JP2014164943A - 圧着端子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】母材の機械的強度の低下や応力緩和特性の劣化を抑制して、筒状圧着部と電線の密着性を向上することができる圧着端子の製造方法を提供する。
【解決手段】端子原板に曲げ加工を施して、突き合わせ部４７及び重ね合わせ部４８を有する圧着部用筒状体４６を成形し、該筒状体の突き合わせ部４７及び重ね合わせ部４８をろう付けして、筒状圧着部５０を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、外部との電気的な接続を可能とする圧着端子の製造方法に関し、特に、電線に取り付けられる銅あるいは銅合金製の圧着端子の製造方法に関する。

従来、車両分野において、燃費向上の観点から、自動車を構成する各種部品の軽量化が求められている。特に、自動車にて使用されるワイヤーハーネス（組み電線）は、自動車内でエンジンに次ぐ重量を有する部品とされることから、軽量化を図るべく、一部の電線では当該ワイヤーハーネスに用いられる電線の導体（芯線）材料を、銅からアルミニウム、あるいはアルミニウム合金に変更することが進められている。アルミニウムまたはアルミニウム合金電線の先端部に接続される圧着端子としては、通常、銅あるいは銅合金製のものが使用される。よって、上記材料で形成される導体と端子の接続部分では、露出したアルミニウムが異種金属腐食を起こし、導体が欠損してしまう恐れがあるため、アルミニウム導体を外界から遮断するといった対策を講じる必要がある。

そこで、圧着部全体を樹脂によりモールドする方法があるが（特許文献１）、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る結果、コネクタが肥大してしまうこととなり、ワイヤーハーネス全体を小型化・高密度化することが難しい。

また、モールド成形する方法では、電線圧着後に個々の圧着部に対して処理するため，ワイヤーハーネスの製造工程が大幅に増加したり、作業が煩雑になったりするという問題がある。

このような問題を解消するべく、金属製キャップを電線導体先端に被せた後に圧着することで、アルミニウム導体を密閉状態にする技術や（特許文献２）、圧着端子と金属製キャップを別部品とせず、端子条の一部で電線を覆って密閉状態にする技術が提案されている（特許文献３）。

特開２０１１−２２２２４３号公報 特開２００４−２０７１７２号公報 特開２０１２−８４４７１号公報 特開２０１２−０２８０７６号公報

ここで、アルミニウム導体を含む電線を被覆した状態で圧着するための筒状部材を製造する場合、プレス加工された金属条の一部を筒状に曲げ、その両端の突き合わせ部あるいは重ね合わせ部をレーザなどで溶接する方法が、成形性、生産性の両点において優れている。しかしながら、レーザ溶接を行うと、端子原板が溶融してナゲット（溶融凝固部）やＨＡＺ（熱影響部）が形成されるために、母材が軟化し、意図した以上に強度が低下してしまう場合がある。特に、母材を黄銅とした場合、母材中に含まれるＺｎの蒸発や酸化などが生じる結果、ボイド（空洞）が形成される等の不具合が生じることがある。

なお、レーザ溶接を行わない技術として、端子と電線をろう付けにより接続して、端子と電線の電気的な接続を良好とするものが提案されているが（特許文献４）、上記課題については言及されていない。

本発明の目的は、母材の機械的強度の低下や応力緩和特性の劣化を抑制して、筒状圧着部と電線の密着性を向上することができる圧着端子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る圧着端子の製造方法は、外部端子と電気的に接続されるコネクタ部と、前記コネクタ部と一体的又は別体で連結され、電線と圧着される筒状圧着部とを備える圧着端子の製造方法であって、端子原板に曲げ加工を施して、突き合わせ部または重ね合わせ部を有する筒状体を成形する工程と、前記筒状体の突き合わせ部または重ね合わせ部をろう付けして、筒状圧着部を形成する工程とを有することを特徴とする。

