自動車端子の性能向上：材料、設計、終端処理

自動車端子コネクタ 自動車配線ハーネスの分野において、重要な役割を果たすだけでなく、コネクタの信号および電力伝送の重要なノードを直接決定する。中国の自動車産業の急速な発展に伴い、自動車部品の分野も継続的に向上し、自動車コネクタのより洗練され信頼性の高い発展を促進している。

コネクタ端子の使用における過去の問題を振り返ると、次の要素が端子の伝送能力に影響を与えることがわかった：材料、設計構造、表面品質、圧着。

端子の材料

機能性と経済性を考慮し、国内のコネクタ産業では通常、真鍮と青銅の二つの材料を使用している。真鍮は一般的に良好な導電性を持つが、より柔軟な青銅もある。構造上の違いを考慮すると、一般的にプラグ端子には導電性の高い真鍮よりも、プラグ端子を優先的に使用し、ソケット端子には柔軟性を考慮して青銅材料を選択し、端子の信頼性を確保している。

ソケット端子の導電性要件が比較的厳しい場合、青銅材料の導電性が要件を満たせないため、一般的には真鍮のソケット端子材料を選択し、真鍮材料の欠点である柔軟性の低さと弾性の低下を考慮し、構造に剛性支持構造を追加して端子の弾性を高める。図（1）に示す。

図1　剛性支持を備えたソケット端子の構造図

上記の剛性支持を備えた端子構造の説明において、図（2）では、剛性支持構造が導電積層面の正圧を改善し、製品の導電信頼性を向上させている。

図2　剛性支持を備えたソケット端子の写真

構造の設計

本質的に、設計の構造はコストを最小限に抑えるためにオープンソースでありながら、端子の電力伝送を維持することを目的としている。したがって、コネクタ端子は、その「ボトルネック」構造の一部として電力伝送に最も影響を与える部分であり、これは構造の最小断面積の導電面を指す。図（3）に示すように、構造は端子の電流容量に直接影響を与える。

図3　端子拡張の概略図

図3bは、S1の断面積がS2より大きいため、B-Bの断面がボトルネック状態にあることを示している。これは、設計過程において断面積が端子の導電ニーズを満たす必要があることを意味する。

表面めっき

ほとんどのコネクタにおいて、スズめっきは比較的一般的なめっき方法である。スズめっきの欠点は、主に二つある：第一に、スズめっきははんだ付け性を低下させ、接触抵抗を増加させる。これは主にめっきと金属間の金属間化合物保護による。第二に、めっきされた接触材料は、めっきされた金属に比べて表面摩擦が高くなるため、コネクタの挿入力が増加しやすい、特に多線コネクタにおいて。

したがって、多線コネクタのめっきには、可能な限り新しいめっきプロセスを採用し、接続の伝達を確保しつつ挿入電流を低減させる。例えば、金めっきは優れためっきプロセスである。

微視的な観点から見ると、どんな滑らかな表面も粗く不均一な表面を持っており、端子の接触は点接触であり、面接触ではない。さらに、ほとんどの金属表面は絶縁性の酸化物やその他の膜層に覆われているため、電気的接触が成立するのは、いわゆる「導電点」と呼ばれる実質的な接触点だけである。

接触の大部分は膜接触を通じて行われるため、電流がインターフェースの二つの接触部分を通るとき、それらの非常に小さな導電点に集中する。

したがって、導電点付近の電流は収束し、その結果、電流の流れる経路の長さが増加し、実効的な導電面積が減少する。この局所的な抵抗は「縮小抵抗」と呼ばれ、端子の表面仕上げと伝送特性を向上させる。

現在、めっきの品質評価基準は二つあります。第一に、めっきの厚さを評価する方法です。この方法は、コーティングの厚さを測定してコーティングの品質を評価します。第二に、適切な耐 salt spray 試験を用いてめっきの品質を評価します。

端子のシャープネルにかかる正圧

コネクタ端子の正圧は、コネクタの性能を示す重要な指標であり、端子の挿入力や電気的特性に直接影響します。これは、コネクタプラグ端子とソケット端子の接触面に垂直な接触力を指します。

端子の使用において最も一般的な問題は、端子と端子間の挿入力が安定しないことです。これは、端子シャープネルにかかる正圧が不安定なためであり、その結果、端子接触面の抵抗が増加します。これにより、端子の温度上昇が引き起こされ、コネクタの焼損や導通喪失、極端な場合には焼損に至ることもあります。

QC/T417 [1] によると、接触抵抗はコネクタの接点間の抵抗であり、次の要素を含みます：端子の固有抵抗、導体の圧着による抵抗、基準点におけるワイヤの抵抗、および接触しているプラグとソケット端子のシャープネルの抵抗（図4）。

端子材料は主に固有抵抗に影響し、製品の圧着品質は導体の圧着による抵抗に影響します。プラグ端子とソケット端子のシャープネルの接触による抵抗は、端子の導電特性と温度上昇に大きく影響します。したがって、設計時に重要な考慮事項となります。

図 4 接触抵抗の概略図

端子にかかる正圧は、弾丸舌の端の弾性に依存します。舌の曲げ半径 R とカンチレバー長 L はこの値に直接影響し、設計過程で考慮する必要があります。端子シャープネルの構造は図5に示します。

図5 端子シャープネル構造の概略図

テール圧着

端子の伝送品質は、端子の圧着品質に直接影響されます。圧着のかかる長さと高さは、圧着品質に大きな影響を与えます。しっかりとした圧着は、機械的強度と電気的特性が優れているため、圧着部分の寸法を厳格に管理すべきです。ワイヤの直径も、端子とワイヤ間の圧着効果に影響を与える重要な要素です。

さらに、ワイヤ自体も研究価値があります。国内外の製品にはそれぞれ独自の特性があり、実際の生産では次の原則を守る必要があります：ワイヤの直径は端子の端に合わせること、ヘッド部分の長さは適度にすること、適切な圧着金型を使用し、ラトリテスト後に圧着を行うこと。 

端子の圧着方法を確認し、圧着プロファイルや引き剥がし力を検査します。プロファイルを確認することで、銅線の欠落や底付きなどの欠陥がないか視覚的に評価できます。また、引き剥がし力は圧着の信頼性を評価します。