JPS583349B2 - アルミニウム端子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム端子の構造に関し、特に板状部
（例、羽子板部）において銅または銅合金（以下、銅と
記す）製板状導体と接続し、筒状部の孔内にアルミニウ
ム電線または鋼心アルミニウム撚線を挿入して接続する
アルミニウム端子の電気的接続が安定で耐食性の優れた
板状部接続面の構造に関するものである。

なお、この明細書に記載の「アルミニウム」なる用語は
、すべてアルミニウムおよびその合金を意味するもので
ある。

発電所、変電所、開閉所および変成所において送、配電
線が直接接続される電気設備および機器の端末部は、多
くの場合、銅製の板状導体である。

一方、多くの架空送電線と一部の配電線の導体として、
アルミニウム撚線（ＡＡＣ）、鋼心アルミニウム撚線（
ＡＣＳＲＸ以下、アルミニウム撚線と記す）が使用され
ている。

これらの撚線導体と電気設備および機器の板状端末部の
接続には、例えば第１図に示すようなボルト孔１を有す
る羽子板部（接続部）２と、筒内孔が電線挿入孔３をな
す筒状部４からなる第１図に示すような羽子板状端子が
使用される。

羽子板状端子では、撚線を電線挿入孔３に挿入して、筒
状部外周より水圧等を利用した締付具で圧縮して接続し
た後、機器の板状端末部を羽子板部にボルト締めして接
続する。

変電設備等は比較的大型である上に、事故防止の見地か
ら広い空間を必要とするので、屋外に設置されることが
多い。

したがって、アルミニウム撚線と電気設備および機器の
銅製端末部との端子による接続部も、通常大気環境に曝
される。

アルミニウムは、銅と接触させて使用した場合には、い
わゆる電解腐食により腐食が著しく促進される。

単にアルミニウム、銅のみよりなる羽子板状端子を使用
した場合には、アルミニウム端子と銅端末部との接触面
、またはアルミニウム導体と銅端子との接触面の間隙に
、腐食性雰囲気が浸入してアルミニウムの接触面が腐食
し、接触抵抗の増大による加熱や、導通不良等の故障を
生ずる。

接続部の故障や修理の際には、停電等の損失が発生する
。

したがって、長期間に亘って安定な接続を行なうだめの
、羽子板状端子の改良が当業者の関心事となっている。

羽子板状端子の改良は、主として羽子板状端子の本体を
アルミニウム製とし、その端子の銅端末部との接続面に
、第１図に示すように銅板５を接合し、接触面の隙間を
除去すると共に、接合部の面積を大きくとることにより
行われている。

アルミニウム端子の羽子板部２への銅板５の接合方法と
しては、ろう付け、爆発圧接法等が提案されている。

ろう付けは、通常錫および亜鉛を主成分とするアルミニ
ウムはんだと、酸性フツ化アンモニウム等のフツ化物フ
ラツクスを使用して行われるが、この作業はばらつきが
大きく、はんだ層の接合の不完全により、しばしば隙間
が残るという欠点がある。

さらに、フラツクスが接合部に残存することは不可避で
あり、フラツクスの残存は腐食を助長する。

したがって、ろう付げにより銅板を接合したアルミニウ
ム端子は、腐食、振動による銅板の剥離を惹起し易く、
長期間の使用により、過熱を生じ易いという欠点がある
。

爆発圧接による接合は、ろう付げに比べると接合が良好
で、接合面そのものの腐食は小さいが、多量の火薬を使
用し、騒音が甚大で地下壕が必要であり、危険な上にコ
ストも高く、爆発圧接により銅板を接合したアルミニウ
ム端子も、接合部外周の腐食に対しては極めて弱いもの
であり、腐食性の著しい環境で使用する場合には、外周
より徐徐に接合面に向って進行する腐食を防止するため
に、接合部外周に溝を切り、エポキシ樹脂系の防錆塗料
の塗付や、塩化ビニル樹脂粉末の塗装などが必要であっ
た。

また、従来法により銅板を接合したアルミニウム端子は
、通常アルミニウムの銅との接触による電解腐食を低減
し、かつ電気設備および機器の端末部と接続した時の接
触抵抗を減少させる目的で、銅板を接合後、銅板上に錫
めっきを施していた。