前記ろう付けにおいて、りん銅ろうにて、前記突き合わせ部または前記重ね合わせ部をろう付けするのが好ましい。

前記ろう付けにおいて、軟ろうにて前記重ね合わせ部をろう付けすると共に、前記軟ろうより融点の高い硬ろうにて前記突き合わせ部をろう付けするのが好ましい。

さらに、前記硬ろうがりん銅ろうであるのが好ましい。

また、上記製造方法は、前記曲げ加工の前に、前記端子原板の両外縁部を面取りする工程を更に有し、前記曲げ加工において、前記端子原板の両外縁部を突き合わせることで、前記突き合わせ部に開先を形成し、前記ろう付けにおいて、前記開先にろう材を載置して、前記突き合わせ部をろう付けするのが好ましい。

また、前記端子原板は、黄銅又はコルソン合金からなるものであってもよい。

本発明によれば、端子原板に曲げ加工を施して、突き合わせ部または重ね合わせ部を有する筒状体を成形し、該筒状体の突き合わせ部または重ね合わせ部をろう付けして、筒状圧着部を形成するので、母材の溶融を最小限に抑えることができ、筒状圧着部にナゲットやＨＡＺが形成されにくい。したがって、導体圧着後に筒状圧着部に割れ等が生じにくくなり、筒状圧着部と電線の密着性を向上することが可能となる。

また、ろう付けにおいて、りん銅ろうにて突き合わせ部または重ね合わせ部をろう付けするので、硬ろうでろう付することで、筒状圧着部の機械的特性を向上することができる。

また、ろう付けにおいて、軟ろうにて前記重ね合わせ部をろう付けすると共に、前記軟ろうより融点の高い硬ろうにて前記突き合わせ部をろう付けするので、圧縮率の大きい突き合わせ部の機械的特性を向上すると共に、圧縮率の小さい重ね合わせ部を低コストで且つ容易に接合することができる。

さらに、上記曲げ加工の前に、端子原板の両外縁部を面取りし、当該曲げ加工において、端子原板の両外縁部を突き合わせることで、突き合わせ部に開先を形成し、上記ろう付けにおいて、開先にろう材を載置して突き合わせ部をろう付けするので、ろう付後の筒状圧着部の機械的強度をより高くすることができる。

さらに、端子原板が黄銅又はコルソン合金からなる場合、突き合わせ部をろう付けするので、母材の溶融を最小限に抑えることができ、Ｚｎ，Ｍｇなどの蒸発によって形成されるボイドの生成を大幅に抑制することができる。したがって、強固な接合を実現しつつ、信頼性の高い筒状圧着部を形成することができる。

本発明の実施形態に係る圧着端子の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の圧着端子の製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、図１の圧着端子の製造方法を説明する平面図である。 図２におけるろう付け工程を説明するための斜視図である。 （ａ）は、図４の線Ａ−Ａに沿う断面図であり、（ｂ）は突き合わせ部に形成される開先を示す部分拡大断面図、（ｃ）は、図４の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図５（ｂ）の開先の変形例を示す部分拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る製造方法にて作製される圧着端子の構成を概略的に示す図である。なお、図１における圧着端子は、その一例を示すものであり、本発明に係る圧着端子の構成は、図１のものに限られないものとする。

本発明の圧着端子１は、外部端子２と電気的に接続されるコネクタ部１０と、該コネクタ部とトランジション部２０を介して一体的に設けられ、電線３と圧着される筒状圧着部３０とを備えている。圧着端子１は、例えば、銅あるいは銅合金で一体形成され、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製の導体（芯線）を有する電線３に取り付けられる。本実施形態では、コネクタ部１０と筒状圧着部３０とが一体成形されるが、コネクタ部と筒状圧着部を別体で成形し、これらを連結することで圧着端子を作製してもよい。

コネクタ部１０は、雌型端子であり、雄型端子である外部端子２が挿入口１１に挿入されてコネクタ部内で係止されることで、コネクタ部１０が外部端子２と導通する。なお、本実施形態ではコネクタ部１０が雌型端子であるが、コネクタ部が雄型端子で、外部端子２が雌型端子であってもよい。また、コネクタ部は、外部端子と係止あるいは嵌合して電気的に接続し得るものであれば、いかなる形状を有していてもよい。

