JP2019169364A

JP2019169364A - 端子および端子付き電線

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Publication number: JP2019169364A
Application number: JP2018056630A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　哲朗; Tetsuro Sato; 哲朗佐藤; 井上　亮; Ryo Inoue; 亮井上
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: JP7017104B2

Abstract

【課題】端子が高温環境下に曝された場合であってもアルミニウム材料からなる端子と導体との接続抵抗を低く維持する。【解決手段】電線の導体へ圧着によって接続される圧着部を有する端子であって、アルミニウム材料からなり、前記圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、端子が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、端子および端子付き電線に関する。

電線は、例えば車両などにおいて電装品間を接続するために使用される。一般に、電線と電装品との接続は、電線の端末に端子を取り付け、電線と電装品の端子同士を電気的に接続することで行われる。

電線の端末への端子の取り付けは、例えば、電線の端末から絶縁層を除去して導体を所定長さで露出させ、この露出させた導体部分に対して端子を当該端子の外側から加締めて、導体と端子とを圧着によって接続することで行われる。

近年、電線においては軽量化を目的に、導体をアルミニウム材料で形成することが検討されている。例えば、特許文献１には、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される導体に、銅または銅合金から形成される端子を接続することが開示されている。

特開２０１３−１８２８６１号公報

ところで、電線の導体に接続される端子は、電線と同様に軽量化のため、アルミニウム材料で形成することが望まれる。しかし、アルミニウム材料で形成される端子は、アルミニウム材料からなる導体と接続してから時間が経過することにより、導体との接続抵抗が増加してしまうことがあった。

本発明者の検討によれば、この接続抵抗の増加は、電線に電流が流れるときのジュール熱によって導体の温度が高温度となったり、端子の置かれる環境が高温度であったりすることで、端子が加熱され、端子と電線の導体との接触圧が低下するためと考えられた。

したがって、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、端子が高温環境下に曝された場合であってもアルミニウム材料からなる端子と導体との接続抵抗を低く維持する技術を提供することを一つの目的とする。

本発明の第１の態様によれば、
電線の導体へ圧着によって接続される圧着部を有する端子であって、
アルミニウム材料からなり、前記圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、
端子が提供される。

本発明の第２の態様によれば、
導体と前記導体の周囲を被覆する絶縁層とを含み、端部において前記導体が露出する電線と、
前記電線の端部で露出する前記導体へ圧着によって接続される圧着部を有する端子と、を備え、
前記端子がアルミニウム材料からなり、前記圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、
端子付き電線が提供される。

本発明によれば、端子が高温環境下に曝された場合であってもアルミニウム材料からなる端子と導体との接続抵抗を低く維持することができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる端子の概略構成図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる端子の製造方法の工程図である。図３は、本発明の他の実施形態にかかる端子の製造方法の工程図である。図４は、端子と電線との圧着接続を説明するための図である。

端子は、詳細を後述するように鋳造材を塑性変形させることにより形成されており、加工にともなう加工歪を内部に有している。端子を電線の導体に圧着によって接続させることで、端子と導体との間で所定の接触圧が得られる。しかし、接続してから時間が経過すると、接触圧が低下し、接続抵抗が増加することになる。接触圧の低下について本発明者が検討したところ、端子が高温環境下に曝されると、時間の経過とともに端子の加工歪が徐々に開放されて、端子と導体との間、および導体が複数の素線で構成される場合であれば複数の素線同士の間で応力緩和が生じてしまうためであることが見出された。また、端子における加工歪が大きいほど、高温環境下での応力緩和が大きくなり、接続抵抗の増加がより大きくなることが見出された。

このことから、本発明者は、端子について高温環境下での応力緩和を減らすべく、端子を形成するアルミニウム材料の組成や製造条件などを適宜変更し、検討を行った。その結果、端子をアルミニウム材料で形成したときに、電線の導体と圧着によって接続される部分（圧着部）の引張強度を８０ＭＰａ以下とすることで、端子における加工歪を低減し、高温環境下での接続抵抗の増加を抑制できることを見出した。本発明は、上記知見に基づいて成されたものである。

