(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆導線の芯線と基材とを固定する固定方法であって、
上記基材上に載置された上記被覆導線に対して、コールドスプレーにより粉末材料を噴射することにより、上記被覆導線の被覆層の少なくとも一部を溶融させ、当該被覆導線の上記芯線を露出させる露出ステップと、
上記露出ステップにて露出した上記芯線に対して、コールドスプレーにより上記粉末材料を噴射することにより、上記芯線と上記基材とを固定する固定ステップと、
を含むことを特徴とする固定方法。
【請求項２】
上記基材は、当該基材の表面に、上記粉末材料とは異なる他の粉末材料がコールドスプレーされてなる粉末堆積層を備えており、
上記露出ステップにて、上記粉末堆積層上に載置された上記被覆導線に対して、コールドスプレーにより上記粉末材料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の固定方法。
【請求項３】
上記粉末材料は、錫粉末であり、
上記他の粉末材料は、亜鉛粉末であり、
上記基材は、銅基板であり、
上記芯線は、アルミニウム芯線である、ことを特徴とする請求項２に記載の固定方法。
【請求項４】
上記粉末材料は、錫粉末と亜鉛粉末とが混合された粉末材料であり、
上記基材は、銅基板であり、
上記芯線は、アルミニウム芯線である、ことを特徴とする請求項１に記載の固定方法。
【請求項５】
上記粉末材料は、錫粉末とアルミニウム粉末とが混合された粉末材料であり、
上記基材は、アルミニウム基板であり、
上記芯線は、アルミニウム芯線である、ことを特徴とする請求項１に記載の固定方法。
【請求項６】
アルミニウム芯線と当該アルミニウム芯線を被覆する被覆層とを有する被覆導線と、
アルミニウムとは異なる他の金属材料を含む基材と、
上記被覆導線の両端とは異なる位置において上記被覆層から露出した上記アルミニウム芯線と上記基材とを固定する固定膜と、を備えることを特徴とする被覆導線固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆導線の芯線と基材との固定方法、および被覆導線固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気部品に対して、小型化、軽量化、性能、信頼性等の観点で要求が高まっている。電気部品の例としては、電源、電池、回路基板、コネクタなどが挙げられる。一般に、これらの電気部品を基板、端子などに接続する場合には、導線（電線）が用いられる。
【０００３】
導線（電線）に関連する技術が特許文献１〜５に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、ケーブルの端末と電子機器などの基板とを抵抗溶接により接続した耐屈曲ケーブルの接続部を開示する。特許文献１では、ケーブルの導体として、外周に熱硬化性樹脂が塗装された軟銅線が使用されている。
【０００５】
特許文献２は、導体の外周に絶縁層を設け、そのさらに外周に半導電層を設けた絶縁被覆電線を開示する。当該絶縁被覆電線の末端部は、レーザー剥離により半導電層が除去され、絶縁層のみが設けられている。
【０００６】
特許文献３は、（１）外側から外部被覆、シールド線、内部被覆の順に設けられ中心に芯線が備えられている同軸ケーブル、および、（２）当該同軸ケーブルの外部被覆、シールド線および内部被覆を切断し除去する端末加工方法、を開示する。
【０００７】
特許文献４は、ランプおよびランプ用のワイヤーハーネスを樹脂材料からなるサブフレームに組付け、このサブフレームを車両のボディ天井に組付けたワイヤーハーネスの配索構造を開示する。当該配索構造では、ワイヤーハーネスは被覆されていない複数の導線から構成されている。そして、各導線がサブフレームに溶着されることで、上記ワイヤーハーネスはサブフレームに固定される。
【０００８】
特許文献５は、以下の構成を開示する。具体的には、引用文献５では、アルミ被覆電線は、複数のアルミ素線が撚り合わされた芯線の外側に絶縁被覆を有する。このアルミ被覆電線にハンダ付けする際には、（１）絶縁被覆を除去されて芯線が露出したアルミ被覆電線の一端が溶融ハンダに浸され、（２）溶融ハンダに超音波振動が印加され、（３）アルミ被覆電線の他端からアルミ被覆電線の絶縁被覆内側の空気が吸引される。これにより、溶融ハンダが、芯線の外周に付着し、芯線の内部にまで浸透する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３５８８３１号公報（２００２年１２月１３日公開）
【特許文献２】特開２００５−２８５７５５号公報（２００５年１０月１３日公開）
【特許文献３】特開２００８−３００１１０号公報（２００８年１２月１１日公開）
【特許文献４】特開２００１−１３０３４７号公報（２００１年  ５月１５日公開）
【特許文献５】特開２０１１−２２２４０６号公報（２０１１年１１月  ４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜５の技術には次のような問題がある。
【００１１】
特許文献１の技術は、耐屈曲ケーブルの端末の被覆を除去し、軟銅線を露出させ、そのうえで、軟銅線と配線基板とを溶融により接続する。つまり、特許文献１の技術は、軟銅線と配線基板とを溶融により接続するために、耐屈曲ケーブルの端末の被覆を除去する工程を必要とする。
【００１２】
特許文献２および特許文献３の技術は、レーザー剥離により端末から被覆を除去する工程を必要とし、その工程の後で、絶縁被覆電線または同軸ケーブルと基板等とを固定する。
