(57)【要約】【課題】アルミニウム電線を端子に超音波溶接する場合、アルミニウム電線の絶縁被膜を剥離をしたり、絶縁被膜を傷つけたりした後に端子に超音波溶接しても、超音波溶接時に電線の線痩せが起こる。このため、細線のアルミニウム電線の超音波溶接を行う場合は、接合部の強度が低く信頼性が低いという課題がある。【解決手段】チップ６によりアルミニウム電線１と端子４に圧力をかけて、端子４の凹凸部にアルミニウム電線１をかしめた状態で固定した後、駆動部によりチップ６を振動させながら更に端子４をチップ６により加圧する。これにより、端子４とアルミニウム電線１の接している部分の絶縁被膜３が、物理的に絶縁被膜３に欠陥を生成し、この絶縁被膜３の欠陥が起点となり、アルミニウム導体２と端子４の間に金属間化合物が生成され、信頼性の高い超音波接合を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁被膜を有する微量な不純物を含むアルミニウムからなる導体部を含む絶縁導体と、この絶縁導体の導体部及び絶縁皮膜と接する端子部とを含む電気的接続部において、前記端子は前記導体部の径方向寸法値よりも小さな寸法値にて凹む複数個の凹部と、隣接の凹部間に位置する凸部を有し、前記導体部と前記凸部の頂部及ぶ頂部近傍とが電気的に接続される導通部と、前記凹部の底部及び底部付近に前記絶縁皮膜から剥離した剥離皮膜を保持しかつ前記絶縁導体と相対する非導通部とが配設される構成を含む電気的接続部。
【請求項２】
請求項１記載の電気的接続部において、前記端子には前記凸部を一つ又は複数個配設される構成を含む電気的接続部。
【請求項３】
請求項１記載の電気的接続部において、前記端子の主たる平面である基準面よりも凹んだ穴部によって凹部を構成し、かつ、この凹部の凹みの寸法値は前記絶縁被膜の膜の厚み寸法値よりも大きい構成を含む電気的接続部。
【請求項４】
請求項１記載の電気的接続部において、前記端子の材質が銅又は銅合金である電気的接続部。
【請求項５】
請求項１記載の電気的接続部において、前記絶縁被膜が熱硬化性樹脂である電気的接続部。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気的接続部を含むモータ。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気的接続部を含む電気機器。
【請求項８】
絶縁被膜を有する微量な不純物を含むアルミニウムからなる導体部を含む絶縁導体と、この絶縁導体の前記導体部及び前記絶縁皮膜と接する端子部とを含む電気的接続部において、前記端子は前記導体部の径方向寸法値よりも小さな寸法値にて凹む凹部及び凸部を有し、駆動部により振動されるチップと相対するアンビルとの間に、前記絶縁導体を前記端子上に設置した状態で、前記駆動部により振動される前記チップと相対した前記アンビルとで挟み込みかつ加圧して前記絶縁導体を変形させた後に、前記駆動部により前記チップ部を振動させ、この振動を前記端子及び前記アルミニウムから成る導体部に伝えて、
前記導体部と前記凸部の頂部及ぶ頂部近傍とが電気的に接続される導通部と、前記凹部の底部及び底部付近に前記絶縁皮膜から剥離した剥離皮膜を保持しかつ前記絶縁導体と相対する非導通部とを設ける電気的接続部の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の電気的接続部の製造方法において、前記端子には前記凹部を一つ又は複数個設ける電気的接続部の製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の電気的接続部の製造方法において、前記端子の主たる平面である基準面よりも凹んだ穴部によって凹部を構成し、かつ、この凹部の凹みの寸法値は前記絶縁被膜の膜の厚み寸法値よりも大きく設ける電気的接続部の製造方法。
【請求項１１】
請求項８記載の電気的接続部の製造方法において、前記端子の材質が銅又は銅合金を用いる電気的接続部の製造方法。
【請求項１２】
