JP2022100544A - アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム圧着端子をかしめる力を小さくしても、アルミニウム電線とアルミニウム圧着端子との接続信頼性が良好であるアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を提供する。【解決手段】アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線は、アルミニウム電線の導線がアルミニウム圧着端子の管状の挿入部に圧着された導線圧着部を有するアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線であって、前記アルミニウム電線の長手方向に垂直な前記導線圧着部の横断面において、前記アルミニウム圧着端子の前記挿入部は、圧着凹部と対向する圧着凹部対向部に、前記アルミニウム電線の前記導線と接触し、平均結晶粒径が５０μｍ未満である内側領域と、前記内側領域の外側に隣接し、平均結晶粒径が５０μｍ以上である外側領域とを有する。【選択図】図２

Description

本開示は、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線に関する。

通常、配電用電線の導線には、高い導電性を有する銅や銅合金などの銅系材料が用いられている。近年では、軽量化の観点から、アルミニウムの導線（以下、アルミニウム導線ともいう）が用いられることがある。

一方で、異種金属であるアルミニウム導線と銅端子とを接続すると、通電時の温度上昇によって、導線と端子との間に熱膨張差が発生し、接続部に機械的なずれが生じることがある。接続部でずれが生じると、ずれを生じる前に大気中で自然酸化被膜を有していたアルミニウム導線の酸化被膜部分が銅端子と接触することや、ずれを生じる前に銅端子と接触していたアルミニウム導線の接続部分が銅端子から離れて非接触状態となって大気中で酸化することなどによって、接続部の電気抵抗が高くなり、さらに発熱、あるいは最悪の場合には発火事故を招く恐れがある。

このような問題を回避するため、アルミニウム導線と接続する端子には、銅端子の代わりにアルミニウム端子が用いられている。例えば、アルミニウム端子は、アルミニウム電線の導体を挿入して接続する管状の挿入部と、端子台に接続するためのボルト穴を有する平板状の羽子板部とから主に構成されている。

例えば、特許文献１には、導体および絶縁層を含み、端部において導体が露出する電線と、露出している導体と圧着接続する圧着部を有する端子と、を備え、端子がアルミニウム材料からなり、圧着部が８０ＭＰａ以下の引張強度を有する、端子付き電線が記載されている。また、特許文献２には、素線から成る導体および被覆を備える電線と、導体の端部に取り付けられた圧縮端子と、を備え、素線は、アルミニウムを主成分とする第１の材料から成り、圧縮端子のうちの少なくとも導体に接する部分は、アルミニウムを主成分とする第２の材料から成り、第１の材料は、第２の材料より引張強度が大きい、端子付電線が記載されている。

上記のように、特許文献１～２では、アルミニウム導体を挿入部に挿入し、挿入部の複数箇所に対して外側から圧力をかけ、挿入部をかしめることによって、電線と圧着端子とを接続させる。しかしながら、これらの方法では、挿入部の複数箇所に圧力を加えて、端子の挿入部と電線とを圧縮接続しているため、端子と電線との接続には大きな力が必要になる。そして、端子を圧縮するための装置が大掛かりとなり、配線スペースの限られた電線敷設現場でこれらの方法を実施するには、作業性が悪い。

特開２０１９－１６９３６４号公報 特開２０２０－２７７５８号公報

本開示の目的は、アルミニウム圧着端子をかしめる力を小さくしても、アルミニウム電線とアルミニウム圧着端子との接続信頼性が良好であるアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を提供することである。

［１］ アルミニウム電線の導線がアルミニウム圧着端子の管状の挿入部に圧着された導線圧着部を有するアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線であって、前記アルミニウム電線の長手方向に垂直な前記導線圧着部の横断面において、前記アルミニウム圧着端子の前記挿入部は、圧着凹部と対向する圧着凹部対向部に、前記アルミニウム電線の前記導線と接触し、平均結晶粒径が５０μｍ未満である内側領域と、前記内側領域の外側に隣接し、平均結晶粒径が５０μｍ以上である外側領域とを有することを特徴とするアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。
［２］ 前記横断面において、前記内側領域の厚さｈ１と前記外側領域の厚さｈ２との合計厚さ（ｈ１＋ｈ２）に対する前記内側領域の厚さｈ１の比（ｈ１／（ｈ１＋ｈ２））×１００は、７０％以下である、上記［１］に記載のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。
［３］ 前記横断面における前記内側領域のビッカース硬さの平均値は、２５以上である、上記［１］または［２］に記載のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。
［４］ 前記横断面における前記内側領域のビッカース硬さの平均値は、５０以下であり、前記横断面における前記外側領域のビッカース硬さの平均値は、２５未満である、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。

本開示によれば、アルミニウム圧着端子をかしめる力を小さくしても、アルミニウム電線とアルミニウム圧着端子との接続信頼性が良好であるアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を提供することができる。

