JP2015053251A - 端子の製造方法、端子、電線の終端接続構造体の製造方法、および電線の終端接続構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光の吸収効率を高めたレーザ溶接により得られ、端子の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が可能な、端子の製造方法、端子、電線の終端接続構造体の製造方法、および電線の終端接続構造体を提供する。【解決手段】電線と圧着接合する管状かしめ部30を有する端子1の製造方法であって、銅または銅合金からなる板材に対し、少なくとも前記管状かしめ部を形成する部分上にニッケル−亜鉛合金層を形成し、前記ニッケル−亜鉛合金層が形成された前記板材を、前記端子の展開図状に打ち抜くことで端子基材を形成し、前記端子基材の前記管状かしめ部を形成する部分となる管展開部を曲げ加工し、前記管展開部の対向する端部を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成し、前記突き合わせ部をレーザ溶接によって接合(50)し、前記管状かしめ部30を形成する、各工程をこの順に有する端子の製造方法。【選択図】図1
Description
本発明は、レーザ溶接性に優れた端子の製造方法、端子、電線の終端接続構造体の製造方法、および電線の終端接続構造体に関する。
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。このアルミニウム電線またはアルミニウム合金電線(以下、単に「アルミニウム電線」という)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、機械的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、異種金属で電位差が異なるため、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き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状かしめ部を形成し、この管状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、前記導体を銅合金製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状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)。
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)。
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った。
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管体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管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。
そこで、端子を形成する銅や銅合金の板材を突合せ溶接により管体に形成する場合、銅や銅合金の板材に対して、特にその管体形成部において、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。
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管体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管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。
そこで、端子を形成する銅や銅合金の板材を突合せ溶接により管体に形成する場合、銅や銅合金の板材に対して、特にその管体形成部において、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、レーザ光の吸収効率を高めたレーザ溶接により得られ、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が可能な、端子の製造方法、端子、電線の終端接続構造体の製造方法、および電線の終端接続構造体を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、管体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とともに、処理速度とコストの観点から銅合金をレーザ溶接し、銅合金の表面に所定の層を設けておくことでレーザ溶接性を改善したレーザ溶接方法を見出した。本発明はこれらの知見に基づきなされ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)電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子の製造方法であって、
銅または銅合金からなる板材に対し、少なくとも前記管状かしめ部を形成する部分上にニッケル−亜鉛合金層を形成し、
前記ニッケル−亜鉛合金層が形成された前記板材を、前記端子の展開図状に打ち抜くことで端子基材を形成し、
前記端子基材の前記管状かしめ部を形成する部分となる管展開部を曲げ加工し、前記管展開部の対向する端部を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成し、
前記突き合わせ部をレーザ溶接によって接合し、前記管状かしめ部を形成する
各工程をこの順に有する端子の製造方法。
(2)電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子の製造方法であって、
銅または銅合金からなる板材を前記端子の展開図状に打ち抜くことで端子基材を形成し、
前記端子基材の管状かしめ部を形成する部分となる管展開部上にニッケル−亜鉛合金層を形成し、
前記管展開部を曲げ加工し、管展開部の対向する端部を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成し、
前記突き合わせ部をレーザ溶接によって接合し、前記管状かしめ部に形成する
各工程をこの順に有する端子の製造方法。
(3)さらに、前記管状かしめ部のトランジション部側の端部をレーザ溶接によって閉塞することで先端封止部を形成する工程を有する(1)または(2)記載の端子の製造方法。
(4)前記ニッケル−亜鉛合金層をめっき処理により形成する(1)から(3)のいずれか1項記載の端子の製造方法。
(5)前記板材の表面にスズ層を形成した後、その上に前記ニッケル−亜鉛合金層を形成する(1)から(4)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(6)前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記レーザ溶接される側の表面に形成する(1)から(5)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(7)前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記レーザ溶接される領域に形成する(1)から(6)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(8)前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記対向する端部に形成する(1)から(7)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(9)前記ニッケル−亜鉛合金層がニッケルを67〜83質量%含む(1)から(8)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(10)前記レーザ溶接は、発振波長が近赤外線領域のレーザ光を用いる(1)から(9)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(1)電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子の製造方法であって、