しかしながら、アルミニウム端子と銅板の境界部におい
て、アルミニウムと銅を同時にめっきすることは不可能
で、また銅側部分のみを完全にめっきで覆うことは工業
的に困難であり、結局、境界部でアルミニウムと銅が接
触した状態で露出することは回避できなかった。

この点にかんがみ、発明者らは、すでに銅端末部と接続
して大気環境において使用した時の腐食が軽微で、過熱
等の事故を起し難いアルミニウム端子として、接続面に
、ニッケルを直接電気めっきし、次いで銅、銀、錫およ
びはんだより選ばれた一種の金属をめっきしてなるアル
ミニウム端子、および接続面に、ニッケルを直接電気め
っきし、次いで銅をめっきし、さらにその上に銀、錫ま
たははんだをめっきしてなるアルミニウム端子を提案し
た（昭和５２年４月１日付特願昭５２−３７８３３号〔
特開昭５３−１２２７９０号公報〕）。

本発明は上記端子の構造をさらに改良したものである。

以下、本発明の端子の構造を主として羽子板状端子に関
して説明する。

本発明の端子の構造は、３種類に大別され、第一の構造
は、接続面上に、ニッケル層を電気めっきし、アルミニ
ウム部とニッケル部の境界から４ｍｍ以上離れたニッケ
ル層表面にのみ銅層または銀層をめっきしてなるもので
ある。

また第二の構造は、接続面上にニッケル層を電気めっき
し、アルミニウム部とニッケル部の境界から４ｍｍ以上
離れたニッケル層表面にのみ銅層をめっきし、さらに銅
層上に銀層をめっきしてなるものである。

さらに第三の構造は、接続面上にニッケル層を電気めっ
きし、アルミニウム部とニッケル部の境界から４ｍｍ以
上離れたニッケル層表面にのみ銅層をめっきし、さらに
銅層上または銅層と残存ニッケル層上に錫層またははん
だ層をめっきしてなるのである。

前記の先に出願の端子でも、耐食性に優れ、銅端末部と
接続して使用しても、通電による発熱の増加はかなり小
さく、これは、従来の端子がアルミニウム接続面に直接
接している金属が、アルミニウムとの電解腐食の度合い
の大きい銅であるのに対し、アルミニウムとの電解腐食
の少ないニッケルであるためである。

しかしながら、アルミニウムと銅層の間の距離が小さい
場合には、銅とアルミニウムとの間の電解腐食はかなり
大きい。

この点で、銅層がアルミニウム部とニッケル部の境界に
までめっきされていると、銅層とアルミニウムとは、ニ
ッケルめっきの厚さの分だけしか離れていないので、電
解腐食が大きくなり、工業地帯等の著しい腐食環境での
使用は難しい。

本発明において共通する要件は、アルミニウム端子の接
続面上に、ニッケル層を電気めっきし、アルミニウム部
とニッケル部の境界から４ｍｍ以上離れたニッケル層表
面にのみ銅層をめっきすることであり、それにより、腐
食環境に曝される外表面において銅層とアルミニウムを
隔離し、銅とアルミニウムの間の電解腐食を大幅に低減
し、工業地帯で満足に使用できる程度にめっき境界部の
腐食を小さくすることにある。

銅層をアルミニウム部とニッケル部の境界から４ｍｍ以
−ヒ離れたニッケル層表面上とした理由は、４ｍｍ以上
銅とアルミニウムを離すと、事実上それらの間の電解腐
食が無視できるほどに小さくできるからである。

必要により、上述の銅めっき層上に、さらに銀錫または
はんだを電気接続の安定化のためにめっきする。

父、銀と錫またははんだをめっき部位を変えた理由は以
下に述べる通りで、最上層に銀をめっきする場合には、
銀がアルミニウムと接触するとやはりそれらの間に接触
腐食を生ずるので、銀層は銅層上にのみに施こす必要が
ある。

また最上層に錫またははんだをめっきする場合には、錫
またははんだとアルミニウムの接触による接触腐食の度
合いが小さいので、錫またははんだを銅層上にのみにめ
っきしても銅層と残存ニッケル層上にめっきしてもよい
。