＜一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態にかかる端子および端子付き電線について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる端子の概略構成図である。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

［端子］
端子１は、図１に示すように、圧着部１１と外部接続部１２とを備え、これらが一体的に形成されて構成される。

圧着部１１は、電線の端末から露出する導体に接続される部分として構成されている。本実施形態では、圧着部１１は、一端が開口して他端が閉じた筒状に形成されており、一端側に向かって開口する挿入穴１３を有している。挿入穴１３の開口部の形状は、円形に限定されず、導体の断面に対応した形状とするとよい。挿入穴１３に電線の端末から露出する導体が挿入されて、圧着部１１の表面が圧縮されることで、端子１と導体とが圧着される。

外部接続部１２は、外部の接続相手側の端子やボルト等に接続される部分として構成されている。本実施形態では、外部接続部１２は、例えば、板状に形成され、外部の端子やボルト等が挿入される接続用孔１４が設けられている。なお、図１では、外部接続部１２の先端が矩形状を有する場合を示すが、外部接続部１２の先端形状は、接続相手側の形態に応じて適宜変更することができる。例えば、先端を円弧状としてもよい。

本実施形態の端子１は、アルミニウム材料から形成されており、圧着部１１が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する。当該引張強度は、好ましくは、５０ＭＰａ以上８０ＭＰａ以下である。また、端子１は、圧着部１１が１０％以上４５％以下の伸びを有する。当該伸びは、好ましくは２５％以上４５％以下である。

端子１を構成するアルミニウム材料としては、圧着部１１の引張強度が８０ＰＭａ以下となるように形成する観点から、例えば、ＦｅおよびＺｒのうちの１種以上が含有されており、残部がアルミニウム（Ａｌ）および随意成分からなる化学組成を有するものであることが好ましい。より具体的には、例えば、ＦｅおよびＺｒのうちの一種以上がＦｅ：０．０５〜１．０質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．１０質量％の含有量で含有されており、残部がＡｌおよびＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖなどの随意成分からなる化学組成を有するアルミニウム材料で端子が形成されることが好ましい。なお、随意成分の含有量としては、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｃｕ：０．０１質量％以下、Ｍｎ：０．０１質量％以下、Ｍｇ：０．０１質量％以下、Ｚｎ：０．０１質量％以下、Ｔｉ：０．０１質量％以下、Ｖ：０．０１質量％以下である。

Ｆｅは、Ａｌ合金の金属組織中に析出することでＡｌ合金の強度（例えば引張強度など）の向上に寄与する。Ｆｅの含有量は０．０５質量％〜１．０質量％である。Ｆｅの含有量が０．０５質量％以上１．０質量％以下であれば、端子１の高温環境下における接続抵抗の増加の抑制に寄与する。また、Ｆｅの含有量が上記範囲内であることにより、Ａｌ合金において強度および伸びのバランスを高い水準で得ることができる。これらの効果をより高める観点からは、Ｆｅの含有量は０．０８質量％〜０．６５質量％であることがより好ましい。

Ｚｒは、Ａｌ合金の金属組織中に析出することでＡｌ合金の耐熱性の向上に寄与する。Ｚｒの含有量は０．０１質量％〜０．１０質量％である。Ｚｒの含有量が０．０１質量％以上０．１０質量％以下であれば、端子１の高温環境下における接続抵抗の増加の抑制に寄与する。また、Ｚｒの含有量が上記範囲内であることにより、Ａｌ合金において耐熱性および伸びのバランスを高い水準で得ることができる。これらの効果をより高める観点からは、Ｚｒの含有量は０．０１質量％〜０．０３質量％であることが好ましく、０．０１５質量％〜０．０２５質量％であることがより好ましい。