銅または銅合金からなる板材に対し、少なくとも前記管状かしめ部を形成する部分上にニッケル−亜鉛合金層を形成し、
前記ニッケル−亜鉛合金層が形成された前記板材を、前記端子の展開図状に打ち抜くことで端子基材を形成し、
前記端子基材の前記管状かしめ部を形成する部分となる管展開部を曲げ加工し、前記管展開部の対向する端部を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成し、
前記突き合わせ部をレーザ溶接によって接合し、前記管状かしめ部を形成する
各工程をこの順に有する端子の製造方法。
(2)電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子の製造方法であって、
銅または銅合金からなる板材を前記端子の展開図状に打ち抜くことで端子基材を形成し、
前記端子基材の管状かしめ部を形成する部分となる管展開部上にニッケル−亜鉛合金層を形成し、
前記管展開部を曲げ加工し、管展開部の対向する端部を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成し、
前記突き合わせ部をレーザ溶接によって接合し、前記管状かしめ部に形成する
各工程をこの順に有する端子の製造方法。
(3)さらに、前記管状かしめ部のトランジション部側の端部をレーザ溶接によって閉塞することで先端封止部を形成する工程を有する(1)または(2)記載の端子の製造方法。
(4)前記ニッケル−亜鉛合金層をめっき処理により形成する(1)から(3)のいずれか1項記載の端子の製造方法。
(5)前記板材の表面にスズ層を形成した後、その上に前記ニッケル−亜鉛合金層を形成する(1)から(4)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(6)前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記レーザ溶接される側の表面に形成する(1)から(5)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(7)前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記レーザ溶接される領域に形成する(1)から(6)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(8)前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記対向する端部に形成する(1)から(7)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(9)前記ニッケル−亜鉛合金層がニッケルを67〜83質量%含む(1)から(8)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(10)前記レーザ溶接は、発振波長が近赤外線領域のレーザ光を用いる(1)から(9)のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
(11)電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子であって、
前記端子を形成する端子基材が銅または銅合金からなり、
前記管状かしめ部が前記端子基材の管展開部を曲げ加工してその対向する端部を突き合わせた突き合わせ部が形成され、前記突き合わせ部がレーザ溶接で接合されていて、
前記レーザ溶接された端子基材にニッケル−亜鉛合金層が形成されている端子。
(12)前記レーザ溶接前に前記端子基材の管展開部表面にスズ層が形成され、前記スズ層上にニッケル−亜鉛合金層が形成されている(11)に記載の端子。
前記端子を形成する端子基材が銅または銅合金からなり、
前記管状かしめ部が前記端子基材の管展開部を曲げ加工してその対向する端部を突き合わせた突き合わせ部が形成され、前記突き合わせ部がレーザ溶接で接合されていて、
前記レーザ溶接された端子基材にニッケル−亜鉛合金層が形成されている端子。
(12)前記レーザ溶接前に前記端子基材の管展開部表面にスズ層が形成され、前記スズ層上にニッケル−亜鉛合金層が形成されている(11)に記載の端子。
(13)(1)から(10)のいずれか1項に記載の端子の製造方法で作製された端子と、被覆電線とを、前記端子の管状かしめ部において圧着接続する電線の終端接続構造体の製造方法であって、
端部から芯線を露出させた被覆電線を前記管状かしめ部内に挿入し、
前記管状かしめ部をかしめて前記被覆電線を前記管状かしめ部内に圧着接続する、電線の終端接続構造体の製造方法。
(14)(11)または(12)に記載の端子と、被覆電線とを、前記端子の管状かしめ部において圧着接続した電線の終端接続構造体。
端部から芯線を露出させた被覆電線を前記管状かしめ部内に挿入し、
前記管状かしめ部をかしめて前記被覆電線を前記管状かしめ部内に圧着接続する、電線の終端接続構造体の製造方法。
(14)(11)または(12)に記載の端子と、被覆電線とを、前記端子の管状かしめ部において圧着接続した電線の終端接続構造体。
本発明の端子の製造方法によれば、
(1)銅合金同士の突き合わせ溶接による接合を高速溶接で行うことを可能にして、かしめ部を管状に形成することが安価に高速にでき、
(2)アルミニウム電線等の圧着接続において、端子の基材と電線の金属材との異種金属間腐食の防止に寄与する端子を、圧着部を肥大させずに提供することができ、
(3)銅合金表面にニッケル−亜鉛合金層を形成したことで、近赤外線のレーザ光の吸収を高めることができ、加工時の溶接割れを防ぐことができ、ブローホールを発生しにくくすることができる。
(1)銅合金同士の突き合わせ溶接による接合を高速溶接で行うことを可能にして、かしめ部を管状に形成することが安価に高速にでき、
(2)アルミニウム電線等の圧着接続において、端子の基材と電線の金属材との異種金属間腐食の防止に寄与する端子を、圧着部を肥大させずに提供することができ、
(3)銅合金表面にニッケル−亜鉛合金層を形成したことで、近赤外線のレーザ光の吸収を高めることができ、加工時の溶接割れを防ぐことができ、ブローホールを発生しにくくすることができる。
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。
図1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、被覆電線(例えばアルミニウム電線)が挿入された後、圧着によって電線と端子1の基材(以下、端子基材ともいう。)とを接続する管状かしめ部30を有し、これらのボックス部20と管状かしめ部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1は管状かしめ部30にレーザ溶接部50(第1レーザ溶接部)を有し、管状かしめ部30のトランジション部40側にレーザ溶接により閉塞された先端封止部52(第2レーザ溶接部)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)の端子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のように管状かしめ部30の長手方向に帯形状に形成するのが好ましい。さらに、先端封止部52の溶接形状は特に制限はない。
端子1を構成する端子基材は、好ましくは銅合金で形成されている。端子基材の厚さは0.08〜0.64mmが好ましい。自動車用端子において電線径が小さい場合、0.25mmの厚さがよく使用される。また、端子基材の材料として、銅合金の代わりに銅(タフピッチ銅や無酸素銅など)を用いることもできる。端子基材に用いられる銅合金としては、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、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など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%、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。
