(57)【要約】【課題】応力緩和し難く、異種金属接触腐食(電池腐食)を低減できるアルミニウム基端子金具、及び電線の端末接続構造を提供する。【解決手段】端子金具10は、A1合金等からなる導体210が接続される導体接続部と、別の端子金具の一部(例えば、オス型嵌合部140)が接続される嵌合部13とを具える。嵌合部13は、導体接続部に延設された筒状の箱部14と、箱部13の内側に配置され、付勢力によってオス型嵌合部140に接触する弾性片15とを具える。弾性片15は、箱部13に接合されている。導体接続部及び箱部14はアルミニウム合金から構成されている。箱部14から弾性片15を経てオス型嵌合部140に至る導電経路に、Al系部材と、チタン又はチタン合金から構成されるTi系部材との接触部を具える。Al-Ti間は、接触電流が小さいことで、電池腐食を低減できる。弾性片15が高強度であることで、応力緩和し難い。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線の導体が接続される導体接続部と、別の端子金具の一部が接続される嵌合部とを具えるアルミニウム基端子金具であって、
前記導体は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるものであり、
前記嵌合部は、前記導体接続部に延設されて塑性加工によって成形された筒状の箱部と、前記箱部の内側に配置され、付勢力によって前記別の端子金具の一部に接触する弾性片とを具え、
前記弾性片は、前記箱部に接合されており、
前記導体接続部及び前記箱部は、アルミニウム合金から構成されており、
前記箱部から前記弾性片を経て前記別の端子金具に至る導電経路に、アルミニウム合金から構成されるAl系部材と、チタン又はチタン合金から構成されるTi系部材との接触部を具えるアルミニウム基端子金具。
【請求項２】
前記弾性片の構成材料の引張強さは、前記箱部を構成するアルミニウム合金の引張強さよりも高い請求項1に記載のアルミニウム基端子金具。
【請求項３】
前記弾性片は、前記箱部を構成するアルミニウム合金の引張強さよりも高い引張強さを有するアルミニウム合金から構成されており、
前記弾性片における前記別の端子金具との接点領域に設けられ、錫又は錫合金から構成された接点層を具え、
前記Al系部材は、前記弾性片であり、
前記Ti系部材は、前記弾性片と前記接点層と間に設けられた接点介在層である請求項1又は2に記載のアルミニウム基端子金具。
【請求項４】
前記導体接続部、前記箱部、及び前記弾性片のいずれもが、6000系合金から構成されている請求項3に記載のアルミニウム基端子金具。
【請求項５】
前記Ti系部材は、前記弾性片であり、
前記弾性片における前記別の端子金具との接点領域に設けられ、錫又は錫合金から構成された接点層を具える請求項1又は2に記載のアルミニウム基端子金具。
【請求項６】
前記Ti系部材は、β相組織から構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルミニウム基端子金具。
【請求項７】
前記導体接続部及び前記箱部は、6000系合金からなる板材に塑性加工が施されて形成されている請求項1〜6のいずれか1項に記載のアルミニウム基端子金具。
【請求項８】
前記導体接続部は、前記導体を圧着する圧着片を具える請求項1〜7のいずれか1項に記載のアルミニウム基端子金具。
【請求項９】
導体を具える電線と、前記導体の端部に取り付けられた端子金具とを具える電線の端末接続構造であって、
前記導体は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されており、
前記端子金具は、請求項1〜8のいずれか1項に記載のアルミニウム基端子金具である電線の端末接続構造。
【請求項１０】
自動車の配線構造に用いられる請求項9に記載の電線の端末接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる導体に取り付けられるアルミニウム基端子金具、このアルミニウム基端子金具を具える電線の端末接続構造に関する。特に、応力緩和し難く、異種金属接触腐食が進行し難いアルミニウム基端子金具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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に具える電線は、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4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4に示す端子金具100F,100Mの形状は例示である。なお、図4では、分かり易いように、メス型嵌合部130のみ、断面を示す。
【０００３】
メス型嵌合部130は、筒状の箱部131と、箱部131の内面に対向配置された弾性片132,133とを具える。オス型嵌合部140は、棒状体である。図4(B)に示すように箱部131にオス型嵌合部140を挿入して両嵌合部130,140を嵌合すると、オス型嵌合部140は、弾性片132,133の付勢力によって強固に挟持されて、両端子金具100F,100Mは電気的に接続される。
【０００４】
端子金具100F,100Mは、代表的には、素材板にプレス成形といった塑性加工を施すことで、所定の形状に成形されて製造される。例えば、図4に示すメス型端子金具100Fは、一つの素材板に塑性加工を施して製造されており、嵌合部130を構成する筒部131及び弾性片132,133と、電線200の導体210を把持する圧着片を具えるワイヤバレル部110と、電線200の絶縁層220を把持する圧着片を具えるインシュレーションバレル部120とを一体に具える。従って、各部110,120,130は、一様な材質から構成されている。
【０００５】
従来、電線の導体や端子金具の構成材料は、導電性に優れた銅(Cu)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(Al)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。
【０００６】
特許文献1では、アルミニウム電線の導体に取り付ける端子金具として、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)を具える鉄系成形体とを組み合わせた構造のものを開示している。この端子金具は、Al合金等に比較して一般に高強度でへたり難い鉄(Fe)系材料によって弾性片が構成されている。そのため、この端子金具は、経時的に応力緩和し難く、別の端子金具(オス型端子金具)との接触状態が劣化することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第3984539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、異種金属を組み合わせると、異種金属接触腐食(電池腐食)が生じ得る。特許文献1では、AlとFeとの間のイオン化傾向の差が、AlとCuとの間のイオン化傾向の差よりも小さいことから、アルミニウム系成形体に対して鉄系成形体を用いることで、銅系材料からなる成形体を用いる場合に比較して、電池腐食を低減できることを記載している。しかし、AlとFeとの間では、電池腐食によってAlの溶解を招くため、長期の使用によって、端子金具を構成するアルミニウム系成形体やアルミニウム電線の導体が溶出する恐れがある。例えば、アルミニウム系成形体と鉄系成形体との組物に樹脂被覆などの防食処理を施すと、周囲環境から生成される電解液に接触することを抑制できるため、電池腐食を低減できる。しかし、この場合、防食処理が別途必要になる。
