JP5246503B2

JP5246503B2 - 端子金具

Info

Publication number: JP5246503B2
Application number: JP2009039642A
Authority: JP
Inventors: 丈博中田; 道明岡本; 拓也井上
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: WO2010095318A1; US20110294368A1; CN102273018B; JP2010198780A; CN102273018A; DE112009004251T5; US8403714B2

Description

本発明は、端子接触部に金メッキ層を備えた端子金具に関する。

コネクタに使用される端子金具は、相手端子と接触する端子接触部と、絶縁電線の芯線をカシメ付ける電線圧着部とを備えた構造で、母材としては一般に銅合金ないし黄銅材が使用されている。このような端子金具において、相手端子との電気的な接触信頼性を高めるためには、端子接触部に局部的に薄い金メッキ層を形成することが行われている。

なお、銅合金ないし黄銅材の端子に金メッキを施す場合には、金原子の母材への拡散を防止するため、例えば下記特許文献１に示されるように母材にはニッケルメッキ層を予め形成しておき、その上に金メッキ層を形成することが技術的な常識とされている。

一方、上述のように電線に圧着される端子金具にあっては、電線圧着部には比較的柔らかなスズメッキ層を形成して電線の芯線と端子金具の母材との密着性、ひいては電気的接触性を改善することが行われている。そうすると、上述の金メッキ付き端子金具の場合には、端子接触部では母材＋ニッケルメッキ層＋金メッキ層の順で金属層が積層しており、電線圧着部では母材＋ニッケルメッキ層＋スズメッキ層の順で金属層が積層している構成となる。

ところで、この種の電線付き端子金具、特に車両用のものにあってはエンジンルーム等の熱的環境が過酷な雰囲気で使用されることがある。そのような雰囲気下でコネクタが使用されると、端子金具と電線との間の接触抵抗が次第に増大してゆくという現象が近年着目されており、その対策が望まれていた。従来、このような現象は電線と端子金具表面との接触界面の問題に起因するとして、カシメ圧力を高めたり、電線圧着部にセレーション溝を形成したりする手法での解決が試みられていた。

しかしながら、本発明者らの研究によると、電線と端子金具との接触界面における問題もさることながら、電線接触部における金属層の構成に大きな問題があることを究明することができた。すなわち、上記端子金具の電線圧着部では、母材＋ニッケルメッキ層＋スズメッキ層の順で金属が積層されている。スズメッキ層は比較的柔らかくて本来、芯線への密着性に優れる。しかし、その下層にはニッケルメッキ層が存在しているため、高温環境下ではスズメッキ層とニッケルメッキ層との合金化が促進され、表面におけるニッケル原子比率が徐々に高くなる。すると、スズメッキ層が有していた柔らかさや低固有抵抗の特性が失われ、冷熱サイクルを受けると熱膨張収縮によって接触界面が微小に移動し、接触抵抗を徐々に増大させてゆくことがある。これが従来の金メッキ付き端子金具における電線との接触抵抗増大のメカニズムだったのである。

特開平７−７３７６９号公報

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、冷熱サイクルを受けても電線と電線圧着部との接触抵抗の増大を抑えることができる端子金具及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の端子金具は、相手端子と接触する端子接触部に母材金属の上に金メッキ層が形成され、絶縁電線の芯線が圧着される電線圧着部には母材金属の上にスズメッキ層が形成された端子金具において、前記端子接触部においては前記母材金属と前記金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は前記電線圧着部では前記母材金属と前記スズメッキ層との間に介在しない構造としており、前記電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、前記ニッケルメッキ層の前記電線圧着部側の端縁部には前記スズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、前記重なり部は、前記ワイヤバレル片の前記端子接触部側の延出基部と前記端子接触部との間に形成されていることに特徴を有する。

この構成によれば、電線圧着部においてニッケル原子がスズメッキ層内に拡散して合金層を形成しないから、その固有抵抗の増大や電線との接触界面における接触抵抗の増大を防止することができる。
また、この構成によれば、電線圧着部におけるスズメッキ層にニッケル原子が拡散してゆくことを確実に防止できる。さらに、メッキ形成上の寸法誤差があっても、母材金属が露出することを確実に防止できるから、電線圧着部における接触抵抗の増大を抑えることができるだけでなく、母材金属の酸化も確実に防止できる。

この手段において、母材金属を銅合金から形成し、端子接触部には相手側の雄端子と接触する弾性接触片を有する構造とした場合、弾性接触片においては母材金属と金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は電線圧着部では母材金属とスズメッキ層との間に介在しない構造とし、電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、ニッケルメッキ層の電線圧着部側の端縁部にはスズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、この重なり部は、ワイヤバレル片の端子接触部側の延出基部と端子接触部との間に形成すれば、優れた雌型の端子金具が得られる（手段２）。

