WO2014129222A1 - 端子、電線接続構造体および端子の製造方法 - Google Patents

端子、電線接続構造体および端子の製造方法 Download PDF

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tin
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良和 奥野
昭頼 橘
賢悟 水戸瀬
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古河電気工業株式会社
古河As株式会社
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    • Y10T29/49213—Metal
    • Y10T29/49215—Metal by impregnating a porous mass

Definitions

  • the present invention relates to a component responsible for electrical conduction. More specifically, the present invention relates to a terminal for connecting an electric wire, a method for manufacturing the terminal, and an electric wire connection structure in which the terminal and the electric wire are joined.
  • connection between an electric wire and a terminal in an automotive wire harness or the like is generally a crimp connection in which the electric wire is crimped by a terminal called an open barrel type.
  • a terminal in which the electric wire is crimped by a terminal
  • the open barrel type terminal when moisture or the like adheres to the connection part (contact point) between the electric wire and the terminal, the oxidation of the metal surface used for the electric wire or the terminal proceeds, and the electrical resistance in the connection part increases. .
  • the metal used for an electric wire and a terminal differs, the corrosion between different metals will advance. The progress of oxidation and corrosion of the metal in the connection part causes cracking of the connection part and contact failure, and the product life is unavoidable.
  • wire harnesses in which the electric wire is made of an aluminum alloy and the terminal base material is made of a copper alloy are being put into practical use, and the problems of oxidation and corrosion of the connection portion have become prominent.
  • Patent Document 1 In order to prevent corrosion of the aluminum electric wire at the connection portion, in Patent Document 1, an aluminum alloy of the same material as the electric wire conductor is used for the terminal to suppress the corrosion of different metals that occurs in the case of the conventional copper terminal.
  • an aluminum alloy is used for the terminal, the strength and spring characteristics of the terminal itself are not sufficient.
  • a structure that incorporates an iron-based material spring into the terminal is adopted, so it is not only possible to avoid the problem of dissimilar metal corrosion between the spring material and the terminal base material (aluminum), but also incorporated. There is a problem that labor is generated and manufacturing costs are increased.
  • patent document 3 Although the method which molds the whole crimping
  • patent document 4 in order to interrupt
  • the above-mentioned problem is that the wire conductor is cut off from the outside without enlarging the crimping part by adopting a structure in which the connecting part with the electric wire is crimped by inserting the wire into a tubular (bag-like) terminal.
  • a tubular crimping part is formed by laser welding a copper alloy plate (metal member) having a coating layer such as a tin layer on the surface
  • Sn is dissolved in a large amount in the welding part. If it does, the intensity
  • the welded part may be broken.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a terminal having a welded portion suitably formed on a tubular crimped portion by laser welding. That is, an object of the present invention is to provide a terminal in which a decrease in strength and a decrease in wall thickness are suppressed and cracking during caulking is suppressed. Moreover, it aims at providing the electric wire connection structure using this terminal.
  • a terminal comprising: a connector portion that is fitted to another terminal; a tubular crimp portion that is crimp-bonded to an electric wire; and a transition portion that connects the connector portion and the tubular crimp portion, the tubular crimp portion Has a base layer made of nickel, nickel alloy, cobalt or cobalt alloy having a thickness of 0.0 to 0.8 ⁇ m on a base material made of copper or copper alloy having a thickness of 0.20 to 1.40 mm, A metal member in which a coating layer made of tin, tin alloy, nickel, nickel alloy, silver or silver alloy having a thickness of 0.2 to 3.0 ⁇ m is formed on the base material and / or the base layer.
  • the ratio (d1 / d2) of the average thickness d1 of the coating layer and the average thickness d2 of the base material in the tubular crimping portion is 0.001 to 0.005 (1) Or the terminal as described in (2).
  • the welded portion can be suitably provided in the tubular crimping portion of the terminal by laser welding. Further, it is possible to provide a terminal in which the strength reduction and thickness reduction of the welded portion are suppressed, and cracks during caulking are suppressed.
  • (A)-(d) is a top view explaining the manufacturing method of the terminal of FIG. It is a perspective view explaining the laser welding process in FIG.2 (d). It is the perspective view which showed an example of the electric wire connection structure of this invention. It is the perspective view which showed the modification of the terminal of this invention. It is the perspective view which showed the other modification of the terminal of this invention.
  • the terminal of the present invention is made of a metal member. However, since the connector part of the terminal and the tubular crimping part may be formed separately and then both may be joined at the transition part, in the present invention, it is essential that at least the tubular crimping part is formed of a metal member. .
  • the metal member in this invention has a base material, the base layer arbitrarily provided on this base material, and the coating layer provided on a base material or a base layer.
  • the base material is copper (such as tough pitch copper or oxygen-free copper) or a copper alloy, preferably a copper alloy.
  • the copper alloy used for the terminal include, for example, brass (for example, C2600, C2680 of CDA (Copper Development Association)), phosphor bronze (for example, C5210 of CDA), corson-based copper alloy (Cu—Ni—Si—). (Sn, Zn, Mg, Cr) based copper alloy) and the like.
  • a Corson copper alloy is preferable from the comprehensive viewpoints of strength, electrical conductivity, cost, and the like.
  • Corson-based copper alloy examples include, but are not limited to, copper alloys FAS-680 and FAS-820 (both trade names) manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd., and copper alloys manufactured by Mitsubishi Shindoh. MAX-375, MAX251 (both are trade names) and the like can be used. Also, CDA C7025 or the like can be used.
  • Examples of other copper alloy compositions include, for example, Cu—Sn—Cr based copper alloys, Cu—Sn—Zn—Cr based copper alloys, Cu—Sn—P based copper alloys, Cu—Sn—P—Ni.
  • Examples thereof include a copper alloy, a Cu—Fe—Sn—P copper alloy, a Cu—Mg—P copper alloy, and a Cu—Fe—Zn—P copper alloy.
  • inevitable impurities may be included in addition to the essential elements described above.
  • the base material needs to have a certain strength, but also needs punching and press workability. Accordingly, the thickness of the substrate is 0.20 to 1.40 mm. For small parts, a thinner one is desirable, and 0.20 to 0.70 mm is more preferable.
  • the underlayer is a layer that is optionally provided on part or all of the surface of the substrate. That is, it is arbitrarily provided between the base material and the coating layer described later. It is provided mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate and the coating layer and preventing the diffusion of the components of both.
  • the thickness of the underlayer is 0.8 ⁇ m or less. When the thickness of the underlayer exceeds 0.8 ⁇ m, the above effects are saturated and processability at the time of processing tends to deteriorate.
  • the thickness of the underlayer is preferably 0.2 ⁇ m or more from the viewpoint of preventing diffusion.
  • the underlayer is made of any one of nickel, nickel alloy, cobalt, and cobalt alloy.
  • the nickel alloy refers to an alloy containing nickel as a main component (mass ratio of 50% or more).
  • the cobalt alloy refers to an alloy containing cobalt as a main component (mass ratio of 50% or more).
  • a coating layer is a layer provided on a base layer and / or a base material.
  • the case where the coating layer is provided on the base layer and the base material means that, for example, the base layer is provided only on a part of the base material, but the coating layer covers the base layer and the base material. Can be mentioned.
  • the coating layer should just be provided in part or all on the base layer and / or the substrate.
  • the coating layer is made of tin or a tin alloy.
  • a tin alloy refers to an alloy containing tin as a main component (mass ratio of 50% or more).
  • the coating layer of this invention may consist of nickel, a nickel alloy, silver, or a silver alloy.
  • the thickness of the coating layer is 0.2 to 3.0 ⁇ m, more preferably 0.3 to 2.0 ⁇ m.
  • the thickness of the coating layer is measured by a fluorescent X-ray film thickness meter.
  • d1 / d2 is 0.001 to 0.005, where d1 ( ⁇ m) is the average value of the thickness of the coating layer in the tubular crimping portion described later, and d2 ( ⁇ m) is the average value of the thickness of the base material.
  • the amount of the component of the coating layer dissolved into the welded portion can be adjusted.
