(57)【要約】【課題】比較的安価な黄銅材料を用いつつ、溶接欠陥の少ない端子及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、健全な溶接を施すことによって、レーザ溶接によって管状部位が形成された黄銅の端子を提供する。【解決手段】レーザ溶接が施される部位の表面に厚さ１μｍ以上、５μｍ以下のＺｎめっき層を有する黄銅からなる端子。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ溶接が施される部位の表面に厚さ１μｍ以上、５μｍ以下のＺｎめっき層を有する黄銅からなる端子。
【請求項２】
前記Ｚｎめっき層の厚さは、３μｍ以上、４μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の端子。
【請求項３】
レーザ溶接が施され、管状かしめ部が形成された、請求項１または２に記載の端子。
【請求項４】
前記レーザ溶接は、ファイバレーザ溶接であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気導通を担う部品に関する。より詳しくは，電線を接続する銅合金端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用組み電線における電線接続部では、電線導体を端子により圧着する形式が一般的である。通常、組み電線には銅電線が用いられるが、軽量化目的でアルミニウム電線（以下、アルミ電線ともいう）が使われることがある。圧着部では、一般に、電線導体が露出する構造となるため、アルミニウム電線を用いた場合には、導体のアルミニウムが腐食を起こし、電気な導通を確保できなくなる恐れがあった。
【０００３】
これを防止するためにはアルミニウム導体を環境から遮断することが考えられる。例えばアルミニウム表面が空気などに触れないように覆ってしまうことが望ましい。腐食を防止するという観点では、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）が確実であるが、モールド部が肥大してしまい、コネクタハウジングのサイズを上げる必要が生じ、コネクタが肥大してしまうこととなり、組み電線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ため、組み電線製造の工程が大きく増すこと、および作業が煩雑である事、等の問題があった。
【０００４】
これに対し、金属缶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が提案された（例えば、特許文献２参照）が，圧着前に個々の導体へ缶を装着する工程が煩雑であること、また、圧着時、ワイヤバレルにより缶を破壊してしまい浸水経路が生じてしまうこと、等の問題があった。
【０００５】
上記のような問題は、電線との接続部が管状（袋状）の端子に電線を挿入して圧着する構造を採用することで、圧着部を肥大させずに電線導体を外界から遮断することにより解決することができる。管の形成法はいくつかあるが、処理速度とコストの観点で、レーザ溶接法（例えば、特許文献３参照）を用いるのが好適である。
【０００６】
しかし、波長９００〜１１００ｎｍのレーザビームの銅及び銅合金における吸収率は１０％以下と極めて低く、従って、銅板、銅合金板のレーザ溶接性は非常に悪い。これに対し、銅板又は銅合金板の表面に波長１０００ｎｍの光に対する反射率が４０％以下の樹脂層を被覆することにより、レーザ溶接を容易にする方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２２２４３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７１７２号公報
【特許文献３】特開２００７−２０３３３０号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１７０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
銅合金の一種である黄銅材料は比較的安価であるため、防食加工によるコスト増加を相殺できることが期待できる。加工を施す自動車用端子材料として有力である。しかしながら、黄銅を溶解する場合１０００℃程度の温度が必要となるのに対し、黄銅に多く含有されるＺｎの沸点は一気圧下において約９０７℃であるため、黄銅が溶融する温度領域ではＺｎが気化して体積膨張する。結果、黄銅材料をレーザ溶接すると、大量のブローホール、溶接表面の荒れ、割れ、などの溶接欠陥が多発するという問題が発生する。特許文献４には、黄銅の溶接に内在するこの問題の解決方法に関しては、開示も示唆もない。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、比較的安価な黄銅材料を用いつつ、溶接欠陥の少ない端子及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、健全な溶接を施すことによって、レーザ溶接によって管状部位が形成された黄銅の端子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の端子の特徴は、レーザ溶接が施される部位の表面が厚さ１μｍ以上、５μｍ以下のＺｎめっき層からなることを要旨とする。