図１は、実施形態のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線の要部構成の一例を示す斜視図である。 図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。 図３は、実施例１で製造したアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を構成する導線圧着部の横断面を観察した光学顕微鏡写真である。

以下、実施形態に基づき詳細に説明する。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム圧着端子の挿入部における内側の組織に着目することによって、アルミニウム圧着端子をかしめる力を小さくしても、アルミニウム電線とアルミニウム圧着端子との接続信頼性が良好であることを見出し、かかる知見に基づき本開示を完成させるに至った。

実施形態のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線は、アルミニウム電線の導線がアルミニウム圧着端子の管状の挿入部に圧着された導線圧着部を有するアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線であって、前記アルミニウム電線の長手方向に垂直な前記導線圧着部の横断面において、前記アルミニウム圧着端子の前記挿入部は、圧着凹部と対向する圧着凹部対向部に、前記アルミニウム電線の前記導線と接触し、平均結晶粒径が５０μｍ未満である内側領域と、前記内側領域の外側に隣接し、平均結晶粒径が５０μｍ以上である外側領域とを有する。

図１は、実施形態のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線の要部構成の一例を示す斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図１～２に示すように、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１は、導線圧着部２を有する。導線圧着部２では、アルミニウム電線１０の導線１２がアルミニウム圧着端子２０の管状の挿入部２１に圧着されている。

図１に示すように、アルミニウム電線１０は、導線１２と、導線１２の外周を覆う絶縁被覆部１３と、絶縁被覆部１３の外周を覆うシース１４とを有する。アルミニウム電線１０の一端側では、導線１２の外周を覆う絶縁被覆部１３と絶縁被覆部１３の外周を覆うシース１４とがアルミニウム電線１０から剥ぎ取られて、導線１２が露出している。

アルミニウム圧着端子２０の一端側には、アルミニウム電線１０の一端側で露出している導線１２を挿入する管状の挿入部２１が設けられている。アルミニウム電線１０の導線１２がアルミニウム圧着端子２０の挿入部２１に挿入している状態で、アルミニウム圧着端子２０の挿入部２１がかしめられると、挿入部２１は、導線１２の外周を覆うように、アルミニウム電線１０に圧着する。アルミニウム圧着端子２０の挿入部２１が導線１２に圧着すると、導線圧着部２が形成される。アルミニウム圧着端子２０は、導線圧着部２を介して、導線１２と電気的に接続される。

アルミニウム圧着端子２０の他端側には、例えば貫通穴２２ａを備える平板状の羽子板部２２が設けられている。羽子板部２２の貫通穴２２ａにボルトなどの締結部材を挿通することによって、アルミニウム圧着端子２０が不図示の端子台に電気的に接続される。

アルミニウム電線１０の導線１２は、少なくとも１つ以上の素線１１から構成される。導線１２は、図１に示すような複数の素線１１を撚り合わせた撚線でもよいし、複数の素線１１の束でもよいし、１本の素線１１でもよい。

アルミニウム電線１０の長手方向Ｌに垂直な導線１２の横断面の外径は、図１に示すような円形でもよいし、平形でもよい。また、導線１２は、圧縮されていてもよい。

導線１２について、電気抵抗を低くし、通電時の発熱を抑える観点から、アルミニウム電線１０を構成する素線１１の組成、すなわち導線１２の組成は、９９．５質量％以上、好ましくは９９．７質量％以上のＡｌ（アルミニウム）を含む。例えば、導線１２はＡ１０５０やＡ１０７０であることが好ましい。

また、導線１２の組成は、Ａｌに加えて、Ｔｉ、Ｂ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＭｇおよびＺｎからなる群より選択される１種以上の元素を含有してもよい。

Ｔｉ（チタン）およびＢ（ホウ素）からなる群より選択される１種以上の元素の合計含有量が０．００１質量％以上であると、鋳造工程で得られるアルミニウム鋳塊中の結晶粒を微細化し、その後に行われる冷間伸線時に割れや断線を抑制できる。上記元素の合計含有量が０．１００質量％以下であると、高い延性および高い導電性を維持できる。

Ｖ（バナジウム）の含有量が０．００１質量％以上であると、鋳造工程時に溶湯から不純物を容易に除去できる。Ｖの含有量が０．１００質量％以下であると、導線１２の高い延性および高い導電性を維持できる。

Ｆｅ（鉄）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｇ（マグネシウム）およびＺｎ（亜鉛）からなる群より選択される１種以上の元素の合計含有量が０．００１質量％以上であると、導線１２の引張強度および疲労強度が増加する。そのため、キャブタイヤケーブルやエレベーターケーブルのように、電線接続後にアルミニウム電線１０を屈曲させて使用しても、屈曲による導線１２の断線を抑制できる。上記元素の合計含有量が０．５００質量％未満であると、伸線加工性の低下および導電率の低下を抑制できる。

