JP2007012329A - 接続端子、接続端子付きアルミケーブル、超音波溶接方法、および超音波接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異種材料間における超音波溶接でも、過剰な超音波印加エネルギーが付与されず、かつ素材自体に機械的ダメージを与えない接続端子、接続端子付きアルミケーブル、超音波溶接方法、および超音波接続装置を提供する。
【解決手段】 アルミケーブル１０は、複数のアルミ素線１１による撚線１２を備える。接続端子１２０はＣｕを主体に構成され、バッテリー等に接続される接続部２３、接続部２３に一体化されている板状基部２１、板状基部２１の両側に形成された側壁２１ａ等を備える。板状基部２１の上面および側壁２１ａの内面には、ＡｌまたはＡｌ合金によるＡｌ層２４が、めっき等により設けられている。Ａｌ層２４により、超音波溶接の界面は同種のＡｌ同士になるので、接続部に付与される超音波印加エネルギーは、過剰になることがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接続端子とケーブルの撚線とが異種材料であり、両者が超音波で溶接される接続端子、接続端子付きアルミケーブル、超音波溶接方法、および超音波接続装置に関する。

近年、環境調和や資源エネルギーの節減などに、高い関心が集まっている。例えば、自動車産業においては、従来のガソリン自動車に代わって、電気自動車やハイブリット車が、開発或いは実用化されている。このような電気化された車両では、内燃機関を車両に比べ、電気接続に用いる線材が多くなり、重量増になる。そこで、導体に使用されてきた銅に代わる材料として、軽量化による燃費向上、鉄鋼資源のリサイクル性、および可撓性の観点から、アルミニウム（以下、「アルミ」という）導体が注目されている。このため、ハイブリッド車や電気自動車の電源用ハーネス、バッテリー用ケーブル等の導体には、アルミ材料が使用されている。

図１２は、従来の接続端子付きアルミケーブルを示す。この接続端子付きアルミケーブル１は、アルミケーブル１０と、このアルミケーブル１０の端部に接続される接続端子１００とを備える。

アルミケーブル１０は、複数のアルミ素線１１を撚り合わせてアルミ撚線１２とし、このアルミ撚線１２の外周を絶縁層１３で被覆して構成されている。

接続端子１００は、ＣｕまたはＣｕ合金による板材を加工して作られている。そして、この接続端子１００は、超音波溶接されるアルミ撚線１２が介在する一対の側壁１０１ａを有するＵ字形断面の板状基部１０１と、板状基部１０１の端部に形成されてアルミケーブル１０の端部の絶縁層１３を固定する固定片１０２と、板状基部１０１の先端部に形成されて接続対象の電気機器に接続されるドーナツ形の端子部１０３と、を備える。上記のようなアルミケーブル１０と接続端子１００を溶接する方法の１つに、超音波接続がある。

図１３は、図１２に示すアルミケーブルと接続端子を位置決めした状態を示す。同図中、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線の断面図である。図１４は、従来の超音波溶接方法を示し、（ａ）は接続端子付きアルミケーブルおよび超音波接続装置の側面図、（ｂ）は（ａ）の上面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ−Ｆ線の断面図である。

図１３に示すように、接続端子１００の固定片１０２にアルミケーブル１０の端部の絶縁層１３を固定し、板状基部１０１の上面にアルミ撚線１２を配置する。この状態で、図１４の（ａ），（ｂ）に示すように、超音波接続装置のアンビル４１の上に板状基部１０１の裏面を載置し、アルミ撚線１２の上面にホーンチップ４２の端面を押し当てて超音波振動を付与する。ホーンチップ４２の押圧と超音波振動により、アルミ素線１１が塑性変形してアルミ撚線１２が略平坦に押し潰され、アルミ素線１１と板状基部１０１との界面が相互に摺り合わされることにより、溶接が完了する。溶接後、図１４の（ｃ）の様に、ホーンチップ４２を引き上げる。この溶接により、図１５に示すように、接続端子付きアルミケーブル１が完成する。

なお、アルミケーブルと接続端子とを超音波接続する方法については、アルミ撚線１２のアルミ素線１１がばらけるのを防止するため、銅撚線の先端部を半円状の溝を有する電極と平面を有する電極の間に配置して所定の形状に固め、この固めた先端部を銅、銅合金、アルミニウム合金の丸や平角線の被接続線に重合し、この重合部を超音波溶接により接合する接続方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

