JP2023053682A - アルミニウム系端子 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し通電時における温度上昇量を抑制できるアルミニウム系端子を提供する。【解決手段】アルミニウム系端子は、導線と接続する導線接続部と、対向する第１主面から第２主面まで貫通する貫通穴を有し、前記第１主面および前記第２主面のうち接続部材に接触する少なくとも一方の主面の、負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐが、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下である板状接続部とを備える。【選択図】図４

Description

本開示は、アルミニウム系端子に関する。

通常、配電用電線には銅系導体および銅系端子が用いられている。近年では、軽量化の観点から、アルミニウム系導体が用いられることがある。また、アルミニウム系導体の端末接続には、アルミニウム系端子が用いられることがある。アルミニウム系導体にアルミニウム系端子を装着したアルミニウム系端子付きアルミニウム系導体ケーブルを接続部材にボルトなどで締結することによって、電気回路を作り、電流を流す。

例えば、特許文献１には、銅製の被締結部材との機械締結による電気接続に用いられる、６１０１－Ｔ６アルミニウム合金製の電気接続用部材において、被締結部材との接触面における算術平均粗さＲａと平均長さＲＳｍが２１≦ＲＳｍ－２１×ｌｎ（Ｒａ）≦３８（Ｒａは１０μｍ未満、ＲＳｍは１００μｍ未満である）を満たすことが記載されている。特許文献１では、機械締結による電気接続に用いられるアルミニウム合金製の電気接続用部材について、被締結部材との接触面における算術平均粗さＲａと平均長さＲＳｍとが所定の関係を満たすと、被締結部材との接触面における接触抵抗（接触電気抵抗）が低減される。

しかしながら、特許文献１では、被締結部材との締結後に長時間に亘って通電を繰り返す使用状況で電気接続用部材が低い接触抵抗を維持できるかどうか、さらには、このような使用状況で電気接続用部材の発熱が抑制できるかどうかについては、言及されておらず、不明である。そのため、特許文献１の電気接続用部材を端子に適用した場合、通電の繰り返しによる端子の温度変化により、端子の熱膨張による端子と接続部材との機械的なずれや端子の応力緩和などが生じ、端子と接続部材との間の接触抵抗が増大し、その結果、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。

特許第６１９３０７０号公報

本開示の目的は、繰り返し通電時における温度上昇量を抑制できるアルミニウム系端子を提供することである。

［１］ 導線と接続する導線接続部と、対向する第１主面から第２主面まで貫通する貫通穴を有し、前記第１主面および前記第２主面のうち接続部材に接触する少なくとも一方の主面の、負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐが、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下である板状接続部とを備えることを特徴とするアルミニウム系端子。
［２］ 前記接続部材に接触する前記主面にめっき層を有し、前記めっき層の負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐは、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下である、上記［１］に記載のアルミニウム系端子。
［３］ 前記めっき層は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｎｉ－ＰまたはＣｕである、上記［２］に記載のアルミニウム系端子。
［４］ 前記板状接続部を厚さ方向に圧縮したときの前記板状接続部の０．２％耐力は、３５ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下である、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載のアルミニウム系端子。
［５］ 前記貫通穴における前記導線接続部と反対側の接線に沿った前記板状接続部の断面において、前記第１主面の両端部Ａ、Ｂを直線で結んだ線分を線分ＡＢとし、前記線分ＡＢの中点を中点Ｐとし、前記線分ＡＢに対して垂直かつ前記中点Ｐを通る直線Ｌ１と前記第１主面との交点を交点Ｒとし、前記端部Ａと前記交点Ｒとを直線で結んだ線分を線分ＡＲとし、前記第２主面の両端部Ｃ、Ｄを直線で結んだ線分を線分ＣＤとし、前記線分ＣＤの中点を中点Ｑとし、前記線分ＣＤに対して垂直かつ前記中点Ｑを通る直線Ｌ２と前記第２主面との交点を交点Ｓとし、前記端部Ｃと前記交点Ｓとを直線で結んだ線分を線分ＣＳとすると、前記線分ＡＢと前記線分ＡＲとのなす角α１および前記線分ＣＤと前記線分ＣＳとのなす角α２の少なくとも一方のなす角が０．１度以上５．０度以下である、上記［１］～［４］のいずれか１つに記載のアルミニウム系端子。

