JP2014120374A - コネクタ端子用アルミニウム材料とその製造方法、およびコネクタ端子 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウムを母材としてその表面にリフロー錫めっき処理により錫めっき層を形成する際、強度や曲げ加工性などの材料特性の低下を抑制して、所望の材料特性を有するコネクタ端子用アルミニウム材料とその製造方法およびコネクタ端子を提供する。
【解決手段】アルミニウム材料を母材１とし、表面にリフロー錫めっき層３が形成されている自動車用ワイヤーハーネスのコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法であって、リフロー錫めっき層を形成する際の熱処理温度が２３０〜３３０℃、熱処理時間が３５〜６５ｓｅｃであるコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法。母材が熱処理型アルミニウム合金であって時効熱処理前の調質のアルミニウム合金であるコネクタ端子の製造方法。母材の引張強度が２００ＭＰａ以上、伸びが５％以上であるコネクタ端子用アルミニウム材料とコネクタ端子。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用ワイヤーハーネスなどの電線としてアルミニウム電線が使用される際、接続コネクタに設けられるコネクタ端子に使用されるコネクタ端子用アルミニウム材料とその製造方法、およびコネクタ端子に関する。

従来、自動車用ワイヤーハーネスなどの電線としては一般に銅（Ｃｕ）線が使用され、コネクタ端子には、銅や銅合金を母材としてその表面に錫（Ｓｎ）や錫合金のめっき層（錫めっき層）が設けられた端子が広く用いられている。

錫は柔らかい金属であるため、接触抵抗を上昇させる錫の酸化被膜がコネクタ端子の表面に形成されていても、相手側のコネクタ端子と嵌合することにより容易にこの酸化被膜が取り除かれて、接触抵抗の上昇が抑制される。また、錫は耐食性やはんだ付け性（はんだ濡れ性）にも優れている。このため、錫めっきが施された材料は、各種の端子やコネクタ等として好ましい。

このような錫めっき層の形成に際して、耐熱性や耐ウィスカー性の向上を目的として、通常、リフロー錫めっき処理が広く採用されている。具体的には、錫を融点（約２３０℃）以上の温度で加熱することにより溶融させ、その後、急冷凝固させることにより、母材上に錫めっき層を形成させる。

このように、従来のワイヤーハーネスにおいては、銅線と、銅を母材として表面にリフロー錫めっき処理が施されたコネクタ端子とが通常用いられている。

しかし、近年、自動車などの車両重量の一層の軽量化を図る目的から、ワイヤーハーネスとして、銅に比べて密度が約３分の１であるアルミニウムを芯線に用いたアルミニウム電線が注目されている（例えば、特許文献１）。

このようなアルミニウム電線の端子として、従来の銅線の場合と同様に銅製のコネクタ端子を使用すると、アルミニウムのイオン化傾向は銅に比べて非常に大きいため、アルミニウム電線とコネクタ端子との接触部分においてアルミニウム電線が電食されるという問題があった。そこで、コネクタ端子にもアルミニウムを使用することが提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００３−１６８５０２号公報 特開２００４−１９９９３４号公報

しかし、アルミニウムは非常に活性であるため、表面に酸化被膜が形成されやすい。この酸化被膜は緻密で硬質、かつ絶縁性であるため、接触抵抗を大きく上昇させる。

このため、アルミニウム製のコネクタ端子においても、従来の銅製のコネクタ端子と同様に、リフロー錫めっき処理を施すことが好ましいが、アルミニウムは融点が約６６０℃と銅の約１０８０℃に比べて遙かに低いため、アルミニウム母材を錫の融点以上に加熱した際、アルミニウム母材の材料特性、特に、強度や曲げ加工性が変化して、所望の材料特性が得られない恐れがあった。

そこで、本発明は、アルミニウムを母材としてその表面にリフロー錫めっき処理により錫めっき層を形成する際、強度や曲げ加工性などの材料特性の低下を抑制して、所望の材料特性を有するコネクタ端子用アルミニウム材料とその製造方法、およびコネクタ端子を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題の解決を検討するにあたって、まず、リフロー錫めっき処理を施す熱処理温度について着目し、種々の実験と検討を行った。その結果、２３０〜３３０℃の温度範囲でリフロー錫めっき処理を施した場合、アルミニウム母材の強度は大きく低下しないことが分かった。

