JP6053565B2 - 端子、端子材とその製造方法およびそれを用いる端子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ溶接された端子、レーザ溶接性に優れた端子材とその製造方法およびそれを用いる端子の製造方法に関する。

近年、自動車の燃費向上のために各構成部品の軽量化が求められている。そのため、自動車内のワイヤーハーネスなどに使用される電線の芯線を、銅もしくは銅合金より軽量の、アルミニウムもしくはアルミニウム合金に置き換えることが進められている。このアルミニウムもしくはアルミニウム合金電線（以下、単に「アルミニウム電線」と言う）の先端に圧着接続される端子は、通常、金属材料が使用されるので、電線の終端接続部ではこれらの接続を適切に行うことが必要となる。

一般に、機械強度やばね性などの観点から、端子は銅または銅合金製である。端子の圧着部では、電線導体のアルミニウムもしくはアルミニウム合金が露出しているため、アルミニウム電線と端子の接続部分に水分等が付着すると、アルミニウム電線のアルミニウムもしくはアルミニウム合金と端子の銅もしくは銅合金とは、異種金属間で電位差が異なるために腐食（電食）し、腐食が進行すると欠損を生じる恐れがあった。また、腐食の進行によって、電線及び端子の接続部に割れや接触不良が生じ、製品寿命が短くなっていた。
これらの問題を防止するためには、アルミニウムもしくはアルミニウム導体（以下、単に「アルミニウム導体」と言う）を外界から遮断することが望ましい。その例として、端子の圧着部全体を樹脂によりモールドする方式（例えば、特許文献１参照。）があり、腐食を確実に防止することができる。また、金属製キャップを電線導体に被せた後に圧着する手法により、アルミニウム導体を外界から遮断する技術（例えば、特許文献２参照）が開示されている。

これに対して本願出願人は、銅合金板材から打ち抜いて成形した端子基材の両端部をレーザ溶接によって突合せ溶接することにより端子の管体かしめ部を形成し、この管体かしめ部内にアルミニウム電線のアルミニウム導体を挿入した上でかしめることによって、前記導体を端子内に収納して電気的導通を取るとともに、異種金属接合である導体と管体かしめ部の接続部分が外部の水分と接触しない構造とすることを提案している。
しかし、銅や銅合金をレーザ溶接しようとする場合、銅や銅合金は、溶接用レーザ光として広く用いられている近赤外レーザ光の反射率が９０％以上と高い（レーザ光の吸収性が低い）ためにレーザ溶接の効率が悪く、溶接速度を上げることができなかった（例えば、特許文献３参照）。
この点、特許文献４には、バスバーを構成するそれぞれ銅合金製のパターン部に別体のタブ端子部を当てがって、予めタブ端子部の基材上へＳｎめっきなどの処理を施しておくことによって銅合金のレーザ光吸収率を高める方法が提案されている。

特開２０１１−２２２２４３号公報 特開２００４−２０７１７２号公報 特開２０１１−１１７０４８号公報 特開平１０−３３４９６２

特許文献１に記載された技術では、モールド部が肥大するため、コネクタハウジングのサイズを大きくする必要が生じ、結果としてコネクタが肥大してしまう。そのため、このコネクタを用いた組み電線（例えば、自動車用ワイヤハーネスなど）全体を高密小型に成形することができなかった。また、モールド成形は圧着後に個々の圧着部に対して処理することが必要であり、組み電線製造の工程数が大きく増してしまい、かつ、個々の作業が煩雑である。
また、特許文献２に記載された技術では、圧着前に個々の導体へキャップを装着する工程が煩雑である上に、また、圧着時にワイヤバレルによりキャップを破壊してしまい浸水経路が生じてしまう恐れがあった。
特許文献４では、バスバーを構成するタブ端子部の銅合金基材の表面中央部へＳｎめっきなどの処理を施しておくことが提案されているものの、端子部材、特にそのプレス打ち抜き端部にそのような処理を施すことについては何ら検討されていない。

そこで、端子の形成する銅合金材に対して、特にその管体かしめ部においてレーザ光の反射率を低くする（レーザ光の吸収性を良くする）処理を行うことで、簡便な溶接方法であるレーザ溶接によって端子の管体構造を効率よく形成する方法が求められていた。

本発明は、レーザ溶接された端子、レーザ溶接性に優れた端子材とその製造方法およびそれを用いる端子の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは前記課題に鑑み鋭意検討した結果、プレス加工によって打ち抜かれた端子材（いわゆるスケルトン）のプレス加工端面の形状に着目し、少なくともその端面とさらにはその近傍の端部にスズ（Ｓｎ）めっきを施した後に管体かしめ部形状に成形することで、当該端子材の管体かしめ部形成時におけるレーザ溶接性を著しく向上させることができることを見い出した。本発明は、この知見に基づいて完成するに至ったものである。

すなわち、上記課題は以下の手段により解決される。
（１）管体の内部空間に挿入される電線導体を圧着接合するための管体かしめ部を有する端子の展開図形状を有する、銅又は銅合金からなる端子材であって、前記端子材が管体かしめ部を形成する管展開部を有してなり、該管展開部は、前記管体かしめ部とする際に互いに突き合わされて管体のレーザ溶接部となる端面を備え、突き合わされる前記端面とその周辺部にスズめっき層を有する、端子材。
（２）前記スズめっき層のめっき厚が１〜５μｍ±０．２μｍであることを特徴とする前記（１）記載の端子材。
（３）管体の内部空間に挿入される電線導体を圧着接合するための管体かしめ部を有する端子の展開図形状を有する、銅又は銅合金からなる端子材であって、管体かしめ部を形成する管展開部を有し、該管展開部のそれぞれ端部の端面とその周辺部にスズめっき層を有してなる前記端子材の前記管展開部をそれぞれ湾曲させ、管展開部の端部の端面同士を突き合わせて管体形状に成形する工程、
この突き合わせた部分をレーザ溶接によって端子長手方向に接合し、前記管体かしめ部を形成する工程
をこの順に実施する端子の製造方法。
（４）前記スズめっき層のめっき厚が１〜５μｍ±０．２μｍであることを特徴とする前記（３）記載の端子の製造方法。
（５）銅又は銅合金板材から、管体の内部空間に挿入される電線導体を圧着接合するための管体かしめ部を有する端子の展開図形状に端子材をプレス打ち抜きすることで、前記端子材に、管体かしめ部を形成する管展開部を設ける工程、
前記管展開部の、前記管体かしめ部とする際に互いに突き合わされて管体のレーザ溶接部となる端面とその周辺部にスズめっきを施してスズめっき層を設ける工程
をこの順に有してなる、端子材の製造方法。
（６）前記スズめっき層のめっき厚が１〜５μｍ±０．２μｍであることを特徴とする前記（５）記載の端子材の製造方法。