筒状圧着部３０は、トランジション部２０側が閉塞された筒部材であって、電線３が挿入される挿入口３１と、電線３の絶縁被覆と圧着される被覆圧着部３２と、挿入口３１側からトランジション部２０側に向かって縮径する縮径部３３と、電線３の導体と圧着される導体圧着部３４とを有している。この筒状圧着部３０では、導体が露出した電線端部を挿入口３１に挿入した状態で筒状圧着部３０を加締めることで、筒状圧着部３０が塑性変形して電線３の絶縁被覆および導体と圧着され、これにより、筒状圧着部３０と電線３の導体とが電気的に接続される。

なお、本願では図示しないが、筒状圧着部３０内に、電線の接続のための溝や突起（セレーション）が設けられていてもよい。これにより、アルミニウムなどの金属導体の酸化皮膜が破壊され、接触抵抗を低減することができる。

図２は、図１の圧着端子の製造方法を示すフローチャートであり、図３（ａ）〜（ｄ）は、図１の圧着端子の製造方法を説明する平面図である。

先ず、銅合金、アルミ合金、鋼などの金属からなる板材を圧延して、所定厚さ、例えば０．２５ｍｍの金属条４１を作製する（ステップＳ２１）。このとき、圧延方向（ＲＤ方）は、金属条の長手方向と略同一となっている（図３（ａ））。

この金属条４１を、プレス加工（１次プレス）にて、複数の圧着端子が平面展開した状態となるように、繰り返し形状で打ち抜く（ステップＳ２２）。本プレス加工では、各被処理体を両端で支持するいわゆる両持ち型の被処理体が作製され、送り孔４２ｃが等間隔で形成されたキャリア部４２ａ，４２ｂの間に、コネクタ部用板状体４３と、圧着部用板状体４４が並んで形成されている（図３（ｂ））。このとき、繰り返し形状の構成単位となる板状部位（端子原板）は、例えばＲＤ方向に関して所定ピッチで配列されており、後に形成される筒状圧着部の長手方向が圧延垂直方向（ＴＤ方向）となるように打ち抜かれる。

次に、繰り返し形状の構成単位となる各板状部位に曲げ加工を施して（２次プレス）、コネクタ部４５と、圧着部用筒状体４６とを形成する（ステップＳ２３）。このとき、圧着部用筒状体４６の上部には、その断面が隙間の空いていない略Ｃ型の突き合わせ部４７と、各板状部位の両外縁部が厚み方向に重なる重ね合わせ部４８とが形成されている（図３（ｃ））。この突き合わせ部４７および重ね合わせ部４８は、ＴＤ方向に延設している。また、本曲げ加工時に、キャリア部４２ａが本体から切り離される。

その後、突き合わせ部４７および重ね合わせ部４８を、図中の矢印Ａ方向に沿ってろう付けする（図２（ｄ）、ステップＳ２４）。このろう付は、抵抗ろう付けで実施されるのが好ましいが、高周波ろう付などの他のろう付け方法でも実施することができる。これにより、突き合わせ部４７および重ね合わせ部４８がろうによって融着し、筒状圧着部５０が形成される。

本実施形態におけるろう付けは、具体的には以下の方法により実行される。

図４は、図２のステップＳ２４で実行されるろう付け工程を説明するための図であり、図５（ａ）は、図４の線Ａ−Ａに沿う断面図であり、図５（ｂ）は突き合わせ部の拡大断面図、図５（ｃ）は、図４の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。

図４において、図２のステップＳ２３にて曲げ加工が行われると、例えば圧着部用筒状体４６の挿入口４９側に突き合わせ部４７が形成され（図５（ａ））、コネクタ部４５側に重ね合わせ部４８がそれぞれ形成される（図５（ｃ））。ただし、圧着部用筒状体４６の挿入口４９側を重ね合わせ部としても良いし、コネクタ部４５側を突合せ部としても良。このとき、各板状部位の両外縁部５１，５１の端面５１ａ，５１ａが当接することで境界部５２が形成され、突き合わせ部４７に開先５３（溝部）が形成される（図５（ｂ））。本実施形態では、両外縁部５１，５１は、共にＣ面取り加工されており、テーパ面５１ｂ，５１ｂを有している。母材の板厚が０．２５ｍｍの場合、Ｃ面取り加工の寸法は、板厚方向長さａが０．０５ｍｍ、幅方向長さｂが０．１ｍｍであり、開先５３の幅方向断面形状は略二等辺三角形である。