【００１３】
特許文献４は、被覆を有する導線と被配索部分とを溶着または接続させる技術を開示していない。
【００１４】
特許文献５の技術は、溶融ハンダを芯線の外周に付着させるために、絶縁被覆の一端を除去する工程を必要とする。
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑み、被覆導線の芯線と基材とを効率的に固定する固定方法、および、被覆導線の芯線と基材とを固定する被覆導線固定構造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】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る固定方法は、被覆導線の芯線と基材とを固定する固定方法であって、上記基材上に載置された上記被覆導線に対して、コールドスプレーにより粉末材料を噴射することにより、上記被覆導線の被覆層の少なくとも一部を溶融させ、当該被覆導線の上記芯線を露出させる露出ステップと、上記露出ステップにて露出した上記芯線に対して、コールドスプレーにより上記粉末材料を噴射することにより、上記芯線と上記基材とを固定する固定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
上述の構成によれば、本発明の一実施形態に係る固定方法は、露出ステップにて被覆導線の被覆層の少なくとも一部を溶融させることにより、当該被覆導線の芯線を露出させる。したがって、本発明の一実施形態に係る固定方法では、露出ステップにて、上記芯線を露出させることができる。
【００１８】
そして、本発明の一実施形態に係る固定方法は、上記露出ステップにて露出した上記芯線に対して、コールドスプレーにより上記粉末材料を噴射することにより、上記芯線と上記基材とを固定する固定ステップを含む。したがって、本発明の一実施形態に係る固定方法は、露出ステップにて露出した上記芯線に対してコールドスプレーをすることで、上記芯線と上記基材とを固定することができる。
【００１９】
このように、本発明の一実施形態に係る固定方法は、露出ステップにより被覆導線の芯線を露出させるため、被覆導線の被覆層を除去するための工程を別途設ける必要がない。さらに、本発明の一実施形態に係る固定方法は、露出ステップにて露出した上記芯線に対してコールドスプレーにより上記芯線と上記基材とを固定することから、被覆導線の芯線と基材とを効率的に固定することができる。
【００２０】
また、本発明の一実施形態に係る固定方法では、上記基材は、当該基材の表面に、上記粉末材料とは異なる他の粉末材料がコールドスプレーされてなる粉末堆積層を備えており、上記露出ステップにて、上記粉末堆積層上に載置された上記被覆導線に対して、コールドスプレーにより上記粉末材料を噴射することが好ましい。
【００２１】
上述の構成によれば、粉末堆積層は、基材の表面に、粉末材料とは異なる他の粉末材料がコールドスプレーされてなる層である。そして、露出ステップにて、粉末堆積層上に載置された被覆導線に対して、コールドスプレーにより上記粉末材料が噴射される。
【００２２】
したがって、本発明の一実施形態に係る固定方法は、被覆導線の芯線と基材とを、粉末材料が堆積することで形成された皮膜、および／または、粉末堆積層を介して固定することができる。
【００２３】
それゆえ、上記粉末がコールドスプレーでは上記基材にのめり込むことが困難な場合には、最初に、上記粉末材料とは異なる他の粉末材料を上記基材の表面にコールドスプレーして粉末堆積層を形成すればよい。これにより、上記粉末堆積層上に載置された上記被覆導線に対して、コールドスプレーにより上記粉末材料を噴射することで、上記芯線と上記基材とを固定することができる。
【００２４】
また、本発明の一実施形態に係る固定方法では、上記粉末材料は、錫粉末であり、上記他の粉末材料は、亜鉛粉末であり、上記基材は、銅基板であり、上記芯線は、アルミニウム芯線であってもよい。
【００２５】
これにより、本発明の一実施形態に係る固定方法では、上記芯線と上記基材とを効率的に固定することができる。
【００２６】
また、本発明の一実施形態に係る固定方法では、上記粉末材料は、錫粉末と亜鉛粉末とが混合された粉末材料であり、上記基材は、銅基板であり、上記芯線は、アルミニウム芯線であってもよい。
【００２７】
これにより、本発明の一実施形態に係る固定方法では、上記芯線と上記基材とを効率的に固定することができる。
【００２８】
また、本発明の一実施形態に係る固定方法では、上記粉末材料は、錫粉末とアルミニウム粉末とが混合された粉末材料であり、上記基材は、アルミニウム基板であり、上記芯線は、アルミニウム芯線であってもよい。
【００２９】
これにより、本発明の一実施形態に係る固定方法では、上記芯線と上記基材とを効率的に固定することができる。
【００３０】
また、本発明の一実施形態に係る被覆導線固定構造は、アルミニウム芯線と当該アルミニウム芯線を被覆する被覆層とを有する被覆導線と、アルミニウムとは異なる他の金属材料を含む基材と、を備え、上記被覆層の少なくとも一部から露出した上記アルミニウム芯線と上記基材とが、コールドスプレーにより形成された皮膜により固定されていることを特徴とする。
【００３１】
上述の構成によれば、本発明の一実施形態に係る被覆導線固定構造では、被覆層の少なくとも一部から露出したアルミニウム芯線と基材とが、コールドスプレーにより形成された皮膜により固定されている。
【００３２】
