特集

充電コネクタ用高挿抜耐久接続端子

High Durability Terminal for Hot Plug Power Charger＊清水 徹

Toru Shimizu

高田明典

近田Akinori Takada

一元

Kazumoto Konda

温室効果ガス排出削減の有効策として充電式電気自動車（EV/PHV）の開発普及が推進されている。専用コネクタでの充電は基本屋外にて毎日実施されるので砂塵／潮風／降雨に暴露された上での多回数の挿抜負荷に耐えなければならない。当社は充電コネクタの開発にあたって接続端子に独自の構造を適用し、上記耐久性能を実現させると同時に品質の安定においても相乗効果を得た。

Electric vehicles and plug-in hybrid vehicles are now the focus of the world’s attention for their low greenhouse gasemissions. The power chargers for these vehicles are generally used outdoors almost every day. Therefore, the charging
connector has to withstand severe conditions such as dust, sea breezes and rain, and endure a high number of recharging
cycles. In the development of charging connectors, we used our original contact structure to achieve high durability andstable performance.
キーワード：充電コネクタ、挿抜耐久、接続端子、切削加工

1.

緒言

地球温暖化対策の観点から温室効果ガスの排出抑制策が各産業分野で進められており、主要な排出源である自動車に※1、2の開発と普及が官民をおいては電気自動車（EV/PHV）

揚げて推進されている。電気自動車は充電スタンドもしくは家庭用電源コンセントから得た電力を専用の充電コネクタ／ケーブルを介して補充することにより走行が可能となる。
表 1 は当社充電コネクタ／ケーブル基本仕様である。

表1

当社充電コネクタ／ケーブル基本仕様

電流電圧
充電時間
定格

取得安全認証

図1

充電コネクタの使用環境

図2

充電コネクタ用接続端子

12A
AC200V
AC100V
約 90 分
約 180 分UL （米国市場）
CE （欧州市場）
PSE（日本市場）

充電は一般に屋外で行われるため、図 1 に示すように充電コネクタは砂塵／泥水／潮風／降雨に暴露される。更に

通常 1 日 1〜2 回以上の頻度で実施されるため、車両ライフタイムで計 10,000 回以上の挿抜が行われる。これらにより充電コネクタの接続端子にかかる挿抜での摩耗負荷は非常に大きい。当社の充電コネクタは接続端子に独自の構造工夫を行うことで、優れた挿抜耐久性能を実現した。

2.

充電コネクタ用接続端子
充電コネクタは国際規格 IEC62196 にて嵌合互換形状が規定されており、例えば type1 型普通充電コネクタにおいては図 2 に示すように ø3.6 丸ピン端子を車両インレットの38

充電コネクタ用高挿抜耐久接続端子

電源回路に配置、対向する充電コネクタにはピン端子径に接続適合するソケット端子を設定する。

3.

形状的特徴と挿抜耐久性能

3−1

泥水排出構造既述のとおり充電は主として屋外で行われるため、砂塵／潮風／降雨にさらされる。コネクタ挿抜による端子の接続接点摩耗は上記外来異物を噛み込んだ上で進行するの

3−2

接続接点形状図 5 に示すように、一般形状端子の接続接点は鋭角であり、ピンの円周方向に線接触であるのに対して、当社独自形状端子は平面接触としている。図 6 写真は挿抜摩耗がかなり進行した時点での接続接点の状況を示す。一般に接点で非常に過酷である。当社は独自の形状工夫を施し挿抜摩磨耗はピン端子の受入れ導入部分に早期に発生し、徐々に耗に対する耐性を高めた。図 3 に当社独自形状端子の構造後方へ進行する。当社独自形状端子は平面接触で接続領域の特徴を従来型の一般形状端子との比較で示す。一般形状が大きいため、挿抜摩耗が接続領域全体に広がるまでの時端子はコネクタに内包した泥水（砂塵混じりの雨水）が接間が長く結果長寿命となる。

続接点に継続して進入する構造となっているが、当社独自形状端子は接続接点進入前に大部分が両脇へ排出される構造としている。

図5

図3

接続接点形状泥水排出構造図 4 は UL2251 に基づく泥塩水挿抜試験 10,000 サイク

ル後の接続接点部の損傷状況を光学顕微鏡／SEM／元素マッピング※3

図6

挿抜摩耗の進行した接続領域により観察したものである。一般形状端子の接点が激しく摩耗損傷して表面 Ag めっき層が失われて母材 Cu 層が露出しているのに対し当社独自形状端子の接点損傷は非常に軽微で電気接続接点としての性状を良好に維持している。

図 7 は当社充電コネクタの挿抜耐久性能を UL2251 に基づく泥塩水挿抜試験にて検証したものである。電気接続抵
抗は 30,000 サイクルを超えて安定であり一般形状端子に

図4

接点摩耗状態（泥塩水挿抜耐久 10,000 回）

図7

泥塩水挿抜での限界確認試験

2014 年 7 月・ S E I テクニカルレビュー・第 185 号

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比して 3 倍以上の長寿命を得ている。接続接点の損傷は充電中の過剰発熱による溶損や火災等の重大事故につながるため、本耐久性能の持つ意味合いは非常に大きい。

4.

