JP2014164912A - 端子及び端子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接によらずに製造された、肉厚の変化する管状かしめ部（圧着部）を備えた銅合金端子を提供する。
【解決手段】管状かしめ部３０を備えた、銅合金からなる端子であって、管状かしめ部３０は、銅合金基材の対向する平行な直線状の端部を長手方向に重ねあわせて圧接することにより形成された管状かしめ部の断面の重ねあわせ部５０、底部３４及び側面部３５の肉厚が、下記数式（１）の関係を満たす銅合金端子１。重ねあわせ部の肉厚＞底部の肉厚≧側面部の肉厚……（１）
【選択図】図３

Description

本発明は、電気導通を担う部品に関する。より詳しくは、電線を接続する銅合金端子に関する。

従来、自動車用組み電線における電線接続部では、電線導体を端子により圧着する形式が一般的である。通常、組み電線には銅電線が用いられるが、軽量化目的でアルミニウム電線（以下、アルミ電線とも言う）が使われることがある。圧着部では、一般に、電線導体が露出する構造となるため、アルミニウム電線を用いた場合には、導体のアルミニウムが腐食を起こし、電気な導通を確保できなくなる恐れがあった。

これを防止するためにはアルミニウム導体を環境から遮断することが考えられる。例えばアルミ表面が空気などに触れないように覆ってしまうことが望ましい。腐食を防止するという観点では、圧着部全体を樹脂によりモールドする方式（例えば、特許文献１参照）が確実であるが、モールド部が肥大してしまい、コネクタハウジングのサイズを上げる必要が生じ、コネクタが肥大してしまうこととなり、組み電線全体を高密小型に成形することができなかった。また、モールド成形は、圧着後に個々の圧着部に対して処理するため、組み電線製造の工程が大きく増すこと、および作業が煩雑である事、等の問題があった。

これに対し、金属缶を電線導体に被せた後に圧着する手法により、アルミ導体を外界から遮断する技術が提案された（例えば、特許文献２参照）が、圧着前に個々の導体へ缶を装着する工程が煩雑であること、また、圧着時、ワイヤーバレルにより缶を破壊してしまい浸水経路が生じてしまうこと、等の問題があった。

また、肉厚に変化を持たせる端子として、一端側に棒状のタブ部を備え、かつ他端側に電線を挟持可能な圧接部を備え、タブ部は、圧接部よりも肉厚とした構造の端子が開示されている（例えば、特許文献３参照）が、これは端子タブ部を肉厚にする発明であり、防水性を考慮した端子構造になっていないので、圧接部における止水性確保は期待できない。

上記のような問題は、電線との接続部が管状（袋状）の端子に電線を挿入して圧着する構造を採用することで、圧着部を肥大させずに電線導体を外界から遮断することにより解決することができる。管の形成法の１つとして、レーザ溶接法（例えば、特許文献４参照）を用いることができる。

特開２０１１−２２２２４３号公報 特開２００４−２０７１７２号公報 特許第３４７３５２７号 特開２００７−２０３３３０号公報

しかしながら、レーザビームの吸収率が低くレーザ溶接性が悪い銅及び銅合金をレーザ溶接するためには、特許文献４に開示されているような、レーザビームの反射率の低い有機材料で基材表面を被覆する等の何らかの手段を施す必要がある。さらに、レーザ溶接の場合、装置が高価であることに加え、凝固組織である溶接部の強度を高めるための処理や、溶接歪み除去のための熱処理が溶接後に必要となる等、工程が煩雑となりがちである。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、防水性（止水性）に優れた、レーザ溶接によらずに製造された、肉厚の変化する管状かしめ部（圧着部）を備えた銅合金端子を提供することを目的とする。

本発明の銅合金端子の特徴は、管状かしめ部を備えた、銅合金基材からなる端子であって、その管状かしめ部は銅合金基材の対向する平行な直線状の端部を長手方向に重ねあわせて圧接することにより形成され、その管状かしめ部の断面における重ねあわせ部、底部及び側面部の肉厚が、下記数式（１）の関係を満たすことを要旨とする。
重ねあわせ部の肉厚 ＞ 底部の肉厚 ≧ 側面部の肉厚 …（１）