この開先５３に、ろう材、例えばろうペースト５５を載置し、スポット径２０μｍ程のピンポイント照射が可能なファイバレーザにて溶融させることにより、境界部５２がろう材の進入によって封止される。突き合わせ部４７に開先５３を設けると、濡れ性が向上すると共に、ろう材の境界部５２への進入を促進することができ、ろう付後の筒状圧着部５０の機械的強度が最も高くなる点で有利である。このとき、レーザ条件として、ろうペースト５５の温度が８００〜８５０℃程度となるようにレーザ出力および掃引速度を制御する。

重ね合わせ部４８は、その深さ方向に関して、各板状部位の両外縁部５１，５１の重ね合わせ領域５６を有している。この重ね合わせ領域における境界部５７が、上記と同様のレーザ条件にて、ろう材の進入によって封止される。

上記工程で使用されるろう材としては、耐熱性、耐食性を有する銅ろう、銀ろう、アルミニウムろう、りん銅ろう、ニッケルろう、金ろう、パラジウムろう、マグネシウムろうなどを使用することができる。これらのろう材のうち、耐熱性、強度、親和性に優れるという点で、りん銅ろう（ろう付け温度：７３５〜８４５℃）が好ましく、りん銅ろうのなかでも銀入りりん銅ろうが特に好ましい。

また、上記ろう付けにおいて、所定融点を有する軟ろうにて重ね合わせ部４８をろう付けすると共に、融点４５０℃以下である軟ろうより融点の高い硬ろう、例えばりん銅ろうにて突き合わせ部４７をろう付けするのが好ましい。これにより、圧縮率の大きい突き合わせ部４７の機械的特性を向上すると共に、圧縮率の小さい重ね合わせ部４８を低コストで且つ容易に接合することができる。

本実施形態において、圧着端子１は、上述のように銅あるいは銅合金で一体形成されるが、具体的には、黄銅又はコルソン合金で一体成形されてもよい。ここで、母材が銅又は銅合金である場合、レーザ溶接すると、ナゲットやＨＡＺが形成されるために、母材が軟化し、強度が低下してしまう場合がある。また、母材が、加熱によって蒸発しやすい金属を含有する合金である場合、上記突き合わせ部および重ね合わせ部にレーザ溶接を施すと、母材からＺｎやＭｇが蒸発して、溶接部にボイドが発生する原因となることがある。この現象は、Ｚｎの組成比率が高い（約３０％）の黄銅や、少量（１％未満）のＺｎ，Ｍｇを含有するコルソン合金などで顕著に現れる。本実施形態のろう付けであれば、母材がＺｎやＭｇを含有する合金であっても、母材からのＺｎやＭｇの蒸発を抑えることができるため、強固な接合を実現しつつ、信頼性の高い筒状圧着部を形成することができる。

上述したように、本実施形態によれば、端子原板に曲げ加工を施して、突き合わせ部４７及び重ね合わせ部４８を有する圧着部用筒状体４６を成形し、該筒状体の突き合わせ部４７及び重ね合わせ部４８をろう付けして、筒状圧着部５０を形成するので、母材の溶融を最小限に抑えることができ、筒状圧着部５０にナゲットやＨＡＺが形成されにくい。したがって、導体圧着後に筒状圧着部５０に割れ等が生じることがなく、母材の機械的強度の低下や応力緩和特性の劣化を抑制して、筒状圧着部５０と電線３の密着性を向上することが可能となる。特に、母材が黄銅の場合には、ろう付け時に母材からのＺｎの蒸発を大幅に抑制することができ、信頼性の高い筒状圧着部５０を形成することができる。