本発明の端子によれば、前記スズ層がレーザ光の吸収性が高い（レーザ光の反射率が低い）ために効率よくレーザ溶接された溶接部を有してなり、レーザ溶接性に優れて生産性が高いことに加えて、高い接合強度を有するので、例えば自動車のワイヤハーネス用端子などとして好適である。
本発明の端子材によれば、前記スズ層がレーザ光の吸収性が高い（レーザ光の反射率が低い）ために効率よくレーザ溶接を行うことができるので、端子を簡便な方法で効率よく製造するのに好適である。
本発明の端子材の製造方法は、前記端子材を簡便な方法で効率よく製造することができる方法として好適である。
本発明の端子の製造方法は、前記端子を簡便な方法で効率よく製造することができる方法として好適である。

本発明の端子の管体かしめ部の幅方向断面を示した断面図である。 プレス打ち抜き後の端子材の管展開部の端部同士を突き合わせた状態を、その上に設けるＳｎ層とともに示した一部拡大断面図である。 本発明の端子の好ましい一実施形態を示した斜視図である。 本発明の端子の管体かしめ部の長手方向断面を示した断面図である。 本発明の端子を用いて形成される電線の終端接続構造体の一例を示した斜視図である。 本発明の端子の製造中の一状態を模式的に示した斜視図である。 板材を打抜きプレスして作製したメス端子の成形前の端子材（連鎖型）の展開した状態を示した平面図である。 端子材を加工して管体かしめ部を成形した状態を示した斜視図である。

この発明の好ましい一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す実施形態は一例であり、本発明の範囲において、種々の実施形態をとり得る。

本発明によれば、図１に断面模式図で示すとおり、端子材の管体かしめ部（後述の図３、３０）を形成する管展開部（１０１）の各々の端部（１００）（すなわち、管展開部が端子材の基材から管展開部での幅方向に張り出した端部）上にスズ層（１０２）を設けることによって、レーザ光の吸収性が向上し（レーザ光の反射率が低下されて）、レーザ溶接を効率的に行うことができる。

本発明者らは、銅又は銅合金板材からプレス加工によって打ち抜いた端子材において、その管展開部（１０１）の端部（１００）の端面の形状を検討した。その結果、図２にその一部断面模式図で示すとおり、前記端面の形状は、だれ面（１１１）、せん断面（１１２）、破断面（１１３）、バリ（１１４）の４つの領域によって構成されていることがわかった。
このように前記端面は複雑な形状を有しているが、その上にＳｎ層（１０２）を例えばスズめっきを施すことで設けることによって、図２に示したように前記端面の全体を平滑であり、かつ、レーザ光吸収性が高い状態にすることができる。そして、このように前記端面を平滑であり、かつ、レーザ光吸収性が高い状態とすることによって、レーザ光照射時にレーザ光の吸収率を高く（レーザ光の反射率を低く）することによって、効率的にレーザ溶接を行うことができる。
そして、このように管展開部端部を平滑な状態にした場合、レーザ光が効率よく当てられるために溶接性が向上することに加えて、溶接後の接合強度も増加することがわかった。

ここで、銅又は銅合金製の端子材にＳｎ層を設けると、Ｓｎはレーザ光の波長領域に対するレーザ光吸収率が高い（レーザ光反射率が低い）ため、レーザ溶接性が向上する。
その作用としては、次のように考えられる。まずＳｎ層のスズがレーザ光のエネルギーによって溶融する。ついで、溶融したスズから熱エネルギーが伝播してその直下の基材の銅（Ｃｕ）が溶融する。レーザ光照射後には前記溶融した金属銅が金属スズとともに凝固し、接合が完了する。
この際、Ｓｎ層のスズは、レーザ光の照射によって溶融して、基材の銅又は銅合金の銅（Ｃｕ）成分とＣｕ−Ｓｎ合金やＣｕ−Ｓｎ化合物を形成するなどによって、基材の溶接部に取り込まれる。なお、溶融部の外側までＳｎが付着していても良く、この場合は、Ｓｎの一部は基材中に取り込まれずに表面に残留する。

本発明においては、このように溶接しようとする部分であるプレス加工端面を含むように、前記管展開部の端部にＳｎ層を設ける。
また、めっきは、少なくともプレス打ち抜き加工した端子材の管展開部（１０１）の端面に付着していれば良いが、端子材の全面がめっきされていても良い。この内の、全面にめっきを施す場合は、プレス打ち抜き加工した端子材全体をめっき浴に浸漬してめっきを行う。一方、端面のみにめっきを施す場合は、めっきが不要な部分にマスクをしてからめっき浴に浸漬してめっきを行っても良い。
さらには、かしめ部（３０）を形成する管展開部（１０１）の端部（１００）を一旦馬蹄形状（∩状）に中間成形し、馬蹄形の両足に相当する両端部のみをめっき浴に浸漬することで、管展開部の端面とその周囲のみに部分めっきを行うことも可能である。この場合は、めっき完了後に、管展開部の端部が管状になるように再度プレス成形することになる。

