WO2013065583A1 - 端子用アルミニウム合金板、端子金具、及び電線の端末接続構造 - Google Patents

端子用アルミニウム合金板、端子金具、及び電線の端末接続構造 Download PDF

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鉄也 桑原
啓之 小林
肇 太田
義幸 高木
西川　太一郎
中井　由弘
拓次 大塚
小野　純一
平井　宏樹
古川　欣吾
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住友電気工業株式会社
株式会社オートネットワーク技術研究所
住友電装株式会社
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    • H01R4/18—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/183—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section
    • H01R4/184—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section comprising a U-shaped wire-receiving portion
    • H01R4/185—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section comprising a U-shaped wire-receiving portion combined with a U-shaped insulation-receiving portion

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy plate for a terminal used as a material for a terminal fitting, a terminal fitting formed from the aluminum alloy plate and attached to an aluminum base wire, and an end connection structure of an electric wire provided with the terminal fitting. is there.
  • the present invention relates to an aluminum alloy plate for terminals from which a terminal metal fitting that is difficult to relieve stress is obtained.
  • terminal fittings Conventionally, electric wires of mobile devices such as automobiles and airplanes, industrial devices such as robots, etc. are used by removing the insulating layer at the ends to expose the conductors and attaching terminal fittings to the exposed portions.
  • terminal fittings There are various types of terminal fittings.
  • a male terminal fitting 100M having a fitting portion 140 there is a male terminal fitting 100M having a fitting portion 140.
  • Each of the female terminal fitting 100F and the male terminal fitting 100M shown in FIG. 1 is a crimp type wire barrel portion (crimping portion) that crimps and connects the conductor 210 as a conductor connecting portion that connects the conductor 210 included in the electric wire 200.
  • the wire barrel portion 110 includes a pair of crimping pieces as shown in FIG. 1 (A), and the crimping pieces are folded and compressed so as to wrap the conductor 210 as shown in FIG. 1 (B). .
  • the female terminal fitting 100F includes a cylindrical female fitting part 130 extending on one side of the wire barrel part 110, and includes elastic pieces 131 and 132 arranged to face each other inside the cylindrical body (FIG. 1 (A) ).
  • a rod-shaped male fitting portion 140 is extended on one side of the wire barrel portion 110.
  • FIG. 1 (B) when the rod-shaped male fitting portion 140 is inserted into the cylindrical body of the female fitting portion 130, the male fitting portion 140 is firmly held by the urging force of the elastic pieces 131 and 132.
  • Both terminal fittings 100F and 100M are electrically connected.
  • FIG. 1 only the female fitting part 130 is shown in cross section for easy understanding.
  • the main constituent materials for the conductors of electric wires and terminal fittings are copper-based materials such as copper and copper alloys having excellent conductivity.
  • copper-based materials such as copper and copper alloys having excellent conductivity.
  • Al alloy etc. aluminum or aluminum alloy whose specific gravity is about 1/3 of copper as a constituent material of conductors and terminal fittings
  • Patent Document 1 discloses a terminal fitting that combines an aluminum-based molded body having a conductor crimping portion and an iron-based molded body having a fitting portion provided with a spring contact portion (elastic piece).
  • This terminal metal fitting is provided with an elastic piece made of an iron-based material that is generally higher in strength and harder to sag than an Al alloy or the like, so that high contact pressure (spring load) can be secured and high over a long period of time. Contact pressure can be maintained.
  • the crimping force with respect to the conductor of the electric wire is large and does not easily decrease over a long period of time.
  • the crimping force decreases due to stress relaxation, and the crimping part may not be able to sufficiently hold the conductor.
  • the conductor is also easily creep-deformed compared to a copper-based electric wire. If the conductor and the terminal metal fitting cannot be sufficiently contacted due to stress relaxation, problems such as an increase in contact resistance occur.
  • an aluminum alloy in which the connection state between a conductor made of an Al alloy or the like and a terminal fitting made of an aluminum alloy does not loosen with time.
  • the operating temperature is as high as over 100 ° C. Therefore, a terminal fitting that is difficult to relieve stress by heat during use and has excellent heat resistance is desired.
  • the contact pressure (spring load) is sufficiently high in the connection between the terminal fittings and is maintained for a long time.
  • the repulsive force against the urging force by the elastic piece is sufficiently high and the repulsive force is maintained for a long time in the connection between the terminal fittings. Is also desirable.
  • the contact pressure and the repulsive force decrease due to the stress relaxation, problems such as the elastic piece and the fitting portion of another terminal fitting being unable to sufficiently contact or the connection resistance increasing may occur. Therefore, it is desired to develop an aluminum alloy in which the connection state between terminal fittings made of an aluminum alloy is less likely to loosen with time.
  • the terminal fitting As a method of manufacturing the terminal fitting, it is possible to punch the material plate into a predetermined shape and perform press working. In this case, when the thickness of the material plate is increased to some extent, the above-described pressure-bonding force, contact pressure, and repulsive force can be increased. However, when the plate thickness is increased, distortion during plastic working such as press working becomes large and cracking is likely to occur, leading to a decrease in productivity of the terminal fitting. Further, if a material plate having a large plate thickness is used, the terminal fitting is increased in size, which is not preferable for applications that require a reduction in size (for example, automotive applications).
  • one of the objects of the present invention is to provide an aluminum alloy plate for a terminal from which a terminal fitting that is difficult to relieve stress is obtained.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal fitting made of an aluminum alloy and less susceptible to stress relaxation.
  • the other object of this invention is to provide the terminal connection structure of the electric wire which provides the said terminal metal fitting.
  • the present invention achieves the above object by specifying the composition of the aluminum alloy.
  • the aluminum alloy plate for terminals of the present invention is used as a material for a terminal fitting to be crimped to an aluminum base wire, and is composed of the following aluminum alloys.
  • This aluminum alloy is, by mass, Si: 0.6% to 1.5%, Mg: 0.7% to 1.3%, Cu: 0.5% to 1.2%, Mn: 0.5% to 1.1%, Fe: 0.02% or more 0.4% or less, Cr: 0.01% to 0.3%, Zn: 0.005% to 0.5%, Ti: 0.01% to 0.2%, Zr: 0.05% to 0.2%, the balance from Al and inevitable impurities Clearly
  • an aluminum base electric wire means the electric wire in which the said conductor was comprised from aluminum or aluminum alloy.
  • the aluminum alloy sheet of the present invention has a low stress relaxation rate and is difficult to relax, as shown in the test examples described later, and is excellent in stress relaxation characteristics at high temperatures.
  • the aluminum alloy plate of the present invention is excellent in mechanical properties at room temperature and has high proof stress as shown in test examples described later.
  • the aluminum alloy plate of the present invention can contribute to miniaturization of the terminal fitting. Furthermore, by reducing the thickness of the aluminum alloy plate of the present invention, it is easy to perform various processes such as plastic processing such as cutting and pressing in the manufacture of terminal fittings, and contribute to the improvement of terminal fitting productivity. Can do.
  • the terminal fitting of the present invention is a terminal fitting including a crimping portion for crimping a conductor of an aluminum-based electric wire and an electrical connection portion that extends from the crimping portion and is electrically connected to another connection target. And an aluminum alloy having a specific composition as described above.
  • the terminal metal fittings manufactured from the aluminum alloy plate of the present invention and the terminal metal fittings of the present invention are aluminum having a specific composition excellent in stress relaxation characteristics at high temperatures and yield strength at room temperature. Since it is made of an alloy, a sufficiently high crimping force can be obtained, and the crimping force hardly decreases even at high temperatures, and a high crimping force can be maintained. Moreover, in the terminal metal fitting etc. of this invention which provides the above-mentioned elastic piece, while being able to obtain a sufficiently high contact pressure, it is difficult for the contact pressure to decrease even at high temperatures, and a high contact pressure can be maintained. .
  • the terminal fitting of the present invention having the above-described rod-shaped fitting portion provides a sufficiently high repulsive force, and the repulsive force does not easily decrease even at high temperatures, and has a high repulsive force over a long period of time. Can be maintained. Therefore, the terminal metal fittings of the present invention are less likely to relieve stress over time, and it is difficult to loosen the connection state with the aluminum base wire and the connection state between the terminal metal fittings over a long period of time, thereby constructing a low resistance connection structure. it can. Moreover, even when the terminal fitting of the present invention is made of a relatively thin aluminum alloy plate, a high pressure-bonding force, a high contact pressure, and a high repulsive force can be realized, and it is small.
  • the electric wire terminal connection structure of the present invention includes an electric wire having a conductor and a terminal fitting attached to an end portion of the conductor.
  • the electric wire is an aluminum-based electric wire in which the conductor is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the said terminal metal fitting is a terminal metal fitting of this invention comprised from the aluminum alloy of the said specific composition.
  • the terminal connection structure of the electric wire of the present invention can maintain low resistance for a long period of time by including the terminal fitting of the present invention that is difficult to relieve stress.
  • the terminal connection structure of the electric wire of the present invention has the same main component of the conductor of the electric wire and the terminal fitting, contact corrosion of dissimilar metals cannot occur, and it is necessary to perform a special treatment for battery corrosion. And excellent productivity.
  • the aluminum alloy further includes a form containing Sr: 0.005% to 0.05% by mass%.
  • the above form is further excellent in stress relaxation characteristics at high temperature and yield strength at room temperature.
  • the aluminum alloy plate for terminals of the present invention As one form of the aluminum alloy plate for terminals of the present invention, a form having a 0.2% proof stress at room temperature of 200 MPa or more can be mentioned.
  • the above-mentioned form has sufficiently high yield strength, for example, even when the thickness is reduced, it is possible to manufacture a terminal fitting that can obtain a high crimping force, a high contact pressure, and a high repulsive force.
  • the stress relaxation rate at 120 ° C. is 50% or less.
  • the above form can be suitably used as a material for terminal fittings used in a high temperature environment because the stress relaxation rate is sufficiently small and excellent in heat resistance even at a high temperature exceeding 100 ° C. Moreover, the terminal metal fitting formed from the aluminum alloy plate of the said form is hard to relieve stress even if it is high temperature.
  • an elastic piece in which the electrical connecting portion is fitted and electrically connected to another terminal fitting, and the fitting portion is disposed oppositely.
  • the above-mentioned form comprising an elastic piece composed of an aluminum alloy having the above-mentioned specific composition can express a sufficiently high contact pressure with respect to the fitting portion of another terminal fitting, and is difficult to relieve stress. High contact pressure can be maintained over a long period of time.
  • the terminal fitting of the present invention and the terminal connection structure of the electric wire of the present invention can be used for various applications.
  • the main component of the conductor of the electric wire and the terminal fitting is aluminum. It can be suitably used.
  • the terminal fitting of the present invention having excellent stress relaxation characteristics at high temperatures as described above, it can be suitably used for an automobile whose operating temperature is about 120 ° C. to 150 ° C.
  • the aluminum alloy plate for terminals of the present invention is excellent in stress relaxation characteristics at high temperature and yield strength at room temperature.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of a female terminal metal fitting and a male terminal metal fitting, (A) is before fitting of both terminal metal fittings, (B) shows the state which fitted the fitting part of both terminal metal fittings.