【０００９】
また、電池腐食は、イオン化傾向の差だけで一概に決定されるものではない。本発明者らは、純アルミニウムと、各種の金属との間の接触腐食電流を測定した。測定には、特開2010-281687号公報に記載される手法を利用した。その結果、イオン化傾向の差が大きい金属の組であっても、接触腐食電流が必ずしも大きいわけではなかった。例えば、めっきなどに利用されるNiやSnについていうと、Al-Ni組のイオン化傾向の差は、Al-Sn組のイオン化傾向の差よりも小さい。しかし、Al-Ni組の接触腐食電流は、35μA/cm2であり、Al-Sn組の接触腐食電流:9μA/cm2よりも非常に大きかった。なお、Al-Fe組の接触腐食電流は29μA/cm2(ここではFeとして炭素鋼を使用)、Al-Cu組の接触腐食電流は58μA/cm2である。この結果から、電解液に接触した金属が酸化膜などの電気的抵抗体を生成する量の大小(生成しない場合もある)が電池腐食に大きな影響を与える、と考えられる。
【００１０】
例えば、アルミニウム合金によって端子金具の全体を構成した場合、この端子金具とAl合金等からなる導体との間や、この端子金具を構成する各部分間では、主成分が共通することで、電池腐食を実質的に防止できる。しかし、従来、端子金具に適したアルミニウム合金の機械的特性や、その特性を満たす材質について十分に検討されていない。
【００１１】
上述のオス型嵌合部とメス型嵌合部とを接続する形態では、長期に亘り接続状態を維持するために、弾性片が経時的に応力緩和し難く、弾性片によるばね荷重(接圧)が十分に高いこと、好ましくは高温であっても高いばね荷重を維持できることが望まれる。例えば、端子金具を構成するアルミニウム合金板の厚さをある程度厚くすると、ばね荷重を高められる。しかし、素材板が厚くなると、加工時に歪みが大きくなるため割れなどを生じる恐れがあり、端子金具の生産性の低下を招く。また、素材板が厚いことで、端子金具自体が大型になる。そのため、この対処は、小型化が望まれる用途、例えば自動車用途などに適さない。
【００１２】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、応力緩和し難く、電池腐食を低減できるアルミニウム基端子金具を提供することにある。また、本発明の他の目的は、応力緩和し難く、電池腐食を低減できる電線の端末接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、箱部と弾性片とを別部材とし、両者を接合によって一体化とすると共に、アルミニウム合金からなる部分に接触する材質を特定の材質とすることで上記目的を達成する。
【００１４】
本発明のアルミニウム基端子金具は、電線の導体が接続される導体接続部と、別の端子金具の一部が接続される嵌合部とを具える端子金具である。上記導体接続部に接続される上記導体は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるものとする。上記嵌合部は、上記導体接続部に延設された筒状の箱部と、上記箱部の内側に配置された弾性片とを具える。上記箱部は、塑性加工によって成形されている。上記弾性片は、付勢力によって上記別の端子金具の一部に接触する。また、上記弾性片は、上記箱部に接合されている。上記導体接続部及び上記箱部は、アルミニウム合金から構成されている。そして、上記箱部から上記弾性片を経て上記別の端子金具に至る導電経路に、アルミニウム合金から構成されるAl系部材と、チタン又はチタン合金から構成されるTi系部材との接触部を具える。
【００１５】
本発明のアルミニウム基端子金具は、その一部を構成するアルミニウム合金に接触する部材が、Alとの間における接触腐食電流が小さい金属によって構成されている。より具体的には、この部材は、Alとの間における接触腐食電流が2μm/cm2であるチタン(Ti)、又はチタン合金から構成されている。そのため、本発明のアルミニウム基端子金具は、端子金具の構成要素間で生じ得る電池腐食を効果的に低減できる。また、本発明のアルミニウム基端子金具は、導体接続部がアルミニウム合金から構成されていることから、Al合金等からなる導体との間で電池腐食が実質的に生じない。
【００１６】
更に、弾性片の主要な構成材料をばね特性に優れる材料とすることで、本発明のアルミニウム基端子金具は、長期に亘り応力緩和し難い。
【００１７】
以上の点から、本発明のアルミニウム基端子金具は、経時的な電池腐食を低減できる上に、応力緩和によるばね荷重の低下を抑制して、長期に亘り高いばね荷重を維持できる。従って、本発明のアルミニウム基端子金具は、端子金具同士の接続状態が経時的に緩み難く、低抵抗な接続構造を構築することができる。また、導体接続部及び箱部が、一般にチタンやチタン合金に比較して塑性加工性に優れるアルミニウム合金から構成されるため、所望の形状に容易に成形できる。従って、本発明のアルミニウム基端子金具は、製造性にも優れる。
【００１８】
本発明の一形態として、上記弾性片の構成材料の引張強さが上記箱部を構成するアルミニウム合金の引張強さよりも高い形態が挙げられる。
【００１９】
上記形態は、弾性片が相対的に高強度であることから、ひいては耐力も高く、応力緩和し難い。また、上記形態は、箱部が相対的に低強度であることから、ひいては伸びといった靭性に優れ、成形性に優れる。
【００２０】
本発明の一形態として、上記弾性片が上記箱部を構成するアルミニウム合金の引張強さよりも高い引張強さを有するアルミニウム合金から構成されており、上記弾性片における上記別の端子金具との接点領域に接点層を具え、上記Al系部材が上記弾性片であり、上記Ti系部材が上記弾性片と上記接点層との間に設けられた接点介在層である形態が挙げられる。接点層は、錫又は錫合金から構成されている。この形態ではAl系部材とTi系部材との接触部は、アルミニウム合金からなる弾性片とチタン又はチタン合金からなる接点介在層との接触箇所である。
【００２１】
上記形態は、箱部と弾性片との接合箇所がアルミニウム合金から構成されるため、箱部と弾性片との間で電池腐食が実質的に生じない。また、上記形態は、弾性片と接点層との間に接点介在層が存在するため、弾性片と接点層との間、つまりAlとSnとの間での電池腐食を防止できる。更に、上記形態は、弾性片が高強度なアルミニウム合金から構成されて耐力にも優れることから、応力緩和し難い。加えて、上記形態は、接点層が柔らかい錫や錫合金によって構成されるため、別の端子金具に十分に密着して、低抵抗な接続構造を構築することができる。
【００２２】
本発明の一形態として、上記導体接続部及び上記箱部は、6000系合金からなる板材に塑性加工が施されて形成された形態が挙げられる。
【００２３】
本発明者らが調べた結果、6000系合金は、高強度で耐熱性にも優れる上に、熱処理条件を調整して種々の組織とすることで、機械的特性を異ならせることができる、との知見を得た。例えば、強度や耐力が高く高温でも応力緩和し難いものや、伸びが高く成形性に優れるものが得られる、との知見を得た。上記形態は、6000系合金からなる板材として成形性に優れる組織のものを選択することで、導体接続部及び箱部を精度よく成形可能であり、生産性に優れる。
【００２４】
