(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
図1は本実施形態にかかる雌端子1を模式的に示す斜視図である。また、
図2は、
図1に示す矢印A方向より眺めた雌端子1の正面図であり、
図3は、
図2に示す雌端子1のC−C断面図である。本実施形態にかかる雌端子1は、図示しないコネクタのハウジング内に収容され、コネクタと相手方のコネクタとが嵌合することによって、相手方のコネクタのハウジング内に収容された雄型端子と電気的に接続される。この雌端子1は、小型端子、具体的には、雌端子1と嵌合する雄端子の電気接触部としてのタブの幅(タブ幅)が0.64mm以下のサイズに対応する雌端子に好適である。
【0013】
雌端子1は、導電性を有する一枚の板金(銅合金の板金)をプレス加工して成形されている。雌端子1は、電気接触部10と、電線接続部40とを有し、両者が一体形成されている。
【0014】
電気接触部10は、箱部11と、弾性片12と、接触部13とを一体に備えている。
【0015】
箱部11は、四角筒状に形成されており、底壁14と、一対の側壁15a,15bと、一対の上壁16a,16bとを有している。箱部11において、電線接続部40から離れた一方の端部側の開口からは、矢印Aに沿って雄端子のタブが挿入される。
【0016】
底壁14、一対の側壁15a,15bおよび一対の上壁16a,16bは、それぞれ帯板状に形成されている。ここで、底壁14は、電線接続部40の後述する底板部41から延在して形成されており、この底壁14と底板部41とで略同一平面を構成している。一対の側壁15a,15bは、底壁14における長辺側の縁部にそれぞれ連続しており、底壁14に対して直角をなす壁面を形成している。一対の上壁16a,16bは、側壁15a,15bにおける他方の長辺側の縁部(底壁14と対向する側の縁部)にそれぞれ連続しており、側壁15a,15bに対して直角をなす壁面を形成している。また、一対の上壁16a,16bは、互いに重なり合って配置されており、一方の側壁15bに連なる一方の上壁16bは、箱部11の内側に配され、他方の側壁15aに連なる他方の上壁16aは、箱部11の外側に配されている。
【0017】
弾性片12は、底壁14の前方(具体的には、電線接続部40側と対向する一方の端部側)に連続しており、後方(電線接続部40側)へと折り返された状態で箱部11の内部に収容されている。弾性片12は帯板状に形成されており、この弾性片12には箱部11内に挿入された雄端子のタブが接触する。
【0018】
接触部13は、箱部11の一方の上壁16bの一部を打ち出すことによって形成され、箱部11の内側に凸状に突出している。接触部13は、箱部11内に挿入される雄端子のタブを弾性片12に向かって付勢して、このタブを弾性片12との間に挟んで保持する。
【0019】
電線接続部40は、電気接触部10に連なっている。電線接続部40は、
図1等に示すように、電気接触部10に連なる底板部41と、底板部41に連なる複数の加締部42とを備えている。底板部41は、帯板状に形成されている。底板部41の上側には、芯線が露出された状態の電線の端部が載置される。
【0020】
加締部42は、底板部41の幅方向両端に複数設けられている。加締部42は、それぞれ、底板部41に近づく方向に曲げられて底板部41との間に電線を挟み、電線を加締める。加締部42が電線を加締めることで、電線接続部40に電線が取り付けられて、雄型端子と電線とが電気的に接続される。
【0021】
このような雌端子1の特徴の一つとして、本実施形態では、材料製造時の製造条件のうち、特に加工熱処理条件を工夫し、強度と成形性を向上させた銅合金を使用する。具体的には、タブ幅0.64mm以下の小型端子に使用するためには、銅合金の材料強度として、0.2%耐力が700MPa以上を備えることが好ましい。一方、700MPa以上であっても、材料強度が高すぎるとかえって加工性を悪化させる虞がある。そこで、材料強度の上限としては、10mm以上の板幅で圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行った際に割れが発生しない程度の強度であることが好ましい。