工法上の特徴と寸法安定性
図 8 に示すように端子接続部の正面断面形状は接続前においては非円形で接続後に相手側ピン径に合わせた円形状となるように設定される。

図 10

図8

接続接点の寸法安定性

接続部の正面形状
図 11

図 9 に接続端子の製作加工工程を示す。一般形状端子は外削／内径ドリル加工／スリット切りまでを切削加工で行った後、最終の接続部成形（図 8 形状）を別工程の絞り加工によって行う。一方で当社独自形状端子は独自開発の当社独自形状端子の接続状態検証したものである。当社独自形状端子は一般形状に比して 3 分の 1 以下のバラツキに収まっている。接続部位の寸法精度は接続性能の安定にとって非常に重要であり図 11 の特殊工具とプロセスにより最終の接続部成形までを含めて写真に示すよう正面断面および軸方向断面とも良好な接続

絞り加工無しの切削加工の一貫工程により製作する。

状態を確保している。

5.

表面処理
既述の通り充電は主として屋外にて行われるため、降雨や潮風のような腐食環境に宿命的にさらされる。図 12 は高濃度塩水への浸漬と空中暴露を繰返しながら、接続端子の電気的接続性能の安定性を評価したものである。家電コン

図9接続端子の製作加工工程

当社独自形状端子の接続接点は絞り加工によらない切削加工にて成形されるため、曲げの残留応力に影響されることがなく優れた寸法安定性を有する。図 10 は接続接点部寸法（内接円径）のバラツキを度数分布ヒストグラムで比較

40

充電コネクタ用高挿抜耐久接続端子

図 12

表面処理と電気的接続性能

セントでよく見られる Ni めっきもしくはめっき無の表面状態においては絶縁酸化膜の生成を要因と推定される接続抵抗の上昇があるが、Ag めっきにおいては影響をほとんど受用 語 集ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
EV※1Electric Vehicle：電気自動車のこと。近年、資源制約や環けず安定である。屋外環境を前提とする充電コネクタにお境問題への関心の高まりを背景に注目を集めている。ガソいて Ag めっきの電気的接続安定性は非常に安心であり、リン自動車が燃料をエンジンで燃焼させ、車を駆動させる当社製接続端子においても採用している。のに対して、電気自動車は電動モーターで車を駆動させる。

6.

Plug-in Hybrid Vehicle：外部電源から充電できるタイプ

結

※2

言PHV

当社は電気自動車（EV/PHV）用充電コネクタの開発にのハイブリッド自動車で、走行時に CO2 や排気ガスを出さあたり接続端子に独自の構造工夫を施すことで屋外想定環ない電気自動車のメリットとガソリンエンジンとモーター境での高い挿抜耐久性能を実現し、従来型の一般形状端子の併用で遠距離走行ができるハイブリッド自動車の長所をに比較して 3 倍近い長寿命を得ることができた。また工法併せ持つ自動車。

においても独自の工夫を行い、切削加工の一貫工程によって接続部の寸法を安定させることにより品質向上の成果も※3得た。当社充電コネクタは 2012 年より量産生産を開始、

elemental mapping：特性 X 線を用いた元素分析の一方各地域安全性認証（米国 UL 認証／欧州 CE マーキング等）

法、特定のエネルギーの X 線の計数率を信号として電子プを取得の上各国へ対応している。今後環境対応に優れた電ローブを走査することで、各点からの X 線放出量の違いを気自動車の普及とともに当社充電コネクタの活躍の場が画像化したもの。

元素マッピング

益々拡がることを期待する。

参考

文

献

（1） 充電コネクタ規格書、IEC62196-1、-2（2） 充電コネクタ規格書、UL2251（3） 充電コネクタ規格書、SAE J177

執筆

清水写真 1者 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------徹＊： SUMI REMA EV Solutions GmbH
Program Manager

高田明 典 ：住友電装㈱ 第 2 事業部

グループ長

近田一 元 ：住友電装㈱ 第 2 事業部

グループ長

当社充電コネクタの愛用者（ドイツ）------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者

2014 年 7 月・ S E I テクニカルレビュー・第 185 号

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