次に、本発明者は、上記熱処理温度（２３０〜３３０℃）での好ましい熱処理時間について、種々の実験と検討を行った。その結果、３５〜６５ｓｅｃの時間範囲でリフロー錫めっき処理を施した場合、アルミニウム母材の硬度が低下して曲げ加工性が改善されることが分かった。

即ち、熱処理時間が３５ｓｅｃ未満では曲げ加工性を改善することができず、コネクタ端子へプレス加工したとき割れが生じる。一方、熱処理時間が６５ｓｅｃを超えると硬度が上がって曲げ加工性が悪化し、やはり、プレス加工したとき割れが生じる。なお、熱処理時間が６００ｓｅｃ以上となると、再び曲げ加工性が改善されるが、このような長時間の熱処理を行った場合には、錫めっき層が下地めっき層であるニッケル（Ｎｉ）などと合金化して、表面から純錫層がなくなると共に、ニッケル錫（Ｎｉ−Ｓｎ）合金の硬質被膜が形成されて、接触抵抗が大きくなる恐れがある。

請求項１に記載の発明は、上記の知見に基くものであり、
アルミニウム材料を母材とし、表面にリフロー錫めっき層が形成されている自動車用ワイヤーハーネスのコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法であって、
前記リフロー錫めっき層を形成する際の熱処理温度が２３０〜３３０℃、熱処理時間が３５〜６５ｓｅｃであることを特徴とするコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法である。

本請求項の発明においては、適切な温度、時間でリフロー熱処理するため、接触抵抗が小さく、耐食性やはんだ付け性にも優れるという錫めっきの長所を生かして、耐熱性、耐ウィスカー性に優れた錫めっき層をアルミニウム材料の表面に形成することができ、強度や曲げ加工性について十分な材料特性を有するコネクタ端子用アルミニウム材料を製造することができる。

なお、母材のアルミニウム材料としては、非熱処理型合金（純アルミニウムを含む）、熱処理型合金を問わず、展伸用のアルミニウム合金が好ましく用いられる。

また、錫めっき層の厚みは特に限定されないが、コネクタ端子としての接触抵抗、耐食性やはんだ付け性（はんだ濡れ性）を考慮すると、２〜３μｍが好ましい。なお、下地めっき層として、ニッケルめっきを施してもよい。

請求項２に記載の発明は、
前記熱処理温度が２８０℃であることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法である。

前記した２３０〜３３０℃の熱処理温度の内でも、特に２８０℃の熱処理温度でリフロー錫めっき処理を施した場合には、アルミニウム母材の材料特性の低下を抑制する効果と、曲げ加工性を向上させる効果が顕著に発揮され、強度や曲げ加工性についてより十分な材料特性を有するコネクタ端子用アルミニウム材料を製造することができる。

請求項３に記載の発明は、
前記母材が熱処理型アルミニウム合金であって、
前記熱処理型アルミニウム合金が、時効熱処理前の調質のアルミニウム合金である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法である。

前記したように、母材のアルミニウム材料には、非熱処理型合金と熱処理型合金とがある。この内、２０００系、６０００系などの熱処理型合金を用いてリフロー錫めっきを行う場合、時効熱処理（時効析出熱処理）を施していると、リフロー錫めっき処理により曲げ加工性が改善されることも考えられるが、要求特性１８０度曲げを満足できるほどの改善を得ることができない場合があるため、時効熱処理前の調質のアルミニウム合金を用いることが好ましい。

請求項４に記載の発明は、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法を用いて製造された自動車用ワイヤーハーネスのコネクタ端子用アルミニウム材料であって、
引張強度が２００ＭＰａ以上であり、伸びが５％以上であることを特徴とするコネクタ端子用アルミニウム材料である。

上記した各コネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法を用いることにより、強度や曲げ加工性の低下が抑制されたコネクタ端子用アルミニウム材料を提供することができる。

そして、母材を適切に選択することにより得られる引張強度２００ＭＰａ以上、伸び５％以上のアルミニウム材料は、コネクタ端子に必要な材料特性を十分に満足させることができる。

請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料を用いて製造されていることを特徴とするコネクタ端子である。