【0022】
上記のような強度と成形性を向上させた銅合金は、Cu−Ni−Si系(いわゆるコルソン系)銅合金の時効熱処理前に連続繰り返し曲げ加工を施すことによって得られる。具体的には、上記銅合金板材の製造法として、所定の組成のコルソン系合金(例えばCDA番号でC70250,C64745,C64725)を溶解、鋳造してインゴットを作成した後、熱間圧延を行い、冷間圧延と焼鈍を少なくとも1回実施した後、15〜50%の冷間圧延が施された材料に、その材料の0.2%耐力(MPa)の30〜70%に相当する張力を付与しながら伸び率が0.1〜1.5%となる連続繰り返し曲げ加工を施し、次いで例えば420〜520℃の時効処理を施す工程を有する。そして、この時効処理後に、30%以下の最終冷間圧延と250〜550℃の加熱処理を施す工程を有する製造法を採用することが好ましい。
【0023】
連続繰り返し曲げ加工は、条材の状態で板材を通板しながら歪みを片側の表層部ごとに交互に付与するものであり、例えばテンションレベラーに通板することで実現できる。テンションレベラーは金属条材の形状矯正あるいは残留応力の分布均一化に用いられる設備であり、条材に張力(テンション)を加えながら板面両側に交互に配置されたロールで繰り返しの曲げ変形を付与するものである。
【0024】
また時効析出前に連続繰り返し曲げ加工を行う方法は、コルソン系合金に特に有効であるが、その他析出強化を利用する銅合金においても同じ技術を適用できる。この様に時効析出前に連続繰り返し曲げを行うことにより、板厚方向の両表層部には析出物が少なく、板厚中央部には析出物が多い金属組織、すなわち、両表層部と中央部との析出物量に差を設けた特異な金属組織を実現することによって、700MPaもの高い0.2%耐力と180度密着曲げを行った際に割れが発生しない良好な曲げ加工性という相反する要求を同時に満たすこととなる。
【0025】
また、小型端子では製品寸法が小さいため、特に箱部11の曲げ加工処理が問題となる。曲げ加工において、箱部11の外側は引張加工となるが、内側は圧縮加工となることから、加工割れが生じ易い。加工割れを抑制するために、曲げ半径を大きく設定することが考えられるが、かかる手法によれば、端子の外形寸法が大きくなるという問題がある。
【0026】
このような問題点を解決する材料的なアプローチとして、端子材料の結晶粒を微細化するという手法がある。しかしながら、5μm以下の結晶粒の微細化では、応力緩和現象により長期耐久後の通電性が悪化するという問題がある。また、60μm以上の結晶粒の微細化では、箱部11の曲げ外周部が肌荒れを起こし、商品性が悪化するという問題がある。
【0027】
また、かかる手法を用いて曲げ加工を成立させた場合、箱部11の曲げ外周部が膨らむことで、箱部11の断面積が大きくなる。そのため、コネクタハウジングへの端子の挿入性が悪化し、端子としての商品性が低下するという問題がある。コルソン系銅合金に代表される高強度材料では、プレス加工時のスプリングバックにより、直角部の加工性の低下が顕著に現れる。
【0028】
そこで、本実施形態では、前述の如く曲げ加工性に優れたコルソン系銅合金を使用することとし、端子の箱部11の曲げ部B1〜B4の内側に切欠17を設けることとする。具体的には、
図2に示すように、箱部11の外側の上壁16aとこれに連続する側壁15aとによって形成される曲げ部B1には、曲げ部B1の延在方向(端子の長さ方向(タブの挿入方向))に沿って線状に並んだ切欠17が設けられている。また、残余の曲げ部B2〜B4にも、曲げ部B1と同様に、曲げ部B2〜B4の延在方向に沿って線状に並んだ切欠17がそれぞれ設けられている。ここで、曲げ部B2は、箱部11の内側の上壁16bとこれに連続する側壁15bとによって形成される曲げ部である。また、曲げ部B3は、側壁15aと底壁14とによって形成される曲げ部であり、曲げ部B4は、側壁15bと底壁14とによって形成される曲げ部である。この切欠17の詳細については、後述する。