上述した成分以外の残部は不可避不純物である。不可避不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうることもあり、含有量によっては導線１２の導電率および強度を低下させる要因にもなりうるため、不可避不純物の含有量は少ないことが好ましい。不可避不純物としては、例えば、Ｌｉ（リチウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）などの元素が挙げられる。なお、上記不可避不純物の含有量の上限は、上記元素の合計で、好ましくは０．５００質量％未満である。

また、アルミニウム圧着端子２０について、電気抵抗を低くし、通電時の発熱を抑える観点から、アルミニウム圧着端子２０の組成は、９９．５質量％以上、好ましくは９９．７質量％以上のＡｌを含む。例えば、導線１２はＡ１０５０やＡ１０７０であることが好ましい。

また、アルミニウム圧着端子２０の組成は、Ａｌに加えて、Ｔｉ、Ｂ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＭｇおよびＺｎからなる群より選択される１種以上の元素を含有してもよい。

ＴｉおよびＢからなる群より選択される１種以上の元素の合計含有量が０．００１質量％以上であると、鋳造工程で得られるアルミニウム鋳塊中の結晶粒を微細化し、その後に行われる冷間伸線時に割れを抑制できる。上記元素の合計含有量が０．１００質量％以下であると、高い延性および高い導電性を維持できる。

Ｖの含有量が０．００１質量％以上であると、鋳造工程時に溶湯から不純物を容易に除去できる。Ｖの含有量が０．１００質量％以下であると、アルミニウム圧着端子２０の高い延性および高い導電性を維持できる。

Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＭｇおよびＺｎからなる群より選択される１種以上の元素の合計含有量が０．００１質量％以上であると、アルミニウム圧着端子２０の耐久強度が増加する。そのため、何回も繰り返し接続して使用され、軽量化のために小型化、薄型化したアルミニウム圧着端子２０が折れたり曲がったりすることを抑制できる。上記元素の合計含有量が０．５００質量％未満であると、導電率の低下を抑制できる。

上述した成分以外の残部は不可避不純物である。不可避不純物の含有量によってはアルミニウム圧着端子２０の導電率および強度を低下させる要因にもなりうるため、不可避不純物の含有量は少ないことが好ましい。不可避不純物としては、例えば、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｒなどの元素が挙げられる。なお、上記不可避不純物の含有量の上限は、上記元素の合計で、好ましくは０．５００質量％未満である。

図１～２に示すように、アルミニウム電線１０の長手方向Ｌに垂直な導線圧着部２の横断面において、アルミニウム圧着端子２０の挿入部２１は、圧着凹部２３と対向する圧着凹部対向部２４に、内側領域２５と外側領域２６とを有する。内側領域２５では、アルミニウム電線１０の導線１２と接触し、平均結晶粒径が５０μｍ未満である。外側領域２６では、内側領域２５の外側に隣接し、平均結晶粒径が５０μｍ以上である。

アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１では、アルミニウム電線１０の導線１２がアルミニウム圧着端子２０の挿入部２１に挿入している状態で、挿入部２１に対して一方向から力をかけて、導線１２と挿入部２１とを圧着させる。このように、挿入部２１に対して一方向から力をかけることによって形成される導線圧着部２の横断面の形状は、挿入部に対して複数方向から力をかける、いわゆる圧縮端子における導線圧着部の横断面の形状とは異なる。

上記のように、導線圧着部２は、挿入部２１に対して一方向から力をかけることによって形成される。挿入部２１が一方向からの力をかけられると、挿入部２１の一部分が窪む。導線圧着部２の横断面において、圧着凹部２３は、挿入部２１の窪んだ部分である。また、図２に示すように、圧着凹部対向部２４は、挿入部２１内の導線１２を介して圧着凹部２３と対向する部分である。

圧着凹部対向部２４では、挿入部２１の内側から外側に向かって、内側領域２５と外側領域２６とが存在する。挿入部２１の内側に存在すると共に導線１２と接触する内側領域２５の平均結晶粒径は、５０μｍ未満である。挿入部２１の外側に存在する外側領域２６の平均結晶粒径は、５０μｍ以上である。外側領域２６に比べて、内側領域２５の結晶粒径の平均値は小さい。

また、導線１２と挿入部２１とが圧着される前の挿入部２１の横断面の形状は、図２と異なり、圧着凹部２３が形成されていない。圧着される前の挿入部２１の横断面では、内側領域２５は挿入部２１の内側全周に亘って存在し、外側領域２６は挿入部２１の外側全周に亘って存在する。内側全周に亘って存在する内側領域２５と外側全周に亘って存在する外側領域２６とを有する圧着前の挿入部２１が一方向からの力を受けて導線１２と圧着されると、導線圧着部２の圧着凹部２３に比べて、圧着凹部対向部２４では、圧着される前の挿入部２１の結晶状態が維持されやすい。