上述の弾性片がアルミニウム合金から構成された形態として、上記導体接続部、上記箱部、及び上記弾性片のいずれもが、6000系合金から構成された形態が挙げられる。
【００２５】
上記形態は、端子金具の大部分が高強度で耐熱性にも優れる6000系合金によって構成されるため、高温環境でも好適に使用できる。また、上記形態は、箱部と弾性片とが同一組成であることから接合性にも優れる。更に、上記形態は、6000系合金の熱処理条件を調整することで、弾性片用の素材と、導体接続部及び箱部用の素材とを容易に作製できる点から、生産性にも優れる。
【００２６】
本発明の一形態として、上記Ti系部材が上記弾性片であり、上記弾性片における上記別の端子金具との接点領域に接点層を具える形態が挙げられる。接点層は、錫又は錫合金から構成されている。この形態では、Al系部材とTi系部材との接触部は、アルミニウム合金からなる箱部とチタン又はチタン合金からなる弾性片との接触箇所である。
【００２７】
上記形態は、箱部と弾性片との間における電池腐食を効果的に低減できる。かつ、上記形態は、室温での耐力が非常に高い材質:チタン又はチタン合金によって弾性片の全体が構成されているため、長期に亘り応力緩和し難い。また、上記形態は、接点層が柔らかい錫や錫合金によって構成されるため、別の端子金具に十分に密着して、低抵抗な接続構造を構築することができる。
【００２８】
本発明の一形態として、上記Ti系部材がβ相組織から構成された形態が挙げられる。
【００２９】
β相(体心立方晶)からなる組織は非常に高強度であることから、上記形態は、強度に優れるTi部材を具えることができる。また、β相は、塑性加工性にも優れる。そのため、例えば、β相組織の素材に塑性加工を施すことで、所望の形状の弾性片を容易に製造できる。従って、特にβ相組織からなる弾性片を具える形態は、生産性に優れる上に、長期に亘り応力緩和し難い。
【００３０】
本発明の一形態として、上記導体接続部が上記導体を圧着する圧着片を具える形態が挙げられる。
【００３１】
導体接続部は、アルミニウム合金から構成されるため成形性に優れることから、圧着片も塑性加工によって形成可能である。従って、上記形態は、生産性に優れる。
【００３２】
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、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ており、上記端子金具が本発明のアルミニウム基端子金具である。
【００３３】
本発明の電線の端末接続構造は、電線の導体の主成分:Alと、この導体が接触する導体接続部の主成分:Alとが共通しているため、導体と端子金具との間で電池腐食が実質的に生じない。従って、電池腐食に対する特別な処理を施す必要がなく、生産性に優れる。また、本発明の電線の端末接続構造は、応力緩和し難く、かつ電池腐食を低減できる本発明のアルミニウム基端子金具を具えるため、長期に亘り、十分なばね荷重を有することができ、低抵抗な接続状態を維持できる。
【００３４】
本発明の一形態として、自動車の配線構造に用いられる形態が挙げられる。
【００３５】
本発明の電線の端末接続構造は、電線の導体と端子金具の箱部及び導体接続部とが少なくともAl合金等によって構成され、かつ端子金具の別の一部もFeやCuよりも軽量なチタンやチタン合金によって構成されるため、軽量である。従って、上記形態は、軽量化が望まれる自動車用途に好適に利用できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のアルミニウム基端子金具、及び本発明の電線の端末接続構造は、応力緩和し難く、電池腐食を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のアルミニウム基端子金具の概略構成図であり、(A)は、本発明のアルミニウム基端子金具とオス型端子金具との嵌合前、(B)は、両端子金具の嵌合部を嵌合した状態を示す。
【図２】本発明のアルミニウム基端子金具に具える弾性片を模式的に示す断面図であり、(A)は、弾性片と接点層との間に接点介在層を具える形態(i)、(B)は、箱部と弾性片との間に接合介在層を具える形態(ii)、(C)は、弾性片全体がチタン又はチタン合金から構成される形態(iii)を示す。
【図３】応力緩和特性を示すグラフであり、(A)は、荷重残存率の経時的変化を示すグラフ、(B)は、荷重の経時的変化を示すグラフである。
【図４】従来のメス型端子金具、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。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明をより詳細に説明する。まず、図1を参照して本発明のアルミニウム基端子金具の具体的な形状を説明する。
【００３９】
[端子金具]
(全体構成)
本発明のアルミニウム基端子金具:端子金具10は、その基本的形状は図4で説明したメス型端子金具100Fと同様である。具体的には、端子金具10は、電線200に具える導体210が接続される導体接続部と、導体接続部の一方の側に延設されて、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10では、導体接続部はワイヤバレル部11であり、電気的接続部は、別の端子金具の一部(図1ではオス型端子金具100Mに具える棒状のオス型嵌合部140。以下、相手側嵌合部と呼ぶ)に嵌合して電気的に接続される嵌合部13である。その他、端子金具10は、導体接続部の他方の側に延設されて、電線200に具える絶縁層220を保持するインシュレーションバレル部12を具えることができる。
【００４０】
<導体接続部>
導体接続部は、導体を圧着する圧着タイプのもの、溶融した導体が接続される溶融タイプのものなどがある。圧着タイプは、一対の圧着片や一つの圧着筒体を主体とするワイヤバレル部を具えるものが挙げられる。図1に示すワイヤバレル部11は、断面U字状であり、電線の導体が配置される底部と、この底部に立設される一対の圧着片を具える形態を示す。圧着片は、導体を挟持するように折り曲げられ、更に圧縮されて導体を圧着する。圧着筒体は、導体が挿入される孔を有し、この孔に導体が挿入され、更に圧縮されて導体を圧着する。溶融タイプは、断面U字状であり、電線の導体が配置される底部と、この底部に立設される一対の壁片を具える形態が挙げられる。このU字部分によって溶融した導体を保持する。
【００４１】
<嵌合部>
嵌合部13は、相手側嵌合部が挿入される筒状の箱部14と、相手側嵌合部に接触する少なくとも一つの弾性片15とを具える。弾性片15の少なくとも一部は、箱部14の内側に配置される。図1に示す例では、弾性片15の全体が箱部14内に配置されている。
【００４２】
箱部14は、相手側嵌合部が挿入可能な筒状であれば、その形状は特に問わない。相手側嵌合部の全周を覆うように箱部14が存在する形態は、(1)箱部14の剛性が高く変形し難い、(2)相手側嵌合部の保護・脱落防止を図ることができる、(3)弾性片15の接合面積を十分に有することができる。箱部14の表面の一部に弾性片15との接合領域を具える。
【００４３】