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%、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。
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%、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。
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%、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。
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。
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。
端子基材上には、端子1の最表層としてニッケル−亜鉛合金層(以下、Ni−Zn合金層とも記す。)が形成されている。Ni−Zn合金層は、層中にニッケル(以下、Niとも記す。)を好ましくは67〜83質量%含み、より好ましくは70〜80質量%含み、さらに好ましくは73〜77質量%含み、残部がZnと不可避不純物からなる。その色は黒色もしくは黒色に近い灰色(鈍色)からなり、若干の青色、赤色、銀色、またはその他の色等の色味を有していてもよい。Ni−Zn合金層の厚さは、好ましくは0.1〜1.0μmであり、0.2〜0.8μmがより好ましく、0.2〜0.4μmがさらに好ましい。Ni−Zn合金層が厚すぎると、Ni−Zn合金層がわれやすくなり、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。Niの含有量はX線などによる定量分析によって測定することが可能である。
その作用としては、次のように考えられる。まずNi−Zn合金層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Ni−Znから熱エネルギーが伝播してその直下の端子基材の銅(Cu)が溶融する。レーザ光照射後には前記溶融したニッケル、亜鉛および金属銅が凝固し、接合が完了する。この際、Ni−Zn合金層のニッケルと亜鉛は、レーザ光照射によって溶融し、端子基材の銅または銅合金の銅(Cu)成分と合金や化合物を形成するなどによって、端子基材中に取り込まれるが、一部は表面に残存している場合もある。なお、溶融部の外側の熱影響部(Heat Affected Zone、HAZ)の表面にはNi−Zn合金層が残存している。
Ni−Zn合金層の製造方法は、めっき処理によることが、コストの面で好ましい。めっき法としては、電気めっき、無電解めっきなどが可能である。また可能であれば、例えば、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採用することもできる。めっき処理で形成する場合、黒色めっき処理によりNi−Znの黒色めっき皮膜を形成することが好ましい。
本明細書でいう「黒色」とは、上述したように、完全な黒だけではなく、黒に近い灰色も含み、さらに若干の色味も含む場合も黒色という。
なお、Ni−Zn合金層をめっき法で形成する際は、常法の前処理手段、例えば水酸化ナトリウムの水溶液におけるカソード電解脱脂、希硫酸浸漬による酸洗処理、活性化処理等を実施することで、密着性に優れためっき皮膜を形成することができる。
本明細書でいう「黒色」とは、上述したように、完全な黒だけではなく、黒に近い灰色も含み、さらに若干の色味も含む場合も黒色という。
なお、Ni−Zn合金層をめっき法で形成する際は、常法の前処理手段、例えば水酸化ナトリウムの水溶液におけるカソード電解脱脂、希硫酸浸漬による酸洗処理、活性化処理等を実施することで、密着性に優れためっき皮膜を形成することができる。
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。ここでは、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を介し管状かしめ部30を有していれば良い。また、その管状かしめ部30に形成されたレーザ溶接部50が、管状かしめ部を構成する端子基材よりも軟らかいことが好ましい。
管状かしめ部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もしくはその導体を挿入することができる挿入口31を有し、他端はトランジション部40に接続されている。管状かしめ部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状かしめ部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「缶体」の構造を有している。管状かしめ部30のトランジション部40側は、閉口している。端子1の端子基材(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、管状かしめ部30は外部より水分等が侵入しないように一端が閉じられた管体となっている。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円筒である必要はなく、場合によっては楕円筒や矩形筒の管体であっても良い。また、径が一定である必要はなく、長手方向で半径が変化していても良い。
この端子1を用いれば、管状かしめ部30が一端が閉じられた管体であることにより、アルミニウム電線と端子1の端子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。
この端子1を用いれば、管状かしめ部30が一端が閉じられた管体であることにより、アルミニウム電線と端子1の端子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。
管状かしめ部30では、管状かしめ部を構成する端子基材とアルミニウム(アルミニウム合金)電線とが機械的に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、端子基材や電線(芯線)の塑性変形によって接合が行われる。したがって、管状かしめ部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。
本発明の管状かしめ部30は、板体の端子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、管状かしめ部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は、レーザ溶接前に、端子基材表面に黒色のNi−Zn合金層が形成されたものであり、このNi−Zn合金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。
またレーザ溶接部50は、レーザ溶接前に、端子基材表面に黒色のNi−Zn合金層が形成されたものであり、このNi−Zn合金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。
