(57)【要約】【課題】廉価でかつ成形性が良く、溶接部の密閉信頼性の高い管形状の銅合金端子及びその製造方法を提供する。【解決手段】固溶型銅合金の基材からなる管状かしめ部３０を備えた端子であって管状かしめ部は、被溶接部３７が溶接されることによって接合された溶接部５０を有し、被溶接部には溶接前にめっき層が設けられており、溶接部には、固溶型銅合金の母材中にめっき層を構成する元素からなる析出相を有することを特徴とする銅合金端子１。【選択図】図３
2014164911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固溶型銅合金の基材からなる管状かしめ部を備えた端子であって、
前記管状かしめ部は、被溶接部が溶接されることによって接合された溶接部を有し、
前記被溶接部には溶接前にめっき層が設けられており、
前記溶接部には、前記固溶型銅合金の母材中に前記めっき層を構成する元素からなる析出相を有することを特徴とする銅合金端子。
【請求項２】
前記固溶型銅合金はＣｕ−Ｍｇ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金のうちのいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の銅合金端子。
【請求項３】
前記めっき層を構成する元素は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＣｒから選択される１つ又は複数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅合金端子。
【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、アルミ電線とも言う）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、ワイヤー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。また、端子とキャップを別部品とせず、端子条の一部で電線を覆い密閉状態にする技術（例えば、特許文献３参照）が開示されているが、同様に工程が煩雑であり、密閉性の信頼性に欠けるという問題があった。
【０００５】
上記のような問題は、管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４参照）を用いるのが好適である。
【０００６】
しかし、溶接部は凝固組織でありかつ溶接部には残留歪が存在するので、接合を伴わない管と比較して、溶接管は圧着強度や耐久信頼性が劣り、端子として使用中にその密閉性が保てなくなるおそれがある。この問題に対し、組織の強化として、めっき部分を母材に拡散させ合金化し、積極的に材料特性を改善する手法が知られている（例えば、特許文献５〜７参照）。
【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２０１２−８４４７１号公報
【特許文献４】特開２００７−２０３３３０号公報
【特許文献５】特開２００４−１８８５２２号公報
【特許文献６】特許第２５４２７３５号公報
【特許文献７】特開平５−１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献５〜７に開示されている方法は、めっきと母材の界面近傍における拡散によって母材の表面近傍の組織を強化する方法であり、母材の板厚全体に対して強化が行われていないため、効果は小さい。
【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、廉価でかつ成形性が良く、溶接部の密閉信頼性の高い管形状の銅合金端子を及びその製造方法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】
本発明の銅合金端子の特徴は、固溶型銅合金の基材からなる管状かしめ部を備えた端子であって、管状かしめ部は、被溶接部が溶接されることによって接合された溶接部を有し、被溶接部には溶接前にめっき層が設けられており、溶接部には、固溶型銅合金の母材中にめっき層を構成する元素からなる析出相を有することを要旨とする。
【００１１】
レーザ溶接部にレーザビームを照射して局所加熱するか、またはレーザ溶接部を含む銅合金端子に低温熱処理を施すことにより、レーザ溶接部の母材中に、めっき層を構成する元素が析出相を形成して、レーザ溶接部を除く母材の強度を低下させずに、レーザ溶接部を強化することができる。
【００１２】
固溶型の銅合金はＣｕ−Ｍｇ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金のうちのいずれかからなる。
【００１３】
