーブルなど、電力ケーブルを着脱容易に接続する接続用電気部品などに使われる導電部品として、円柱形棒状の凸型成型品（オス接子）と中空円筒状の凹型成型品（メス接子）の嵌合組合せによるものが知られている。

メス接子の一つにチューリップコンタクト方式と呼ばれるものがある。図７はチューリップコンタクト方式のメス接子２００の側面を示す図である。図７に示すメス接子２００は、導電材料の一方の端部を、奥部から先端部まで同じ径のオス接子挿入孔１１０を有する筒状に成形し、その外周部をすり割り部（スリット）１４０で複数の接子片１５０に分割したものである。このようなメス接子２００では、必要に応じて、オス接子挿入孔１１０に挿入されるオス接子への接触圧力を確保するため、接子片１５０の外周部に図示しないコイルスプリングやロールスプリングが装着される。このようなメス接子の例が、特許文献１に記載されている。

特開２０００−０８３３１７号公報

図８は、メス接子２００の正面を示す図である。正面はオス接子が挿入される面を指すものとする。
メス接子２００において、オス接子挿入孔１１０およびすり割り部１４０は切削加工により成形される。これにより、接子片１５０の角部は鋭く成形され、またかえり（バリ）１５１が生じる。オス接子挿入孔１１０側のかえり１５１は、挿入されたオス接子を傷つける要因となる。また細径のメス接子の場合、かえり１５１がオス接子への接触圧力を弱め均一な接触圧力発生の支障となり、通電性能の観点から問題となる。加えて、特に細径のメス接子の場合には、オス接子挿入孔１１０側に生じたかえり１５１の除去は機械化できず手加工によるしかなく難しい。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、オス接子を傷つけることなく、接触による通電性能も容易に確保できるメス接子およびメス接子の製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための第１の発明は、オス接子の挿入孔を有する筒部の外周部がすり割り部により複数の接子片に分割されたメス接子であって、前記挿入孔に面する前記接子片の角部が面取りされた形状となっていることを特徴とするメス接子である。

かかる構成により、メス接子の接子片の、オス接子挿入孔側の角部が面取りされた形状なので、角部のかえり（バリ）により、挿入孔に挿入されたオス接子が傷ついたり、接子片による接触応力が弱まり均一な接触応力発生が妨げられることを防ぐことができる。

前記挿入孔の径は、奥部から先端部に向かうにつれ小さくなることが望ましい。また、前記接子片は、先端部を前記挿入孔の内側に向けて傾斜することが望ましい。

かかる構成により、接子片のばね性が向上するのでオス接子への接触圧力が高まる。

前述した目的を達成するための第２の発明は、オス接子の挿入孔を有する筒部の外周部がすり割り部により複数の接子片に分割されたメス接子の製造方法であって、前記オス接子の挿入孔、および、前記すり割り部の少なくとも内側の一部に対応する断面形状を有する成形工具を用いて、冷間鍛造により導電材料を加工することにより、前記オス接子の挿入孔、および、前記すり割り部の少なくとも内側の一部が形成された鍛造品を得る工程を有することを特徴とするメス接子の製造方法である。

かかる構成により、接子片のオス接子挿入孔側の角部が、成形工具を用いてこれに対応する形状に成形されるので、面取りされた形状の角部が容易に成形でき、かえり（バリ）が発生することもなく、かえりを除去する工程を省略できる。また、すり割り部を形成して個々の接子片に分離した際に、冷間鍛造による導電材料の加工時の成形歪が解放されて接子片が内側へ傾斜することも期待できる。これによりこのような接子片が内側に傾けば、接子片のばね性によるオス接子への接触圧力を高めることができ、コイルスプリングやロールスプリングの装着も省略することが可能になる。これらは、メス接子の製造工程全体の省力化に寄与し、量産性の点でも優れたものとなる。

さらに、第２の発明のメス接子の製造方法は、前記鍛造品の外周部を除去して前記接子片を成形する工程を更に有することが望ましい。

かかる構成により、すり割り部で分割された接子片を容易に形成することができる。外周部の除去時にはかえり等が発生するが、外周部であるため容易に除去できる。

また、前記導電材料は、前記成形工具を用いた後方押出し法により加工されることが望ましい。

かかる製造方法によれば、接子片をすり割り部で分割した際に、接子片が内側へ傾斜するので、他の方法に比較して、オス接子への接触圧力が高いメス接子を製造しやすい利点がある。