  • the ratio between the two in a predetermined range, the amount of the component of the coating layer dissolved into the welded portion can be adjusted.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the coating layer is preferably 0.5 ⁇ m or more, and more preferably 0.6 to 1.2 ⁇ m.
  • the laser beam absorbability is excellent during laser welding. Thereby, laser weldability improves and it becomes easy to perform favorable welding. As a result, the occurrence of blow holes after welding can be suppressed and the width of the HAZ (heat affected zone) can be reduced.
  • the method for forming this coating layer is not particularly limited.
  • electroless plating method in addition to electroplating of tin, nickel and silver, electroless plating method, hot dipping method, vapor deposition method, ion plating method, sputtering method, chemical method
  • film forming techniques such as vapor phase epitaxy can be used.
  • white metals such as tin, nickel, and silver have a higher laser light absorptivity in the wavelength region of laser light than copper or copper alloys (laser light reflectance is low). Weldability is improved.
  • the action is considered as follows by taking tin as an example. First, tin constituting the coating layer is melted by the energy of the laser beam. Next, heat energy propagates from the molten tin, and the metal constituting the underlying layer and the copper or copper alloy constituting the base material melt. After the laser light irradiation, the molten copper or the like is solidified together with tin, and the joining is completed.
  • Tin constituting the coating layer is melted after laser welding by laser irradiation, and is taken into copper or a copper alloy constituting the base material at a welded portion (reference numeral 50 in FIG. 1 described later). This is because tin existing as a coating layer before welding is taken into the solidified structure by welding and dissolved in the copper matrix of the base material, and / or copper-tin metal. It is in a state of crystallizing in / out of the copper matrix as an intermetallic compound. In addition, tin may adhere to the outside of the welded portion, and in this case, a part of tin remains on the surface of the base material even after welding without being taken into the base material.
  • the formation of the coating layer by electroplating will be described.
  • the current density depends on plating bath conditions and the like, but is, for example, 5 to 10 A / dm 2 in the case of the Sn plating bath described in this example, and 20 to 30 A / dm 2 in the case of the Ni plating bath.
  • the current density can be further increased by increasing the activity. Examples include a method of increasing the stirring speed of the plating bath. In the experiment in the laboratory, it is preferable to adjust the current density and the stirring condition at the same time because of the means.
  • FIG. 1 shows an example of the terminal of the present invention.
  • the terminal 10 has a female terminal connector part 20 and a tubular crimp part 30 for connecting the wire and the terminal 10 by crimping after the electric wire is inserted.
  • the connector part 20 and the tubular crimp part 30 are connected to each other. It has the transition part 40 to connect.
  • the terminal 10 has welded portions 50 and 50 ′ (regions indicated by broken lines in the drawing) in the tubular crimping portion 30.
  • the terminal 10 is made of a flat plate material made of a metal member.
  • the connector unit 20 is a box unit that allows insertion of an insertion tab such as a male terminal.
  • the shape of the details of the connector portion 20 is not particularly limited. In other words, in another embodiment of the terminal of the present invention, it may not be a box part. For example, it may be an insertion tab of a male terminal instead of the box part. Moreover, the edge part of the terminal which concerns on another form may be sufficient.
  • a female terminal is shown for convenience. Any terminal having any connecting end may have the tubular crimping part 30 via the transition part 40.
  • the transition part 40 is a part that serves as a bridge between the connector part 10 and the tubular crimping part 30. It may be formed three-dimensionally or two-dimensionally. From the viewpoint of mechanical strength against bending in the terminal length direction, it is preferable to design so that the secondary moment of inertia in the longitudinal direction is increased.
  • the tubular crimping part 30 is a part for crimping and joining the terminal 10 and an electric wire (not shown).
  • One end of the tubular crimping portion 30 is an insertion port portion 31 into which an electric wire can be inserted, and the other end is connected to the transition portion 40.
  • the tubular crimping portion 30 is a closed tubular body because the transition portion 40 side is sealed by the sealing portion 36. That is, the tubular crimping portion 30 is a tubular body that is closed except for the insertion port portion 31.
  • the sealing portion 36 prevents moisture and the like from entering from the transition portion 40 side.
  • the inner diameter of the tube of the tubular crimping portion 30 is reduced continuously or stepwise from the insertion port portion 31 toward the sealing portion 36. Since the tubular crimping portion 30 may be a tubular body, the cross section perpendicular to the longitudinal direction is not necessarily circular, and may be oval, rectangular, or other shapes depending on circumstances.
  • the metal member and the electric wire constituting the tubular crimping part are crimped and joined electrically and mechanically.
  • the electrical joining is performed by strongly processing (caulking) the metal member and the electric wire conductor.
  • the tubular crimping portion 30 is in close contact with the insulating coating portion of the electric wire by simultaneously caulking a part of the insulating coating portion of the electric wire.
  • the inside of the tube of the tubular crimping portion 30 may have an electric wire locking groove (not shown).
  • an electric wire locking groove (not shown).
  • the surface is covered with an oxide film. Therefore, by providing such a groove, the contact pressure can be increased by the crest of the groove, and the reliability of the mechanical and electrical connection is improved.
  • the tubular crimping portion 30 is formed by processing a flat plate material of a metal member. More specifically, a tubular body having a substantially C-shaped cross section is formed by punching a plate member of a metal member into a developed view of a terminal and pressing it three-dimensionally. And the open part (butting part) of this tubular body is welded. Since welding is performed in the longitudinal direction of the tubular body, the tubular crimping portion is formed while the welded portion 50 is formed in the substantially same direction as the longitudinal direction. Further, after welding for forming the tubular crimping portion, the end of the tubular crimping portion on the transition portion side is also welded in the width direction, and the sealing portion 36 is provided by forming the welded portion 50 ′. The sealing part 36 is sealed by crushing and overlapping two opposing pipe walls (usually the upper and lower pipe walls) of the tubular crimping part 30 and then welding from above. Is.
  • the welded portions 50 and 50 ' are formed by welding the portion provided with the coating layer in the terminal of the present invention. After welding, the coating layer existing in the region melted by irradiation with the welding laser beam has disappeared from the surface. On the other hand, the coating layer present in the region that has not been melted by the irradiation of the laser light remains. For example, tin, nickel, silver, or the like constituting the lost coating layer is melted and taken in by the laser welded portion 50 and may be taken in or dispersed in the heat affected zone.
  • the dispersion state of tin or nickel cannot be generally stated depending on the conditions of laser welding, etc., but for example, the state of being taken into the solidified structure and dissolved in the copper matrix and / or the intermetallic compound of copper and tin The state which crystallized as an intermetallic compound of copper and nickel can be considered.
  • the welded portion 50 is a welded portion where the end surfaces of the metal members are brought into contact with each other and welded
  • the welded portion 50 ′ is a welded portion where the metal members are overlapped and welded.
  • a phase of tin, tin alloy, nickel, or nickel alloy larger than a size of 0.01 ⁇ m 2 (0.1 ⁇ m ⁇ 0.1 ⁇ m) is observed in an arbitrary cross section of the weld 50.
  • weld defects due to the presence of tin, tin alloy, nickel, nickel alloy, silver or silver alloy phases, it is difficult to form weld defects (blow holes and shrinkage cavities) when the molten metal solidifies and shrinks. Welding is possible.
  • the phase of tin, tin alloy, nickel, nickel alloy, silver, or silver alloy in the welded portion 50 is formed by the metal constituting the coating layer being melted into the welded portion by welding.
  • tin a copper alloy base material using tin for the coating layer
  • tin is dissolved by laser irradiation, and subsequently, the copper alloy constituting the base material is dissolved.
  • the two metals mix to form a liquid alloy and then cool rapidly.
  • a part of tin is taken in as a solid solution in the parent phase of the copper alloy, but remains as a tin phase (tin alloy phase) when oversaturated or when the cooling rate is high.
  • this tin phase varies depending on the welding conditions, but in the terminal of the present invention, a phase larger than a size of 0.01 ⁇ m 2 (0.1 ⁇ m ⁇ 0.1 ⁇ m) exists in an arbitrary cross section of the welded portion 50. By doing so, it becomes a terminal having a desired effect.
