JP4926856B2 - 端子用銅合金条材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子・電気部品において使用されている端子を製作するための端子用銅合金条材及びその製造方法に関する。

従来、前述の端子として銅合金条材を加工して製作された様々な形状のものが広く使用されている。たとえば嵌合型端子は、嵌合凸部を備えるオス形端子と嵌合凹部を備えるメス形端子とがあり、これら嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合によって電気的に接続されるように構成されている。また、これらオス形端子やメス形端子には、電気が通電される芯線を圧着して固定する芯線圧着部をそれぞれ備えている。

芯線圧着部においては、芯線との接続信頼性を向上させるために芯線を強固に固定することが求められている。たとえば特許文献１には、芯線圧着部の一方の端部を他方の端部の外側にオーバーラップさせたものが提案されている。また、引用文献２には、芯線圧着部に金属ろう材を介在させて芯線をろう付けするものが提案されている。

また、オス形端子においては、嵌合凸部の変形を防止して嵌合凹部との嵌合を確実にするために、嵌合凸部の強度向上が求められている。たとえば特許文献３には、嵌合凸部として別体の棒材を組み付けたものが提案されている。また、引用文献４には、曲げ加工によって厚肉の嵌合凸部を形成したものが提案されている。
特開平０７−１６１３９１号公報 特開平０９−０８２４４７号公報 特許第３５１８１８０号公報 特許第３４７８０１０号公報

しかしながら、引用文献１に記載された端子では、芯線のカシメ加工が非常に複雑となり、加工のばらつきによって芯線の固定強度が変動してしまうおそれがあった。
引用文献２に記載された端子では、使用時に端子部分が高温になった場合にろう材が溶融して芯線が外れてしまうおそれがあった。また、ろう付けする際に、溶融したろう材が芯線圧着部以外の部分に滲み出してきてしまうおそれがあった。

引用文献３に記載されたオス形端子においては、嵌合凸部として別体の棒材が組み付けられているので、この棒材と端子本体との接続不良によって信頼性が低下するおそれがあった。また、加工が複雑となり、この端子の製作コストが高くなってしまうといった問題があった。
引用文献４に記載されたオス形端子においては、嵌合凸部を曲げ加工によって成形するため、加工が非常に複雑となり、加工のばらつきによって寸法精度が劣化するといった問題があった。

さらに、嵌合凹部を有するメス形端子においては、嵌合凹部を曲げ加工によって成形するため、端子用銅合金条材には良好な曲げ加工性も求められている。これは、オス形端子の芯線圧着部及び嵌合凸部以外の部分も同様である。曲げ加工性を向上させるために、銅合金条材の板厚を薄くした場合には、芯線圧着部の強度が不足し、芯線を強固に固定できなくなってしまう。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、良好な曲げ加工性を備えるとともに、芯線圧着部や嵌合凸部等を簡単にかつ高強度に成形することが可能な端子用銅合金条材及びその製造方法を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明に係る端子用銅合金条材は、端子を製作するための端子用銅合金条材であって、時効析出型銅合金で構成されるとともに、条材の長手方向に直交する断面において、板厚の厚い厚板部と、この厚板部よりも板厚の薄い薄板部とを備えており、前記厚板部の引張強度ＴＳ１と前記薄板部の引張強度ＴＳ２との比ＴＳ１／ＴＳ２が、１＜ＴＳ１／ＴＳ２≦１．４の範囲となるように設定され、前記厚板部のビッカース硬さＨｖ１と前記薄板部のビッカース硬さＨｖ２との比Ｈｖ１／Ｈｖ２が、１＜Ｈｖ１／Ｈｖ２≦１．３の範囲となるように設定され、前記厚板部のばね限界値Ｋｂ１と前記薄板部のＫｂ２との比Ｋｂ１／Ｋｂ２が、１＜Ｋｂ１／Ｋｂ２≦１．５の範囲となるように設定され、前記厚板部の板厚ｔ１と前記薄板部の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２が、１．１≦ｔ１／ｔ２≦６の範囲となるように設定されていることを特徴としている。