同様の目的で、複数の素線による芯線部の直径相当の内径および絶縁被覆部の直径相当の内径を有する導電性の接続部材を電線の端末側に被せた後、接続部材と端子を超音波溶接する接続方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、第１の押え部材と第２の押え部材とにより、複数の素線による芯線部をＷ１（接合幅）の厚みにし、さらにＷ１を維持したまま加圧部材で加圧して上下方向を所定の寸法にして平板状にし、この平板状部分を溶接端子に超音波接合する超音波接合方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開昭５４−４３５８８号公報 特開２００４−７１３７２号公報 特開２００４−９５２９３号公報

しかし、従来の超音波溶接方法によると、Ｃｕによる接続端子とＡｌによるアルミ撚線とを超音波接合した場合、異種材料間の溶接になるため、同種金属間の溶接の場合と比べて、超音波印加エネルギーを大きく設定し、かつ長時間にわたり超音波振動を付与しなければならない。このため、エネルギー印加時の高温により、アルミ素線の変形が大きくなると共に、アルミ撚線全体の機械的強度が低下して、接続性が低下するという問題があった。

特に、図１５に示すように、アルミ撚線１２における超音波付与領域と非付与領域との境界部近傍において、アルミ素線１１に断線が生じるおそれがある。

従って、本発明の目的は、異種材料間における超音波溶接においても、接続部に過剰な超音波印加エネルギーが付与されず、かつ素材自体に余分な機械的ダメージが生ぜず、アルミ撚線の強度を維持し、効率良く高信頼な接合状態が得られる接続端子、接続端子付きアルミケーブル、超音波溶接方法、および超音波接続装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、第１の特徴として、ＡｌまたはＡｌ合金による複数の素線からなる撚線を備えるケーブルに接続される接続端子において、全体がＣｕを主成分とするＣｕ材により構成され、前記撚線に接する部分にＡｌを主成分とするＡｌ層が設けられていることを特徴とする接続端子を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、第２の特徴として、ＡｌまたはＡｌ合金による複数の素線からなる撚線を絶縁物で被覆したケーブルに接続される接続端子において、全体がＣｕを主成分とするＣｕ材により構成され、前記撚線に接する部分がＡｌを主成分とするＡｌ層とＣｕを主成分とするＣｕ層とからなる複合材で構成されていることを特徴とする接続端子を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、第３の特徴として、ＡｌまたはＡｌ合金によるアルミ導体を絶縁体で被覆したアルミケーブルにおいて、全体がＣｕを主成分とするＣｕ材により構成され、前記アルミ導体に接する部分がＡｌを主成分とするＡｌ層、またはＡｌを主成分とするＡｌ層とＣｕを主成分とするＣｕ層とからなる複合材により構成された接続端子が、超音波溶接により接続されていることを特徴とする接続端子付きアルミケーブルを提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、第４の特徴として、超音波発生源に支持された超音波ホーンと、前記超音波ホーンの先端に設けられて前記超音波ホーンからの超音波振動を被接続物に付与するホーンチップとを備える超音波接続装置において、前記ホーンチップは、超音波付与面が、前記被接続物に対して傾斜角を有することを特徴とする超音波接続装置を提供する。

本発明によれば、異種材料間における超音波溶接においても、接続部に過剰な超音波印加エネルギーが付与されることがなく、アルミ撚線全体の強度を維持することができ、かつ効率良く信頼性の高い接合状態を得ることができる。

［第１の実施の形態］
（接続端子付きアルミケーブルの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る接続端子付きアルミケーブルを示す。また、図２は、図１の接続端子付きアルミケーブルの分解斜視図である。

図１に示すように、接続端子付きアルミケーブル１は、アルミケーブル１０と、このアルミケーブル１０に取り付けられた接続端子２０と、を備える。

図２に示すように、アルミケーブル１０は、アルミニウム（以下、「アルミ」という）またはアルミ合金による複数のアルミ素線１１を撚り合わせたアルミ撚線（アルミ導体）１２と、このアルミ撚線１２の外周を被覆する絶縁層１３とを備える。

接続端子２０は、アルミ撚線１２に超音波溶接を施す場所を形成する一対の側壁２１ａを有するＵ字形断面の板状基部２１と、板状基部２１に隣接して形成され、ケーブル端部の絶縁層１３を固定するＵ字形の固定片２２と、板状基部２１の先端部に形成されて接続対象の電気機器（例えば、バッテリー）等に接続されるドーナツ形の端子部２３と、板状基部２１の上面および内側面に形成されてアルミケーブル１０のアルミ撚線１２に接触するＡｌ層（またはＡｌ膜）２４と、を備える。

接続端子２０は、Ｃｕ又は燐青銅等のＣｕ合金を材料に用いて作られている。また、Ａｌ層２４は、Ａｌ又はＡｌ合金を用いている。Ａｌ合金として、例えば、Ａｌ−Ｆｅ合金、Ａｌ−Ｚｒ合金、Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｒ合金等がある。このＡｌ層２４は、例えば、めっきにより形成される。