  • Terminal manufacturing method 2 (a) to 2 (d) are plan views for explaining an example of a method for manufacturing the terminal of FIG.
  • FIG. 2 is a view of the state in which the terminal is manufactured from the metal plate 70 as viewed from the Z direction (direction perpendicular to the plate surface) of the plate 70.
  • a plate material 70 of a metal member 1 having a base material made of a copper alloy is prepared.
  • a Corson copper alloy (Cu—Ni—Si alloy) having a plate thickness of 0.25 mm is used as a base material, and a tin layer is provided as a predetermined white metal layer on the entire surface of the base material by plating. Further, a predetermined oil film is provided on the entire surface of the white metal layer to form a metal member plate 70.
  • This plate material 70 is punched in a repetitive shape by pressing (primary pressing) so that a plurality of terminals are in a flattened state.
  • a so-called cantilevered object to be processed that supports each object to be processed at one end is manufactured, and a connector part plate 72 is formed on a carrier part 71a in which feed holes 71b are formed at equal intervals.
  • the transition plate member 73 and the tubular crimp plate 74 are integrally formed (FIG. 2B).
  • the original plates of the respective terminals are arranged at a predetermined pitch in the X direction, and are punched so that the longitudinal direction of the tubular crimping portion formed later is the Y direction.
  • the original plate of each terminal is bent (secondary press) to form a connector part 75, a transition part 76, and a crimping part tubular body 77 for forming a tubular crimping part.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the crimping portion tubular body 77 is substantially C-shaped with a very small gap.
  • the end faces of the metal member through this gap are called butted portions 78 (FIG. 2C).
  • the butting portion 78 extends in the Y direction.
  • an end portion on the transition portion side of the crimping portion tubular body 77 is provided with an overlapping portion (not shown) so that the inner wall of the tubular body is in contact with the Z direction.
  • a welded portion (a belt-like welded portion, also referred to as a weld bead) is formed as a weld mark.
  • the one-dot chain line in the figure is a welded portion where the butted portion 78 is welded, and the broken line is a welded portion where the overlapping portion is welded.
  • the welding is preferably performed using a fiber laser as will be described later.
  • the laser welding machine can three-dimensionally weld a reduced-diameter portion of the tubular body by using one that can three-dimensionally adjust the focal position during welding.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining the laser welding process in FIG.
  • a fiber laser welding apparatus FL that oscillates laser light with an infrared wavelength of 1084 nm ⁇ 5 nm is used, with a laser output of 100 to 2000 W, a sweep speed of 90 to 250 mm / sec, and a spot diameter of about 20 ⁇ m.
  • the butted portion 78 of the crimping portion tubular body 77 is welded.
  • the welded portion 51 is formed at substantially the same position as the abutting portion 78.
  • the laser beam L emitted from the fiber laser welding apparatus FL is irradiated, and the energy of the laser beam is converted into heat, so that a part of the oil film on the butt 78 is first heated while burning. , The white metal layer is melted, and then the base material itself constituting the butt portion 78 is melted by propagating the melting heat energy. Then, the welding part 51 is provided by cooling rapidly.
  • the gap between the end faces of the butted portion 78 and the width of the welded portion 51 do not necessarily match.
  • copper alloys have a low absorption efficiency of laser light having an oscillation wavelength in the near-infrared region, so that there are cases where the welding width cannot be narrowed or the heat affected zone (HAZ) cannot be narrowed.
  • the mechanical properties of the welded part and its vicinity may be deteriorated by laser welding of the copper alloy. Then, the said subject is overcome by forming a predetermined
  • the surface of the coating layer (the surface of tin, nickel, silver, or an alloy thereof) has less near-infrared laser light reflection than the copper alloy surface, the near-infrared laser light absorbability is good.
  • a tin surface having a predetermined rough arithmetic average roughness has a reflectivity of about 60 to 80% and a reflectivity of 90% or more. It is lower than the alloy surface.
  • the fiber laser beam L is preferably welded at an output of 100 to 2000 W.
  • the welding part 50 is provided in an appropriate range by adjusting the sweep speed.
  • the overlapping portion of the end of the tubular crimping portion on the transition portion 76 side (the end opposite to the wire insertion port) is sealed by welding.
  • This sealing is performed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the terminal.
  • a portion where the metal member is folded is welded from above the folded portion.
  • the method for manufacturing a terminal of the present invention includes a step of punching a plate member of a metal member into a developed shape of a terminal, a step of forming a terminal having a tubular body by pressing, and a butted portion of the tubular body. Welding, and welding the overlapping portion of the end opposite to the insertion opening of the tubular body to form a tubular crimping portion of the closed tubular body.
  • FIG. 4 shows a wire connection structure 100 of the present invention.
  • the electric wire connection structure 100 has a structure in which the terminal 10 of the present invention and the electric wire 60 are bonded by pressure bonding.
  • the electric wire connection structure 100 inserts the electric wire 60 (a part of the electric wire conductor part and a part of the insulation coating part) into the tubular crimping part 30 and caulks the tubular crimping part 30, so that the electric wire 60 becomes the tubular crimping part 30 is crimped and connected.
  • the electric wire 60 consists of the insulation coating part 61 and the conductor part which is not shown in figure.
  • the conductor portion is made of copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, or the like.
  • a conductor portion made of an aluminum alloy is being used from the viewpoint of weight reduction.
  • a main component of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), a main component of polyvinyl chloride (PVC), or the like can be used.
  • the coated crimping portion 32, the reduced diameter portion 33, and the conductor crimping portion 34 are plastically deformed by crimping the tubular crimping portion 30 in a state where the end of the electric wire with the exposed conductor is inserted into the insertion port 31. Then, a part of the insulating coating part of the electric wire 60 and a part of the conductor part are crimped, whereby the tubular crimping part 30 and the conductor part of the electric wire 60 are electrically connected.
  • a recess 35 may be formed in a part of the conductor crimping portion 34 by strong processing. Thus, the conductor part of the electric wire 60 does not need to maintain the shape of the original strand by the strong process which a part changes large.
  • a wire harness (assembled wire) can be obtained by preparing one or a plurality of such wire connection structures 100 and arranging the connector portions of the wire connection structures 100 side by side in the housing case.
  • FIG. 4 shows a state in which the terminal 10 is crimped to the electric wire 60, but as shown in FIG. 5, the terminal 80 has a stepped shape in the tubular crimping portion before being crimped to the electric wire. It may be.
  • the tubular crimping portion 81 is a cylindrical member closed on the transition portion 40 side, and includes a covering crimping portion 83 to be crimped to an insulating coating of an unillustrated electric wire, and the transition portion 20 from the insertion port portion 82 side.
  • the diameter-reducing portion 84 that is reduced in diameter toward the side, the conductor crimping portion 85 that is crimped to the conductor of the electric wire 3, and the diameter is further reduced from the insertion port portion 82 side toward the transition portion 40 side. It may have a reduced diameter portion 86 that is closed by.
  • the tubular crimping portion 81 has a stepped shape
  • the end portion of the wire is removed and the end portion is inserted into the tubular crimping portion 81, the insulating coating of the wire is locked by the reduced diameter portion 84.
  • the insulation coating is positioned directly below the coating crimping portion 83, and the electric wire is positioned directly below the conductor crimping portion 85. Therefore, the end of the electric wire can be easily positioned, the crimping between the covering crimping portion 83 and the insulating coating, and the crimping between the conductor crimping portion 85 and the conductor can be performed reliably, and good water stopping and electrical It is possible to achieve excellent adhesiveness while achieving simultaneous connection.
  • the connector part 20 is a box-type female terminal, but the present invention is not limited to this, and the connector part may be a male terminal.
  • the terminal 90 as shown in FIG. 6 is provided integrally with a tubular crimping portion 91 to be crimped to an unillustrated electric wire, and the tubular crimping portion and the transition portion 92, not shown.
  • the connector part 93 electrically connected with the external terminal may be provided.
  • the connector portion 93 has a long connecting portion 93a, and the connecting portion is inserted along a longitudinal direction into a female terminal (not shown) which is an external terminal, so that the female terminal and the electrical terminal are electrically connected. Connected.