請求項８記載の電気的接続部の製造方法において、前記絶縁被膜に熱硬化性樹脂を用いる電気的接合部の製造方法。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２のいずれかに記載の電気的接続部の製造方法を含むモータの製造方法。
【請求項１４】
請求項８から請求項１２のいずれかに記載の電気的接続部の製造方法を含む電気機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム電線を用いる電気的接続部、モータ、電気機器、電気的接続部の製造方法、モータの製造方法、電気機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軽量化を目的として、トランス、リアクタ及びマグネトロン等の電気機器にアルミニウム電線が使用されてきた。
【０００３】
しかしながら、芯線にアルミニウムを用いて絶縁被膜が表面に施された電線（以下、アルミニウム電線と記載）を端子と接合する場合、アルミニウム電線と端子の接合部材として錫を主成分とするはんだを用いたはんだ接合は、接合部の信頼性について、十分な性能を得られるものの、反面、はんだ付けに関する経済的コストを当然要し、これが経営的経済性を阻害することは言うまでも無い。
【０００４】
例えば、アルミニウム電線のはんだ付けにおいては、絶縁被膜を剥離する工程が必要となり製造タクトは長く、製造コストの上昇を招く。また、アルミニウム電線が細線の場合は、絶縁被膜を剥離する際にアルミニウム電線の断線が課題となり、生産性の低下や、信頼性の低下を招きやすい。
【０００５】
また、公知の別の接合方法としては、圧着端子又は圧接端子を用いて、アルミニウム電線を、かしめることによって接合する方法も良く散見される。このかしめることによって接合する方法の場合は、アルミニウムが低温で大きなクリープ特性を示し、かつ線膨張係数も大きいことから、時間経過による緩みの発生により接触抵抗の増加が発生し、電気機器に不具合が生じることも良く知られている。
【０００６】
また、高額な装置を用いる点で敬遠されるが、超音波溶接装置を用いた超音波溶接による工法も従来から良く試みられている。アルミニウム電線又は端子を超音波振動させることによって、溶接する方法である。
【０００７】
例えば、特許文献１などには、電線の超音波接合に関して、電線の絶縁被膜を予め傷を付けることで、より容易に絶縁被膜を除去することを実現し、超音波溶接時の安定化を図り接合する技術が記されている。
【０００８】
また、例えば特許文献２などには、電線の超音波接合に関して、電線を超音波溶着する被着材について、メッキを施し被着材の表面硬度を硬くすることで、絶縁被膜をより容易に除去しやすくし、超音波溶接時の安定化を図り接合する技術について記されている。
【０００９】
また、例えば特許文献３などには、複数の素線からなる芯線とそれらを被覆する熱可塑性の絶縁被膜からなる撚線の超音波接合に関して、超音波溶接時の撚線を固定する治具形状について、撚線が動きにくくなる形状を検討することで、超音波溶接時の安定化を図り接合する技術について記されている。
【００１０】
また、アルミニウム電線の超音波溶接に際して、絶縁被膜を剥離して端子と超音波溶接する工法を採用するケースでは、この絶縁被膜を剥離する工程が別途必要となることから製造タクトが長く製造コストの上昇を招く。
【００１１】
また、上述のごとく、アルミニウム電線が細線の場合は、絶縁被膜を剥離する際にアルミニウム電線の断線を招く場合もあり、この点は更なる課題となる。
【００１２】
また、アルミニウム電線の絶縁被膜を残したままで、アルミニウム電線と端子を超音波溶接する工法は、絶縁被膜の影響により、接合状態の品質にバラツキを招きやすく、信頼性を安定的に維持し得たというような成功例は乏しく、難度の高いことが広く知られている。
【００１３】
しかしながら、アルミニウム電線の絶縁被膜を残したままでの超音波溶接技術の開発は、工数等のコスト的課題を招かないことが期待されることから、昨今の経済環境に鑑みて喫緊の課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭６３−２４８５７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２６３２４９号公報
