JP2014120376A - 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自動車用コネクタ端子 - Google Patents

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自動車用コネクタ端子 Download PDF

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Abstract

【課題】アルミニウム製の自動車用コネクタ端子としての構造に必要とされる強度、および曲げ加工時に必要な曲げ加工性が十分に確保された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自動車用コネクタ端子を提供する。
【解決手段】自動車用コネクタ端子に用いられる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、且つ伸びが５％以上であるコネクタ端子用アルミニウム材料。前記コネクタ端子用アルミニウム材料が用いられている自動車用コネクタ端子。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車用アルミニウム電線のコネクタ端子に用いら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自動車用コネクタ端子に関する。
従来、自動車用電線としては一般に銅（Ｃｕ）線が使用され、コネクタ端子にも銅や銅合金を母材としたコネクタ端子が用いられている。
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、自動車用電線として、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
しかしながら、このようなコネクタ端子の構造に必要な強度や曲げ加工時に必要な曲げ加工性は、今日まで十分に把握することができておらず、適切な強度および曲げ加工性を有するコネクタ端子用アルミニウム材料が得られていなかった。
そこで、本発明は、アルミニウム製の自動車用コネクタ端子としての構造に必要とされる強度、および曲げ加工時に必要な曲げ加工性が十分に確保された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自動車用コネクタ端子を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題を解決するために種々の実験と検討を行い、その結果、アルミニウム製のコネクタ端子の構造に必要とされる強度はアルミニウム材料の引張強度で代表させることができることが分かった。
一方、曲げ加工性は、アルミニウム材料の伸びを制御することにより制御できるが、伸びと引張強度は背反するため、両者のバランスを考慮して自動車用コネクタ端子として好適なアルミニウム材料を特定する必要がある。
また、コネクタ端子におけるオス端子とメス端子の内、図１に示すように、オス端子は、１８０°曲げ加工という厳しい曲げ加工が施されるため、このような厳しい加工にも耐えることができる伸びが必要とされる。なお、図１において、１はオス端子の電気接触部であり、１ａは曲げの頂点部である。
以上の点を考慮して本発明者が種々の実験と検討を行った結果、引張強度２００ＭＰａ以上、伸び５％以上を満足させることにより、自動車用コネクタ端子として必要な強度と曲げ加工時に必要な曲げ加工性の両者を満足させられることが分かった。
そして、種々の実験と検討を行った結果、調質済展伸用アルミニウム合金を、２５０〜３００℃で熱処理することにより、伸び５％以上が確保されたアルミニウム材料を得ることができることが分かった。
この伸び５％以上が確保されたアルミニウム材料において、母材として引張強度が高い材料を選択して２００ＭＰａ以上の引張強度が確保されていると、自動車用コネクタ端子に用いられるコネクタ端子用アルミニウム材料として好適に使用することができる。
本発明は上記の知見に基づく発明であり、請求項１に記載の発明は、
自動車用コネクタ端子に用いられる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、且つ伸びが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。
そして、請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料が用いられていることを特徴とする自動車用コネクタ端子である。
また、請求項３に記載の発明は、
前記自動車用コネクタ端子が、雄型コネクタ端子であることを特徴とする請求項２に記載の自動車用コネクタ端子である。
本発明によれば、アルミニウム製の自動車用コネクタ端子としての構造に必要とされる強度、および曲げ加工時に必要な曲げ加工性が十分に確保された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自動車用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雄型コネクタ端子の電気接触部分の形状を模式的に示す断面図である。 コネクタ端子の構造強度の測定方法を説明する図である。 熱処理温度が異なる各種アルミニウム材料の引張強度とこれらのアルミニウム材料を用いて製造されたコネクタ端子の構造強度との関係を示す図である。 熱処理温度が異なる各種アルミニウム材料を１８０°曲げ加工したときの頂点部とその近くのＳＥＭ観察結果を示す図である。