なお、上記実施形態では、突き合わせ部４７及び重ね合わせ部４８の双方を有する圧着部用筒状体４６を成形し、該筒状体の突き合わせ部４７及び重ね合わせ部４８をろう付けするが、これに限らず、突き合わせ部及び重ね合わせ部のいずれか一方を有する圧着部用筒状体を成形し、当該突き合わせ部及び重ね合わせ部のいずれか一方をろう付けしてもよい。

また、上記実施形態では圧着端子１が銅又は銅合金からなるが、銅又は銅合金（端子原板）上に、Ｓｎめっき又はＳｎ合金めっきからなるめっき層が形成されてもよく、また、めっき層形成後にリフロー処理が施されてもよい。Ｓｎめっきは、例えば電気めっきや無電解めっきを用いて形成することができる。これにより、更に信頼性の高い筒状圧着部５０を形成することができる。

また、上記実施形態では、開先５３の断面形状は略二等辺三角形であるが、他の形状を有していてもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、各板状部位の両外縁部６１，６１が、所定曲率を有する曲面６１ｂ，６１ｂを有していてもよい。この場合、開先６３の断面形状は略半円である。また、図６（ｂ）に示すように、各板状部位の両外縁部７１，７１は、側面７１ａ，７１ａおよび底面７１ｂ，７１ｂを有していてもよい。この場合、開先７３の断面形状は略矩形である。上記のような形状の開先が設けられた場合でも、境界部６２や境界部７２がろう材の進入によって封止されるため、信頼性の高い筒状圧着部を形成することができる。

以上、上記実施形態に係る圧着端子の製造方法について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

以下、本発明の実施例を説明する。

（実施例）
先ず、実施例１〜３として、コルソン合金「ＦＡＳ−６８０」（古河電気工業社製）の金属条を使用し、所定の１次プレス、２次プレスを施して、厚さ0.25mmの圧着部用筒状体を形成した。１次プレスの際、繰り返し形状の構成単位となる各板状部位（端子原板）の両外縁部にＣ面取り加工を施し、板厚方向長さ0.05mm、幅方向長さ0.1mmで面取りした。そして２次プレスの際、上記両外縁部を突き合わせて圧着部用筒状体を形成し、、突き合わせ部に幅0.2mm、深さ0.05mmのＶ字型開先を形成した。そして、該筒状体の突き合わせ部を、スポット径２０μｍのファイバレーザを用いて、りん銅ろうペースト（JIS, BCuP-2)でろう付けした。ろう付けの際のレーザ条件は、加熱温度が800℃〜850℃程度となるように、実施例１〜３のレーザ出力をそれぞれ２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗとした。この突き合わせ接合では、掃引速度を１５０mm/secとした。
また、実施例４〜６として、コルソン合金「ＦＡＳ−６８０」にＳｎめっきを形成したこと以外は実施例１〜３と同様の方法にて、突き合わせ部をろう付けした。

また、実施例７として、コルソン合金「ＦＡＳ−８２０」（古河電気工業社製）の金属条を使用し、上記と同様の方法にて突き合わせ部を形成し、レーザ出力３００Ｗにて各部をろう付けした。

実施例８として、コルソン合金「ＭＡＸ３７５」（三菱マテリアル社製）の金属条を使用し、上記と同様の方法にて突き合わせ部を形成し、レーザ出力３００Ｗにて各部をろう付けした。

実施例９として、黄銅「Ｃ２６００」（JIS）の金属条を使用し、上記と同様の方法にて突き合わせ部を形成し、レーザ出力３００Ｗにて各部をろう付けした。

実施例１０として、黄銅「Ｃ２６８０」（JIS）の金属条を使用し、上記と同様の方法にて突き合わせ部を形成し、レーザ出力３００Ｗにて各部をろう付けした。
また、実施例１１〜２０として、２次プレスの際、筒状体に重ね合わせ部を形成したこと以外は、実施例１〜１０と同様の方法にて、当該重ね合わせ部をろう付けした。この重ね合わせ接合では、掃引速度９０mm/secとした。
（比較例）
比較例１として、ＦＡＳ−６８０の金属条を使用し、上記と同様の方法にて突き合わせ部を形成し、実施例１とは異なるレーザ出力５００Ｗにて、当該突き合わせ部をろう付けした。このときの掃引速度は、１５０mm/secとした。
比較例２として、ＦＡＳ−６８０の金属条を使用し、上記方法に準じて、筒状体に重ね合わせ部を形成し、実施例１とは異なるレーザ出力５００Ｗにて、各部をろう付けした。このときの掃引速度は、９０mm/secとした。