ここで、Ａｌ層２４と板状基部２１のＣｕ材の厚み（Ｃｕ層）の層厚比（ＴAl／ＴCu）は、０．０１≦（ＴAl／ＴCu）≦１．０、好ましくは、０．１≦（ＴAl／ＴCu）≦１．０とする。層厚比（ＴAl／ＴCu）が１．０を超えると、導電性が悪化し、接続部において抵抗発熱による温度上昇が生じる。そこで、Ａｌ層２４の厚みは、最大でも板状基部２１の厚みと同じにする。

また、板状基部２１の凹部内の空間及びサイズは、アルミ撚線１２の形状およびサイズに応じて適宜決定されるが、側壁２１ａの内面とアルミ撚線１２との間に隙間が形成されないように、密着させることが好ましい。

（アルミケーブル１０の断面形状）
図３は、アルミケーブルの断面形状を示す。同図中、（ａ）は１９本撚線の断面図、（ｂ）は３８本撚線の断面図、（ｃ）は６４本撚線の断面図、（ｄ）は１３７本撚線の断面図、（ｅ）は１８４本撚線の断面図、（ｆ）は２８７本撚線の断面図である。

例えば、図３の（ａ）に示す１９本撚線（１９本のアルミ素線を撚り合せて撚線にしたもの）のアルミケーブル１０は、外径が８.０ｍｍであり、そのアルミ素線１１の径は１.０ｍｍ程度、アルミ撚線１２の径は５.０ｍｍ程度である。

なお、アルミケーブルと接続端子とを超音波接続する場合、アルミ撚線１２がばらけると、接続不良の部分が生じる。従って、アルミ撚線１２は撚りの状態を保ったまま接続端子に位置決めされるのが望ましい。この問題を解決できる可能性のあるものに、例えば、特許文献１に示される接続方法がある。この接続方法は、銅撚線の先端部を半円状の溝を有する電極と平面を有する電極の間に配置して所定の形状に固め、この固めた先端部を銅、銅合金、アルミニウム合金の丸や平角線の被接続線に重合し、この重合部を超音波溶接により接合している。

（アルミケーブルと接続端子の接続）
図４は、アルミケーブルを接続端子に位置決めした状態を示す。同図中、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
また、図５は超音波溶接の工程を示し、同図中、（ａ）は超音波接続装置の主要部の配置を示す側面図、（ｂ）は溶接後の溶接面の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線の断面図である。

図４の（ａ），（ｂ）に示すように、まず、接続端子２０の固定片２２にアルミケーブル１０の端部の絶縁層１３部分を配置するとともに、図４の（ｃ）のように、板状基部２１のＡｌ層２４上にアルミ撚線１２部分を配置する。この状態で、図５の（ａ）に示すように、板状基部２１の上下に超音波接続装置のホーンチップ４２とアンビル４１を位置決めする。

次に、超音波接続装置のアンビル４１の上に板状基部２１を載置し、アルミ撚線１２の上面に超音波接続装置のホーンチップ４２の下面を押し当てて超音波振動を付与する。ホーンチップ４２の押圧と超音波振動により、アルミ素線１１が塑性変形して、図５の（ｂ），（ｃ）のように、アルミ撚線１２が略平坦に押し潰され、アルミ素線１１と板状基部２１との界面を相互に摺り合わせて超音波溶接が行われる。溶接後、図５の（ｃ）のように、ホーンチップ４２が引き上げられる。

このように、板状基部２１の上にＡｌ層２４を形成し、その上にアルミ撚線１２を配置して超音波溶接することにより、Ｃｕからなる接続端子２０とＡｌからなるアルミ素線１１との異種材料間における超音波溶接であっても、超音波溶接の界面においては同種のＡｌ同士になる。このため、過剰な超音波印加エネルギーを付与することなく、かつ短時間で信頼性の高い接合状態が得られる。その結果、異種材料間における超音波溶接においても、素材自体に余分な機械的ダメージを与えることがなく、アルミ撚線１２の全体の強度を保ったまま、超音波溶接を完了することができる。

（超音波接続装置の構成）
図６は、超音波接続装置の概略構成を示す。図６を参照して、超音波接続装置５０により接続端子２０とアルミケーブル１０を接続する方法について説明する。