【特許文献３】特開２００４−９５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１などに記された技術は、電線と端子の超音波溶接において、電線の絶縁被膜を予め傷を付けることで、より容易に絶縁被膜を除去することを実現し、超音波溶接時の安定化を図り接合する技術については、銅電線を対象としており強度の低いアルミニウム電線について考慮されていない為、アルミニウム電線の接合については、検証されていない。
【００１６】
また、絶縁被膜に傷を付ける際にアルミニウム導体を傷付けることで、局部的に強度が低くなったり、局部的に絶縁被膜を傷付けることで、超音波溶接が局部的な溶接になり、接合部の強度が低くなったり信頼性の低い接合となる可能性がある。更に、絶縁被膜に傷を付けるという工程を追加すること自体、作業工数が余分に掛かり、生産性が低くなるという課題がある。
【００１７】
そして、特許文献２などに記された技術は、電線と端子の超音波溶接において、端子の表面にメッキを施し被着材の表面硬度を硬くすることで、絶縁被膜をより容易に除去しやすくし、超音波溶接時の安定化を図ることによって、絶縁基板に銅電線を超音波溶接することを前提としており、アルミニウム電線を端子に接合することに関しては考慮されていない。また、端子にメッキを施す必要性があり材料コストが増加するという経営的側面の課題を新たに招く。
【００１８】
更に、特許文献３などに記された技術は、複数の素線からなる芯線とそれらを被覆する熱可塑性の絶縁被膜からなる撚線の超音波接合に関する。超音波溶接時の撚線を固定する治具形状を、撚線が動きにくい形状とすることで、超音波溶接時の安定化を図ることによって、芯線が銅線で絶縁被膜が容易に溶融する塩化ビニルや架橋ポリエチレンといった熱可塑性樹脂を前提としており、強度の低いアルミニウム電線の超音波接合については検証されていない。
【００１９】
本発明は、以上のような課題をも解決可能であり、アルミニウム電線と端子を、超音波溶接する際に、アルミニウム電線の絶縁被膜を剥離することなく、端子で挟み込んだ状態で加圧した後に超音波溶接を施すことで、安価で簡易に信頼性の高い電気的接合を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の発明は、絶縁被膜を有する微量な不純物を含むアルミニウムからなる導体部を含む絶縁導体と、この絶縁導体の導体部及び絶縁皮膜と接する端子部とを含む電気的接続部において、前記端子は前記導体部の径方向寸法値よりも小さな寸法値にて凹む複数個の凹部と、隣接の凹部間に位置する凸部を有し、前記導体部と前記凸部の頂部及ぶ頂部近傍とが電気的に接続される導通部と、前記凹部の底部及び底部付近に前記絶縁皮膜から剥離した剥離皮膜を保持しかつ前記絶縁導体と相対する非導通部とが配設される構成を含む電気的接続部である。
【００２１】
第２の発明は、第１の発明の電気的接続部において、上記端子には上記凸部の箇所を一つ又は複数個配設される構成を含む電気的接続部である。
【００２２】
第３の発明は、前記端子の主たる平面である基準面よりも凹んだ穴部によって凹部を構成し、かつ、この凹部の凹みの寸法値は前記絶縁被膜の膜の厚み寸法値よりも大きい構成を含む電気的接続部である。
【００２３】
第４の発明は、第１の発明の電気的接続部において、上記端子の材質が銅又は銅合金である。
【００２４】
第５の発明は、第１の発明の電気的接続部において、上記絶縁被膜が熱硬化性樹脂である。
【００２５】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明の電気的接続部を含むモータである。
【００２６】
第７の発明は、第１の発明から第５の発明の電気的接続部を含む電気機器である。
【００２７】