上述の導体接続部を構成する圧着片や壁片は、素材板にプレス加工といった塑性加工を施して、底部から立設するように成形することで製造できる。ワイヤバレル部11と同様の形態のインシュレーションバレル部12を具える場合、つまり断面U字状であり、絶縁層220が配置される底部と、この底部に立設される一対の圧着片とを具える場合も同様に、上記素材板にプレス加工などを施すことで製造できる。箱部14も、導体接続部を形成する素材板にプレス加工といった塑性加工を施して、この素材板の所定の位置に所定の形状(例えば、四角筒状)に成形することで製造できる。つまり、導体接続部やインシュレーションバレル部12の形状によっては、導体接続部などと箱部14とは、一つの素材板に適宜塑性加工を施すことで製造でき、生産性に優れる。
【００４４】
弾性片15は、箱部14に挿入された相手側嵌合部に直接接触して、導通をとる部材である。弾性片15が一つの場合、この弾性片15と箱部14の内面とで相手側嵌合部を挟み、弾性片15の付勢力によって、相手側嵌合部を箱部14の内面に押し付けることで、箱部14と相手側嵌合部と弾性片15とが圧接する。弾性片15が複数の場合、例えば、図1に示すように二つの弾性片152,153を対向配置させて相手側嵌合部を挟み、両弾性片152,153の付勢力によって、弾性片152,153と相手側嵌合部とが圧接する。上述の圧接により、箱部14から弾性片15(152,153)を経て相手側嵌合部に至る導電経路が構築される。
【００４５】
弾性片15は、例えば、所定の幅に切断した帯状の金属板に曲げ加工などを適宜施して、付勢力を発現可能な屈曲形状としたものが挙げられる。弾性片15は、その表面の一部に箱部14との接合領域を具え、他部に相手側嵌合部と直接(又は間接的に)接触する接点領域を具える。接合領域は、代表的には、箱部14の内面に接合される。弾性片15が箱部14の外面に接合された形態とすることもできる。
【００４６】
図1に示す弾性片152は、帯状板の両端部を屈曲した断面〕状の屈曲部材であり、両端部に接合領域を具え、中央部が接点領域である。弾性片153は、帯状板の一端部に対して他端側が傾斜するように折り曲げられ、他端側寄りの領域の一部が山状に屈曲した屈曲部材であり、一端部が接合領域154(図2)、山状の突出部分が接点領域157(図2)である。両弾性片152,153は、互いの接点領域間が、挿入される相手側嵌合部の厚さよりも若干狭くなるように対向配置される(図1(A))。この配置により、図1(B)に示すように相手側嵌合部(ここではオス型嵌合部140)を嵌合部13の箱部14に挿入すると、弾性片152の中央部(接点領域)は弾性片153側に相手側嵌合部を押し付け、弾性片153の山状の突出部分(接点領域)は、弾性片152側に相手側嵌合部を押し付ける。このようにして、両弾性片152,153は、相手側嵌合部を挟持すると共に相手側嵌合部と接触して、電気的に接続される。この接触状態は、弾性片15の付勢力によって維持される。
【００４７】
弾性片15における接点領域には接点層17(図2)を具えることが好ましい。接点層17の構成材料は、錫、又は錫合金が好ましい。この形態は、接点材料が柔らかい錫、又は錫合金によって構成されるため、端子金具10(図1)と別の端子金具との接続時に接点材料(接点層17)が容易に変形して、両端子金具の接触面積を十分に広く確保できる上に両端子金具が密着できる。従って、この形態は、低抵抗な接続構造を構築できる。弾性片15における接点領域以外の箇所の表面にも被覆層を具えることができる。例えば、弾性片15における箱部14との接合領域を除く全域に被覆層を具える場合、外部環境からの機械的保護や耐食性(耐酸化性)の向上を図ることができる。被覆層の構成材料は、例えば、錫、錫合金が挙げられる。
【００４８】
そして、本発明では、箱部14と弾性片15とが別部材であり、接合によって一体化されている点を特徴の一つとする。箱部14と弾性片15との接合には、レーザ溶接などの高エネルギー熱源を利用した溶接、TIG溶接、摩擦撹拌接合:FSWなどの固相拡散による接合などを利用することができる。
【００４９】
(組成)
本発明では、箱部14、及び箱部14に連続するワイヤバレル部11やインシュレーションバレル部12は、アルミニウム合金から構成されることを特徴の一つとする。また、本発明では、箱部14から弾性片15を経て相手側嵌合部に至る導電経路に、チタン又はチタン合金から構成されるTi系部材を具えることを特徴の一つとする。端的にいうと、弾性片15又は弾性片15の近傍がチタン又はチタン合金から構成されている。また、Ti系部材は、アルミニウム合金からなる部材に接して設けられている。
【００５０】
図2を参照して、弾性片15及びその近傍の具体的な形態を説明する。図2(A)に示す形態(i)は、アルミニウム合金からなる弾性片15Aと、弾性片15Aの表面の少なくとも一部に設けられたTi系部材(図2(A)では接点介在層20)とを具える。図2(B)に示す形態(ii)は、アルミニウム合金以外の金属からなる弾性片15Bと、弾性片15Bの表面の少なくとも一部に設けられたTi系部材(図2(B)では接合介在層30)とを具える。図2(C)に示す形態(iii)は、チタン又はチタン合金からなる弾性片15C(＝Ti系部材)を具える。
【００５１】
形態(i)では、箱部14や弾性片15Aを構成するアルミニウム合金は、特に、強度や曲げなどの機械的特性や耐熱性、成形性に優れる組成のものが好適に利用できる。例えば、JIS規格に規定される2000系合金、6000系合金、7000系合金などが挙げられる。これらの合金は、高強度である上に、高温(例えば、100℃超。自動車用途などでは120℃〜150℃程度)であってもクリープ変形し難い。そのため、高温環境での使用でも応力緩和し難く、高いばね荷重を維持できる。2000系合金は、ジュラルミン、超ジュラルミンと呼ばれるAl-Cu系合金であり、強度に優れる。具体的な合金番号として、例えば、2024,2219などが挙げられる。6000系合金は、Al-Mg-Si系合金であり、強度、耐食性、陽極酸化性に優れる。具体的な合金番号として、例えば、6056,6061などが挙げられる。7000系合金は、超々ジュラルミンと呼ばれるAl-Zn-Mg系合金であり、非常に高強度である。具体的な合金番号として、例えば、7075などが挙げられる。
【００５２】
箱部14を構成するアルミニウム合金と弾性片15Aを構成するアルミニウム合金とは、異なる組成でもよいし、同じ組成でもよい。いずれの場合も、弾性片15Aの構成材料(主としてアルミニウム合金、又はアルミニウム合金と補強層としてのTi系部材との複合材)の引張強さが、箱部14の構成材料の引張強さに比較して高いことが好ましい。引張強さ(室温)が高いことで、耐力(0.2％耐力(室温))も高くなり、永久変形し難くなることで、弾性片15Aが応力緩和し難くなる。特に、弾性片15Aは、高温でも応力緩和し難いように、耐熱性に優れるアルミニウム合金から構成されることが好ましい。
【００５３】
箱部14の構成材料と弾性片15Aの構成材料とが異なる組成の場合、箱部14は、塑性加工性に優れるアルミニウム合金、特に、熱処理によって十分な伸びを有することができる6000系合金が好ましい。弾性片15Aは、高強度で耐熱性に優れる2000系合金、6000系合金、7000系合金のいずれかが好ましい。
【００５４】
同じ組成のアルミニウム合金であっても、熱処理によって、結晶粒径の大きさ、析出物の含有量や大きさ、添加元素の固溶量などを変化させることで、種々の組織とすることができる。そして、組織が異なることで、特性を異ならせることができる。例えば、同じ組成のアルミニウム合金板を用意し、熱処理条件を調整することで、箱部14に適した素材(例えば、伸びが高く成形性に優れるもの)と、弾性片15Aに適した素材(例えば、強度や耐力が高く応力緩和し難いもの)とを製造できる。従って、この形態は、生産性に優れる。また、箱部14を構成するアルミニウム合金と、弾性片15Aを構成するアルミニウム合金とが同一組成である形態では、接合性にも優れる。更に、この形態は、箱部14と弾性片15Aとの間で実質的に電池腐食が生じ得ない。従って、この形態は、長期に亘り、箱部14と弾性片15Aとが強固に接合された状態を維持できる。この形態の材質は、6000系合金が好ましい。