また、上記手段において、母材金属を黄銅から形成し、端子接触部には相手側の雌端子と接触するタブ部を有する構造とした場合、タブ部においては母材金属と金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は電線圧着部では母材金属とスズメッキ層との間に介在せずに銅メッキ層が介在する構造とし、電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、ニッケルメッキ層の電線圧着部側の端縁部にはスズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、この重なり部は、ワイヤバレル片の端子接触部側の延出基部と端子接触部との間に形成すれば、優れた雄型の端子金具が得られる（手段３）。

なお、電線圧着部において母材金属表面に凹凸条を形成することで被覆電線の芯線との接触性を改善しようとした場合には、端子接触部においては母材金属と金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は少なくとも電線圧着部のうち前記凹凸条により形成されるエッジ部の周縁においては母材金属とスズメッキ層との間に介在せずにスズメッキ層が母材金属に接している構造とし、電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、ニッケルメッキ層の電線圧着部側の端縁部にはスズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、この重なり部は、ワイヤバレル片の端子接触部側の延出基部と端子接触部との間に形成することもできる（手段４）。この手段４の構成によれば、凹凸条により形成されるエッジ部の周縁は、芯線の圧着時に最も強い圧力を受けるから、最も効果的である。

本発明によれば、ニッケル原子のスズメッキ層への侵入を防止できるので、冷熱サイクルを受けても電線と電線圧着部との接触抵抗の増大を抑えることができる端子金具とすることができる。

本発明の実施形態１に係る雌型端子金具の正面図同じく雌端子金具の展開図同じくメッキ層の構成を示す拡大断面図同じく母材金属板へのメッキ層の形成過程を示す模式的な正面図同じくメッキ形成後の母材金属板の断面図同じく部分メッキのための装置を示す斜視図同じく冷熱サイクルによる抵抗増大現象を示すグラフ本発明の実施形態２に係る雄型端子金具の正面図同じくメッキ層の構成を示す拡大断面図部分メッキのための他の装置を示す斜視図部分メッキのための異なる装置を示す斜視図同上装置によりメッキを形成した状態の断面図

＜実施形態１＞
以下、本発明を雌型の端子金具に適用した実施形態１を図１ないし図７によって説明する。

端子金具１０の全体構造は図１の平面図に示すとおりである。すなわち、端子金具１０の先端側（図示下方）には、角筒型をなす端子接触部１１が形成され、その反対側には電線圧着部１２が形成されている。

端子接触部１１内には先端側からＵ字状に折り返して形成した弾性接触片１３（図２にのみ現れる）が設けられ、ここに図示しない相手端子である雄型の端子金具のタブ部が挿入されて接触する。

電線圧着部１２は、絶縁電線１４の芯線１５を圧着する一対のワイヤバレル片１６と、絶縁電線１４をその被覆部分で圧着する一対のインシュレーションバレル片１７とからなる。ワイヤバレル片１６は半円筒状の端子底板部１８の側縁から対向状態で延出されており、インシュレーションバレル片１７も同様に端子底板部１８の側縁から延出されている。各ワイヤバレル片１６はインシュレーションバレル片１７よりも電線圧着部１２側に位置している。なお、電線圧着部１２のうちワイヤバレル片１６が形成された端子底板部１８部分には、絶縁電線１４の軸方向に対して直交する方向に延びる例えば３本の凹条（セレーション溝）１９が形成されている。

さて、この端子金具１０は母材金属が銅合金であり、その表面にメッキ処理がされている。その種類、手順、方法について次に説明する。

図１に示した端子金具１０は、周知の通り銅合金板のフープ材からこれを所要形状にプレスで打ち抜き、折り曲げて形成される。展開形状は図２に示すとおりであり、ここの各部には図１に示した端子金具１０を構成する各部と同じ符号を付けて示してある。メッキ処理は、プレス加工前のフープ材に対して行われる。

最終的に形成される各メッキ層を模式的に示すと図３及び図５に示すようであり、その形成手順は次のようである。

まず、母材金属板２０に対して酸洗い等の前処理を行う（図４（Ａ））。次に、母材金属板２０のほぼ下半分について、ニッケルメッキ層２１を形成する。これはこの種の端子金具におけるメッキ処理の通常工程によって例えば１．０μｍ〜１．３μｍの厚さに形成する。母材金属板２０に対して部分的にメッキを行うためには、例えば図６に示すようなマスク装置付きのメッキ装置を利用する。同図において３１はメッキ槽３２内に設けた４本のベルト駆動ローラ、３３は２本のベルト駆動ローラ３１間に架け渡した２本のマスクベルトである。母材金属板２０はマスクベルト３３間を走行するように連続的に供給され、メッキ槽３２内を矢印方向に走行する際にその上半部の両面が上記マスクベルト３３によって密着して覆われることになる。