  • the element content indicates a mass ratio (%).
  • Si [Aluminum alloy] ⁇ Composition (Si: 0.6% to 1.5%) Si partially dissolves in the matrix (Al) together with Mg, strengthening the aluminum alloy. In addition, Si forms aging precipitates during artificial aging, improves the mechanical properties such as strength of aluminum alloy, and obtains the mechanical properties desired for terminal fittings (especially stress relaxation properties and yield strength). Contribute.
  • Si By containing Si in an amount of 0.6% or more, an aluminum alloy plate or a terminal fitting having excellent stress relaxation characteristics and proof stress can be obtained by appropriately expressing the effects of solid solution strengthening and age hardening.
  • the Si content 1.5% or less, the workability from cast material to a plate with a desired thickness (mainly rollability) and the formability from material plate to terminal fitting (mainly press workability) are hindered.
  • a more preferable Si content is 0.8% or more and 1.4% or less. By being in this range, it is easier to obtain a plate or a terminal fitting having excellent proof stress.
  • Mg 0.7% to 1.3% Mg solidifies and strengthens an aluminum alloy, and at the time of artificial aging, forms an aging precipitate that contributes to improving the strength together with Si, and contributes to obtaining the above-mentioned mechanical properties desired for the terminal fitting.
  • Mg solidifies and strengthens an aluminum alloy, and at the time of artificial aging, forms an aging precipitate that contributes to improving the strength together with Si, and contributes to obtaining the above-mentioned mechanical properties desired for the terminal fitting.
  • Mg 0.7% or more of Mg, sufficient solid solution strengthening and age hardening can be achieved, and by setting the upper limit to 1.3%, coarse crystallized substances and precipitates that are the starting points of cracks as described above The formation of objects can be suppressed.
  • a more preferable Mg content is 0.8% or more and 1.3% or less, and by being within this range, it is easier to obtain a plate or a terminal fitting having excellent proof stress.
  • Cu 0.5% to 1.25%
  • Mg and Si contributes to improving strength and proof stress. Containing 0.5% or more of Cu makes it easy to obtain this effect and excellent heat resistance.
  • the upper limit By setting the upper limit to 1.2%, it is easy to ensure the moldability to the terminal fitting.
  • a more preferable Cu content is 0.7% or more and 1.2% or less, and within this range, it is difficult to relieve stress even at a high temperature, and it is easier to obtain a plate and a terminal fitting having excellent proof stress.
  • Mn partially dissolves in the matrix and strengthens the aluminum alloy by solid solution. Further, Mn forms Al—Mn-based dispersed particles, can refine crystal grains of the alloy structure, and can improve stress relaxation characteristics, yield strength, strength, formability, corrosion resistance, heat resistance, and the like. By containing 0.5% or more of Mn, solid stress strengthening makes it easy to obtain stress-reducing characteristics and plates and terminal fittings with proof stress. By setting the upper limit to 1.1%, coarse crystallization that becomes the starting point of cracking It is possible to suppress the formation of objects and precipitates, and contribute to increasing the strength and proof stress of the plate and terminal fitting. A more preferable Mn content is 0.6% or more and 1.1% or less, and within this range, it is difficult to relieve stress even at high temperatures, and it is easier to obtain a plate and a terminal fitting having excellent proof stress.
  • Fe contributes to the promotion of the fine effect by the crystal refining agent containing Ti at the time of casting in the presence of a group 2 element of the periodic table (for example, Mg or Sr). Containing 0.02% or more of Fe effectively contributes to refinement of aluminum alloy crystal grains, and by setting the upper limit to 0.4%, Fe-based crystallized substances are generated at grain boundaries in the alloy structure. This can suppress a decrease in plastic workability of the aluminum alloy.
  • a more preferable Fe content is 0.05% or more and 0.3% or less, and within this range, it is easier to obtain a plate or a terminal fitting having excellent proof stress.
  • Cr 0.01% to 0.3%) Since Cr forms dispersed particles in the same manner as Mn, it has the effect of preventing the crystal grains of the aluminum alloy from becoming coarse during heat treatment and making the crystal grains finer. The refinement of crystal grains contributes to the improvement of the yield strength and strength of the plate and the formability of the terminal fitting. Cr also has an effect of improving corrosion resistance and heat resistance. Containing 0.01% or more of Cr makes it difficult to relieve stress even at high temperatures, making it easy to obtain high-yield and high-strength plates and terminal fittings, and setting the upper limit to 0.3% can increase the size of crystal grains. It is possible to suppress the crystal grain refinement effect appropriately. A more preferable Cr content is 0.02% or more and 0.25% or less, and by being in this range, it is easy to obtain a plate or a terminal metal fitting that is particularly excellent in heat resistance and difficult to relieve stress even at high temperatures.
  • Zn 0.005% to 0.5%)
  • Zn dissolves in the matrix and contributes to the improvement of the yield strength of the aluminum alloy.
  • Zn in an amount of 0.005% or more, the effect of improving the yield strength can be appropriately exhibited, and by setting the upper limit value to 0.5%, appropriate corrosion resistance can be ensured.
  • the more preferable Zn content is 0.05% or more and 0.25% or less. By being in this range, it is difficult to relieve stress even at high temperatures, and it is easier to obtain a plate and terminal fitting with excellent proof stress. It is easy to ensure the toughness required for molding, and it is easy to obtain plates and terminal fittings that are excellent in workability and corrosion resistance.
  • Ti 0.01% to 0.2%)
  • Ti has the effect of reducing the crystal structure of the cast material, reducing the ratio of columnar crystals in the cast material, and increasing the ratio of equiaxed crystals. Therefore, the rolling property of a cast material and the moldability to a terminal metal fitting can be improved by containing Ti.
  • the refinement of the crystal structure makes it difficult for wrinkles to occur during plastic processing, and a plastic work material (terminal fitting) with less wrinkles and excellent surface properties can be obtained.
  • containing 0.01% or more of Ti the effect of refining crystal grains can be easily obtained, and the higher the content of Ti, the more effective the refining of crystal grains and the reduction of wrinkles associated with miniaturization.
  • the above-mentioned effect tends to be saturated when the Ti content is about 0.2%, and since the formation of coarse intermetallic compounds can be suppressed by not containing Ti excessively, the upper limit is set to 0.2%.
  • a more preferable Ti content is 0.01% or more and 0.1% or less. By being in this range, it is easier to obtain a plate or a terminal fitting having excellent proof stress.
  • B from the fact that the same crystalline structure and Ti has the effect of improving to strength and yield strength fine, it may be mixed in the melt Ti as TiB 2.
  • the content of B in a mass ratio of about 50 ppm or less is allowed.
  • Zr 0.05% to 0.2%)
  • Zr is an element necessary for improving the heat resistance of the aluminum alloy.
  • Zr like Mn and Cr, forms Al-Zr-based dispersed particles, prevents coarsening of the crystal grains of the aluminum alloy during heat treatment, and has the effect of making the crystal grains fine.
  • the miniaturization of the plate contributes to the improvement of the yield strength and strength of the plate and the moldability to the terminal fitting.
  • the preferable Zr content is 0.1% or more and 0.2% or less, and within this range, it is difficult to relieve stress even at high temperatures, and it is easier to obtain a plate or terminal fitting having excellent proof stress.
  • Sr also has a function of refining the crystal structure of the cast material, and by refining the crystal, as described above, it contributes to improving the yield strength and strength of the plate and the formability to the terminal fitting.
  • the yield strength and strength can be improved without embrittlement of the aluminum alloy.
  • it is easy to improve the yield strength and strength, and by setting the upper limit to 0.05%, the embrittlement of the aluminum alloy is effectively suppressed, and the plates and terminals with excellent yield strength and strength. A bracket is obtained.
  • a more preferable Sr content is 0.005% or more and 0.03% or less, and within this range, it is difficult to relieve stress even at high temperatures, and it is easier to obtain a plate or terminal fitting having excellent proof stress.
  • the Sr content is 0.005% or more and 0.03% or less, and the ratio Zr / Sr of Zr content to Sr content is 3 or more and 50 or less, the embrittlement suppression and mechanical properties of the aluminum alloy are achieved. Can be effectively improved.
  • the thickness of the aluminum alloy plate of the present invention or the plate constituting the terminal fitting of the present invention can be selected as appropriate. For example, in automobile applications, it is about 0.1 mm to 0.5 mm. The thinner the thickness, the better the moldability and the smaller and lighter the terminal fitting. The thicker the thickness, the better the crimping force, contact pressure, and repulsion of the terminal fitting. Can do. Manufacturing conditions (for example, degree of processing such as reduction ratio) may be adjusted so as to obtain a desired thickness. The thickness of the plate which comprises the terminal metal fitting manufactured from the aluminum alloy plate of this invention substantially maintains the thickness of the aluminum alloy plate of this invention, and both thickness is substantially equal.
  • the aluminum alloy plate of the present invention is typically a rectangular sheet material cut to a predetermined length.
  • disconnected by the shape of the desired terminal metal fitting, etc. are mentioned.
  • the aluminum alloy plate of the present invention is difficult to relieve stress even at a high temperature exceeding 100 ° C.
  • a specific form although depending on the composition and manufacturing conditions (heat treatment temperature, degree of processing, etc.), for example, a form in which the stress relaxation rate at 120 ° C. satisfies 50% or less can be mentioned.
  • the aluminum alloy plate of the present invention has high yield strength.
  • a form in which the 0.2% proof stress at room temperature satisfies 200 MPa or more can be mentioned.
  • the higher the 0.2% proof stress, the harder the permanent deformation, the less difficult the connection between the conductor and the terminal fitting and the connection between the terminal fittings, 250 MPa or more, 300 MPa or more, particularly 400 MPa or more is preferable. Since the proof stress is high, the residual load is high with time and it is easy to maintain a high stress over a long period of time.
  • the higher the 0.2% proof stress the higher the tensile strength.
  • the tensile strength at room temperature is 250 MPa or more, further 300 MPa or more, particularly 400 MPa or more, especially 500 MPa or more.
  • the aluminum alloy plate of the present invention has high proof stress and high strength as described above, and also has excellent toughness due to crystal refinement as described above. For example, a mode in which the elongation satisfies 1% or more, further 2% or more, particularly 5% or more can be mentioned. Since it is excellent in plastic workability by being excellent in toughness as described above, the aluminum alloy plate of the present invention is subjected to plastic processing such as press processing, and the male terminal fitting 100M and the female terminal fitting 100F as shown in FIG. Such a complicated-shaped terminal fitting can be accurately formed.
  • the aluminum alloy sheet of the present invention depends on the composition and production conditions (heat treatment temperature, degree of processing, etc.), a form in which the electrical conductivity satisfies 35% IACS or more, further 40% IACS or more, particularly 45% IACS or more can be mentioned. . Since the electrical conductivity is high, it can be suitably used as a material for the terminal fitting.