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．実験１（コネクタ端子の構造に必要とされる強度）
最初に、アルミニウム製のコネクタ端子（以下、単に「端子」ともいう）の構造に必要とされる強度について説明する。
自動車用コネクタ端子の構造においては、電線が接続された端子が使用中に折れたりすることがない強度が必要とされ、耐荷重性能で評価されるが、本発明者は、以下の実験により、このコネクタ端子の耐荷重性能がアルミニウム材料の引張強度とよく相関しており、アルミニウム材料の引張強度でコネクタ端子の耐荷重性能を代表させることができることを確認した。
図２に、コネクタ端子における耐荷重性能を測定する測定装置の概要を示す。なお、図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ’における断面図である。
図２に示すように、電線が接続された端子の首部近傍を治具に固定した後、端子の電線側の端部に白抜き矢印方向の荷重を掛け、端子の首部で折れたときの荷重を測定し、耐荷重性能とする。
具体的には、表１に示す各温度で３時間の熱処理が施されたアルミニウム材料から作製された各端子について、耐荷重性能を測定した（試料数：各５個）。
並行して、各アルミニウム材料の引張強度、および伸びをＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定する金属材料引張試験方法を用いて測定した。
各アルミニウム材料の耐荷重性能と引張強度の測定結果を表１に示す。なお、表１には、試料１〜５の耐荷重性能の平均、最大値と平均との差（「＋」）、および平均と最小値との差（「−」）も併せて示した。
また、表１に示す結果に基づいて、図３に、耐荷重性能（Ｎ）を横軸（図３では荷重（Ｎ）と表示）、引張強度（ＭＰａ）を縦軸としてプロットし、耐荷重性能（平均）と引張強度との関係を示す。
また、各熱処理温度におけるアルミニウム材料の引張強度と伸びの測定結果を表２に示す。
図３より、耐荷重性能と引張強度とはよく相関していることが分かり、アルミニウム材料の引張強度により、コネクタ端子の構造に必要とされる強度（耐荷重性能）を代表させることができることが分かる。
そして、現状の銅製コネクタ端子における耐荷重性能と同等の耐荷重性能を維持するためには、１０Ｎ以上の耐荷重性能が必要であることから、アルミニウム材料の引張強度としては余裕を見込むと、２００ＭＰａ以上が好ましいことが分かる。
また、表１より、熱処理温度２２５℃の場合を除いて、熱処理温度が高くなるにつれて耐荷重性能が低下していることが分かり、表２より、熱処理温度が高くなるにつれて伸びが向上していることが分かる。
２．実験２（コネクタ端子の製造に必要とされるアルミニウム材料の曲げ加工性）
次に、アルミニウム製のコネクタ端子の製造に必要とされるアルミニウム材料の曲げ加工性について説明する。
３０００系非熱処理型合金のＨ１４調質材（厚み：０．２５ｍｍ）を母材として、厚み０．３μｍのニッケル下地めっき、および厚み２．０μｍの錫めっきが施され、さらに図４に示した各温度で熱処理が施されたアルミニウム材料を用いて、図１に示す形状のオス端子を作製し、曲げ加工された頂点部の近傍をＳＥＭにより観察して、破断の発生などを確認した。
図４に観察したＳＥＭ写真を示す。なお、図４において下段に示す写真は、上段の写真で四角く囲った部分の拡大写真である。
図４より、熱処理温度２２５℃の場合には破断が発生しているが、２５０℃以上では破断の発生が見られないことが分かる。
以上の各実験の結果より、引張強度が２００ＭＰａ以上で、伸びが５％以上であるアルミニウム材料が、コネクタ端子用アルミニウム材料として好適なことが分かる。
即ち、実験１の結果より２００ＭＰａ以上の引張強度は３００℃以下の熱処理で得られることが分かる一方、実験２の結果より十分な曲げ加工性は２５０℃以上の熱処理で得られ、このときのアルミニウム材料の伸びは５％以上であることが表２より分かる。
そして、このように、調質された適切な展伸用アルミニウム合金を用いて、２５０〜３００℃での熱処理を施すことにより伸び５％以上が確保された引張強度２００ＭＰａ以上のアルミニウム材料が得られ、このようなアルミニウム材料を用いて、プレス加工などの曲げ加工を施すことにより、アルミニウム電線とのコネクタ端子として好ましいコネクタ端子を提供することができる。
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 オス端子の電気接触部
１ａ 曲げの頂点部

Claims (3)

  1. 自動車用コネクタ端子に用いられる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、且つ伸びが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。
  2. 請求項１に記載のコネクタ端子用アルミニウム材料が用いられていることを特徴とする自動車用コネクタ端子。
  3. 前記自動車用コネクタ端子が、雄型コネクタ端子であることを特徴とする請求項２に記載の自動車用コネクタ端子。
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