第８の発明は、絶縁被膜を有する微量な不純物を含むアルミニウムからなる導体部を含む絶縁導体と、この絶縁導体の前記導体部及び前記絶縁皮膜と接する端子部とを含む電気的接続部において、前記端子は前記導体部の径方向寸法値よりも小さな寸法値にて凹む凹部及び凸部を有し、駆動部により振動されるチップと相対するアンビルとの間に、前記絶縁導体を前記端子上に設置した状態で、前記駆動部により振動される前記チップと相対した前記アンビルとで挟み込みかつ加圧して前記絶縁導体を変形させた後に、前記駆動部により前記チップ部を振動させ、この振動を前記端子及び前記アルミニウムから成る導体部に伝えて、前記導体部と前記凸部の頂部及ぶ頂部近傍とが電気的に接続される導通部と、前記凹部の底部及び底部付近に前記絶縁皮膜から剥離した剥離皮膜を保持しかつ前記絶縁導体と相対する非導通部とを設ける電気的接続部の製造方法である。
【００２８】
第９の発明は、第８の発明の電気的接続部の製造方法において、上記端子には上記凸部の箇所を一つ又は複数個設ける電気的接続部の製造方法である。
【００２９】
第１０の発明は、第８の発明の電気的接続部の製造方法において、前記端子の主たる平面である基準面よりも凹んだ穴部によって凹部を構成し、かつ、この凹部の凹みの寸法値は前記絶縁被膜の膜の厚み寸法値よりも大きく設ける電気的接続部の製造方法である。
【００３０】
第１１の発明は、第８の発明の電気的接続部の製造方法において、上記端子の材質が銅又は銅合金を用いる電気的接続部の製造方法である。
【００３１】
第１２の発明は、第８の発明の電気的接続部の製造方法において、上記絶縁被膜に熱硬化性樹脂を用いる電気的接合部の製造方法である。
【００３２】
第１３の発明は、第８の発明から第１２の発明の電気的接続部の製造方法を含むモータの製造方法である。
【００３３】
第１４の発明は、第８の発明から第１２の発明の電気的接続部の製造方法を含む電気機器の製造方法である。
【発明の効果】
【００３４】
アルミニウムから成る導体部を端子上に設置した状態で、駆動部により振動されるチップと相対したアンビルで挟み込み、加圧してアルミニウム電線を変形させることにより、接合される電線の導体部分と端子との接触面積を大きくすることができる。また、端子は電線の導体部よりも小さい凹又は凸形状を少なくとも一つ以上有するため、接合される電線の導体部分と端子との接触面積をさらに大きくすることができる。以上の理由から、本発明によれば、端子とアルミニウム電線の接合状態のばらつきを低減することが可能であり、安定した超音波接合を行うことができる。
【００３５】
さらに、アルミニウム電線は柔らかいため、端子に導体部よりも小さい凹又は凸形状を設けることにより、チップとアンビルにより挟み込み、加圧をした際に、端子の凹凸部をアルミニウム電線の絶縁被膜に食い込ませることができる。この凹凸部により、絶縁被膜に欠陥を生成し、この欠陥を起点として、端子と導体部の接合部に金属間化合物を形成することができる。この方法を用いることで、アルミニウム電線の絶縁被膜が熱硬化性樹脂の場合であっても、絶縁被膜を剥離することなく、安定した金属間化合物を容易に生成することができる。
【００３６】
以上に説明したように、本発明の超音波接合方法によれば、アルミニウム電線の絶縁被膜の剥離や絶縁被膜への傷付けを必要とせずに、簡易かつ確実に信頼性の高い電気的接合を提供することができ、生産性を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による超音波接合方法を示す図
【図２】従来技術の超音波接合方法の一例を示す図
【図３】従来技術の超音波接合方法における絶縁被膜傷付けに関する説明図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３９】
図１は本発明のアルミニウム電線１と端子４の超音波接合の概略図である。
【００４０】
超音波接合装置は、図１に示すように、チップ６（ホーンともいう）と、このチップ６に相対する位置にアンビル７とを備えている。絶縁被膜３を有する微量な不純物を含むアルミニウム導体２からなるアルミニウム電線１と端子４を、駆動部により振動されるチップ６と相対したアンビル７に挟み、駆動部によりチップ６を振動させ、該振動を端子４及びアルミニウム電線１に伝えることで、端子４とアルミニウム電線１を超音波溶接した接合部を表す。
