(57)【要約】【課題】溶接部のブローホール数が抑制された、かしめ加工の成形性に優れた黄銅端子を提供する。【解決手段】レーザ溶接が施される部位の表面に厚さ０．６〜２．０μｍ以下のＮｉめっき層を有する黄銅からなる端子１。【選択図】図３
2014164904.tif 000002
【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０．６〜２．０μｍ以下のＮｉめっき層を有する黄銅からなる端子。
【請求項２】
前記Ｎｉめっき層の厚さは、０．８〜１．４μｍ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。
【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、溶接部の幅を狭くすることができるのに加えて、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】
組み電線に用いられる銅合金端子には、端子としての諸特性を担保するために、めっきが施されていてもよい。銅合金を含む導電性基材上のめっきとしては、銅、ニッケル、コバルト、鉄またはこれらの元素の２つ以上を含む合金からなる下地めっき層の上に錫、銀またはこれらの元素を含む合金からなる表面めっき層が形成された、導電性、強度、耐磨耗性に優れた複合めっき材料が開示されている（例えば、特許文献４参照）。また、導電性基体上にＮｉなどからなる下地層を設け、その上に、Ｃｕなどからなる銅系層、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物層からなる中間層、Ｓｎなどからなる錫系層を設けた、フレッティング現象の起き難い、摺動部において良好な挿抜性および電気接続性を有するめっき材料が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【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２００３−１９１０８５号公報
【特許文献４】特開２０１２−５７２１２号公報
【特許文献５】特開２００７−２７７７１５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４、５に開示されているめっき材料はいずれも複数層からなるため、めっき工程が煩雑で、コストアップの要因となる。また、安価で生産性のよい黄銅板を基材として、溶接を含む製造工程で端子を製造する場合、黄銅に含有されるＺｎが気化して溶接部にブローホールが形成されて溶接欠陥となるという問題があるが、特許文献３、４には、めっき層を有する導電性基材の溶接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、溶接部のブローホール数が抑制された、かしめ加工の成形性に優れた黄銅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】
本発明の黄銅からなる端子の特徴は、レーザ溶接が施される部位の表面に厚さ０．６〜２．０μｍ以下のＮｉめっき層を有する黄銅からなることを要旨とする。
【００１１】
管状かしめ部の溶接部においては、Ｎｉが母材の黄銅中に拡散してＮｉ−Ｚｎ相を生成するため、Ｚｎの気化が抑制される。
【００１２】
Ｎｉめっき層の厚さが、０．６μｍ未満であると、Ｚｎ、Ｎｉの化合物を含むＮｉ−Ｚｎ相が十分に生成せず、２．０μｍを超えると、管状かしめ部のかしめ加工時にＮｉめっき層にわれが生じてしまう。
【００１３】
Ｎｉめっき層の厚さは、０．８〜１．４μｍの範囲にあるのがより好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶接部のブローホール数が抑制された、かしめ加工の成形性に優れた黄銅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Ｎｉ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】
（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の黄銅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】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
（端子の製造方法）
まず、表面にＮｉめっきを施した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、ファイバレーザ溶接を行って製造する。
【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の被溶接部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】