本開示によれば、繰り返し通電時における温度上昇量を抑制できるアルミニウム系端子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系端子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、実施形態のアルミニウム系端子と電線とが圧着されたアルミニウム系端子付き電線の一例を示す斜視図である。 図４は、実施形態のアルミニウム系端子を構成する板状接続部の極点高さＳｘｐを説明するための概略図であり、板状接続部の主面の一例を示す断面図である。 図５は、実施形態のアルミニウム系端子を構成する板状接続部の極点高さＳｘｐを説明するための概略図であり、負荷曲線の一例を示す図である。

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、板状接続部の接続部材に接触する主面の極点高さＳｘｐを適切に制御することによって、適切に制御した極点高さＳｘｐを有する主面を接触面として接続部材に接続しても、繰り返し通電時におけるアルミニウム系端子の温度上昇量を抑制できることを見出し、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系端子は、導線と接続する導線接続部と、対向する第１主面から第２主面まで貫通する貫通穴を有し、第１主面および第２主面のうち接続部材に接触する少なくとも一方の主面の、負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐが、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下である板状接続部とを備える。

図１は、実施形態のアルミニウム系端子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、実施形態のアルミニウム系端子と電線とが圧着されたアルミニウム系端子付き電線の一例を示す斜視図である。なお、図２では、便宜上、めっき層２３を省略する。

図１に示すように、アルミニウム系端子１は、導線接続部１０と板状接続部２０とを備える。アルミニウム系端子１は、純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含むアルミニウム系材料から形成される。例えば、アルミニウム系端子１は、Ａ１０７０から形成される。

アルミニウム系端子１を構成する導線接続部１０は、図３に示すように、導線５１と接続する。導線５１は、例えば図３に示すように、少なくとも１つ以上の素線５１ａから構成される。導線５１は、図３に示すような複数の素線５１ａを撚り合わせた撚線でもよいし、複数の素線５１ａを束ねた束線でもよいし、１本の素線５１ａでもよい。導線５１および素線５１ａは、純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含むアルミニウム系材料、または純銅および銅合金を含む銅系材料から形成されることが好ましく、アルミニウム系材料から形成されることがより好ましい。

また、導線５１の外周には、絶縁被覆部５２が設けられてもよく、絶縁被覆部５２の外周には、シース５３が設けられてもよい。

図３では、導線５１、絶縁被覆部５２およびシース５３を備える電線５０の一端側において、導線５１の外周を覆う絶縁被覆部５２と絶縁被覆部５２の外周を覆うシース５３とが電線５０から剥ぎ取られて、導線５１が露出している。

図３に示すように、アルミニウム系端子１の一端側には、電線５０の一端側で露出している導線５１を挿入する管状の導線接続部１０が設けられている。導線５１がアルミニウム系端子１の導線接続部１０に挿入している状態で、アルミニウム系端子１の導線接続部１０がかしめられると、圧着部１１が形成され、アルミニウム系端子付き電線が得られる。導線接続部１０は、圧着部１１を介して導線５１に圧着され、導線５１と電気的に接続される。圧着部１１では、電線５０の導線５１がアルミニウム系端子１の導線接続部１０に圧着されている。

ここでは、導線接続部１０がクローズ型の管状形状である例について示しているが、導線接続部１０が導線５１に圧着できれば、導線接続部１０の形状は限定されるものではない。導線接続部１０は、例えばオープン型の管状形状であってもよい。

図１および図３に示すように、アルミニウム系端子１の他端側には、板状接続部２０が設けられる。板状接続部２０は、互いに対向する第１主面２１ａから第２主面２１ｂまで貫通する貫通穴２２を備える。板状接続部２０の貫通穴２２にボルトなどの締結部材（不図示）を挿通して、アルミニウム系端子１の板状接続部２０を不図示の接続部材（図示のアルミニウム系端子１ではなく、不図示の別途のアルミニウム系端子１の板状接続部２０を含む）に機械的かつ電気的に接続させる。貫通穴２２に円柱状の締結部材を挿通することから、貫通穴２２は円形状であることが好ましい。

板状接続部２０において、第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂのうち、接続部材（不図示）に接触する少なくとも一方の主面の、負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐ（以下、単に極点高さＳｘｐともいう）は、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下である。