ここで、Ｓｎ層の形成法には特に制限はなく、例えば、Ｓｎの電気めっき処理の他、無電解めっき法、溶融めっき法、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、化学的気相成長法、等の種々の皮膜形成技術を用いることができる。この内、操作性やコストなどの観点から、Ｓｎめっき処理を施してＳｎ層を設けることが好ましい。

以下、このＳｎの電気めっき処理によるＳｎ層形成について説明する。
Ｓｎめっき処理時の条件としては、例えば、電流密度を１〜５Ａ／ｄｍ^２にすることが好ましい。このような低い電流密度でＳｎめっきを行うことによって、前記プレス打ち抜き端面の凹凸（図２に示した、だれ面（１１１）、せん断面（１１２）、破断面（１１３）、バリ（１１４）の４つの領域）を一様に平滑な状態とすることができる。ここで、「平滑な状態」とは、例えば図２に模式的に示したように、２つの対向するＳｎめっき層（１０２）側の表面が破断面やバリによる凹凸が埋められている状態を言う。
また、スズ電気めっき処理以外の前記他の方法は、それぞれ常法の条件に従って行うことができる。
本発明においては、プレス端面の底部、つまり図２では破断面（１１３）とバリ（１１４）との境界部から、Ｓｎめっき層の表面、つまり図２では２つの対向するＳｎめっき層側の表面までのＳｎ層の厚さ、すなわち前記対向方向でのＳｎ層の厚さ（高低差）が５μｍ以下であることが好ましい。Ｓｎ層の厚さは、さらに好ましくは１〜３μｍである。
このＳｎ層は、レーザ照射によるレーザ溶接後には、レーザ溶接部（後述の図３中、符号５０）において基材の銅合金の表層に溶融されて取り込まれている。
Ｓｎめっき層の厚さが薄すぎると、レーザ光を吸収して熱に変換する量が少なくなり、溶接速度が低下する。一方、めっき層の厚さが厚すぎると、めっき層自体を溶かすエネルギーが必要となるため、レーザの出力上げる、もしくは加工時間を延ばす必要がある。その場合、スパッタが飛散する可能性が高くなり、溶接表面の凹凸が激しなり、管構造の内部を汚染してしまい電線圧着時の接触抵抗に悪影響を及ぼすことが考えられる。

本発明では、プレス加工によって銅もしくは銅合金板材もしくは条材から打ち抜かれた端子材であって、まだ、端子形状への成型加工もその後のレーザ溶接処理もされていない展開形状の端子材の所定の位置にＳｎ層を設けることに関する。そして、基材である銅もしくは銅合金材の特定の位置に対して吸収率の高い材料としてＳｎ層を配設することで、銅もしくは銅合金のレーザ溶接性を改善するものである。
ここで、Ｓｎ層は、図１や図２に示したように、対向する管展開部の端面のみ（図２に示した、だれ面（１１１）、せん断面（１１２）、破断面（１１３）、バリ（１１４）の４つの領域からなる面のみ）ではなく、その周辺部にも設けられていてもよい。あるいは、前記対向する管展開部の端面のみ（前記４つの領域からなる面のみ）に設けられていてもよい。
本発明においては、Ｓｎ層は、端子材の全体に形成させてもよい。用いられるＳｎ量に応じて製造コストが掛かる点を考慮すると、レーザ溶接に供する部分であるプレス打ち抜き端面にＳｎ層を形成させることが好ましい。例えばスズ電気めっき処理などのＳｎ層形成の作業効率などの観点からは、プレス打ち抜き端面のみにＳｎ層を設けてもよい。さらにはまた、例えば、スズ電気めっき処理の行い易さの観点から、プレス打ち抜き端面とその近傍を含めて具体的には図１に１０２として模式的に示した領域にＳｎ層を設けてもよい。いずれにしても、管体かしめ部（３０）形成部分に形成される端子材の管展開部（１０１）のそれぞれの端部（１００）の端面を含むようにＳｎ層を設ける。本発明においては、この端面にＳｎ層が設けられていればよく、その他の領域、例えば、端子材の管展開部（１０１）の全体や、ボックス部（２０）、トランジション部（４０）などを含めて端子材の全体にＳｎ層が形成されていてもよい。

本発明においては、前記プレス打ち抜き端面を平滑化するめっき処理を施した後に、仕上げめっきとして粗化めっき（ポーラスめっきともいう。代表的にはＳｎめっきである。）を施すことでさらに溶接性を向上させることができる。
ここで、粗化めっきとは、当該めっき後の表面が当該めっき前よりも粗くなるように、例えば、当該粗化めっき処理によって設けられるめっき層の表面が多数の凹部を有していてその凹部のサイズは一個当たり１０×１０^−４ｍｍ^２程度となるように、めっき処理を行うことをいう。

図３は本発明の製造方法で製造される端子の好ましい一実施形態である端子１を示している。この端子１は、雌型端子のボックス部２０と、アルミニウム電線が挿入された後、圧着によって電線と端子の基材とを接続する管体かしめ部３０を有し、これらのボックス部２０と管体かしめ部３０とを連絡するトランジション部４０を有する。さらに、端子１は管体かしめ部３０にレーザ溶接部５０（図中、斜線で示す部分）を有する。端子１は、導電性と強度を確保するために基本的に金属材料（銅合金等）の基材で作製されている。また、レーザ溶接部５０の形状は特に制限はない。レーザ溶接部５０のように管体かしめ部３０の長手方向に帯形状に形成するのが好ましい。