  • Examples 1 to 40 In Examples 1 to 40, a copper alloy shown in Table 1 having a square shape with a thickness of 0.2 to 0.4 mm was used as a base material, and plating for providing a tin coating layer on the base material was performed. In addition, about the Example which provided the base layer, after performing plating and providing the base layer of nickel, the plating for providing a coating layer was performed. Subsequently, the metal members were butted together and welded with a fiber laser for 1 cm for the welding time shown in Table 1 to obtain a test piece, which was subjected to cross-sectional observation and weldability evaluation. Subsequently, this test was bent and the crack of the weld was measured.
  • ⁇ Copper alloy base material> copper alloys FAS-680 and FAS-820 manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd., and copper alloys MAX375 and MAX251 manufactured by Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. were used. Any copper alloy is a material containing Ni, Si, Sn or the like as a secondary additive.
  • the coating layer and the underlayer were plated under the following conditions.
  • the thickness of the plating layer measured the average thickness of the said layer on an edge part with the fluorescent X ray film thickness meter.
  • ⁇ Presence / absence of X phase in cross-sectional observation> The portion including the welded portion is filled with a resin and then polished to obtain a cross section, and elemental mapping is performed using SEM-EDX.
  • the welded portion is larger than 0.1 ⁇ m ⁇ 0.1 ⁇ m (0.01 ⁇ m 2 ) in size.
  • the presence or absence of tin, tin alloy, nickel, nickel alloy, silver, or a silver alloy phase (referred to as X phase) was observed and evaluated according to the following criteria.
  • ⁇ Without X phase
  • Example 14 The copper alloy base material was welded using FAS-680.
  • Example 14 is the same as Example 14 except that the laser scanning speed in welding is changed.
  • Example 14 is the same as Example 14 except that welding is performed by YAG laser welding and the output and laser scanning speed in the welding are changed.
  • Example 14 is the same as Example 14 except that the thickness of the base material and the laser scanning speed in welding are changed.
  • Example 14 is the same as Example 14 except that the thickness of the underlayer is changed.
  • Example 14 is the same as Example 14 except that the thickness of the coating layer was changed.
  • Example 14 is the same as Example 14 except that the thickness of the substrate, the output in welding, and the laser scanning speed are changed.
  • Table 1 shows the evaluation results. From Table 1, it was found that Examples 1 to 40 were all excellent in crack resistance and weldability. On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 did not have an X phase having a size larger than 0.01 ⁇ m 2 in cross-sectional observation, resulting in poor crack resistance. In Comparative Example 3, the thickness of the base material was 1.50 mm, through welding could not be performed, and evaluation could not be performed. In Comparative Example 4, the thickness of the underlayer was 1.5 ⁇ m, and the results were inferior in crack resistance. In Comparative Example 5, the thickness of the coating layer was 4.0 ⁇ m, and the results were inferior in crack resistance and weldability.
  • the base material had a thickness of 1.50 mm, which was inferior in crack resistance and weldability.
  • the tubular crimping portion has the base layer having a thickness of 0.0 to 0.8 ⁇ m on the base material having a thickness of 0.20 to 1.40 mm, and is thick on the base material and / or the base layer. It consists of a metal member with a coating layer having a thickness of 0.2 to 3.0 ⁇ m, has a weld formed by butt welding the metal member, and there is an X phase greater than 0.01 ⁇ m 2 in the weld Therefore, the terminal of the present invention is excellent in crack resistance and weldability.
  • this example shows an example using tin as the coating layer, the same result was obtained even when nickel or silver was used as the coating layer, and the terminal was excellent in crack resistance and weldability. Can be obtained.

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Abstract