このような結晶状態を有する挿入部２１を備えるアルミニウム圧着端子２０と導線１２を備えるアルミニウム電線１０との圧着機構について、本発明者らは以下のように考えている。

導線圧着部２では、アルミニウム電線１０の導線１２とアルミニウム圧着端子２０の挿入部２１は、一方向からの力によって押しつぶされた後、互いの接触圧力（接圧）によって接合されている。ここで、物の変形においては、外力を除荷すると元に戻ろうとする力（弾性変形）が働く。そして、その弾性変形の方向が導線１２と挿入部２１とで異なることにより、接圧が生じる。この接圧は、アルミニウム電線１０に通電したときの温度上昇により弱くなることがある。これは、材料を構成する原子の運動が温度上昇により活発化し、原子配列が整理されることで、弾性変形が弱くなるためであると考えられる。このような接圧の低下を応力緩和と呼ぶ。一般に、挿入部２１に与えられている加工量が大きいほど、応力緩和の変化率（応力緩和率）が大きい。

加工量とは、圧着前の導線１２や挿入部２１に負荷されている加工量と、圧着によって加えられる変形量との総和である。圧着前の導線１２に負荷されている加工量と圧着前の挿入部２１に負荷されている加工量とが異なる場合、温度上昇による応力緩和率は互いに相違する。

また、アルミニウム電線１０の通電のオン／オフによる高温状態と低温状態とを繰り返すことによって、熱膨張と熱収縮が生じ、その際に導線１２と挿入部２１との接触界面に微小なずれが生じる。ずれが生じると、ずれを生じる前に大気中で自然酸化被膜を有していた導線１２の酸化被膜部分が挿入部２１と接触することや、ずれを生じる前に挿入部２１と接触していた導線１２の接続部分が挿入部２１から離れて非接触状態となって大気中で酸化することなどによって、接続部の電気抵抗が高くなり、さらに発熱することがある。

このような熱膨張と熱収縮の際に、導線１２の応力緩和率と挿入部２１の応力緩和率とが異なると、導線１２と挿入部２１との接触界面における微小なずれの量が大きくなり、このようなずれの量はアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の温度上昇に寄与すると考えた。一方で、導線１２の応力緩和率と挿入部２１の応力緩和率とが同じあるいは近い値であると、熱膨張と熱収縮の際に、導線１２と挿入部２１との接触界面における微小なずれの量が小さくなり、接圧が維持されるため、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の温度上昇を抑制できる。そのため、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１を長時間使用しても、電気抵抗の上昇や発熱が抑えられ、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１を安定して使用することができる。一般的に、配電線用のアルミニウム電線１０の導線１２には、純アルミニウムに対して、破断強度を上げるために加工量を大きく引張強度を高めた硬材が用いられる。

こうしたことから、挿入部２１の加工量を導線１２の加工量に近づけるためには、挿入部２１の圧着時のかしめに加えて、圧着前の挿入部２１が加工された状態（強加工状態）である必要がある。具体的には、導線１２と挿入部２１との接触界面でのずれを引き起こさないように、導線１２と接触する挿入部２１の内側部分において残留ひずみが大きい状態であることが求められる。

ここで、残留ひずみとは、外力を除荷した後でも物体内に存在する応力（残留応力）により生じるひずみのことで、金属組織をミクロで見ると結晶配列の乱れが原因である。その一つの評価指標として結晶粒径の違いがあり、結晶粒が小さいほど結晶粒界が多数存在するため、材料全体として結晶配列の乱れが大きいことを意味する。

そのため、圧着前における挿入部２１の内側全周の領域で、平均結晶粒径が５０μｍ未満であると、挿入部２１の内側全周で残留ひずみが大きい状態となり、挿入部２１の内側の応力緩和率が導線１２の応力緩和率と同じあるいは近い値となる。その結果、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１を長時間使用しても、接圧が維持されるためにアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の接続信頼性が良好であり、電気抵抗の上昇や発熱が抑えられ、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１を安定して使用することができる。

そのため、内側領域２５の平均結晶粒径は５０μｍ未満とする。内側領域２５の平均結晶粒径が５０μｍ以上であると、接圧の変化が大きく、電気抵抗の上昇や発熱が大きくなってしまう可能性がある。また、内側領域２５の平均結晶粒径は、導線１２の加工量に合わせて小さいことが好ましく、具体的には、４０μｍ未満であることが好ましく、３０μｍ未満であることがさらに好ましい。

また、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との圧着では、施工現場における作業者の作業性の観点から、一方の手でアルミニウム電線１０を持ちながら、他方の手で圧着工具を持って、アルミニウム圧着端子２０の挿入部２１をかしめることが求められている。そのためには、軽い圧着工具を用いてもアルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との接続信頼性が良好であるように、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との圧着に必要な力を小さくすることが望まれている。一般に、結晶粒径と材料の硬さや強度との関係は、ホール・ペッチの式で表されており、結晶粒径が大きいほど、材料が柔らかくなる。仮に、挿入部２１の内側から外側に亘って、すなわち挿入部２１の全領域において、平均結晶粒径が５０μｍ未満であると、挿入部２１自体が硬くなり、圧着に必要な力が大きくなるため、作業性が悪い。