また、前記導電材料としては、析出硬化型銅合金を時効硬化処理したものを用いることが望ましい。

かかる構成により、高い導電率とばね性を有するメス接子を得ることが可能になる。また、時効硬化処理により硬くした銅合金を用いるので、細径のメス接子を製造する場合であっても、接子片が千切れたりすることがなく容易に成形できる。

また、前記鍛造品の外周部を除去する際は、前記鍛造品に形成されたオス接子の挿入孔に、前記挿入孔と同等の径を有する心材を挿入しておくことが望ましい。

かかる構成により、外周部を除去する際に、接子片の内側への傾斜を一時防止することができ、外周部の除去作業を容易に行うことができる。

本発明によれば、オス接子を傷つけることなく、接触による通電性能も容易に確保できるメス接子およびメス接子の製造方法を提供できる。

メス接子１について示す図接子片５のオス接子挿入孔３側の角部６を拡大して示す図メス接子１の製造方法について示す図導電材料２０の後方押出し加工について示す図メス接子１の製造方法について示す図導電材料５０の後方押出し加工について示す図メス接子２００について示す図メス接子２００の正面について示す図

［第１の実施形態］
まず、図１から図４を参照して、本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。

まず、本実施形態のメス接子１について、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）はメス接子１の側面を示す図、図１（ｂ）はメス接子１の正面を示す図である。本実施形態のメス接子１は、電気自動車の充電ケーブル用接子などに用いることができる細径の接子である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、メス接子１の一方の端部は、図示しないオス接子を挿入するオス接子挿入孔３を有する筒部２となっている。筒部２では、すり割り部４（スリット）により外周部が分割されて複数の接子片５が形成される。なお、図示したものは、電気自動車の充電コネクタに用いるメス接子であり、オス接子挿入孔３の径はφ９ｍｍ程度で、接子片５が８本設けられている。通常、オス接子挿入孔３がφ３．０〜４．０ｍｍの場合は接子片を６本、オス接子挿入孔３がφ１．５０ｍｍの場合は接子片を４本設ける。

各接子片５は先端部をオス接子挿入孔３の内側に向けて傾斜し、オス接子挿入孔３の径は奥部（Ｒ１）から先端部（Ｒ２）に向かうにつれ小さくなる。

また、接子片５のオス接子挿入孔３側の角部６は面取りされた形状となっている。図２は接子片５のオス接子挿入孔３側の角部６を拡大して示す図である。面取りされた角部６は曲面となっている。この曲面は、好ましくは、０．１〜５．０ｍｍの曲率半径を有する。

なお、メス接子１の他方の端部には、電気ケーブルの導体を挿入し接続する導体挿入孔７が形成される。オス接子挿入孔３と導体挿入孔７は、隔壁９により隔てられる。

メス接子１とオス接子を接続する際には、オス接子挿入孔３の先端部の内径Ｒ２よりやや大きい径を有するオス接子を、接子片５を押し広げるようにオス接子挿入孔３に挿入する。押し広げられた接子片５はばね性により内側へ戻ろうとするので、メス接子１とオス接子との接触圧力を確保し確実に通電させることができる。

メス接子１の材料としては、導電率の観点からはタフピッチ銅、りん脱酸銅、無酸素銅などのいわゆる純銅が選択されるが、バネ性の観点からはバネ用りん青銅、バネ用洋白などの固溶合金が選択される。しかし、この実施形態では、析出硬化型銅合金であるクローム銅を用いた。析出硬化型銅合金は、一旦、銅へ一様に固溶させた添加物を時効硬化により析出させて、銅金属の純度を上げて導電率を上昇させるとともに、その析出物が塑性変形を阻害する効果を利用して材料強度を得る銅合金である。時効硬化処理を施すことにより高い導電率と強度・ばね性、応力緩和特性を得ることができる。
通常、析出硬化型銅合金は時効硬化処理前に機械加工を行うが、本実施形態では、あえて時効硬化処理を行った後に後述する冷間鍛造を行う。
なお、析出硬化型銅合金としては、ベリリウム銅、クローム銅、ジルコニウム銅、コルソン銅などがある。中でも銅にクロームを１％程度添加したクローム銅は導電性もよく、時効硬化処理後に後述する冷間鍛造による成形が可能である。その上、冷間鍛造後の加工硬化により強度も上昇し高いばね性を有するようになるので、本実施形態のメス接子１の導電材料として好適に用いられる。