【0029】
また、雌端子1の製品性能を確保するためには、加工される板金が高強度であること、また、加工後に加工硬化により強度が向上することが好ましい。塑性域において応力σが下式で近似できる材料において、雌端子1として加工される板金の材料(コルソン系銅合金)は、加工硬化指数nが0.13以上0.6未満であることが好ましい。
【0030】
【数1】
同数式において、εはひずみであり、Cは定数であり弾性域で決定される。
【0031】
加工硬化指数nが0.13未満である場合には、加工後の強度向上が小さく、端子の強度を確保することができない。また、加工硬化指数nが0.6以上である場合には、切欠17の形成時に強度上昇を過度に起こすことから、曲げ加工時に割れが発生するという問題がある。
【0032】
以下、曲げ部B1〜B4に形成される個々の切欠17の最適条件について検討する。下表は、所定のコルソン系銅合金(時効熱処理前にテンションレベラーを用いて連続繰り返し曲げ加工を施して得られた、0.2%耐力が710MPaでかつ10mm以上の板幅で圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行った際に割れが発生しない、加工硬化指数n=0.13であるCu−1.6wt.%Ni−0.4wt.%Si−0.6wt.%Sn−0.4wt.%Zn合金)に、曲げ加工を施す前に種々の条件(切欠17の深さおよび幅)で切欠17を形成し、90度曲げ加工を実施した結果を示す。ここで、上記繰り返し曲げ加工を行う際には、テンションレベラーの入側張力を板金の0.2%耐力の50%の値に、入側圧下量および出側圧下量は前記張力のもとで板金の形状を良好に保てる値に調整した。また切欠17の「深さ」は、鋼合金の板厚方向における切欠17の寸法をいい、切欠17の「幅」は、曲げ部B1〜B4の曲げ軸に直交する断面において、断面形状が台形となるよう施された切欠の短辺(切欠の底部)の寸法をいう。
【0034】
ここで、表1において、「○」は、曲げ部B1〜B4に割れが生じなかったものであり、「×」は曲げ部B1〜B4に割れが発生していることを示す。表1に示すように、切欠17を施すことにより、前述のような高強度の銅合金を使用したとしても、曲げ部B1〜B4に割れが生じ難いという結果を得ることができる。
【0035】
つぎに、表1を導いた試験結果を参照し、切欠17の深さおよび幅に関する最適な条件をさらに検討する。
【0036】
まず、切欠17の深さについて検討する。切欠17の深さが小さい場合には、曲げ加工にともない曲げ部B1〜B4の外周に膨らみが生じやすくなる。このため、切欠17の効果が薄くなり、切欠17を実質的に設けることの意味合いが少なくなるとともに、加工後の寸法安定性を害する結果となってしまう。そこで、切欠17の深さの下限値は、曲げ部B1〜B4の外周部の膨らみを考慮した上で、当業者の観点から加工後の端子の曲げ部B1〜B4の外周を観察した際の、コネクタハウジングへの挿入性の悪化といった寸法精度の悪化を判断基準とした。これに基づき、切欠17の深さの下限値は、板厚の1/4に設定した。一方、切欠17の深さが大きい場合には、曲げ部B1〜B4が薄肉化してしまうため、曲げ加工に伴う加工硬化を考慮しても強度の不足が生じることがある。かかる観点を考慮して、切欠17の深さの上限値は、板厚の1/2に設定した。これらを総合すると、切欠17の深さは板厚の1/4〜1/2に設定することが好ましい。
【0037】
つぎに、切欠17の幅について検討する。切欠17の幅が小さい場合には、切欠17が狭くなり、曲げ加工が困難になるという問題がある。そこで、切欠17の幅の下限値は、板厚の1/3とした。一方、切欠17の幅が大きい場合には、90度の曲げ加工後、曲げ部B1〜B4の内側に隙間が生じ、箱部1の強度が低下することが考えられる。そこで、切欠17の幅の上限値は、板厚の2/3とした。これらを総合すると、切欠17の幅は板厚の1/3〜2/3に設定することが好ましい。なお、切欠17を形成した後に曲げ加工を施すことを考慮すると、切欠17の幅は板厚の1/2であることが望ましい。