ここで、重ねあわせ部を上にして管状かしめ部の断面を見たとき、下側に位置する管状かしめ部の部位を底部、横方向に位置する管状かしめ部の両側の部位を側面部という。管状かしめ部の重ねあわせ部の肉厚は、重ね合わせた後の肉厚をいう。

端子としての種々の特性を担保するために、銅合金基材の表面にめっきが施されていてもよい。この場合、銅合金基材のビッカース硬さが９０以上で、銅合金基材のビッカース硬さとめっき厚（μｍ）の積が１０以上であると、良好な止水性を示す銅合金端子が得られる。

めっき層は、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ及びＮｉ−Ｐのうちのいずれかから形成することができる。

本発明によれば、防水性（止水性）に優れる管状かしめ部（圧着部）を備えた銅合金端子を提供することができる。また、本発明の銅合金端子はレーザ溶接によらずに製造することができる。

本発明の実施形態に係る端子を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る端子と電線の終端の接続構造を示す斜視図である。 （ａ）本発明の実施形態に係る端子の管状かしめ部の圧接前の状態を示す断面図である。 （ｂ）本発明の実施形態に係る端子の管状かしめ部の圧接後の状態を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る端子１を示したものである。端子１は、雌型端子のボックス部２０と管状かしめ部３０を有し、これらの橋渡しとしてトランジション部４０を有する。さらに、端子１は管状かしめ部３０内に圧接部５０（図中、斜線で示す部分）を有する。端子１は、導電性と強度を確保するために基本的に銅合金の基材で製造されている。端子１の種々の特性を担保するために、端子１の表面にはめっきが施されていてもよい。

（ボックス部）
雌型端子のボックス部２０は、例えば雄型端子等の挿入タブの挿入を許容するボックス部である。このボックス部の細部の形状は特に限定されない。すなわち、ボックス部を有さなくてもよく、例えば雄型端子の挿入タブであっても良い。また他の端子の端部であっても良い。本実施形態では、本発明の端子を説明するために便宜的に雌型端子の例を示したのであって、どのような接続端部を有する端子であっても、トランジション部４０を介して管状かしめ部３０を有し、その管状かしめ部３０は、圧接によって成形されているのである。

（管状かしめ部）
管状かしめ部３０は、端子１とアルミニウム又はアルミニウム合金電線（図示せず）とを圧着接合する部位である。その一端はアルミニウム又はアルミニウム合金電線を挿入することができる電線挿入口３１を有し、他端はトランジション部４０に接続されている。管状かしめ部３０のトランジション部４０側は、閉口しているのが好ましい。端子１の銅合金とアルミニウム又はアルミニウム合金電線の接点に水分が付着すると、両金属の起電力の差からいずれかの金属（合金）が腐食してしまうので、かしめ部は外部より水分等が侵入しないように管状となっている。端子のかしめ部は、管状であれば腐食に対して一定の効果を得られる為、必ずしも長手方向に対して円筒である必要はなく、場合によっては楕円や矩形の管であっても良い。また、径が一定である必要はなく、長手方向で半径が変化していてもよい。

管状かしめ部３０では、管状かしめ部を構成する銅合金とアルミニウム又はアルミニウム合金電線とが機械的に圧着接合されることにより、同時に電気的な接合を確保する。銅合金基材と電線（芯線）は、かしめによって塑性変形し、接合がされる。従って、管状かしめ部３０は、かしめ接合をすることができるように肉厚を設計される必要がある。