  • terminal metal fitting manufactured from the aluminum alloy plate of the present invention and the terminal metal fitting of the present invention made of the specific aluminum alloy described above are mechanical properties (0.2% proof stress, stress relaxation rate, Properties such as tensile strength and elongation) and conductivity are substantially maintained.
  • the production of the aluminum alloy plate of the present invention can be performed in accordance with a production method of a plate made of a 6000 series alloy (Al-Mg-Si alloy).
  • a production method of a plate made of a 6000 series alloy Al-Mg-Si alloy.
  • it can be produced by a process such as melting / casting ⁇ hot working / cold working ⁇ cold rolling ⁇ various heat treatment (typically solution treatment or aging treatment).
  • pure aluminum and a specific element are prepared and melted as raw materials, and a molten aluminum alloy having a specific composition is produced and cast.
  • a molten aluminum alloy having a specific composition is produced and cast.
  • continuous casting such as a twin roll method or a belt-and-wheel method, or batch casting can be used.
  • Continuous casting can be rapidly solidified, can easily produce long materials, and can be suitably used for mass production of plates.
  • the hot working performed on the cast material is typically hot rolling.
  • the heat accumulated in the cast material can be used for easy hot rolling, energy efficiency is good, and batch-type casting methods are used.
  • the productivity of (cast) rolled material is excellent.
  • the cast rolled material can be performed using, for example, a belt-and-wheel casting machine and a rolling machine connected to the casting machine.
  • An example of such an apparatus is a Properti type continuous casting and rolling mill.
  • An example of cold working is cold rolling.
  • the homogenization treatment is performed on the cast material before processing, the workability of subsequent processing can be improved. Examples of the homogenization treatment conditions include a temperature of about 500 ° C. to 600 ° C. and a holding time of about 0.5 hours to 50 hours.
  • the rolling reduction and the number of passes can be appropriately selected so that an aluminum alloy sheet having a desired thickness can be obtained.
  • an intermediate heat treatment softening treatment
  • the intermediate heat treatment conditions include a temperature of about 300 ° C. to 500 ° C. and a holding time of about 0.1 hours to 10 hours.
  • the total rolling reduction of the cold rolling performed from the final intermediate heat treatment to the solution treatment is, for example, about 30% to 90%.
  • a known process such as a T6 process, a T7 process, a T8 process, or a T9 process can be used.
  • processing conditions known conditions can be used.
  • the solution treatment is about 510 ° C. to 550 ° C.
  • the aging treatment is about 160 ° C. to 180 ° C., and about 5 hours to 30 hours.
  • the aging treatment temperature can be increased to 200 ° C. or more and 250 ° C. or less to obtain the T7 treatment.
  • solution treatment and cold working here, cold rolling
  • an aging treatment is further performed.
  • T9 treatment solution treatment and aging treatment are sequentially performed, and then cold working (here, cold rolling) is further performed.
  • cold working it is possible to improve the yield strength and strength by work hardening of the material.
  • the specific conditions of the T8 treatment and T9 treatment are, for example, the cold treatment after the solution treatment in the T8 treatment, for the solution treatment and the aging treatment, as in the above-mentioned T6 treatment, cold working is exemplified.
  • the total rolling reduction of cold rolling after aging treatment in rolling or T9 treatment is about 5% to 50%.
  • Specific conditions for the pre-aging treatment include about 70 to 120 ° C. and about 1 to 15 hours.
  • the terminal fitting of the present invention is a crimping type including a crimping portion as a wire barrel portion to which a conductor is connected.
  • the crimping part include a pair of crimping pieces and a crimping cylinder. More specifically, there is a form having a U-shaped cross section and a bottom portion on which the conductor of the electric wire is disposed and a pair of crimping pieces standing on the bottom portion and sandwiching the conductor.
  • the wire barrel portion is connected to the conductor by bending and compressing the crimping piece so as to wrap the conductor.
  • the crimping cylinder has a hole into which the conductor is inserted. By inserting a conductor into the hole and compressing in this state, the wire barrel portion is connected to the conductor.
  • the electrical connection portion which is a connection location with another connection target, extends to one side of the above-described crimping portion and is connected to another terminal fitting or electronic device that is the connection target.
  • examples of the electrical connection portion include a rod-shaped male fitting portion 140 and a female fitting portion 130 having elastic pieces 131 and 132 as shown in FIG. There is also a female fitting part which has only one elastic piece.
  • the male fittings are made of the above-described aluminum alloy that excels in stress relaxation characteristics and heat resistance, making it difficult to relieve stress even at high temperatures. .
  • the female fitting portion is made of the above-described aluminum alloy having excellent stress relaxation characteristics and heat resistance. It is difficult to relieve stress.
  • the electrical connection part may be a fastening part including a through hole or a U-shaped piece through which the fastening member is inserted. Or there exists a flat plate member etc. which are inserted in the fitting hole provided in the connection object for an electrical connection part.
  • the terminal fitting of the present invention can be configured to include an insulation barrel portion 120 that crimps the insulating layer 220 of the electric wire 200 on the other side of the crimping portion as shown in FIG.
  • the terminal fitting of the present invention can appropriately utilize the shape of a known crimp-type terminal fitting including a crimping portion and an electrical connection portion.
  • the terminal fitting of the present invention can be configured to have a Sn plating layer (not shown) on at least a part of its surface.
  • the Sn plating layer is provided in the contact area (for example, the contact point between the fitting parts) in the electrical connection part, the soft Sn is deformed so that the terminal fitting and another connection object are sufficiently adhered to each other.
  • a low resistance connection structure can be constructed.
  • the terminal metal fitting of this invention makes the aluminum alloy plate of this invention which consists of an aluminum alloy of the above-mentioned specific composition into a raw material board, this board is stamped into a predetermined shape, and press processing is carried out so that it may become a predetermined shape. It can be manufactured by applying plastic working.
  • Sn plating is performed at any of the stage of the material plate, the stage of the blank piece punched into a predetermined shape, and the stage of the pressed product.
  • a wet plating method such as a displacement plating method or an electroplating method
  • a vacuum plating method such as a plasma sputtering method, or the like can be used.
  • Sn plating is applied to an aluminum alloy, generally, zinc plating is performed to form a Zn layer, and then Sn plating is performed.
  • the Zn layer may elute due to contact corrosion of dissimilar metals, and the Sn plating layer above the Zn layer may disappear. There is no Sn plating layer over a long period of time.
  • the electric wire to which the terminal metal fitting of the present invention is attached is an aluminum-based electric wire including a conductor and an insulating layer provided on the outer periphery of the conductor, and the conductor is made of aluminum or an aluminum alloy (Al alloy or the like). That is, the terminal connection structure of the electric wire of the present invention is a connection structure composed of the same kind of metal (aluminum), which is a connection structure between a terminal fitting made of an aluminum alloy having a specific composition and a conductor made of an Al alloy or the like. There is substantially no battery corrosion between the conductor and the terminal fitting.
  • the aluminum alloy constituting the conductor contains, for example, 0.005% by mass or more and 5.0% by mass or less of one or more elements selected from Fe, Mg, Si, Cu, Zn, Ni, Mn, Ag, Cr and Zr in total. In addition, there may be mentioned those in which the balance is made of Al and impurities.
  • the preferred content of each element is mass%, Fe: 0.005% to 2.2%, Mg: 0.05% to 1.0%, Mn, Ni, Zr, Zn, Cr, and Ag: 0.005% to 0.2% in total Cu: 0.05% to 0.5%, Si: 0.04% to 1.0%.
  • These additive elements can be contained alone or in combination of two or more.
  • Ti and B can be contained in a range of 500 ppm or less (mass ratio).
  • an alloy containing the above additive elements for example, Al-Fe alloy, Al-Fe-Mg alloy, Al-Fe-Mg-Si alloy, Al-Fe-Si alloy, Al-Fe-Mg- (Mn, Ni, Zr, Ag (at least one kind) alloy, Al-Fe-Cu alloy, Al-Fe-Cu- (at least one kind of Mg, Si) alloy, Al-Mg-Si-Cu alloy and the like.
  • a known aluminum alloy wire can be used as the wire constituting the conductor.
  • the wire constituting the conductor may be a single wire, a stranded wire obtained by twisting a plurality of strands, or a compressed wire obtained by compressing a stranded wire.
  • the wire diameter of the wire constituting the conductor (in the case of a stranded wire, the wire diameter of the strand before twisting) can be appropriately selected depending on the application. For example, a wire having a wire diameter of 0.2 mm to 1.5 mm can be mentioned.
  • the wire that constitutes the conductor (strand in the case of stranded wire) has at least one tensile strength of 110 MPa to 200 MPa, 0.2% proof stress of 40 MPa or more, elongation of 10% or more, and conductivity of 58% IACS or more
  • the one that satisfies In particular, a wire with an elongation of 10% or more has excellent impact resistance, and is difficult to break when attaching a terminal fitting to another terminal fitting, connector, electronic device, or the like.
  • the constituent material of the insulating layer examples include various insulating materials such as polyvinyl chloride (PVC), halogen-free resin compositions based on polyolefin resins, and flame retardant compositions.
  • PVC polyvinyl chloride
  • halogen-free resin compositions based on polyolefin resins examples include flame retardant compositions.
  • the thickness of the insulating layer can be appropriately selected in consideration of a desired insulating strength.
  • the conductor can be manufactured, for example, by a process of casting ⁇ hot rolling ( ⁇ homogenization treatment in the case of billet cast material) ⁇ cold wire drawing ( ⁇ softening treatment, twisting / compression, as appropriate). It can. By forming an insulating layer on this conductor, an aluminum-based electric wire can be manufactured.
  • the insulating layer is peeled off at the end portion of the electric wire to expose the conductor, and the exposed portion is arranged and connected to the crimping portion of the terminal fitting of the present invention described above.
  • a conductor is disposed at the bottom of the crimping part, and the crimping piece is bent and further compressed so as to wrap the conductor.
  • the compression state is adjusted so that the crimp height (C / H) becomes a predetermined size (height).
  • an aluminum alloy plate having the composition shown in Table 1 was manufactured in the steps of melting / casting ⁇ hot working / cold working ⁇ intermediate heat treatment ⁇ cold rolling ⁇ heat treatment. More specifically, a melt of pure aluminum was prepared, and an additive element shown in Table 1 was added to the melt to prepare an aluminum alloy melt. The molten metal was appropriately subjected to degassing treatment and foreign matter removal treatment, and then the molten metal was poured into a mold to produce an ingot. The obtained ingot was appropriately subjected to homogenization treatment, and then subjected to hot working (here hot rolling) / cold working (here cold rolling). During the cold working, an intermediate heat treatment (here, softening treatment at 400 ° C.
  • ⁇ 1 hr was performed as necessary to produce a cold worked material having a thickness of 0.5 mm.
  • the obtained cold-worked material was subjected to an intermediate heat treatment (here, 400 ° C. ⁇ 1 hr softening treatment) and then cold-rolled to produce a rolled material having a thickness of 0.25 mm or 0.3 mm.
  • Table 2 shows the processing conditions after cold rolling applied to a rolled material having a thickness of 0.25 mm or 0.3 mm.