各マスクベルト３３の内周側には、母材金属板２０の両側に位置するようにメッキ電極３４が設けられている。メッキ槽３２内にニッケルメッキ液が貯留されて、少なくともマスクベルト３３を浸す状態で、母材金属板２０がメッキ槽３２内を通過するように供給され、メッキ電極３４と母材金属板２０との間に電圧が印加される。これにより、母材金属板２０のうちマスクベルト３３に覆われていない下半部分にニッケルメッキ層２１が形成される。なお、図１及び図２において、ニッケルメッキ層２１が形成された領域はＮiとして表示した通りで、端子接触部１１の全域から端子接触部１１と電線圧着部１２とのほぼ中間の領域まで達するようにしてある。すなわち、電線圧着部１２においては、その全域にニッケルメッキ層２１は形成されていない。

次に、必要箇所に金メッキ層２２を形成する（図４（Ｃ）参照）。金メッキ層２２は、いわゆる金フラッシュメッキ法により形成しており、メッキ層厚は例えば０．４μｍ〜０．８μｍが好ましい。メッキ箇所は、弾性接触片１３と、端子接触部１１の内周面のうち上記弾性接触片１３に対向する面であり、図２に格子状のハッチングを付して示してある。なお、図２において弾性接触片１３については、実際にはその裏側となる位置に金メッキ層２２が形成されている。

最後に、スズメッキ層２３が形成される（図４（Ｄ）参照）。スズメッキ層２３は母材金属板２０をニッケルメッキを行った姿勢とは上下反転させた姿勢で図示しないメッキ槽に通すことで行い、母材金属板２０の下半分だけをメッキ液に浸すことで部分メッキしている。従って、母材金属板２０のメッキ液への浸漬深さによってスズメッキ層２３の形成領域が決定され、本実施形態では、スズメッキ層２３の形成領域は図１及び図２においてＳｎとして表示した。

同図に示すように、スズメッキ層２３は電線圧着部１２の全域にわたり、ワイヤバレル片１６の端子接触部１１側の延出基部１６ａと端子接触部１１との間まで延びて形成されている。電線圧着部１２には前述したようにニッケルメッキ層２１が形成されていないから、スズメッキ層２３は母材金属板２０の表面に接して形成された状態にある。スズメッキ層２３とニッケルメッキ層２１との境界部分では、ニッケルメッキ層２１の電線圧着部１２側の端縁部にスズメッキ層２３が重なるように設けられている（図３及び図５参照）。

上記構成の端子金具１０を使用して端子金具付き電線を製造するには、被覆電線１４の先端で皮むきして芯線１５を露出させ、露出された芯線１５部分をワイヤバレル片１６により圧着し、絶縁被覆部分をインシュレーションバレル片１７により圧着する。

電線圧着部１２において被覆電線１４を圧着すると、一対のワイヤバレル片１６は互いに内側にカールするように変形されて芯線１５を強く抱え込むようになる。この際、ワイヤバレル片１６の内側には軟質のスズメッキ層２３が存在しているから、スズメッキ層２３が柔軟に変形して芯線１５に密着し、時には芯線１５を構成する金属と凝結状態となって低い接触抵抗が得られる。しかも、特に本実施形態では、端子底板部１８に凹条１９を形成してあるから、そのエッジ部が芯線１５に食い込むようになり、より確実な導通状態が得られる。

また、この端子金具付き電線が例えば車両のエンジンルーム等の繰り返し高温度に晒される箇所で使用されても、電線圧着部１２においてはニッケルメッキ層２１が存在しないから、長期的に見ても接触抵抗が安定する。すなわち、従来のようにスズメッキ層の下にニッケルメッキ層が存在していると、冷熱サイクルが繰り返されると、ニッケルメッキ層のニッケル原子がスズメッキ層内に徐々に拡散し、スズメッキ層がニッケルにより合金化され、合金化されたスズメッキ層自体の高抵抗化や表面の酸化が進み、結局、接触抵抗が徐々に増大するという現象が起こっていたところ、本実施形態ではそれを確実に抑えることができるのである。