図４は、実施形態のアルミニウム系端子を構成する板状接続部の極点高さＳｘｐを説明するための概略図であり、板状接続部の主面の一例を示す断面図である。図５は、実施形態のアルミニウム系端子を構成する板状接続部の極点高さＳｘｐを説明するための概略図であり、負荷曲線の一例を示す図である。

板状接続部２０の第２主面２１ｂを接触面として不図示の接合部材に接合したとき、繰り返し通電時におけるアルミニウム系端子１の温度上昇量の抑制と第２主面２１ｂの表面形状との関係について、本発明者らは以下のように考えている。また、便宜上、めっき層２３を省略する。

板状接続部２０の第２主面２１ｂを微視的に見ると、図４に示すように、第２主面２１ｂには微細な凹凸が存在している。アルミニウム系端子１の板状接続部２０を不図示の接続部材に接合させて電気を流す際には、板状接続部２０および接続部材の表面に存在する酸化膜を破壊して、板状接続部２０および接続部材の金属同士を接触させる必要がある。その理由は、酸化膜が絶縁もしくは非常に低い導電性を有するためである。酸化膜を破壊するには、ある程度の荷重をかけて板状接続部２０および接続部材を接触させる必要があり、酸化膜を破壊して金属同士が接触すれば、板状接続部２０および接続部材の接触抵抗が低くなり、板状接続部２０および接続部材の導通が確保される。

このような酸化膜破壊および接触抵抗について、材料の変形が影響していることが考えられ、さらに微視的に観察すると、第２主面２１ｂに存在する、接続部材と最初に接触する山の部分の変形量が関係していることがわかった。第２主面２１ｂに存在する山の部分が変形することで、酸化膜が破壊されて金属が露出し、接触抵抗が低くなり、板状接続部２０と接続部材との導通が確保される。酸化膜の変形能は金属の変形能と異なる。そのため、山の部分の変形量が大きい場合には、その変形量に応じた大きなずれが生じ、酸化膜が破壊されやすく、導通が確保されやすい一方、山の部分の変形量が小さい場合には、その変形量に応じたずれが小さいことから、酸化膜が破壊されにくく、導通しにくい。

そこで、山の部分の変形量を制御することが、酸化膜を破壊し、かつ、接触抵抗を低くする上で重要であり、山の部分の変形量を表すパラメータとして、極点高さＳｘｐを考えた。これは、山の頂点からある深さまでの距離で表される。ある深さとして、測定領域において、最も高い山の頂点からある深さｘの位置で種々の山を垂直に切断した時の断面積が全測定領域面積の１０％になる深さｘで表現できることを見出した。本実施形態では、図５に示すように、山の頂点である負荷面積率０％の高さ、および山を垂直に切断した時の断面積が全測定領域面積の１０％になる深さである負荷面積率１０％の高さの差分を極点高さＳｘｐとして規定する。

第２主面２１ｂの極点高さＳｘｐが０．３０μｍ未満であると、山の部分の変形量が不足し、接触抵抗が高くなり、繰り返し通電時における温度上昇量が大きくなる。また、第２主面２１ｂの極点高さＳｘｐが４０．００μｍより大きいと、第２主面２１ｂ側のめっきした表層においてめっきムラが発生する恐れがあり、接触抵抗が高くなり、繰り返し通電時における温度上昇量が大きくなる。さらには、摩耗粉が発生しやすく、第２主面２１ｂと接続部材との間に摩耗粉が入りこむことで接触抵抗が高くなり、繰り返し通電時における温度上昇量が大きくなる。

上記では、アルミニウム系端子１の第２主面２１ｂを不図示の接続部材に接触させて電気を流す場合について説明した。アルミニウム系端子１の第１主面２１ａが接続部材に接触する場合においては、上記第２主面２１ｂと同様に、第１主面２１ａの極点高さＳｘｐを制御すればよい。

以上から、第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂのうちで接続部材に接触する少なくとも一方の主面の極点高さＳｘｐについて、下限値は、０．３０μｍ以上であり、２．２０μｍ以上であることが好ましく、１０．００μｍ以上であることがより好ましく、上限値は４０．００μｍ以下である。さらに好ましくは、第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂの両方が上記範囲内である。

