(57)【要約】【課題】アルミ線と端子の圧着端子による接続方法において、アルミ線と端子の隙間に空気や水分が入り込むことにより絶縁酸化被膜ができ、端子とアルミ線間の電気伝導性が損なわれる問題を解決すること、及び、アルミ線と端子の半田による接続方法において、高温環境下での部品や配線等の損傷問題を解決し、容易に従来の電気ごてを用いた半田付け技術による接続を可能にすること。【解決手段】アルミ線と端子の接続の際、アルミ線１と端子２を、ステンレス線３を巻回して固定するか、もしくはステンレス製スリーブを用いて固定し、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスでアルミ線表面及びステンレス表面の酸化皮膜を除去した後、共晶半田で半田付けをする。【選択図】図１
2013145775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ線と端子を重ね合わせ、金属線を巻回してアルミ線と端子を固定し、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスでアルミ線表面及び金属線表面の酸化皮膜を除去した後、Ｓｎ６０質量％及びＰｂ４０質量％〜Ｓｎ６１．９質量％及びＰｂ３８．１質量％からなる錫鉛半田を用い、アルミ線と端子を半田付けすることを特徴とする半田によるアルミ線と端子の接続方法。
【請求項２】
アルミ線と端子を、複数のスリットを持つ金属製スリーブで固定し、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスでアルミ線表面及び金属製スリーブ表面の酸化皮膜を除去した後、Ｓｎ６０質量％及びＰｂ４０質量％〜Ｓｎ６１．９質量％及びＰｂ３８．１質量％からなる錫鉛半田を用い、アルミ線と端子を半田付けすることを特徴とする半田によるアルミ線と端子の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田によるアルミニウム線と端子の接続方法に関するものであり、金属材料分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム（以下、アルミという）は、銅の約６０％程度の導電率であるが、比重に関しては、銅が８．９４ｇ・ｃｍ-3に対してアルミが２．７０ｇ・ｃｍ-3と軽いため、銅の半分程度の重さのアルミを使用して、銅と同じ電流を通すことができることは公知の事実である。
【０００３】
また、アルミは銅の２分の１以下の価格であり、アルミ線は銅線に代替可能な材料であると考えられる。
【０００４】
しかし、アルミ線は、モーターやコネクター等の一般の銅に錫鍍金した端子に半田による接続はできず、圧着端子による機械的接続方法が、主に用いられてきた。
【０００５】
アルミは、空気中では表面に酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）の絶縁酸化被膜ができることは、公知の事実であり、圧着端子による接続方法では、隙間に空気や水分が入り込むことにより絶縁酸化被膜ができ、端子とアルミ線間の電気伝導性が損なわれる問題が生じている。
【０００６】
一般的なアルミ半田は、バーナーを用い、３５０℃の環境下でフラックスを用いず、アルミ半田でアルミ表面をこすることにより、酸化皮膜を除去すると同時に、アルミ半田をアルミに融着させていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
その他のアルミ半田は、バーナーを用い、沸点が約３００℃である塩化亜鉛等のフラックスによる酸化皮膜除去を有効にするため、フッ素系の化合物を用いて、その溶融した皮膜により、フラックスの乾燥を防いでロウ付けしていたが、バーナーによる作業温度３８０℃程度に温度コントロールが困難で、また、フラックスの乾燥を防止するため、短時間に作業を完了せねばならす、作業には熟練を要するものであった（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
上記のアルミ半田による接続方法は、何れの方法も３５０℃以上と作業環境温度が高く、他の部品や配線を熱で損傷させる可能性があり、アルミ半田によるアルミ線とハーネスやモーター等の端子への接続には不向きであった。
【０００９】
そのため、接続方法が、アルミ線が銅線に代替することに対する、大きな阻害要因となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本アルミット製アルミ半田と使用法、日本アルミット株式会社、インターネット＜ http://www.bea.hi-ho.ne.jp/furukawa-ele/parts/almit.htm＞
【非特許文献２】新富士バーナー株式会社製アルミソルダー RZ-103 及びアルミソルダー用フラックスRZ-203、新富士バーナー株式会社、インターネット＜ http://www.shinfuji.co.jp/contents/products/sfb/rz.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、アルミ線と端子の圧着端子による接続方法において、アルミ線と端子の隙間に空気や水分が入り込むことにより絶縁酸化被膜ができ、端子とアルミ線間の電気伝導性が損なわれる問題を解決することにある。
