(57)【要約】【課題】種々の曲げ態様の曲げ加工部について加工硬化データの取得が可能な加工硬化データの取得方法を提供する。【解決手段】端子を構成する材料についての曲げ加工による加工硬化のデータベースを準備する。加工硬化のデータベースは、端子構成材料である曲げ態様等の異なる各板材の曲げ加工部の硬度分布を測定してその測定結果に基づいて曲げ加工部の弾性限界を導出して強度情報を取得する第１の取得方法と、各板材の曲げ加工部の弾性限界を実際に測定して強度情報を取得する第２の取得方法とを相補的に用いて構成する。そして、引張試験により得られた応力歪み相関関係に加工硬化のデータベースを加味することによって、加工硬化が生じた後の端子構成材料についての応力−歪み特性モデルを得て、その材料によって作製される端子の強度を有限要素法により解析する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子の強度予測に用いられる加工硬化データの取得方法であって、
端子を構成する際に用いられる材料を複数用意し、その各材料に対して互いに異なる複数の曲げ態様で曲げ加工を施し、その各材料の曲げ加工部における硬度分布を測定し、その測定した硬度分布に基づいて前記各材料の曲げ加工部における強度特性を示す第１の強度情報を導出し、その導出した第１の強度情報を用いて加工硬化についての情報を構成することを特徴とする加工硬化データの取得方法。
【請求項２】
請求項１に記載の加工硬化データの取得方法において、
前記各材料の曲げ加工部における測定した前記硬度分布に基づいて、その曲げ加工部における曲げ加工により硬化した加工硬化部を導出し、前記曲げ加工部におけるその導出した加工硬化部の分布状況に基づいて前記各材料の曲げ加工部における弾性限界を導出し、その導出した弾性限界に基づいて前記各材料の曲げ加工部における前記第１の強度情報を導出することを特徴とする加工硬化データの取得方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の加工硬化データの取得方法において、
曲げ加工を施した前記各材料の曲げ加工部における弾性限界を実際に測定し、その測定した弾性限界に基づいて前記各材料の曲げ加工部における強度特性を示す第２の強度情報を導出し、その導出した第２の強度情報と前記第１の強度情報とを相補的に用いて前記加工硬化についての情報を構成することを特徴とする加工硬化データの取得方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や産業機器およびそれらに装着される電気・電子機器の電気信号や電源からの電力を供給する電線を接続するための端子であって、特に曲げ加工によって作製される端子の強度を予測する際に用いられる加工硬化データの取得方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、端子の設計においては、端子材料の電気的性質はもとより機械的特性についても十分な評価を行う必要があった。これは、端子の強度が低いと安定した接触抵抗を得るための十分な接触圧力が得られない反面、端子材料の強度が高すぎると曲げ加工が困難になるからである。
【０００３】
従って、加工性に優れた材料を使用しつつも作製された端子の強度がある程度高くなるように、素材の選択、加工手法の両面から端子の設計・開発を行う必要があった。このときに、設計した端子について逐一実物を作製して強度等の機械的特性の評価を行っていたのでは端子設計に多大な費用と時間とを要することになる。
【０００４】
このため、端子設計においては一般に、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いた構造解析により端子の強度を予測し、その予測結果の良好なものについて実際に端子を作製し、端子強度を確認するという手法が用いられている。
【０００５】
ＣＡＥを用いてコンピュータにより構造解析を行うときには、端子を構成する材料（例えば、銅合金）に関するデータを入力する必要がある。具体的には、端子を構成する材料の応力−歪み特性に関するデータ等を入力する必要がある。ここで、従来においては、端子を構成する材料のＪＩＳ５号試験片を引張試験機により引っ張り、それによって得られた応力−歪み特性に関するデータを使用していた。
【０００６】
しかしながら、引張試験によって得られた応力−歪み特性に関するデータを使用してＣＡＥ解析を行うと、その解析結果は実測値（実際に端子を作製して測定された値）と大きく異なる場合があった。
【０００７】