したがって、本発明の一実施形態に係る被覆導線固定構造は、コールドスプレーを用いて上記アルミニウム芯線と上記基材とが固定された被覆導線固定構造を提供することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の一態様によれば、被覆導線の芯線と基材とを効率的に固定する固定方法、および、被覆導線の芯線と基材とを固定する被覆導線固定構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係るコールドスプレー装置の概略図である。
【図２】本実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を説明するための図であり、（ａ）は、Ｃｕ基板にＺｎ膜を成膜する工程を示す図であり、（ｂ）は、Ｚｎ膜およびＡｌ導線にＳｎ粉末をコールドスプレーする工程を示す図であり、（ｃ）は、Ｚｎ膜およびＡｌ導線にＳｎ膜が成膜された状態を示す図である。
【図３】Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を示すフローチャートである。
【図４】Ｃｕ基板に対してＺｎ粉末とＳｎ粉末とを順にコールドスプレーしたときの写真である。
【図５】Ｃｕ基板に対してＳｎ粉末をコールドスプレーしたときの写真である。
【図６】他の実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を説明するための図であり、（ａ）は、Ｃｕ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ｚｎ混合粉末をコールドスプレーする工程を示す図であり、（ｂ）は、Ｃｕ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ｚｎ混合膜が成膜された状態を示す図である。
【図７】Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を示すフローチャートである。
【図８】Ｃｕ基板に対してＳｎ＋Ｚｎ混合粉末をコールドスプレーしたときの写真である。
【図９】さらに他の実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＡｌ基板との固定方法を説明するための図であり、（ａ）は、Ａｌ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ａｌ混合粉末をコールドスプレーする工程を示す図であり、（ｂ）は、Ａｌ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ａｌ混合膜が成膜された状態を示す図である。
【図１０】Ａｌ導線の芯線とＡｌ基板との固定方法を示すフローチャートである。
【図１１】Ａｌ基板に対してＳｎ＋Ａｌ混合粉末をコールドスプレーしたときの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しつつ、各実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００３６】
〔コールドスプレーについて〕
近年、コールドスプレー法と呼ばれる皮膜形成法が利用されている。コールドスプレー法は、金属皮膜の材料となる金属粉末の融点または軟化温度よりも低い温度のキャリアガスを高速流にし、そのキャリアガス流中に金属粉末を投入し加速させ、固相状態のまま基板等に高速で衝突させて皮膜を形成する方法である。
【００３７】
コールドスプレー法の成膜原理は、次のように理解されている。
【００３８】
金属粉末が基板に付着・堆積して成膜するには、ある臨界値以上の衝突速度が必要であり、これを臨界速度と称する。金属粉末が臨界速度よりも低い速度で基板と衝突すると、基板が摩耗し、基板には小さなクレーター状の窪みしかできない。臨界速度は、金属粉末の材質、大きさ、形状、温度、酸素含有量、基板の材質などによって変化する。
【００３９】
金属粉末が基板に対して臨界速度以上の速度で衝突すると、金属粉末と基板（あるいはすでに成形された皮膜）との界面付近で大きなせん断による塑性変形が生じる。この塑性変形、および衝突による固体内の強い衝撃波の発生に伴い、界面付近の温度も上昇し、その過程で、金属粉末と基板、および、金属粉末と皮膜（すでに付着した金属粉末）との間で固相接合が生じる。
【００４０】
〔実施形態１〕
以下、図１〜図５を参照して実施形態１を説明する。
【００４１】
（コールドスプレー装置１００）
図１は、コールドスプレー装置１００の概略を示す図である。図１に示すように、コールドスプレー装置１００は、タンク１１０と、ヒーター１２０と、ノズル１３０と、フィーダ１４０と、基材ホルダー１５０と、制御装置（不図示）とを備える。
【００４２】
タンク１１０は、キャリアガスを貯蔵する。キャリアガスは、タンク１１０からヒーター１２０へ供給される。キャリアガスの一例として、窒素、ヘリウム、空気、またはそれらの混合ガスが挙げられる。キャリアガスの圧力は、タンク１１０の出口において、例えば７０ＰＳＩ以上１５０ＰＳＩ以下（約０．４８Ｍｐａ以上約１．０３Ｍｐａ以下）となるよう調整される。ただし、タンク１１０の出口におけるキャリアガスの圧力は、上記の範囲に限られるものではなく、金属粉末の材質、大きさ、基板の材質等により適宜調整される。
【００４３】
ヒーター１２０は、タンク１１０から供給されたキャリアガスを加熱する。より具体的に、キャリアガスは、フィーダ１４０からノズル１３０に供給される金属粉末の融点より低い温度に加熱される。例えば、キャリアガスは、ヒーター１２０の出口において測定したときに、５０℃以上５００℃以下の範囲で加熱される。ただし、キャリアガスの加熱温度は、上記の範囲に限られるものではなく、金属粉末の材質、大きさ、基板の材質等により適宜調整される。