図６に示すように、本実施の形態に係る超音波接続装置５０は、超音波発振器３０と、接続ケーブル３１を介して超音波発振器３０に接続される本体部４０と、を備えて構成される。本体部４０は、前記アンビル４１と、前記ホーンチップ４２と、ホーン支持部４３と、ホーン支持部４３に根元部が支持されるとともに先端部にホーンチップ４２が取り付けられた超音波ホーン４４と、ホーン支持部４３およびアンビル４１を固定する基台４５と、を備える。

図７は、図６のＣの部分の拡大図を示す。ホーンチップ４２は、先端面（超音波付与面）４２ａが被接続物（アルミ撚線１２と板状基部２１）の水平面に対して所定の角度（θ）だけ傾斜している。この先端面の傾斜角度θは、アルミ撚線１２のサイズに応じて適宜決定され、アルミ撚線１２のサイズが大きいほど大きくする。例えば、傾斜角度θは、３０°以内、好ましくは１０〜２０°である。ここで言う先端面４２ａとは、ホーンチップ４２の先端全面の傾きの平均をとった面である。

このような構成の超音波接続装置５０のアンビル４１上に図５に示したように、被接続物を載置し、ホーンチップ４２の先端面４２ａを被接続物に当接させることで、超音波発振器３０により発振した超音波振動が、被接続物に付与される。

図８は、傾斜角度θを有しないホーンチップ４２を用いた場合の図６のＣの部分の拡大図を示す。図８に示すように、ホーンチップ４２の先端面がフラットな超音波接続装置を用いた場合、領域６１（アルミ撚線１２における超音波付与領域と非付与領域との境界部付近）においてアルミ撚線１２が潰れて（又は、伸びきって）しまい、アルミ素線１１に断線を生じる可能性がある。

しかし、図７に示したように、ホーンチップ４２の先端面４２ａを被接続物に対して傾斜角度θに傾斜させた状態で当接させ、超音波の付与を行うことにより、アルミ撚線１２における超音波付与領域と非付与領域との境界部付近（図８の領域５１付近）において、アルミ撚線１２の潰れが抑制される。従って、超音波接続の際、アルミ撚線１２のアルミ素線１１に断線が生じるおそれはない。

（接続端子の製造方法）
次に、接続端子２０の製造方法について説明する。
（１）まず、長尺で、幅が６０ｍｍ〜８０ｍｍ程度のフープ材（Ｃｕ原板）を用意する。
（２）前記フープ材を送り出しリールからreel to reel方式で搬送しながら、後の製造工程におけるＡｌめっきが不要な箇所に対してマスキングテープをロールラミネートすることで熱圧着し、部分的にマスキングテープが貼着されたフープ材を巻取りリールにより巻き取る。このとき、使用するマスキングテープには、耐めっき性の材料のものを使用する。例えば、ドライフィルムレジストを使用する。
（３）部分的にマスキングテープが貼着されたフープ材を、送り出しリールからreel to reel方式で搬送しながら、電気Ａｌめっき処理槽に通過させ、マスキングテープが貼着されていない部分にＡｌめっきを施す。このとき、Ａｌめっきの厚さは、例えば、０.１ｍｍとする。
（４）電気Ａｌめっき処理槽から出てきたマスキングテープ付きフープ材からマスキングテープを剥離するため、マスキングテープのみを選択的にリールに別途巻取り、Ａｌめっき付きフープ材を巻取りリールにより巻き取る。
（５）前記Ａｌめっき付きフープ材をreel to reel方式により打ち抜き金型へ搬送し、所望の形状に打ち抜き、さらに折り曲げ加工を施し、個片化する。以上により、接続端子２０が完成する。

ここでは、Ａｌ層２４の成膜工程に電気めっき法を用いたが、本発明は電気めっき法に限定されるものではなく、例えば、イオンプレーティング法、蒸着法、スパッタリング法、無電解めっき法、溶射法等により、Ａｌ膜を成膜することができる。

また、電気Ａｌめっき膜を板状基部２１の上面および側壁２１ａの内面の計３面に形成する方法によれば、フープ材に対して幅方向の両側をマスキングテープで覆い、フープ材の中央部分をその長尺方向全体にわたって電気Ａｌめっきを施すことができるので、後述する本発明の他の実施の形態に比べて、マスキング工程等が容易になり、製造工程を簡略化することができる。