そのため、圧着前における挿入部２１の内側全周の領域で、平均結晶粒径が５０μｍ未満であることに加えて、圧着前における挿入部２１の外側全周の領域で、平均結晶粒径が５０μｍ以上であると、高温耐久後の温度上昇の抑制など、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の接続信頼性を向上できると共に、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との圧着に必要な力を下げることができる。そのため、外側領域２６の平均結晶粒径は５０μｍ以上とする。

また、導線圧着部２の横断面において、内側領域２５の厚さｈ１と外側領域の厚さｈ２との合計厚さ（ｈ１＋ｈ２）に対する内側領域２５の厚さｈ１の比（ｈ１／（ｈ１＋ｈ２））×１００は、好ましくは７０％以下である。内側領域２５の厚さｈ１と外側領域の厚さｈ２との合計厚さ（ｈ１＋ｈ２）は、挿入部２１の圧着凹部対向部２４における厚さｈに相当する。上記比（ｈ１／（ｈ１＋ｈ２））×１００が７０％以下であると、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との圧着に必要な力をさらに下げることができるため、作業性がさらに向上する。また、上記比（ｈ１／（ｈ１＋ｈ２））×１００が３０％以上であると、高温耐久後の温度上昇の抑制など、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の接続信頼性を向上できる。上記から、接続信頼性と圧着に必要な力の低減との両立を達成する目的で、上記比（ｈ１／（ｈ１＋ｈ２））×１００は好ましくは３０％以上７０％以下である。

ここで、圧着凹部対向部２４の厚さｈ、内側領域２５の厚さｈ１、外側領域２６の厚さｈ２の測定箇所は、以下のように特定する。図２に示すように、圧着凹部２３の両側の凸部が共に接するように直線を引く。両側の凸部の接点を両端とする線の中点Ａから、その線に垂直に圧着凹部対向部２４に向かって直線Ｓを引く。圧着凹部対向部２４の端子領域内における、直線Ｓの長さを圧着凹部対向部２４の厚さｈとする。同様に、圧着凹部対向部２４の内側領域２５における、直線Ｓの長さを内側領域２５の厚さｈ１、圧着凹部対向部２４の外側領域２６における、直線Ｓの長さを外側領域２６の厚さｈ２とする。

また、導線圧着部２の横断面における内側領域２５のビッカース硬さの平均値は、好ましくは２５以上である。上記内側領域２５のビッカース硬さの平均値が２５以上であると、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の高温耐久後の温度上昇を抑制できるため、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との接続信頼性がさらに向上する。

また、導線圧着部２の横断面における内側領域２５のビッカース硬さの平均値は、好ましくは６０以下、より好ましくは５０以下であり、かつ、導線圧着部２の横断面における外側領域２６のビッカース硬さの平均値は、好ましくは２５未満である。上記内側領域２５のビッカース硬さの平均値が６０以下であると、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との圧着に必要な力をさらに下げることができるため、作業性がさらに向上し、内側領域２５のビッカース硬さの平均値が５０以下であると、上記作業性が一層向上する。また、上記外側領域２６のビッカース硬さの平均値が２５未満であると、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との圧着に必要な力をさらに下げることができるため、作業性がさらに向上する。

また、導線圧着部２の横断面における、内側領域２５のビッカース硬さの平均値と外側領域２６のビッカース硬さの平均値との差は、好ましくは５以上、より好ましくは１０以上である。上記差が５以上であると、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の高温耐久後の温度上昇の抑制、およびアルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との圧着に必要な力の低減の効果のバランスがさらに良好である。内側領域２５のビッカース硬さおよび外側領域２６のビッカース硬さの測定箇所は、直線Ｓ上である。

次に、アルミニウム圧着端子２０の製造方法について説明する。アルミニウム圧着端子２０の製造方法では、主に、第１鍛造工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、第２鍛造工程Ｓ３、打ち抜き工程Ｓ４、およびめっき工程Ｓ５を有する。

第１鍛造工程Ｓ１では、アルミニウム丸棒軟質材の中心部を鍛造によって圧縮し、挿入部２１を成形する。成形された挿入部２１の内側では、加工されて材料の変形が著しいのに対し、挿入部２１の外側では、比較的変形が抑制される。微視的に観察すると、材料の変形とは、材料を構成する結晶粒の変形であるから、挿入部２１の内側全周に亘って、結晶粒径が小さくなる。さらに、次工程で熱処理を施したとしても、変形が抑制された領域の原子に比べて、加工によって著しく変形した領域の原子の方が熱処理時の温度によって再結晶しやすく、多数の再結晶粒が形成する。そのため、著しく変形した領域、すなわち、挿入部２１の内側において、結晶粒径が小さくなる。また、鍛造後に、挿入部の内側を切削加工して挿入部の径を拡張してもよいし、挿入部の外側を切削加工してもよい。