端子１や端子材（図５、３２ａ）を構成する基材３２の材料は、銅（タフピッチ銅や無酸素銅など）または銅合金であり、好ましくは銅合金である。

端子及び端子材に用いられる銅合金の例としては、例えば、黄銅（例えば、ＣＤＡ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）のＣ２６００、Ｃ２６８０）、りん青銅（例えば、ＣＤＡのＣ５２１０）、コルソン系銅合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−（Ｓｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃｒ）系銅合金）等が挙げられ、この内、コルソン系銅合金が好ましい。

コルソン系銅合金の例としては、これらに限定されるものではないが、例えば、古河電気工業株式会社製の銅合金ＦＡＳ−６８０、ＦＡＳ−８２０（いずれも商品名）、三菱伸銅製の銅合金ＭＡＸ−３７５、ＭＡＸ２５１（いずれも商品名）などを用いることができる。また、ＣＤＡのＣ７０２５等を用いることもできる。
前記ＦＡＳ−６８０の合金組成の一例は、スズ（Ｓｎ）を０．１５質量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．５質量％、ニッケル（Ｎｉ）を２．３質量％、シリコン（Ｓｉ）を０．５５質量％、及びマグネシウム（Ｍｇ）を０．１質量％含有し、残部が銅（Ｃｕ）及び不可避不純物である。
また、前記ＦＡＳ−８２０の合金組成の一例は、スズ（Ｓｎ）を０．１５質量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．５質量％、ニッケル（Ｎｉ）を２．３質量％、シリコン（Ｓｉ）を０．６５質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．１質量％、及びクロム（Ｃｒ）を０．１５質量％含有し、残部が銅（Ｃｕ）及び不可避不純物である。

また、他の銅合金組成の例としては、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｃｒ系銅合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｃｒ系銅合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ−Ｎｉ系銅合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｐ系銅合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｚｎ−Ｐ系銅合金などを挙げることができる。
ここで、以上に記載した必須元素以外に不可避不純物を含んでいても良いことは当然である。

端子の基材及び端子材の厚さは、０．０８〜０．６４ｍｍが好ましい。

レーザ溶接前には、端子１の少なくとも管体かしめ部３０の溶接部となる表面には、予めＳｎ層が形成されている。レーザ溶接後は、前述のとおり、該Ｓｎ層を構成する金属Ｓｎは、レーザ溶接部５０に溶融されて例えばＣｕ−Ｓｎ合金などとして取り込まれて、見かけ上はレーザ溶接部の表面から該Ｓｎ層は消失する。

雌型端子のボックス部２０は、例えば雄型端子等の挿入タブの挿入を許容するボックス部である。本発明において、このボックス部の細部の形状は特に限定されない。すなわち、本発明の端子の他の実施形態ではボックス部を有さなくてもよく、例えば、前記ボックス部に替えて雄型端子の挿入タブであっても良い。また他の形態に係る端子の端部であっても良い。本明細書では、本発明の端子を説明するために便宜的に雌型端子の例を示している。どのような接続端部を有する端子であっても、トランジション部４０を介し管体かしめ部３０を有していれば良い。また、その管体かしめ部３０に形成された溶接部５０が、管体かしめ部を構成する基材よりも軟らかいことが好ましい。

管体かしめ部３０は、端子１と電線（図示せず）とを圧着接合する部位である。その一端はアルミニウム電線等の電線あるいはその導体を挿入することができる電線挿入口（導体挿入口）３１を有し、他端はトランジション部４０に接続されている。管体かしめ部３０は、そのトランジション部４０側で、例えばプレス加工等の潰し加工によって管体かしめ部３０の対向する２つの管壁（通常は上下の管壁）を潰した上で、例えばレーザ溶接などの溶接加工によって封じることによって閉口されて、この閉口部を底部とし前記電線もしくは導体の挿入口（３１）で開口する「缶状」の構造を有している。端子１の基材（銅または銅合金など）とアルミニウム電線との接点に水分が付着すると、両金属の起電力の差からいずれかの金属（合金）が腐食してしまうので、管体かしめ部３０は外部より水分等が侵入しないように管体構造となっている。本発明の端子のかしめ部は、管体であれば腐食に対して一定の効果が得られる為、必ずしも長手方向に対して断面が円筒である必要はなく、場合によっては断面が楕円筒や矩形筒の管体であっても良い。また、断面の径が一定である必要はなく、長手方向で断面の半径が変化していても良い。
この端子１を用いれば、管体かしめ部３０が管体であることにより、アルミニウム電線と端子１の基材の接点に外部からの水分の付着がなされにくくなっている。

管体かしめ部３０では、管体かしめ部を構成する基材とアルミニウム（アルミニウム合金）電線とが機械的な圧着接合されることにより、同時に電気的な接合を確保する。かしめ接合は、基材や電線（芯線）の塑性変形によって接合が行われる。したがって、管体かしめ部３０は、かしめ接合をすることができるように肉厚を設計される必要があるが、人力加工や機械加工等で接合を自由に行うことができるので、特に限定されるものではない。

本発明の管体かしめ部３０は、板体の基材が突き合わされて構成されており、その突き合わせ部分を接合するレーザ溶接部５０を有する。すなわち、レーザ溶接部５０は、管体かしめ部３０の突き合わせ部分に沿って長手方向に連続的に設けられている。そして、トランジション部４０から電線挿入口３１にかけて直線状領域として設けられている。
またレーザ溶接部５０には、レーザ溶接前にはＳｎ層が形成されていたものであり、このＳｎ層によってレーザ溶接の際のレーザ光の吸収を高めることができる。レーザ溶接後には、前記Ｓｎ層のうち一部または全部が溶融して基材の銅（Ｃｕ）もしくは銅合金中にとりこまれていることは前述の通りである。