  • the T6 treatment was performed at a solution temperature of 510 ° C, 530 ° C, or 550 ° C, and an aging temperature of 175 ° C.
  • the T7 treatment was performed at a solution temperature of 510 ° C. or 550 ° C. and an aging temperature of 200 ° C., 220 ° C., or 250 ° C.
  • a heat treated material aluminum alloy plate having a thickness of 0.25 mm was obtained.
  • the T9 treatment was performed in order after heat treatment (solution treatment and aging) under the conditions shown in Table 2, followed by cold rolling (rolling ratio: 20%), and a thickness of 0.25. mm rolled material (aluminum alloy plate) was obtained.
  • Alloy No. (II) was subjected to T6 treatment under the conditions shown in Table 2 to obtain a heat treated material (aluminum alloy plate) having a thickness of 0.25 mm.
  • T8 treatment was performed under the conditions shown in Table 2 (however, the order was solution treatment ⁇ preliminary aging ⁇ cold rolling (thickness 0.25 mm) ⁇ final aging) and heat treatment material with a thickness of 0.25 mm. (Aluminum alloy plate) was obtained.
  • the initial test load W 0 is that the maximum tensile stress generated when the test piece is elastically deformed is 75% to 80% of the 0.2% proof stress of each sample (the 0.2% proof stress shown in the room temperature characteristics shown in Table 2). was set to be. After applying an initial test load set on the test piece at room temperature, the temperature was raised to 120 ° C. and the load was measured over time. Table 3 shows the residual load (N) and stress relaxation rate (%) after 1000 hours.
  • an aluminum alloy plate having a specific composition has a low stress relaxation rate at a high temperature of 120 ° C., and is excellent in stress relaxation characteristics at a high temperature. Further, it can be seen that an aluminum alloy plate having a specific composition has a high 0.2% proof stress even if it is a thin plate of 0.25 mm, and has an excellent proof stress of 200 MPa or more depending on the sample. Compared to sample No. 100 made of copper alloy, sample No. 100 has a 0.2% proof stress at room temperature, but the stress relaxation rate at high temperature exceeds 60%.
  • samples No.1 to No.13 made of aluminum alloy with a specific composition have a 0.2% proof stress at room temperature equivalent to or lower than that of sample No.100, but have a low stress relaxation rate at high temperatures, 50% or less. It is. In particular, samples No. 1, No. 3, No. 7, and No. 9 have a very low stress relaxation rate of 13% or less, and No. 7 is 10% or less. Accordingly, it can be said that these samples No. 1 to No. 13 can have a residual load equivalent to, or equivalent to, that of sample No. 100 made of a copper alloy over time.
  • the aluminum alloy plate having a specific composition has a smaller stress relaxation rate than the sample No. 100 made of brass. Therefore, when the terminal piece including the elastic piece in the fitting portion is configured by the aluminum alloy plate, for example, like the female terminal metal fitting 100F shown in FIG. 1, the elastic piece is necessary for electrical connection. It is expected that the proof stress required to generate the contact pressure (contact pressure before stress relaxation) may be smaller than that of the copper alloy plate.
  • the proof stress necessary for the stress relaxation rate at 120 ° C. to be 0% is calculated to be about 202 MPa.
  • the proof stress necessary to generate the contact pressure required after stress relaxation is 202 MPa
  • the proof stress required to generate the contact pressure required before stress relaxation is No. 100 made of brass.
  • the sample No. 3 made of a specific aluminum alloy is about 233 MPa
  • the sample No. 8 is about 405 MPa.
  • sample No. 12 and sample No. 13 containing Zr and Sr when comparing sample No. 12 and sample No. 13 containing Zr and Sr, sample No. 13 having a large mass ratio of Zr / Sr has higher 0.2% proof stress and tensile strength. It can be seen that the elongation is not substantially reduced. Furthermore, when Sr is contained, if Sr is contained in the range where Zr / Sr is 3 or more and 50 or less in terms of mass ratio, it is possible to improve the yield strength and strength while suppressing the brittleness of the aluminum alloy as described above. It can be said that it can be planned.
  • Test Example 2 A terminal fitting was produced using the aluminum alloy plate produced in Test Example 1, and this terminal fitting was attached to an aluminum-based electric wire to produce an electric wire with a terminal, and the corrosion resistance was examined.
  • the female terminal fitting 100F shown in FIG. 1 As the terminal fitting made of aluminum alloy, here, the female terminal fitting 100F shown in FIG. 1 was produced, and Sn plating was applied only to the contact region (the surface of the elastic piece). As a comparison, a copper alloy terminal fitting was produced. Specifically, a copper alloy plate similar to sample No. 100 of Test Example 1 was prepared, and prepared by applying Sn plating to the entire surface of this copper alloy plate, using this Sn plated copper alloy plate, A female terminal fitting 100F shown in FIG. 1 was produced.
  • a corrosion test was performed on each of the manufactured electric wires with terminals.
  • the corrosion test was conducted under the following conditions so that the influence of contact corrosion of different metals could be easily understood.
  • NaCl is dissolved in ultrapure water to make a neutral aqueous solution with a concentration of 26% by mass.
  • the obtained powder is sprinkled evenly on the electric wires with terminals of each sample.