さらに、板状基部２１は、Ｃｕ板(Ｃｕ材)とＡｌ板を積層し、圧延した複合材により形成することもできる。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）接続端子２０は、Ｃｕによる板状基部２１の表面にＡｌまたはＡｌ合金によるＡｌ層２４を形成することにより、超音波接続部が、アルミニウム同士による同種材料の接続になるため、超音波接続時の超音波印加エネルギーを小さくすることができ、過剰な超音波印加エネルギーが付与されるのを防止することができる。従って、素材自体に機械的ダメージを与えることがなく、アルミ撚線全体の強度を保ったまま超音波溶接を完了することができるため、短時間で信頼性の高い接合状態が得られ、アルミ素線１１の導体強度の低下を防ぐことができ、ひいては接続性を向上させることができる。
（ロ）板状基部２１のＡｌ層２４とＣｕ層との層厚比（ＴAl／ＴCu）を０．１〜１．０に調整することにより、接続端子２０は、Ｃｕのみによる従来の接続端子とほぼ同等の導電性を得ることができる。従って、抵抗発熱による温度上昇が接続部に生じることがなく、変形や高温強度不足による断線が生じるおそれはない。
（ハ）接続端子２０の端子部２３には、Ａｌ層２４を形成されていないため、端子部２３とバッテリーなどの端子とは、Ｃｕ同士の同種材料間での接触になる。従って、各端子の接続部において、異種金属の接続に起因する電位差腐食の発生を防止することができる。
（ニ）板状基部２１は、側壁２１ａが形成されていることにより、この側壁２１ａが、超音波接続時にアルミ撚線１２を拘束する。このため、アルミ撚線１２を超音波接続する際に、アルミ素線１１が、ばらけるのを防止することができる。
（ホ）接続端子２０とアルミ撚線１２との接続領域は、板状基部２１及び側壁２１ａで規制された平面になり、接触面積を広くできるため、接続端子２０とアルミ撚線１２との接続性を向上させることができる。
（ヘ）板状基部２１は、Ｃｕ板とＡｌ板を積層し、圧延することにより複合材を形成すれば、ＣｕとＡｌの間の界面がより強固な状態になるため、接続端子２０とアルミ撚線１２との接続性を、より一層向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る接続端子付きアルミケーブルの構成を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態において、アルミケーブル１０の絶縁層１３の外周が、筒状の編組線（編組シールド層）１４で被覆されている。さらに、編組線１４の外周は、最外層絶縁体（シース）１５で被覆されている。この最外層絶縁体１５の一部は皮剥ぎされ、端末部分から編組線１４が露出している。さらに、露出する編組線１４上には、グランド接続端子（コネクタ部材）１６および圧着スリーブ１７が挿入されている。

グランド接続端子１６は、長手方向に延在する図示しない筒状部分とフランジ部分とからなり、上記筒状部分に圧着スリーブ１７が位置している。その後、圧着スリーブ１７の部分から、編組線１４の露出部、圧着スリーブ１７、およびグランド接続端子１６の筒状部分を一体的に圧縮成形し、図９に示すように、圧着スリーブ１７を、例えば６角形に成形する。

このように、圧着スリーブ１７に圧縮成形を施す理由は、編組線１４の露出部とグランド接続端子１６の筒状部分との接触面積を確保し、電気的接触を増加させるためである。また、編組線１４の露出部、圧着スリーブ１７、およびグランド接続端子１６の筒状部分を一体的に接合し、圧着スリーブ１７の部分における露出シールドの機械的強度を確保するためでもある。

アルミケーブル１０と接続端子２０との超音波溶接を終えた後、溶接箇所に相当する部分の全体を熱収縮チューブ１８で封止する。熱収縮チューブ１８は、予め板状基部２１から編組線１４の露出部に至る部分を被覆できる長さのものを用意し、溶接箇所に相当する部分に被せられる。その後、熱収縮チューブ１８に対してホットブローを行うことにより、熱収縮チューブ１８が収縮する。熱収縮チューブ１８は、端子部２３を除く接続端子２０の外表面に密着し、図９に示すように、絶縁被覆を形成する。

第２の実施の形態によれば、アルミケーブル１０と接続端子２０との超音波溶接部分を熱収縮チューブ１８で覆うことにより、板状基部２１およびＡｌ層２４との超音波溶接界面が外部に露出しないため、板状基部２１とアルミ層２４との隙間から水が侵入せず、異種金属間における電位差腐食の発生を防止することができる。

［第３の実施の形態］
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る接続端子付きアルミケーブルの分解斜視図を示す。また、図１１は、第３の実施の形態の超音波溶接の工程を示し、同図中、（ａ）は超音波接続装置の主要部の配置を示す側面図、（ｂ）は溶接後の溶接面の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線の断面図である。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、Ａｌ層２４を板状基部２１の上面にのみ設け、側壁２１ａには設けない構成にしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。本実施の形態における溶接方法は、図５、図６および図７で説明した通りであるので、説明を省略する。