ここで、表面粗さを表す指標の代表的なものに、算術平均高さＳａがある。算術平均高さＳａは、表面の山部分と谷部分の平均で表される指標である。一方、実施形態では、接続部材と最初に接触する山の部分の変形量が接触抵抗に大きく影響していると考えられるため、算術平均高さＳａではなく、極点高さＳｘｐを採用する。一例として、タイルを張り合わせたような格子状の模様を呈している表面では、平面部の山の部分の面積が接触抵抗に大きな影響を及ぼすため、表面を極点高さＳｘｐで評価するとその山の部分が適切に表現されるが、表面を算術平均高さＳａで評価すると谷部（溝の部分）も含めた指標となってしまうことから、本実施形態で算術平均高さＳａを採用することは適切ではない。

また、板状接続部２０において、接続部材に接触する主面にめっき層２３を有し、めっき層２３の負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐは、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下であることが好ましい。

めっき層２３は、第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂのうち、接続部材に接触する主面に設けられる。第１主面２１ａや第２主面２１ｂと同様に、めっき層２３の表面にも酸化膜が形成されている。めっき層２３を接触面として不図示の接続部材に接合したとき、繰り返し通電時におけるアルミニウム系端子１の温度上昇量の抑制とめっき層２３の表面形状との関係についても、上記と同様に酸化膜を破壊して接触抵抗を低くする点で、上記の第２主面２１ｂに対する考えをめっき層２３にも適用することができる。そのため、めっき層２３の極点高さＳｘｐについて、下限値は、０．３０μｍ以上であることが好ましく、２．２０μｍ以上であることがより好ましく、１０．００μｍ以上であることがさらに好ましく、上限値は４０．００μｍ以下であることが好ましい。

上記の極点高さＳｘｐについて、まず、レーザー顕微鏡を用いて表面を観察する。観察領域に対し、極点高さの最上点、最下点をそれぞれ０％、１０％と設定して、極点高さを算出する。観察領域が重ならないように、この測定を複数回行う。そして、これら複数の極点高さの値を平均して、極点高さＳｘｐを得る。

また、めっき層２３は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｎｉ－ＰまたはＣｕであることが好ましい。Ｓｎで形成されるめっき層２３は、電気接点に一般的に使用されており、柔らかいため、酸化膜の破壊がしやすく、接触抵抗を低くできる。ＮｉまたはＮｉ－Ｐで形成されるめっき層２３は、硬い材料であるため、耐久性を向上できる。Ｃｕで形成されるめっき層２３は、Ｓｎめっき層とＮｉめっき層の中間的な特性を示し、電気抵抗率と耐久性の両方がバランスよく発揮される。このように、アルミニウム系端子１の用途に応じて、めっき層２３のめっき種を適宜選択することができる。これらのめっき種で形成されるめっき層２３と接続部材との接続において、めっき層２３の表面を微視的に見た際に、山の部分が変形して酸化膜を破壊し接触抵抗を低くすると考えられる。

また、板状接続部２０を厚さ方向に圧縮したときの板状接続部２０の０．２％耐力（以下、単に０．２％耐力ともいう。）は、３５ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下であることが好ましい。板状接続部２０の厚さ方向とは、第１主面２１ａと第２主面２１ｂとを直線で結んだ方向である。

板状接続部２０の表面に存在する山の部分の変形量は、板状接続部２０のつぶれやすさに依存する。そこで、板状接続部２０のつぶれやすさを表す指標として、板状接続部２０を厚さ方向に圧縮したときに得られる板状接続部２０の０．２％耐力を規定する。上記の０．２％耐力が３５ＭＰａ未満であると、板状接続部２０が柔らかすぎて電線施工時または施工後に変形あるいは破壊されてしまい、設計通りの施工ができない恐れがある。一方で、上記の０．２％耐力が１５０ＭＰａよりも高いと、酸化膜が破壊されにくいため、十分な導通が確保できず、繰り返し通電時における温度上昇量が大きくなる。このような点で、上記の０．２％耐力について、下限値は３５ＭＰａ以上であることが好ましく、上限値は、１５０ＭＰａ以下であることが好ましく、１３０ＭＰａ以下であることがより好ましい。

下記で詳細に説明するなす角α１およびなす角α２について、なす角α１およびなす角α２が０度である板状接続部２０の上記０．２％耐力は、板状接続部２０を切り出して得られるサンプルを板状接続部２０の厚さ方向に圧縮試験して得られる応力ひずみ曲線から、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に記載のオフセット法にて、得られる。サンプルの厚さが板状接続部２０の厚さと同じになるように、サンプルを切り出す。また、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が０度以外である板状接続部２０の上記０．２％耐力については、圧縮試験中にサンプルとの接触面積が変化してしまい正確に測定できないため、なす角α１およびなす角α２が０度である板状接続部２０の０．２％耐力を測定する。