【００４１】
チップ６によりアルミニウム電線１と端子４に圧力をかけて、端子４の凹部１２及び凸部１３にアルミニウム電線１をかしめた状態で固定した後、駆動部によりチップ６を振動させながら更に端子４をチップ６により加圧する。これにより、端子４とアルミニウム電線１の接している部分の絶縁被膜３が、物理的に絶縁被膜３に欠陥を生成し、この絶縁被膜３の欠陥が起点となり、アルミニウム導体２と端子４の間に金属間化合物が生成され、信頼性の高い超音波接合を提供することができる。
【００４２】
なお、凹部１２は、端子の基準面５よりもよりも凹んだ穴部によって構成され、凹部１２と隣接の別の凹部１２との間の箇所が、凸部１３を構成する。
【００４３】
図２には、比較例としての従来技術の一例を示す。図２に示す工程Ｄ、工程Ｅ、工程Ｆ、工程Ｇを順次経て、電線の超音波溶接を行う。アルミニウム電線１と端子１０の接合は、図２で示される様に、アルミニウム電線１の絶縁被膜３に予め絶縁被膜の剥離部９を設けることが必要である。しかし、この従来の方法は銅電線を対象として提案されたものであり、銅電線よりも強度の劣るアルミニウム電線を用いる場合は、新たな課題を含むものとなる。
【００４４】
また、この従来技術をアルミニウム電線１に適用した場合の課題として、絶縁被膜３を剥離する際に、アルミニウム導体２を傷付け、局部的に強度が低い箇所が発生する可能性があり、信頼性性能の高い接合を安定的に提供することは難しい。また、絶縁被膜３を剥離するという工程が余分に要することから、生産性向上の観点で不満とされる。
【００４５】
以下、本発明の詳細について、空調用モータに適用した場合について図１を用いて、具体的内容を説明する。
【００４６】
アルミニウム電線１は、電気アルミ線をアルミニウム導体２とし、ポリエステルイミドーアミドイミド樹脂からなる熱硬化性の絶縁被膜３を有する、導体直径０．８５ｍｍの電線である。このアルミニウム電線１の絶縁被膜３の膜厚は３５μｍである。端子４は、リン青銅からなる板厚５００μｍであり、主たる平面である基準面には２００μｍ四方の凹部が２００μｍ間隔に整列しており、その凹部の深さは５０μｍである。このとき、この端子４の凹部の深さは、アルミニウム電線１の絶縁被膜３の厚みよりも大きいことが好ましい。
【００４７】
また、この凹凸形状はこの実施例に示される限りではない。また、凸部及び凹部の配置状態は、市松模様状の配設、畝状の列設、溝状の列設など他、適宜選択し得るものである。
【００４８】
図１に示す工程Ａでは、アンビル７の上に端子４をセットし、チップ６と端子４の間にアルミニウム電線１が挟まれるように配置し、アンビル７に相対するチップ６にて、端子４を固定する。この時、チップ６は、アルミニウム電線１の直上に配置する（端子−アルミニウム電線セッティング工程）。
【００４９】
次に、図１に示す工程Ｂでは、チップ６を下降させて、圧力を加えることにより、端子４を押し潰し端子４もろともアルミニウム電線１をかしめる（端子―アルミニウム電線加圧工程）。これにより、アルミニウム電線１が端子４に固定され、次工程でチップ６により付与される振動を効率的に、端子４を経由してアルミニウム電線１に伝播し、端子４とアルミニウム電線１を安定的に接合することが可能となる。
【００５０】
また、端子４は凹部を有するため、チップ６によりアルミニウム電線１と端子４に圧力をかけた際に、アルミニウム電線１はアルミニウム電線１が端子４にかしめられ、アルミニウム導体２と端子４の接触面積を大きくすることができ、安定した接合を提供することができる。また、このとき凹部の角の角度は９０度以下であることが好ましい。この凹部の角により、端子―アルミニウム電線加圧工程において、アルミニウム電線１の絶縁被膜３に物理的に絶縁被膜３に欠陥を生成することができる。
【００５１】