【0038】
以下、
図4および
図5を参照し、本実施形態にかかる雌端子1の製造方法について説明する。まず、第1の工程において、コルソン系銅合金の板金に打ち抜き加工が施され、必要な開口部や凹部が形成される(
図4(a)参照)。なお、第1の工程に供されるコルソン系銅合金の板金は、前述の如く、(1)時効熱処理前に連続繰り返し曲げ加工を施して得られる0.2%耐力が700MPa以上でかつ10mm以上の板幅で圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行った際に割れが発生しない、(2)加工硬化指数nが0.13以上0.6未満、という条件を具備する。
【0039】
第2の工程では、打ち抜き加工を施すことにより、電気接触部10の外形領域(箱部11のブランク)が形成される(
図4(b)参照)。なお、第1の工程と第2の工程とを独立した工程とする必要は必ずしもなく、必要な形状や加工に応じて、同一の工程により実現してもよい。
【0040】
第3の工程では、曲げ加工などを施すことにより、電気接触部10における弾性片12などを形成したり、接触部13を形成したりする(
図4(c)参照)。
【0041】
第4の工程では、ノッチングを施すことにより、箱部11における曲げ部B1〜B4の内側に相当する4箇所に切欠17を線状に形成する。なお、この際に形成される切欠17のそれぞれは、上述の如く、板厚に応じた幅や深さに設定されている。また、この第4の工程では、さらに打ち抜き加工を施すことにより、電線接続部40の外形領域を形成する(
図5(d)参照)。
【0042】
第5の工程では、曲げ加工を施すことにより、具体的には、曲げ部B1,B2に90度曲げをそれぞれ施し、その後に、曲げ部B3,B4に90度曲げをそれぞれ施す(
図5(e)参照)。
【0043】
このような一連の工程を経て、
図1から
図3に示すような本実施形態にかかる雌端子1が形成される。
【0044】
<実施例1>
1.6wt.%Ni,0.4wt.%Si,0.6wt.%Sn,0.4wt.%Zn,残部Cu及び不可避不純物からなる組成のコルソン系銅合金であって、時効熱処理前にテンションレベラーを用いて連続繰り返し曲げ加工を施して得られた、0.2%耐力が706MPaであり10mmの板幅、板厚が0.15mmのサンプルを準備した。ここで、上記繰り返し曲げ加工を行う際には、テンションレベラーの入側張力を板金の0.2%耐力の50%の値に、入側圧下量および出側圧下量は前記張力のもとで板金の形状を良好に保てる値に調整した。
【0045】
このサンプルを圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行ったところ、割れは発生しなかった。また、加工硬化指数n=0.13であった。
【0046】
このサンプルにおいて、圧延方向に対して直角な曲げ軸に、幅が約95μm(板厚の約2/3)、深さが40μm(板厚の約1/4)の切欠を形成し、JIS H 3110に準じてこの切欠が曲げ治具の下型の曲げ部頂部(半径R=0)に接触するように配置し、90度W曲げ加工(雌端子の曲げ加工条件に相当)を実施した。この結果、曲げ部に割れが生じることはなかった。
【0047】
このように本実施形態において、雌端子1は、時効熱処理前に連続繰り返し曲げ加工を施して得られる0.2%耐力が700MPa以上でかつ10mm以上の板幅で圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行った際に割れが発生しないコルソン系銅合金の板金に曲げ加工を施すことより四角筒状に形成されて、雄端子のタブが嵌合する箱部11を有している。この場合、箱部11は、曲げ加工による曲げ部B1〜B4の内側に形成された切欠17を備えており、この切欠17の深さは、板厚の1/4から1/2までの範囲に設定されている。
【0048】