第３の実施の形態によれば、溶接は、ホーンチップ４２とアンビル４１とにより上下方向からアルミ撚線１２を挟み込んで超音波振動を付与して行うため、板状基部２１の上面のみにＡｌ層２４を設けた構成であっても、アルミ撚線１２と接続端子２０との接合界面における接合強度は、十分に得ることができる。

次に、本発明の実施例について説明する。

Ｃｕ板（Ｃｕ材）の所定部（アルミ撚線１２と接続する領域に相当）にＡｌ板を積層し、これを圧延することで、厚さ１．０ｍｍの複合材を作製した。この複合材は、Ａｌ層の厚みが０．１ｍｍ、Ｃｕ材（Ｃｕ層）の厚みが０．９ｍｍ、層厚比（ＴAl／ＴCu）は０．１１であった。

Ｃｕ板（Ｃｕ材）の所定部とＡｌ板を積層し、これを圧延することで、厚さ１．０ｍｍの複合材を作製した。この複合材は、Ａｌ層の厚みが０．５ｍｍ、Ｃｕ材（Ｃｕ層）の厚みが０．５ｍｍ、層厚比（ＴAl／ＴCu）は１．０であった。

Ｃｕ板（Ｃｕ材）の所定部にＡｌ層２４を電気めっきすることで、厚さ１．０ｍｍの複合材を作製した。この複合材は、Ａｌ層２４の厚みが０．１ｍｍ、Ｃｕ材（Ｃｕ層）の厚みが０．９ｍｍ、層厚比（ＴAl／ＴCu）は０．１１であった。

Ｃｕ板（Ｃｕ材）の所定部に対しＡｌを電気めっきすることで、厚さ１．０ｍｍの複合材を作製した。この複合材は、Ａｌ層２４の厚みが０．５ｍｍ、Ｃｕ材（Ｃｕ層）の厚みが０．５ｍｍ、層厚比（ＴAl／ＴCu）が１．０であった。

（比較例１）
Ｃｕ板のみを圧延し、厚さ１．０ｍｍの板材を作製した。

（比較例２）
Ｃｕ板の全面にＡｌ板を積層して圧延することにより、厚さ１．０ｍｍの複合材を作製した。この複合材は、Ａｌ層の厚みが０．１ｍｍ、Ｃｕ材（Ｃｕ層）の厚みが０．９ｍｍ、層厚比（ＴAl／ＴCu）が０．１１であった。

実施例１，２、及び比較例１，２の各板材の諸元（板材の厚さ、Ａｌ層及びＣｕ層の各厚さ（Al層/Cu層）、層厚比（ＴAl／ＴCu）を示したのが、表１である。

次に、実施例１，２の複合材及び比較例１，２の各板材を、幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの短冊状の試験片に切り出した。これらの試験片の幅方向の両端を５ｍｍの幅で内側に９０°折り曲げ、図２に示した接続端子の模擬体を作製した。各模擬体とアルミ撚線１２とを、図６に示した超音波接続装置５０を用いて接続した。アルミケーブル１０として、外径１．０ｍｍのアルミ素線１１を１９本撚り合わせた図３の（ａ）に示す撚線導体を用いた。超音波接続装置５０におけるホーンチップ４２としては、図７のように、先端面が傾斜しているものを使用し、先端面サイズは、１０ｍｍ×８ｍｍとした。また、超音波接続の条件は、周波数：４０ｋＨｚ、加圧力：０．１〜０．４ＭＰａ、超音波印加エネルギー：１〜３０００Ｊとした。

次に、超音波接続後における接続部の接続性について評価を行った。その評価結果（超音波印加エネルギー、引張強度、ピール強度（引き剥がし強さ）、軽量性、及びそれらの総合評価）を示したのが、表２である。超音波印加エネルギーについては、接続に要するエネルギーが２６００Ｊよりも大きいものを高、接続に要するエネルギーが２６００Ｊよりも小さいものを低とした。引張強度については、実際の引張強さと、アルミ撚線１２の母材強度（１２０ＭＰａ）を１．０とした時の相対値とで表した。ピール強度については、アルミ撚線１２の母材強度（１２０ＭＰａ）を１．０とした時の相対値で表した。軽量性及び総合評価については、良好なものを○、不十分なものを△、不良を×とした。

表２から明らかなように、比較例１の板材を用いた模擬体とアルミ撚線１２との接続部は、引張強度が１２０ＭＰａ（相対値が１．０）、ピール強度が０．５であり、十分な引張強度及びピール強度を有している。しかし、この模擬体とアルミ撚線１２との接続は異種材料間であることから、接続に要する超音波印加エネルギーが高くなった。また、この模擬体はＣｕのみで構成されていることから、軽量性が不十分であった。よって、総合評価は不良（×）であった。