随意成分であるＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＴｉおよびＶは、アルミニウム原料に由来する不可避不純物として取り込まれたり、必要に応じて適宜添加したりする金属元素である。ここで、随意成分とは、含有してもよいし含有しなくてもよい成分を示す。各金属元素は、端子１の高温環境下における接続抵抗の増加の抑制、さらにはＡｌ合金においてＡｌ相の結晶粒の粗大化を抑制し、その強度の向上に寄与する。これらの効果を高い水準で得る観点からは、Ｓｉ：０質量％〜０．１質量％、Ｃｕ：０質量％〜０．０１質量％、Ｍｎ：０質量％〜０．０１質量％、Ｍｇ：０質量％〜０．０１質量％、Ｚｎ：０質量％〜０．０１質量％、Ｔｉ：０質量％〜０．０１質量％、Ｖ：０質量％〜０．０１質量％とすることが好ましい。

端子１を形成するＡｌ合金は、端子１の高温環境下における接続抵抗の増加を抑制する観点からは、加工歪が少なく、大きな結晶粒を含む金属組織を有することが好ましい。

端子１は、２００℃で１５０時間加熱したときの抵抗増加率が１５％以下であることが好ましい。ここで、抵抗増加率は、詳細を実施例で示すように、導体の端末を端子１の挿入穴１３に挿入し、導体の圧縮率［（圧縮前の導体の断面積−圧縮後の導体の断面積）／（圧縮前の導体の断面積）×１００］が５〜５０％となるように端子１の圧着部１１を導体に圧着させて接続して端子付き電線に加工し、この端子付き電線を２００℃の環境下で１５０時間加熱して、初期状態での接続抵抗と加熱後での接続抵抗とから算出されるものである。なお、抵抗増加率の下限値は、特に限定されず、０でもよい。

［端子の製造方法］
続いて、上述した端子１の製造方法について説明する。本実施形態の端子は、鋳造工程、プレス工程、切削工程、および加熱工程の各工程を順次行うことにより製造することができる。以下、各工程について図２を用いて詳述する。図２は、本発明の一実施形態にかかる端子の製造方法の工程図を示す。図２では、端子を側面から見たときの図を左側に、端子を正面から見たときの図を右側にそれぞれ示す。

（鋳造工程）
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、上述した化学組成を有するアルミニウム材料からなる円柱形状の鋳造材２０を準備する。鋳造材２０は、例えば、所定の化学組成となるようにＡｌ原料、必要に応じて他の金属原料（例えばＦｅ原料やＺｒ原料など）を混合して溶融し、得られた溶湯を鋳造することで得られる。原料の混合方法や溶融方法は特に限定されず、従来公知の方法により行うことができる。

（押出工程）
続いて、横断面が円柱形状の鋳造材２０から、図２（ｂ）に示すように、押出機を用いた押出成形加工により、横断面が円柱形状の丸棒部材２１を得る。丸棒部材２１は、後述するプレス工程の前に伸線加工によって縮径し、所望の外径としてもよい。

（プレス工程）
続いて、図２（ｃ）に示すように、丸棒部材２１の一方の端部側を、金型を用いてプレス圧延することにより、一定の厚さを有する板状部分を形成する。そして、板状部分を、金型を用いて打ち抜き加工することにより、接続用孔１４を設け、外部接続部１２を形成する。

（切削工程）
続いて、図２（ｄ）に示すように、丸棒部材２１のもう一方の端部側に対して、例えばドリルを用いて切削加工を行うことにより、鋳造材２０に挿入穴１３を設け、圧着部１１を形成する。これにより、圧着部１１および外部接続部１２が一体的に形成された端子１が得られる。なお、圧着部１１の挿入穴１３の内周面は、切削により形成される切削面となる。