管状かしめ部30の長手方向の断面図の一部を図2に示す。この図ではレーザ溶接部(つまり焼きなまし部)50の表記を省略した。管状かしめ部30は、先述したとおり、銅合金からなる端子基材32により構成されている。また、管状かしめ部の内壁面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持つため、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2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、管状かしめ部30を形成する前に、端子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加工や機械による切削加工等で設けることができる。なお、管状かしめ部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、管状かしめ部には挿入口31からアルミニウム電線もしく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状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状かしめ部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。
そして、少なくとも一本以上の電線係止溝を管状かしめ部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。
以上、図1に示した態様を基に本発明の端子を説明してきたが、本発明の端子の態様は、これに限定されるものではない。
例えば、図3に示すように、電線と圧着される前の状態で、端子100の管状かしめ部が内径の異なった複数の管体から構成される、段差状の管体であってもよい。具体的には、段差管状かしめ部80は、前述の管状かしめ部30(前記図1参照)と同様にレーザ溶接部500を有し、トランジション部40側が溶接による先端封止部502で閉塞された部材であって、不図示の電線の絶縁被覆と圧着される被覆圧着部82と、挿入口81側からトランジション部40側に向かって縮径する縮径部83と、電線の導体と圧着される導体圧着部84と、挿入口81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85とを有していてもよい。なお、図3では、管状部分が2種類(被覆圧着部82、導体圧着部84)であるが、用途や設計にあわせて3種類以上としても良い。
このように管状かしめ部80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この段差形状の管状かしめ部80に挿入したとき、電線の絶縁被覆が縮径部83で係止され、これにより被覆圧着部82の直下に絶縁被覆が位置し、導体圧着部84の直下に電線導体が位置する。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82と絶縁被覆との圧着、および導体圧着部84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、ボックス部20を有する雌型端子の実施例を示しているが、これに限らず、他の端子との接続部が雄型の端子101であってもよい。具体的には、図4に示すように、不図示の電線を挿入する挿入口91と、該電線と圧着される管状かしめ部90と、管状かしめ部90とトランジション部40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雄型接続部21とを備えた端子であってもよい。管状かしめ部90は、前述の管状かしめ部30と同様にレーザ溶接部501と先端封止部503を有する。雄型接続部21は、長尺状の挿入タブ21aを有しており、挿入タブ21aが外部端子である不図示の雌型端子(例えば、図1に示したようなボックス部20を有する端子)に長手方向に沿って挿入されることで、電気的に接続される。また、雄型接続部21を先端に有し、図3で示したような段差管状かしめ部を後端に有する端子も許容される。
図5に本発明の電線の終端接続構造10の一例を示す。この例の終端接続構造10は、図3に示した本発明の前記段差状の端子100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10は、端子100と電線60が管状かしめ部80によって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、被覆圧着部82および導体圧着部84からなっている。通常、圧着接合すると、管状かしめ部80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。圧着接合の際、導体圧着部84は、管状かしめ部80の内側に凹むように強く圧着して、強圧着の圧着部とすることが好ましい。この場合、導体圧着部84には凹部(不図示)が形成されてもよい。圧着接合は、2段階または3段階以上の縮径で行ってもよい。
なお、本発明の電線の終端接続構造(10)は、本発明の端子として、図5に示した段差状の端子(100)を用いて構成する以外に、図1に示した端子(1)や図4に示した端子(101)を用いて構成してもよい。
なお、本発明の電線の終端接続構造(10)は、本発明の端子として、図5に示した段差状の端子(100)を用いて構成する以外に、図1に示した端子(1)や図4に示した端子(101)を用いて構成してもよい。
なお、電線60は、絶縁被覆61と図示しない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。電線の芯線は、任意の金属材料を用いることができ、例えば、銅または銅合金や、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。本書の前記背景技術の項で説明したとおり、近年では軽量化のためにアルミニウムまたアルミニウム合金の芯線が用いられるようになってきている。ただし、本発明で用いられる電線60の芯線(導体)はアルミニウムまたはアルミニウム合金に限られるものではない。どのような金属または合金種の組み合わせであっても、電線の芯線と端子との接続部の防水性は本発明の解決課題として挙げられるためである。
本発明の電線の終端接続構造は、特に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及びその周囲の熱影響部は、端子基材32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状かしめ部の変形部分が弾性力等で元の形状に戻ろうとするため、管状かしめ部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。
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状かしめ部の変形部分が弾性力等で元の形状に戻ろうとするため、管状かしめ部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。
本発明の電線の終端接続構造10を製造する場合、管状かしめ部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の管状かしめ部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、管状かしめ部30の全体を縮径させても良いが、管状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。本発明の端子1は管状かしめ部30を有し、この管状かしめ部30にレーザ溶接部(前記図1参照。第1レーザ溶接部と第2レーザ溶接部)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は端子基材(銅合金など)からなる板材の管状かしめ部となる領域にNi−Znめっき処理を施し、めっき処理を施した板材を平面展開した端子形状に打ち抜いた後に、曲げ加工によってボックス部20や管状かしめ部30を設ける。この時、管状かしめ部30は平面からの曲げ加工では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、管状かしめ部30とする。管状かしめ部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。