本発明に係る端子用銅合金条材によれば、条材の長手方向に直交する断面において厚板部と薄板部とを備えているので、厚板部によって芯線圧着部を成形することで芯線を強固に固定することが可能な端子を製作することができる。また、厚板部でオス形端子の嵌合凸部を成形することで、寸法精度が良いオス形端子を効率良く製作することができる。一方、薄板部は曲げ加工性が良好であるため、メス形端子の嵌合凹部等を寸法精度良く成形することができる。

また、前記厚板部の引張強度ＴＳ１と前記薄板部の引張強度ＴＳ２との比ＴＳ１／ＴＳ２が、１＜ＴＳ１／ＴＳ２≦１．４の範囲となるように設定されているので、厚板部の強度がさらに高く設定され、芯線を強固に固定することができる。これにより、芯線と端子との密着力が高められ、圧着部分の接触抵抗が低く安定することになり、大電流を通電した場合の自己発熱を抑えることが可能となる。

ここで、前記厚板部のビッカース硬さＨｖ１と前記薄板部のビッカース硬さＨｖ２との比Ｈｖ１／Ｈｖ２を、１＜Ｈｖ１／Ｈｖ２≦１．３の範囲となるように設定され、また、前記厚板部のばね限界値Ｋｂ１と前記薄板部のＫｂ２との比Ｋｂ１／Ｋｂ２を、１＜Ｋｂ１／Ｋｂ２≦１．５の範囲となるように設定されている。
このため、厚板部によって芯線圧着部を成形することで芯線をさらに強固に固定することが可能な端子を製作することができる。

さらに、前記厚板部の板厚ｔ１と前記薄板部の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２を、１．１≦ｔ１／ｔ２≦６の範囲となるように設定されている。
このため、薄板部の曲げ加工性を確保できるとともに、厚板部の強度向上を図ることができる。

ここで、前記時効析出型銅合金を、Ｎｉ；０．５〜３．０ｗｔ％，Ｓｉ；０．０８〜０．８ｗｔ％、Ｓｎ；０．１〜０．９ｗｔ％、Ｚｎ；０．１〜３．０ｗｔ％を含有する銅合金としてもよい。
また、前記時効析出型銅合金を、Ｃｒ；０．０５〜０．４ｗｔ％，Ｚｒ；０．００５〜０．５ｗｔ％、Ｓｉ；０．００５〜０．１ｗｔ％を含有する銅合金としてもよい。
これらの場合には、強度、曲げ加工性、導電性のバランスに優れた端子を製作することができる。

また、本発明に係る端子用銅合金条材の製造方法は、断面矩形状の鋳塊に圧延工程を施した後に、溶体化処理工程を施し、次いで、前記厚板部と前記薄板部とを形成する異形加工工程の後に、時効処理工程を有することを特徴としている。
このような構成とされた本発明に係る端子用銅合金条材の製造方法によれば、断面矩形状の鋳塊に圧延工程を施した後に、溶体化処理工程を施し、次いで、厚板部と薄板部とを形成した後に時効処理を施すことで、厚板部及び薄板部の引張強度、ビッカース硬さ、ばね限界値等の特性を前述のように設定することが可能となる。

本発明によれば、曲げ加工性に優れた部分と強度が向上された部分とを備え、端子を製作するのに適した端子用銅合金条材及びその製造方法を提供することができる。

以下に、本発明の一実施形態である端子用銅合金条材について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態である端子用銅合金条材１０は、たとえばＮｉ；０．５〜３．０ｗｔ％，Ｓｉ；０．０８〜０．８ｗｔ％、Ｓｎ；０．１〜０．９ｗｔ％、Ｚｎ；０．１〜３．０ｗｔ％を含有する時効析出型銅合金で構成されており、端子用銅合金条材１０の長手方向に直交する断面において、板厚の厚い厚板部１１と、この厚板部１１よりも板厚の薄い薄板部１２とを備えている。本実施形態では、図１に示すように、端子用銅合金条材１０の幅方向中央部分に厚板部１１が設けられている。