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を示したものである。
【００３０】
【表１】
2014164904.tif 000003
【００３１】
本実施形態においては、端子１の基材として、表面にＮｉ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。
【００３２】
この、黄銅板の溶接部に生じる、脱亜鉛現象に起因する溶接欠陥の発生の問題は、表面にＮｉめっき層を有する黄銅板を基材として用いることで改善される。Ｎｉめっき層は、電気めっき、無電解めっきのいずれで形成してもよい。無電解Ｎｉめっきの場合は、例えばＮｉ−Ｐめっき層が形成されてもよい。
【００３３】
本実施形態においては、端子１の基材として、表面に厚さ０．６〜２．０μｍのＮｉめっき層を有する黄銅板を用いる。基材の突合せ部をファイバレーザ溶接すると、まず、レーザビームが照射された部分の表面層近傍で溶融池が形成される。この時、Ｎｉめっきがあることにより表面層近傍でＮｉ―Ｚｎ相が形成される。Ｎｉ−Ｚｎ相の沸点は黄銅の溶融温度を超えており、かつ、Ｎｉ−Ｚｎ相が形成された場合にはＺｎは単体で蒸発しなくなる。また、表面層近傍においてＮｉ−Ｚｎ相が形成された場合、溶接が基材内部に進んだ際に、基材内部のＺｎをＮｉ−Ｚｎ相としてトラップする効果を得ることができる。これにより溶接部全体においてブローホールの発生を低く抑えることが可能になる。溶接が終了し再凝固後、黄銅中にＮｉ−Ｚｎ相を含む溶接部５０が形成される。
【００３４】
Ｎｉめっき層の厚さが０．６μｍ未満であると、Ｚｎ、Ｎｉの化合物を含むＮｉ−Ｚｎ相が十分に形成されず、Ｚｎの蒸発が抑制されない。Ｎｉめっき層の厚さが２．０μｍを超えると、管状かしめ部３０にアルミニウム又はアルミニウム合金電線を挿入してかしめたときに、Ｎｉめっき層にわれが生じる。Ｎｉめっき層の厚さは、０．８〜１．４μｍの範囲にあるのがより好ましい。
【実施例】
【００３５】
（実施例１〜６）及び（比較例１〜３）
実施例１〜６及び比較例１〜３では、表２に示した厚さのＮｉめっき層を有する厚さ０．２５ｍｍの四角い形状の黄銅板を基材に用い、これを突合せて１ｃｍにわたりファイバレーザで貫通溶接して試験片とし、Ｎｉめっき層の厚さを変化させて溶接性評価を行った。次いで、この試験片を曲げ加工して溶接部のわれ測定を行った。
【００３６】
＜Ｎｉめっき条件＞
めっき液：
Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ  ５００ｇ／ｌ、
ＮｉＣｌ２  ３０ｇ／ｌ、
Ｈ３ＢＯ３  ３０ｇ／ｌ
電流密度：５Ａ／ｄｍ２
温度：５０℃
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０．６〜２．３μｍ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。
【００３７】
＜黄銅基材組成、質量％＞
ＪＩＳ Ｃ２６００：Ｃｕ６８．５−７１．５、Ｐｂ≦０．０５、Ｆｅ≦０．０５、Ｚｎ残
ＪＩＳ Ｃ２６８０：Ｃｕ６４．０−６８．０、Ｐｂ≦０．０５、Ｆｅ≦０．０５、Ｚｎ残
【００３８】
＜ファイバレーザ溶接条件＞
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）
全条件ジャストフォーカス
【００３９】
＜Ｎｉめっき厚さ測定＞
樹脂埋め後研磨して横断面出しを行い、ＳＥＭ-ＥＤＸで元素マッピングを行なって、Ｎｉめっき厚さを測定した。
【００４０】
＜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し、以下の基準で評価した。
◎：１０個以下
○：１０個超、２０個以下
×：２０個超〜溶接不可
【００４１】
＜溶接部われ性評価＞
溶接部に曲げ加工を施し、板厚の５％より大きいわれの有無を観察し、以下の基準で評価した。
○：われなし
×：われ有り
【００４２】
【表２】
2014164904.tif 000004
【００４３】
表２に評価結果を示す。表２からわかるように、０．６〜２．０μｍの厚さのＮｉめっき層を有する黄銅板は良好なファイバレーザ溶接性を示し、溶接部の曲げ成形性も良好である。Ｎｉめっき層の厚さが０．８〜１．４μｍの範囲にあれば、ファイバレーザ溶接性はさらに優れる。
【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
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】
2014164904.tif 000005
【図２】
2014164904.tif 000006
【図３】
2014164904.tif 000007