なお、板材からの打ち抜き加工により端子が長手方向に連なるよう(連鎖型)に端子を展開した形状にしてもよく、または板材から端子を個々に展開した形状に打ち抜いて(枚葉型)もよい。まためっき処理工程よりも先に打ち抜き工程を行ってもよく、めっき処理工程と打ち抜き工程の工程順は、適宜選択される。また、めっき処理は、板材の全面(表面および裏面)に形成しても、板材のレーザ光照射側の表面全面に形成しても、管状かしめ部とする部分のみあるいはその領域を含むようにストライプ状に形成しても、レーザ溶接部となる領域面にのみ形成してもよい。板材の全面にめっき処理する場合以外は、例えば、めっき処理を施さない面にマスクを形成して、めっき浴に浸漬してめっき処理すればよい。
なお、板材からの打ち抜き加工により端子が長手方向に連なるよう(連鎖型)に端子を展開した形状にしてもよく、または板材から端子を個々に展開した形状に打ち抜いて(枚葉型)もよい。まためっき処理工程よりも先に打ち抜き工程を行ってもよく、めっき処理工程と打ち抜き工程の工程順は、適宜選択される。また、めっき処理は、板材の全面(表面および裏面)に形成しても、板材のレーザ光照射側の表面全面に形成しても、管状かしめ部とする部分のみあるいはその領域を含むようにストライプ状に形成しても、レーザ溶接部となる領域面にのみ形成してもよい。板材の全面にめっき処理する場合以外は、例えば、めっき処理を施さない面にマスクを形成して、めっき浴に浸漬してめっき処理すればよい。
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。そこで、レーザ溶接部50となる端子基材表面に近赤外レーザ光の吸収が銅合金よりもよいNi−Zn合金層を形成すること、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、管状かしめ部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、一工程で管状かしめ部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Ni−Zn合金層は、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。分光光度計を用いた近赤外光の反射率測定では、本発明に用いるNi−Zn合金層は、20〜40%程度の反射率であり、90%以上の反射率がある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Ni−Zn合金層を形成した領域に近赤外レーザ光が照射されると、Ni−Zn合金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、その下地の端子基材表面が溶融し、さらにその溶融領域がレーザ光を吸収して端子基材の突き合わせ部分を溶融していくことで溶接が進行している。
また、端子基材とNi−Zn合金層の間にSn層を下地層として形成したものであってもよい。Sn層の厚さは、0.3〜10μm、好ましくは0.4〜5μm、より好ましくは0.5〜3μmである。Sn層が厚すぎると、生産性が悪くなり、薄すぎると溶接性を向上させる効果が低下する。
Sn層を形成することで、レーザ光がNi−Zn合金層で吸収されて熱に変換され、その熱によってNi−Zn合金層よりも融点が低いSn層が溶融し、その溶融したSnが溶接に寄与するため、さらに溶接性が向上する。
なお、必要に応じて、端子基材とSn層の間に金属層を設けても良い。この金属層は端子基材とSn層の密着性を向上させるためや、互いの成分の拡散を防ぐために設けられる。この金属層は銅(Cu)やニッケル(Ni)、コバルト(Co)またはこれらの合金からなるのが好ましい。金属層は複数の層で構成されても良い。
Sn層を形成することで、レーザ光がNi−Zn合金層で吸収されて熱に変換され、その熱によってNi−Zn合金層よりも融点が低いSn層が溶融し、その溶融したSnが溶接に寄与するため、さらに溶接性が向上する。
なお、必要に応じて、端子基材とSn層の間に金属層を設けても良い。この金属層は端子基材とSn層の密着性を向上させるためや、互いの成分の拡散を防ぐために設けられる。この金属層は銅(Cu)やニッケル(Ni)、コバルト(Co)またはこれらの合金からなるのが好ましい。金属層は複数の層で構成されても良い。
また、上記Ni−Zn合金層は端子基材のレーザ光照射が行われる側の面のみ形成してもよい。同様にSn層も端子基材のレーザ光照射が行われる側の面のみ形成してもよい。
また、上記Ni−Zn合金層は、端子基材のレーザ光照射が行われる管状かしめ部30を形成する領域のみに形成してもよい。同様にSn層も端子基材のレーザ光照射が行われる管状かしめ部30を形成する領域のみに形成してもよい。
この場合、銅合金からなる板材を打ち抜いて端子を展開した形状の端子基材を形成する際に、打ち抜き加工前に、レーザ光照射が行われる部分を含むように、すなわち、管状かしめ部30となる部分を含むように、板材に上記Ni−Zn合金層をストライプ状に形成する。通常、打ち抜き加工により1枚の板材を打ち抜いて複数の端子基材を作製するため、個々の端子基材ごとにNi−Zn合金層の形成を行うことなく、複数の端子基材に対してまとめてNi−Zn合金層の形成を行うことができるので、工程数の削減になる。
また、上記Ni−Zn合金層は、端子基材のレーザ光照射が行われる管状かしめ部30を形成する領域のみに形成してもよい。同様にSn層も端子基材のレーザ光照射が行われる管状かしめ部30を形成する領域のみに形成してもよい。
この場合、銅合金からなる板材を打ち抜いて端子を展開した形状の端子基材を形成する際に、打ち抜き加工前に、レーザ光照射が行われる部分を含むように、すなわち、管状かしめ部30となる部分を含むように、板材に上記Ni−Zn合金層をストライプ状に形成する。通常、打ち抜き加工により1枚の板材を打ち抜いて複数の端子基材を作製するため、個々の端子基材ごとにNi−Zn合金層の形成を行うことなく、複数の端子基材に対してまとめてNi−Zn合金層の形成を行うことができるので、工程数の削減になる。
さらには、上記Ni−Zn合金層は端子基材のレーザ光照射が行われる領域のみに形成してもよい。同様にSn層も端子基材のレーザ光照射が行われる領域のみに形成してもよい。この場合、Ni−Zn合金層やSn層を節約することができる。
上記Ni−Zn合金層の下層にSn層を形成した場合も、Ni−Zn合金層やSn層はレーザ溶接部50において端子基材の銅合金の表層に溶け込んでいる。
上記Ni−Zn合金層の下層にSn層を形成した場合も、Ni−Zn合金層やSn層はレーザ溶接部50において端子基材の銅合金の表層に溶け込んでいる。
端子1を構成する端子基材32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、最表面にNi−Zn合金層が形成された銅合金の端子基材32ならば、近赤外線レーザ光照射によって、表面のNi−Zn合金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が伝播して、端子基材32のNi−Zn合金層と銅合金が溶融する。レーザ光照射後に溶融した金属ニッケル、金属亜鉛および金属銅が凝固して、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、端子基材32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。具体的には管状かしめ部30の突き合わせ部をNi−Zn合金層を含めて端子基材32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Ni−Zn合金層を形成した端子基材32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端子基材32が貫通溶融するように、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(Yb)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。波長が1000nm程度の小さい領域のほうが、Ni−Zn合金層の反射率が低いことから、イットリビウムドープガラスファイバレーザ光がより好ましい。