図２は、図１のＡ－Ａ断面図であり、板状接続部２０の断面における、線分ＡＢと線分ＡＲとのなす角α１および線分ＣＤと線分ＣＳとのなす角α２を説明するための概略図である。図２に示す断面は、導線接続部１０側からみた断面であり、貫通穴２２を含まない部分の断面である。なお、図２では、便宜上、めっき層２３を省略する。

図１～２に示すように、貫通穴２２における導線接続部１０と反対側の接線に沿った板状接続部２０の断面において、第１主面２１ａの両端部Ａ、Ｂを直線で結んだ線分を線分ＡＢとし、線分ＡＢの中点を中点Ｐとし、線分ＡＢに対して垂直かつ中点Ｐを通る直線Ｌ１と第１主面２１ａとの交点を交点Ｒとし、端部Ａと交点Ｒとを直線で結んだ線分を線分ＡＲとし、第２主面２１ｂの両端部Ｃ、Ｄを直線で結んだ線分を線分ＣＤとし、線分ＣＤの中点を中点Ｑとし、線分ＣＤに対して垂直かつ中点Ｑを通る直線Ｌ２と第２主面２１ｂとの交点を交点Ｓとし、端部Ｃと交点Ｓとを直線で結んだ線分を線分ＣＳとすると、線分ＡＢと線分ＡＲとのなす角α１および線分ＣＤと線分ＣＳとのなす角α２の少なくとも一方のなす角が０．１度以上５．０度以下であることが好ましい。図２に示す線分ＡＢ、直線Ｌ１、線分ＡＲ、線分ＣＤ、直線Ｌ２、線分ＣＳは仮想線である。

ここで、板状接続部２０の第１主面２１ａを接続部材に接触させる場合、第１主面２１ａと接続部材との接触面積を小さくして単位面積当たりの荷重を大きくすると、荷重が効率的に負荷されて山の部分をより大きく変形でき、酸化膜をさらに破壊でき、接触抵抗をさらに低くできる。また、板状接続部２０の第２主面２１ｂを接続部材に接触させる場合についても、第１主面２１ａと同様に、第２主面２１ｂと接続部材との接触面積を小さくして単位面積当たりの荷重を大きくすると、荷重が効率的に負荷されて山の部分をより大きく変形でき、酸化膜をさらに破壊でき、接触抵抗をさらに低くできる。

そのため、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が０．１度以上であると、板状接続部２０における最も負荷のかかる貫通穴２２周辺部において、接続部材と接触する面積を小さくでき、接触抵抗をさらに低くできる。また、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が５．０度を超えると、板状接続部２０と接続部材との隙間が大きくなり、アルミニウム系端子１と接続部材とのボルト締結時に発生する摩耗粉や埃などが堆積する可能性がある。このような点で、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角について、下限値は、０．１度以上であることが好ましく、１．０度以上であることがより好ましく、上限値は５．０度以下であることが好ましい。さらに好ましくは、なす角α１およびなす角α２の両方が上記範囲内である。

ここで、貫通穴２２における導線接続部１０と反対側の接線とは、図１に示すように、貫通穴２２の中心からみて、導線接続部１０側の接線ではなく、導線接続部１０と反対側の接線である。そして、貫通穴２２における導線接続部１０と反対側の接線に沿った板状接続部２０の断面とは、導線接続部１０側からみた断面であり、貫通穴２２を含まない部分の断面である。

また、図２では、第１主面２１ａが凹形状である例について示しているが、第１主面２１ａは凸形状であってもよい。同様に、第２主面２１ｂが凸形状である例について示しているが、第２主面２１ｂは凹形状であってもよい。

次に、アルミニウム系端子１の製造方法について説明する。

まず、第１鍛造工程では、アルミニウム系材料で構成される丸棒の中心部を鍛造で圧縮し、導線接続部１０を成形する。

第１鍛造工程の後に実施される第１熱処理工程は、導線接続部１０と導線との圧着時の変形抵抗を低くする目的で行われる。第１熱処理工程は、特に限定はないが、３００℃～４５０℃、１時間～３時間の範囲が工業的に安定的に熱処理されるためよい。例えば、３００℃１時間の熱処理が行われる。