これに対して、実施例１，２の場合、模擬体とアルミ撚線１２との接続部は、引張強度及びピール強度が共に比較例１と同じであり、十分な引張強度及びピール強度を有していた。また、これらの模擬体とアルミ撚線１２との接続は同種材料間であることから、接続に要する超音波印加エネルギーは低かった。さらに、これらの模擬体はＡｌとＣｕの複合材で構成されていることから、Ｃｕのみにより構成される比較例１の模擬体と比較して、軽量性が良好であった。よって、総合評価も良好（○）であった。

なお、比較例２の板材を用いた模擬体とアルミ撚線１２との接続部は、十分な引張強度及びピール強度を有し、接続に要する超音波印加エネルギーも低く、さらに軽量性が良好であった。しかし、端子部２３もＣｕ−Ａｌ複合材であるため、異種金属間における電位差腐食が生じた。よって、総合評価は不十分（△）であった。

次に、上記実施例１〜４に示した各複合材を用いて作製した模擬体をそれぞれ２つ用意した。一方の各模擬体は、ホーンチップ４２の先端面が傾斜している超音波接続装置５０を用いて、アルミ撚線１２との超音波接続を行った（実施例１〜４）。また、他方の各模擬体は、ホーンチップ４２の先端面がフラットな従来の超音波接続装置を用いて、アルミ撚線との超音波接続を行った（比較例３〜６）。

超音波接続後における各接続部の接続性について評価を行った。その評価結果を示したのが、表３である。ここでは、アルミ撚線１２の潰れなどの外観評価、具体的にはＡｌ素線断線の有無を評価した。

表３に示すように、上記実施例１〜４の各複合材を用いた模擬体とアルミ撚線１２との接続部においては、アルミ素線１１の断線は観察されなかった（断線無し）。これに対して、比較例３〜６の各複合材を用いた模擬体とアルミ撚線１２との接続部においては、アルミ素線１１に断線が観察された（断線有り）。よって、ホーンチップ４２の先端面を被接続物に対して傾斜させた状態で当接させ、超音波付与を行うと、アルミ撚線１２において、アルミ素線１１に断線を生じないことが確認された。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、アルミケーブルのアルミ撚線にＣｕ製の接続端子を接続する場合について説明したが、ケーブル以外の被接続物であってもよい。

また、上記各実施の形態においては、ホーンチップ４２の先端面が、全体にθの角度に傾斜した構造を示したが、アルミ撚線１２における超音波付与領域（ホーンチップ４２の押圧により潰れた部分）と非付与領域（アルミ撚線１２がホーンチップ４２と接することなく外形を保っている部分）との境界部近傍に相当する位置において、ホーンチップ４２の角を面取り（Ｒ形状）すれば、ホーンチップ４２の先端面は、ほぼ平坦であってもよい。

この構造でも、アルミ撚線１２における超音波付与領域と非付与領域との境界部付近（図８内の領域５１の付近）において、アルミ撚線１２の潰れが抑制される。その結果、超音波接続時、アルミ撚線１２において、アルミ素線１１に断線が生じるおそれはない。

本発明の第１の実施の形態に係る接続端子付きアルミケーブルを示す斜視図である。 図１の接続端子付きアルミケーブルの分解斜視図である。 アルミケーブルの断面形状を示し、（ａ）は１９本撚線の断面図、（ｂ）は３８本撚線の断面図、（ｃ）は６４本撚線の断面図、（ｄ）は１３７本撚線の断面図、（ｅ）は１８４本撚線の断面図、（ｆ）は２８７本撚線の断面図である。 アルミケーブルを接続端子に位置決めした状態を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 超音波溶接の工程を示し、（ａ）は超音波接続装置の主要部の配置を示す側面図、（ｂ）は溶接後の溶接面の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線の断面図である。 本発明に係る超音波接続装置の概略構成図である。 図６のＣの部分の拡大図である。 傾斜角度θを有しない場合の図６のＣの部分の拡大図である。 本発明の第２の実施の形態に係る接続端子付きアルミケーブルの構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る接続端子付きアルミケーブルの分解斜視図である。 本発明の第３の実施の形態の超音波溶接の工程を示し、（ａ）は超音波接続装置の主要部の配置を示す側面図、（ｂ）は溶接後の溶接面の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線の断面図である。 従来の接続端子付きアルミケーブルの分解斜視図である。 図１２に示すアルミケーブルと接続端子を位置決めした状態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線の断面図である。 従来の超音波溶接方法を示し、（ａ）は接続端子付きアルミケーブルおよび超音波接続装置の側面図、（ｂ）は（ａ）の上面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ−Ｆ線の断面図である。 従来の超音波溶接方法によるケーブルと端子との接続構造の斜視図である。