  • an aluminum alloy plate made of an aluminum alloy having a specific composition is excellent in stress relaxation characteristics at high temperatures and has a high yield strength. Therefore, by using this aluminum alloy plate as a material for the terminal metal fitting, the obtained terminal metal fitting is difficult to relieve stress even at a high temperature, and the pressure-bonding force is hardly reduced. Further, when the terminal fitting includes an elastic piece, the urging force of the elastic piece is unlikely to decrease, and when the terminal fitting includes a rod-shaped fitting portion, the repulsive force of the fitting portion decreases. It is hard to do.
  • this terminal fitting is less likely to loosen the connection state with a conductor made of an Al alloy or the like or between the terminal fittings, and can maintain a strong connection state for a long period of time. Furthermore, a conductor, a crimping
  • this aluminum alloy plate is excellent in yield strength, it is difficult to relieve stress even when the thickness is reduced. Therefore, by using a thin aluminum plate as the material for the terminal fitting, it is possible to reduce the size and weight of the terminal fitting. Furthermore, when a terminal fitting made of an aluminum alloy having the above specific composition is attached to an aluminum-based electric wire, battery corrosion cannot occur between the terminal fitting and the conductor of the electric wire. Without this, it is possible to construct a low resistance connection structure.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
  • the composition of the aluminum alloy, the thickness of the aluminum alloy plate, the shape of the terminal fitting, and the like can be changed as appropriate.
  • the terminal fitting of the present invention and the terminal connection structure of the electric wire of the present invention can be suitably used for, for example, a component member of a wiring structure such as a mobile device such as an automobile or an airplane, or an industrial device such as a robot.
  • the terminal fitting of the present invention and the terminal connection structure of the electric wire of the present invention are lightweight because the main component is aluminum, and thus can be suitably used as a constituent member of an automobile wire harness.
  • the aluminum alloy plate for terminals of the present invention can be suitably used as the material for the terminal fitting of the present invention.

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Abstract

　応力緩和し難い端子金具が得られる端子用アルミニウム合金板、応力緩和し難い端子金具、この端子金具を具える電線の端末接続構造を提供する。端子金具は、質量％でSi:0.6～1.5％、Mg:0.7～1.3％、Cu:0.5～1.2％、Mn:0.5～1.1％、Fe:0.02～0.4％、Cr:0.01～0.3％、Zn:0.005～0.5％、Ti:0.01～0.2％、Zr:0.05～0.2％を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成される。この端子金具は、例えば、アルミニウム基電線の導体210が接続されるワイヤバレル部110と、ワイヤバレル部110に延設され、別の端子金具に電気的に接続される嵌合部(メス型嵌合部130又はオス型嵌合部140)とを具える。この端子金具は、特定の組成のアルミニウム合金から構成されることで、耐力が高く、高温でも応力緩和し難い。

Description

端子用アルミニウム合金板、端子金具、及び電線の端末接続構造
　本発明は、端子金具の素材に利用される端子用アルミニウム合金板、このアルミニウム合金板から形成されて、アルミニウム基電線に取り付けられる端子金具、この端子金具を具える電線の端末接続構造に関するものである。特に、応力緩和し難い端子金具が得られる端子用アルミニウム合金板に関するものである。
　従来、自動車や飛行機などの移動用機器、ロボットなどの産業機器などの電線は、その端部において絶縁層を除去して導体を露出させ、この露出部分に端子金具を取り付けて利用されている。端子金具は、種々の形態がある。例えば、端子金具同士を接続する形態では、両端子金具を電気的に接続する電気的接続部として、図1に示すようなメス型嵌合部130を具えるメス型端子金具100Fや、オス型嵌合部140を具えるオス型端子金具100Mがある。
　図1に示すメス型端子金具100F、オス型端子金具100Mはいずれも、電線200に具える導体210を接続する導体接続部として、導体210を圧着接続する圧着タイプのワイヤバレル部(圧着部)110を具える。図1に示す例では、ワイヤバレル部110として、図1(A)に示すように一対の圧着片を具え、図1(B)に示すように導体210を包むように圧着片を折り曲げて圧縮する。
　メス型端子金具100Fは、ワイヤバレル部110の一方の側に筒状のメス型嵌合部130が延設され、筒体内部に対向配置された弾性片131,132を具える(図1(A))。オス型端子金具100Mは、ワイヤバレル部110の一方の側に棒状のオス型嵌合部140が延設されている。図1(B)に示すようにメス型嵌合部130の筒体に棒状のオス型嵌合部140を挿入すると、オス型嵌合部140は、弾性片131,132の付勢力によって強固に挟持され、両端子金具100F,100Mは電気的に接続される。なお、図1では、分かり易いように、メス型嵌合部130のみ、断面を示す。
　電線の導体や端子金具の構成材料は、導電性に優れた銅や銅合金といった銅系材料が主流である。近年、電線の軽量化のために、比重が銅の約1/3であるアルミニウム又はアルミニウム合金(以下、Al合金等と呼ぶ)を導体や端子金具の構成材料に用いることが検討されている(特許文献1)。
　特許文献1では、導体圧着部を具えるアルミニウム系成形体と、ばね接点部(弾性片)が設けられた嵌合部を具える鉄系成形体とを組み合わせた端子金具を開示している。この端子金具は、Al合金等よりも一般に高強度でへたり難い鉄系材料によって構成された弾性片を具えることで、高い接圧(ばね荷重)を確保できる上に、長期に亘り、高い接圧を維持できる。
特許第3984539号公報
　異種金属を組み合わせた場合、異種金属の接触腐食(電池腐食)が生じ得る。樹脂被覆などの防食処理を施すことで、電池腐食を低減又は防止できるが、工程数の増加などによって生産性の低下を招く。
　一方、導体がAl合金等からなるアルミニウム基電線に取り付ける端子金具として、その全体がアルミニウム合金から構成されるものを利用すれば、異種金属の接触腐食が生じ得ず、上述の防食処理を不要にできる。しかし、従来、アルミニウム合金から構成された端子金具に望まれる機械的特性や、その特性を満たす組成について十分に検討されていない。
　例えば、上述した圧着タイプの端子金具では、電線の導体に対する圧着力が大きく、かつ長期に亘り低下し難いことが望まれる。しかし、アルミニウムは一般的に、クリープ変形し易いため、応力緩和によって圧着力が低下し、圧着部が導体を十分に挟持できなくなる恐れがある。また、アルミニウム基電線では、銅基電線に比較して、導体もクリープ変形し易い。応力緩和によって導体と端子金具とが十分に接触できなくなると、接触抵抗の増大などの問題が生じる。従って、Al合金等からなる導体とアルミニウム合金からなる端子金具との接続状態が経時的に緩み難いアルミニウム合金の開発が望まれる。特に、自動車用途などの端子金具では、使用温度が100℃超の高温になることから、使用時の熱によっても応力緩和し難く、耐熱性に優れる端子金具が望まれる。
　また、図1に示すような弾性片を具える端子金具では、端子金具同士の接続において接圧(ばね荷重)が十分に高く、かつ長期に亘り維持されることも望まれる。図1に示すような棒状の嵌合部を具える端子金具では、端子金具同士の接続において、上記弾性片による付勢力に対する反発力が十分に高く、かつ長期に亘り反発力が維持されることも望まれる。応力緩和によって接圧や反発力が低下すると、弾性片と別の端子金具の嵌合部とが十分に接触できなくなったり、接続抵抗が増大したりするなどの問題が生じ得る。従って、アルミニウム合金からなる端子金具同士の接続状態が経時的に緩み難いアルミニウム合金の開発が望まれる。
　ここで、端子金具の製造方法として、素材板を所定の形状に打ち抜き、プレス加工を施すことが挙げられる。この場合、素材板の厚さをある程度厚くすると、上述の圧着力や接圧、反発力を高められる。しかし、板厚を大きくすると、プレス加工といった塑性加工時の歪みが大きくなって割れが生じ易くなり、端子金具の生産性の低下を招く。また、板厚が大きな素材板を用いると、端子金具が大型化するため、小型化が求められる用途(例えば、自動車用途など)には好ましくない。
　そこで、本発明の目的の一つは、応力緩和し難い端子金具が得られる端子用アルミニウム合金板を提供することにある。また、本発明の他の目的は、アルミニウム合金からなり、応力緩和し難い端子金具を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、上記端子金具を具える電線の端末接続構造を提供することにある。
　本発明は、アルミニウム合金の組成を特定することで上記目的を達成する。本発明の端子用アルミニウム合金板は、アルミニウム基電線に圧着される端子金具の素材に用いられるものであり、以下のアルミニウム合金から構成される。このアルミニウム合金は、質量％で、Si：0.6％以上1.5％以下、Mg：0.7％以上1.3％以下、Cu：0.5％以上1.2％以下、Mn：0.5％以上1.1％以下、Fe：0.02％以上0.4％以下、Cr：0.01％以上0.3％以下、Zn：0.005％以上0.5％以下、Ti：0.01％以上0.2％以下、Zr：0.05％以上0.2％以下含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる。なお、アルミニウム基電線とは、上記導体がアルミニウム又はアルミニウム合金から構成された電線をいう。
　本発明のアルミニウム合金板は、後述する試験例に示すように応力緩和率が小さく応力緩和し難く、高温での応力緩和特性に優れる。また、本発明のアルミニウム合金板は、後述する試験例に示すように室温での機械的特性に優れ、高い耐力を有する。このような本発明のアルミニウム合金板を素材に利用することで、高い圧着力や高い接圧、高い反発力を維持できる端子金具を製造することができる。また、高い耐力を有することから本発明のアルミニウム合金板の厚さを薄くした場合でも、高い圧着力や高い接圧、高い反発力を有する端子金具を製造できる。従って、本発明のアルミニウム合金板は、端子金具の小型化にも寄与することができる。更に、本発明のアルミニウム合金板の厚さを薄くすることで、端子金具の製造にあたり、切断やプレス加工といった塑性加工などの種々の加工を行い易く、端子金具の生産性の向上に寄与することができる。