【００１１】
Ｚｎめっき層の厚さは、３μｍ以上、４μｍ以下であるのがより好ましい。
【００１２】
本発明の端子は、レーザ溶接を施すことができ、レーザ溶接によって管状かしめ部が形成される。
【００１３】
なお、レーザ溶接は、ファイバレーザ溶接であるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、比較的安価な黄銅材料を用いつつ、溶接欠陥の少ない端子及びその製造方法を提供することができる。さらに、健全な溶接を施すことによって、レーザ溶接によって管状部位が形成された黄銅の端子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る端子を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る端子と電線の終端の接続構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る端子の溶接方法の１例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態に係る端子１を示したものである。端子１は、雌型端子のボックス部２０と管状かしめ部３０を有し、これらの橋渡しとしてトランジション部４０を有する。さらに、端子１は管状かしめ部３０内に溶接部５０（図中、斜線で示す部分）を有する。端子１は、導電性と強度を確保するために黄銅の基材で製造されており、基材表面にはＺｎめっきが施されている。また、溶接部の形状は特に制限はない。図示した溶接部５０のように管状かしめ部３０の長手方向に帯状形状に形成するのがよいが、波線形状や螺旋形状に形成してもよい。
【００１８】
（ボックス部）
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。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、ボックス部を有さなくてもよく、例えば雄型端子の挿入タブであっても良い。また他の端子の端部であっても良い。本実施形態では、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たのであって、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を介して管状かしめ部３０を有し、その管状かしめ部３０は、溶接によって成形されているのである。
【００１９】
なお、本願では図示しないが、管状かしめ部３０内に、電線の接続のための溝や突起（セレーション）が設けられていても良い。
【００２０】
（管状かしめ部）
管状かしめ部３０は、端子１とアルミニウム又はアルミニウム合金電線（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を挿入することができる電線挿入口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のトランジション部４０側は、閉口しているのが好ましい。端子１の銅合金とアルミニウム又はアルミニウム合金電線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、かしめ部は外部より水分等が侵入しないように管状となっている。端子のかしめ部は、管状であれば腐食に対して一定の効果を得られる為、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や矩形の管であっても良い。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よい。
【００２１】
管状かしめ部３０では、管状かしめ部を構成する黄銅とアルミニウム又は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。黄銅基材と電線（芯線）は、かしめによって塑性変形し、接合がされる。従って、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。
【００２２】
（Ｚｎめっき層）
本発明の端子は、レーザ溶接が施される部位の表面に厚さ１μｍ以上、５μｍ以下のＺｎめっき層を有する黄銅からなる。このＺｎめっき層は、好ましくは３μｍ以上、４μｍ以下である。
【００２３】
黄銅材料には通常３０〜４０％程度のＺｎが含まれている、レーザ溶接時にＺｎが蒸発してしまうことでブローホールが発生する。そこで研究を進めた結果、Ｚｎめっきを施す方法を見出した。溶接時に最初に溶融池が形成される表面近傍でＺｎ量を増やすことで、Ｚｎの蒸気量が増え、レーザ溶接部の局所において飽和蒸気圧雰囲気にすることができ、これにより溶接部内部でのＺｎの蒸発量を極端に抑えることができる。溶接部内部のブローホール発生量を抑えることができるため、溶接欠陥に起因の加工割れなどを防ぐことが可能になる。