溶接部の強度低下や肉厚低下が抑制されており、かしめ加工時のわれが抑制される端子を提供する。 本発明の端子は、コネクタ部と管状圧着部とトランジション部とからなる端子であって、前記管状圧着部は、厚さ０．２０～１．４０ｍｍの銅または銅合金からなる基材上に、厚さ０．０～０．８μｍのニッケル、ニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金からなる下地層を有し、前記基材上および／または前記下地層上に厚さ０．２～３．０μｍのスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金からなる被覆層が形成された金属部材からなり、前記金属部材を突合せ溶接して形成した溶接部を有し、前記溶接部の端子長手方向に垂直な断面において、前記溶接部に０．０１μｍ２より大きなスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金の相が存在し、電線挿入口と反対の一端が閉塞した閉塞管体に形成されている。

Description

端子、電線接続構造体および端子の製造方法
　本発明は、電気導通を担う部品に関する。より詳しくは、電線を接続する端子とこの端子の製造方法、および端子と電線とを接合した電線接続構造体に関する。
　従来、自動車用ワイヤハーネスなどにおける電線と端子との接続は、オープンバレル型と呼ばれる端子で電線をかしめて圧着する圧着接続が一般的である。しかし、オープンバレル型端子では、電線と端子の接続部分（接点）に水分等が付着してしまうと、電線や端子に用いられる金属表面の酸化が進み、接続部分における電気抵抗が上昇してしまう。また、電線と端子に用いられる金属が異なる場合、異種金属間腐食が進んでしまう。当該接続部分における金属の酸化や腐食の進行は、接続部分の割れや接触不良の原因となり、製品寿命への影響を免れない。特に近年では、電線をアルミニウム合金とし、端子基材を銅合金とするワイヤハーネスが実用化されつつあり、接続部分の酸化や腐食の課題が顕著になってきている。
　接続部分におけるアルミニウム電線の腐食を防止するため、特許文献１においては、端子に電線導体と同種材のアルミニウム合金を使用し、従来の銅端子の場合に生じる異種金属腐食を抑止している。しかし、端子にアルミニウム合金を使用した場合、端子自身の強度やばね特性が十分でない。また、これを補うため端子に鉄系素材のばねを組み込んだ構造を採用しているため、やはりばね材料と端子基材（アルミニウム）間の異種金属腐食の問題を免れることができないばかりか、組み込む手間が生じ、製造コストが高くなってしまうという問題がある。
　一方、特許文献２では、電線と端子との接続部を保護するため、アルミニウム電線の導体露出部に銅のキャップを取り付ける構成を採用している。しかし、当該キャップの存在により圧着部の体積が増加することや、部品数の増加による圧着不良や製造コスト高につながるという問題がある。
　さらに、特許文献３では、圧着部全体を樹脂によりモールドする方式を採用したが、モールド部の肥大化によりコネクタハウジングのサイズが増大し、ワイヤハーネス全体の高密小型化が困難となるだけでなく、ワイヤハーネス製造の工程及びその作業が複雑化するという問題があった。特許文献４においては、アルミニウム導体を外部から遮断するため、金属缶を電線導体に被せ、その後さらに端子金具のかしめ片を圧着させる手法を採用している。しかし、当該端子金具のかしめ片の圧着前に個々の導体へ上記金属缶を装着する工程の煩雑化及び圧着時のワイヤバレルによる金属缶の破壊に起因する浸水という問題があった。
　上記のような問題は、電線との接続部が管状（袋状）の端子に電線を挿入して圧着する構造を採用することで、圧着部を肥大させずに電線導体を外界から遮断することにより解決することができる。管の形成法はいくつかあるが、溶接部の幅を狭くすることができるのに加えて、処理速度とコストの観点で、レーザ溶接法（例えば、特許文献５参照）を用いるのが好適であるとされている。
特開２００４－１９９９３４号公報 特許第４５９８０３９号公報 特開２０１１－２２２２４３号公報 特開２００４－２０７１７２号公報 特開２００３－１９１０８５号公報
　しかしながら、特許文献５に記載されているＹＡＧレーザ溶接方法を用いると、ＹＡＧレーザの集光ビーム径は、他の溶接方法に比べれば小さいものの、実用的な観点ではまだかなり大きく、溶接部の幅が大きくなる。このため、ＹＡＧレーザ溶接によって溶接を行うと、溶融部が落ちやすくなり、結果として溶接部の肉厚が減少するという問題がある。
　また、表面にスズ層などの被覆層を有する銅合金板（金属部材）を用いて、これをレーザ溶接することによって管状圧着部を形成した端子において、溶接部に多量にＳｎが固溶してしまうと溶接部の強度が高くなりすぎてしまう。このような管状圧着部に電線を挿入してかしめ加工を行うと、溶接部が割れてしまうおそれがある。
　そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、レーザ溶接によって管状圧着部に好適に形成された溶接部を有する端子を提供することを目的とする。すなわち、強度低下や肉厚低下が抑制されており、かしめ加工時の割れが抑制される端子を提供することを目的とする。また、この端子を用いた電線接続構造体を提供することを目的とする。
　上記課題は以下の手段により解決される。
（１）他の端子と嵌合するコネクタ部と、電線と圧着接合する管状圧着部と、前記コネクタ部と前記管状圧着部とを連結するトランジション部とからなる端子であって、前記管状圧着部は、厚さ０．２０～１．４０ｍｍの銅または銅合金からなる基材上に、厚さ０．０～０．８μｍのニッケル、ニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金からなる下地層を有し、前記基材上および／または前記下地層上に厚さ０．２～３．０μｍのスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金からなる被覆層が形成された金属部材からなり、前記金属部材を突合せ溶接して形成した溶接部を有し、前記溶接部の端子長手方向に垂直な断面において、前記溶接部に０．０１μｍ２より大きなスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金の相が存在し、電線挿入口と反対の一端が閉塞した閉塞管体に形成されていることを特徴とする端子。
（２）前記下地層の厚さが、０．２～０．８μｍである（１）に記載の端子。
（３）前記管状圧着部における前記被覆層の厚さの平均値ｄ１と前記基材の厚さの平均値ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）が０．００１～０．００５である（１）または（２）に記載の端子。
（４）前記溶接が、ファイバレーザによる溶接である（１）乃至（３）のいずれかに記載の端子。
（５）（１）乃至（４）のいずれかに記載の端子と、被覆電線とを圧着接合した電線接続構造体。
（６）前記被覆電線の導体部がアルミニウムまたはアルミニウム合金である（５）に記載の電線接続構造体。
（７）厚さ０．２～０．７ｍｍの銅または銅合金からなる基材上に、厚さ０．０～０．８μｍのニッケル、ニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金からなる下地層を有し、前記基材上および／または前記下地層上に厚さ０．２～３．０μｍのスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金からなる被覆層が形成された金属部材の板材を打ち抜く工程と、プレス加工を行い、管状体を有する端子を形成する工程と、前記管状体の突き合わせ部を溶接する工程と、前記管状体の挿入口部と反対の端部の重ね合わせ部を溶接し、閉塞管状体の管状圧着部を形成する工程とをこの順で有することを特徴とする端子の製造方法。
（８）前記下地層の厚さが、０．２～０．８μｍである（７）に記載の端子の製造方法。
　本発明によれば、レーザ溶接によって端子の管状圧着部に、好適に溶接部を設けることができる。さらに、溶接部の強度低下や肉厚低下が抑制されており、かしめ加工時の割れが抑制される端子を提供することができる。
本発明の端子の一例を示した斜視図である。 （ａ）～（ｄ）は、図４の端子の製造方法を説明する平面図である。 図２（ｄ）におけるレーザ溶接工程を説明する斜視図である。 本発明の電線接続構造体の一例を示した斜視図である。 本発明の端子の変形例を示した斜視図である。 本発明の端子の他の変形例を示した斜視図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について詳細に説明する。
（金属部材）
本発明の端子は金属部材からなる。ただし、端子のコネクタ部と管状圧着部を別々に形成した後にトランジション部において両者を接合しても良いので、本発明では、少なくとも管状圧着部が金属部材で形成されていることを必須事項とする。本発明における金属部材は、基材とこの基材上に任意で設けられる下地層と、基材あるいは下地層上に設けられる被覆層とを有するものである。
（基材）
基材は、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）等が挙げられる。この内、強度と導電率、コストなどの総合的な観点から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や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。
　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。
　基材は、一定の強度が必要である一方、打ち抜きやプレス加工性も必要である。従って、基材の厚さは、０．２０～１．４０ｍｍである。小型部品用としては薄い方が望ましく、０．２０～０．７０ｍｍがより好ましい。
（下地層）