　本発明の端子金具は、アルミニウム基電線の導体を圧着する圧着部と、上記圧着部に延設され、別の接続対象と電気的に接続される電気的接続部とを具える端子金具であり、上述の特定の組成のアルミニウム合金から構成される。
　本発明のアルミニウム合金板から製造された端子金具や本発明の端子金具(以下、本発明の端子金具等と呼ぶ)は、高温での応力緩和特性及び室温での耐力に優れる特定の組成のアルミニウム合金から構成されることから、十分に高い圧着力が得られると共に、高温になっても圧着力が低下し難く、高い圧着力を維持することができる。また、本発明の端子金具等において上述の弾性片を具える形態では、十分に高い接圧が得られると共に、高温になっても接圧が低下し難く、高い接圧を維持することができる。一方、本発明の端子金具等において上述の棒状の嵌合部を具える形態では、十分に高い反発力が得られると共に、高温になっても反発力が低下し難く、長期に亘り高い反発力を維持することができる。従って、本発明の端子金具等は、経時的に応力緩和し難く、長期に亘り、アルミニウム基電線との接続状態や端子金具同士の接続状態が緩み難く、低抵抗の接続構造を構築することができる。また、本発明の端子金具等が比較的厚さの薄いアルミニウム合金板から構成されている場合でも、高い圧着力や高い接圧、高い反発力を実現できる上に、小型である。
　本発明の電線の端末接続構造は、導体を具える電線と、上記導体の端部に取り付けられた端子金具とを具える。上記電線は、上記導体がアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されたアルミニウム基電線である。そして、上記端子金具が、上記特定の組成のアルミニウム合金から構成された本発明の端子金具である。
　本発明の電線の端末接続構造は、応力緩和し難い本発明の端子金具を具えることで、長期に亘り、低抵抗を維持することができる。また、本発明の電線の端末接続構造は、電線の導体と端子金具との主成分が共通していることから、異種金属の接触腐食が生じ得ず、電池腐食に対する特別な処理を施す必要がなく、生産性にも優れる。
　本発明の一形態として、上記アルミニウム合金は、更に、質量％でSr：0.005％以上0.05％以下含有する形態が挙げられる。
　Srを含有することで、上記形態は、高温での応力緩和特性及び室温での耐力に更に優れる。
　本発明の端子用アルミニウム合金板の一形態として、室温での0.2％耐力が200MPa以上である形態が挙げられる。
　上記形態は、耐力が十分に大きいことから、例えば、厚さを薄くした場合にも、高い圧着力や高い接圧、高い反発力が得られる端子金具を製造することができる。
　本発明の端子用アルミニウム合金板の一形態として、120℃での応力緩和率が50％以下である形態が挙げられる。
　上記形態は、100℃超の高温であっても応力緩和率が十分に小さく耐熱性に優れることから、高温環境で使用される端子金具の素材に好適に利用することができる。また、上記形態のアルミニウム合金板から形成された端子金具は、高温であっても応力緩和し難い。
　本発明の端子金具の一形態として、上記電気的接続部が別の端子金具に嵌合して電気的に接続される嵌合部であり、上記嵌合部が対向配置された弾性片を具える形態が挙げられる。
　上述の特定の組成のアルミニウム合金から構成された弾性片を具える上記形態は、別の端子金具の嵌合部に対して十分に高い接圧を発現でき、かつ、応力緩和し難いことから、長期に亘り、高い接圧を維持することができる。
　本発明の端子金具及び本発明の電線の端末接続構造の一形態として、自動車に用いられる形態が挙げられる。
　本発明の端子金具等や本発明の電線の端末接続構造は、種々の用途に利用できるが、電線の導体及び端子金具の主成分がアルミニウムであることから、軽量化が求められる自動車の部品に好適に利用することができる。また、上述のように高温での応力緩和特性に優れる本発明の端子金具等を具えることで、使用温度が120℃～150℃程度になる自動車に好適に利用することができる。
　本発明の端子用アルミニウム合金板は、高温での応力緩和特性、室温での耐力に優れる。本発明の端子金具及び本発明の電線の端末接続構造は、端子金具が応力緩和し難く、長期に亘り、導体との接続状態や端子金具同士の接続状態を強固に維持することができる。
メス型端子金具及びオス型端子金具の概略構成図であり、(A)は、両端子金具の嵌合前、(B)は、両端子金具の嵌合部を嵌合した状態を示す。
　以下、本発明をより詳細に説明する。まず、本発明の特徴である、アルミニウム合金板及び端子金具を構成するアルミニウム合金の組成について説明する。元素の含有量は、質量割合(％)を示す。
　[アルミニウム合金]
　・組成
　(Si：0.6％～1.5％)
　Siは、Mgと共に一部がマトリックス(Al)に固溶し、アルミニウム合金を固溶強化する。また、Siは人工時効時に時効析出物などを形成して、アルミニウム合金の強度などの機械的特性を向上させ、端子金具に望まれる機械的特性(特に、応力緩和特性や耐力)を得ることに寄与する。Siを0.6％以上含有することで、固溶強化や時効硬化の効果を適切に発現させて、応力緩和特性や耐力に優れるアルミニウム合金板や端子金具が得られる。Siの含有量を1.5％以下とすることで、鋳造材から所望の厚さの板への加工性(主として圧延性)や素材板から端子金具への成形性(主としてプレス加工性)が阻害されず、かつ割れの起点となる粗大な晶出物や析出物の形成を抑制し、板や端子金具の高強度化、高耐力化に寄与することができる。より好ましいSiの含有量は0.8％以上1.4％以下であり、この範囲であることで、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。
　(Mg：0.7％～1.3％)
　Mgは、アルミニウム合金を固溶強化し、人工時効時に、Siと共に強度向上に寄与する時効析出物を形成して、端子金具に望まれる上述の機械的特性を得ることに寄与する。Mgを0.7％以上含有することで、十分な固溶強化や時効硬化を図ることができ、上限値を1.3％とすることで、上述のように割れの起点となる粗大な晶出物や析出物の形成を抑制できる。より好ましいMgの含有量は、0.8％以上1.3％以下であり、この範囲であることで、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。
　(Cu：0.5％～1.2％)
　Cuは、Mg、Siと共に強度、耐力の向上に寄与する。Cuを0.5％以上含有することで、この効果が得られ易い上に、耐熱性にも優れ、上限値を1.2％とすることで端子金具への成形性を確保し易い。より好ましいCuの含有量は、0.7％以上1.2％以下であり、この範囲であることで、高温になっても応力緩和し難く、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。
　(Mn：0.5％～1.1％)
　Mnは、一部がマトリックスに固溶し、アルミニウム合金を固溶強化する。また、Mnは、Al-Mn系の分散粒子を形成し、合金組織の結晶粒を微細化でき、応力緩和特性、耐力、強度、成形性、耐食性、耐熱性などを向上できる。Mnを0.5％以上含有することで、固溶強化によって十分な応力緩和特性、耐力を有する板や端子金具を得易く、上限値を1.1％とすることで、割れの起点となる粗大な晶出物や析出物の形成を抑制して、板や端子金具の高強度化、高耐力化に寄与することができる。より好ましいMnの含有量は0.6％以上1.1％以下であり、この範囲であることで、高温になっても応力緩和し難く、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。
　(Fe：0.02％～0.4％)
　Feは、周期表2族元素(例えば、MgやSr)の存在下で、鋳造時においてTiを含む結晶微細化剤による微細効果の促進に寄与する。Feを0.02％以上含有することで、アルミニウム合金の結晶粒の微細化に有効に寄与し、上限値を0.4％とすることで、合金組織における粒界にFe系の晶出物が生成されることによるアルミニウム合金の塑性加工性の低下を抑制できる。より好ましいFeの含有量は、0.05％以上0.3％以下であり、この範囲であることで、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。
　(Cr：0.01％～0.3％)
　Crは、Mnと同様に分散粒子を形成するため、熱処理時におけるアルミニウム合金の結晶粒の粗大化を防止して、結晶粒を微細にする効果がある。結晶粒の微細化は、板の耐力や強度、端子金具への成形性の向上に寄与する。また、Crは、耐食性の向上効果や耐熱性の向上効果も有する。Crを0.01％以上含有することで、高温になっても応力緩和し難く、高耐力・高強度な板や端子金具を得易く、上限値を0.3％とすることで、結晶粒の粗大化を抑止し、結晶粒の微細化効果を適切に発現させられる。より好ましいCrの含有量は0.02％以上0.25％以下であり、この範囲であることで、特に耐熱性に優れ、高温になっても応力緩和し難い板や端子金具を得易い。
　(Zn：0.005％～0.5％)
　Znは、マトリクスに固溶し、アルミニウム合金の耐力の向上に寄与する。Znを0.005％以上含有することで、耐力の向上効果を適切に発揮させられ、上限値を0.5％とすることで、適切な耐食性を確保できる。より好ましいZnの含有量は0.05％以上0.25％以下であり、この範囲であることで、高温になっても応力緩和し難く、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い上に、端子金具の成形に必要な靭性を確保し易く、加工性や耐食性にも優れる板や端子金具を得易い。
　(Ti：0.01％～0.2％)
　Tiは、鋳造材の結晶組織を微細にしたり、鋳造材における柱状晶の割合を低減し、等軸晶の割合を増加させたりする効果がある。そのため、Tiを含有することによって、鋳造材の圧延性、端子金具への成形性を向上できる。また、結晶組織の微細化によって、塑性加工時に疵が生じ難くなり、疵が少なく表面性状に優れる塑性加工材(端子金具)が得られる。Tiを0.01％以上含有することで、結晶粒の微細化効果を得易く、Tiの含有量が多いほど、結晶粒の微細化や微細化に伴う疵の低減に効果がある。但し、Tiの含有量が0.2％程度で上述の効果が飽和する傾向にあり、Tiを過剰に含有しないことで粗大な金属間化合物の生成も抑制できることから、上限値は0.2％とする。より好ましいTiの含有量は0.01％以上0.1％以下であり、この範囲であることで、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。なお、BもTiと同様に結晶組織を微細にして強度や耐力を向上させる効果があることから、TiをTiB2として溶湯中に混合することがある。本発明では、質量割合で50ppm以下程度のBの含有を許容する。
　(Zr：0.05％～0.2％)
　Zrは、アルミニウム合金の耐熱性の向上に必要な元素である。また、Zrは、Mn、Crと同様に、Al-Zr系の分散粒子を形成し、熱処理時におけるアルミニウム合金の結晶粒の粗大化を防止して、結晶粒を微細にする作用があり、結晶の微細化によって上述のように板の耐力や強度、端子金具への成形性の向上に寄与する。Zrを0.05％以上含有することで、耐熱性、耐力、強度や塑性加工性の向上効果を十分に得られ、上限値を0.2％とすることで、結晶粒の粗大化を効果的に抑制できる。好ましいZrの含有量は0.1％以上0.2％以下であり、この範囲であることで、高温になっても応力緩和し難く、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。
　(Sr：0.005％～0.05％)
　Srも鋳造材の結晶組織を微細化する機能があり、結晶の微細化によって上述のように板の耐力や強度、端子金具への成形性の向上に寄与する。特に、Zrの存在下でSrを含有すると、アルミニウム合金を脆化することなく、耐力や強度の向上を図ることができる。Srを0.005％以上含有することで、耐力や強度の向上効果を得易く、上限値を0.05％とすることで、アルミニウム合金の脆化を効果的に抑制し、耐力や強度に優れる板や端子金具が得られる。より好ましいSrの含有量は、0.005％以上0.03％以下であり、この範囲であることで、高温になっても応力緩和し難く、耐力に優れる板や端子金具を更に得易い。特に、Srの含有量が0.005％以上0.03％以下であり、Zrの含有量とSrの含有量との比率Zr/Srが3以上50以下であると、アルミニウム合金の脆化抑制と機械的特性の向上とを効果的に図ることができる。
　[アルミニウム合金板]
　・厚さ
　本発明のアルミニウム合金板や本発明の端子金具を構成する板の厚さは、適宜選択することができ、例えば、自動車用途では、0.1mm以上0.5mm以下程度が挙げられる。厚さが薄いほど、成形性に優れる上に端子金具の小型化、軽量化を図ることができ、厚いほど、端子金具の圧着力の向上や接圧の向上、反発力の向上などを図ることができる。所望の厚さとなるように製造条件(例えば、圧下率といった加工度など)を調整するとよい。本発明のアルミニウム合金板から製造された端子金具を構成する板の厚さは、本発明のアルミニウム合金板の厚さを実質的に維持し、両者の厚さは実質的に等しい。
　・形状
　本発明のアルミニウム合金板は、所定の長さに切断された矩形状のシート材が代表的である。その他、長尺な板を巻き取ったコイル材、所望の端子金具の形状に切断されたカット材などが挙げられる。
　・機械的特性
　(応力緩和率)