なお、図示しないが、管状かしめ部３０内には、電線と電気的接続をとる為や電線を抜けにくくする為に、溝や突起等の係止溝（セレーション）を設けても良い。

（めっき層）
また、管状かしめ部は、かしめ接合によってアルミニウム電線等との電気的接合も図られる。従って、管状かしめ部の内部には、電線との電気的接合のためのめっき層があることが望ましい。このめっき層はＳｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ及びＮｉ−Ｐ、あるいはこれらを主成分とする合金であることが好ましい。また、めっき層を設ける場合は、端子の銅合金基材のビッカース硬さ（Ｈｖ）とそのめっき厚（μｍ）の値が１０以上となるように設けると良い。ただし、この場合、端子の銅合金基材のビッカース硬さ（Ｈｖ）は９０以上となることが必要である。

（電線の終端接続構造）
次に、図２に本発明の電線の終端接続構造１０を示す。終端接続構造１０は、本発明の端子１と、アルミニウム又はアルミニウム合金電線（電線６０）が接続された構造を有している。終端接続構造１０は、端子１と電線６０が管状かしめ部３０によって圧着接合されている。圧着の様態は特に限定されないが、図２では、第１の圧着縮径部３６および第２の圧着縮径部３７からなっている。通常、圧着接合すると、管状かしめ部３０は塑性変形を起こして、元の径よりも縮径されることで、電線６０との圧着接合をなす。図２に示した例では、第１の圧着縮径部３６が、縮径率が一番高くなっている部分である。このように、圧着接合を２段階の縮径で行ってもよい。

電線６０は、絶縁被覆６１と図示しないアルミニウム又はアルミニウム合金の芯線とからなっている。電線６０は裸線であっても良いが、防食の観点から通常は絶縁被覆された電線を用いる。

なお、アルミニウム電線の芯線としては、例えば鉄（Ｆｅ）を約０．２質量％、銅（Ｃｕ）を約０．２質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を約０．１質量％、シリコン（Ｓｉ）を約０．０４質量％、残部がアルミニウム（Ａｌ）および不可避不純物かなるアルミニウム芯線を用いることができる。他の合金組成として、Ｆｅを約１．０５質量％、Ｍｇを約０．１５質量％、Ｓｉを約０．０４質量％、残部がＡｌおよび不可避不純物のもの、あるいは、Ｆｅを約１．０質量％、Ｓｉを約０．０４質量％、残部がＡｌおよび不可避不純物のもの、Ｆｅを約０．２質量％、マＭｇを約０．７質量％、Ｓｉを約０．７質量％、残部がＡｌおよび不可避不純物のものなどを用いることができる。これらは、さらにＴｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｍｎ等の合金元素を含んでいてもよい。このようなアルミニウム芯線を用い、例えば０．５〜２．５ｓｑ（ｍｍ^２）、７〜１９本撚りの芯線にして用いることができる。芯線の被覆材としては、例えばＰＥ、ＰＰなどのポリエレフィンを主成分としたものやＰＶＣを主成分としたもの等を用いることができる。

本実施形態においては、絶縁被覆された電線６０を用いて、先端部の絶縁被覆６１を所定の長さだけ除去した電線６０を、残った絶縁被覆６１の端部が電線挿入口３１から所定の長さだけ管状かしめ部３０と重なるように、管状かしめ部３０に挿入し、専用の治具やプレス加工機等でかしめ工程を実施する。

（端子の製造方法）
本発明の端子１は銅合金基材からなる条材を平面展開した端子形状に打ち抜き、曲げ加工によってボックス部やかしめ部を設ける。この時、かしめ部は平面からの曲げ加工ではＣ字型断面となるが、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、この開放部分を重ねあわせ圧接して一体化することで、管状かしめ部となる。重ねあわせ圧接は、圧延又はプレスで行うことができる。

端子１の銅合金基材としては、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金等、市販のものを用いることができる。表１は、端子１に用いることのできる市販の銅合金を示したものである。

本実施形態においては、このような銅合金基材の表面にＳｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ又はＮｉ−Ｐ等のうちのいずれかのめっきを施して用いている。めっき層は、製造工程のどの段階で設けても良い。例えば、銅合金条材のかしめ部となる箇所に予め部分めっきを施し、これを端子形状に打ち抜くことでかしめ部にめっき層を有する端子を製造しても良いし、銅合金条材を打ち抜いた後にかしめ部にめっき層を設けても良い。