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状かしめ部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(好ましくは高速パルス発振)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が管状かしめ部30の突き合わせ部37を覆うように照射され、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37が上のNi−Zn合金層が溶融し、次いで、その溶融熱エネルギーも伝播して、突合せ部37の端子基材(Cu)自体が溶融し、その後レーザ光照射が終了すると冷却してレーザ溶接部50が形成される。レーザ溶接部50は被溶接材料の融点以上のレーザ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すぎる場合にレーザ光照射時間を長くすると、熱影響部が必要以上に広範囲で形成されてしまい、極端な場合には管状かしめ部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。
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が管状かしめ部30の突き合わせ部37を覆うように照射され、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37が上のNi−Zn合金層が溶融し、次いで、その溶融熱エネルギーも伝播して、突合せ部37の端子基材(Cu)自体が溶融し、その後レーザ光照射が終了すると冷却してレーザ溶接部50が形成される。レーザ溶接部50は被溶接材料の融点以上のレーザ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すぎる場合にレーザ光照射時間を長くすると、熱影響部が必要以上に広範囲で形成されてしまい、極端な場合には管状かしめ部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。
前記端子基材の幅は、例えばプレス加工に打ち抜くことができる幅であれば特に制限はない。例えば、10〜60mm、好ましくは15〜40mmとする。
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、本発明はこれらに限定されるものではない。
図7に示すように、銅合金板材5に、表1に記載の通りNi−Zn合金層(図示せず)を、管状かしめ部とする領域を含むようにストライプ状に形成した後、その板材5を打ち抜いて、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加工し、複数の端子基材32を作製した。さらに管状かしめ部展開部30aの突き合わせ部となる端面30S同士を突き合わせ、管状かしめ部形成部30bを作製した(図8参照。)。このとき端面30S同士が付き合わされて突き合わせ部37となる。そして、前記図6を参照して説明したように、その突き合わせ部分にそってその両側に近赤外線レーザ光を照射するレーザ溶接で10mmの長さを貫通溶接することで接合し、管状かしめ部を有する端子サンプルを作製した。なお、ここで言う端子サンプルとは、先端封止をまだしておらず、レーザ溶接部(第1レーザ溶接部)50のみを備えた管状かしめ部を有する端子のことを指す。なお、この溶接により、管状かしめ部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、溶接性として、ブローホール数を評価した。
本実施例では割愛したが、上記の端子サンプルに対して、さらに次の工程を行うことで端子を得る。まず、管状かしめ部のトランジション部側の端部を閉塞させるために管状体の端部の基材同士を重ね合わせ、その重ね合わせ部分を溶接(重ね合わせ溶接)し、先端封止部(第2レーザ溶接部)52を設ける。さらに、端子をキャリア38から切り離すことで独立した端子となる。
(実施例1〜5)
端子基材として、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/mm2、伸び(引張破断伸び、以下同様。)は15%以上、0.2%耐力は500〜600N/mm2、およびビッカース硬さは160〜220Hvである。
端子基材として、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/mm2、伸び(引張破断伸び、以下同様。)は15%以上、0.2%耐力は500〜600N/mm2、およびビッカース硬さは160〜220Hvである。
電解脱脂、活性化処理を行った後、Ni−Zn黒色めっき処理によって、端子基材表面にNi−Zn合金層を層中のZnの含有量を変えて形成した。
実験条件は下記の通りである。
<めっき前処理(電解脱脂処理、酸浸漬処理)>
電解脱脂槽、水洗槽、酸洗槽、水洗槽に順次通してめっき前処理を行った。
(電解脱脂処理)
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/dm2
処理時間: 30秒
(酸浸漬処理)
処理液: 10%硫酸水溶液
処理温度: 25℃
浸漬処理時間: 30秒
<めっき前処理(電解脱脂処理、酸浸漬処理)>
電解脱脂槽、水洗槽、酸洗槽、水洗槽に順次通してめっき前処理を行った。
(電解脱脂処理)
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/dm2
処理時間: 30秒
(酸浸漬処理)
処理液: 10%硫酸水溶液
処理温度: 25℃
浸漬処理時間: 30秒
<Ni−Znめっき>
処理液: 黒ニッケルソルト(中央化学産業株式会社製)
処理温度: 40℃
電流密度: 0.2〜5A/dm2
めっき処理時間を調整し、めっき厚が0.3μm±0.1μmのNi−Znめっき層を形成した。
処理液: 黒ニッケルソルト(中央化学産業株式会社製)
処理温度: 40℃
電流密度: 0.2〜5A/dm2
めっき処理時間を調整し、めっき厚が0.3μm±0.1μmのNi−Znめっき層を形成した。
なお、Ni−Znめっき処理において、Ni−Zn合金層中のZn濃度の調整は、めっき処理中の電流密度の調整によって行うことができる。すなわち、電流密度を変化させることで、めっき皮膜中のZnの共析率を変化させることができる。これは単体として考えた場合、Niに比べZnが貴なためである。電流密度以外にも共析率を変化させる術はあるが、実験の手段においては電流密度を振り、条件を変化させることが良い。また、共析率を細かく変化させる必要があるため、電流密度、めっき時間以外の要素は変更しないことが望ましい。それぞれの電流密度において望みのめっき厚になるように処理時間を変更した。狙いのめっき厚±0.1μm以内になっているサンプルを採用した。なお、電流密度を上げるとZnの方がつき易く(濃度が高く)なる。
(実施例6〜8、10、11)
端子サンプルとして、実施例1〜5において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例1〜5と同様に作製した。
端子サンプルとして、実施例1〜5において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例1〜5と同様に作製した。
<Snめっき処理>
処理液:硫酸スズ 80g/リットル、硫酸 50ミリリットル/リットル
処理温度:25℃
電流密度:3A/dm2
めっき時間を調整し、めっき厚が0.6μm±0.1μmの下地Snめっき層を形成した。
処理液:硫酸スズ 80g/リットル、硫酸 50ミリリットル/リットル
処理温度:25℃
電流密度:3A/dm2
めっき時間を調整し、めっき厚が0.6μm±0.1μmの下地Snめっき層を形成した。
(実施例12)
端子基材として、実施例3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3と同様に端子サンプルを作製した。
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/mm2、伸びは7%以上、0.2%耐力は675〜775N/mm2、およびビッカース硬さは220〜260Hvである。
