JP2012064438A - 端子接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 異種金属である少なくとも一対の端子同士が、確実強固に半田で接続された端子接続構造を提供する。
【解決手段】 互いに異種金属である少なくとも一対の端子２，３同士を半田接続する端子接続構造において、上記両端子２，３がコネクタ結合されて重なる部位間にフラックス保持が可能な形状でかつイオン化傾向が両端子２，３の中間の素材からなる金属シート４が介装され、上記両端子２，３は上記重なり部位に介在する金属シート４に導入された半田により接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば銅とアルミニウムなど互いに異種金属である少なくとも一対の端子同士を半田で接続した端子接続構造に関するものである。

近年、多数本の細線を撚り合わせた撚り線が取り付けられた端子同士を半田付け接続する場合、両端子が共に同じ種類の金属製ではなく、一方が例えばアルミニウム製で、他方が例えば銅製となる異種金属の端子同士の半田付け接続もある。例えば自動車の製造分野においては、車体の軽量化の一環として、電源ケーブル等にアルミニウム等の軽量電線を使用することが求められている。このようなアルミニウム電線をアルミニウム製端子に取り付け、このようなアルミニウム製端子においてはこれとは異種金属である例えば銅製や黄銅製の端子に半田付けして接続することが必要な場合がある。

上記半田付けにおいては、アルミニウム製端子は、表面に酸化膜ができ、良好な電気的接続が図りにくい上に、銅製や黄銅製端子に対して、熱伝導率が低いため、半田付けの際、端子部分を加熱しても、端子全体が半田付けに必要とする所要温度になりにくく、そのため、フラックスや、溶融半田が両端子の接合面内に導入されず、半田中にボイドができたり、半田付けされない箇所ができやすい。

このようなボイドは、放電、電食発生、電気抵抗の増大、通電時の発熱等の原因ともなり、好ましくない。また、ボイド内に空気やフラックスが介在する可能性が高く、このような介在があると、熱伝導しにくくなり、一層、半田付けの確実性が低くなる。

特開平０６−３２６１５１号公報

本発明は、異種金属である少なくとも一対の端子同士が確実強固に半田で接続された端子接続構造を提供するものである。

本発明による端子接続構造は、互いに異種金属である少なくとも一対の端子同士を半田接続する端子接続構造において、上記両端子それぞれの端部同士がコネクタ結合されていると共に、上記コネクタ結合で重なる部位間に、フラックス保持が可能な形状でかつイオン化傾向が上記両端子それぞれのイオン化傾向の略中間である素材からなる金属シートが介装され、上記両端子は上記重なり部位間に介在する金属シートに導入された半田により接続されている、ことを特徴とする。

コネクタ結合は、その結合度には限定されない。例えばコネクタ結合部位が嵌合ではなく、単に係止している程度の結合も含むことができる。また、一方端子が円筒状、角筒状等の雌コネクタ構造で、他方端子が円柱状、角柱状等の雄コネクタ構造というコネクタ関係だけに限定されず、両端子がつづら折り等で雌雄コネクタ構造を有する場合も含むことができる。

金属シートにおける上記フラックス保持が可能な形状には、網構造や複数の穴や複数の凹凸等の形状、あるいはこれらの組合せ等を含むことができる。

好ましくは、上記両端子のうちの、一方端子は、端部に開口を有する雌コネクタ構造を有し、他方端子は、端部に上記一方端子の上記端部の開口に挿入可能な柱状部を有した雄コネクタ構造を有し、上記一方端子の上記端部開口に上記他方端子の柱状部が金属シートを介在して挿入されて、上記コネクタ結合が行われている。

好ましくは、上記両端子の端部は多重折り状に形成されており、上記両端子の多重折り状端部同士が重なり合っていると共に、その重なり部位に上記金属シートが介装されて、上記コネクタ結合が行われている。

上記多重折りには、つづら折り、観音折り、地図折り、等の各種の多重折りを含む。

好ましくは、上記両端子の一方の素材が銅または黄銅であり、他方の素材がアルミニウムであり、上記金属シートは、銅、もしくは、銅、錫、ニッケル、亜鉛等を含む合金を素材として、あるいは、銅に錫と亜鉛を鍍金した素材を含み、その素材のイオン化傾向が銅とアルミニウムとの中間にある。これにより、第１、第２端子が異種金属である銅とアルミニウムの場合に、両者間のイオン化傾向の相違による急激な金属間の電位差が緩和され、電食を抑えることができる。

本発明構造においては、上記両端子のうちの一方側端部が雌雄コネクタの一方、他方側端部が雌雄コネクタの他方を構成し、それらがコネクタ結合されて重なる部位間にメッシュや穴や凹凸等のフラックス保持が可能な形状でかつイオン化傾向が両端子の中間の素材からなる金属シートが介装され、その金属シートに導入された半田により接続されているので、両端子が異種金属であっても、金属シートによりそれら端子同士は確実強固に半田で接続された端子接続構造を提供することができる。

また、上記両端子は金属シートにより密着した状態で半田付けされるので、外部から端子や金属シートを加熱し、両端子間の重なり部位間の金属シートにフラックスと溶融半田とを導入する場合、これらフラックスや半田は良好に導入することができ、半田中にボイドができにくく、半田付けを確実に行うことができるようになる。