【００４４】
キャリアガスは、ヒーター１２０により加熱された後、ノズル１３０へ供給される。
【００４５】
ノズル１３０は、ヒーター１２０により加熱されたキャリアガスを３００ｍ／ｓ以上１２００ｍ／ｓ以下の範囲で加速し、基材１０へ向けて噴射する。なお、キャリアガスの速度は、上記の範囲に限られるものではなく、金属粉末の材質、大きさ、基板の材質等により適宜調整される。
【００４６】
フィーダ１４０は、ノズル１３０により加速されるキャリアガスの流れの中に、金属粉末を供給する。フィーダ１４０から供給される金属粉末の粒径は、１μｍ以上５０μｍ以下といった大きさである。フィーダ１４０から供給された金属粉末は、ノズル１３０からキャリアガスとともに基材１０へ噴射される。
【００４７】
基材ホルダー１５０は、基材１０を固定する。基材ホルダー１５０に固定された基材１０に対して、キャリアガスおよび金属粉末がノズル１３０から噴射される。基材１０の表面とノズル１３０の先端との距離は、例えば、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲で調整される。ただし、基材１０の表面とノズル１３０との距離は、上記の範囲に限られるものではなく、金属粉末の材質、大きさ、基板の材質等により適宜調整される。
【００４８】
制御装置は、予め記憶した情報、および／または、オペレーターの入力に基づいて、コールドスプレー装置１００を制御する。具体的に、制御装置は、タンク１１０からヒーター１２０へ供給されるキャリアガスの圧力、ヒーター１２０により加熱されるキャリアガスの温度、フィーダ１４０から供給される金属粉末の種類および量、基材１０の表面とノズル１３０との距離などを制御する。
【００４９】
（被覆導線の芯線と基板との固定方法）
次に、本実施形態に基づく、アルミニウム（Ａｌ）導線の芯線と銅（Ｃｕ）基板との固定方法を図２および図３により説明する。
【００５０】
図２は、本実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を説明するための図である。図２の（ａ）は、Ｃｕ基板に亜鉛（Ｚｎ）膜を成膜する工程を示す図である。図２の（ｂ）は、Ｚｎ膜およびＡｌ導線に錫（Ｓｎ）粉末をコールドスプレーする工程を示す図である。図２の（ｃ）は、Ｚｎ膜およびＡｌ導線上にＳｎ膜が成膜された状態を示す図である。図３は、Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、図２の（ａ）に示すように、基材ホルダー１５０（不図示）が基板１１（基材、銅基板、アルミニウムとは異なる他の金属材料を含む基材）を固定した状態で、キャリアガスとともにＺｎ粉末３１（他の粉末材料、亜鉛粉末）が基板１１に噴射される。これにより、基板１１上にＺｎ粉末３１が堆積し、基板１１上にＺｎ膜４１（粉末堆積層）が成膜される。なお、図２の（ａ）では、便宜上、Ｚｎ膜４１は矩形状で示されている。
【００５２】
次に、図２の（ｂ）に示すように、Ｚｎ膜４１上に導線２１（被覆導線）が載置された状態で、キャリアガスとともにＳｎ粉末３２（粉末材料、錫粉末）が、Ｚｎ膜４１および導線２１に噴射される。これにより、図２の（ｃ）に示すように、Ｚｎ膜４１および導線２１上にＳｎが堆積し、Ｚｎ膜４１および導線２１上にＳｎ膜４２（皮膜）が成膜される。
【００５３】
ここで、導線２１は、芯線２１ａと、芯線２１ａの周囲を被覆する被覆層２１ｂとを備える。芯線２１ａは、Ａｌの他、Ｃｕ、またはＳｎでめっきされたＣｕなどであってもよく、また、単線および撚線のいずれでもよい。被覆層２１ｂは、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂等を材料とする。
【００５４】
図２の（ｂ）において、導線２１の被覆層２１ｂは、Ｓｎ粉末３２が噴射された箇所およびその周辺が熱により溶融し、除去される。これにより、被覆層２１ｂの一部から芯線２１ａが露出する。そして、その露出した芯線２１ａに対してＳｎ粉末３２がコールドスプレーされることにより、露出した導線２１の芯線２１ａは、Ｚｎ膜４１、および／または、Ｓｎ膜４２を介して、基板１１に固定される。
【００５５】
なお、Ｓｎ粉末３２が噴射される範囲を制限するために、所定の径の孔部が形成された金属板などをマスクとして導線２１上に配置し、その孔部に対してＳｎ粉末３２を噴射してもよい。これにより、Ｓｎ粉末３２が基板１１に噴射される範囲が限定され、被覆層２１ｂの溶融、除去される範囲を制限することができる。
【００５６】
次に、図３を参照して、導線２１の芯線２１ａと基板１１との固定方法を説明する。
【００５７】
最初に、ＳＡ１では、コールドスプレーによりＺｎ粉末３１が基板１１に噴射される。これにより、基板１１上にＺｎ膜４１が成膜される。
【００５８】
次に、ＳＡ２では、Ｚｎ膜４１上に載置された導線２１に対して、コールドスプレーによりＳｎ粉末３２が噴射される。これにより、導線２１の被覆層２１ｂの少なくとも一部が溶融し、導線２１の芯線２１ａが露出する（露出ステップ）。
【００５９】
続いて、ＳＡ３では、上記露出ステップにて露出した芯線２１ａに対して、コールドスプレーによりＳｎ粉末３２が噴射される。これにより、芯線２１ａと基板１１とが固定される（固定ステップ）。
【００６０】