次に、メス接子１の製造方法について、図３等を用いて説明する。図３は、メス接子１の製造方法について示す図である。図３（ａ）〜（ｅ）は、各加工段階の導電材料２０を示す図であり、左図は側面を、右図は正面を示す。

メス接子１を製造するには、まず、図３（ａ）に示すように、円柱状の導電材料２０を所定の長さに切断する。すなわち、ヘッダ加工工程の初期段階でコイル状の導電材料を所定の長さに切断し、導電材料２０を得る。ここで、２０ａは、完成品であるメス接子１の筒部２の最大外径である。図３（ａ）に示すように、導電材料２０の径はこの最大外径２０ａより大きい。

次に、ヘッダ加工内の次工程に自動的に導電材料２０を供給して冷間鍛造の後方押出し加工により成形する。
図４はこの後方押出し加工について説明する図である。図４（ａ）〜（ｄ）において、３０は加工に用いる成形工具であるポンチであり、４０は導電材料２０を収容する金型である。

図４（ａ）はポンチ３０を導電材料２０に押し込む前の状態であり、図４（ｂ）はポンチ３０を導電材料２０に押し込んだ状態である。図４（ｃ）は図４（ａ）の線Ａ−Ａに沿ったポンチ３０の断面図である。また、図４（ｄ）は図４（ｂ）の線Ｂ−Ｂに沿ったポンチ３０および導電材料２０の断面図である。なお、図４（ｄ）で金型４０の図示は省略している。

図４（ａ）に示すように、金型４０内に導電材料２０を収容し、ポンチ３０を導電材料２０に押し込む。図４（ｂ）に示すように、導電材料２０は、ポンチ３０が押し込まれることにより、ポンチ３０と金型４０の間の間隙をポンチ３０の押し込み方向と逆方向に押し出される。

図４（ｃ）に示すように、ポンチ３０としては、円柱状の本体３１の外周面に突出部３３を設けたものを用いる。突出部３３の突出長さは、突出部３３の先端部が、導電材料２０の外周より内側かつメス接子１の筒部２の最大外径２０ａより外側に位置するように定める。また、本体３１と突出部３３のなす角部３５は、前記したメス接子１の接子片５の角部６の形状に対応する曲面になっている。
ポンチ３０により押し出された導電材料２０の内周部の形状は、図４（ｄ）に示すように、ポンチ３０の断面形状に対応するものとなる。

このようにして成形された導電材料２０を、図３（ｂ）に示す。導電材料２０には、ポンチ３０で成形されることにより、ポンチ３０の本体３１の形状に対応するオス接子挿入孔３、および、ポンチ３０の突出部３３の形状に対応するすり割り部４が成形される。また、角部３５に対応する、曲面状に面取りされた角部６も成形される。なお、導電材料２０には導体挿入孔７も成形しておく。

次に、この導電材料２０を旋盤にチャックし、導電材料２０の外周部を、メス接子１の筒部２の最大外径２０ａまで切削加工して、図３（ｃ）の斜線部で示す切削代２１を除去する。すなわち、ポンチ３０の突出部３３で成形された溝（すり割り部４となる箇所）に達する位置まで、図３（ｃ）の形状に加工された導電材料２０の外周部を切削除去する。
これにより、図３（ｄ）で示すように、すり割り部４で分割された接子片５がオス接子挿入孔３を囲むように成形される。

前記のように、導電材料２０の外周部の切削代２１を除去すると、図３（ｅ）に示すように、各接子片５は、オス接子挿入孔３の内側へ向かって大きく傾斜する。以上のように導電材料２０が加工されて、図１等を用いて説明したメス接子１が成形される。
なお、各接子片５が内側へ向かって傾く現象を、本発明者は、次のように考察している。すなわち、図４に示すように塑性加工する際にポンチ３０や金型４０に接している導電材料２０の内周部と外周部は金属組織の伸びが比較的小さく、これら内外周部の間の中心部は金属組織の伸びが比較的大きい。成形した状態では、内外周部と中心部の残留応力がバランスしているため、傾斜が抑えられているが、導電材料２０の外周部（切削代２１）を切削除去すると、このバランスが崩れ、外周部による拘束力で圧縮されていた中心部が伸張して接子片５が内側に傾く。また、切削代２１を除去すると、接子片５間をブリッジしている部分がなくなり、先端が窄まり易くなることも、前述のように、各接子片５が内側へ傾斜することに寄与している。