【００５５】
弾性片15Aでは、接点領域157と接点層17との間に、Ti系部材として接点介在層20を具える。この構成により、アルミニウム合金からなる弾性片15Aと錫などからなる接点層17とが直接接触せず、両者間における電池腐食を抑制して、長期に亘り接点層17を保持できる。このTi系部材:接点介在層20は、電池腐食の抑制部材(犠牲部材)として機能する。そのため、接点材料を介して弾性片15Aと相手側嵌合部との密着状態を良好に維持できる。従って、この場合、Ti系部材(接点介在層20)が介在していながらも、良好に導通をとることができる。
【００５６】
弾性片15AにおけるTi系部材の形成領域は、適宜選択することができる。例えば、Ti系部材の形成領域を、上述の接点領域157を含み、更に広い範囲(例えば、板状の弾性片15Aの一面全面に層状のTi系部材を具える、など)とすると、弾性片15Aの高強度化、ひいては耐力の向上を図ることができる。この場合、Ti系部材は、弾性片15Aを構成するアルミニウム合金よりも高強度なチタン又はチタン合金によって構成することが好ましい。この形態は、Ti系部材:接点介在層20を電池腐食の抑制部材として機能させると共に、補強材としても機能させるため、弾性片15Aが応力緩和し難く、高いばね荷重を発現できる。また、弾性片15AにおけるTi系部材の形成領域が多い場合には、アルミニウム合金のみからなる弾性片であって同じ耐力を有するものと比較して、弾性片15Aの厚さを薄くできる。つまり、この場合には、端子金具の薄型化、小型化を図ることができる。但し、形態(i)では、弾性片15Aにおける箱部14との接合領域154は、電池腐食を抑制する観点から、アルミニウム合金であることが好ましい。弾性片15Aにおけるアルミニウム合金からなる部分が多い場合には、良好な導電性を有したり、軽量化を図ったりすることができる。
【００５７】
形態(ii)では、弾性片15Bの構成金属は、銅、銅合金、鉄、鉄合金などが挙げられる。これらの金属はいずれも、(1)箱部14を構成するアルミニウム合金よりも一般に引張強さ(室温)や耐力(室温)が高く、応力緩和し難いため、ばね特性に優れる、(2)耐熱性に優れており、高温であっても長期に亘り高いばね荷重を維持できる、(3)冷間加工性に優れており、所望の形状の弾性片15Bを容易に成形できる。特に、銅や銅合金は、導電性に優れて好ましく、鉄や鉄合金は、強度に優れて好ましい。銅合金は、従来の端子金具に利用されている黄銅などが好適に利用できる。鉄合金は、ステンレス鋼、炭素鋼などが好適に利用できる。
【００５８】
弾性片15Bでは、箱部14との接合領域154に、Ti系部材として接合介在層30を具える。アルミニウム合金からなる箱部14と、アルミニウム合金以外の金属からなる弾性片15Bとの間にTi系部材(接合介在層30)が存在するため、箱部14と弾性片15Bとが直接接触せず、両者間における電池腐食を効果的に低減できる。この形態におけるTi系部材:接合介在層30は、電池腐食の抑制部材として機能する。弾性片15BにおけるTi系部材の形成領域も適宜選択できる。例えば、Ti系部材の形成領域を、上述の接合領域154を含み、更に広い範囲とすると(例えば、板状の弾性片15Bの一面全面に層状のTi系部材を具える、などとすると)、CuやFeよりも軽量なTiからなる部分(チタン合金の場合もある)が多くなり、軽量にできる。
【００５９】
上述の形態(i),(ii)に具えるTi系部材(接点介在層20、接合介在層30)の構成材料は、Ti及び不可避不純物から構成される純チタン、添加元素と残部がTi及び不可避不純物とから構成されるチタン合金のいずれでもよい。純チタンは、例えば、JIS規格に規定される4種などが挙げられる。チタン合金は、例えば、JIS規格に規定される80種(Ti-Al-V系β合金)などが挙げられる。
【００６０】
Ti系部材の厚さは、適宜選択することができる。電池腐食の低減の目的では、Ti系部材の厚さは極薄くてもよい(10μm程度)と考えられる。Ti系部材の製造性を考慮すると、0.2μm以上20μm以下程度が利用し易いと考えられる。強度や耐力の向上目的では、Ti系部材の厚さは、厚いほど好ましいが、重量の増加を招くことから、1μm以上20μm以下、更に10μm以下程度が好ましいと考えられる。また、Ti系部材は、β相組織によって構成されていると塑性加工性が高く好ましい。組成や組織の確認には、例えば、X線回折を利用することが挙げられる。
【００６１】
形態(iii)では、弾性片15C全体の構成金属は、上述の列挙した各種の純チタン又はチタン合金が挙げられる。このような弾性片15Cは、(1)一般に引張強さ(室温)や耐力(室温)が高く、応力緩和し難い、(2)耐熱性にも優れることから、高温であっても長期に亘り高いばね荷重を維持できる。特に、Ti系部材:弾性片15Cを構成するチタン又はチタン合金は、箱部14を構成するアルミニウム合金よりも高強度であることが好ましい。また、チタン合金は、β相組織によって構成されていると、強度がより高いことから、弾性片15Cが薄くても、高いばね荷重を発現できる。従って、β相組織からなる弾性片15Cを具える形態は、弾性片15Cの薄型化を図ることができる。また、β相組織は塑性加工性にも優れることから、β相組織を有する素材板にプレス加工といった塑性加工を施すことで所望の形状の弾性片15Cを製造できる。従って、β相組織からなる弾性片15Cを具える形態は、生産性にも優れて好ましい。形態(iii)では、弾性片15Cにおける箱部14との接合領域154がチタン又はチタン合金によって構成されることから、箱部14と弾性片15Cとの間の電池腐食を効果的に低減できる。
【００６２】
弾性片15Cにおける接点領域157に接点層17を具える形態とすると、相手側嵌合部と密着でき、接続抵抗を低減できて好ましい。
【００６３】
なお、形態(i)では、接点介在層20と接点層17との間、形態(ii)では、弾性片15Bと接点層17との間、形態(iii)では、弾性片15Cと接点層17との間に、Niなどの金属からなる層を具えることができる。
【００６４】
(端子金具の製造方法)
本発明のアルミニウム基端子金具は、例えば、種々の組成の素材板を用意して、以下の工程を経て製造することができる。
製法(1):第一の素材板から箱部や導体接続部、インシュレーションバレル部(以下、箱部等と呼ぶ)を作製、第二の素材板から弾性片を作製⇒接合
製法(2):第一の素材板から弾性片を作製⇒第二の素材板に弾性片を接合⇒第二の素材板を箱部等に成形
製法(3):第一の素材板から弾性片を作製⇒第二の素材板を箱部等に成形途中に弾性片を接合⇒箱部等に最終成形
【００６５】
製法(1)は、箱部を成形し易い。また、製法(1)では、例えば、箱部の外表面に接合領域を具えると、接合作業を行い易い。この場合、弾性片の接合領域が箱部外に配置され、弾性片の接点領域が箱部内に配置されるように弾性片を形成する。製法(2)は、接合作業を行い易い。製法(3)は、成形の制限があるものの、接合作業が比較的行い易い。
【００６６】