第１熱処理工程の後に実施される第２鍛造工程では、導線接続部１０と反対側の端部を鍛造で金型に入れて圧縮し、板状部を形成する。

第２鍛造工程の後に実施される第３鍛造工程では、板状部の主面の極点高さＳｘｐを変化させるため、金型を用いて板状部を鍛造する。板状部を挟み込むように２枚の金型を設置し、プレスして、板状部の表面状態を変化させる。こうして、板状接続部２０を形成する。金型の内面は、サンドブラスト加工が施されている。また、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が０度以外である板状接続部２０を形成する場合には、板状部の中心に向かって同心円状に湾曲できる金型を用いる。

第３鍛造工程の後に実施される打ち抜き工程では、打ち抜きによって、板状接続部２０に貫通穴２２を開ける。

打ち抜き工程の後に実施されるバリ取り工程では、打ち抜き工程で発生した貫通穴２２周辺のバリを取るため、旋盤加工にて面取りを行う。

バリ取り工程の後に実施される第２熱処理工程は、板状接続部２０におけるボルト締結時の変形量を大きくして、酸化膜を破壊しやすくする目的で行われる。第２熱処理工程は、３００℃以上６００℃以下、１時間以上３時間以内の熱処理が行われる。第２熱処理工程は、任意工程である。

板状接続部がめっき層２３を有する場合には、第２熱処理工程後にめっき工程が実施される。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、さらにその外側にＳｎ、Ｎｉ、またはＣｕめっきを施す。密着性向上のため、Ｎｉ－Ｐめっき層に隣接する外側には、薄いＣｕめっき層を施してもよい。こうして、アルミニウム系端子１が得られる。

次に、アルミニウム系端子１と電線５０とが圧着されたアルミニウム系端子付き電線１００の製造方法について説明する。

まず、コンパウンド挿入工程では、導線接続部１０と導線５１との密着性の向上のために、導線接続部１０の内側にコンパウンド材を塗布する。コンパウンド材は、主に鉱油および亜鉛粉末で構成され、導線接続部１０と導線５１とを良好に接続するために用いられる。コンパウンド材が導線接続部１０内に設けられると、アルミニウム系端子付き電線１００の良好な導電性の確保、導線接続部１０の酸化被膜および導線５１の酸化被膜の破壊、圧着部１１の防水などの役割を果たす。

コンパウンド挿入工程の後に実施される圧着工程では、導線接続部１０に導線５１を挿入し、圧着工具を用いて導線接続部１０に一方向から力をかけて、導線接続部１０と導線５１とを圧着し、圧着部１１を形成する。圧着部１１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、導線接続部１０と導線５１とを強固に接合できる。こうして、アルミニウム系端子付き電線１００が得られる。

このようなアルミニウム系端子１は、電線同士を接続する際に使用する端末接続部材に好適に用いられる。

以上説明した実施形態によれば、板状接続部の接続部材に接触する主面の極点高さＳｘｐを所定の範囲内に適切に制御することによって、板状接続部を接続部材に接続して繰り返し通電しても、アルミニウム系端子の温度上昇量を抑制することができる。そのため、繰り返し通電を行っても、発火することなく、安心かつ安全に使用することができる。

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１～３６、比較例１～８）
表１～２に示す成分のアルミニウム系材料で構成される丸棒の中心部を鍛造で圧縮し、導線接続部を成形した。

続いて、導線接続部と導線との圧着時の変形抵抗を低くするため、第１熱処理工程として、３００℃、１時間の熱処理を行った。

続いて、導線接続部と反対側の端部を鍛造で金型に入れて圧縮し、板状部を形成した。

続いて、板状部の主面の極点高さＳｘｐを表１～２の値にするため、金型を用いて板状部を鍛造した。鍛造では、板状部を挟み込むように２枚の金型を設置し、板状部をプレスして、板状部の表面状態を変化させた。こうして、板状接続部を形成した。