なお、上記の傾斜は切削代２１による拘束がなくなった時点から始まるので、切削加工の妨げとなることも考えられるが、図３（ｃ）の切削加工時に、接子片５の傾斜前のオス接子挿入孔３の径と同等の径を有する心棒をオス接子挿入孔３に挿入することで、接子片５の傾斜を一時防止することができ、切削加工が容易になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、メス接子１の接子片５の、オス接子挿入孔３側の角部６が面取りされた形状となっている。よって、角部６のかえり（バリ）により、オス接子挿入孔３に挿入されたオス接子が傷ついたり、接子片５による接触応力が弱まり均一な接触応力発生が妨げられることを防ぐことができる。

また、本実施形態では接子片５は内側に傾斜しており、オス接子挿入孔３の径が奥部から先端部に向かうにつれ小さくなるので、接子片５のばね性によるオス接子への接触圧力が高まり、メス接子１とオス接子の通電性が向上する。このため、コイルスプリングやロールスプリングを省略することが可能になる。

また、メス接子１の製造方法において、接子片５の角部６は、切削加工によらず、成形工具としてポンチ３０を用いた冷間鍛造の後方押出し加工を行い、ポンチ３０に対応する形状に成形されるので、面取りされた曲面状の角部６が容易に成形でき、かえり（バリ）が発生することもなく、かえりを除去する工程を省略できる。

また、外周部を除去してすり割り部４で分割された接子片５を形成した際に、冷間鍛造の後方押出し加工時の残留応力のバランスが崩れることにより接触片５の内側への傾斜が顕著に表れるので、接子片５を内側へ傾斜させるための工程を省力化できる。この傾斜により接子片５のばね性による接触圧力が向上するので、コイルスプリングやロールスプリングの装着も省略することができる。また、外周部の除去時にはかえり等が発生するが、外周部であるため容易に除去できる。これらは、メス接子１の製造工程全体の省力化に寄与し、量産性の点でも優れたものとなる。
なお、冷間鍛造としては、後方押出し加工に代えて前方押出し加工なども用いることができ、この場合、導電材料を収容した金型において、材料の出側の端部に、成形工具としてポンチ３０と同様の断面形状を有する心金を配置するなどして加工を行えば、面取りされた曲面状の角部６等を容易に成形することができる。

また、この実施形態では、導電材料２０として、析出硬化型銅合金であるクローム銅を時効硬化処理したものを用いたので、ばね性と導電性を兼備したメス接子１、すなわちオス接子を挿入した場合の通電性能に優れたメス接子１を得ることができる。また、時効硬化処理により、硬くした銅合金を用いるので、細径のメス接子１を製造する場合であっても、成形時に接子片５が千切れたりするトラブルを防止できる。
一方、時効硬化処理前の銅合金を導電材料２０として用いると、その柔らかさから、特に細径のメス接子１の製造時などは冷間鍛造時に接子片５が伸びて千切れやすくなる。また、高い強度や導電性を得るため冷間鍛造後に時効硬化処理すると、製造工程が複雑となるとともに、接子片５の内側への傾斜が期待できなくなる。本実施形態では、上記のように、析出硬化型銅合金を時効硬化処理したものを導電材料２０として用いることにより、このような問題を解消している。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる方法によりメス接子１を製造する例について説明する。図５は、メス接子１の製造方法について示す図である。図５（ａ）〜（ｅ）は、各加工段階の導電材料５０について示す図であり、左図は側面を、右図は正面を示す。

メス接子１を製造する際には、まず、図５（ａ）に示すように、円柱状の導電材料５０を所定の長さに切断する。導電材料５０は導電材料２０と同様、析出硬化型銅合金を時効硬化処理したものである。ただし、導電材料５０の径は、完成品であるメス接子１の筒部２の最大外径２０ａと同等である。