管体かしめ部３０の長手方向の断面図の一部を図４に示す。この図ではレーザ溶接部（焼きなまし部）５０の表記を省略した。管体かしめ部３０は、先述したとおり、好ましくは銅合金からなる基材３２により構成されている。また、管体かしめ部の内壁面３３には、電線との接触圧を保つための、電線係止溝３４ａもしくは３４ｂを有していても良い。電線の芯線であるアルミニウム及びアルミニウム合金は、銅合金と比較すると銅の酸化膜より高い絶縁性を持つ酸化膜を表面にもつため、接続に不安がある。そこで、このような溝を設けることで、溝の山によって接圧を大きくすることが行われる。図４において、電線係止溝３４ａは矩形断面の溝であり、電線係止溝３４ｂは半円形断面の溝である。このような電線係止溝は、管体かしめ部３０を形成する前に、基材そのものに加工を施しておくと設けやすい。後述するファイバレーザや機械による切削加工等で設けることができる。なお、管体かしめ部３０を形成する前に予めこのような電線係止溝を設けておくと、効率よく生産することができる。

なお、管体かしめ部には電線挿入口３１からアルミニウム電線あるいはその導体が挿入されるので、電線係止溝３４ａや３４ｂはアルミニウム芯線と接触する位置に設けられることが好ましい。アルミニウム電線は、通常アルミニウム芯線（導体）とこれを覆う絶縁被覆とからなっている。そして、電線と端子の電気的接合は、先端の絶縁被覆部を除去（皮むき）したアルミニウム芯線が端子の管体かしめ部と圧着接合されることで行われる。したがって接圧を十分に確保することが、電気的性能の維持につながるので、電線係止溝のような溝が必要となる。このような溝はセレーションとも呼ばれる。
そして、少なくとも一本以上の電線係止溝を管体かしめ部３０の内面に設けることによって、端子と電線とが確実に圧着されるので、長期信頼性により優れるものとすることができる。

図５に本発明の端子を用いた電線の終端接続構造体１０を示す。終端接続構造体１０は、本発明に従って製造する端子１と、アルミニウム電線（６０）とが接続された構造を有している。終端接続構造体１０は、端子１の管体かしめ部３０内にアルミニウム電線６０あるいはその導体を挿入し、管体かしめ部３０をかしめることで、アルミニウム電線６０が管体かしめ部３０内に圧着接合されている。圧着の様態は特に限定されないが、図５では、第一の圧着縮径部３５および第二の圧着縮径部３６からなっている。通常、圧着接合すると、管体かしめ部３０は塑性変形を起こして、元の径よりも縮径されることで、電線６０との圧着接合をなす。図５に示した例では、第一の圧着縮径部３５が、縮径率が一番高くなっている部分である。このように圧着接合を２段階の縮径で行ってもよく、３段階以上の縮径で行ってもよい。

なお、電線６０は、絶縁被覆６１と図示しないアルミニウムまたはアルミニウム合金電線の芯線とからなっている。電線６０は裸線であっても良いが、防食の観点から通常は絶縁被覆された電線を用いる。

本発明の電線の終端接続構造体は、アルミニウム系材料からなる電線と銅系材料からなる端子の基材との異種金属間腐食の防止に寄与する。また、レーザ溶接部５０及び熱溶融部は、基材よりも柔らかい焼きなまし部ともすることができるため、電線と端子の圧着箇所のスプリングバックを防ぐことができ、この点からも長期信頼性に優れる。
上記スプリングバックとは、加工部分が元の形状に戻ろうとする現象である。すなわち、電線（図示せず）と圧着接合させた管体かしめ部の変形部分が弾性力等でもとの形状に戻ろうとするため、管体かしめ部３０の内面と電線との間に隙間ができてしまう。このようなスプリングバックが端子の圧着部で起こると、電線６０と端子１との接点不良を招くことは勿論、間隙に水分の侵入を許しやすくなり腐食の原因となる恐れがある。

本発明に従って製造する端子を用いて電線の終端接続構造体１０を製造する場合、管体かしめ部３０のレーザ溶接部５０を積極的に塑性変形させる圧着接合が好ましい。端子１の管体かしめ部３０と電線６０とを圧着する場合は、専用の治具やプレス加工機等で行う。このとき、管体かしめ部３０の全体を縮径させても良いが、管体かしめ部を凹型のように部分的に強加工して圧着する場合もある。このときは、レーザ溶接部５０の塑性変形量が大きくなるように位置を調整すると良い。すなわち、レーザ溶接部５０の直上（外側）にプレス加工時の凸部先端があたるように調整すると、レーザ溶接部５０の変形量が大きくなる。このようにすると、比較的軟らかいレーザ溶接部５０が塑性変形の多くを担うことができるために、スプリングバックの低減に寄与することができる。

次に、端子１の製造方法について説明する。本発明に従って製造する端子１は管体かしめ部３０を有し、この管体かしめ部３０にレーザ溶接部（前記図３など参照。）を有する端子であるので、この構成を達成し得るならば製造方法は限定されるものではない。

端子１は基材（銅合金など）からなる板材を平面展開した端子形状に打ち抜いて本発明の端子材の形状を得て、この管体かしめ部端面に前記Ｓｎ層を設け、その後に、曲げ加工によってボックス部２０およびトランジション部４０を形成し、曲げ加工等によって湾曲させて突き合わせた管体かしめ部を形成する管展開部をレーザ溶接して管体かしめ部３０を形成する。したがって、端子形状に打ち抜かれた端子材は、ボックス部２０、トランジション部４０および管体かしめ部３０を曲げ加工等によって形成できる形状を一体に有している。管体かしめ部３０を曲げ加工等によって形成できる端子材の管展開部の形状としては、代表的には矩形であるが、一端が閉塞した管体を形成できる形状であれば特に限定されず、例えば、略扇形状、矩形またはこれらの組み合わせ形状を有していてもよい。ボックス部２０およびトランジション部４０を形成可能な形状はボックス部２０およびトランジション部４０の形状に応じて適宜に選択される。加えて、端子材は、少なくとも管体かしめ部を形成する管展開部の表面に前記Ｓｎ層が形成されている。このような形状および前記Ｓｎ層を有する本発明の端子材は、電線と圧着接合する管体かしめ部となる管展開部を湾曲させてその端部同士を互いに突き合わせて管体に成形し、この突き合わせた部分をレーザ溶接によって接合して管体かしめ部を形成する端子の製造方法に好適に供される。
管体かしめ部３０を形成するとき、平面状の管展開部は曲げ加工によって図１にその断面模式図で示すとおりＣ字型断面となっているので、この開放部分の端面を突き合わせて溶接することによって接合し、管体かしめ部３０とする。管体かしめ部３０の好ましい製造方法としては、近赤外線レーザ光を発振するファイバレーザ加工機を用いたレーザ溶接にて行う。