以上のＳＡ１〜ＳＡ３の工程を経ることにより、芯線２１ａと基板１１とが固定される。このとき、被覆層２１ｂを除去するために別工程を設ける必要がない。
【００６１】
また、以上のＳＡ１〜ＳＡ３の工程を経ることにより形成される被覆導線固定構造（基板１１、芯線２１ａ、Ｚｎ膜４１、およびＳｎ膜４２が互いに固定された固定構造）は、芯線２１ａと芯線２１ａを被覆する被覆層２１ｂとを有する導線２１と、Ｃｕ製の基板１１とを備える。また、上記被覆導線固定構造では、被覆層２１ｂの少なくとも一部から露出した芯線２１ａと基板１１とが、コールドスプレーにより形成された皮膜（Ｓｎ膜４２）により固定されている。
【００６２】
近年では、リード線を軽量化するため、リード線の芯材などにＡｌが使用されることが多くなっている。ただし、従来の半田を使った固定方法では、金属製基板にＡｌ線を固定する場合に問題がある。
【００６３】
具体的に、Ａｌ線をＡｌ基板に半田で固定することはできる。しかしながら、Ａｌ線をＡｌとは異なる金属材料の基板に固定する場合、例えば、Ａｌと錫めっきの場合、両者を半田で固定することは困難である。
【００６４】
また、Ａｌ線とＡｌとは異なる金属材料の基板とをネジにより固定する場合、基板の材質によっては腐食が生じる虞がある。例えば、基板の材質がＣｕである場合、Ａｌ線とＣｕ基板との接続部にて電池作用が生じ、Ａｌ線が腐食する虞がある。
【００６５】
また、Ａｌ線とＡｌとは異なる金属材料の基板とを溶接により固定する場合、Ａｌ線および基板の表面を活性化し、Ａｌ線と溶融した金属との表面張力を小さくするため、酸化膜を除去するなどの工程が必要となり、手間がかかる。
【００６６】
この点、本実施形態に係る固定方法は、被覆層を除去する工程を経ることなく、Ａｌ線とＡｌとは異なる金属材料の基板とを固定することが可能である。また、その結果、本実施形態に係る固定方法は、上記の被覆導線固定構造を形成することができる。
【００６７】
（実施例１）
次に、導線２１の芯線２１ａと基板１１とを固定する実施例１を説明する。
【００６８】
（条件）
実施例１では、図２の基板１１が、図１に記載した基材１０に相当する。基板１１は、銅製の板材であり、矩形状で、厚みが０．５ｍｍである。導線２１の芯線２１ａは、撚り線であり、直径が１ｍｍである。被覆層２１ｂは、塩化ビニールである。
【００６９】
実施例１において、金属粉末は、ノズル１３０からコールドスプレーされる順番に、Ｚｎ粉末３１、Ｓｎ粉末３２である。Ｚｎ粉末３１は平均粒径が約７μｍであり、Ｓｎ粉末３２は平均粒径が約３８μｍである。
【００７０】
また、ノズル１３０の先端と基板１１との距離は１０ｍｍである。タンク１１０から供給されるキャリアガスは、空気である。
【００７１】
キャリアガスの圧力は、ノズル１３０からＺｎ粉末３１およびＳｎ粉末３２が噴射される場合のいずれの場合も、タンク１１０の出口において１２０ＰＳＩ（約０．８３Ｍｐａ）に設定されている。
【００７２】
キャリアガスの加熱温度は、ノズル１３０からＺｎ粉末３１が噴射される場合には、ヒーター１２０の出口において、Ｚｎの融点（４１９．６℃）よりも低い２００℃に設定されている。また、キャリアガスの加熱温度は、ノズル１３０からＳｎ粉末３２が噴射される場合には、ヒーター１２０の出口において、Ｓｎの融点（２３１．９７℃）より低い１５０℃に設定されている。
【００７３】
キャリアガスの加熱温度は、被覆層２１ｂへの熱影響を考慮して設定されている。本実施例１では、被覆層２１ｂは塩化ビニール製である。そのため、キャリアガスの加熱温度が１５０℃よりも大きいと、被覆層２１ｂは、Ｓｎ粉末３２が噴射された領域を超えて広範囲にわたって溶融する。そのことを考慮して、実施例１では、Ｓｎ粉末３２を導線２１に噴射する際に、キャリアガスの加熱温度は１５０℃に設定されている。なお、ノズル１３０から基板１１に噴射されたＳｎ粉末３２が基板１１へ到達する時の温度は約１０３℃である。
【００７４】
（被覆導線の芯線と基板との固定の様子）
図４は、Ｃｕ製の基板１１に対してＺｎ粉末３１とＳｎ粉末３２とをその順にコールドスプレーしたときの写真である。図４に示すように、基板１１および導線２１上にＳｎ膜４２が成膜されている。このとき、導線２１は、被覆層２１ｂの一部が溶融し、そこから芯線２１ａが露出している（不図示）。そして、露出した芯線２１ａ上にＳｎ膜４２が成膜されている。これにより、芯線２１ａは、Ｚｎ膜４１、および／または、Ｓｎ膜４２を介して、基板１１に固定される。なお、Ｚｎ膜４１は、Ｓｎ膜４２に覆われているため、図４中には現れていない。
【００７５】
（比較例）
次に、実施例１に対する比較例を説明する。
【００７６】
実施例１では、Ｚｎ粉末３１およびＳｎ粉末３２が、その順序で基板１１上にコールドスプレーされる。これに対して、本比較例では、Ｚｎ粉末３１が基板１１にコールドスプレーされることなく、Ｓｎ膜４２が基板１１にコールドスプレーされる。本比較例において、基板１１、Ｓｎ粉末３２、およびコールドスプレー装置１００に関する種々の条件は、実施例１と同様である。
【００７７】
図５は、基板１１に対してＳｎ粉末３２のみをコールドスプレーしたときの写真である。図５に示されるように、基板１１にＳｎ粉末３２が直接噴射された場合、Ｓｎ膜４２は基板１１上に均一に成膜されず、一部が剥離している。そして、Ｓｎ膜４２の一部から基板１１が露出している。その様子が図５に示されている。
【００７８】
剥離の原因としては、Ｓｎ膜４２と基板１１との密着性が良くないことが考えられる。このため、先に噴射されたＳｎ粉末３２により形成されたＳｎ膜４２に、後から噴射されたＳｎ粉末３２が衝突することで、Ｓｎ膜４２が剥離したと考えられる。このことは、タンク１１０から供給されるキャリアガスの圧力を１２０ＰＳＩより大きくした場合も同様である。