かかる雌端子1によれば、雌端子1は、時効熱処理前に連続繰り返し曲げ加工を施して得られる0.2%耐力が700MPa以上でかつ10mm以上の板幅で圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行った際に割れが発生しない銅合金の板金を用いることで、首部および箱部の強度と成形性との向上を図ることができる。また、曲げ部B1〜B4に形成された切欠17により、加工割れを抑制することができるとともに、その深さが最適化されているため、曲げ加工にともない曲げ部B1〜B4の外周に膨らみが生じたり、薄肉化により強度が不足が生じたりするといった事態を抑制すりことができる。これにより、高い首部強度および十分に高い箱部の強度を備えつつも、曲げ加工後の寸法安定性に優れた小型の雌端子1を提供することができる。そのため、箱部11の断面形状が矩形に近づき、かつ断面積が小さくなるので、コネクタのハウジングへの端子挿入性の向上を図ることができる。また、ハウジングの端子挿入スペースを小さく設定することができるので、コネクタの外側寸法を小さくすることができる。
【0049】
また、本実施形態において、雌端子1として加工される板金は、加工硬化指数nが0.13以上0.6未満の範囲のコルソン系銅合金からなる。かかる構成によれば、加工後に加工硬化により強度が向上するので、高強度化を達成しつつも、切欠17の形成による曲げ加工性の悪化を抑制することができる。
【0050】
また、本実施形態において、切欠17は台形の断面形状を有し、この切欠17の短辺の幅は板厚の1/3から2/3までの範囲に設定されている。かかる構成によれば、曲げ加工性を確保しつつ、箱部11の強度の低下を抑制することができる。
【0051】
<比較例1>
ここで、下表は、本実施形態にかかる雌端子1に対する比較例として、本実施形態の要件を満たさない銅合金(時効熱処理前に連続繰り返し曲げ加工を施しておらず、0.2%耐力が685MPa、180度密着曲げで割れ発生、加工硬化指数=0.027であるCu−1.8wt.%Ni−0.5wt.%Si−0.5wt.%Sn−1.0wt.%Zn合金)に、曲げ加工を施す前に種々の条件(切欠17の深さおよび幅)で切欠17を形成し、90度曲げ加工を実施した結果を示す。
【0053】
表2から分かるように、表1に示す同条件で切欠を形成し、箱部の加工を行った場合であっても、加工性に劣ることが分かる。
【0054】
<比較例2>
時効熱処理前にテンションレベラーを用いて連続繰り返し曲げ加工を施しておらず、0.2%耐力が721MPaである以外は、前述の実施例1と同様のサンプルを準備した。
【0055】
このサンプルを圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行ったところ、割れが発生した。また、加工硬化指数n=0.13であった。
【0056】
このサンプルにおいて、前述の実施例1と同じ条件で切欠を形成し、90度W曲げ加工を実施した。この結果、曲げ部に割れが発生した。
【0057】
また、本実施形態において、雌端子1は、時効熱処理前に連続繰り返し曲げ加工を施して得られる0.2%耐力が700MPa以上でかつ10mm以上の板幅で圧延方向に対して直角な曲げ軸で180度密着曲げを行った際に割れが発生しない銅合金の板金に打ち抜き加工を行い、雄端子のタブが嵌合する箱部11に相当するブランクを形成する第1の工程と、ブランクに曲げ加工を行い、四角筒状の箱部11を形成する第2の工程とを有する製造方法により製造される。ここで、第2の工程は、曲げ加工に先立ち、ブランクに対して切欠17を形成する工程を有しており、切欠17は、曲げ加工による曲げ部B1〜B4の内側に相当する位置に、板厚の1/4から1/2までの範囲の深さで形成されている。
【0058】
かかる構成によれば、高い首部強度および十分に高い箱部の強度を備えつつも、加工後の寸法安定性に優れた小型の雌端子1を製造することができる。
【0059】
以上、本実施形態にかかる雌端子およびその製造方法について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。