次に、導電材料５０の一端を冷間鍛造の後方押出し加工により成形する。
図６は第２の実施形態における後方押出し加工について説明する図である。図６（ａ）〜（ｃ）において、６０はポンチであり、７０は金型である。

図６（ａ）はポンチ６０を導電材料５０に押し込んだ状態を示す図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿ったポンチ６０の断面図である。図６（ｃ）は図６（ａ）の線Ｄ−Ｄに沿ったポンチ６０および導電材料５０を示す断面図である。図６（ｃ）で金型７０の図示は省略している。

図６（ａ）に示すように、ポンチ６０を押し込まれた導電材料５０は、ポンチ６０と金型７０の間をポンチ６０の押し込み方向と逆方向に押し出される。
図６（ｂ）に示すように、ポンチ６０としては、ポンチ３０と同様、円柱状の本体６１に突出部６３を設けたものを用いる。本体６１と突出部６３のなす角部６５の形状も、前記した角部３５と同様の形状である。ただし、第２の実施形態では、突出部６３の突出長さを、突出部６３の先端部が、導電材料５０の外周より内側、即ち、メス接子１の筒部２の最大外径２０ａより内側に位置するように定める。
ポンチ６０により押し出された導電材料５０の内周部の形状は、図６（ｃ）に示すように、ポンチ６０の断面形状に対応するものとなる。

このようにして成形された導電材料５０を、図５（ｂ）に示す。導電材料５０には、ポンチ６０で成形されることにより、ポンチ６０の本体６１の形状に対応するオス接子挿入孔３、および、ポンチ６０の突出部６３の形状に対応する、すり割り部４の内側の一部である凹部５２が成形される。また、ポンチ６０の角部６５に対応して、接子片５には曲面状に面取りされた角部６も成形される。なお、図３（ｂ）と同じく導電材料５０には導体挿入孔７も成形しておく。

次に、導電材料５０を横型フライス盤にセットし、形成するすり割り部４の幅と同一寸法の厚みを有するカッターにより、凹部５２の外側の残部を切削加工して、図５（ｃ）の斜線部で示す切削代５１を除去する。
これにより、図５（ｄ）で示すように、すり割り部４で分割された接子片５がオス接子挿入孔３を囲むように成形される。

この第２の実施形態では、接子片５間の切削代５１を除去すると、この箇所による拘束がなくなるので、図５（ｅ）に示すように、先端が窄まる。すなわち、各接子片５がオス接子挿入孔３の内側へ向かい傾斜する。以上のように導電材料５０が加工されて、図１等を用いて説明したメス接子１が形成される。これにより、本実施形態でも、第１の実施形態で説明した製造方法と同様の効果が得られる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………メス接子
２………筒部
３………オス接子挿入孔
４………すり割り部
５………接子片
６………角部
２０、５０………導電材料
３０、６０………ポンチ

Claims

オス接子の挿入孔を有する筒部の外周部がすり割り部により複数の接子片に分割されたメス接子であって、前記挿入孔に面する前記接子片の角部が面取りされた形状となっていることを特徴とするメス接子。
前記挿入孔の径が、奥部から先端部に向かうにつれ小さくなることを特徴とする請求項１に記載のメス接子。
前記接子片が、先端部を前記挿入孔の内側に向けて傾斜することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメス接子。
オス接子の挿入孔を有する筒部の外周部がすり割り部により複数の接子片に分割されたメス接子の製造方法であって、
前記オス接子の挿入孔、および、前記すり割り部の少なくとも内側の一部に対応する断面形状を有する成形工具を用いて、冷間鍛造により導電材料を加工することにより、前記オス接子の挿入孔、および、前記すり割り部の少なくとも内側の一部が形成された鍛造品を得る工程を有することを特徴とするメス接子の製造方法。
前記鍛造品の外周部を除去して前記接子片を成形する工程を更に有することを特徴とする請求項４に記載のメス接子の製造方法。
前記導電材料が、前記成形工具を用いた後方押出し法により加工されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のメス接子の製造方法。
前記導電材料として、析出硬化型銅合金を時効硬化処理したものを用いることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載のメス接子の製造方法。
前記鍛造品の外周部を除去する際、前記鍛造品に形成されたオス接子の挿入孔に、前記挿入孔と同等の径を有する心材を挿入することを特徴とする請求項５に記載のメス接子の製造方法。