このような解析結果と実測値との乖離の要因の一つは、曲げ加工によって生じる加工硬化の影響を考慮せずに解析を行ったためであることが分かった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、曲げ加工によりどのような加工硬化が生じるのかについてのデータ取得を行う必要がある。
【０００９】
本発明は、種々の曲げ態様の曲げ加工部について加工硬化データの取得が可能な加工硬化データの取得方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段は、端子の強度予測に用いられる加工硬化データの取得方法であって、端子を構成する際に用いられる材料を複数用意し、その各材料に対して互いに異なる複数の曲げ態様で曲げ加工を施し、その各材料の曲げ加工部における硬度分布を測定し、その測定した硬度分布に基づいて前記各材料の曲げ加工部における強度特性を示す第１の強度情報を導出し、その導出した第１の強度情報を用いて加工硬化についての情報を構成することを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記各材料の曲げ加工部における測定した前記硬度分布に基づいて、その曲げ加工部における曲げ加工により硬化した加工硬化部を導出し、前記曲げ加工部におけるその導出した加工硬化部の分布状況に基づいて前記各材料の曲げ加工部における弾性限界を導出し、その導出した弾性限界に基づいて前記各材料の曲げ加工部における前記第１の強度情報を導出するのがよい。
【００１２】
また、好ましくは、曲げ加工を施した前記各材料の曲げ加工部における弾性限界を実際に測定し、その測定した弾性限界に基づいて前記各材料の曲げ加工部における強度特性を示す第２の強度情報を導出し、その導出した第２の強度情報と前記第１の強度情報とを相補的に用いて前記加工硬化についての情報を構成するのがよい。
【００１３】
＜用語に関する記載＞
なお、本明細書中において、「端子の強度」とは、端子に所定の変位が与えられたときに、その変位に対する反力を示す指標である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る加工硬化データの取得方法が適用された端子の強度予測方法の手順を示すフローチャートである。まず、図１を参照しつつ本実施形態に係る端子の強度予測方法の概略説明を行う。
【００１５】
図１のステップＳ１で、端子を構成する材料について、その材料の曲げ加工による加工硬化のデータベースを準備する。使用する材料としては、既に行われている加工度（冷間加工度）の予め分かっているものを採用する。この加工硬化のデータベースは、端子構成材料に実際の端子製造時と同様の曲げ加工が施されて加工硬化が生じたときの機械的性質を示すデータによって構築されるものである。この機械的性質を示すデータの取得方法の詳細な内容については後述する。
【００１６】
この曲げ加工による加工硬化のデータベースを準備するのと併せて、ステップＳ２で、端子を構成する材料についての応力−歪み特性のデータを引張試験により取得する。ここでは、ＪＩＳ等の規格に基づいた引張試験により端子構成材料についての応力と歪みとの相関関係（いわゆる応力歪み曲線）を取得する。
【００１７】
なお、規格に基づいた引張試験によって得られる応力と歪みとの相関関係は、その材料に固有のものであるため、既存のデータがある場合にはそれをそのまま使用するようにしてもよい。その際、端子構成材料の加工度に応じて、その端子構成材料の応力と歪みとの相関関係を示す既存のデータを修正を加えて使用してもよい。
【００１８】
続いてステップＳ３で、端子構成材料についての曲げ加工による加工硬化のデータベース及び引張試験によって得られた応力歪み相関関係から、加工硬化が生じた後の端子構成材料についての応力−歪み特性モデルを作成する。このモデル作成は、データ変換プログラムを組み込んだコンピュータが引張試験によって得られた応力歪み相関関係のデータを曲げ加工による加工硬化のデータベースを用いて変換することにより行われる。図２は、加工硬化が生じた後の端子構成材料についての応力−歪み特性モデルを示す図である。同図において横軸は歪みを、縦軸は応力を示している。
【００１９】
図２中のＳＳ１は、引張試験によって得られた端子構成材料の応力歪み特性に基づいて作成された応力歪み曲線、すなわち曲げ加工による加工硬化が生じていない端子構成材料の応力歪み相関関係（あるいは、加工硬化の影響を考慮していない応力−歪み特性モデル）を示している。加工硬化のデータベースを加味して、曲げ加工によって生じる曲げ加工部の加工硬化の度合い（加工硬化による曲げ加工部の弾性限界が拡大した分）等に応じて、応力歪み曲線ＳＳ１を変換することにより（具体的には、例えば応力歪み曲線ＳＳ１の弾性限界を図中の矢印Ａ１で示すように延長することにより）、図中のＳＳ２に示されるような加工硬化が生じた後の端子構成材料についての応力−歪み特性モデルを得ることができる。