以下、本発明の端子の構造およびその製造方法を実施例
により説明する。

まずめっきの方法の例について述べる。

アルミニウム端子材は、必要によりあらかじめ研磨、ト
リクロルエチレン等の有機溶剤による脱脂等の予備処理
を施こす。

めっきを施こすには、まずカセイソーダ等のアルカリを
含む溶液中でエッチングした後、塩酸を含む溶液でエッ
チンクシ次いでめっきの工程に入る。

アルカリを含む溶液でのエッチングは、５０ｇ／ｌ以上
のカセイソーダを含む溶液で、６０〜８０℃で１分間浸
漬することで達成できる。

塩酸を含む溶液でのエッチングは塩酸５〜３５％、好ま
しくは１５〜２０％を必須的に含み、硝酸および／また
は硫酸０．１〜２％含む溶液を特に加熱することなく使
用し、エッチング時間は３０〜６０秒で行なうのが良い
。

めっき液は、スルファミン酸塩またはホウフツ化物とし
てニッケルを５０ｇ／ｌ以上含む他に、塩化ニッケル、
ホウ酸等を含むことが好ましく、まためっきの外観を良
好なものとするために、ナフタレンスルフオン酸ソーダ
などの界面活性剤や、クマリンなどの光沢剤を加えるの
が良い。

銀は通常のシアン浴から、錫は錫酸塩浴、ホウフツ化浴
または硫酸浴から、銅はシアン浴、硫酸浴、ホウフツ化
浴、はんだはホウフツ化浴等からのそれぞれいずれから
でも電気めっきできる。

また錫めっきおよびはんだめっきは溶融めっきでもよい
。

まためっきを施こす面は、銅端末部を接続する面を必須
的に含まなければならないが、この面のみに限定される
ものではなく、むしろ、めっき面を限定するためにめっ
きの不要な部分を樹脂等によりシールする手間を省くた
めには、羽子板部全面にめっきを施しても良い。

溶融めっきは、常法に従かい溶融めっき浴への浸漬、刷
毛塗りいずれでもよい。

上述のような方法によりめっきを行なう場合には、使用
するアルミニウム端子材の中で、少くともめっきを施こ
す部材は鍛造、圧延、押出し、引抜き等の塑性加工を経
た展伸材である必要がある。

鋳物、ダイキャスト等の鋳造材では、結晶粒が大きく、
また鉄等の不純物が粒界に大きな析出物となって介在す
るなど組織が荒く、塩酸５〜３５％を含む溶液でエッチ
ングすると、直径１〜３ｍｍのピットを生じるなど、外
観が著しく損われてしまう。

金型鋳物では、外観がやや良好なものができるが、これ
も荒れが著しく、めっきを相当厚くしないと、平滑な接
続面とならない。

この目的から例えば次のような方法で成形される。

第２図は、展伸材より羽子板部材を作製し、筒状部材を
別個に製造し、溶接により両部材を一体化して製作した
本発明のアルミニウム端子の実施例を示す断面図である
。

７は展伸材からなるアルミニウム羽子板部材、９は筒状
部材で、両部材は溶接部１２を介して一体化されている
。

第２図の例では、羽子板部７の接続面上のめっきがそれ
ぞれ一層のニッケルめっき層１０と銅めっき層１１とな
っている。

第２図において、６はボルト孔、８は電線挿入孔を示す
。

羽子板部と管状部を別個に製造する方法では、第２図に
示すような管状部材９は引抜き等の塑性加工によっても
、鋳造で製作してもかまわない。

いずれにしても、筒状部材９および羽子板部材７を一体
化する必要があるが、その溶接部１２の断面積は、板状
接続面の面積に比べ小さく、またアルミニウム同志の溶
接で、脆い金属間化合物の生成もほとんどないので、容
易に実施できる。

例えばガス溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接で接合で
きる。

溶接時においては、溶接部位以外の部材の溶融、過熱に
よる組織の変化を避けるために、空気その他の冷却媒体
、例えばガス、水等で冷却することが好ましい。

なお溶接加工は、接続面へのめっきの前または後のいず
れにおいて実施してもよい。

この他、筒状部と羽子板部を一体で鍛造することもでき
る。

本発明のアルミニウム端子において、ニッケルめっきが
施される部分は、必ず銅端末との接続面を含むが、特に
限定されるものではなく、例えば第２図のごとく、板状
部全面に施してもよい。