通常、銅合金は発振波長が近赤外線領域のレーザ光の吸収効率が悪いため、溶接幅を細くできなかったり、熱影響部（ＨＡＺ）の幅を狭くできなかったりする場合がある。そこで、レーザ溶接部５０となる基材３２の突合せ部の端面に近赤外レーザ光の吸収が銅合金よりもよいＳｎ層を前記端面が平滑になるように形成すること、およびファイバレーザ光のようなエネルギー密度が高いレーザ光を用いることで、上記課題は克服される。また、ファイバレーザ光による溶接によって、管体かしめ部３０の突き合わせ部を溶接しながら、レーザ溶接部５０を焼きなまし部とすることもできる。このように、一工程で管体かしめ部３０の溶接加工と焼きなまし加工を行うことができるので、効率よく端子１を製造することができる。

上記Ｓｎ層は、近赤外線レーザ光の反射が銅合金表面よりも少ないため、近赤外線レーザ光の吸収性が良い。分光光度測定法による近赤外光の反射率測定では、本発明に用いるＳｎ層は、６０〜８０％程度の反射率であり、９０％以上の反射率がある純銅または銅合金よりも低くなっている。このように近赤外レーザ光の吸収性が高いＳｎ層を形成した領域に近赤外レーザ光が照射されると、Ｓｎ層が溶融して溶融池を形成し、これによりレーザ光の吸収が高まり、その下地の基材表面が溶融し、さらにその溶融領域がレーザ光を吸収して基材の突き合わせ部分を溶融していくことで当該突合せ部の貫通溶接が進行している。

端子１を構成する基材の材料によって変化するため一概に言うことはできないが、前記突合せ部上にＳｎ層が形成された銅合金の基材ならば、近赤外線レーザ光照射によって、表面のＳｎ層がレーザ光を吸収し溶融して溶融池を形成する。さらに、その熱およびレーザ光照射によって光エネルギーが変換された熱エネルギーによって、基材の銅合金が溶融し、突き合わされた部分が接合されて、レーザ溶接部５０が形成される。したがって、基材が融点以上に昇温されることでレーザ溶接部５０が設けられる。具体的には管体かしめ部３０の突き合わせ部をＳｎ層を含めて基材を融点以上沸点以下の温度に上昇させ、必要により所定時間保持してレーザ溶接を施すことで、レーザ溶接部５０が形成される。通常、レーザ光は掃引されているので、掃引速度を適宜決定することで、レーザ光照射領域の温度が基材の融点以上になるようにすればよい。好ましくは、レーザ光照射によって基材の銅合金が溶融貫通するように、レーザ光照射条件を調整する。

上記レーザ溶接では近赤外線レーザ光を用いている。近赤外線レーザ光は、発振波長が７００ｎｍ〜２．５μｍであり、好ましくは１０００ｎｍ〜２０００ｎｍの発振波長のレーザ光を用いる。このようなレーザ光としては、イットリビウム（Ｙｔ）ドープガラスファイバレーザ光（発振波長１０８４ｎｍ）、エルビウム（Ｅｒ）ドープガラスファイバレーザ光（発振波長１５５０ｎｍ）等がある。

上記溶接には、近赤外レーザ光を連続発振するファイバレーザ装置を用いるが、これとは異なるレーザ装置を用いた溶接により管体かしめ部３０を形成しても良い。例えば、連続発振するＹＡＧレーザ光発振装置、ガラスレーザ光発振装置等やパルス発振するレーザ光発振装置等が挙げられるが、拡がり角の狭さ、レーザ光のビーム径の細さ、レーザ連続発振の安定性等からファイバレーザ発振器を用いることが好ましい。

図６は、本発明の端子１の製造中の一状態を模式的に表した図である。
図６に示すように、近赤外線の波長１０８４ｎｍ±５ｎｍのレーザ光を発振するファイバレーザ溶接装置ＦＬから発せられたレーザ光Ｌが突き合わせ部３７を溶接するように照射され、この突合せ部を貫通溶接することによって、管体かしめ部３０が形成される。この溶接時には、レーザ光のエネルギーが熱に変換されることによって、まず突き合わせ部３７のＳｎ層が、次いで突合せ部３７の基材自体が溶融し、その後、冷却してレーザ溶接部５０が設けられる。レーザ溶接部５０は被溶接材料の融点以上の加熱処理によって設けることができる。ただし、ファイバレーザ光Ｌのエネルギーがあまりに高いと、またはエネルギー密度が低いと、熱影響部が必要以上に広範囲で形成されてしまい、極端な場合には管体かしめ部３０全体が軟化してしまう。したがって、ファイバレーザ光Ｌは１００〜４００Ｗの出力で溶接するのが好ましい。また、掃引速度を調整することによって、レーザ溶接部５０を適切な範囲に設ける。