前記のコネクタ端子用アルミニウム材料を用いて製造されているため、アルミニウム電線のコネクタ端子として好適なコネクタ端子を提供することができる。

本発明によれば、アルミニウムを母材としてその表面にリフロー錫めっき処理により錫めっき層を形成する際、強度や曲げ加工性などの材料特性の低下を抑制して、所望の材料特性を有するコネクタ端子用アルミニウム材料とその製造方法、およびコネクタ端子を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るコネクタ端子の材料構成を模式的に示す断面図である。 Ｔ３調質を行った６０００系アルミニウム合金材の熱処理時間と硬度との関係を示す図である。 Ｔ３調質を行った６０００系アルミニウム合金材の熱処理時間と曲げ加工性との関係を示す顕微鏡写真である。 Ｈ１４調質を行った３０００系アルミニウム合金材の熱処理の有無と硬度との関係を示す図である。 Ｈ１４調質を行った３０００系アルミニウム合金材の熱処理の有無と曲げ加工性との関係を示す顕微鏡写真である。

以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を用いて説明する。

１．コネクタ端子の材料構成
はじめに、本実施の形態に係るコネクタ端子の材料構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るコネクタ端子の材料構成を模式的に示す断面図であり、１はアルミニウム母材であり、２はニッケルからなる下地めっき層であり、３はリフロー錫めっきを用いて形成された錫めっき層であり、４はリフロー処理時に下地めっき層と錫めっき層との間に形成されたニッケル錫合金層である。

アルミニウム母材１としては、１０００系、３０００系、４０００系などの非熱処理型合金や２０００系、６０００系、７０００系などの熱処理型合金など、展伸用のアルミニウム合金が好ましく、圧延、押出などの加工硬化（Ｈ１）が施された材料が好ましく使用される。なお、熱処理型合金を用いる場合は、時効熱処理および塑性加工に加工硬化（Ｔ）を施されたものを用いることができるが、時効熱処理前の調質が好ましい。

本実施の形態においては、アルミニウム母材１の表面にニッケルの下地めっき層２が形成され、その上に錫めっき層３が形成されている。このような下地めっき層２を設けることにより、母材とニッケルめっき、ニッケルめっきと錫めっき間のめっきの密着性が良好となる。なお、ニッケルの下地めっき層２として好ましい厚みは０．２〜０．４μｍ程度である。

２．リフロー錫めっきにおける熱処理
次に、リフロー錫めっきにおける熱処理条件について説明する。リフロー錫めっきにおける熱処理は、温度２３０〜３３０℃、時間３５〜６５ｓｅｃが好ましく、これにより、十分な厚みの錫めっき層をウィスカーの生成を抑制しつつ良好に形成して、さらに、母材を適切に選択することにより、２００ＭＰａ以上の引張強度と５％以上の伸びが確保されたコネクタ端子を容易に製造することができる。なお、温度２８０℃、時間６０ｓｅｃで熱処理することが特に好ましい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。

１．実施例１
以下においては、アルミニウム母材として、６０００系熱処理型合金のＴ３（焼入れ、冷間加工）調質材（厚み０．２５ｍｍ）を用いて、リフロー錫めっきを模擬した熱処理を施すことにより、アルミニウム母材の材料特性の変化を確認した。

（１）硬度の変化
上記アルミニウム母材をホットプレート上に配置して、２８０℃の温度で、表１に示す各時間加熱して、リフロー錫めっきを模擬した熱処理を施した（試料数：３個）。

熱処理後、各試料についてビッカース硬度ＨＶを測定した。

各測定結果を表１に示すと共に、各熱処理時間における硬度の平均と熱処理時間との関係を図２に示す。なお、表１および図２において、０ｓｅｃは熱処理前の初期値を示している。そして、表１では、時間の表記を「ｓｅｃ」、「ｍｉｎ」の２段書きとした。

表１および図２より、熱処理時間０ｓｅｃにおける初期値から、熱処理時間２０ｓｅｃおよび６０ｓｅｃでは硬度が低下し、その後、時効硬化の影響によって硬度が上昇して１２０ｓｅｃで一旦最高硬度に達し、その後は、再び軟化に転じて硬度が低下することが分かる。

（２）曲げ加工性の変化
上記アルミニウム母材をホットプレート上に配置して、２８０℃の温度で、図３に示す各時間（ｓｅｃ）加熱して、リフロー錫めっきを模擬した熱処理を施した。