第１鍛造工程Ｓ１の後に実施される熱処理工程Ｓ２では、熱処理によってアルミニウム圧着端子２０の全体を軟化させて組織を均質化する効果がある。熱処理工程Ｓ２は、アルミニウム圧着端子２０の製造方法において、必須の工程ではなく、任意の工程である。

熱処理工程Ｓ２の後に実施される第２鍛造工程Ｓ３では、鍛造によって、挿入部２１と反対側の端部を圧縮し、平板状の羽子板部２２を成形する。

第２鍛造工程Ｓ３の後に実施される打ち抜き工程Ｓ４では、打ち抜きによって、羽子板部２２に貫通穴２２ａを開ける。

打ち抜き工程Ｓ４の後に実施されるめっき工程Ｓ５では、アルミニウム圧着端子２０にめっきを施す。一例として、ダブルジンケート処理にてＮｉ－Ｐめっきを施し、その上に密着性向上のためのＣｕストライクめっきを施し、最表層にはＳｎめっきを施す。他の例として、ダブルジンケート処理にてＣｕめっきを施し、最表層にはＳｎめっきを施す。ダブルジンケート処理とは、アルミニウムにめっきを施す方法であり、亜鉛を先にめっきした後に、亜鉛との置換により対象のめっきを施すものである。こうして、アルミニウム圧着端子２０が得られる。

次に、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の製造方法について説明する。アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の製造方法では、主に、コンパウンド挿入工程Ｓ１０および圧着工程Ｓ１２を有する。

コンパウンド挿入工程Ｓ１０では、導線１２と挿入部２１との密着性の向上のために、挿入部２１内にコンパウンド材を挿入する。コンパウンド材は、主に鉱油および亜鉛粉末で構成され、導線１２と挿入部２１とを良好に接続するために用いられる。コンパウンド材が挿入部２１内に設けられると、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１の良好な導電性の確保、導線１２の酸化被膜および挿入部２１の酸化被膜の破壊、導線圧着部２の防水などの役割を果たす。

コンパウンド挿入工程Ｓ１０の後に実施される圧着工程Ｓ１１では、導線１２を挿入部２１に挿入し、圧着工具を用いて挿入部２１に一方向から力をかけて、導線１２と挿入部２１とを圧着する。一方向から力をかける圧着によって、従来の圧縮より、挿入部２１の内側の結晶粒の変形が促進され、圧着凹部２３と反対側の圧着凹部対向部２４の内側領域２５において、結晶粒がさらに小さくなる。挿入部２１の窪んだ部分である圧着凹部２３の窪み量が大きいほど、換言すると圧着時の押込み力が大きいほど、内側領域２５の結晶粒が小さくなる傾向にある。導線圧着部２の横断面において、圧着凹部２３側の中点Ａと、直線Ｓと圧着凹部２３との交点との距離で表される圧着深さｄは５ｍｍ以上であることが好ましい。

このようなアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線１は、アルミニウム圧着端子２０をかしめる力を小さくしても、アルミニウム電線１０とアルミニウム圧着端子２０との良好な接続信頼性が求められている、電線端末接続や電線接続に好適に使用される。

以上説明した実施形態によれば、アルミニウム圧着端子の挿入部の組織に着目し、導線圧着部の横断面において、アルミニウム圧着端子の挿入部が平均結晶粒径５０μｍ未満である内側領域と平均結晶粒径５０μｍ以上である外側領域とを有することによって、アルミニウム圧着端子をかしめる力を小さくしても、アルミニウム電線とアルミニウム圧着端子との接続信頼性が良好である。

以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本開示の範囲内で種々に改変することができる。

次に、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１～２、４～６）
表１に示す組成で直径２４ｍｍのアルミニウム丸棒の軟質材の中心部に対して鍛造を施して挿入部を成形した。続いて、鍛造加工による変形を受けた試料の組織を均質化するため、３２５℃、２時間の熱処理を施した。続いて、挿入部と反対側の端部を予め用意した金型にセットして圧縮鍛造し、羽子板部を成形した。続いて、打ち抜き加工によって、羽子板部に貫通穴を開けた。続いて、ダブルジンケート処理によってＮｉ－Ｐめっきを施し、その上に密着性向上のためのＣｕストライクめっきを施し、最表層にはＳｎめっきを施した。続いて、導線と挿入部との密着性の向上のため、挿入部にコンパウンド材（コンパウンドA、古河パワーシステムズ（株）社製）を挿入した。続いて、表１に示す組成で約１００ｍｍ^２の導線を挿入部に挿入し、圧着工具（泉精器製作所製、ＲＥＣ－Ｌｉ２５０Ｍ）を用いて表１に示す圧着深さｄにて圧着し、導線圧着部を形成した。こうして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を得た。