　本発明のアルミニウム合金板は、100℃超の高温であっても応力緩和し難い。具体的な形態として、組成や製造条件(熱処理温度や加工度など)にもよるが、例えば、120℃での応力緩和率が50％以下を満たす形態が挙げられる。応力緩和率は、低いほど応力緩和し難い、つまり高温でも応力が解放され難く、十分な応力(圧着力、接圧、反発力)を発現でき、40％以下、更に30％以下、特に20％以下がより好ましい。
　(0.2％耐力・引張強さ)
　本発明のアルミニウム合金板は、耐力が高い。具体的な形態として、組成や製造条件(熱処理温度や加工度など)にもよるが、例えば、室温での0.2％耐力が200MPa以上を満たす形態が挙げられる。0.2％耐力は、高いほど永久変形し難く、導体と端子金具との接続状態や端子金具同士の接続状態が緩み難く、250MPa以上、更に300MPa以上、特に400MPa以上が好ましい。耐力が高いことで、経時的に残存荷重も高く、長期に亘り、高い応力を維持し易い。0.2％耐力が高いほど、引張強さも高い傾向にあり、例えば、室温における引張強さが250MPa以上、更に300MPa以上、特に400MPa以上、とりわけ500MPa以上を満たす形態が挙げられる。
　(伸び)
　本発明のアルミニウム合金板は、上述のように高耐力、高強度である上に、上述のように結晶の微細化により靭性にも優れる。例えば、伸びが1％以上、更に2％以上、特に5％以上を満たす形態が挙げられる。このように靭性に優れることで塑性加工性に優れることから、本発明のアルミニウム合金板にプレス加工といった塑性加工を施して、図1に示すようなオス型端子金具100Mやメス型端子金具100Fのような複雑な形状の端子金具を精度よく成形することができる。
　(導電率)
　本発明のアルミニウム合金板は、組成や製造条件(熱処理温度や加工度など)にもよるが、導電率が35％IACS以上、更に40％IACS以上、特に45％IACS以上を満たす形態が挙げられる。導電率が高いことで、端子金具の素材として好適に利用することができる。
　なお、本発明のアルミニウム合金板から製造された端子金具や、上述の特定のアルミニウム合金からなる本発明の端子金具は、本発明のアルミニウム合金板の機械的特性(0.2％耐力、応力緩和率、引張強さ、伸びなど)や導電率といった特性を実質的に維持する。
　・製造方法
　本発明のアルミニウム合金板の製造は、6000系合金(Al-Mg-Si合金)からなる板の製造方法に準ずることができる。例えば、溶解・鋳造→熱間加工・冷間加工→冷間圧延→種々の熱処理(代表的には、溶体化処理や時効処理)などという工程により製造することができる。
　より具体的には、原料に純アルミニウムと特定の元素とを用意して溶解して、特定の組成のアルミニウム合金溶湯を作製し、鋳造する。鋳造は、双ロール法やベルトアンドホイール法などの連続鋳造、バッチ式鋳造のいずれも利用することができる。連続鋳造は、急冷凝固が可能である上に、長尺材を容易に製造でき、板を量産する場合に好適に利用することができる。
　鋳造材に施す熱間加工は、熱間圧延が代表的である。特に、連続鋳造に連続して熱間圧延を行うと、鋳造材に蓄積される熱を利用して熱間圧延を容易に行えてエネルギー効率がよい上に、バッチ式の鋳造方法を利用する場合と比較して、(鋳造)圧延材の生産性に優れる。鋳造圧延材は、例えば、ベルトアンドホイール法の鋳造機とこの鋳造機に連なる圧延機とを用いて行うことができる。このような装置は、例えば、プロペルチ式連続鋳造圧延機が挙げられる。冷間加工は、冷間圧延が挙げられる。加工前の鋳造材に均質化処理を施すと、以降の加工の加工性を高められる。均質化処理条件は、温度が500℃以上600℃以下程度、保持時間が0.5時間以上50時間以下程度、が挙げられる。
　冷間圧延は、所望の厚さのアルミニウム合金板が得られるように圧下率やパス数を適宜選択することができる。冷間圧延前や冷間圧延途中、上述の冷間加工途中などで適宜、中間熱処理(軟化処理)を施すと、加工性を高められる。中間熱処理条件は、温度が300℃以上500℃以下程度、保持時間が0.1時間以上10時間以下程度、が挙げられる。最終の中間熱処理から溶体化処理までに行う冷間圧延の総圧下率は、例えば、30％以上90％以下程度が挙げられる。
　冷間圧延後に施す熱処理は、例えば、T6処理やT7処理、T8処理、T9処理など、公知の処理を利用することができる。処理条件も、公知の条件を利用することができる。例えば、T6処理では、溶体化処理については510℃以上550℃以下程度、時効処理については160℃以上180℃以下程度、5時間以上30時間以下程度が挙げられる。T6処理において時効処理の温度を200℃以上250℃以下と高めにしてT7処理とすることができる。T8処理では、溶体化処理及び冷間加工(ここでは冷間圧延)を順に施した後に更に時効処理を施す。T9処理では、溶体化処理及び時効処理を順に施した後に更に冷間加工(ここでは冷間圧延)を施す。上記冷間加工により、素材の加工硬化による耐力や強度の向上を図ることができる。T8処理,T9処理の具体的な条件は、例えば、溶体化処理及び時効処理については上述のT6処理と同様、冷間加工は冷間圧延が挙げられ、T8処理における溶体化処理後の冷間圧延やT9処理における時効処理後の冷間圧延の総圧下率は、5％以上50％以下程度が挙げられる。なお、T8処理では、溶体化処理後に予備時効処理を施してから冷間加工を行うと、冷間加工後に施す最終の時効処理後の耐力や強度を制御し易い。予備時効処理の具体的な条件は、70℃以上120℃以下程度、1時間以上15時間以下程度が挙げられる。
　[端子金具]
　本発明の端子金具は、導体が接続されるワイヤバレル部として圧着部を具える圧着タイプとする。圧着部は、一対の圧着片や一つの圧着筒体を具えるものが挙げられる。より具体的には、断面U字状で、電線の導体が配置される底部と、この底部に立設され、導体を挟持する一対の圧着片とを具える形態が挙げられる。導体を包むように上記圧着片を折り曲げて圧縮することで、このワイヤバレル部は導体に接続される。圧着筒体は、導体が挿入される孔を有する。この孔に導体を挿入し、この状態で圧縮することで、このワイヤバレル部は導体に接続される。
　別の接続対象との接続箇所となる電気的接続部は、上述の圧着部の一方の側に延設されて、接続対象である別の端子金具や電子機器などに接続される。端子金具同士を接続する形態では、電気的接続部は、例えば、上述の図1に示すような棒状のオス型嵌合部140、弾性片131,132を具えるメス型嵌合部130が挙げられる。弾性片を一つのみ具えるメス型嵌合部もある。棒状のオス型嵌合部を具えるオス型端子金具では、オス型嵌合部が応力緩和特性や耐熱性に優れる上述のアルミニウム合金から構成されることで、高温になっても応力緩和し難い。少なくとも一つの弾性片を有するメス型嵌合部を具えるメス型端子金具では、メス型嵌合部が応力緩和特性や耐熱性に優れる上述のアルミニウム合金から構成されることで、高温になっても応力緩和し難い。ボルトなどの締結部材を介して別の端子金具や電子機器などに接続される形態では、電気的接続部は、締結部材が挿通される貫通孔やU字片を具える締結部が挙げられる。又は、電気的接続部は、接続対象に設けられた嵌合孔に挿入される平板部材などがある。
　その他、本発明の端子金具は、図1に示すように圧着部の他方の側に電線200の絶縁層220を圧着するインシュレーションバレル部120を具える形態とすることができる。本発明の端子金具は、圧着部及び電気的接続部を具える公知の圧着タイプの端子金具の形状を適宜利用することができる。
　また、本発明の端子金具は、その表面の少なくとも一部にSnめっき層(図示せず)を具える形態とすることができる。特に、電気的接続部における接点領域(例えば、嵌合部同士の接触箇所)にSnめっき層を具えると、柔らかいSnが変形することで、端子金具と別の接続対象とが十分に密着して、低抵抗な接続構造を構築することができる。
　・製造方法
　本発明の端子金具は、上述の特定の組成のアルミニウム合金からなる本発明のアルミニウム合金板を素材板とし、この板を所定の形状に打ち抜き、所定の形状になるようにプレス加工といった塑性加工を施すことで製造することができる。
　Snめっき層を施す場合には、素材板の段階、所定の形状に打ち抜かれた素材片の段階、プレス加工された成形体の段階のいずれかにおいてSnめっきを行う。Snめっきには、例えば、置換めっき法や電気めっき法といった湿式めっき法、プラズマスパッタリング法などの真空めっき法などが利用できる。アルミニウム合金にSnめっきを施す場合、一般にジンケート処理を施してZn層を形成した後にSnめっきを行う。置換めっき法や真空めっき法を利用して、素材板などに直接Snめっき層を形成すると、異種金属の接触腐食によりZn層が溶出して、Zn層の上のSnめっき層が消失することが無く、長期に亘り、Snめっき層を存在させることができる。
　[電線の端末接続構造]
　・電線
　本発明の端子金具が取り付けられる電線は、導体と、導体の外周に設けられた絶縁層とを具え、導体がアルミニウム又はアルミニウム合金(Al合金等)から構成されたアルミニウム基電線とする。つまり、本発明の電線の端末接続構造は、特定の組成のアルミニウム合金からなる端子金具と、Al合金等からなる導体との接続構造、という主成分が同種の金属(アルミニウム)からなる接続構造であり、導体と端子金具との間では電池腐食が実質的に生じない。
　(導体)
　導体を構成するアルミニウム合金は、例えば、Fe,Mg,Si,Cu,Zn,Ni,Mn,Ag,Cr及びZrから選択される1種以上の元素を合計で0.005質量％以上5.0質量％以下含有し、残部がAl及び不純物からなるものが挙げられる。各元素の好ましい含有量は、質量％で、Fe:0.005％以上2.2％以下、Mg:0.05％以上1.0％以下、Mn,Ni,Zr,Zn,Cr及びAg:合計で0.005％以上0.2％以下、Cu:0.05％以上0.5％以下、Si:0.04％以上1.0％以下が挙げられる。これらの添加元素は、1種のみ、又は2種以上を組み合わせて含有することができる。上記添加元素に加えて、Ti,Bを500ppm以下の範囲で含有することができる(質量割合)。上記添加元素を含有する合金として、例えば、Al-Fe合金、Al-Fe-Mg合金、Al-Fe-Mg-Si合金、Al-Fe-Si合金、Al-Fe-Mg-(Mn,Ni,Zr,Agの少なくとも1種)合金、Al-Fe-Cu合金、Al-Fe-Cu-(Mg,Siの少なくとも1種)合金、Al-Mg-Si-Cu合金などが挙げられる。導体を構成する線材として、公知のアルミニウム合金線を利用できる。
　導体を構成する線材は、単線、複数の素線を撚り合わせた撚り線、撚り線を圧縮した圧縮線材のいずれでもよい。導体を構成する線材の線径(撚り線の場合は撚り合わせ前の素線の線径)は、用途などに応じて適宜選択することができる。例えば、線径が0.2mm以上1.5mm以下の線材が挙げられる。
　導体を構成する線材(撚り線の場合には素線)は、引張強さが110MPa以上200MPa以下、0.2％耐力が40MPa以上、伸びが10％以上、導電率が58％IACS以上の少なくとも一つを満たすものが挙げられる。特に、伸びが10％以上である線材は、耐衝撃性に優れ、端子金具を別の端子金具やコネクタ、電子機器などに取り付ける際などで断線し難い。
　(絶縁層)
　絶縁層の構成材料は、種々の絶縁材料、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリオレフィン系樹脂をベースとしたハロゲンフリーの樹脂組成物、難燃性組成物などが挙げられる。絶縁層の厚さは、所望の絶縁強度を考慮して適宜選択することができる。
　(電線の製造方法)
　上記導体は、例えば、鋳造→熱間圧延(→ビレット鋳造材の場合には適宜均質化処理)→冷間伸線加工(→適宜、軟化処理・撚り合わせ・圧縮)という工程により製造することができる。この導体に絶縁層を形成することで、アルミニウム基電線を製造することができる。
　・電線の端末接続構造の製造方法
　上述の電線の端部において絶縁層を剥がして導体を露出させ、この露出部分を上述した本発明の端子金具の圧着部に配置して接続する。例えば、圧着片を具える形態では、圧着部の底部に導体を配置し、この導体を包むように圧着片を折り曲げ、更に圧縮する。このとき、クリンプハイト(C/H)が所定の大きさ(高さ)となるように圧縮状態を調整する。上記工程により、本発明の電線の端末接続構造や、アルミニウム基電線の端部に本発明の端子金具が取り付けられた端子付き電線を製造することができる。
　[試験例1]
　種々の組成のアルミニウム合金板を製造し、特性を調べた。
　この試験では、溶解・鋳造→熱間加工・冷間加工→中間熱処理→冷間圧延→熱処理、という工程で、表1に示す組成のアルミニウム合金板を作製した。より具体的には、純アルミニウムの溶湯を用意して、この溶湯に表1に示す添加元素を投入してアルミニウム合金の溶湯を作製した。この溶湯に脱ガス処理や異物除去処理を適宜実施した後、溶湯を鋳型に注湯して鋳塊を作製した。得られた鋳塊に、均質化処理を適宜施した後、熱間加工(ここでは熱間圧延)・冷間加工(ここでは冷間圧延)を施した。冷間加工途中、必要に応じて中間熱処理(ここでは400℃×1hrの軟化処理)を施し、厚さ0.5mmの冷間加工材を作製した。得られた冷間加工材に中間熱処理(ここでは400℃×1hrの軟化処理)を施した後、冷間圧延を施し、厚さ0.25mm又は0.3mmの圧延材を作製した。厚さ0.25mm又は0.3mmの圧延材に施した冷間圧延以降の処理条件を表2に示す。