このときに用いた金型の内面には、サンドブラスト加工を施した。ＪＩＳ Ｒ６００１に準拠し、Ｆ２０、Ｆ４０、Ｆ６０、Ｆ８０、Ｆ１００、Ｆ２２０、Ｆ４００、Ｆ６００、Ｆ１２００の研磨粒子を使用してサンドブラスト加工を行ったが、加工面全体における極点高さＳｘｐのばらつきが大きかったため、金型との距離と研磨粒子の照射時間を通常よりも増やして、加工表面を広範囲に均等になるようにサンドブラスト加工した。なお、比較例１、３～８で用いたサンドブラスト加工をしない通常の金型では、＃４０００の研磨紙を用いて金型内面を仕上げた。また、実施例１１～１６、１９～２４、２６、２８、３０～３１、３３～３４、３６では、板状部の中心に向かって同心円状に湾曲できる金型を用い、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が０度以外である板状接続部を形成した。

続いて、板状接続部に貫通穴を開けた後、旋盤加工によって面取りを行った。

続いて、実施例９～１０、１６、１８では、板状接続部におけるボルト締結時の変形量を大きくして、酸化膜を破壊しやすくするため、第２熱処理工程として、大気加熱炉内で、表１に示す条件で熱処理を行った。

続いて、実施例２０～３６、比較例５～８では、厚さ５μｍで表２に示すめっき層を板状接続部に形成した。

こうして、アルミニウム系端子を得た。

続いて、導線接続部の内側にコンパウンド材（コンパウンドＡ、古河パワーシステムズ（株）社製）を塗布した。続いて、導線接続部にアルミニウム系導線を挿入し、圧着工具を用いて導線接続部に一方向から力をかけて、導線接続部とアルミニウム系導線とを圧着し、圧着部を形成した。こうして、アルミニウム系端子付きアルミニウム系電線を得た。

［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系端子付きアルミニウム系電線について、下記の測定および評価を行った。結果を表１～２に示す。

［１］ 極点高さＳｘｐ
レーザー顕微鏡（ＶＫ－Ｘ１０００、キーエンス製）を用いて、接続部材に接触する第２主面について、２１０μｍ×２８０μｍの観察領域で、表面を観察した。観察した領域に対し、極点高さの最上点、最下点をそれぞれ０％、１０％と設定して、極点高さを算出した。観察領域が重ならないように、この測定を３回（ｎ＝３）行い、ｎ３の平均を算出した。

［２］ ０．２％耐力
板状接続部から幅１０ｍｍ奥行１０ｍｍの直方体状のサンプルを切り出し、島津製作所製のオートグラフＡＧ－１００ＫＮＤ型を用いてサンプルの厚さ方向の圧縮試験を２回（ｎ＝２）行った。圧縮試験で得られた応力ひずみ曲線から、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に記載のオフセット法にて０．２％耐力を求め、ｎ２の平均を算出した。サンプルの厚さは板状接続部の厚さと同じ８．３ｍｍであった。また、実施例１１～１６、１９～２４、２６、２８、３０～３１、３３～３４、３６のようになす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が０度以外である板状接続部の０．２％耐力については、なす角α１およびなす角α２が０度である板状接続部の０．２％耐力を測定した。

［３］ なす角α１およびなす角α２
板状接続部を樹脂で埋めた後、貫通穴における導線接続部と反対側の接線に沿って板状接続部を切断した。続いて、板状接続部の切断面を研磨し、研磨後の切断面を顕微鏡で観察し、なす角α１およびなす角α２を求めた。

［４］ ヒートサイクル試験
繰り返し通電時における温度上昇量の評価として、「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。各実施例または各比較例で得られた２ｍ以上の長さのアルミニウム系端子付きアルミニウム系電線を複数本用意し、端子台を介して直列にアルミニウム系端子の第２主面同士を接続し、アルミニウム系電線の温度が１０５℃になるような電流値を設定した。任意のアルミニウム系電線の中央部分の絶縁被覆部に切れ込みを入れ、アルミニウム系電線の導線に接触するように熱電対を挿入して、アルミニウム系電線の温度を測定した。また、アルミニウム系端子の板状接続部に熱電対をはんだ付けして、アルミニウム系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サイクル目の通電後１時間経過時のアルミニウム系端子の温度と比較して、５００サイクル目の通電後１時間経過時のアルミニウム系端子の温度の上昇量（℃）を測定した。アルミニウム系端子付きアルミニウム系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。めっき層を具備しないアルミニウム系端子では、温度上昇量が２０℃未満であれば温度上昇量の抑制効果があるとして、合格とした。めっき層を具備するアルミニウム系端子では、めっき工程が追加されるためコストはかかるものの、温度上昇量が８℃未満であればさらに温度上昇量の抑制効果があるとして、合格とした。