箱部等に用いられるアルミニウム合金からなる素材板は、例えば、鋳造→熱間圧延→冷間圧延→熱処理という工程により製造できる。この熱処理は、箱部等を成形できる程度に引張強さが低く、伸びが高い素材板が得られるように条件を選択する。熱処理後の素材板を所定の形状に打ち抜いて、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して箱部等を成形する。
【００６７】
弾性片をアルミニウム合金とする形態(i)では、上述の素材板の製造工程における熱処理条件を強度や耐力が高い素材が得られる条件とすることで、弾性片用の素材板を製造できる。つまり、熱処理条件以外の工程を箱部等用の素材板と共通に行える。熱処理後の素材板を所定の形状に打ち抜きして又は切断して、所定の形状になるように曲げ加工などを施して弾性片を成形する。弾性片は、箱部よりも比較的簡易な形状であるため、箱部よりも比較的容易に成形できる。従って、弾性片用の素材板には、箱部等に用いる素材板のような高い成形性を有していないものを利用できる。特に、図1,図2に示すような屈曲形状の弾性片とする場合、成形し易く、生産性に優れる。上記成形の前後にTi系部材(接点介在層など)の形成を行う。Ti系部材の厚さや形成領域などによって、Ti系部材の形成時期を選択するとよい。
【００６８】
アルミニウム合金に施す熱処理をより詳しく説明する。6000系合金にT6処理(溶体化処理後に人工時効)やT7処理(溶体化処理後に最大強さを得る人工時効処理条件を超えて過剰時効)を施すと、箱部等の成形に必要な伸びが十分に得られる。6000系合金にT8処理(溶体化処理後に冷間加工を行い、更に人工時効)やT9処理(溶体化処理後に人工時効を行い、更に冷間加工)を施すと、冷間加工による加工硬化などにより、弾性片が高いばね荷重を発生するために必要な強度や耐力を得ることができる。
【００６９】
6000系合金に施すT6処理の具体的な条件は、例えば、溶体化処理:510℃〜550℃程度、時効処理:160℃〜180℃程度、5時間〜30時間程度などが挙げられる。T6処理において時効処理の温度を200℃〜250℃と高めにしてT7処理とすると、成形性をより向上することができる。6000系合金に施す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:上述のT6処理と同様、冷間加工は冷間圧延が挙げられる。冷間加工は、総圧下率:5％〜50％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℃〜120℃、1時間〜15時間程度が挙げられる。
【００７０】
アルミニウム合金からなる弾性片や素材板などの表面に(層状の)Ti系部材を形成するには、例えば、蒸着(例えば、真空蒸着など)、溶射等が挙げられる。所望の領域及び所望の厚さのTi系部材が形成できるように上述の条件を調整する。
【００７１】
弾性片をアルミニウム合金以外の金属とする形態(ii)では、弾性片の素材は、所望の組成の板材などを利用することができる。市販品でもよい。素材以外の点は、形態(i)と同様であり、素材を所定の形状にした後、所望の領域に(層状の)Ti系部材を形成すると共に、曲げ加工などを施して所望の形状に成形する。
【００７２】
弾性片全体をチタン又はチタン合金とする形態(iii)では、弾性片の素材は、所望の組成の板材などを利用することができる。市販品でもよい。この素材を所定の形状に打ち抜きして又は切断して、曲げ加工などを施して所望の形状に成形する。塑性加工性を高めるために、曲げ加工前にβ相組織とするための熱処理(例えば、加熱温度:700℃〜900℃程度、加熱時間:0.5時間〜5時間程度)を施すことができる。β相組織を有する素材を利用してもよい。
【００７３】
接点層を具える形態は、任意の段階で接点層を形成することができる。つまり、素材板(切断などしていないもの)の段階、所定の形状に打ち抜かれた又は切断された素材片の段階、プレス加工や曲げ加工などが施された最終形状の段階のいずれでもよい。但し、形態(i)では、弾性片の上に接点介在層を形成した後、接点介在層の外周に錫などからなる接点層を形成する。接点層の形成には、種々のめっき法、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。
【００７４】
なお、端子金具は、素材の特性(荷重残存率、残存荷重、0.2％耐力、引張強さ、伸び、導電率など)、組成、組織を実質的に維持する。
【００７５】
[電線の端末接続構造]
(電線)
本発明のアルミニウム基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る。特に、導体が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、導体接続部が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からなる接続構造である。そのため、電線の導体と端子金具との間で電池腐食が実質的に生じない。
【００７６】
<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及び不可避的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及びBの少なくとも一方を含有することができる。質量割合でTiは100ppm以上500ppm以下、Bは10ppm以上50ppm以下が挙げられる。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やアルミニウム線を利用できる。
【００７７】
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できる。例えば、線径は、0.2mm以上1.5mm以下が挙げられる。
【００７８】
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、耐衝撃性に優れることから、端子金具同士の接続作業時などで断線し難い。
【００７９】
<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できる。
【００８０】
(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: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。
【００８１】
(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、この露出部分を本発明のアルミニウム基端子金具の導体接続部に配置して接続する。例えば、圧着片を具える形態では、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。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。上述の工程により、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アルミニウム基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。
【００８２】
[試験例1]
種々の組成の金属板を用意し、室温特性及び応力緩和特性を調べた。
【００８３】
この試験では、表1に示す種類(合金番号)の2000系合金、6000系合金、7000系合金からなる市販のアルミニウム合金板を用意した。用意したアルミニウム合金板(圧延材)に表1に示す条件の熱処理を施した。また、表1に示す種類の純チタン(4種)からなる市販の純チタン板と、チタン合金(80種、β合金)からなる市販のチタン合金板を用意した。用意した金属板はいずれも、厚さ0.25mmとした。