そして、図１に示す工程Ｃでは、チップ６を振動させながら端子４とアルミニウム電線１を加圧することで（端子−アルミニウム電線超音波溶接工程）、アルミニウム電線１の絶縁被膜３の欠陥部において、剥き出しになったアルミニウム導体２が端子４と接した状態で、超音波による振動を付与されるため、アルミニウム導体２と端子４が超音波接合され、信頼性の高い、端子−アルミニウム電線接合部を形成することが可能となる。
【００５２】
また、本発明のような凹凸形状を有する端子を用いずに、アルミニウム電線１の絶縁被膜３に傷をつけることによって、接合をした場合の一例としての従来例を図３に示す。この場合、本発明と比較して接触面積を確保できないことに加え、端子４とアルミニウム電線１が接する部分の絶縁被膜３が接合後に接合部に残留し、残留した絶縁被膜８が接合界面に取り込まれることが、接合の信頼性を低下させる原因の一つとなる。
【００５３】
本発明では、端子とアルミニウム電線１が接する部分の絶縁被膜は、接合後に端子の溝部に落ち込むため、接合後に接合部に取り込まれることがなく、信頼性の高い接合を提供することが可能である。
【００５４】
本発明によると、従来の接合方法では接合が困難であった熱硬化性樹脂を絶縁被膜３として用いた耐熱性の高いアルミニウム電線も用いることができる。
【００５５】
表１に、アルミニウム電線の絶縁被膜３の種類と接合工法による接合部の信頼性との関係を示す。本発明を用いずに、絶縁被膜３に傷付けや剥離を施すことなく、超音波接合を試みた場合、絶縁被膜３が熱可塑性樹脂の場合、摩擦熱により絶縁被膜３が剥離し、かろうじて接続することが可能である。しかし、絶縁被膜３が熱硬化性樹脂の場合、耐熱性が高いために、摩擦熱により絶縁被膜３が剥離せず、接合することができない。一方、本発明を用いた場合は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂ともに信頼性の高い接合が確認できた。
【００５６】
【表１】
2015076150.tif 000003
また、図３は、従来技術の一例である。図３に示す工程Ｈ、工程Ｉ、工程Ｊ、工程Ｋを順次経て、電線の超音波溶接を行う。図３の従来技術では、アルミニウム電線１の絶縁被膜３に傷を付加するものである。図３に示している通り、超音波接合を行った際、絶縁被膜の傷つけ部１１に剥離されずに絶縁被膜３が残留する。
【００５７】
この残留した絶縁被膜８の一部は、アルミニウム電線１と端子の接合部に位置することから、接合界面に取り込まれ、接合の信頼性性能を低下させる原因の一つとなる。しかし、本発明の接合方法を採用する場合は、剥離した絶縁被膜３の残渣が、凹部の底部に溜まることになるため、アルミニウム電線１と端子の接合界面に取り込まれるとがなくなり、接合の信頼性を高めることが可能である。
【００５８】
また、端子の材料が、錫メッキ等のアルミニウムより融点の低い材料であると、超音波溶接時に、メッキ層と端子の母材の界面で剥離が起き、接合強度信頼性が低下する。更に、端子が柔らかい材料であると、超音波溶接時にアルミニウム電線の絶縁被膜３の剥離が、端子の変形により困難になる。
【００５９】
これらの課題を解決する為に、端子の材質を銅及び銅合金とすることで、アルミニウムより融点が高く硬度が高いために、超音波溶接時に容易にアルミニウム電線の絶縁被膜３を除去でき、また、アルミニウムと銅及び銅合金は、容易に合金化できることから、アルミニウム電線と端子を安価で信頼性の高い接合ができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の利用分野は、アルミニウム電線を用いた電気機器に用いられるもので、振動が大きく軽量化が望まれるモータに、特に好ましく利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  アルミニウム電線
２  アルミニウム導体
３  絶縁被膜
４  端子
５  端子の基準面
６  チップ
７  アンビル
８  残留した絶縁被膜
９  絶縁被膜の剥離部
１０  端子
１１  絶縁被膜の傷つけ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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