（実施例３）
熱処理を施さなかったこと以外は実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（実施例７～８、実施例１０）
アルミニウム丸棒の軟質材の中心部に対して鍛造を施すときに、実施例１に比べて小さい径の挿入部を成形した後、挿入部の内側を切削加工して、挿入部における平均結晶粒径５０μｍ未満の領域および平均結晶粒径５０μｍ以上の領域の厚さの比と平均結晶粒径とが表１になるように調整したこと以外は実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（実施例９）
実施例１に比べて０．５ｍｍ太いアルミニウム丸棒の軟質材を用意し、軟質材の中心部に対して鍛造を施すときに、実施例１と同じ径の挿入部を成形した後、挿入部の外側を切削加工して、挿入部における平均結晶粒径５０μｍ未満の領域および平均結晶粒径５０μｍ以上の領域の厚さの比と平均結晶粒径とが表１になるように調整したこと以外は実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（実施例１１）
アルミニウム丸棒の軟質材の中心部に対して鍛造を施すときに、実施例１に比べて小さい径の挿入部を成形した後、挿入部の内側を切削加工して、挿入部における平均結晶粒径５０μｍ未満の領域および平均結晶粒径５０μｍ以上の領域の厚さの比と平均結晶粒径とが表１になるように調整し、熱処理を施さなかったこと以外は実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（実施例１２）
均質化の熱処理において、１００℃、２時間の熱処理を施した以外は、実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（実施例１３）
均質化の熱処理において、２００℃、２時間の熱処理を施した以外は、実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（実施例１４）
表２に示す組成で直径１９ｍｍのアルミニウム丸棒の軟質材および６０ｍｍ^２の導線を用いたこと以外は実施例５と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（実施例１５）
表３に示す組成で直径２７ｍｍのアルミニウム丸棒の軟質材および１５０ｍｍ^２の導線を用いたこと以外は実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（比較例１）
アルミニウム丸棒の軟質材の中心部に対して切削加工を施して挿入部を成形したこと以外は実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（比較例２）
表１に示す組成のアルミニウム管の軟質材を用意し、アルミニウム管の一方の端部を挿入部に利用し、挿入部と反対側の端部をプレスして羽子板部を成形したこと以外は実施例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（比較例３）
表１に示す組成で直径２４ｍｍのアルミニウム丸棒の硬質材の中心部に対して切削加工を施して挿入部を成形したこと以外は実施例３と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（比較例４）
表２に示す組成で直径１９ｍｍのアルミニウム丸棒の軟質材および６０ｍｍ^２の導線を用い、圧着深さｄを６ｍｍとしたこと以外は比較例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

（比較例５）
表３に示す組成で直径２７ｍｍのアルミニウム丸棒の軟質材および１５０ｍｍ^２の導線を用いたこと以外は比較例１と同様にして、アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を製造した。

［測定および評価］
上記実施例および比較例で得られたアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線について、下記の測定および評価を行った。結果を表１～３に示す。また、実施例１で製造したアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を構成する導線圧着部の横断面を観察した光学顕微鏡写真を図３に示す。

［１］ 平均結晶粒径
まず、得られたアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線の導線圧着部において、アルミニウム電線の長手方向に垂直な断面を切り出した。続いて、切り出した試料を樹脂で埋めて、湿式研磨およびバフ研磨によって試料表面を鏡面に仕上げた後、電解研磨およびアノーダイジング処理を行った。続いて、偏光板を挿入した光学顕微鏡を用いて、倍率１００倍で圧着凹部対向部を撮影した。

続いて、圧着凹部の両側の凸部が共に接するように直線を引いた。両側の凸部の接点を両端とする線の中点Ａから、その線に垂直に圧着凹部対向部に向かって直線Ｓを引いた。圧着凹部対向部の端子領域内における、直線Ｓの長さを圧着凹部対向部の厚さｈとした。続いて、圧着凹部対向部の厚さｈを１０等分して、それぞれの領域における直線Ｓと結晶粒界とが交わる数をカウントし、厚さｈの１０等分の長さを上記カウントした数で割って、それぞれの領域の平均結晶粒径を算出した。これらの領域のうち、５０μｍ未満の平均結晶粒径を有する領域の平均結晶粒径の合計値を、当該領域の数で割って、挿入部の内側領域の平均結晶粒径を算出した。同様に、５０μｍ以上の平均結晶粒径を有する領域の平均結晶粒径の合計値を、当該領域の数で割って、挿入部の外側領域の平均結晶粒径を算出した。

［２］ ビッカース硬さの平均値
平均結晶粒径の測定を行った試料を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠し、荷重５０ｇｆにて１５秒圧下し、圧痕の対角線の長さから硬さを換算した。この測定を３回（ｎ＝３）行い、これらの平均値をビッカース硬さの平均値として算出した。測定箇所は、直線Ｓ上であり、挿入部の端や測定済みの圧痕から圧痕の大きさ４個分以上を離した部分とした。