【００１２】
また、本発明の課題は、アルミ線と端子のアルミ半田による接続方法において、高温環境下での部品や配線等の損傷問題を解決し、容易に従来の電気ごてを用いた半田付け技術による接続を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者等は、アルミ線と銅や銅に錫鍍金が施された端子の接続の際、φ０．３ｍｍ程度の細いステンレス線を用い、アルミ線と端子を５回程度密巻きしたコイルで固定し、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスで酸化皮膜を除去した後、共晶半田で半田付けをすると、十分に半田が細部まで回りアルミ線と端子が確実に接続することを知見した。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、アルミ線と端子を重ね合わせ、金属線を巻回してアルミ線と端子を固定し、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスでアルミ線表面及び金属線表面の酸化皮膜を除去した後、Ｓｎ６０質量％及びＰｂ４０質量％〜Ｓｎ６１．９質量％及びＰｂ３８．１質量％からなる錫鉛半田を用い、アルミ線と端子を半田付けすることを特徴とする半田によるアルミ線と端子の接続方法を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、アルミ線と端子を、複数のスリットを持つ金属製スリーブで固定し、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスでアルミ線表面及び金属製スリーブ表面の酸化皮膜を除去した後、Ｓｎ６０質量％及びＰｂ４０質量％〜Ｓｎ６１．９質量％及びＰｂ３８．１質量％からなる錫鉛半田を用い、アルミ線と端子を半田付けすることを特徴とする半田によるアルミ線と端子の接続方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アルミ線と銅や銅錫鍍金を施した端子の接続に関して、従来の電気ごてによる半田付け技術により容易にアルミ線と端子を接続でき、アルミ線と端子間の隙間に半田が入り込むため、Ａｌ２ Ｏ３ の絶縁酸化被膜ができず、アルミ線と端子の圧着端子による接続方法で生じるアルミ線と端子間の導通不良問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】密巻きしたステンレス線でアルミ線と端子を固定した状態の一例を示す概略図である。
【図２】アルミ線と端子を締め括る前の密巻きしたステンレス線の一例を示す概略図である。
【図３】本発明で用いられる複数のスリットを持つステンレス製スリーブの一例を示す概略図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は側面図である。  尚、図中の一点鎖線は中心線である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の半田によるアルミ線と端子の接続方法の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する．
本発明で用いられる半田は、Ｓｎ６０質量％及びＰｂ４０質量％からなる錫鉛半田（以下、Ｈ６０半田という）〜Ｓｎ６１．９質量％及びＰｂ３８．１質量％からなる錫鉛半田（以下、Ｈ６３半田という）である。Ｈ６３半田は共晶半田であり、該共晶半田に限りなく近いＨ６０半田も、本発明で用いられる半田として好ましい。共晶半田は、温度が１８３℃になれば完全に液体になり、ゼリー状の半融解状態が無いため流動性が高く、サラサラで、小さな部分や込み入った部分に流れ込み、温度が下がれば即座に固体化するので好ましい。Ｓｎが６０質量％未満の錫鉛半田では、流動性が悪く、アルミ線と端子の隅々にまで半田が入らない可能性がある。
【００１９】
本発明で用いられるフラックスは、塩化亜鉛の飽和水溶液である。該飽和水溶液は、殆ど飽和状態（飽和度９０％以上）にある水溶液も含む。
塩化亜鉛は、半田付けの際、融剤として用いられるが、これは塩化亜鉛の水溶液が加水分解されてｐＨ４の酸性を示し、アルミの酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）やステンレスの水和オキシ酸化物（ＣｒＯｘ （ＯＨ）２−ｘ ・ｎＨ２ Ｏ）等の金属酸化物を溶かしやすいことと、沸点が約３００℃であるため、一般の半田付けの温度では蒸発してしまうことがないからである。塩化亜鉛水溶液が飽和状態でないと、半田付けの際、水素イオン指数（ｐＨ）が上がり、アルミやステンレスの酸化皮膜が除去できない可能性がある。
【００２０】
半田付けする端子は、母材の銅に半田付け性に優れる錫を鍍金したものが半田の回りが良く望ましい。銅が剥き出しであると、銅の酸化皮膜ができ、これがフラックスで十分に除去できないと、半田が回らない可能性がある。
【００２１】
モーター等の巻線や配線に用いられるアルミ線は、防食のため数ミクロン〜１０ミクロン程度の厚い酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）皮膜を持つアルマイト線が一般的であるが、このアルマイト線の場合は、半田付けの直前に酸化アルミニウム皮膜を紙やすり等で十分に除去することが望ましい。この酸化アルミニウム皮膜の除去が不十分であると、フラックスで酸化皮膜が除去できず、半田が回らない可能性がある。