　合金No.(I),(III),(IV)においてT6処理は、溶体化温度を510℃、530℃、550℃のいずれかとし、時効温度は175℃とした。合金No.(I)においてT7処理は、溶体化温度を510℃又は550℃、時効温度を200℃、220℃、250℃のいずれかとした。各熱処理を行うことで、厚さ0.25mmの熱処理材(アルミニウム合金板)を得た。合金No.(I),(II)においてT9処理は、表2に示す条件で熱処理(溶体化及び時効)を順に行った後、冷間圧延を行い(圧下率:20％)、厚さ0.25mmの圧延材(アルミニウム合金板)を得た。合金No.(II)において表2に示す条件でT6処理を行うことで、厚さ0.25mmの熱処理材(アルミニウム合金板)を得た。合金No.(II)において表2に示す条件でT8処理(但し、順序は、溶体化→予備時効→冷間圧延(厚さ0.25mm)→最終時効)を施し、厚さ0.25mmの熱処理材(アルミニウム合金板)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　比較として、従来の銅系端子金具の素材に利用されている銅合金板(黄銅1種　C2600-EH、厚さ0.25mm、市販品)を用意した。
　作製した厚さ0.25mmのアルミニウム合金板、及び用意した銅合金板の室温特性(引張強さ、0.2％耐力、伸び、導電率)、及び高温における応力緩和特性を調べた。その結果を表3に示す。
　引張強さ(MPa)、0.2％耐力(MPa)、伸び(％)はいずれも、JIS　Z　2241(2011)の規定に基づいて測定した。導電率(％IACS)は、四端子法で測定した電気抵抗から算出した。試料No.100の銅合金板の導電率は、カタログ値である(表3中に括弧付きの数値で示す)。
　応力緩和特性は、JIS　B　2712(2006)の規定に基づいて応力緩和率を求め(ρ＝((W0-W)/W0)×100、ρは応力緩和率(％)、W0は初期の試験荷重(N)、Wは緩和後の試験荷重(N)を示す)、この応力緩和率によって評価する。ここでは、試料ごとに厚さ0.25mm×幅10mmの試験片を作製し、標点距離:30mm、試験温度:120℃、試験時間:1000時間、荷重負荷方法:A法とした。初期の試験荷重W0は、試験片を弾性曲げ変形したときに生じる最大の引張応力が、各試料の0.2％耐力(表2に示す室温特性に示す0.2％耐力)の75％～80％となるように設定した。室温で試験片に設定した初期の試験荷重を負荷した後、120℃に昇温し、経時的に荷重を測定した。1000時間後の残存荷重(N)、応力緩和率(％)を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表3に示すように、特定の組成からなるアルミニウム合金板は、120℃という高温における応力緩和率が低く、高温での応力緩和特性に優れることが分かる。また、特定の組成からなるアルミニウム合金板は、0.25mmといった薄板であっても0.2％耐力が高く、試料によっては200MPa以上であり、優れた耐力を有することが分かる。銅合金からなる試料No.100と比較すると、試料No.100は、室温での0.2％耐力が大きいものの、高温での応力緩和率が60％超である。一方、特定の組成のアルミニウム合金からなる試料No.1～No.13は、室温での0.2％耐力が試料No.100と同等以下であるものの、高温での応力緩和率が低く、50％以下である。特に、試料No.1,No.3,No.7,No.9は、応力緩和率が13％以下と非常に低く、No.7は10％以下である。従って、これらの試料No.1～No.13は、経時的にみれば、銅合金からなる試料No.100と同等程度、又は同等以上の残存荷重を有することができる、といえる。
　上述のように特定の組成からなるアルミニウム合金板は、黄銅からなる試料No.100と比較して応力緩和率が小さい。このことから、上記アルミニウム合金板によって、例えば、図1に示すメス型端子金具100Fのように嵌合部に弾性片を具える端子金具を構成した場合、上記弾性片が電気的接続に必要な接圧(応力緩和前の接圧)を発生するために必要とされる耐力は、上記銅合金板よりも小さくてよい、と予想される。
　銅合金からなる試料No.100の応力緩和特性の結果から、120℃における応力緩和率が0％となるために必要な耐力を算出すると、約202MPaである。応力緩和後に必要な接圧を発生させるために必要な耐力をこの202MPaとするとき、応力緩和前に必要とされる接圧を発生するために必要な耐力は、黄銅からなるNo.100では、460MPaであり、特定のアルミニウム合金からなる試料No.3では、約233MPa、試料No.8では、約405MPaである。このように特定の組成からなるアルミニウム合金板では、応力緩和前に必要とされる接圧を発生するために必要な耐力が上記黄銅の試料No.100よりも小さく、上記の予想が正しいことが裏付けられる。
　その他、表3に示すように特定の組成のアルミニウム合金からなる試料No.1～No.13は、引張強さ、伸び、導電率も十分に高いことが分かる。また、表3に示すように同じ組成であっても、冷間圧延後の熱処理条件を変更することで、応力緩和率、0.2％耐力、引張強さ、伸び、導電率などの特性を更に向上できることが分かる。表3に示すようにSrを更に含有した場合、高い伸びを維持しつつ、耐力や強度が向上することが分かる。例えば、試料No.1と試料No.12,13とを比較すると、Srを含有する試料No.12,13は、伸びが実質的に低下することなく、0.2％耐力や引張強さが向上していることが分かる。また、ZrとSrとを含有する試料No.12と試料No.13とを比較すると、質量比率でZr/Srが大きい試料No.13は、0.2％耐力や引張強さが更に高い上に、伸びが実質的に低下していないことが分かる。更に、Srを含有する場合には、質量比率でZr/Srが3以上50以下を満たす範囲でSrを含有すると、上述のようにアルミニウム合金の脆化を抑制しつつ、耐力や強度の向上が図れるといえる。
　以上の結果から、特定の組成からなるアルミニウム合金板は、応力緩和し難く、特に高温になっても応力緩和し難く、耐力に優れることが確認された。
　[試験例2]
　試験例1で作製したアルミニウム合金板を用いて端子金具を作製し、この端子金具をアルミニウム基電線に取り付けて端子付き電線を作製し、耐食性を調べた。
　アルミニウム合金からなる端子金具は、ここでは、図1に示すメス型端子金具100Fを作製し、接点領域(弾性片の表面)にのみSnめっきを施した。比較として、銅合金製の端子金具を作製した。具体的には、試験例1の試料No.100と同様の銅合金板を用意し、この銅合金板の全面にSnめっきを施したものを用意し、このSnめっき銅合金板を用いて、図1に示すメス型端子金具100Fを作製した。
　アルミニウム合金からなる導体と、絶縁層とを具えるアルミニウム基電線を用意し、この電線の端部の絶縁層を剥いで導体を露出させ、作製した各端子金具のワイヤバレル部にそれぞれ、この導体を配置して圧縮し、端子付き電線(電線の端末接続構造)を作製した。アルミニウム基電線は、公知のものを利用した。
　作製した各端子付き電線について腐食試験を行った。ここでは、異種金属の接触腐食による影響を把握し易いように、以下の条件で腐食試験を行った。NaClを超純水に溶かして、濃度が26質量％の中性水溶液を作製する。平均粒径が100μm程度のシリカ(SiO2)の粉末を濾紙上に載せ、用意した上記中性水溶液をシリカの粉末の上から滴下した後、150℃に加熱した恒温槽中に入れて乾燥し、NaClが付着した粉末を得る(Cl-の付着量:35000ppm)。得られた粉末を各試料の端子付き電線に満遍なく振り掛ける。ここでは、試料の一部が目視確認できる程度に上記粉末を振り掛けた(厚さ1mm以下)。上記粉末が振り掛けられた各試料の端子付き電線を60℃、95％RHに設定した恒温恒湿槽に入れ、6日間(144時間)保持する。6日後、恒温恒湿槽から試料を取り出し、ワイヤバレル部付近を切断し、この断面を観察して、導体の残存率(％)＝{(残存している導体の面積)/(試験前の電線の導体の面積)}×100を求めた。この残存率により耐食性を評価する。導体の面積は、断面写真に画像処理などを施すことで容易に求められる。上記残存率が高いほど、耐食性が高いといえる。
　その結果、アルミニウム合金からなる端子金具を具える試料はいずれも、残存率が95％以上であり、耐食性に優れていた。比較として用意した、銅合金からなる端子金具を具える試料は、残存率が95％未満であった。この理由は、電池腐食により、アルミニウム合金からなる導体が溶出したため、と考えられる。
　この試験から、アルミニウム合金からなる導体に対して、特定の組成のアルミニウム合金からなる端子金具を利用することで、異種金属の接触腐食が生じ得ず、耐食性に優れる端子付き電線が得られることが確認された。また、この端子金具を利用することで、端子付き電線に対して異種金属の接触腐食を防止するための特別な防食処理が不要であるといえる。
　[効果]
　上述の試験結果に示すように、特定の組成のアルミニウム合金からなるアルミニウム合金板は、高温における応力緩和特性に優れる上に、耐力が高い。従って、このアルミニウム合金板を端子金具の素材に用いることで、得られた端子金具は、高温になっても応力緩和し難く、圧着力が低下し難い。また、この端子金具が弾性片を具える場合には、弾性片の付勢力が低下し難く、この端子金具が棒状の嵌合部を具える場合には、上記嵌合部の反発力が低下し難い。そのため、この端子金具は、Al合金等からなる導体との接続状態や、端子金具同士の接続状態が緩み難く、長期に亘り、強固な接続状態を維持できる。更に、導体と圧着部、電気的接続部同士が十分に密着することで、長期に亘り、低抵抗な接続構造とすることができる。加えて、このアルミニウム合金板は、耐力に優れることから厚さを薄くした場合でも、応力緩和し難い。従って、厚さが薄いアルミニウム板を端子金具の素材に用いることで、端子金具の小型化、軽量化をも図ることができる。更に、上記特定の組成のアルミニウム合金からなる端子金具は、アルミニウム基電線に取り付けた場合に、この端子金具と電線の導体との間で電池腐食が生じ得ないため、電池腐食によって接触抵抗が増大せず、このことからも低抵抗な接続構造を構築することができる。
　本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。例えば、アルミニウム合金の組成、アルミニウム合金板の厚さ、端子金具の形状などを適宜変更することができる。
　本発明の端子金具及び本発明の電線の端末接続構造は、例えば、自動車や飛行機などの移動用機器、ロボットなどの産業機器などの配線構造の構成部材に好適に利用することができる。特に、本発明の端子金具及び本発明の電線の端末接続構造は、主成分がアルミニウムであることで軽量であることから、自動車用ワイヤーハーネスの構成部材に好適に利用することができる。本発明の端子用アルミニウム合金板は、上記本発明の端子金具の素材に好適に利用することができる。
　100F　メス型端子金具　100M　オス型端子金具　110　ワイヤバレル部
　120　インシュレーションバレル部　130　メス型嵌合部　140　オス型嵌合部
　131,132　弾性片
　200　電線　210　導体　220　絶縁層

Claims (9)

  1. 　アルミニウム基電線に圧着される端子金具の素材に用いられる端子用アルミニウム合金板であって、
    　質量％で、
    　Si：0.6％以上1.5％以下、
    　Mg：0.7％以上1.3％以下、
    　Cu：0.5％以上1.2％以下、
    　Mn：0.5％以上1.1％以下、
    　Fe：0.02％以上0.4％以下、
    　Cr：0.01％以上0.3％以下、
    　Zn：0.005％以上0.5％以下、
    　Ti：0.01％以上0.2％以下、
    　Zr：0.05％以上0.2％以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成されている端子用アルミニウム合金板。
  2. 　前記アルミニウム合金は、質量％で、Sr：0.005％以上0.05％以下含有する請求項1に記載の端子用アルミニウム合金板。
  3. 　室温での0.2％耐力が200MPa以上である請求項1又は2に記載の端子用アルミニウム合金板。
  4. 　120℃での応力緩和率が50％以下である請求項1～3のいずれか1項に記載の端子用アルミニウム合金板。
  5. 　アルミニウム基電線の導体を圧着する圧着部と、前記圧着部に延設され、別の接続対象と電気的に接続される電気的接続部とを具える端子金具であって、
    　質量％で、
    　Si：0.6％以上1.5％以下、
    　Mg：0.7％以上1.3％以下、
    　Cu：0.5％以上1.2％以下、
    　Mn：0.5％以上1.1％以下、
    　Fe：0.02％以上0.4％以下、
    　Cr：0.01％以上0.3％以下、
    　Zn：0.005％以上0.5％以下、
    　Ti：0.01％以上0.2％以下、
    　Zr：0.05％以上0.2％以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成されている端子金具。
  6. 　前記アルミニウム合金は、質量％で、Sr：0.005％以上0.05％以下含有する請求項5に記載の端子金具。
  7. 　前記電気的接続部は、別の端子金具に嵌合して電気的に接続される嵌合部であり、
    　前記嵌合部は、対向配置された弾性片を具える請求項5又は6に記載の端子金具。
  8. 　アルミニウム又はアルミニウム合金から構成された導体を具えるアルミニウム基電線と、
    　前記導体の端部に取り付けられた請求項5～7のいずれか1項に記載の端子金具とを具える電線の端末接続構造。
  9. 　自動車に用いられる請求項8に記載の電線の端末接続構造。
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