符号の説明

１ 接続端子付きアルミケーブル
１０ アルミケーブル
１１ アルミ素線
１２ アルミ撚線
１３ 絶縁層
１４ 編組線
１５ 最外層絶縁体
１６ グランド接続端子
１７ 圧着スリーブ
１８ 熱収縮チューブ
２０ 接続端子
２１ 板状基部
２１ａ 側壁
２２ 固定片
２３ 端子部
２４ アルミ層
３０ 超音波発振器
３１ 接続ケーブル
４０ 本体部
４１ アンビル
４２ ホーンチップ
４２ａ 先端面
４３ ホーン支持部
４４ 超音波ホーン
４５ 基台
５０ 超音波接続装置
５１，６１ 領域
１００ 接続端子
１０１ 板状基部
１０１ａ 側壁
１０２ 固定片
１０３ 端子部
θ 傾斜角度

Claims (14)

1. ＡｌまたはＡｌ合金による複数の素線からなる撚線を備えるケーブルに接続される接続端子において、
   全体がＣｕを主成分とするＣｕ材により構成され、前記撚線に接する部分にＡｌを主成分とするＡｌ層が設けられていることを特徴とする接続端子。
2. 前記Ａｌ層は、前記Ｃｕ材上に成膜されていることを特徴とする請求項１に記載の接続端子。
3. 前記Ａｌ層は、前記成膜が、スパッタリング、無電解めっき、電解めっき、または蒸着により施されていることを特徴とする請求項２に記載の接続端子。
4. ＡｌまたはＡｌ合金による複数の素線からなる撚線を絶縁物で被覆したケーブルに接続される接続端子において、
   全体がＣｕを主成分とするＣｕ材により構成され、前記撚線に接する部分がＡｌを主成分とするＡｌ層とＣｕを主成分とするＣｕ層とからなる複合材で構成されていることを特徴とする接続端子。
5. 前記複合材は、Ｃｕからなる板材と、Ａｌからなる板材とを圧延して成形されていることを特徴とする請求項４に記載の接続端子。
6. 前記Ａｌ層と前記Ｃｕ材または前記Ｃｕ層との層厚比ＴAl／ＴCuが、０．０１以上で１．０以下である請求項１または４記載の接続端子。
7. 前記アルミ層は、前記撚線が載置される板状基部の表面にのみ設けられていることを特徴とする請求項１または４記載の接続端子。
8. 前記アルミ層は、前記撚線が載置される板状基部の表面、および前記板状基部の両側に立設する側壁の内面に設けられていることを特徴とする請求項１または４記載の接続端子。
9. ＡｌまたはＡｌ合金によるアルミ導体を絶縁体で被覆したアルミケーブルにおいて、
   全体がＣｕを主成分とするＣｕ材により構成され、前記アルミ導体に接する部分がＡｌを主成分とするＡｌ層、またはＡｌを主成分とするＡｌ層とＣｕを主成分とするＣｕ層とからなる複合材により構成された接続端子が、超音波溶接により接続されていることを特徴とする接続端子付きアルミケーブル。
10. 前記アルミ導体は、Ａｌ又はＡｌ合金による複数の素線で構成されたアルミ撚線であることを特徴とする請求項９記載の接続端子付きアルミケーブル。
11. 前記接続端子と前記アルミ導体との超音波溶接の界面が、熱収縮チューブによって覆われていることを特徴とする請求項９または１０記載の接続端子付きアルミケーブル。
12. 前記接続端子は、前記Ａｌ層と前記Ｃｕ材または前記Ｃｕ層との層厚比ＴAl／ＴCuが、０．０１以上および１．０以下である請求項９記載の接続端子付きアルミケーブル。
13. ＡｌまたはＡｌ合金による複数の素線からなる撚線を絶縁物で被覆したケーブルに接続端子を超音波により接続する超音波溶接方法において、
    前記接続端子に前記撚線を位置決めする第１の工程と、
    超音波ホーンの先端に設けられたホーンチップの先端面を前記撚線に対して傾斜させた状態で当接する第２の工程と、
    前記ホーンチップから前記撚線に超音波を付与して溶接を行う第３の工程とを有することを特徴とする超音波溶接方法。
14. 超音波発生源に支持された超音波ホーンと、前記超音波ホーンの先端に設けられて前記超音波ホーンからの超音波振動を被接続物に付与するホーンチップとを備える超音波接続装置において、
    前記ホーンチップは、超音波付与面が、前記被接続物に対して傾斜角を有することを特徴とする超音波接続装置。

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