さらに銅めつき１１は、アルミニウム部とニッケル部の
境界から４ｍｍ以上離れたニッケル層表面上のニッケル
表面部分であれば特に限定されるものではない。

銀めっきは、常に銅めっき層上に施こすのが良いが、錫
またははんだめっきは特に限定されない。

第３図はニッケルめっき、銅めっきおよび錫めっきを有
する本発明のアルミニウム端子の他の実施例の断面図で
ある。

第３図は鍛造で一体製造したアルミニウム羽子板状端子
材を使用したものであり、羽子板部１４全面にニッケル
めつき１７が、アルミニウム部とニッケル部１７の境界
から４ｍｍ以上離れたニッケル層表面上の接続面に銅め
っき１８が、銅めっき１８の表面の一部に錫めつき１９
が施されている。

１３はボルト孔、１６は筒状部、１５は電線挿入孔であ
る。

本発明の端子における、それぞれのめつき層の厚みとし
ては、耐食性の点からニッケル１〜１０μ銅５〜５０μ
が必要である他は特に限定されない。

以上、本発明の説明は主として羽子板状端子を対象とし
て行ってきたが、形状は特に限定されるものではなく、
例えば後述する実施例３のように単一の筒状スリーブで
、めっきを有する部分で銅撚線を、めっきを有さない部
分でアルミニウム撚線を圧縮接続するアルミニウム接続
具にも適用できる。

次に本発明の実施例を述べる。

実施例 １ 厚さ１２ｍｍのＡＩＯ６０アルミニウム圧延板より幅７
５ｍｍ、長さ１１５ｍｍの板材を切り出し、直径１５ｍ
ｍのボルト穴を４個設けた後、端面より２ｃｍを残して
めっきを施した。

まず板状部のみをニッケルめっき液に浸漬してニッケル
めっきした後、ニッケルめっきの外縁より２Ｃｍ内側の
ところまで銅めっき液に浸漬して銅めっきを行った。

めっきは、まず５０ｇ／ｌのカセイソーダ溶液に６０℃
で１分間浸漬し、水洗し、次いで塩酸１８．５％、硝酸
１．０％を含む溶液に４５秒間浸漬した後水洗し、 Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２０ ４５０ｇ／
ｌＮｉＣｌ２・６Ｈ２０ １０ｇ／
ｌＨ３Ｂ０３ ３０ｇ／
１からなる５０℃のめつき液で、ＩＯＡ／ｄｍ２の電流
密度で１５分間めっきした。

銅めっきは通常の硫酸銅めっき浴より厚さ２０μ行った
。

これに厚さ１０ｍｍの銅板をボルト締めして、ＪＩＳ
Ｚ ２３７１の塩水噴霧試験をｉｏｏ日間施したが、め
っき層の剥離も接触面の腐食も認められなかった。

実施例 ２ 厚さ１２ｍｍのＡ１０６０アルミニウム押出板より幅６
０ｍｍ、長さ１００ｍｍの板材を切り出し、直径２０ｍ
ｍのボルト穴を２個設けた後、端面より１ｃｍを残して
めっきを施した。

アルカリによるエッチングと、塩酸および硝酸を含む溶
液でのエッチングは、実施例１と同じ条件で行い、めっ
き工程では、実施例１と同じの条件で５分間ニッケルお
よび銅をめっきした後、銅めっき上にシアン浴より厚さ
５μの銀めっきを施した。

しかる後、管状部と、その先端の三角状部材からなるア
ルミニウム鋳物の三角状部端面と、板状部材の端面をア
ーク溶接により溶接した。

これらの作業はすべて容易に実施でき、外観も良好であ
った。

１００時間の塩水噴霧試験を行ったが、めっき表面に腐
食生成物は認められず、工場地帯で長期間大気中に放置
しても問題のないことが立証された。

実施例３ 外径４８ｍｍ、内径２２．９ｍｍのＡ１０６０アルミニ
ウム引抜管で、７４０ｍｍの長さの圧縮型直線スリーブ
を作った。

４０ｃｍを液中に浸漬して、実施例１と同じ条件でアル
カリおよび酸によるエッチングを施した。

次いでＮｉ（ＢＦ４）３ ５００ｇ／ｌＨ３
ＢＯ３ ３０ｇ／ｌからなるめっき
液で、１５Ａ／ｄｍ２の電流密度で３分間めっきした後
、アルミニウム部とニッケル部の境界より８ｍｍ内側の
ニッケルめっき上に硫酸銅めっき液で２０μの銅めっき
を施こし、次いで溶融はんだ槽に浸漬してはんだめっき
を施した。