以下に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

以下の銅合金からなる板材（５）を、図７に示すように、その長手方向に連なるよう（連鎖型）に端子を展開した形状にプレス加工によって打ち抜いて、連鎖型の端子材（３２ａ）を形成した。その後、後述のとおり所定の低電流密度でスズめっき処理を施して、前記管展開部（３０ａ）の端面を含む端部にＳｎ層を設けることによってプレス打ち抜き端面の凹凸（すなわち、前記図２に示した、だれ面（１１１）、せん断面（１１２）、破断面（１１３）、バリ（１１４）の４つの領域）を平滑にした。
その後、図７のように、管体のかしめ部の端面（３０Ｓ）同士を突き合わせて、レーザ溶接によって突き合わせた部分を全長１ｃｍに渡り貫通溶接することで接合し、管体かしめ部（３０）を形成した（図８参照）。また、この溶接により、管体かしめ部中に焼きなまし部も得た。また、各種条件を変化させることで、溶接性と接合強度を評価した。

（実施例１〜６）
端子の基材として、古河電気工業株式会社製の銅合金ＦＡＳ−６８０（商品名、厚さ０．２５ｍｍ、Ｈ材）を用いた。
ＦＡＳ−６８０の合金組成は、スズ（Ｓｎ）を０．１５質量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．５質量％、ニッケル（Ｎｉ）を２．３質量％、シリコン（Ｓｉ）を０．５５質量％、およびマグネシウム（Ｍｇ）を０．１質量％含有し、残部が銅（Ｃｕ）および不可避不純物である。ＦＡＳ−６８０の融点は１０７８℃（液相）、比熱は３７７Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率は１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張係数が１７．７×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）、および導電率４０％ＩＡＣＳである。また、引張強さは６００〜７００Ｎ／ｍｍ^２、伸び（引張破断伸び、以下同様。）は１５％以上、０．２％耐力は５００〜６００Ｎ／ｍｍ^２、およびビッカース硬さは１６０〜２２０Ｈｖである。

前記基材に電解脱脂処理とその後で酸浸漬処理を行った後、Ｓｎめっき処理によって、基材の管展開部の端部上にＳｎ層を厚さを変えて形成した。

実験条件は下記の通りである。
＜前処理（電解脱脂、酸浸漬）＞
（電解脱脂）
処理液：１０％水酸化ナトリウム水溶液
処理温度：６０℃
陰極電流密度：３．５Ａ／ｄｍ^２
処理時間：３０秒
（酸浸漬）
処理液：１０％硫酸
処理温度：２５℃
浸漬処理時間：３０秒

（Ｓｎめっき条件）
処理液
硫酸Ｓｎ：８０ｇ／Ｌ、
硫酸：５０ｍｌ／Ｌ、
ＵＴＢ５１３Ｙ：５ｍｌ／Ｌ
処理温度：２５℃
電流密度：１〜５Ａ／ｄｍ^２
処理時間：２０〜８５０秒
以上の条件の範囲内で電流密度を設定した後、めっき時間を変化させて、所望の厚さ±０．２μｍ以内になっているサンプルを各厚さ水準で１０個ずつ作成した。
なお、Ｓｎ層の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計によって、端部上のＳｎ層の平均の厚さを測定した。

（実施例７）
端子の基材として、実施例１において、ＦＡＳ−６８０の代わりに古河電気工業株式会社製の銅合金ＦＡＳ−８２０（商品名）を用いた以外は実施例１と同様に作製した。
ＦＡＳ−８２０の合金組成は、スズ（Ｓｎ）を０．１５質量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．５質量％、ニッケル（Ｎｉ）を２．３質量％、シリコン（Ｓｉ）を０．６５質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．１質量％、およびクロム（Ｃｒ）を０．１５質量％含有し、残部が銅（Ｃｕ）および不可避不純物である。ＦＡＳ−８２０の融点は１０７８℃（液相）、比熱は３７７Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率は１５７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張係数が１７．５×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）、および導電率３８％ＩＡＣＳである。また、引張強さは７３０〜８３０Ｎ／ｍｍ^２、伸びは７％以上、０．２％耐力は６７５〜７７５Ｎ／ｍｍ^２、およびビッカース硬さは２２０〜２６０Ｈｖである。

（実施例８）
端子の基材として、実施例１において、ＦＡＳ−６８０の代わりに三菱伸銅製の銅合金ＭＡＸ−３７５（商品名）を用いた以外は実施例１と同様に作製した。
ＭＡＸ−３７５の合金組成は、スズ（Ｓｎ）を０．５質量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．５質量％、ニッケル（Ｎｉ）を２．８５質量％、およびシリコン（Ｓｉ）を０．７質量％含有し、残部が銅（Ｃｕ）および不可避不純物である。ＦＡＳ−８２０の融点は１０８５℃（液相）、比熱は３８２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率は１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張係数が１７．１×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）、および導電率４０％ＩＡＣＳである。また、引張強さは７５０〜８５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びは６％以上、０．２％耐力は７１０〜８３０Ｎ／ｍｍ^２、およびビッカース硬さは２１０〜２７０Ｈｖである。

（実施例９）
端子の基材として、実施例１において、ＦＡＳ−６８０の代わりに三菱伸銅製の銅合金ＭＡＸ２５１（商品名）を用いた以外は実施例１と同様に作製した。
ＭＡＸ２５１の合金組成は、スズ（Ｓｎ）を０．５質量％、亜鉛（Ｚｎ）を１質量％、ニッケル（Ｎｉ）を２質量％、およびシリコン（Ｓｉ）を０．５質量％含有し、かつ銅（Ｃｕ）を９５質量％以上含有し、および残部が不可避不純物である。ＦＡＳ−８２０の融点は１０８５℃（液相）、比熱は３８２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率は１９４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張係数が１７．１×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）、および導電率４８％ＩＡＣＳである。また、引張強さは５００〜６００Ｎ／ｍｍ^２、伸びは６％以上、０．２％耐力は４４０〜５８０Ｎ／ｍｍ^２、およびビッカース硬さは１４０〜２００Ｈｖである。