上記のように作製した実施例１〜２０および比較例１〜２について、筒状圧着部に電線圧着を行った後、ろう付け部の接合性を評価した。接合性が非常に良好である場合を「◎」、接合性が良好である場合を「○」、接合性が良好でない場合を「×」とした。結果を表１に示す。

表１の結果から、母材をコルソン合金あるいは黄銅とし、レーザ出力２００〜４００Ｗ、突き合わせ接合の場合には掃引速度１５０mm/sec、重ね合わせ接合の場合には掃引速度９０mm/secで接合し、突き合わせ部または重ね合わせ部をりん銅ろうペーストでろう付けすれば、導体圧着後に筒状圧着部に割れが生じないことが分かった。

一方、同コルソン合金で、レーザ出力５００Ｗ、突き合わせ接合の場合には掃引速度１５０mm/sec、重ね合わせ接合の場合には掃引速度９０mm/secで接合し、りん銅ろうペーストでろう付けすると、ろう付け部にボイドが発生して、導体圧着後に筒状圧着部に割れが生じた。

１ 圧着端子
２ 外部端子
３ 電線
１０ コネクタ部
２０ トランジション部
３０ 筒状圧着部
１１ 挿入口
３１ 挿入口
３２ 被覆圧着部
３３ 縮径部
３４ 導体圧着部
４１ 金属条
４２ａ，４２ｂ キャリア部
４２ｃ 送り孔
４３ コネクタ部用板状体
４４ 圧着部用板状体
４５ コネクタ部
４６ 圧着部用筒状体
４７ 突き合わせ部
４８ 重ね合わせ部
４９ 挿入口
５０ 筒状圧着部
５１，５１ 両外縁部
５１ａ，５１ａ 端面
５１ｂ，５１ｂ テーパ面
５２ 境界部
５３ 開先
５５ ろうペースト
５６ 重ね合わせ領域
６１，６１ 両外縁部
６１ｂ，６１ｂ テーパ面
６２ 境界部
６３ 開先
７１，７１ 両外縁部
７１ａ，７１ａ 側面
７１ｂ，７１ｂ 底面
７２ 境界部
７３ 開先

Claims (6)

1. 外部端子と電気的に接続されるコネクタ部と、前記コネクタ部と一体的又は別体で連結され、電線と圧着される筒状圧着部とを備える圧着端子の製造方法であって、
   端子原板に曲げ加工を施して、突き合わせ部または重ね合わせ部を有する筒状体を成形する工程と、
   前記筒状体の突き合わせ部または重ね合わせ部をろう付けして、筒状圧着部を形成する工程と、を有することを特徴とする圧着端子の製造方法。
2. 前記ろう付けにおいて、りん銅ろうにて、前記突き合わせ部または前記重ね合わせ部をろう付けする、請求項１記載の圧着端子の製造方法。
3. 前記ろう付けにおいて、軟ろうにて前記重ね合わせ部をろう付けすると共に、前記軟ろうより融点の高い硬ろうにて前記突き合わせ部をろう付けする、請求項１記載の圧着端子の製造方法。
4. 前記硬ろうがりん銅ろうである、請求項３記載の圧着端子の製造方法。
5. 前記曲げ加工の前に、前記端子原板の両外縁部を面取りする工程を更に有し、
   前記曲げ加工において、前記端子原板の両外縁部を突き合わせることで、前記突き合わせ部に開先を形成し、
   前記ろう付けにおいて、前記開先にろう材を載置して、前記突き合わせ部をろう付けする、請求項１記載の圧着端子の製造方法。
6. 前記端子原板が、黄銅又はコルソン合金からなる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧着端子の製造方法。