めっき層を構成する元素は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＣｒから選択される１つ又は複数である。なお、Ｓｉは、めっき金属中へ分散された酸化物等であっても良い。レーザ溶接によって融解し得るためである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、廉価でかつ成形性が良く、溶接部の密閉信頼性の高い管形状の銅合金端子及びその製造方法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に連続した溶接部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銅合金の基材で製造されている。ただし、端子１の種々の特性を担保するために、端子１の表面の一部あるいは全部にめっきが施されていてもよい。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。
【００１９】
（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の銅又は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ため、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。
【００２０】
なお、図示しないが、管状かしめ部３０内には、電線と電気的接続をとる為や電線を抜けにくくする為に、溝や突起等の係止溝（セレーション）を設けても良い。
【００２１】
（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、アルミニウム電線また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。
【００２２】
電線６０は、絶縁被覆６１と図示しないアルミニウムまたはアルミニウム系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。
【００２３】
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％、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。
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態においては、管状かしめ部の機械的強度を確保するために、端子１の基材として、Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金等の固溶型銅合金からなる基材（板材）を用いる。
【００２６】
（端子の製造方法）
本発明の端子１は固溶型銅合金の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。表面のめっき層は、予め条材の上に設けていても良いし、打ち抜いた後にめっきしても良い。管状かしめ部となる部位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３０となる。本実施形態においては、管状かしめ部３０をファイバレーザ溶接により形成して製造する。
【００２７】
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。
【００２８】
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にわたって被溶接部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。
【００２９】
本実施形態においては、表面にめっき層を備えた、加工硬化状態にある上記固溶型銅合金基材からなる端子１の管状かしめ部３０を、ファイバレーザ溶接装置を用いて溶接した後、溶接部５０にレーザビームを照射して局所加熱するか、または溶接部５０を含む端子１に低温熱処理を施して、溶接部５０の母材中にめっき層を構成する元素からなる析出物を形成させる。なお、このめっき層は、少なくともレーザ溶接が施される部位（被溶接部）に設けられていれば良い。
【００３０】
めっき層は基材の片面のみに形成しても両面に形成してもよい。めっき層はＳｎ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＣｒから選択される１つ又は複数の元素から構成することができる。めっき厚さ（両面めっきの場合は、片面ずつのめっき厚さの合計）は、基材の板厚に対する比が表１に示した範囲にあると、溶接後の熱処理で溶接部５０の強化に有効な析出相（析出物、化合物）が形成される。
【００３１】
【表１】
2014164911.tif 000003
【００３２】
Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金等は固溶型の銅合金であるが、上述しためっき層の元素を取り込むことで基材中に析出相が存在することになる。すなわち、レーザ溶接後の溶接部の組織は、基本的にＣｕ母相とめっき元素を取り込むことで析出した析出相とで構成され、もともと固溶していた合金元素がＣｕ母相に固溶している状態となる。
【００３３】
レーザ溶接と熱処理（時効処理）により溶接部がこのような組織状態となることによって、管状かしめ部および溶接部の機械強度が高く保たれる。また、銅基材上に施されためっき層によって、レーザ溶接性も向上しているために、生産性にも優れる。
【実施例】
【００３４】