ここで、厚板部１１の板厚ｔ１と薄板部１２の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２は、１．１≦ｔ１／ｔ２≦６の範囲となるように設定されている。なお、具体的には、厚板部１１の板厚ｔ１が０．６２ｍｍ、薄板部１２の板厚ｔ２が０．２ｍｍとされており、板厚比ｔ１／ｔ２は３．１に設定されている。

薄板部１２は、その引張強度ＴＳ２が６００〜７００Ｎ／ｍｍ^２に設定されている。これに対して、厚板部１１の引張強度ＴＳ１は、薄板部１２の引張強度ＴＳ２よりも高く設定されており、引張強度の比ＴＳ１／ＴＳ２が、１＜ＴＳ１／ＴＳ２≦１．４の範囲となるように設定されている。

また、薄板部１２のビッカース硬さＨｖ２は１６５〜２３０に設定されている。これに対して、厚板部１１のビッカース硬度Ｈｖ１は、薄板部１２のビッカース硬さＨｖ２よりも硬く設定され、ビッカース硬度の比Ｈｖ１／Ｈｖ２が、１＜Ｈｖ１／Ｈｖ２≦１．３の範囲となるように設定されている。

さらに、薄板部１２のばね限界値Ｋｂ２は４４０Ｎ／ｍｍ^２以上となるように設定されている。これに対して、厚板部１１のばね限界値Ｋｂ１は、薄板部１２のばね限界値Ｋｂ２よりも高く設定され、ばね限界値の比Ｋｂ１／Ｋｂ２が、１＜Ｋｂ１／Ｋｂ２≦１．５の範囲となるように設定されている。

次に、この端子用銅合金条材１０の製造方法について説明する。
まず、原料を溶解炉にて溶解して前記成分の銅溶湯を得るとともに、この銅溶湯を鋳造して断面矩形状の鋳塊を作製する（鋳造工程）。この鋳塊を熱間圧延と冷間圧延により、板厚１〜２ｍｍとする（圧延工程）。その後、７００℃〜９５０℃に加熱・急冷して合金元素を溶体化する（溶体化処理工程）。

次に、金型を用いた圧延を施すことにより、長手方向の断面において板厚が互いに異なる厚板部１１と薄板部１２とを形成する（異形加工工程）。
そして、この異形加工工程によって厚板部１１と薄板部１２とを形成した後に、３００ 〜５００℃×３〜５時間で時効焼鈍を行い、溶体化した合金元素を析出させて引張強度ＴＳ、ビッカース硬さＨｖ、ばね限界値Ｋｂ等の特性を調整する（時効処理工程）。ここで、板厚が異なる状態で同じ条件で時効処理されるため、厚板部１１と薄板部１２とでは析出の状態が異なることになり、前述したように引張強度、ビッカース硬さ、ばね限界値に差が生じることになる。

その後、仕上圧延によって板厚を最終的に調整するとともに２５０〜４５０℃の低温焼鈍を行うことで、本実施形態の厚板部１１と薄板部１２とを備えた端子用銅合金条材１０が製造される。

本実施形態である端子用銅合金条材１０は、芯線Ｗを圧着して固定する芯線圧着部を備えた端子に加工される。図２及び図３にメス形端子の一例を示す。

図２に示すメス形端子１５は、その先端側（図２において左下側）に嵌合凹部１６が設けられ、後端側（図２において右上側）に芯線圧着部１７が設けられている。このメス形端子１５は、端子用銅合金条材１０の厚板部１１が芯線圧着部１７となるように、かつ、薄板部１２が嵌合凹部１６となるようにして製作されており、嵌合凹部１６部分の厚さが０．２ｍｍとされ、芯線圧着部１７部分の厚さが０．６２ｍｍとされている。
嵌合凹部１６は、薄板部１２を曲げ加工することで成形されている。また、芯線圧着部１７では、図３に示すように、芯線Ｗを巻き込むようにして固定している。