　下地層は、基材の表面上の一部または全部に、任意で設けられる層である。つまり、基材と後述する被覆層との間に任意で設けられるものである。主として、基材と被覆層の密着性向上と、両者の成分の拡散防止にのために設ける。下地層の厚さは０．８μｍ以下である。下地層の厚さが０．８μｍを超えると上記の効果が飽和する上、加工時の加工性が悪くなりやすい。下地層の厚さは０．２μｍ以上であると、拡散防止の観点からも好ましい。下地層は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金のいずれかの金属からなる。ここでニッケル合金とは、ニッケルを主成分（質量比で５０％以上）とする合金を指す。コバルト合金とは、コバルトを主成分（質量比で５０％以上）とする合金を指す。
（被覆層）
　被覆層は、下地層上および／または基材上に設けられる層である。被覆層が下地層および基材上に設けられる場合とは、例えば下地層が基材上の一部にしか設けられていないが、被覆層が下地層と基材とを被覆している場合が挙げられる。被覆層も、下地層上および／または基材上の一部または全部に設けられていればよい。被覆層は、スズまたはスズ合金からなる。スズ合金とは、スズを主成分（質量比で５０％以上）となるものを指す。なお、本発明の被覆層は、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金からなっても良い。
　被覆層の厚さは０．２～３．０μｍであり、０．３～２．０μｍがより好ましい。被覆層の厚さは蛍光Ｘ線膜厚計によって測定される。被覆層の厚さを所定の範囲内とすることによって、被覆層を構成する金属成分が溶接部へ溶け込む量を調整することができる。すなわち、適正な溶接部とすることができる。また、後述する管状圧着部における被覆層の厚さの平均値をｄ１（μｍ）、基材の厚さの平均値をｄ２（μｍ）としたとき、ｄ１／ｄ２は０．００１～０．００５であることが好ましい。両者の比を所定の範囲内とすることによって、被覆層の成分が溶接部へ溶け込む量を調整することができる。すなわち、溶接部内における被服層の成分からなる相（スズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金の相）が適切に形成されることで、溶接部の割れの防止と溶接性の向上に寄与する。
　なお、被覆層の表面の算術平均粗さＲａは０．５μｍ以上が好ましく、０．６～１．２μｍであることがより好ましい。表面の算術平均粗さＲａを調整すると、レーザ溶接時にレーザ光の吸収性が優れる。これにより、レーザ溶接性が向上し、良好な溶接を行いやすくなる。結果、溶接後にブローホールの発生を抑制しかつＨＡＺ（熱影響部）の幅を小さくすることができる。
　この被覆層の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、スズやニッケル、銀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、めっき処理を施して被覆層を設けることが好ましい。
　基材に被覆層を設けると、スズやニッケル、銀などの白色系金属はレーザ光の波長領域に対するレーザ光吸収率が銅または銅合金に比べて高い（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、スズを例にして次のように考えられる。まず被覆層を構成する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下地層を構成する金属および基材を構成する銅または銅合金が溶融する。レーザ光照射後には前記溶融した銅等がスズとともに凝固し、接合が完了する。被覆層を構成するスズは、レーザ照射によるレーザ溶接後には溶融され、溶接部（後述の図１などの符号５０）において基材を構成する銅または銅合金の中に取り込まれている。これは、溶接前に被覆層として存在していたスズが、溶接により、凝固組織内に取り込まれ、基材の銅母相内に固溶した状態であるか、および／または、銅－スズ金属間化合物として銅母相内／外に晶出した状態である。なお、溶接部の外側までスズが付着していても良く、この場合は、スズの一部は基材中に取り込まれずに溶接後にも基材の表面に残留する。
　被覆層の電気めっきによる形成について説明する。表面に被覆層を形成するためには、表面を粗化させるために、めっき条件の設定において、電流密度をやけめっきにならない範囲で高電流密度にすることが好ましい。電流密度は、めっき浴条件などにもよるが、例えば、本実施例記載のＳｎめっき浴の場合、５～１０Ａ／ｄｍ２であり、Ｎｉめっき浴の場合２０～３０Ａ／ｄｍ２である。また、活量を上げることでさらに高電流密度にできる。例としては、めっき浴の攪拌速度を上げる方法などが挙げられる。実験室での実験においては、手段の関係上、電流密度と攪拌条件を同時に調整することが好適である。
（端子）
図１は本発明の端子の一例を示している。端子１０は、雌型端子のコネクタ部２０と、電線が挿入された後、圧着によって電線と端子１０とを接続する管状圧着部３０を有し、これらのコネクタ部２０と管状圧着部３０とを連結するトランジション部４０を有する。さらに、端子１０は管状圧着部３０に溶接部５０、５０’（図中、破線で示した領域）を有する。この端子１０は、金属部材の平面板材から作製されている。
　コネクタ部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、このコネクタ部２０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でなくてもよく、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を介し管状圧着部３０を有していれば良い。
　トランジション部４０は、コネクタ部１０と管状圧着部３０の橋渡しとなる部分である。立体的に形成されていても、平面的に形成されていても良い。端子長方向の折り曲げに対する械的強度の観点からは、長手方向の断面２次モーメントが大きくなるように設計すると良い。
　管状圧着部３０は、端子１０と電線（図示せず）とを圧着接合する部位である。管状圧着部３０の一端は、電線を挿入することができる挿入口部３１であり、他端はトランジション部４０に接続されている。管状圧着部３０は、トランジション部４０側が封止部３６によって封止されていることで、閉塞管状体となっている。つまり、管状圧着部３０は、挿入口部３１以外が閉塞された管状体となっている。この封止部３６によって、トランジション部４０側から水分等が浸入するのを防止する。管状圧着部３０の管の内径は、挿入口部３１から封止部３６に向けて、連続状あるいは階段状に縮径している。管状圧着部３０は管状体であればよいので、必ずしも長手方向に垂直な断面が円形である必要はなく、場合によっては楕円形や矩形、その他の形状であっても良い。
　管状圧着部３０では、管状圧着部を構成する金属部材と電線とが電気的・機械的に圧着接合される。特に、電気的な接合は、金属部材および電線導体部が強加工される（かしめられる）ことで接合が行われる。また、管状圧着部３０は、電線の絶縁被覆部の一部も同時にかしめられることで、電線の絶縁被覆部とも密着する。特に挿入口部３１において、管状圧着部３０の金属部材と電線被覆部との間から水分等が浸入しないように、隙間なく密着するのが好ましい。
　管状圧着部３０の管の内側には、電線係止溝（図示せず）を有していても良い。電線の導体にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いる場合、その表面は酸化被膜に覆われている。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でき、機械的・電気的接続の信頼性が向上する。
　管状圧着部３０は、金属部材の平面板材を加工することで形成される。より具体的には、金属部材の板材を端子の展開図状に打ち抜き、立体的にプレス加工することで、断面が略Ｃ字型となる管状体が形成される。そして、この管状体の開放部分（突き合わせ部）が溶接される。溶接は管状体の長手方向に行われるので、その長手方向と略同一の方向に溶接部５０が形成されながら管状圧着部が形成される。また、管状圧着部を形成する溶接の後、トランジション部側の管状圧着部の端部も幅方向に溶接を行い、溶接部５０’の形成によって封止部３６を設ける。なお、この封止部３６は、管状圧着部３０の対向する２つの管壁（通常は上下の管壁）を潰して重ね合わせた上で、重ね合わせた上から溶接をすることで封止するものである。
　ここで、溶接部５０および５０’は、本発明の端子において、被覆層が設けられた部分を溶接することで形成されている。溶接後は、溶接レーザ光が照射されて溶解した領域に存在していた被覆層は表面から消失している。一方で、レーザ光が照射されて溶解していない領域に存在していた被覆層は残留する。消失した被覆層を構成していた例えばスズやニッケル、銀等はレーザ溶接部５０に溶融されて取り込まれ、また熱影響部に取り込まれるか分散していることもある。スズやニッケルの分散状態は、レーザ溶接の条件等によって一概に言えないが、例えば、凝固組織内に取り込まれて銅の母相内に固溶した状態及び／又は銅とスズの金属間化合物や銅とニッケルの金属間化合物として晶出した状態などが考えられる。
　なお、後述するが、溶接部５０は金属部材の端面同士を突き合わせて溶接を行った溶接部であり、溶接部５０’は金属部材を重ね合わせて溶接をおこなった溶接部である。本発明の端子では、溶接部５０の任意の横断面に０．０１μｍ２（０．１μｍ×０．１μｍ）のサイズより大きなスズ、スズ合金、ニッケル、またはニッケル合金の相が観察される。このような端子であれば、管状圧着部３０に電線を挿入してかしめ加工を行ったとき、溶接部５０に割れが発生しにくい。また、スズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金の相があることにより、溶接時に溶解した金属が凝固して収縮する際、溶接欠陥（ブローホールや引け巣）ができにくく、良好な溶接が可能となる。