端子基材として、実施例3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3と同様に端子サンプルを作製した。
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/mm2、伸びは7%以上、0.2%耐力は675〜775N/mm2、およびビッカース硬さは220〜260Hvである。
(実施例13)
端子サンプルとして、実施例12において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例12と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
端子サンプルとして、実施例12において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例12と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
(実施例14)
端子基材として、実施例3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3と同様に端子サンプルを作製した。
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。MAX251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/mm2、伸びは6%以上、0.2%耐力は440〜580N/mm2、およびビッカース硬さは140〜200Hvである。
端子基材として、実施例3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3と同様に端子サンプルを作製した。
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。MAX251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/mm2、伸びは6%以上、0.2%耐力は440〜580N/mm2、およびビッカース硬さは140〜200Hvである。
(実施例15)
端子サンプルとして、実施例14において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例14と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
端子サンプルとして、実施例14において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例14と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
(実施例16)
端子基材として、実施例3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3と同様に端子サンプルを作製した。
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。MAX−375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/mm2、伸びは6%以上、0.2%耐力は710〜830N/mm2、およびビッカース硬さは210〜270Hvである。
端子基材として、実施例3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3と同様に端子サンプルを作製した。
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。MAX−375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/mm2、伸びは6%以上、0.2%耐力は710〜830N/mm2、およびビッカース硬さは210〜270Hvである。
(実施例17)
端子サンプルとして、実施例16において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例16と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
端子サンプルとして、実施例16において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例16と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
(実施例18)
端子基材として、実施例3において、FAS−680の代わりにタフピッチ銅(古河電気工業(株)製、C1100(JIS))を用いた以外は実施例3と同様に端子サンプルを作製した。
端子基材として、実施例3において、FAS−680の代わりにタフピッチ銅(古河電気工業(株)製、C1100(JIS))を用いた以外は実施例3と同様に端子サンプルを作製した。
(実施例19)
端子サンプルとして、実施例18において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例18と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
端子サンプルとして、実施例18において、めっき処理によってNi−Zn合金層を形成する前に、めっき処理によって下地層としてSn層を形成したものであり、これ以外は実施例18と同様に作製した。Snめっきは、実施例6と同様の条件で行った。
(比較例1、2)
実施例1と同様にしてNi−Zn合金層を形成したが、めっき条件を変更することにより、Ni−Zn合金層中のZnの含有量を変更した。それ以外は実施例1と同様に端子サンプルを作製した。
(比較例3、4)
実施例6と同様にしてNi−Zn合金層を形成したが、めっき条件を変更することにより、Ni−Zn合金層中のZnの含有量を変更した。それ以外は実施例6と同様に端子サンプルを作製した。
(比較例5)
実施例1において、Ni−Zn合金層の代わりに、めっき処理によってSn層を形成した以外は実施例1と同様に端子サンプルを作製した。
(比較例6)
実施例1において、Ni−Zn合金層を形成せず、それ以外は実施例1と同様に端子サンプルを作製した。
実施例1と同様にしてNi−Zn合金層を形成したが、めっき条件を変更することにより、Ni−Zn合金層中のZnの含有量を変更した。それ以外は実施例1と同様に端子サンプルを作製した。
(比較例3、4)
実施例6と同様にしてNi−Zn合金層を形成したが、めっき条件を変更することにより、Ni−Zn合金層中のZnの含有量を変更した。それ以外は実施例6と同様に端子サンプルを作製した。
(比較例5)
実施例1において、Ni−Zn合金層の代わりに、めっき処理によってSn層を形成した以外は実施例1と同様に端子サンプルを作製した。
(比較例6)
実施例1において、Ni−Zn合金層を形成せず、それ以外は実施例1と同様に端子サンプルを作製した。
上記いずれの場合も、端子形状に曲げ加工した後(図8参照)、端子サンプルの管状かしめ部となる対向する端面同士を突き合わせて、下記の近赤外線レーザ光を照射するレーザ溶接で接合することで管状かしめ部を備えた端子サンプルを形成した。
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)
(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(連続発振で使用)
レーザ光掃引速度: 90〜450mm/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(照射位置のスポット径サイズ:20μm)
レーザ光出力: 400W(連続発振で使用)
レーザ光掃引速度: 90〜450mm/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(照射位置のスポット径サイズ:20μm)