図３（ａ）、（ｂ）は、管状かしめ部の重ねあわせ圧接前後の状態を示す断面図である。平面展開した端子形状に打ち抜いた銅合金基材３２のかしめ部の対向する平行な直線状の端部を、曲げ加工によって長手方向に図３（ａ）に示したように重ねあわせ、この重ねあわせ圧接により一体化することにより、図３（ｂ）に示した断面の管状かしめ部を形成する。

図３（ｂ）に示した管状かしめ部の断面における、重ねあわせ部５０の肉厚、底部３４の肉厚、側面部３５の肉厚の関係を制御することにより、図２に示したような電線の終端接続構造１０を構成した場合に良好な止水性を確保することができる。

重ね合わせ部の厚さが、底部３４や側面部３５よりも同じか厚いと、重ね合わせ部の面圧が高くなり、止水性がよい。また応力緩和に対する耐久性もすぐれる。薄いと、長期使用による応力緩和することにより、密閉性が低下するので、止水性が悪くなる。また、底部３４の肉厚が、側面部３５よりも同じか厚いと、圧接後の電線と端子の接触圧力が高く、端子と電線の電気的接続抵抗が低い。薄いと、圧接後の電線と端子の接触圧力が低く、端子と電線の電気的接続面積が小さいため、熱衝撃があった際に、アルミ電線と銅合金端子の熱膨張係数の差によって、十分な接触面積が確保できなくなり、抵抗値が高くなる恐れがある。

（実施例１〜１０）及び（比較例１〜１１）
実施例１〜１０及び比較例１〜１１においては、２μｍ厚のＳｎめっきを施した銅合金基材から平面展開した端子形状に打ち抜いて、曲げ加工した後、重ねあわせ圧接して、管状かしめ部を形成し端子とした。なお、重ね合わせ部の肉厚の調整は、圧接時の荷重によって調整した。表３に示した、銅合金基材、重ねあわせ圧接後の重ねあわせ部の肉厚、底部の肉厚、側面部の肉厚の組合せと、止水性の関係を評価した。

＜銅合金組成、質量％＞
ＦＡＳ６８０（古河電気工業（株）、商品名）：Ｓｎ０．１５、Ｚｎ０．５、Ｎｉ２．３、Ｓｉ０．５５、Ｍｇ０．１
ＭＡＸ２５１Ｃ（三菱伸銅（株）、商品名）：Ｃｕ≧９５、Ｓｎ０．５、Ｚｎ１．０、Ｎｉ２．０、Ｓｉ０．５
ＭＡＸ３７５（三菱伸銅（株）、商品名）：Ｃｕ残、Ｓｎ０．５、Ｚｎ０．５、Ｎｉ２．８５、Ｓｉ０．７
ＣＡＣ６０（（株）神戸製鋼所、商品名）：Ｓｎ０．１、Ｚｎ１．１、Ｎｉ１．８、Ｓｉ０．４
ＣＡＳ８５（（株）神戸製鋼所、商品名）：Ｃｕ残、Ｓｎ０．５、Ｚｎ１．０、Ｎｉ３．２、Ｓｉ０．７
ＮＢ１０９（日本ベルパーツ（株）、商品名）：Ｓｎ０．９、Ｎｉ１．０、Ｐ０．０５

＜電線＞
アルミニウム電線の芯線：Ｆｅ０．２、Ｃｕ０．２、Ｍｇ０．１、Ｓｉ０．０４、残部はＡｌおよび不可避不純物（線径０．４３ｍｍ、１９本撚り）

＜肉厚の評価＞
管状かしめ部の肉厚は、電線の長手方向と垂直方向の断面をきりとり、この断面を研磨し、その後マイクロスコープで確認し、厚さを測定した。

＜止水性評価＞
電線を端子の管状かしめ部に挿入、かしめ後、電線挿入側から１０〜５０ｋＰａの正圧をかけてエアリ−クが発生するときの圧力を測定し、表２の基準で評価した。