（加熱工程）
加工された端子１は、そのまま使用することもできるが、加熱処理することが好ましい。加熱処理によれば、各工程で蓄積された加工歪を取り除くことができ、端子１の高温環境下における接続抵抗の増加をより抑制することができる。また、加熱処理によれば、端子１の引張強度および伸びを所望の範囲に調整することができる。加熱処理は、端子１を高温度で加熱することが好ましく、例えば３００℃〜４００℃の温度で２時間〜２４時間、加熱することが好ましい。

以上により、本実施形態の端子１が得られる。

［端子付き電線］
続いて、上述した端子を電線と接続した端子付き電線について図４を用いて説明する。図４は、端子と電線との圧着接続を説明するための図である。

端子付き電線は、電線３０と、電線３０の端末から露出する導体３１に電気的に接続される端子１とを備えて構成される。

電線３０は、いわゆる絶縁電線として構成されており、例えば、導体３１と導体３１の周囲を被覆する絶縁層３２とを備えている。

導体３１は、電線３０の芯線を構成している。導体３１としては、金属線、もしくは複数の金属素線を撚り合わせた撚り線を用いることができる。電線３０の可とう性を高める観点からは撚り線を用いることが好ましい。導体３１を形成する金属材料としては、アルミニウム材料を用いることができる。本実施形態では、端子１との間で所望の電気特性を得る観点からは、導体３１がアルミニウム材料から形成されることが好ましい。導体３１の外径は、特に限定されない。

絶縁層３２は、絶縁材料から形成され、導体３１を被覆するように設けられている。絶縁層３２は、電線３０の長さ方向の全長にわたって設けられるが、本実施形態では、電線３０の端末から所定の長さだけ除去され、導体３１の端末の一部が露出している。

電線３０への端子１の取り付けは、例えば以下のように行うとよい。
具体的には、まず、絶縁層３２を電線３０の長さ方向の端末から所定の長さだけ取り除き、導体３１の一部を露出させる。続いて、図４に示すように、端子１における圧着部１１の挿入穴１３に電線３０における導体３１の露出した一部を挿入し、その状態で圧着部１１を圧縮する。この圧縮は、例えば圧縮工具を用いて、圧着部１１の複数箇所に所定の圧力を加えて、圧着部１１を圧縮変形（塑性変形）させることにより行う。圧縮変形させる箇所は、圧着部１１の軸方向（挿入穴１３に挿入されている導体３１の長さ方向）に対して位置をずらして（各々箇所を離間させて）複数箇所（例えば２箇所〜４箇所）を設定するとよい。また、導体３１の圧縮率は、特に限定されないが、例えば５％〜５０％とするとよい。以上により端子１を電線３０の端末に圧着接続して、端子付き電線を得ることができる。

＜本実施形態に係る効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態では、端子１をアルミニウム材料で形成するとともに、端子１の圧着部１１を引張強度が８０ＭＰａ以下となるように構成している。このような圧着部１１を備える端子１によれば、端子１に加工したときの加工歪を少なく維持し、端子１が高温環境下に曝されたときの接続抵抗の増加を抑制することができる。

（ｂ）本実施形態の端子１は、その製造過程のプレス工程にて丸棒部材２１を加熱しながらプレス圧延されることで形成されている。また、最終的に熱処理が施されている。そのため、２つの熱処理により端子１における加工歪をさらに低減することができ、端子１の抵抗増加率を１０％以下に抑制することができる。

（ｃ）また、端子１は、挿入穴１３が切削により形成され、その内周面が切削面であることが好ましい。切削によれば、寸法精度に優れた挿入穴１３を形成できるので、端子１を電線３０に圧着させて接続したときに所望の高い電気特性を得られるだけでなく、高温環境下に曝されたときの抵抗増加率を低く抑制することができる。