レーザ溶接後のレーザ溶接部(第1レーザ溶接部)50の溶接性について、「溶接性(ブローホール数)」を評価した。
「(溶接性)ブローホール数」は、溶接欠陥の指標となるもので、その数を数えることで評価した。ブローホール数が少ないほうが溶接性に優れる。
ブローホール数は、レーザ溶接後、レーザ溶接部の透過X線写真を撮影し、溶接を施した範囲のブローホール数を数えた。本実施例では、その掃引面積内のブローホール数を数えた。なお、同条件で試作された10サンプルのブローホール数を平均化し、一の位を有効数字として小数点以下を四捨五入した値を採用した。ブローホール数が20個を超えると、溶接部表面の荒れの増加、溶接内部欠陥などが多くなるため、それを閾値として、0〜5個を「A(優)」と表し、6〜10個を「B(良)」で表し、11〜20個を「C(可)」で表し、20個を超える場合を「D(劣)」で表し、30個より多い場合もしくは溶接ができなかった場合を「E(不可)」と表して評価した。
「(溶接性)ブローホール数」は、溶接欠陥の指標となるもので、その数を数えることで評価した。ブローホール数が少ないほうが溶接性に優れる。
ブローホール数は、レーザ溶接後、レーザ溶接部の透過X線写真を撮影し、溶接を施した範囲のブローホール数を数えた。本実施例では、その掃引面積内のブローホール数を数えた。なお、同条件で試作された10サンプルのブローホール数を平均化し、一の位を有効数字として小数点以下を四捨五入した値を採用した。ブローホール数が20個を超えると、溶接部表面の荒れの増加、溶接内部欠陥などが多くなるため、それを閾値として、0〜5個を「A(優)」と表し、6〜10個を「B(良)」で表し、11〜20個を「C(可)」で表し、20個を超える場合を「D(劣)」で表し、30個より多い場合もしくは溶接ができなかった場合を「E(不可)」と表して評価した。
上記各種試験結果および評価結果を表1に示す。
表1から明らかなように、実施例1〜8、10〜19は、いずれもブローホールが20個以下(A「優」、B「良」またはC「可」)であり、良好な溶接性を有していた。
一方、比較例1〜6は、いずれもブローホール数が20個を超えており(D「劣」、E「不可」)、溶接性が劣っていた。
一方、比較例1〜6は、いずれもブローホール数が20個を超えており(D「劣」、E「不可」)、溶接性が劣っていた。
1,100,101 端子
5 板材
10 終端接続構造
20 ボックス部
30,80,90 管状かしめ部
30S 端面
31,81,91 挿入口
32 端子基材
33 管状かしめ部の内壁面
34a,34b 電線係止溝
37 突き合わせ部
38 キャリア
40 トランジション部
50,500,501 レーザ溶接部(第1レーザ溶接部)
52,502,503 先端封止部(第2レーザ溶接部)
60 被覆電線
61 絶縁被覆
82 被覆圧着部
83,85 縮径部
84 導体圧着部
FL ファイバレーザ溶接装置
L ファイバレーザ光
5 板材
10 終端接続構造
20 ボックス部
30,80,90 管状かしめ部
30S 端面
31,81,91 挿入口
32 端子基材
33 管状かしめ部の内壁面
34a,34b 電線係止溝
37 突き合わせ部
38 キャリア
40 トランジション部
50,500,501 レーザ溶接部(第1レーザ溶接部)
52,502,503 先端封止部(第2レーザ溶接部)
60 被覆電線
61 絶縁被覆
82 被覆圧着部
83,85 縮径部
84 導体圧着部
FL ファイバレーザ溶接装置
L ファイバレーザ光
Claims (14)
- 電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子の製造方法であって、
銅または銅合金からなる板材に対し、少なくとも前記管状かしめ部を形成する部分上にニッケル−亜鉛合金層を形成し、
前記ニッケル−亜鉛合金層が形成された前記板材を、前記端子の展開図状に打ち抜くことで端子基材を形成し、
前記端子基材の前記管状かしめ部を形成する部分となる管展開部を曲げ加工し、前記管展開部の対向する端部を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成し、
前記突き合わせ部をレーザ溶接によって接合し、前記管状かしめ部を形成する
各工程をこの順に有する端子の製造方法。 - 電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子の製造方法であって、
銅または銅合金からなる板材を前記端子の展開図状に打ち抜くことで端子基材を形成し、
前記端子基材の管状かしめ部を形成する部分となる管展開部上にニッケル−亜鉛合金層を形成し、
前記管展開部を曲げ加工し、管展開部の対向する端部を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成し、
前記突き合わせ部をレーザ溶接によって接合し、前記管状かしめ部に形成する
各工程をこの順に有する端子の製造方法。 - さらに、前記管状かしめ部のトランジション部側の端部をレーザ溶接によって閉塞することで先端封止部を形成する工程を有する請求項1または2に記載の端子の製造方法。
- 前記ニッケル−亜鉛合金層をめっき処理により形成する請求項1から3のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
- 前記板材の表面にスズ層を形成した後、その上に前記ニッケル−亜鉛合金層を形成する請求項1から4のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
- 前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記レーザ溶接される側の表面に形成する請求項1から5のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
- 前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記レーザ溶接される領域に形成する請求項1から6のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
- 前記ニッケル−亜鉛合金層を前記管展開部の前記対向する端部に形成する、請求項1から7のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
- 前記ニッケル−亜鉛合金層がニッケルを67〜83質量%含む請求項1から8のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
- 前記レーザ溶接は、発振波長が近赤外線領域のレーザ光を用いる請求項1から9のいずれか1項に記載の端子の製造方法。
- 電線と圧着接合する管状かしめ部を有する端子であって、
前記端子を形成する端子基材が銅または銅合金からなり、
前記管状かしめ部が前記端子基材の管展開部を曲げ加工してその対向する端部を突き合わせた突き合わせ部が形成され、前記突き合わせ部がレーザ溶接で接合されていて、
前記レーザ溶接された端子基材にニッケル−亜鉛合金層が形成されている端子。 - 前記レーザ溶接前に前記端子基材の管展開部表面にスズ層が形成され、前記スズ層上にニッケル−亜鉛合金層が形成されている請求項11に記載の端子。
- 請求項1から10のいずれか1項に記載の端子の製造方法で作製された端子と、被覆電線とを、前記端子の管状かしめ部において圧着接続する電線の終端接続構造体の製造方法であって、
端部から芯線を露出させた被覆電線を前記管状かしめ部内に挿入し、
前記管状かしめ部をかしめて前記被覆電線を前記管状かしめ部内に圧着接続する、電線の終端接続構造体の製造方法。 - 請求項11または12に記載の端子と、被覆電線とを、前記端子の管状かしめ部において圧着接続した電線の終端接続構造体。
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- 2014-02-24 JP JP2014032923A patent/JP2015053251A/ja active Pending
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