【００２０】
続いてステップＳ４で、上記のようにして得られた応力−歪み特性モデルＳＳ２に基づいて、その材料によって作製される端子の強度を解析する。この解析はいわゆる有限要素解析であり、有限要素法プログラムを組み込んだコンピュータによって実行される。
【００２１】
次に、本実施形態に係る加工硬化のデータベースの取得方法について説明する。まず、端子を構成する端子構成材料である複数の板材１（図３参照）を用意し、その各板材１に対して端子形成時の曲げ態様の種類に応じた互いに異なる複数の曲げ態様（例えば、異なる曲げ半径Ｒ（図３参照）及び曲げ角度）で曲げ加工を施しておく、なお、この曲げ加工は板材１の一部のみを曲げるものであであり、曲げ加工時の曲げ速度は実際の端子を作成する曲げ速度と同程度にしておくのが望ましい。また、板厚の異なる複数種類の板材１を使用する場合には、施された曲げ態様の異なる複数の板材１を各板厚の種類ごとに用意しておく。
【００２２】
そして、その曲げ加工の施された各板材１を用いて、その曲げ加工部１ａ（図３参照）における強度特性を示す強度情報（第１又は第２の強度情報）を導出し、その導出した強度情報を加工硬化についての情報として加工効果のデータベースに蓄積する。
【００２３】
この強度情報の取得の具体的方法としては、曲げ加工部１ａの硬度分布を測定し、その測定結果に基づいて強度情報を取得する第２の取得方法と、曲げ加工部１ｂの弾性限界を実際に測定し、その測定結果に基づいて強度情報を取得する第２の取得方法とがあり、この第１及び第２の取得方法が相補的に用いられて強度情報が取得される。
【００２４】
第１の取得方法では、所定の曲げ半径Ｒ（例えば、０．２ｍｍ）及び曲げ角度（例えば、９０度曲げ）の曲げ加工が施された所定板厚の各板材１の曲げ加工部１ａについて、例えばＪＩＳ　Ｂ　７７３４−１９８３（微小硬さ試験機）、ＪＩＳ　Ｚ　２２５１−１９８０（微小硬さ試験方法）で規定されるように、規定された所定の荷重で板材１に圧子を押し込んだときにつく痕（圧痕）の圧痕サイズを測定することにより硬度分布を測定する。より詳細には、図３に示すように、板材１の曲げ加工部１ａの側面（曲げ方向と平行な面）に、複数の測定ポイントを設定する。この測定ポイントは、曲げ加工部１ａの側面に互いに直交するように設定される複数の第１の仮想線Ｌ１〜Ｌ５と複数の第２の仮想線Ｍ１〜Ｍ１０との交点に設定される。第１の仮想線Ｌ１〜Ｌ５は、曲げ加工部１ａの延設方向と平行に、かつ曲げ半径Ｒ方向について所定間隔をあけて設けられ、第２の仮想線Ｍ１〜Ｍ１０は、曲げ加工部１ａの延設方向に所定間隔をあけて曲げ半径Ｒに沿って設けられている。
【００２５】
そして、各測定ポイントの圧痕サイズに基づいて例えば図４に示すようなグラフを作成し、そのグラフに基づいて曲げ加工部１ａにおける曲げ加工によって硬化した加工硬化部１ｂ（破線ハッチングを施した部分）を推定して導出する。同図のグラフにおいて縦軸は圧痕サイズであり、横軸は曲げ加工部１ａの側面部における第２の仮想線Ｍ１〜Ｍ１０に対応する位置を示しており、５本の折れ線グラフにより各第１の仮想線Ｌ１〜Ｌ５上の測定ポイントの圧痕サイズを示しており、グラフ中の圧痕サイズが９．７μｍ（例示）の位置に設けられた横線Ｎは板材１の曲げ加工が施されてない部分の圧痕サイズを示している。このグラフより、圧痕サイズが９．７μｍよりも小さくなっている部分が加工硬化部１ｂとして推定される。図３に示す例では、曲げ加工部１ａの外側部分には厚さＴ（例えば、０．１ｍｍ）で加工硬化部１ｂが生じている。なお、図３では曲げ加工部１ａの外側部分に生じた加工硬化部１ｂについてのみ図示しているが、曲げ加工部１ａの内側部分にも加工硬化部が生じている。
【００２６】
続いて、このように導出された曲げ加工部１ａにおける加工硬化部１ｂの分布状況と、板材１の加工硬化が生じていない部分の硬度に基づいて各板材１の曲げ加工部１ａにおける弾性限界を導出し、その導出した弾性限界に基づいて各板材１の曲げ加工部１ａにおける強度特性を示す強度情報を導出する。弾性限界と硬度との相関は既に詳細に調べられているため、その既存のデータを参照することにより、板材１の加工硬化が生じていない部分の硬度と加工硬化が生じている部部の分布状況に基づいて、曲げ加工部１ａの弾性限界を導出することができる。より詳細には、曲げ加工部１ａにおける加工硬化部１ｂの割合、加工硬化部１ｂ内の各部における加工硬化の進んだ度合い、曲げ加工部１ａにおける加工硬化部１ｂの位置などを考慮して、曲げ加工部１ａの弾性限界を予測して導出する。