（比較例１）
端子の基材として、Ｓｎ層を設けなかった以外は実施例１と同様に作製した。
（参考例１、２）
端子の基材として、実施例１において、Ｓｎ層の厚さを７μｍとした以外は実施例１と同様に作製した。
前記実施例と同様に、以上の条件の範囲内で電流密度を設定した後、めっき時間を変化させて、所望の厚さ±０．２μｍ以内になっているサンプルを各厚さ水準で１０個ずつ作成した。

レーザ溶接条件は下記の通りである。
（１）レーザ溶接装置：古河電気工業株式会社製 シングルモードファイバレーザ ＡＳＦ１Ｊ２２１（商品名）
レーザ光の光源：Ｙｂドープガラスファイバレーザ発振器
レーザ光発振波長：１０８４±５ｎｍ
レーザ光最大出力：５００Ｗ（連続発振）

（２）レーザ光照射条件
レーザ光出力：４００Ｗ（連続発振）
レーザ光掃引速度：２００〜６００ｍｍ／ｓｅｃで調整
レーザ光掃引距離：１０ｍｍ
全条件ジャストフォーカスでレーザ光照射（スポット径サイズ：２０μｍ）

レーザ溶接後の溶接部の状態を、「溶接性」と「接合強度」を以下の通り測定、評価した。

「溶接性」は、レーザ光による貫通溶接が可能な速度がどの程度の速度であったかをもって評価した。
レーザ光掃引速度とレーザ光掃引時間の関係から、レーザ光掃引速度が速い場合をレーザ光掃引時間が短い、つまりレーザ溶接にかかるエネルギーが少なくて工業的観点から望ましい、と判断できる。具体的には、レーザ光掃引速度が、５００ｍｍ／ｓｅｃ以上で貫通溶接できる場合を「◎（良）」と、５００ｍｍ／ｓｅｃ未満３００ｍｍ／ｓｅｃ以上で貫通溶接できる場合を「○（可）」と、３００ｍｍ／ｓｅｃより遅い速度で貫通溶接できる、あるいは、貫通溶接できない場合を「×（劣）」と、それぞれ判断した。

また、「接合強度」は、前記溶接後の端子の管体かしめ部（つまり、溶接部。但し、電線導体とのかしめは行っていない状態。）に対して、引張試験を行って評価を行った。前記溶接部で破断した引張破断強度を測定して評価した。具体的には、引張破断強度が、２００ＭＰａ以上の場合を「◎（良）」と、２００ＭＰａ未満１００ＭＰａ以上の場合を「○（可）」と、１００ＭＰａより低い場合を「×（劣）」と、それぞれ判断した。破断強度が１００ＭＰａより低いと端子形状にする成形加工に耐えられない。

上記各種試験条件とその評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、各実施例では、いずれも速いレーザ光掃引速度でレーザ溶接が可能であり、溶接性が良好であった。さらに、接合強度が高く、良好な接合状態が得られた。
一方、比較例１では、遅いレーザ光掃引速度でしかレーザ溶接が行うことができず、溶接性に劣った。さらに、接合強度が低く、端子形状にする成形加工では割れが生じてしまう。
また、参考例１と２では、接合強度は高かったものの、溶接時にスパッタが飛散してしまい、適正な溶接ができなかった。

前記実施例における端面部のみにスズめっき層を設けた試験とは別に、端子材の全面にスズめっき層を設けて同様に試験しても、各実施例と同様の結果が得られる。

１ 端子
１０ 終端接続構造体
２０ ボックス部
３０ 管体かしめ部
３１ 電線挿入口
３２ 基材
３３ 管体かしめ部の内壁面
３４ａ，３４ｂ 電線係止溝
３５ 第一の圧着縮径部
３６ 第二の圧着縮径部
３７ 突き合わせ部
４０ トランジション部
５０ 溶接部
６０ 電線
６１ 絶縁被覆
ＦＬ ファイバレーザ溶接装置
Ｌ ファイバレーザ光

Claims (6)

1. 管体の内部空間に挿入される電線導体を圧着接合するための管体かしめ部を有する端子の展開図形状を有する、銅又は銅合金からなる端子材であって、前記端子材が管体かしめ部を形成する管展開部を有してなり、該管展開部は、前記管体かしめ部とする際に互いに突き合わされて管体のレーザ溶接部となる端面を備え、突き合わされる前記端面とその周辺部にスズめっき層を有する、端子材。
2. 前記スズめっき層のめっき厚が１〜５μｍ±０．２μｍであることを特徴とする請求項１記載の端子材。
3. 管体の内部空間に挿入される電線導体を圧着接合するための管体かしめ部を有する端子の展開図形状を有する、銅又は銅合金からなる端子材であって、管体かしめ部を形成する管展開部を有し、該管展開部のそれぞれ端部の端面とその周辺部にスズめっき層を有してなる前記端子材の前記管展開部をそれぞれ湾曲させ、管展開部の端部の端面同士を突き合わせて管体形状に成形する工程、
   この突き合わせた部分をレーザ溶接によって端子長手方向に接合し、前記管体かしめ部を形成する工程
   をこの順に実施する端子の製造方法。
4. 前記スズめっき層のめっき厚が１〜５μｍ±０．２μｍであることを特徴とする請求項３記載の端子の製造方法。
5. 銅又は銅合金板材から、管体の内部空間に挿入される電線導体を圧着接合するための管体かしめ部を有する端子の展開図形状に端子材をプレス打ち抜きすることで、前記端子材に、管体かしめ部を形成する管展開部を設ける工程、
   前記管展開部の、前記管体かしめ部とする際に互いに突き合わされて管体のレーザ溶接部となる端面とその周辺部にスズめっきを施してスズめっき層を設ける工程
   をこの順に有してなる、端子材の製造方法。
6. 前記スズめっき層のめっき厚が１〜５μｍ±０．２μｍであることを特徴とする請求項５記載の端子材の製造方法。
   

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