【００７９】
金属粒子と基板との密着性については、金属粒子および基板の硬度、噴射される金属粒子の形状および速度などが影響するものと考えられる。
【００８０】
（実施例１および比較例からの考察）
以上より、以下（１）、（２）が導き出される。
（１）Ｚｎ粉末３１の成膜材料としての役割
上述したように、Ｓｎ粉末３２は、Ｃｕの基板１１にコールドスプレーされても、基板１１上にＳｎ膜４２を成膜することは困難である。これに対して、Ｚｎ粉末３１が基板１１へコールドスプレーされると、基板１１上にＺｎ膜４１が成膜される。そこで、最初にＺｎ粉末３１を基板１１へコールドスプレーして基板１１上にＺｎ膜４１を成膜し、そのあとで、Ｓｎ粉末３２をＺｎ膜４１にコールドスプレーすることにより、Ｚｎ膜４１上にＳｎ膜４２を成膜することができる。
【００８１】
このように、基板１１との密着性が良い膜を成膜可能なＺｎ粉末３１を用いて、基板１１に最も近い堆積層であるＺｎ膜４１を形成することにより、Ｃｕの基板１１上にＳｎ膜４２を成膜することが可能となる。
（２）Ｚｎ粉末３１の防食材料としての役割
次に、防食材料としてのＺｎ粉末３１の役割を述べる。金属の腐食は、金属に水滴などが付着した場合に、当該金属が電気分解されることで発生する。具体的には、金属が水滴中に電子を放出し、金属イオンとして水滴中に溶解する。
【００８２】
Ａｌ製である芯線２１ａとＺｎ膜４１とが接触している場合、以下の現象が生じる。芯線２１ａから水滴中に電子が放出された場合、Ｚｎ膜４１から芯線２１ａに電子が移動し、Ｚｎ膜４１がイオン化する。したがって、芯線２１ａは、Ｚｎ膜４１と接触している間にはイオン化されにくい。すなわち、芯線２１ａは、Ｚｎ膜４１と接触していることにより、腐食から保護される。この場合、Ｚｎ膜４１は、芯線２１ａの代わりに電気分解されることから、犠牲電極と呼ばれる。
【００８３】
このように、防食材料としての役割をＺｎ粉末３１に見出すことができる。
【００８４】
〔実施形態２〕
以下、図６〜図８を参照して実施形態２を説明する。
【００８５】
（被覆導線の芯線と基板との固定方法）
本実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を図６および図７により説明する。
【００８６】
図６は、本実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を説明するための図である。図６の（ａ）は、Ｃｕ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ｚｎ混合粉末をコールドスプレーする工程を示す図である。図６の（ｂ）は、Ｃｕ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ｚｎ混合膜が成膜された状態を示す図である。図７は、Ａｌ導線の芯線とＣｕ基板との固定方法を示すフローチャートである。
【００８７】
まず、図６の（ａ）に示すように、基材ホルダー１５０（不図示）が基板１１を固定し、基板１１上に導線２１が載置される。この状態で、キャリアガスとともにＳｎ＋Ｚｎ混合粉末（粉末材料、錫粉末と亜鉛粉末とが混合された粉末材料）３３が、基板１１および導線２１に噴射される。これにより、図６の（ｂ）に示すように、基板１１および導線２１上にＳｎおよびＺｎが堆積し、基板１１および導線２１上にＳｎ＋Ｚｎ混合膜（皮膜）４３が成膜される。
【００８８】
導線２１は、実施形態１と同様、芯線２１ａと、芯線２１ａの周囲を被覆する被覆層２１ｂとを備える。図６の（ｂ）において、被覆層２１ｂは、Ｓｎ＋Ｚｎ混合粉末３３が噴射された箇所およびその周辺が熱により溶融し、除去される。これにより、被覆層２１ｂの一部から芯線２１ａが露出する（不図示）。そして、その露出した芯線２１ａに対してＳｎ＋Ｚｎ混合粉末３３がコールドスプレーされることにより、露出した導線２１の芯線２１ａは、Ｓｎ＋Ｚｎ混合膜４３を介して、基板１１に固定される。
【００８９】
次に、図７を参照して、導線２１の芯線２１ａと基板１１との固定方法を説明する。
【００９０】
最初に、ＳＢ１では、基板１１上に載置された導線２１に対して、コールドスプレーによりＳｎ＋Ｚｎ混合粉末３３が噴射される。これにより、導線２１の被覆層２１ｂの少なくとも一部が溶融し、導線２１の芯線２１ａが露出する（露出ステップ）。
【００９１】
次に、ＳＢ２では、上記露出ステップにて露出した芯線２１ａに対して、コールドスプレーによりＳｎ＋Ｚｎ混合粉末３３が噴射される。これにより、芯線２１ａと基板１１とが固定される（固定ステップ）。
【００９２】
以上のＳＢ１、ＳＢ２の工程を経ることにより、芯線２１ａと基板１１とが固定される。このとき、被覆層２１ｂを除去するために別工程を設ける必要がない。
【００９３】
また、以上のＳＢ１、ＳＢ２の工程を経ることにより形成される被覆導線固定構造（基板１１、芯線２１ａ、およびＳｎ＋Ｚｎ混合膜４３が互いに固定された固定構造）は、芯線２１ａと芯線２１ａを被覆する被覆層２１ｂとを有する導線２１と、Ｃｕ製の基板１１とを備える。また、上記被覆導線固定構造では、被覆層２１ｂの少なくとも一部から露出した芯線２１ａと基板１１とが、コールドスプレーにより形成された皮膜（Ｓｎ＋Ｚｎ混合膜４３）により固定されている。
【００９４】
（実施例２）
次に、導線２１の芯線２１ａと基板１１とを固定する実施例２を説明する。
【００９５】
（条件）