【００２７】
ここでは、各板材１の曲げ加工部１ａにおける弾性限界を示す情報を強度情報として用いている。その際、導出した弾性限界を曲げ加工部１ａにおける硬度分布又は加工硬化部１ｂの分布状況等と関連づけてデータベースに保存するようにしてもよい。あるいは、曲げ加工部１ａの各部における曲げ加工により生じた歪み量を算出し、その算出した歪み量を導出した弾性限界に関連づけてデータベースに保存するようにしてもよい。
【００２８】
第２の取得方法では、図５に示すように、所定の曲げ半径及び曲げ角度（例えば、９０度曲げ）の曲げ加工が施された所定板厚の各板材１の直線部分（曲げられていない部分）のうち一方側を拘束部材２によって拘束・固定するとともに、他方側を押圧部材３によって拘束・押圧する。すると、板材１は矢印Ａ２にて示すように変形する。このときに板材１の直線部分については拘束されているため、変形を受けているのは板材１の曲げ加工部１ａ、すなわち加工硬化が生じている部分である。
【００２９】
そして、変形を受けている板材１の変位と反力との相関関係を測定することにより、板材１の曲げ加工部１ａの弾性限界を測定する。板材１の変位は、押圧部材３によって押圧されている直線部分の移動距離または変形角度をマイクロメータ等によって測定することにより取得する。また、反力は、フォースゲージ４によって押圧部材３が板材１から受ける力を測定することにより取得する。
【００３０】
このような第１及び第２の取得方法を相補的に用いて、材質（板材１の材料等）、板厚及び曲げ態様の異なる種々の板材１の曲げ加工部１ａについて弾性限界を示す情報を強度情報として取得し、取得した強度情報を板材１の材質、板厚、曲げ態様について分類しつつコンピュータの記憶装置内に蓄積し、加工硬化のデータベースを構築する。
【００３１】
第１及び第２の取得方法の相補的な用い方の具体例としては、例えば、板材１の曲げ加工部１ａの弾性限界を実際に測定可能な場合には第２の取得方法を用い、曲げ加工部１ａの弾性限界を実際に測定することが困難な場合（例えば、微細な曲げ加工部１ａや複雑な曲げ加工部１ａなどの場合）には第１の取得方法を用いる。
【００３２】
図６は、有限要素解析の解析結果を示す図である。同図は、端子についての変位と反力との相関関係を示しており、横軸には変位を、縦軸には反力を示している。図６において、グラフＲ１は、実際に作製された端子についての変位と反力とを測定したものである。それ以外のグラフＲ２，Ｒ３にて示しているものは解析によって得られた計算結果である。これらの解析結果のうちグラフＲ２は、曲げ加工により生ずる加工硬化の影響を考慮していない端子構成材料の応力歪み相関関係に基づいて解析を行った結果である。その解析結果であるグラフＲ２は実際の端子についての測定結果であるグラフＲ１から大きく乖離している。
【００３３】
一方、グラフＲ３は、図２に示すように加工硬化による弾性限界の拡大を考慮した応力−歪み特性モデルＳＳ２に基づいて解析を行った結果を示すものである。図６に示すように、グラフＲ３は、グラフＲ２に比較して実際の端子についての測定結果であるグラフＲ１に近いものとなっている。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、端子を構成する端子構成材料における加工硬化についての情報を加味して端子の強度を算定しているため、曲げ加工によって加工硬化が生じた端子の強度を正確に予測でき、実測値との乖離を少なくすることができる。
【００３５】
また、端子構成材料である各板材１の曲げ加工部１ａにおける硬度分布を測定し、その測定結果に基づいて各板材１の曲げ加工部１ａにおける強度特性を示す強度情報を導出するため、曲げ加工部１ａの弾性限界を実際に測定して強度特性を導出することが困難な場合であっても、曲げ加工部１ａにおける強度特性を示す強度情報を導出することができる。
【００３６】
さらに、曲げ加工部１ａの硬度分布を測定して強度情報を導出する第１の取得方法と、曲げ加工部１ａの弾性限界を実際に測定して強度情報を導出する第２の取得方法とを相補的に用いて加工硬化についての情報を取得するため、曲げ加工部１ａの弾性限界を実際に測定して強度特性を導出することが可能な場合には、第２の取得方法により曲げ加工部１ａにおける強度特性を示す正確な強度情報を取得することができ、曲げ加工部１ａの弾性限界を実際に測定することが困難な場合には、第１の取得方法により曲げ加工部１ａの強度特性を示す強度情報を取得することができる。
【００３７】