本実施形態である端子用銅合金条材１０によれば、端子用銅合金条材１０の長手方向に直交する断面において互いに板厚のことなる厚板部１１と薄板部１２とを備えているので、厚板部１１によって芯線圧着部１７を成形することで芯線Ｗを強固に固定することが可能な端子を製作することができる。また、薄板部１２は曲げ加工性が良好であるため、メス形端子１５の嵌合凹部１６を寸法精度良く成形することができる。
ここで、芯線圧着部１７においては、図３に示すように、芯線Ｗが十分に圧縮された状態で固定されるため、芯線Ｗと芯線圧着部１７との接触抵抗を低く安定させることができる。これにより、大電流を通電した場合の自己発熱を抑えることが可能となる。

また、厚板部１１の引張強度ＴＳ１と薄板部１２の引張強度ＴＳ２との比ＴＳ１／ＴＳ２が、１＜ＴＳ１／ＴＳ２≦１．４の範囲となるように設定され、厚板部１１のビッカース硬さＨｖ１と薄板部１２のビッカース硬さＨｖ２との比Ｈｖ１／Ｈｖ２が、１＜Ｈｖ１／Ｈｖ２≦１．３の範囲となるように設定され、厚板部１１のばね限界値Ｋｂ１と薄板部１２のＫｂ２との比Ｋｂ１／Ｋｂ２が、１＜Ｋｂ１／Ｋｂ２≦１．５の範囲となるように設定されているので、厚板部１１によって芯線圧着部１７を成形することで芯線Ｗをさらに強固に固定することが可能となる。

さらに、厚板部１１の板厚ｔ１と薄板部１２の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２が１．１ ≦ｔ１／ｔ２≦６の範囲となるように設定され、本実施形態では、ｔ１／ｔ２＝３．１とされているので、薄板部１２の曲げ加工性を確保できるとともに、厚板部１１の強度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態である端子用銅合金条材について説明したが、本発明はこの記載に限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
図１に示すように厚板部を端子用銅合金条材の幅方向中央部に設けたものとして説明したが、これに限定されることはなく、端子用銅合金条材の長手方向に直交する断面において板厚が互いに異なる厚板部と薄板部を備えていればよい。端子用銅合金条材の断面形状は、この端子用銅合金条材から製作される端子の形状にあわせて適宜設定することが好ましい。

たとえば、図４に示すように厚板部２１を端子用銅合金条材２０の幅方向両端部に設けた場合には、先端側に嵌合凸部が設けられ、後端側に芯線圧着部が設けられたオス形端子を製作することができる。厚板部２１からそれぞれ嵌合凸部及び芯線圧着部を成形し、嵌合凸部と芯線圧着部との間の部分を薄板部２２で成形することにより、芯線を強固に固定できるとともに、嵌合凸部の寸法精度を向上させることができる。また、嵌合凸部を厚板部の板厚のままで成形することが可能となり、オス形端子を効率良く製作することができる。

また、時効硬化型銅合金として、Ｎｉ；０．５〜３．０ｗｔ％，Ｓｉ；０．０８〜０．８ｗｔ％、Ｓｎ；０．１〜０．９ｗｔ％、Ｚｎ；０．１〜３．０ｗｔ％を含有する銅合金を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｃｒ；０．０５〜０．４ｗｔ％，Ｚｒ；０．００５〜０．５ｗｔ％、Ｓｉ；０．００５〜０．１ｗｔ％を含有する銅合金や、その他の時効硬化型銅合金であってもよい。但し、Ｎｉ；０．５〜３．０ｗｔ％，Ｓｉ；０．０８〜０．８ｗｔ％、Ｓｎ；０．１〜０．９ｗｔ％、Ｚｎ；０．１〜３．０ｗｔ％を含有する銅合金やＣｒ；０．０５〜０．４ｗｔ％，Ｚｒ；０．００５〜０．５ｗｔ％、Ｓｉ；０．００５〜０．１ｗｔ％を含有する銅合金は、引張強度、曲げ加工性、導電率のバランスがよく、端子用銅合金条材に適している。

また、この端子用銅合金条材から嵌合型端子であるメス形端子を製作するものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他の形状の端子を製作してもよい。
さらに、溶体化処理条件、時効処理条件、低温焼鈍条件等は、例示したものに限定されることはなく、材質、要求される特性等に応じて適宜設定することができる。