【００８４】
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。
【００８５】
用意した厚さ0.25mmの金属板の室温特性(0.2％耐力、引張強さ)、及び高温での応力緩和特性を調べた。その結果を表1に示す。
【００８６】
0.2％耐力(MPa)、引張強さ(MPa)はいずれも、JIS  Z  2241(2011)の規定に基づいて測定した。純チタン板、チタン合金板、銅合金板については、JIS  Z  2241(2011)の規定に基づいて室温での伸び(％)も測定した。
【００８７】
応力緩和特性は、JIS  B  2712(2006)の規定に基づいて応力緩和試験を行い、残存荷重、荷重残存率を測定して評価した。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(初期荷重)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1に示す室温特性の0.2％耐力)の75％〜80％となるように設定した。設定した初期の試験荷重を室温で試験片に負荷した後、120℃に昇温し、経時的に荷重を測定した。ここでは、5時間後、10時間後、20時間後、50時間後、100時間後、以降100時間ごとに荷重を測定し、(測定した荷重/初期荷重)×100を荷重残存率(％)とする。荷重残存率(％)を図3(A)、時間ごとの荷重(残存荷重)を図3(B)に示す。
【００８８】
【表１】
2013257944.tif 000003
【００８９】
表1に示すように2000系合金、6000系合金、7000系合金はいずれも、高強度であることが分かる。また、アルミニウム合金からなる試料No.1-1〜No.1-4は、室温での特性(ここでは0.2％耐力、引張強さ)が銅合金からなる試料No.100と同等程度又はそれ以下である。しかし、図3に示すように試料No.100は、使用初期に荷重が大きく低下し、荷重残存率が小さくなっているのに対して、試料No.1-1〜No.1-4は、経時的な荷重の低下が小さく、銅合金からなる試料No.100よりも荷重残存率が高いことが分かる。また、試料No.1-1〜No.1-4はいずれも、図3(B)に示すように経時的にみれば、残存する荷重が銅合金からなる試料No.100と同等、又は試料No.100よりも大きいことが分かる。例えば、2000系合金からなる試料No.1-1は、10時間後、6000系合金からなる試料No.1-3は、20時間後、7000系合金からなる試料No.1-4は、5時間後には、銅合金からなる試料No.100の荷重を上回っている。試料No.1-2は、1000時間後に試料No.100と同等の荷重となっている。
【００９０】
この試験によって、上述のアルミニウム合金は、応力緩和特性に優れること、特に、100℃超といった高温での応力緩和特性に優れることが確認された。また、上述のアルミニウム合金は、従来の銅合金からなる端子金具に対して、遜色ない程度の応力緩和特性を有するといえる。
【００９１】
一方、純チタンからなる試料No.1-5、チタン合金からなる試料No.1-6はいずれも、銅合金からなる試料No.100と同等、更にそれ以上の強度及び0.2％耐力を有し、室温での特性に優れることが分かる。このことから、上述の純チタンやチタン合金は、従来の銅合金からなる端子金具に対して、応力緩和特性により優れると期待される。また、伸びを比較すると、試料No.1-5,No.1-6はいずれも15％、試料No.100は13％であり、試料No.1-5,No.1-6は試料No.100よりも伸びにも優れることが分かる。このため、試料No.1-5,No.1-6は塑性加工性にも優れるといえる。
【００９２】
[試験例2]
同一組成のアルミニウム合金板を複数用意して、異なる条件で熱処理を施し、機械的特性を調べた。
【００９３】
この試験では、試験例1で用いた市販のアルミニウム合金板(圧延材)と同様のものであって、6000系合金:6056からなり、厚さ0.25mmのものを用意し、表2に示す条件の熱処理を施した。T8処理では、溶体化処理後、低温(80℃)での予備時効処理を施してから、冷間加工として冷間圧延(圧下率:20％)を行い、最後に高温(170℃)での最終時効処理を施した。T9処理では、溶体化処理、時効処理を順に施した後、冷間加工として冷間圧延(圧下率:20％)を行った。
【００９４】
用意した厚さ0.25mmのアルミニウム合金板の室温特性(0.2％耐力、引張強さ、伸び、導電率)を調べた。その結果を表2に示す。
【００９５】
0.2％耐力(MPa)、引張強さ(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(％)は、四端子法で測定した電気抵抗から算出した。
【００９６】
比較として、試験例1と同様の銅合金板(黄銅1種:C2600-EH、厚さ:0.25mm、市販品)を用意した。この銅合金板の導電率のみ、カタログ値である。
【００９７】
【表２】
2013257944.tif 000004
【００９８】
表2に示すように、同一組成のアルミニウム合金であっても、熱処理条件によって機械的特性を異ならせることができることが分かる。試料No.2-1,No.2-2では、比較的低強度で伸びが高く、靭性に優れることが分かる。そのため、試料No.2-1,No.2-2は、塑性加工を施した場合にも割れ難く、成形性に優れると期待される。一方、試料No.2-3,No.2-4は、比較的高強度であり、試料No.2-1,No.2-2よりも高強度であることから、応力緩和特性に優れると期待される。
【００９９】
用意した厚さ0.25mmのアルミニウム合金板の成形性を調べた。成形性は、各アルミニウム板から幅10mmの帯状の試験片をそれぞれ作製し、以下の90°曲げ試験及び密着曲げ試験を行って評価した。90°曲げ試験では、限界曲げ半径を評価した。限界曲げ半径は、試験片を90°に曲げた後、曲げ部分であって外側面の割れを観察し、割れが発生しない最小曲げ半径とした。密着曲げ試験は、曲げ半径:1mmでU字状に試験片を折り曲げ、折り曲げられて接近している帯状の試験片の両縁が更に接触するまで試験片を折り曲げ、この曲げの後、曲げ部分であって外側面の割れの有無を調べた。その結果を表3に示す。
【０１００】
【表３】
2013257944.tif 000005
【０１０１】
表3に示すように、比較的低強度で伸びが大きい試料No.2-1,No.2-2は、密着曲げといった強加工が施された場合にも、割れがなく、成形性に優れることが分かる。
【０１０２】
この試験から、同一組成のアルミニウム合金に対して、熱処理条件を適宜調整することで、成形性に優れるものや高強度なもの、といった特性が異なるものが得られることが確認された。特に、6000系合金では、T6処理やT7処理を施すことで、成形性を高められ、T8処理やT9処理を行うことでより高強度になることが確認された。
【０１０３】
更に、試験例1,2の結果から、嵌合部に具える箱部と弾性片とが別部材である端子金具を製造するにあたり、弾性片の素材には、試験例1のアルミニウム合金板や試験例2の試料No.2-3,No.2-4のアルミニウム合金板を好適に利用できるといえる。又は、弾性片の素材には、試験例1の純チタン板やチタン合金板を好適に利用できるといえる。箱部等の素材には、試験例2の試料No.2-1,No.2-2のアルミニウム合金板を好適に利用できるといえる。