【００２４】
Ｚｎめっき層の厚さが１μｍ未満であると、前述の効果を得ることができない。５μｍを超えた場合は、めっき層が厚くなるため、めっき層自体を溶かすエネルギーが必要となるため、レーザの出力上げる、もしくは加工時間を延ばす必要があり生産性に問題が生じうる。また、めっき厚が厚い場合、溶接スパッタが飛散する可能性が高くなり、溶接表面の凹凸が激しなり、管構造の内部を汚染してしまい電線圧着時の接触抵抗に悪影響を及ぼすことが考えられる。また、めっき層自体を一定以上厚く設ける場合、電流密度は浴により上限がある程度決まっているため、ライン速度を落す必要がある。これは製品のコスト増加につながってしまうため、黄銅を使う場合のコストというメリットを考えた場合、不適である。
【００２５】
（電線の終端接続構造）
次に、図２に本発明の電線の終端接続構造１０を示す。終端接続構造１０は、本発明の端子１と、アルミニウム又はアルミニウム合金電線（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１と電線６０が管状かしめ部３０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２では、第１の圧着縮径部３５および第２の圧着縮径部３６からなっている。通常、圧着接合すると、管状かしめ部３０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。図２に示した例では、第１の圧着縮径部３５が、縮径率が一番高くなっている部分である。このように、圧着接合を２段階の縮径で行ってもよい。
【００２６】
電線６０は、絶縁被覆６１と図示しないアルミニウム又はアルミニウム合金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。
【００２７】
なお、アルミニウム電線の芯線としては、例えば鉄（Ｆｅ）を約０．２質量％、銅（Ｃｕ）を約０．２質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を約０．１質量％、シリコン（Ｓｉ）を約０．０４質量％、残部がアルミニウム（Ａｌ）および不可避不純物かなるアルミニウム芯線を用いることができる。他の合金組成として、Ｆｅを約１．０５質量％、Ｍｇを約０．１５質量％、Ｓｉを約０．０４質量％、残部がＡｌおよび不可避不純物のもの、あるいは、Ｆｅを約１．０質量％、Ｓｉを約０．０４質量％、残部がＡｌおよび不可避不純物のもの、Ｆｅを約０．２質量％、マＭｇを約０．７質量％、Ｓｉを約０．７質量％、残部がＡｌおよび不可避不純物のものなどを用いることができる。これらは、さらにＴｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｍｎ等の合金元素を含んでいてもよい。このようなアルミニウム芯線を用い、例えば０．５〜２．５ｓｑ（ｍｍ２）、７〜１９本撚りの芯線にして用いることができる。芯線の被覆材としては、例えばＰＥ、ＰＰなどのポリエレフィンを主成分としたものやＰＶＣを主成分としたもの等を用いることができる。
【００２８】
本実施形態においては、絶縁被覆された電線６０を用いて、先端部の絶縁被覆６１を所定の長さだけ除去した電線６０を、残った絶縁被覆６１の端部が電線挿入口３１から所定の長さだけ管状かしめ部３０と重なるように、管状かしめ部３０に挿入し、専用の治具やプレス加工機等でなかしめ工程を実施する。
【００２９】
（端子の製造方法）
まず、黄銅基材からなる条材を、平面展開した端子形状に打ち抜き、曲げ加工によってボックス部やかしめ部を設ける。この時、かしめ部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、この開放部分を溶接によって接合することで、管状かしめ部となる。本実施形態においては、管状かしめ部３０をファイバレーザによりレーザ溶接を行って製造する。
【００３０】
Ｚｎめっき層の付け方は、例えば２通りが挙げられる。１つ目は、黄銅基材からなる条材の必要箇所に予め通常のめっき方法によって設けておく方法である。この方法によればレーザ溶接される部位にＺｎめっきが施された条材を打ち抜き、プレス加工することで所望の端子を得ることができる。２つ目は、黄銅基材からなる条材をプレス成形によって端子形状に成形した後、レーザ溶接される部位（例えばＣ時断面の開放部分）にＺｎめっきを直接施す方法である。この方法によれば、余計な箇所にＺｎめっきを施す必要が無い。
【００３１】
このようにして、得られたＺｎめっきを有する端子は、レーザ溶接等によって管状かしめ部が形成される。銅及び銅合金はレーザ吸収率が低く、熱伝導率が高いため、溶接幅を細くできなかったり、熱影響部の幅を狭くできなかったりする場合があるが、ファイバレーザを用いることで、溶接性が改善される。ファイバレーザによるレーザビームは、集光径が小さい、エネルギ密度が高い、集光距離が長い、モジュールの並列接続で出力を増加させることができるといった特徴がある。さらに、レンズやミラーを使うことで、ファイバレーザ本体機器と加工対象物（被溶接部）との距離が離れていても、直接ファイバで加工対象近くまで伝送することができるという利点がある。