熱処理後、各試料について、１８０度の折り曲げを行い、折り曲げ箇所における変化を顕微鏡により観察した。

各試料における結果を図３に、顕微鏡写真にて示す。なお、図３において、０ｓｅｃは熱処理前の初期品を示している。

図３より、熱処理時間４０ｓｅｃまでは割れの発生が徐々に低減して、曲げ加工性が改善されていくことが分かる。そして、４０ｓｅｃおよび６０ｓｅｃでは割れの発生が見られず、十分に曲げ加工性が改善されていることが分かる。その後、３００ｓｅｃまでは割れが再び発生して、曲げ加工性が低下することが分かる。

そして、上記の結果より、適切な時間、熱処理することにより曲げ加工性が改善されたアルミニウム材料が得られることが分かる。

なお、６００ｓｅｃでは、曲げ加工性が再び改善されているが、表面にニッケル錫合金層が成長して純錫層がなくなっていたため、曲げ加工性がよくても、コネクタ端子を形成する材料としては好ましくない。

２．実施例２
以下においては、アルミニウム母材として、３０００系非熱処理型合金のＨ１４調質材（厚み０．２５ｍｍ）を用いて、リフロー錫めっきを模擬した熱処理を施すことにより、アルミニウム母材の材料特性の変化を確認した。

（１）硬度の変化
上記アルミニウム母材をホットプレート上に配置して、上記した実施例１の結果に基づいて、温度２８０℃、６０ｓｅｃ間の加熱により、リフロー錫めっきを模擬した熱処理を施した（試料数：１０個）。

熱処理後、各試料についてビッカース硬度ＨＶを測定した。一方、熱処理を施さないアルミニウム母材についても同様にビッカース硬度ＨＶを測定した。

各測定結果を表２に示すと共に、熱処理の有無と硬度との関係を図４に示す。なお、表２には、各測定値の平均からのばらつきを、最大値と平均値との差を「＋」で、平均値と最小値との差を「−」で示している。また、図４には、前記の「＋」、「−」の範囲をバーで示した。

表２および図４より、適切な温度および時間で熱処理を施すことにより、若干硬度が低下して、曲げ加工性が改善されることが分かる。

（２）引張強度の変化
上記と同様に熱処理されたアルミニウム母材と熱処理されていないアルミニウム母材とを用いて、引張強度および伸びを測定した。結果を表３に示す。

表３より、熱処理を施すことにより、伸びが向上し、２００ＭＰａ以上の引張強度、５％以上の伸びが得られていることが分かる。

（３）曲げ加工性の評価
上記アルミニウム母材に温度２８０℃、時間６０ｓｅｃの熱処理を施し、１８０度の折り曲げを行い、折り曲げ箇所における変化を顕微鏡により観察した。また、熱処理を施さない初期品についても、同様に１８０度の折り曲げを行い、折り曲げ箇所における変化を顕微鏡により観察した。結果を図５に示す。

図５より、熱処理を行わない初期品には割れが発生しているのに対して、熱処理品では割れが発生しておらず、上記のような適切な熱処理を行うことによって曲げ加工性が向上しており、コネクタ用として充分に良好な曲げ加工性を有していることが分かる。

以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１ アルミニウム母材
２ 下地めっき層
３ 錫めっき層
４ ニッケル錫合金層

Claims (5)

1. アルミニウム材料を母材とし、表面にリフロー錫めっき層が形成されている自動車用ワイヤーハーネスのコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法であって、
   前記リフロー錫めっき層を形成する際の熱処理温度が２３０〜３３０℃、熱処理時間が３５〜６５ｓｅｃであることを特徴とするコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法。
2. 前記熱処理温度が２８０℃であることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法。
3. 前記母材が熱処理型アルミニウム合金であって、
   前記熱処理型アルミニウム合金が、時効熱処理前の調質のアルミニウム合金である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料の製造方法を用いて製造された自動車用ワイヤーハーネスのコネクタ端子用アルミニウム材料であって、
   引張強度が２００ＭＰａ以上であり、伸びが５％以上であることを特徴とするコネクタ端子用アルミニウム材料。
5. 請求項４に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料を用いて製造されていることを特徴とするコネクタ端子。