【００２２】
アルミは、空気中では直ぐに表面に酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）の耐食性のある皮膜ができるが、この皮膜は、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスにて半田付けの際、除去される。
【００２３】
アルミ線と端子を固定する金属線としては、ステンレス線、銅線、真鍮線等が用いられ、塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスに腐食され難い金属線、特にステンレス線が好ましい。
上記金属線としてステンレス線を用いる場合、ステンレス線は、φ０．２〜φ０．４ｍｍ程度の太さのものが望ましい。該ステンレス線は、図２に示すように、予めコイル状に密巻きしておくことが望ましく、また、図１に示すように、ステンレス線３からなるコイルの中を通したアルミ線１と端子２を安定して固定するため、コイルは５回程度密巻きで、最後に束ねて締められるように、図２に示すように、ステンレス線３の両端に延長部分４及び５を持つ構造のものが望ましい。
ステンレス線の径がφ０．２mmより細いと断線の可能性があり、φ０．４mmより太いと巻きにくく作業性が悪い。
ステンレス線以外の金属線を用いる場合も、上記のステンレス線を用いる場合に準じて用いることが好ましい。
【００２４】
本発明では、上記金属線でアルミ線と端子を固定する代わりに、複数のスリットを持つ金属製スリーブを用いて、アルミ線と端子を固定することもできる。
上記金属製スリーブとしては、例えば、図３に示すような構造のステンレス製スリーブが好ましい。
図３に示すステンレス製スリーブは、該スリーブの中を通すアルミ線と端子を安定して固定させるための割り６が設けられ、また、フラックスや半田の回りを良くするためのスリット７及び８が複数設けられている。
【００２５】
ステンレスは、含有するクロム（Ｃｒ）が空気中で酸素と結合して表面に水和オキシ酸化物（ＣｒＯｘ （ＯＨ）２−ｘ ・ｎＨ２ Ｏ）が主体で構成されている不導態皮膜を形成しており、この皮膜は塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスにて、半田付けの際、除去される。
【００２６】
アルミ及びステンレスは、空気中で酸化皮膜を形成し、それが半田付けの障害となっているが、この酸化皮膜は共に塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスにて、半田付けの際、容易に除去できる。
【００２７】
アルミ表面の酸化皮膜が除去できても、アルミは半田に対して濡れ性が悪く、そのままでは半田付けが出来ないという問題点があるが、Ｈ６３半田及びＨ６０半田は、ステンレスに対して濡れ性、流れ性が良いため、ステンレス線に沿って半田が十分に回り、結果として半田のアルミに対する濡れ性を改善することができる。
【００２８】
塩化亜鉛の飽和水溶液からなるフラックスによる酸化皮膜の除去は、従来のフラックスによる酸化皮膜の除去方法に準じて行うことができる。また、アルミ線と端子の半田付けは、従来と同様にして、錫鉛半田を溶融しながら接続部分に流し込めばよい。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に何ら制約されるものではない。
【００３０】
実施例１
本実施例は、出力７０Ｗ、電圧１２Ｖ、定格２５００ｒｐｍのＤＣモーターを、図２に示すステンレス製コイルを用い、図１に示すようにアルミ線化した事例である。
アルミ線１は、１０ミクロン厚さの酸化アルミニウム皮膜を持つ直径φ１ｍｍのアルマイト線であり、端子２は、幅５ｍｍ程度の錫鍍金した端子であり、ステンレス製コイル３は、直径φ０．２９ｍｍのステンレス線を５回密巻きしたものである。
【００３１】
アルミ線と端子を半田付けする錫鉛半田としては、Ｈ６０半田（Ｓｎ６０質量％及びＰｂ４０質量％）を用いた。
【００３２】
フラックスは、塩化亜鉛の飽和水溶液を用いた。
【００３３】
アルミ線の接続部分を４００番のサンドペーパーで磨き、アルマイト皮膜を除去した。
【００３４】
端子をステンレス製コイル３に通した後、コイルの中にアルミ線を通して。コイルの延長部分４及び５を束ねてラジオペンチにて締めた。
【００３５】
フラックスを図１に示すの接続部分に十分に塗った後、６０Ｗの半田ごてでＨ６０半田を溶融しながら、接続部分に流し込み、固定した。
【００３６】
固定部分には十分に半田が隙間無く回り込んでいることが確認された。
【００３７】
出力測定を行い、モーターを組み上げ出力計に接続し、銅線のものと遜色無い性能を維持していることを確認した後、４０００ｒｐｍ以上のオーバーランテスト数時間を行い、接続部分に割れや溶けが無いことを確認した。
【符号の説明】
【００３８】
１  アルミ線
２  端子
３  ステンレス線
４  コイル延長部分
５  コイル延長部分
６  割り
７  スリット
８  スリット
【図１】
2013145775.tif 000003
【図２】
2013145775.tif 000004
【図３】
2013145775.tif 000005