以下に、厚板部及び薄板部の板厚を変更して、本発明に係る端子用銅合金条材の製造方法によって端子用銅合金条材を製造し、厚板部及び薄板部の特性評価を行った。
Ｎｉ；０．５〜３．０ｗｔ％，Ｓｉ；０．０８〜０．８ｗｔ％、Ｓｎ；０．１〜０．９ｗｔ％、Ｚｎ；０．１〜３．０ｗｔ％を含有する銅合金を用いた。異形加工を行う前の銅素材の板厚を０．９８８ｍｍとし、そのビッカース硬度を９９．９とした。
特性評価結果を表１に示す。

板厚比ｔ１／ｔ２を３．１、２．４８、２．０８、１．８５と変化させたが、いずれも引張強度比ＴＳ１／ＴＳ２、ビッカース硬さ比Ｈｖ１／Ｈｖ２、ばね限界値比Ｋｂ１／Ｋｂ２が本発明の範囲内となっている。また、板厚比ｔ１／ｔ２が大きいほど、引張強度比ＴＳ１／ＴＳ２、ビッカース硬さ比Ｈｖ１／Ｈｖ２、ばね限界値比Ｋｂ１／Ｋｂ２が大きくなることが確認される。
この特性評価結果から、本発明に係る端子用銅合金条材の製造方法によって、厚板部と薄板部との特性がそれぞれ異なる端子用銅合金条材を製造できることが確認された。

良好な曲げ加工性を備えるとともに、芯線圧着部や嵌合凸部等を簡単にかつ高強度に成形することが可能な端子用銅合金条材及びその製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態である端子用銅合金条材の断面図である。 図１に示す端子用銅合金条材を加工して製作されたメス形端子の斜視図である。 図２におけるＸ−Ｘ断面図である。 本発明の他の実施形態である端子用銅合金条材の断面図である。

符号の説明

１０、２０ 端子用銅合金条材
１１、２１ 厚板部
１２、２２ 薄板部

Claims (4)

1. 端子を製作するための端子用銅合金条材であって、
   時効析出型銅合金で構成されるとともに、
   条材の長手方向に直交する断面において、板厚の厚い厚板部と、この厚板部よりも板厚の薄い薄板部とを備えており、
   前記厚板部の引張強度ＴＳ１と前記薄板部の引張強度ＴＳ２との比ＴＳ１／ＴＳ２が、
   １＜ＴＳ１／ＴＳ２≦１．４の範囲となるように設定され、
   前記厚板部のビッカース硬さＨｖ１と前記薄板部のビッカース硬さＨｖ２との比Ｈｖ１／Ｈｖ２が、
   １＜Ｈｖ１／Ｈｖ２≦１．３の範囲となるように設定され、
   前記厚板部のばね限界値Ｋｂ１と前記薄板部のＫｂ２との比Ｋｂ１／Ｋｂ２が、
   １＜Ｋｂ１／Ｋｂ２≦１．５の範囲となるように設定され、
   前記厚板部の板厚ｔ１と前記薄板部の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２が、
   １．１≦ｔ１／ｔ２≦６の範囲となるように設定されていることを特徴とする端子用銅合金条材。
2. 請求項１に記載の端子用銅合金条材であって、
   前記時効析出型銅合金が、Ｎｉ；０．５〜３．０ｗｔ％，Ｓｉ；０．０８〜０．８ｗｔ％、Ｓｎ；０．１〜０．９ｗｔ％、Ｚｎ；０．１〜３．０ｗｔ％を含有する銅合金であることを特徴とする端子用銅合金条材。
3. 請求項１に記載の端子用銅合金条材であって、
   前記時効析出型銅合金が、Ｃｒ；０．０５〜０．４ｗｔ％，Ｚｒ；０．００５〜０．５ｗｔ％、Ｓｉ；０．００５〜０．１ｗｔ％を含有する銅合金であることを特徴とする端子用銅合金条材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の端子用銅合金条材の製造方法であって、
   断面矩形状の鋳塊に圧延工程を施した後に、溶体化処理工程を施し、次いで、前記厚板部と前記薄板部とを形成する異形加工工程の後に、時効処理工程を有することを特徴とする端子用銅合金条材の製造方法。

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