＜変形例＞
本実施形態における製造過程での熱処理は、以下のように変更することができる。
本実施形態では、プレス工程と、切削工程の後工程とで熱処理を施しているが、いずれか一方の熱処理を行うようにしてもよい。この場合、端子１の抵抗増加率を１５％以下に抑制することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上述の実施形態では、鋳造で得られる鋳造材から丸棒部材を形成し、丸棒部材を鍛造により端子に加工する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばアルミニウム材料からなる鋳造材をパイプ材に加工し、これを圧縮させて端子に加工してもよい。以下、図３を用いて具体的に説明する。図３は、本発明の他の実施形態にかかる端子の製造方法の工程図である。

（鋳造工程）
まず、図３（ａ）に示すように、アルミニウム材料からなる円柱形状の鋳造材２０を準備する。この鋳造材２０は、上述の実施形態と同様に作製することができる。

（押出工程）
続いて、円柱形状の鋳造材２０から、図３（ｂ）に示すように、押出機を用いた押出成形加工により、鋳造材２０よりも外径が小さい円筒状のパイプ部材２２を得る。

（パイプ圧縮工程）
続いて、図３（ｃ）に示すように、パイプ部材２２の一方の端部側を、金型を用いてプレス圧延することにより圧縮して、一定の厚さを有する板状部分を形成する。パイプ部材２２のもう一方の端部側は開口しており、挿入穴１３が形成される。これにより、電線３０の露出する導体３１を挿入する圧着部１１が形成される。なお、外部接続部１２となる圧縮により閉じた箇所は、その先端を例えば溶接などで適宜封止するとよい。

（孔形成工程）
続いて、図３（ｄ）に示すように、一端側が圧縮されて形成された板状部分を、金型を用いて打ち抜き加工することにより、接続用孔１４を設け、外部接続部１２を形成する。以上により、圧着部１１および外部接続部１２が一体的に形成された端子１が得られる。

（加熱工程）
加工された端子１は、そのまま使用することもできるが、上述した実施形態と同様に加熱処理することが好ましい。加熱処理は、端子１を高温度で長時間加熱することが好ましく、例えば３００℃〜４００℃で２時間〜２４時間、加熱することが好ましい。

他の実施形態によれば、上述した実施形態と同様の効果（ａ）〜（ｂ）が得られる。また、最終的に熱処理を施すことにより、端子１における加工歪を低減し、端子１の抵抗増加率を１５％以下とより低く抑制することができる。

次に、本発明について実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

（実施例１）
実施例１では、上述した鍛造による製造方法にて製造したアルミニウム材料からなる端子にアルミニウム材料からなる導体を圧縮することにより、実施例１の端子付き電線を得た。なお、下記表１に示すように、端子は、端子の形状に成形した後、当該端子に対して４００℃、２４時間の条件で熱処理を行った。

（実施例２）
実施例２では、上述した鍛造による製造方法にて、下記表１に示す化学組成のアルミニウム材料からなる端子を製造し、実施例１と同様に、アルミニウム材料からなる導体に圧縮することにより、実施例２の端子付き電線を作製した。なお、端子の熱処理条件は、温度を４００℃、熱処理時間を２４時間とした。

（実施例３）
実施例３は、下記表１に示すように、端子の熱処理条件として、温度を３３０℃、熱処理時間を３時間に変更した以外は、実施例２と同様に端子を製造し、端子付き電線を作製した。

（比較例１）
比較例１は、端子に熱処理を施さなかった以外は、実施例２，３と同様に端子を製造し、端子付き電線を作製した。

（比較例２）
比較例２は、端子に熱処理を施さなかった以外は、実施例１と同様に端子を製造し、端子付き電線を作製した。

各端子について、組成と熱処理条件を下記表１にまとめた。

（引張強度、伸びの測定）
実施例１〜３、比較例１〜２で得られた端子の圧着部から２ｍｍ×２ｍｍ角の棒状の試験片を切り出した。この試験片に対して、ＪＩＳＺ２２４１に準拠する方法によって引張試験を行い、引張強度および伸びを測定した。なお、引張試験は、試験速度が２ｍｍ／ｍｉｎ、標点距離が２０ｍｍで行った。