めっきを施した部分に、２．９ｍｍφの硬銅線６１本を
撚り合せた撚線を、めっきを施していない側に、３．５
ｍｍφの亜鉛めっき鋼線１本と４．５ｍｍφのアルミニ
ウム線２６本を撚り合せた鋼心アルミニウム撚線を圧縮
接続した。

４０℃の５％食塩水中に１０日間浸漬しておいたが、め
っき層はいずれの部分でも剥離しなかった。

実施例４ 厚さ０．１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍのアルミ
ニウム圧延テープの長さ５０ｍｍの部分の表面のみにニ
ッケルを直接めっきし、次いでアルミニウム部とニッケ
ル部の境界よりそれぞれ１、３、４、８ｍｍ離して銅め
っきを施した。

その際、前処理方法、ニッケルと銅めっき方法およびめ
っき厚さは、実施例１と同一とした。

ただし、ニッケルめっき前にめっき不要部はビニルテー
プでシールし、ニッケルめっき後銅めっき前に、銅めっ
き不要部をさらにビニルテープでシールした。

次いでビニルテープを剥がし、４８時間塩水噴霧試験を
行った後引張試験を行った。

引張試験の結果、アルミニウム部とニッケル部の境界と
ニッケル部と銅部の境界との距離が離れるほど、残存引
張強さが大きく、塩水噴霧試験前の破断荷重が１６．３
〜１６．７ｋｇ／ｍｍ２であったものが、１ｍｍで１２
．３ｋ９／ｍｍ２、３ｍｍで１２．８ｋｇ／ｍｍ２、４
ｍｍ１６．５ｋｇ／ｍｍ２、８ｍｍで１６．４ｋ９／ｍ
ｍ２で、４ｍｍ以上のものが塩水噴霧試験前の破断荷重
とかわらず、アルミニウムと銅の接触作用による電解腐
食を著しく抑制していることが分った。

以上述べたように、本発明のアルミニウム端子は、接続
面上に、ニッケル層を電気めっきし、アルミニウム部と
ニッケル部の境界から４間以上離れたニッケル層表面に
のみ銅層および／または銀層をめっきしてなるため、ア
ルミニウム表面に直接接している層が、接触による電解
腐食の度合いの少ないニッケル層であること、アルミニ
ウムとの接触による電解腐食の大きい銅層または銀層が
ニッケルめっき面によってアルミニウム表面と隔離され
ていること、さらに銅層の上に銀めっきを施こす場合に
もやはりアルミニウムと隔離されていることために、め
っきの境界部におけるアルミニウムの腐食が少なく、銅
端末と接続して使用した時の接触抵抗の増加が少なく、
工業地帯等著しい腐食性の環境で使用しても過熱等の危
険がないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアルミニウム端子を示す斜視図である。 第２図は、本発明のアルミニウム端子の実施例を示す断
面図である。 第３図は、本発明のアルミニウム端子の他の実施例を示
す断面図である。 １，６，１３・・・・・・ボルト孔、２，７，１４・・
・・・・羽子板部材、３，８，１５・・・・・・電線挿
入孔、４，９，１６・・・・・・筒状部材、５・・・・
・・銅板、１０．１７・・・・・・ニッケルめっき層、
１１，１８・・・・・・銅めっき層、１２・・・・・・
溶接部、１９・・・・・・錫またははんだめっき、２０
・・・・・・接続面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 接続面上に、ニッケル層を電気めっきし、アルミニ
   ウム部とニッケル部の境界から４ｍｍ以上離れたニッケ
   ル層表面にのみ銅層または銀層をめっきしてなることを
   特徴とするアルミニウム端子。 ２ 接続面上に、ニッケル層を電気めっきし、アルミニ
   ウム部とニッケル部の境界から４ｍｍ以上離れたニッケ
   ル層表面にのみ銅層をめっきし、さらに銅層上に銀層を
   めっきしてなることを特徴とするアルミニウム端子。 ３ 接続面上に、ニッケル層を電気めっきし、アルミニ
   ウム部とニッケル部の境界から４ｍｍ以上離れたニッケ
   ル層表面にのみ銅層をめっきし、さらに銅層上、または
   銅層と残存ニッケル層上に錫層またははんだ層をめっき
   してなることを特徴とするアルミニウム端子。