溶接部５０内のスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金の相は、溶接によって被覆層を構成する金属が溶接部へ溶け込むことによって形成されるものである。例えば、被覆層にスズを用いた銅合金基材を突合せ溶接する場合、まずレーザ照射によってスズが溶解し、続いて基材を構成する銅合金が溶解する。そして、両者の金属は混ざり合って液体の合金となり、その後急速に冷却する。このとき、スズの一部は銅合金の母相中に固溶して取り込まれるものの、過飽和となった場合や冷却速度が速い場合などに、スズ相（スズ合金相）として残存する。溶接条件によってこのスズ相の様相はまちまちであるが、本発明の端子においては、溶接部５０の任意の横断面に０．０１μｍ２（０．１μｍ×０．１μｍ）のサイズより大きな相が存在することで、所望の効果を奏する端子となる。
（端子の製造方法）
図２（ａ）～（ｄ）は、図１の端子の製造方法の一例を説明する平面図である。なお、図２は金属部材の板材７０から端子が製造される様子を板材７０のＺ方向（板面に対して垂直な方向）から見た図である。
　先ず、銅合金からなる基材を有する金属部材１の板材７０を用意する。例えば板厚０．２５ｍｍのコルソン系銅合金（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金）を基材として、この基材上の全面に所定の白色系金属層としてスズ層をめっきで設ける。さらに、この白色系金属層上の全面に所定の油膜を設けて金属部材の板材７０とする。
　この板材７０を、プレス加工（１次プレス）にて、複数の端子が平面展開した状態となるように、繰り返し形状で打ち抜く。本プレス加工では、各被処理体を片端で支持するいわゆる片持ち型の被処理体が作製され、送り穴７１ｂが等間隔で形成されたキャリア部７１ａに、コネクタ部用板状体７２と、トランジション部用板状体７３と、管状圧着部用板状体７４が一体で形成されている（図２（ｂ））。このとき、それぞれの端子の原板は、Ｘ方向に関して所定ピッチで配列されており、後に形成される管状圧着部の長手方向がＹ方向となるように打ち抜かれる。
　次に、それぞれの端子の原板に曲げ加工を施して（２次プレス）、コネクタ部７５と、トランジション部７６と、管状圧着部とするための圧着部用管状体７７とを形成する。このとき、圧着部用管状体７７の長手方向に垂直な断面は、隙間がごく微小な略Ｃ字型となっている。この隙間を介した金属部材の端面同士を突き合わせ部７８と呼ぶ（図２（ｃ））。この突き合わせ部７８は、Ｙ方向に伸びている。また、圧着部用管状体７７のトランジション部側の端部は、管状体の内壁がＺ方向で接するようにして、重ね合わせ部（図示せず）を設ける。
　その後、圧着部用管状体７７の上方から例えばレーザ光を照射して、突き合わせ部７８に沿って図中の矢印Ａ方向に掃引することで、当該部分にレーザ溶接を施す（図２（ｄ））。これにより突き合わせ部７８が溶接される。さらに、重ね合わせ部を図中の矢印Ｂ方向に掃引することで、圧着部用管状体７７のトランジション７６部側の端部を溶接して封止する。これらの溶接により、電線の挿入口以外が閉塞した閉塞管状体の管状圧着部７９が形成される。なお、いずれの溶接でも溶接痕として溶接部（帯状の溶接部であり、溶接ビードともいう）が形成される。図中の一点鎖線は、突き合わせ部７８を溶接した溶接部であり、破線は、重ね合わせ部を溶接した溶接部である。溶接は、後述するようにファイバレーザを用いて実行されるのが好ましい。レーザ溶接機は、溶接中の焦点位置を立体的に調整可能なものを用いることで、管状体の縮径部などを立体的に溶接することができる。
　図３は、図２（ｄ）におけるレーザ溶接工程を説明する斜視図である。図３に示すように、例えば赤外線の波長１０８４ｎｍ±５ｎｍのレーザ光を発振するファイバレーザ溶接装置ＦＬが使用され、レーザ出力１００～２０００Ｗ、掃引速度９０～２５０ｍｍ／ｓｅｃ、スポット径約２０μｍにて、圧着部用管状体７７の突き合わせ部７８が溶接される。レーザＬが突き合わせ部７８に沿って照射されることで、突き合わせ部７８と略同一位置に溶接部５１が形成される。より具体的には、ファイバレーザ溶接装置ＦＬから発せられたレーザ光Ｌが照射され、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７８上の油膜の一部が燃焼しながら熱を伝え白色系金属層が溶融し、次いで、溶融熱エネルギーを伝播して突き合わせ部７８を構成している基材自体を溶融する。その後、急速に冷却することで、溶接部５１が設けられる。ただし、突き合わせ部７８の端面同士の隙間の間隔と、溶接部５１の幅は必ずしも一致するものではない。
　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。また、銅合金はレーザ溶接により溶接部とその近傍の機械特性が低下することがある。そこで、基材の溶接する部分上に対して所定の白色系金属層および油膜を形成すること、及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、上記課題が克服される。
　被覆層の表面（スズやニッケル、銀またはこれら合金の表面）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、例えば、所定の粗い算術平均粗さを有するスズの表面は反射率が６０～８０％程度であり、反射率が９０％以上である銅合金表面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被覆層を形成した領域に近赤外レーザ光が照射されると、融点の低い例えばスズなどの被覆層が速やかに溶融して溶融池を形成し、これによりレーザ光の吸収がさらに高まる。この溶融池領域がレーザ光を吸収して突き合わせ部７８を溶融していくことで当該突き合わせ部の溶接が進行する。
　なお、ファイバレーザ光Ｌのエネルギーがあまりに高いと、又はエネルギー密度が低いと、熱影響部（ＨＡＺ）が必要以上に広範囲で形成されてしまい、極端な場合には管状圧着部３０の基材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１００～２０００Ｗ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、溶接部５０を適切な範囲に設ける。
　また、管状圧着部を形成した溶接の後、管状圧着部のトランジション部７６側の端部（電線挿入口と反対側の端部）の重ね合わせ部を溶接によって封止する。この封止は端子長手方向に対して垂直な方向に行われる。この溶接は、金属部材が折り重なった部分を、折り重なった部分の上から溶接するものである。この封止によって、管状圧着部のトランジション部側の端部は閉塞される。
　以上のように、本発明の端子の製造方法は、金属部材の板材を端子の展開図形状に打ち抜く工程と、プレス加工を行い管状体を有する端子を形成する工程と、管状体の突き合わせ部を溶接する工程と、管状体の挿入口部と反対の端部の重ね合わせ部を溶接して閉塞管状体の管状圧着部を形成する工程とを有する。
（電線接続構造体）
　図４に本発明の電線接続構造体１００を示す。電線接続構造体１００は、本発明の端子１０と、電線６０とが圧着接合された構造を有している。電線接続構造体１００は、管状圧着部３０内に電線６０（電線導体部の一部および絶縁被覆部の一部）を挿入し、管状圧着部３０をかしめることで、電線６０が管状圧着部３０内に圧着接続されている。なお、電線６０は、絶縁被覆部６１と図示しない導体部とからなる。導体部は、銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などからなっている。近年は、軽量化の観点からアルミニウム合金からなる導体部が用いられつつあるのは、既に述べたとおりである。絶縁被覆部は、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィンを主成分としたものや、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を主成分としたもの等を用いることができる。
　管状圧着部３０では、導体が露出した電線端部を挿入口部３１に挿入した状態で管状圧着部３０を加締めることで、被覆圧着部３２、縮径部３３および導体圧着部３４が塑性変形して電線６０の絶縁被覆部の一部および導体部の一部と圧着され、これにより、管状圧着部３０と電線６０の導体部とが電気的に接続される。導体圧着部３４の一部には、強加工によって、凹部３５が形成されてもよい。このように一部が大変形するような強加工によって、電線６０の導体部はもとの素線の形状を保っていなくても良い。
　このような電線接続構造体１００を一本または複数本用意し、電線接続構造体１００のコネクタ部をハウジングケース内に並べて設置することでワイヤハーネス（組電線）とすることができる。
　例えば、図４では端子１０が電線６０と圧着された状態を示しているが、図５に示すように、電線と圧着される前の状態で、端子８０が管状圧着部に段差形状を有していてもよい。具体的には、管状圧着部８１は、トランジション部４０側が閉塞された筒部材であって、不図示の電線の絶縁被覆と圧着される被覆圧着部８３と、挿入口部８２側からトランジション部２０側に向かって縮径する縮径部８４と、電線３の導体と圧着される導体圧着部８５と、挿入口部８２側からトランジション部４０側に向かって更に縮径し、その端部が溶接により閉塞される縮径部８６とを有していてもよい。
　このように管状圧着部８１が段差形状を有することで、電線端部の被覆を除去して当該端部を管状圧着部８１に挿入したとき、電線の絶縁被覆が縮径部８４で係止され、これにより被覆圧着部８３の直下に絶縁被覆が位置し、導体圧着部８５の直下に電線が位置する。したがって、電線端部の位置決めを容易に行うことができ、被覆圧着部８３と絶縁被覆との圧着、および導体圧着部８５と導体の圧着を確実に行うことが可能となり、良好な止水性および電気的接続を両立して、優れた密着性を実現することができる。
　また、図１の端子では、コネクタ部２０がボックス型の雌型端子であるが、これに限らず、コネクタ部が雄型端子であってもよい。具体的には、図６で示すような端子９０であって、不図示の電線と圧着される管状圧着部９１と、該管状圧着部とトランジション部９２を介して一体的に設けられ、不図示の外部端子と電気的に接続されるコネクタ部９３とを備えていてもよい。このコネクタ部９３は、長尺状の接続部９３ａを有しており、当該接続部が外部端子である不図示の雌型端子に長手方向に沿って挿入されることで、雌型端子と電気的に接続される。