【０１０４】
[試験例3]
端子金具を作製して、アルミニウム基電線の端部に取り付けて端子付き電線を作製し、電池腐食の状態を調べた。
【０１０５】
この試験では、図1に示す箱部14と弾性片15とが別部材である端子金具10を作製した。試料No.3-1は、箱部等の素材として、試験例2の試料No.2-1のアルミニウム合金板(厚さ0.25mm  6000系)を用い、弾性片の素材として、試験例1の試料No.1-6のチタン合金板(厚さ0.25mm  80種)を用いた。素材をそれぞれ所定の形状に打ち抜いた後、所定の形状に成形した。そして、チタン合金板からなる弾性片における接点領域にのみ、めっきによって錫層(厚さ1μm)を設けた後、箱部に弾性片を接合した。試料No.3-2は、箱部等の素材として、試験例2の試料No.2-1のアルミニウム合金板(厚さ0.25mm  6000系)を用い、弾性片の素材として、試験例2の試料No.2-4のアルミニウム合金板(厚さ0.25mm  6000系)を用いた。素材をそれぞれ所定の形状に打ち抜いた後、所定の形状に成形した。そして、試料No.2-4のアルミニウム合金からなる弾性片の接点領域にのみ、蒸着によってチタン層(厚さ0.5μm)を形成した後、チタン層の上にめっきによって錫層(厚さ1μm)を設けた。チタン層は、純チタンからなるものとした。錫層は接点層であり、チタン層は、接点介在層である。
【０１０６】
比較として、銅合金からなる端子金具:試料No.3-100も用意した。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(厚さ0.25mm)の全面に錫めっきを施したものを用いて、端子金具10と同様の形状のものを作製した。
【０１０７】
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た。この電線の端部において絶縁層を剥いで導体を露出させ、作製した各試料の端子金具のワイヤバレル部に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。
【０１０８】
作製した各試料の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(電池腐食)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程度)。得られた粉末を試料の一部が目視確認できる程度に、各試料に満遍なく振り掛けて(厚さ1mm以下)、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、導体の残存率を求めた。導体の残存率(％)は、{(残存している導体の断面積)/(試験前の電線の導体の断面積)}×100とする。この残存率により端子金具と導体との間における耐食性を評価する。
【０１０９】
また、試料No.3-1では、箱部における弾性片との接合領域(チタン合金との接触箇所)を切断し、この断面を観察して、箱部の残存率を求めた。箱部の残存率(％)は、{(残存している箱部における接合領域の断面積)/(試験前の箱部における接合領域の断面積)}×100とする。この残存率により、箱部と弾性片との間における耐食性を評価する。試料No.3-2では、弾性片における接点領域(錫層の形成箇所)を切断し、この断面を観察して、弾性片の残存率を求めた。弾性片の残存率(％)は、{(残存している弾性片における接点領域の断面積)/(試験前の弾性片における接点領域の断面積)}×100とする。この残存率により、弾性片と錫層(接点層)との間における耐食性を評価する。
【０１１０】
なお、導体の断面積、箱部の断面積、弾性片の断面積はいずれも、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。上述の残存率が高いほど、電池腐食し難く、耐食性が高いといえる。
【０１１１】
試験の結果、導体接続部がアルミニウム合金からなる試料No.3-1,No.3-2はいずれも、導体の残存率が95％以上であり、耐食性に優れていた。この理由は、アルミニウム合金からなる導体と、端子金具における導体との接触箇所との間で実質的に電池腐食が生じなかったため、と考えられる。また、試料No.3-1,No.3-2はいずれも、箱部の残存率も高く、耐食性に優れていた。この理由は、試料No.3-1では、アルミニウム合金からなる部分とチタン又はチタン合金からなる部分との間で電池腐食が生じ難いため、と考えられる。試料No.3-2では、アルミニウム合金からなる部分と錫からなる部分との間で生じ得る電池腐食をチタン又はチタン合金からなる部分の介在によって低減できたため、と考えられる。
【０１１２】
一方、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No.3-100は、導体の残存率が95％未満であった。この理由は、導体を構成するアルミニウム合金と、端子金具を構成する銅合金や錫との間で電池腐食が生じて、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。
【０１１３】
試験例3の結果に示すように、端子金具の嵌合部を構成する箱部と弾性片とが別部材であり、少なくとも箱部及び導体接続部がアルミニウム合金から構成され、アルミニウム合金との接触箇所がチタン又はチタン合金によって構成される場合、導体や端子金具の一部を構成するアルミニウム合金との間での電池腐食を効果的に低減できるといえる。また、このようなアルミニウム基端子金具を利用することで、電池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。
【０１１４】
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、チタン合金の組成、弾性片の材質、弾性片・箱部の形状、熱処理条件などを適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明のアルミニウム基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、本発明のアルミニウム基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やチタンであり、軽量であることから、自動車の配線構造(代表的には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。
【符号の説明】
【０１１６】
10  端子金具  11  ワイヤバレル部  12  インシュレーションバレル部
13  嵌合部  14  箱部  15,15A,15B,15C,152,153  弾性片
154  箱部との接合領域  157  接点領域  17  接点層
20  接点介在層  30  接合介在層
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  131  箱部
132,133  弾性片  140  オス型嵌合部  200  電線  210  導体  220  絶縁層
【図１】
2013257944.tif 000006
【図２】
2013257944.tif 000007
【図３】
2013257944.tif 000008
【図４】
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