実施例２では、図６の基板１１が、図１に記載された基材１０に相当する。基板１１は銅製の板材であり、矩形状で、厚みが０．５ｍｍである。導線２１の芯線２１ａは、撚り線であり、直径が１ｍｍである。被覆層２１ｂは、塩化ビニールである。
【００９６】
実施例２において、金属粉末は、Ｓｎ＋Ｚｎ混合粉末３３である。Ｓｎ＋Ｚｎ混合粉末３３に含まれるＳｎ粉末の平均粒径は約３８μｍであり、Ｚｎ粉末の平均粒径は約７μｍである。Ｓｎ＋Ｚｎ混合粉末３３におけるＳｎ粉末とＺｎ粉末の体積比率は５０％ずつである。
【００９７】
また、ノズル１３０の先端と基板１１との距離は１０ｍｍである。タンク１１０から供給されるキャリアガスは、空気である。
【００９８】
キャリアガスの圧力は、タンク１１０の出口において、１２０ＰＳＩ（約０．８３Ｍｐａ）に設定されている。また、キャリアガスの加熱温度は、ヒーター１２０の出口において、Ｚｎの融点（４１９．６℃）およびＳｎの融点（２３１．９７℃）より低い１２５℃に設定されている。
【００９９】
キャリアガスの加熱温度は、導線２１の被覆層２１ｂへの熱影響を考慮して設定されている。本実施例２では、被覆層２１ｂは塩化ビニール製である。キャリアガスの加熱温度が１２５℃よりも低いと、塩化ビニール製である被覆層２１ｂの溶融が不十分になり、被覆層２１ｂを除去することができない。そのことを考慮して、実施例２では、Ｓｎ＋Ｚｎ混合粉末３３を導線２１にコールドスプレーする際に、キャリアガスの加熱温度が１２５℃に設定される。なお、ノズル１３０から基板１１にコールドスプレーされたＳｎ＋Ｚｎ混合粉末３３が基板１１へ到達する時の温度は約８５℃である。
【０１００】
（被覆導線の芯線と基板との固定の様子）
図８は、Ｃｕ製の基板１１に対してＳｎ＋Ｚｎ混合粉末３３をコールドスプレーしたときの写真である。図８に示すように、基板１１および導線２１上にＳｎ＋Ｚｎ混合膜４３が成膜されている。このとき、導線２１は、被覆層２１ｂの一部が溶融し、そこから芯線２１ａが露出している（不図示）。そして、露出した芯線２１ａ上にＳｎ＋Ｚｎ混合膜４３が成膜されている。これにより、芯線２１ａは、Ｓｎ＋Ｚｎ混合膜４３を介して、基板１１に固定される。
【０１０１】
〔実施形態３〕
以下、図９〜図１１を参照して実施形態３を説明する。
【０１０２】
（被覆導線の芯線と基板との固定方法）
本実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＡｌ基板との固定方法を図９および図１０により説明する。
【０１０３】
図９は、本実施形態に基づく、Ａｌ導線の芯線とＡｌ基板との固定方法を説明するための図である。図９の（ａ）は、Ａｌ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ａｌ混合粉末をコールドスプレーする工程を示す図である。図９の（ｂ）は、Ａｌ基板およびＡｌ導線にＳｎ＋Ａｌ混合膜が成膜された状態を示す図である。図１０は、Ａｌ導線の芯線とＡｌ基板との固定方法を示すフローチャートである。
【０１０４】
まず、図９の（ａ）に示すように、基材ホルダー１５０（不図示）が基板１２を固定し、基板１２上に導線２１が載置される。この状態で、キャリアガスとともにＳｎ＋Ａｌ混合粉末３４（粉末材料、錫粉末とアルミニウム粉末とが混合された粉末材料）が、基板１２および導線２１に噴射される。これにより、図９の（ｂ）に示すように、基板１２および導線２１上にＳｎおよびＡｌが堆積し、基板１２および導線２１上にＳｎ＋Ａｌ混合膜４４（皮膜）が成膜される。
【０１０５】
導線２１は、実施形態１、２と同様、芯線２１ａと、芯線２１ａの周囲を被覆する被覆層２１ｂとを備える。被覆層２１ｂは、Ｓｎ＋Ａｌ混合粉末３４が噴射された箇所およびその周辺が熱により溶融し、除去される。これにより、被覆層２１ｂの一部から芯線２１ａが露出する。そして、その露出した芯線２１ａに対してＳｎ＋Ａｌ混合粉末３４がコールドスプレーされることにより、露出した導線２１の芯線２１ａは、Ｓｎ＋Ａｌ混合膜４４を介して、基板１２に固定される。
【０１０６】
次に、図１０を参照して、導線２１の芯線２１ａと基板１２との固定方法を説明する。
【０１０７】
最初に、ＳＣ１では、基板１２上に載置された導線２１に対してＳｎ＋Ａｌ混合粉末３４が噴射される。これにより、導線２１の被覆層２１ｂの少なくとも一部が溶融し、導線２１の芯線２１ａが露出する（露出ステップ）。
【０１０８】
次に、ＳＣ２では、上記露出ステップにて露出した芯線２１ａに対して、コールドスプレーによりＳｎ＋Ａｌ混合粉末３４を噴射する。これにより、芯線２１ａと基板１２とが固定される（固定ステップ）。
【０１０９】
以上のＳＣ１、ＳＣ２の工程を経ることにより、芯線２１ａと基板１２とが固定される。このとき、被覆層２１ｂを除去するために別工程を設ける必要がない。
【０１１０】
また、以上のＳＣ１、ＳＣ２の工程を経ることにより形成される導線固定構造（基板１２、芯線２１ａ、およびＳｎ＋Ａｌ混合膜４４が互いに固定された固定構造）は、芯線２１ａと芯線２１ａを被覆する被覆層２１ｂとを有する導線２１と、Ａｌ製の基板１２とを備える。また、上記被覆導線固定構造では、被覆層２１ｂの少なくとも一部から露出した芯線２１ａと基板１２とが、コールドスプレーにより形成された皮膜（Ｓｎ＋Ａｌ混合膜４４）により固定されている。
【０１１１】
（実施例３）
次に、基板１２と導線２１の芯線２１ａとを固定する実施例３を説明する。
【０１１２】
（条件）
実施例３では、図９の基板１２が、図１に記載された基材１０に相当する。基板１２は、アルミニウム製の板材であり、矩形状で、厚みが０．５ｍｍである。導線２１の芯線２１ａは、撚り線であり、直径が１ｍｍである。被覆層２１ｂは、塩化ビニールである。