【００３２】
表１は、本実施形態において端子１に用いる黄銅の化学組成のＪＩＳ規格を示したものである。
【００３３】
【表１】
2014164906.tif 000002
【００３４】
図３は、本実施形態に係る端子１の溶接方法の１例を模式的に示した図である。図中のＦＬはファイバレーザ溶接装置を表している。ファイバレーザ溶接装置ＦＬから発せられたレーザビームＬが管状かしめ部３０の未溶接部３７（突合せ部）を溶接するように照射される。図３では、１つのファイバレーザ溶接装置からレーザビームを照射する例を示したが、ファイバレーザ溶接装置を複数台並列接続して、複数本のレーザビームを照射してもよい。この場合、各々のビームは、同じ出力でも、異なる出力の組合せとしてもよい。
【００３５】
本実施形態においては、端子１の基材として、表面にＺｎめっき層を有する黄銅板を用いる。1気圧下で、Ｃｕの沸点は２５６２℃であるのに対し、黄銅に含有されるＺｎの沸点は９０７℃である。また、１気圧下での蒸発温度（蒸気圧が１０−２になる時の温度）は、Ｃｕの１２７３℃に対し、Ｚｎでは３４３℃と融点４１９℃より低い。このため、黄銅板を溶接するとＺｎが選択的に蒸発する脱亜鉛現象が起こって、大量のブローホール、溶接表面の荒れ、割れ、などの溶接欠陥が多発する。
【００３６】
このような溶接欠陥の発生は、表面にＺｎめっき層を有する黄銅板を基材として用いることで抑制される。Ｚｎめっき層の厚さは、１〜５μｍが好ましく、３〜４μｍがより好ましい。
【００３７】
Ｚｎめっき層の厚さが１μｍ未満であると、Ｚｎの蒸発を抑えることができなくなり、５μｍを超えると、めっき層が厚くなり、めっき層自体を溶かすエネルギが必要となるため、レーザの出力を上げる、又は加工時間を延ばす必要が生じて生産性に問題が生じ得る。Ｚｎめっき層の厚さが３μｍ以上４μｍ以下であれば、特に、溶接部内部でのＺｎの蒸発量を極端に抑えることができる。
【実施例】
【００３８】
実施例１〜３、比較例１においては、試験片として四角い形状の表１のＪＩＳ Ｃ２６００黄銅板を用い、実施例４〜６、比較例２においては、試験片として四角い形状の表１のＪＩＳ
Ｃ２６８０黄銅板を用い、Ｚｎめっき厚さを表２に示したように変化させた。板厚は０．２５ｍｍである。これらの黄銅板を突合せ、以下の条件でファイバレーザ溶接装置を用いて１ｃｍにわたり貫通溶接した。
【００３９】
（Ｚｎめっき条件）
処理液
金属亜鉛：１７〜１８ｇ／リットル
シアン化ナトリウム：４５〜４８ｇ／リットル
水酸化ナトリウム：６５〜９０ｇ／リットル
処理温度：２５℃
電流密度：２Ａ／ｄｍ２
なお、時間を変化させることで、めっき厚を変化させた。めっき厚が１〜５μｍのサンプルをそれぞれ作成し、望みのめっき厚±０．２μｍ以内になるようなサンプルを選んだ。
【００４０】
（溶接条件）
レーザ溶接装置：ＡＳＦ１Ｊ２３（古河電気工業（株）製商品名）、５００Ｗ、ＣＷファイバレーザ  
レーザビーム出力：４００Ｗ
掃引速度：１３５ｍｍ／ｓｅｃ．
掃引距離：９ｍｍ（突合せ部約７ｍｍ）
全条件ジャストフォーカス
【００４１】
（溶接性評価）
溶接性は、ブローホールを溶接欠陥として、透過Ｘ線で写真を取り、ブローホールの数をカウントすることで評価を行った。評価基準は、以下の通りである。
◎：２０個未満
○：２０〜５０個
×：５０個超〜溶接不可
【００４２】
【表２】
2014164906.tif 000003
【００４３】
表２に評価結果を示す。表２からわかるように、ＪＩＳ Ｃ２６００、ＪＩＳ Ｃ２６８０の黄銅板のいずれも、Ｚｎめっき厚さ１μｍで溶接可能であり、Ｚｎめっき厚さ３μｍ、４μｍ、５μｍでは良好な溶接性を示した。このうち、Ｚｎめっき厚さ３μｍ、４μｍでは表面の外観観察においても優れた評価が得られた。Ｚｎめっきのない、比較例１、２では、溶接不可と評価された。以上から、表面にＺｎめっき層を有する黄銅板を基材として用いれば、図３に示した溶接方法によって管状かしめ部３０を形成した端子１の製造が可能となる。
【００４４】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。特に、本発明は雌型端子について述べてきたが、当然雄型端子についても適用可能である。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４５】
１  端子
１０  終端接続構造
２０  雌型端子のボックス部
３０  管状かしめ部
３１  電線挿入口
３２  端子基材
３５  第１の圧着縮径部
３６  第２の圧着縮径部
３７  被溶接部
４０  トランジション部
５０  溶接部
６０  電線
６１  絶縁被覆
ＦＬ  ファイバレーザ溶接装置
Ｌ    レーザビーム
【図１】
2014164906.tif 000004
【図２】
2014164906.tif 000005
【図３】
2014164906.tif 000006