（実施例１〜３）及び（比較例１〜３）
ＥＦＴＥＣ−３（古河電気工業（株）商品名）のＨ材の板厚０．２５ｍｍの板を基材に用いて、プレス成形、ファイバレーザ溶接による管状かしめ部形成によりオスタブ幅２．３ｍｍのオスメス嵌合端子を作製した。この端子に熱処理を施して、溶接部の相状態の分析、溶接部と溶接部を除く部分の母材の硬さ測定、防食シール試験、接触抵抗測定を行った。熱処理は、溶接部のみレーザビームを照射して局所加熱するか、端子全体を加熱炉で２５０℃×３０ｍｉｎの低温熱処理を施した。比較のため、比較例３では、４５０℃×３０ｍｉｎの高温熱処理を施した。
【００３５】
＜めっき、分散めっき条件＞
（Ｎｉめっき）
処理液：
Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ：５００ｇ／リットル、
ＮｉＣｌ２：３０ｇ／リットル、
Ｈ３ＢＯ３：３０ｇ／リットル
電流密度：１５Ａ／ｄｍ２
温度：５０℃
【００３６】
（Ｓｉを分散させたＮｉめっき）
Ｓｉについては、直接めっきをするのが難しいため、シリカを他のめっき金属へ分散させた。本実施例では、Ｎｉめっき層へ分散させた。
処理液：
（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ：５００ｇ／リットル
ＮｉＣｌ２：３０ｇ／リットル
Ｈ３ＢＯ３：３０ｇ／リットル
ＭＰ−２０４０（日産化学工業（株）製、平均粒径２００ｎｍ）：４０ｇ／ｌ、ドデシルアミン：０．３ｇ／ｌ
電流密度：１５Ａ／ｄｍ２
温度：５０℃
【００３７】
（Ｃｒめっき）
処理液：
クロム酸：２００ｇ／リットル
硫酸：２ｇ／リットル
電流密度：５０  Ａ／ｄｍ２
温度：５０℃
【００３８】
（Ｓｎめっき）
処理液：石原薬品（株）製  ５２４Ｍ（商品名）液
処理温度：３０℃
電流密度：５Ａ／ｄｍ２
【００３９】
（Ａｇめっき）
処理液：
ＡｇＣＮ：５０ｇ／リットル
ＫＣＮ：１００ｇ／リットル
Ｋ２ＣＯ３：３０ｇ／リットル
電流密度：３Ａ／ｄｍ２
温度：３０℃
【００４０】
なお、時間を変化させることで、それぞれの金属種のめっき厚を変化させた。めっき厚が所定の厚さとなる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。
【００４１】
＜銅合金基材組成、質量％＞
ＥＦＴＥＣ−３：Ｓｎ０．１、Ｃｕ残
なお、残部のＣｕには不可避不純物が含まれることがある。
【００４２】
＜アルミニウム合金心線組成、質量％＞
アルミニウム電線の芯線：Ｆｅ０．２、Ｃｕ０．２、Ｍｇ０．１、Ｓｉ０．０４、残部はＡｌおよび不可避不純物（線径０．４３ｍｍ、１９本撚り）
【００４３】
＜レーザ溶接条件＞
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
掃引距離：９ｍｍ（突合せ部約７ｍｍ）
掃引速度１４０ｍｍ／ｓ
全条件ジャストフォーカスでレーザビーム照射
【００４４】
＜局所加熱条件＞
局所加熱条件は掃引速度を溶接条件時に１４０ｍｍ／ｓであったのを８００ｍｍ／ｓとし、他の条件は同じものとした。
【００４５】
＜溶接部の相状態の分析＞
ＳＥＭ付随のＥＤＸにて溶接部の分析を行い、また必要に応じてＸＲＤパターン同定を行った。
【００４６】
＜硬さ測定＞
樹脂埋め込み後、研磨にて断面出しを行い、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠してビッカース硬さ（Ｈｖ）をｎ３にて測定した。
【００４７】
＜防食シール性の評価＞
アルミニウム合金電線を嵌合、かしめ後、電線挿入側から１０〜５０ｋＰａの正圧をかけ、エア漏れの有無をテェックし、以下の基準で評価した。
エア漏れ無：○
エア漏れ有：×
【００４８】
＜接触抵抗の評価＞
アルミニウム合金電線を嵌合、かしめ後の接触抵抗を測定し、以下の基準で評価した。
＜３ｍΩ：○
≧３ｍΩ：×
【００４９】
【表２】
2014164911.tif 000004
【００５０】
表２に評価結果を示す。表２からわかるように、溶接部をレーザ局所加熱するか、端子全体に２５０℃×３０ｍｉｎの低温熱処理を施した実施例１〜３では、溶接部のＨｖは１００〜１２０と、めっきのうち比較例１の溶接部のＨｖに比較すると、溶接部を除く母材のＨｖと同等程度にまで高くなっており、防食シール性、接触抵抗とも良好であった。比較例２では複層めっきの順が不適当であったため合金化されなかった。４５０℃×３０ｍｉｎの高温熱処理を施した比較例３では、溶接部を除く母材のＨｖが低下した。
【００５１】
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】
【００５２】
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
３５  第１の圧着縮径部
３６  第２の圧着縮径部
３７  被溶接部（突合せ部）
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】
2014164911.tif 000005
【図２】
2014164911.tif 000006
【図３】
2014164911.tif 000007