【０１１３】
実施例３において、金属粉末は、Ｓｎ＋Ａｌ混合粉末３４である。Ｓｎ＋Ａｌ混合粉末３４に含まれるＳｎ粉末の平均粒径は約３８μｍであり、Ａｌ粉末の平均粒径は約４０μｍである。Ｓｎ＋Ａｌ混合粉末３４におけるＳｎ粉末とＡｌ粉末の体積比率は５０％ずつである。
【０１１４】
また、ノズル１３０の先端と基板１２との距離は１０ｍｍである。タンク１１０から供給されるキャリアガスは、空気である。
【０１１５】
キャリアガスの圧力は、タンク１１０の出口において、１２０ＰＳＩ（約０．８３Ｍｐａ）に設定されている。また、キャリアガスの加熱温度は、ヒーター１２０の出口において、Ａｌの融点（６６０．４℃）およびＳｎの融点（２３１．９７℃）より低い１２５℃に設定される。
【０１１６】
キャリアガスの加熱温度は、導線２１の被覆層２１ｂへの熱影響を考慮して設定されている。本実施例３では、被覆層２１ｂは塩化ビニール製である。キャリアガスの加熱温度が１２５℃よりも低いと、塩化ビニール製である被覆層２１ｂの溶融が不十分になり、被覆層２１ｂを除去することができない。そのことを考慮して、実施例３では、Ｓｎ＋Ａｌ混合粉末３４を導線２１にコールドスプレーする際に、キャリアガスの加熱温度は１２５℃に設定される。なお、ノズル１３０から基板１２にコールドスプレーされたＳｎ＋Ａｌ混合粉末３４が基板１２へ到達する時の温度は約８５℃である。
【０１１７】
（被覆導線の芯線と基板との固定の様子）
図１１は、Ａｌ製である基板１２に対してＳｎ＋Ａｌ混合粉末３４をコールドスプレーしたときの写真である。図１１に示すように、基板１２および導線２１上にＳｎ＋Ａｌ混合膜４４が成膜されている。このとき、導線２１は、被覆層２１ｂの一部が溶融し、そこから芯線２１ａが露出している。そして、露出した芯線２１ａ上にＳｎ＋Ａｌ混合膜４４が成膜されている。これにより、芯線２１ａは、Ｓｎ＋Ａｌ混合膜４４を介して、基板１２に固定される。
【０１１８】
（用途）
上述したとおり、実施形態１では、Ｚｎ粉末およびＳｎ粉末をその順序でコールドスプレーすることにより、被覆導線に含まれるアルミニウム芯線とＣｕ基板とを固定する方法を説明した。実施形態２では、Ｓｎ＋Ｚｎ混合粉末をコールドスプレーすることにより、被覆導線に含まれるアルミニウム芯線とＣｕ基板とを固定する方法を説明した。実施形態３では、Ｓｎ＋Ａｌ混合粉末をコールドスプレーすることにより、被覆導線に含まれるアルミニウム芯線とアルミニウム基板とを固定する方法を説明した。
【０１１９】
しかしながら、本実施形態に係る固定方法は、例えば以下の用途にも適用可能である。
【０１２０】
まず、本実施形態に係る固定方法は、例えば、芯線がアルミニウム、銅、鉄、ニッケル、またはそれらの合金、あるいはそれらが錫、銀等によりめっきされた線等である複数種の被覆導線に対して適用することができる。また、被覆層がポリ塩化ビニール、ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリエステル等である複数種の被覆導線に対して適用することができる。この被覆導線には、例えば、一般的な被覆導線、リード線、ケーブル、光ファイバーなどが含まれる。
【０１２１】
また、本実施形態に係る固定方法は、各種の導電性基材に対して適用することができる。基材として、例えば、銅、アルミニウム、または、錫などによりめっきされた銅等の回路基板、コネクタ、端子（ラミネート型リチウムイオン電池の出力端子であるタブリードなど）等が挙げられる。さらに、基材は、非導電性基材であってもよい。
【０１２２】
このように、本実施形態に係る固定方法は、各種の用途に適用することができる。具体的に、コールドスプレーされる対象物の材料等に応じて、金属粉末の材質、大きさ、基板の材質等が適宜調整されればよい。同様に、タンク１１０からヒーター１２０へ供給されるキャリアガスの圧力、ヒーター１２０により加熱されるキャリアガスの温度、フィーダ１４０から供給される金属粉末の種類および量、基材１０の表面とノズル１３０との距離などが適宜調整されればよい。このようにして、本実施形態に係る固定方法は、各種の用途に適用することができる。
【０１２３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、被覆を有する芯材と基材とを固定する方法に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１０  基材
１１  基板（基材、銅基板、アルミニウムとは異なる他の金属材料を含む基材）
１２  基板（基材）
２１  導線（被覆導線）
２１ａ  芯線
２１ｂ  被覆層
３１  Ｚｎ粉末（他の粉末材料、亜鉛粉末）
３２  Ｓｎ粉末（粉末材料、錫粉末）
３３  Ｓｎ＋Ｚｎ混合粉末（粉末材料、錫粉末と亜鉛粉末とが混合された粉末材料）
３４  Ｓｎ＋Ａｌ混合粉末（粉末材料、錫粉末とアルミニウム粉末とが混合された粉末材料）
４１  Ｚｎ膜（粉末堆積層）
４２  Ｓｎ膜（皮膜）
４３  Ｓｎ＋Ｚｎ混合膜（皮膜）
４４  Ｓｎ＋Ａｌ混合膜（皮膜）
１００  コールドスプレー装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006437365.tif 000009
【図９】
0006437365.tif 000010
【図１０】
0006437365.tif 000011
【図１１】
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