その現象を実証的に確認した試験データ次のようである。本実施形態において説明した端子金具１０（実施例）と、ニッケルメッキ層を全面に形成して電線圧着部１２においてもニッケルメッキ層がスズメッキ層の下に存在している端子金具（比較例）とを比較対照した。実施例及び比較例ともに、電線の圧着前に端子金具及び電線を８５℃、９０％ＲＨの高温高湿状態に２４時間放置し、その後、電線に端子金具を圧着した。その時点で、開放電圧２０ｍＶ、通電電流１０ｍＡで抵抗を測定した（これを０サイクル抵抗と呼ぶ）。

次に、１２０℃で１０分保持と、−４０℃で１０分保持との冷熱サイクルを繰り返し、２４０サイクル及び４８０サイクルで上記と同様条件で抵抗を測定した（これらを２４０サイクル抵抗、４８０サイクル抵抗と呼ぶ）。これらの試験はサンプル数を１０個として行い、各抵抗値の最大値、最小値及び平均値を測定した。測定結果は図７に示す通りであり、比較例では４８０サイクル抵抗が大幅に高くなったのに対して、本実施形態の端子金具１０では４８０サイクル抵抗がほとんど変化がなかったことが確認できた。すなわち、本実施形態の端子金具１０によれば、冷熱サイクルを受けても電線１０と電線圧着部１２との接触抵抗の増大を十分に抑えることができるという優れた効果を奏する。

＜実施形態２＞
図８は本発明を雄型の端子金具４０に適用した実施形態２を示す。端子金具４０は、図示右方に位置する先端側には、相手側の雌端子と接触するタブ部４１を含んだ端子接触部４２が形成され、その反対側には電線圧着部４３が形成されている。電線圧着部４３は、実施形態１の電線圧着部１２と同一の形状である。

この雄型の端子金具４０は母材金属が黄銅であり、その表面に実施形態１と同様にしてニッケルメッキ層４４が形成されている（図９参照）。

図８において、ニッケルメッキ層４４を形成した領域はＮiとして表示してあり、端子接触部４２の全域から端子接触部４２と電線圧着部４３とのほぼ中間の領域まで達するようにしてある。すなわち、電線圧着部４３においてはニッケルメッキ層４４は形成されていない。なお、タブ部４１の先端寄りには、金メッキ層４５が形成されている。この金メッキ層４５も、いわゆる金フラッシュメッキ法により形成しており、メッキ層厚は例えば０．４μｍ〜０．８μｍである。

一方、電線圧着部４３には、ニッケルメッキ層４４が形成されていない領域に例えば０．５μｍ〜１．０μｍの厚さで銅メッキ層４６が形成されている（図９参照）。この銅メッキ層４６は実施形態１におけるスズメッキ層２３と同様にニッケルメッキ層４４との境界部でニッケルメッキ層４４に一部がオーバーラップする形態で形成することが好ましい。

そして、上記銅メッキ層４６の上に重ねて、例えば０．８μｍ〜３μｍの層厚でスズメッキ層４７が形成されている。その形成方法は実施形態１と同様であり、スズメッキ層４７の形成領域は図８においてＳｎとして表示した。同図に示すように、スズメッキ層４７は電線圧着部４３の全域にわたり、ワイヤバレル片４８の端子接触部４２側の延出基部４８ａと端子接触部４２との間まで延びて形成されている。

この実施形態によっても、前記第１実施形態と同様に、冷熱サイクルを受けても電線１０と電線圧着部１２との接触抵抗の増大を十分に抑えることができるという優れた効果を奏する。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態１，２ではスズメッキ層２３，４７を部分的に形成するに際して、図５に示すようなメッキ装置を利用したが、本発明は斯かる装置を使用した端子金具に限定されるものではない。端子接触部においては母材金属と金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は電線圧着部では母材金属とスズメッキ層との間に介在しない構造であれば、いかなる装置によりメッキ処理を行ったものも含まれる。

例えば、図５の装置に代えて図１０の装置を使用することができる。図１０ではメッキ槽５０内に母材金属板２０を挟むように４本のガイドローラ５１を立設し、メッキ槽５０内を走行する母材金属板２０の表面に部分的に例えばポリイミド等のテープ５２を宛がってマスクとする。テープ５２は、母材金属板２０が供給される上流側に位置する供給コイル５２Ａから繰り出され、下流側に位置する巻き取りコイル５２Ｂに巻き取られる。メッキ電極５３は、母材金属板２０の両側に配置されている。

或いは、図１１及び図１２に示すようなメッキ方法も可能である。これは、マスク管６０を利用して母材金属板２０の一部をマスクすることで、ニッケルメッキ用のメッキ液が付着しないようにして全体をメッキ槽（図示せず）内に供給する。マスク管６０には軸方向に延びるスリットが形成されており、そのスリットに母材金属板２０の下縁部を差し込むことで、母材金属板２０の下半部を隠すことができる。すると、図１２に示すように、マスク管６０によって隠されていない部分にだけ、ニッケルメッキ層６１が形成される。