　（実施例１～４０）
　実施例１～４０においては、厚さ０．２～０．４ｍｍの四角い形状の表１に示した銅合金を基材に用い、基材にスズの被覆層を設けるためのめっきを行った。なお、下地層を設けた実施例については、めっきを行ってニッケルの下地層を設けた後に被覆層を設けるためのめっきを行った。続いて、金属部材を突合せて表１に示した溶接時間で１ｃｍにわたりファイバレーザで貫通溶接して試験片とし、断面観察、溶接性評価を行った。次いで、この試験を曲げ加工して溶接部の割れ測定を行った。
＜銅合金基材＞
　基材には、古河電気工業（株）製の銅合金ＦＡＳ－６８０、ＦＡＳ－８２０、三菱伸銅(株)製の銅合金ＭＡＸ３７５、ＭＡＸ２５１を用いた。いずれの銅合金もＮｉ、Ｓｉ、Ｓｎ等を副添加物として含んだ材料である。
　被覆層および下地層のめっきは下記の条件で行った。
＜被覆層めっき条件＞
めっき液：ＳｎＳＯ４　８０ｇ／ｌ、Ｈ２ＳＯ４　８０ｇ／ｌ
めっき条件：電流密度　５～１０Ａ／ｄｍ２、温度　３０℃
処理時間：電流密度を設定した後、望みの被覆層の厚さになるように調整した。
＜下地層めっき条件＞
めっき液：Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ　５００ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ２　３０ｇ／ｌ、Ｈ３ＢＯ３　３０ｇ／ｌ
めっき条件：電流密度　２０～３０Ａ／ｄｍ２、温度　５０℃
処理時間：電流密度を設定した後、望みの下地層の厚さになるように調整した。
　以上の条件の範囲内で、所望の厚さ±１０％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、めっき層の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計によって、端部上の当該層の平均の厚さを測定した。
＜ファイバレーザ溶接条件＞
　レーザ溶接装置（１）：古河電気工業（株）製ファイバレーザ装置、最大出力５００Ｗ、ＣＷファイバレーザ
　レーザビーム出力：４００Ｗ
　掃引距離：９ｍｍ（突き合わせ部約７ｍｍ）
　レーザ走査速度：１２０～２００ｍｍ／秒
　全条件ジャストフォーカス
　レーザ溶接装置（２）：古河電気工業（株）製ファイバレーザ装置、最大出力２ｋＷ、ＣＷファイバレーザ
　レーザビーム出力：８００Ｗ
　掃引距離：９ｍｍ（突き合わせ部約７ｍｍ）
　レーザ走査速度：２５０ｍｍ／秒
　全条件ジャストフォーカス
　＜断面観察におけるＸ相の有無＞
　溶接部を含む部分について、樹脂埋め後研磨して横断面出しを行い、ＳＥＭ-ＥＤＸで元素マッピングを行なって、溶接部において、０．１μｍ×０．１μｍ（０．０１μｍ２）のサイズより大きなスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀、または銀合金の相（Ｘ相とよぶ）の有無を観察し、以下の基準で評価した。
　○：Ｘ相あり
　×：Ｘ相なし
　＜溶接性評価＞
　溶接性は、ブローホールを溶接欠陥として、透過Ｘ線で写真を取り、溶接部のブローホールの数をカウントし、以下の基準で評価した。
　○：１０個以下
　△：１０個超～３０個以下
　×：３０個超であるか又は溶接不可
　＜溶接部耐割れ性評価＞
溶接部に曲げ加工を施して評価した。基材の厚さをｔとし、曲げ半径をＲとしたとき、Ｒ／ｔ＝１．２となる条件で曲げ試験を行い、以下の基準で評価した。
　○：割れなし
　×：割れ有り
　（比較例１）
　銅合金基材にＦＡＳ－６８０を用い溶接を行った。溶接におけるレーザ走査速度を変更した以外は、実施例１４と同様である。
　（比較例２）
　ＹＡＧレーザ溶接によって溶接を行い、溶接における出力およびレーザ走査速度を変更した以外は、実施例１４と同様である。
　（比較例３）
　基材の厚さと、溶接におけるレーザ走査速度を変更した以外は、実施例１４と同様である。
　（比較例４）
　下地層の厚さを変更した以外は、実施例１４と同様である。
　（比較例５）
　被覆層の厚さを変更した以外は、実施例１４と同様である。
　（比較例６）
　基材の厚さと、溶接における出力およびレーザ走査速度を変更した以外は、実施例１４と同様である。
　＜ＹＡＧレーザ溶接条件＞
　溶接装置：ミヤチテクノス（株）製ＹＡＧレーザ溶接装置、最大出力６００Ｗ、パルス波
　レーザビーム出力：５５０Ｗ
　掃引距離：９ｍｍ（突き合わせ部約７ｍｍ）
　レーザ走査速度：３０ｍｍ／秒
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に評価結果を示す。表１より、実施例１～４０はいずれも、耐割れ性および溶接性に優れていることが分かった。一方、比較例１、２は、断面観察において０．０１μｍ２より大きなサイズのＸ相が無く、耐割れ性に劣る結果となった。比較例３は、基材の厚さが１．５０ｍｍであり、貫通溶接ができず、評価を行うことができないという結果となった。比較例４は、下地層の厚さが１．５μｍであり、耐割れ性に劣る結果となった。比較例５は、被覆層の厚さが４．０μｍであり、耐割れ性および溶接性に劣る結果となった。比較例６は、基材の厚さが１．５０ｍｍであり、耐割れ性および溶接性に劣る結果となった。以上より、管状圧着部が、厚さ０．２０～１．４０ｍｍの基材上に、厚さ０．０～０．８μｍの下地層を有し、基材上および／または下地層上に厚さ０．２～３．０μｍの被覆層が形成された金属部材からなり、金属部材を突合せ溶接して形成した溶接部を有し、溶接部に０．０１μｍ２より大きなＸ相が存在することにより、本発明の端子は、耐割れ性および溶接性に優れる。
なお、この実施例は被覆層としてスズを用いた例を示したものであるが、被覆層として、ニッケルや銀を用いても同様の結果が得られ、耐割れ性および溶接性に優れた端子を得ることができる。
また、これらの端子は先端が封止された管状圧着部を有しているので、電線との圧着後、端子と電線の導体部との接点に水分が付着しにくい。よって接点における腐食が進行しにくく、防食性に優れた電線接続構造体となる。これは、電線の導体部にアルミニウム合金を用いた場合に顕著である。
　以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
　１０、８０、９０　端子
　２０　ボックス部
　３０、７９、８１、９１　管状圧着部
　３１、８２　挿入口部
　３２、８３　被覆圧着部
　３３、８４、８６　縮径部
　３４、８５　導体圧着部
　３５　凹部
　３６　封止部
　４０　トランジション部
　５０、５０’、５１　溶接部
　６０　電線
　６１　絶縁被覆部
　７０　板材
　７１ａ　キャリア部
　７１ｂ　送り穴
　７２　コネクタ部用板状体
　７３　トランジション部用板状体
　７４　管状圧着部用板状体
　７５、９３　コネクタ部
　７６　トランジション部
　７７　圧着部用管状体
　７８　突き合わせ部
　９３ａ　接続部
　１００　電線接続構造体
　ＦＬ　ファイバレーザ溶接装置
　Ｌ　　ファイバレーザ光

Claims (8)

  1. 　他の端子と嵌合するコネクタ部と、電線と圧着接合する管状圧着部と、前記コネクタ部と前記管状圧着部とを連結するトランジション部とからなる端子であって、
    前記管状圧着部は、厚さ０．２０～１．４０ｍｍの銅または銅合金からなる基材上に、厚さ０．０～０．８μｍのニッケル、ニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金からなる下地層を有し、前記基材上および／または前記下地層上に厚さ０．２～３．０μｍのスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金からなる被覆層が形成された金属部材からなり、前記金属部材を突合せ溶接して形成した溶接部を有し、前記溶接部の端子長手方向に垂直な断面において、前記溶接部に０．０１μｍ２より大きなスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金の相が存在し、電線挿入口と反対の一端が閉塞した閉塞管体に形成されていることを特徴とする端子。
  2. 前記下地層の厚さが、０．２～０．８μｍである請求項１に記載の端子。
  3. 前記管状圧着部における前記被覆層の厚さの平均値ｄ１と前記基材の厚さの平均値ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）が０．００１～０．００５である請求項１または２に記載の端子。
  4. 前記溶接が、ファイバレーザによる溶接である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の端子。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の端子と、被覆電線とを圧着接合した電線接続構造体。
  6. 　前記被覆電線の導体部がアルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項５に記載の電線接続構造体。
  7. 　厚さ０．２～０．７ｍｍの銅または銅合金からなる基材上に、厚さ０．０～０．８μｍのニッケル、ニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金からなる下地層を有し、前記基材上および／または前記下地層上に厚さ０．２～３．０μｍのスズ、スズ合金、ニッケル、ニッケル合金、銀または銀合金からなる被覆層が形成された金属部材の板材を打ち抜く工程と、
    　プレス加工を行い、管状体を有する端子を形成する工程と、
    　前記管状体の突き合わせ部を溶接する工程と、
    　前記管状体の挿入口部と反対の端部の重ね合わせ部を溶接し、閉塞管状体の管状圧着部を形成する工程とをこの順で有することを特徴とする端子の製造方法。
  8. 　前記下地層の厚さが、０．２～０．８μｍである請求項７に記載の端子の製造方法。
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