次に、上記実施形態の変形例について記載する。図７は、上記の端子の強度予測方法の変形例の手順を示すフローチャートである。なお、図７のフローチャートにおいてステップＳ１１，Ｓ１２での処理内容は、上述の図１のステップＳ１，Ｓ２での処理内容と同一である。
【００３８】
まず、ステップＳ１１で、端子を構成する材料についての曲げ加工による加工硬化のデータベースを予め準備しておく。このステップＳ１１でのデータベース作成に、板材１の曲げ加工部１ａの強度情報を取得するための上述の第１及び第２の取得方法が相補的に用いられる。また、ステップＳ１での曲げ加工による加工硬化のデータベースを準備するのと併せて、ステップＳ１２で、端子を構成する材料についての応力−歪み特性のデータを引張試験により取得する。
【００３９】
続いて、ステップＳ１３で、引張試験によって得られた応力と歪みとの相関関係に基づいて、その材料によって作製される端子の強度を解析する。この解析はいわゆる有限要素解析であり、有限要素法プログラムを組み込んだコンピュータによって実行される。なお、ステップＳ１２およびステップＳ１３の工程は、従来より行われているＣＡＥ解析の手法と同じであり、ステップＳ１３の段階で得られる解析結果も従来と同様の結果である。
【００４０】
続いて、ステップＳ１４で、引張試験によって得られた応力と歪みとの相関関係に基づいて得られた解析結果に対して、端子構成材料についての曲げ加工による加工硬化のデータベースを用いた変換・修正を行う。この変換・修正は、データ変換プログラムを組み込んだコンピュータが引張試験によって得られた応力歪み相関関係に基づく解析結果を曲げ加工による加工硬化のデータベースのうち作製すべき端子の板厚、曲げ角度、曲げ半径に対応するデータを用いて変換することにより行われる。そして、当該コンピュータが変換・修正後のデータを表示することによって、曲げ加工が施された端子の強度の解析結果が出力されるのである。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１ないし３に記載の発明によれば、各材料の曲げ加工部における硬度分布を測定し、その測定結果に基づいて各材料の曲げ加工部における強度特性を示す第１の強度情報を導出するため、曲げ加工部の弾性限界を実際に測定して強度特性を導出することが困難な場合（例えば、微細な曲げ加工部や複雑な曲げ加工部などの場合）であっても、曲げ加工部における強度特性を示す第１の強度情報を導出して加工硬化についての情報を構成することができる。その結果、種々の曲げ態様の曲げ加工部について加工硬化データの取得が可能である。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、曲げ加工部の硬度分布を測定して導出した第１の強度情報と、曲げ加工部の弾性限界を実際に測定して導出した第２の強度情報とを相補的に用いて加工硬化についての情報を構成するため、曲げ加工部の弾性限界を実際に測定して強度特性を導出することが可能な場合には、その測定した弾性限界に基づいて各材料の曲げ加工部における強度特性を示す第２の強度情報を取得することにより曲げ加工部における強度特性を示すより正確な強度情報を取得することができ、曲げ加工部の弾性限界を実際に測定して強度特性を導出することが困難な場合には、曲げ加工部の硬度分布を測定し、その測定結果に基づいて曲げ加工部の強度特性を示す強度情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工硬化データの取得方法が適用された端子の強度予測方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】加工硬化が生じた後の端子構成材料についての応力歪み特性モデルを示す図である。
【図３】板材の曲げ加工部について硬度分布を測定する際の説明図である。
【図４】図３の曲げ加工部の硬度分布を示す図である。
【図５】板材の曲げ加工部の強度情報を取得する第２の取得方法の説明図である。
【図６】有限要素解析の解析結果を示す図である。
【図７】図１の端子の強度予測方法に係る変形例の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　板材
１ａ　曲げ加工部
１ｂ　加工硬化部
２　拘束部材
３　押圧部材
４　フォースゲージ
ＳＳ１　応力歪み曲線
ＳＳ２　応力−歪み特性モデル
Ｒ１　測定結果を示すグラフ
Ｒ２，Ｒ３　解析結果を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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