（２）上記実施形態１では、スズメッキ層２３を銅合金の母材金属板２０の表面に接するようにして形成したが、これに限らず、他の金属メッキ層又は合金メッキ層を母材金属板２０との間に形成してもよい。要するに、金メッキ層２２の下地となっているニッケルメッキ層２１が、電線圧着部では母材金属とスズメッキ層との間に介在しない構造とすればよいのである。

（３）上記各実施形態では、電線圧着部の全域においてニッケルメッキ層を排除した形態を例示したが、電線圧着部において芯線と端子金具とが最も強い圧力で接触する箇所で接触抵抗の増大等の問題が生じやすいことに鑑みれば、電線圧着部に凹凸条（セレーション溝等）を形成した場合には、少なくとも電線圧着部のうちその凹凸条により形成されるエッジ部の周縁において母材金属とスズメッキ層との間にニッケルメッキ層が存在しない形態としてもよい。そのためには、凹凸条及びその周縁部を含んだ領域にニッケルメッキ層が形成されないようにマスクメッキすればよい。

１０、４０…雌型の端子金具
１１…端子接触部
１２…電線圧着部
１３…弾性接触片
１４…絶縁電線
１５…芯線
１６…ワイヤバレル片
１８…端子底板部
１９…凹凸条
２０…母材金属
２１…ニッケルメッキ層
２２…金メッキ層
２３…スズメッキ層
４２…タブ部

Claims

相手端子と接触する端子接触部には母材金属の上に金メッキ層が形成され、絶縁電線の芯線が圧着される電線圧着部には母材金属の上にスズメッキ層が形成された端子金具において、前記端子接触部においては前記母材金属と前記金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は前記電線圧着部では前記母材金属と前記スズメッキ層との間に介在しない構造としており、
前記電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、
前記ニッケルメッキ層の前記電線圧着部側の端縁部には前記スズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、
前記重なり部は、前記ワイヤバレル片の前記端子接触部側の延出基部と前記端子接触部との間に形成されていることを特徴とする端子金具。
母材金属が銅合金からなり、相手側の雄端子と接触する弾性接触片を有する端子接触部には金メッキ層が形成され、絶縁電線の芯線が圧着される電線圧着部にはスズメッキ層が形成された端子金具において、前記弾性接触片においては前記母材金属と前記金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は前記電線圧着部では前記母材金属と前記スズメッキ層との間に介在しない構造としており、
前記電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、
前記ニッケルメッキ層の前記電線圧着部側の端縁部には前記スズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、
前記重なり部は、前記ワイヤバレル片の前記端子接触部側の延出基部と前記端子接触部との間に形成されていることを特徴とする雌型の端子金具。
母材金属が黄銅からなり、相手側の雌端子と接触するタブ部を有する端子接触部には金メッキ層が形成され、絶縁電線の芯線が圧着される電線圧着部にはスズメッキ層が形成された端子金具において、前記タブ部においては前記母材金属と前記金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は前記電線圧着部では前記母材金属と前記スズメッキ層との間に介在せずに銅メッキ層が介在する構造としており、
前記電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、
前記ニッケルメッキ層の前記電線圧着部側の端縁部には前記スズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、
前記重なり部は、前記ワイヤバレル片の前記端子接触部側の延出基部と前記端子接触部との間に形成されていることを特徴とする雄型の端子金具。
相手端子と接触する端子接触部には母材金属の上に金メッキ層が形成され、絶縁電線の芯線が圧着される電線圧着部には母材金属の上にスズメッキ層が形成された端子金具において、前記電線圧着部には前記母材金属表面に凹凸条が形成されると共に、前記端子接触部においては前記母材金属と前記金メッキ層との間にニッケルメッキ層が介在しており、そのニッケルメッキ層は少なくとも前記電線圧着部のうち前記凹凸条により形成されるエッジ部の周縁においては母材金属とスズメッキ層との間に介在せずにスズメッキ層が母材金属に接している構造としており、
前記電線圧着部は端子底板部から対をなして延出した一対のワイヤバレル片を備えており、
前記ニッケルメッキ層の前記電線圧着部側の端縁部には前記スズメッキ層が重なるように設けられた重なり部が形成されており、
前記重なり部は、前記ワイヤバレル片の前記端子接触部側の延出基部と前記端子接触部との間に形成されていることを特徴とする端子金具。