銅合金基材としてＦＡＳ−６８０ＭＡＸ２５１Ｃ、ＣＡＣ６０、ＮＢ１０９、ＭＡＸ３７５、ＣＡＳ８５を使用した場合の実施例１〜１０、比較例１〜１１の評価結果を表３に示す。表３から、管状かしめ部の断面の重ねあわせ部、底部及び側面部の肉厚が、下記数式（１）の関係を満たすと、銅合金基材によらず良好な止水性が得られることがわかる。
重ねあわせ部の肉厚 ＞ 底部の肉厚 ≧ 側面部の肉厚 …（１）

（実施例１１〜１４）及び（比較例１２〜１５）
実施例１１〜１４及び比較例１２〜１５においては、めっき材料を変えたこと以外は実施例１〜１０と同様にして、端子の止水性を評価した。めっき材料としては、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ａｇ、Ｎｉを用いた。

めっき材料としてＣｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ａｇ、Ｎｉを使用した場合の実施例１１〜１４、比較例１２〜１５の評価結果を表４に示す。表４から、管状かしめ部の断面の重ねあわせ部、底部及び側面部の肉厚が、下記数式（１）の関係を満たすと、めっき材料によらず良好な止水性が得られることがわかる。
重ねあわせ部の肉厚＞底部の肉厚≧側面部の肉厚 …（１）

（実施例１５〜１９）及び（比較例１６〜１９）
実施例１５〜１９及び比較例１６〜１９においては、リフローで０．２〜２μｍ厚のＳｎめっきを施した銅合金基材から平面展開した端子形状に打ち抜いて、曲げ加工の後重ねあわせ圧接して、管状かしめ部を形成し端子とした。なお、実施例１５〜１９それぞれの端子における管状かしめ部の肉厚は、重ねあわせ部を０．４ｍｍ、底部を０．２５ｍｍ、側面部を０．２５ｍｍとして形成した。銅合金基材は加熱処理して硬さを調整した（もとの基材の硬さは、１６０〜２００程度）。表４に示した銅合金基材のビッカース硬さＨｖ及び〔銅合金基材のビッカース硬さＨｖ×めっき厚（μｍ）〕の値と、止水性の関係を評価した。

銅合金基材としてＦＡＳ−６８０を使用した場合の実施例１５〜１９、比較例１６〜１９の評価結果を表５に示す。表５から、銅合金基材のビッカース硬さＨｖが９０以上で、〔銅合金基材のビッカース硬さＨｖ×めっき厚（μｍ）〕の値が１０以上の場合に、良好な止水性が得られることがわかる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。特に、本発明は雌型端子について述べてきたが、当然雄型端子についても適用可能である。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 端子
１０ 終端接続構造
２０ 雌型端子のボックス部
３０ 管状かしめ部
３１ 電線挿入口
３２ 端子基材（銅合金基材）
３３ 端部
３４ 底部
３５ 側面部
３６ 第１の圧着縮径部
３７ 第２の圧着縮径部
４０ トランジション部
５０ 重ねあわせ部
６０ 電線
６１ 絶縁被覆

Claims (3)

1. 管状かしめ部を備えた、銅合金基材からなる端子であって、
   前記管状かしめ部は、前記銅合金基材の対向する平行な直線状の端部を長手方向に重ねあわせて圧接することにより形成され、
   前記管状かしめ部の断面における重ねあわせ部、底部及び側面部の肉厚が、下記数式（１）の関係を満たすことを特徴とする銅合金端子。
   重ねあわせ部の肉厚 ＞ 底部の肉厚 ≧ 側面部の肉厚 …（１）
2. 前記銅合金基材は表面の少なくとも一部にめっき層を有し、
   前記銅合金基材のビッカース硬さが９０以上で、前記銅合金基材のビッカース硬さとめっき厚（μｍ）の積が１０以上であることを特徴とする請求項１に記載の銅合金端子。
3. 前記めっき層は、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ及びＮｉ−Ｐのうちのいずれかからなることを特徴とする請求項２に記載の銅合金端子。
   

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