［３］ ヒートサイクル試験後の温度上昇量
高温耐久後の温度上昇の評価として、「ＪＩＳ Ｃ ２８１０ 屋内配線用電線コネクタ通則－分離不能形」に記載のヒートサイクル試験を参考に、ヒートサイクル試験を実施した。２ｍ以上の長さのアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線を複数本用意し、端子台を介して直列に端子同士を接続し、アルミニウム電線の温度が１０５℃になるような電流値を設定した。任意のアルミニウム電線の中央部分の絶縁被覆部に切れ込みを入れ、アルミニウム電線の導線に接触するように熱電対を挿入して、アルミニウム電線の温度を測定した。また、アルミニウム端子の羽子板部に熱電対をはんだ付けして、アルミニウム端子の温度を測定した。設定した電流値で１時間通電した後に１時間通電を停止する工程を１サイクルとし、２５サイクル後のアルミニウム端子の温度と比較して、５００サイクル後のアルミニウム端子の温度の上昇量（℃）を測定した。温度上昇量が８℃未満であれば合格とした。アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線の発熱を抑制できるという点で、温度上昇量が小さいほど良好である。

［４］ 圧着荷重
アルミニウム電線の導線とアルミニウム圧着端子の挿入部との圧着力を評価するための試験として、アルミニウム圧着端子の挿入部にアルミニウム電線の導線を挿入し、万能引張試験機（ＡＧ－１００ＫＮＤ、島津製作所製）にて圧着ダイス（オス、メス、泉精器製作所製）を万能引張試験機の治具に取付け、表１～３に記載の圧着深さｄで圧着したときに導線圧着部に負荷された荷重を求めた。圧着荷重が７５ｋＮ以下を合格とした。圧着荷重が小さいほど、実際に導線と挿入部とを圧着するときの負荷が小さく、作業性が向上するため、圧着荷重は、６５ｋＮ以下がより好ましく、５５ｋＮ以下がより好ましい。

表１～３に示すように、実施例１～１５では、導線圧着部の横断面において、アルミニウム圧着端子の挿入部は、５０μｍ未満の平均結晶粒径を有する内側領域と５０μｍ以上の平均結晶粒径を有する外側領域とを具備した。そのため、ヒートサイクル試験後の温度上昇の抑制および圧着荷重の低下がバランスよく発揮された。特に、実施例１～２、４～５、７～８、１０、１３～１５では、内側領域の厚さｈ１の比（ｈ１／（ｈ１＋ｈ２））×１００、内側領域のビッカース硬さの平均値、および外側領域のビッカース硬さの平均値が好適範囲内であったため、ヒートサイクル試験後の温度上昇の抑制および圧着荷重の低下がさらに良好であった。

一方で、比較例１～２、４～５では、アルミニウム圧着端子の挿入部は、５０μｍ未満の平均結晶粒径を有する内側領域を具備しなかったため、ヒートサイクル試験後の温度上昇量が大きかった。また、比較例３では、アルミニウム圧着端子の挿入部は、５０μｍ以上の平均結晶粒径を有する外側領域を具備しなかったため、圧着荷重が大きかった。

１ アルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線
２ 導線圧着部
１０ アルミニウム電線
１１ 素線
１２ 導線
１３ 絶縁被覆部
１４ シース
２０ アルミニウム圧着端子
２１ 挿入部
２２ 羽子板部
２２ａ 貫通穴
２３ 圧着凹部
２４ 圧着凹部対向部
２５ 内側領域
２６ 外側領域

Claims (4)

1. アルミニウム電線の導線がアルミニウム圧着端子の管状の挿入部に圧着された導線圧着部を有するアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線であって、
   前記アルミニウム電線の長手方向に垂直な前記導線圧着部の横断面において、前記アルミニウム圧着端子の前記挿入部は、圧着凹部と対向する圧着凹部対向部に、前記アルミニウム電線の前記導線と接触し、平均結晶粒径が５０μｍ未満である内側領域と、前記内側領域の外側に隣接し、平均結晶粒径が５０μｍ以上である外側領域とを有する
   ことを特徴とするアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。
2. 前記横断面において、前記内側領域の厚さｈ１と前記外側領域の厚さｈ２との合計厚さ（ｈ１＋ｈ２）に対する前記内側領域の厚さｈ１の比（ｈ１／（ｈ１＋ｈ２））×１００は、７０％以下である、請求項１に記載のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。
3. 前記横断面における前記内側領域のビッカース硬さの平均値は、２５以上である、請求項１または２に記載のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。
4. 前記横断面における前記内側領域のビッカース硬さの平均値は、５０以下であり、前記横断面における前記外側領域のビッカース硬さの平均値は、２５未満である、請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム圧着端子付きアルミニウム電線。

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