表１に示すように、実施例１～１９では、板状接続部の接続部材に接触する主面（本実施例ではすべて第２主面）の極点高さＳｘｐが０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下の範囲内にあり、ヒートサイクル試験後の温度上昇量が２０℃未満であったのに対し、比較例１～４では、板状接続部の接続部材に接触する主面（本比較例ではすべて第２主面）の極点高さＳｘｐが上記範囲外であり、ヒートサイクル試験後の温度上昇量が２０℃以上であった。また、実施例１１～１６、１９では、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が０．１度以上５．０度以下であり、ヒートサイクル試験後の温度上昇量をさらに抑制できた。また、比較例４は、最後に旋盤により板状接続部の表面にストライプ状の溝を設けた以外は比較例３と同様にアルミニウム系端子を製造し、この表面の算術平均高さＳａは７０μｍであったが、極点高さＳｘｐは溝の部分に関係ないため０．２７μｍであり、温度上昇量は２０℃以上であった。

また、表２に示すように、めっき層を備える実施例２０～３６および比較例５～８では、めっき工程が増えるため製造コストが高くなるものの、めっき層を備えない実施例に比べて、ヒートサイクル試験後の温度上昇量を低くすることができた。また、実施例２０～３６では、板状接続部の接続部材に接触する主面（第２主面）の極点高さＳｘｐが０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下の範囲内にあり、ヒートサイクル試験後の温度上昇量が８℃未満であったのに対し、比較例５～８では、板状接続部の接続部材に接触する主面（第２主面）の極点高さＳｘｐが上記範囲外であり、ヒートサイクル試験後の温度上昇量が８℃以上であった。また、実施例２０～２４、２６、２８、３０～３１、３３～３４、３６では、なす角α１およびなす角α２の少なくとも一方のなす角が０．１度以上５．０度以下であり、ヒートサイクル試験後の温度上昇量をさらに抑制できた。

１ アルミニウム系端子
１０ 導線接続部
１１ 圧着部
２０ 板状接続部
２１ａ 第１主面
２１ｂ 第２主面
２２ 貫通穴
２３ めっき層
５０ 電線
５１ 導線
５１ａ 素線
５２ 絶縁被覆部
５３ シース
１００ アルミニウム系端子付き電線

Claims (5)

1. 導線と接続する導線接続部と、
   対向する第１主面から第２主面まで貫通する貫通穴を有し、前記第１主面および前記第２主面のうち接続部材に接触する少なくとも一方の主面の、負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐが、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下である板状接続部と
   を備えることを特徴とするアルミニウム系端子。
2. 前記接続部材に接触する前記主面にめっき層を有し、
   前記めっき層の負荷面積率０％の高さおよび負荷面積率１０％の高さの差分を表す極点高さＳｘｐは、０．３０μｍ以上４０．００μｍ以下である、請求項１に記載のアルミニウム系端子。
3. 前記めっき層は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｎｉ－ＰまたはＣｕである、請求項２に記載のアルミニウム系端子。
4. 前記板状接続部を厚さ方向に圧縮したときの前記板状接続部の０．２％耐力は、３５ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム系端子。
5. 前記貫通穴における前記導線接続部と反対側の接線に沿った前記板状接続部の断面において、
   前記第１主面の両端部Ａ、Ｂを直線で結んだ線分を線分ＡＢとし、前記線分ＡＢの中点を中点Ｐとし、前記線分ＡＢに対して垂直かつ前記中点Ｐを通る直線Ｌ１と前記第１主面との交点を交点Ｒとし、前記端部Ａと前記交点Ｒとを直線で結んだ線分を線分ＡＲとし、
   前記第２主面の両端部Ｃ、Ｄを直線で結んだ線分を線分ＣＤとし、前記線分ＣＤの中点を中点Ｑとし、前記線分ＣＤに対して垂直かつ前記中点Ｑを通る直線Ｌ２と前記第２主面との交点を交点Ｓとし、前記端部Ｃと前記交点Ｓとを直線で結んだ線分を線分ＣＳとすると、
   前記線分ＡＢと前記線分ＡＲとのなす角α１および前記線分ＣＤと前記線分ＣＳとのなす角α２の少なくとも一方のなす角が０．１度以上５．０度以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム系端子。
   

Images