（接続抵抗の測定）
接続抵抗の測定は、実施例１〜３、比較例１〜２で得られた端子付き電線に対して、以下の方法によって試験を行い、評価した。
抵抗増加率は、初期抵抗に対する高温試験後の抵抗の値の変化率（（高温験後の抵抗の値／初期抵抗の値）×１００）である。
ここで初期抵抗の値は、製造した端子付き電線において、端子と導体の他端との間で抵抗の測定を行った。
また、高温試験は、初期抵抗の値を測定した後の端子付き電線を２００℃の温度に設定した恒温槽に配置し、大気中で１５０時間まで保持することによって行った。なお、高温試験後の抵抗の値の測定は、試料を室温まで冷却した後に、初期抵抗の値を測定するときと同様の方法で行った。
抵抗増加率が、１５％以下であるものを合格とした。

以上の結果から、実施例１〜３では、アルミニウム材料から形成される端子を、圧着部の引張強度が８０ＭＰａ以下となるように構成することで、抵抗増加率を１５％以下に抑制できることが確認された。すなわち、本発明によれば、端子が高温環境下に曝された場合であっても端子と導体との接続抵抗を低く維持することができることが確認された。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

［付記１］
本発明の一態様によれば、
電線の導体へ圧着によって接続される圧着部を有する端子であって、
アルミニウム材料からなり、前記圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、
端子が提供される。

［付記２］
付記１の端子において、好ましくは、
２００℃で１５０時間加熱したときの抵抗増加率が１５％以下である。

［付記３］
付記１又は２の端子において、好ましくは、
前記圧着部が１０％以上４５％以下の伸びを有する。

［付記４］
付記１〜３のいずれかの端子において、好ましくは、
前記アルミニウム材料は、ＦｅおよびＺｒのうちの１種以上が含有されており、残部がアルミニウムおよび随意成分からなる化学組成を有するものからなる。

［付記５］
付記４の端子において、好ましくは、
前記アルミニウム材料は、Ｆｅが０．０５〜１．０質量％で含有されている。

［付記６］
付記４の端子において、好ましくは、
前記アルミニウム材料は、Ｆｅが０．０５〜１．０質量％、Ｚｒが０．０１〜０．１０質量％で含有されている。

［付記７］
付記１〜６のいずれかの端子において、好ましくは、
前記圧着部は、一端が開口して他端が閉じた筒状であり、前記圧着部の内周面が切削面である。

［付記８］
本発明の他の態様によれば、
導体と前記導体の周囲を被覆する絶縁層とを含み、端部において前記導体が露出する電線と、
前記電線の端部で露出する前記導体へ圧着によって接続される圧着部を有する端子と、を備え、
前記端子がアルミニウム材料からなり、前記圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、
端子付き電線が提供される。

１端子
１１圧着部
１２外部接続部
１３挿入穴
１４接続用孔
２０鋳造材
２１丸棒部材
２２パイプ部材
３０電線
３１導体
３２絶縁層

Claims

電線の導体へ圧着によって接続される圧着部を有する端子であって、
アルミニウム材料からなり、前記圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、
端子。
２００℃で１５０時間加熱したときの抵抗増加率が１５％以下である、
請求項１に記載の端子。
前記アルミニウム材料は、ＦｅおよびＺｒのうちの１種以上が含有されており、残部がアルミニウムおよび随意成分からなる化学組成を有するものからなる請求項１又は２に記載の端子。
前記アルミニウム材料は、Ｆｅが０．０５〜１．０質量％で含有されている請求項３に記載の端子。
前記圧着部は、一端が開口して他端が閉じた筒状であり、前記圧着部の内周面が切削面である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の端子。
導体と前記導体の周囲を被覆する絶縁層とを含み、端部において前記導体が露出する電線と、
前記電線の端部で露出する前記導体へ圧着によって接続される圧着部を有する端子と、を備え、
前記端子がアルミニウム材料からなり、前記圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、
端子付き電線。