なお、金属シート表面に金属メッキ層が形成されている場合においてはその金属メッキ層が溶けて流れ出し、さらにフラックスは金属シート表面に沿って導入されて、両端子の重なり部位間全体に広がり、端子表面の酸化膜が容易に取り除かれると共に、溶融半田も、フラックスと同様に、金属シートと溶解メッキに沿って重なり部位間に導入されて全体に広がって固化するから、ボイドを生成することなく両端子を電気的に接続することができる。

本発明によれば、両端子を内部にボイドを発生させることなく良好に半田で接続することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る端子接続構造を分解して示す図である。 図２Ａは図１の構造を構成する各部品のうち、端部が雄側コネクタを構成する端子の断面を示す図である。 図２Ｂは金属シートの断面を示す図である。 図２Ｃは端部が雌側コネクタを構成する端子の断面の構成を示す図である。 図３は上記構造を組み立てた状態で示す図である。 図４は図３の断面構成を示す図である。 図５は図４の変形構成を示す図である。 図６は本発明の別の実施形態に係る端子接続構造を分解して示す図である。 図７は本発明のさらに別の実施形態に係る端子接続構造を分解して示す図である。 図８は図７の組み立てた状態の端子接続構造を示す図である。 図９は図８の状態の構造の断面を示す図である。 図１０は図９の要部を拡大して示す図である。 図１１は本発明のさらに別の実施形態に係る端子構造の製造に用いる各シートの外観構成を示す図である。 図１２は図１１の各シートを積層した状態を拡大して示す図である。 図１３は図１２の状態から一方向につづら折りする途中の状態を拡大して示す図である。 図１４は図１３の状態から一方向のつづら折りが完了した状態を拡大して示す図である。 図１５は図１４の状態から他方向につづら折りする途中の状態を拡大して示す図である。 図１６は図１５の状態から他方向のつづら折りが完了して積層体が形成された状態を拡大して示す図である。 図１７は図１６の積層体の一部断面を拡大して示す図である。 図１８は図１６の積層体に対して加熱を行う状態を拡大して示す図である。 図１９Ａは図１８の加熱により中間シートに保持しているフラックスの流れと共に半田付け状況を拡大して示す図である。 図１９Ｂは図１９Ａに引き続いて図１８の加熱により中間シートに保持しているフラックスの流れと共に半田付け状況を拡大して示す図である。 図２０は図１６の積層体を加熱して実施形態の端子構造の製造が完了した状態を拡大して示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係る端子接続構造を詳細に説明する。

まず、図１ないし図４を参照して、実施形態の端子接続構造を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る端子接続構造を分解して示し、図２Ａは上記構造を構成する各部品のうち、第１端子の断面構成、図２Ｂは金属シートの断面構成、図２Ｃは第２端子の断面構成をそれぞれ示し、図３は上記部品を組み立てた状態の構造を示し、図４は図３の断面構成を示す。

本実施形態の端子接続構造１は、図１で示すように、部品として接続側端部が雌型コネクタ構造の第１端子２と、上記接続側端部に対応する接続側端部が雄型コネクタ構造の第２端子３と、両第１、第２端子２，３間の金属シート４と、を含む。

第１端子２は、図１および図２Ａで示すように、素材が異種金属の一方側金属として例えば銅ないし黄銅であり、円筒状の端子主部２ａと、この端子主部２ａの一端側端部２ａ１に連成された端子穴２ｂ付き端子片２ｃと、を含む。第１端子２の他端側の端部２ａ２は、雌型コネクタ構造として、筒状となっていると共にその端部２ａ２の端面には、円錐台状突部２ｄが形成されている。円錐台状突部２ｄには円形開口２ｅが形成されている。

金属シート４は、図１および図２Ｂで示すように金網形状で一端側が開口４ａし、他端側が底４ｂ付きのシートである。ただし、本発明ではこのような網状のシート形状に限定されず、複数の穴や凹凸等のフラックスの導入保持、半田の導入が可能な形状であればよい。金属シート４は、一端側から第２端子３の円柱状部３ｄに被せ付けられる。

金属シート４は、銅、もしくは、銅、錫、ニッケル、亜鉛等を含む合金を素材とし、あるいは、銅に錫と亜鉛を鍍金した素材とし、その素材のイオン化傾向は銅とアルミニウムとの略中間にある。

第２端子３は、図１および図２Ｃで示すように、その素材が異種金属の他方側金属として例えばアルミニウムであり、円柱状の端子主部３ａと、この端子主部３ａの一端側端部３ａ１に連成された端子穴３ｂ付き端子片３ｃとを含む。端子主部３ａの他端側端部３ａ２は、第１端子２の上記端子主部２ａの円形開口２ｅに挿入可能でかつ外径一定に突出する円柱状部３ｄと、この円柱状部３ｄの同心外周に位置し、第１端子２の円錐台状突部２ｄが挿入可能な円周溝３ｅと、を有している。

以上の図１、図２Ａないし図２Ｃを参照して説明した上記構成要素からなる実施形態の端子接続構造１を図３で示すように組み立てた状態を図３の断面図である図４を含めて説明する。

第１端子２の雌型コネクタを構成する端子主部２ａの開口２ｅに第２端子３の雄型コネクタを構成する円柱状部３ｄが挿入され、両端子２，３はコネクタ結合される。

この挿入において金属シート４は、上記コネクタ結合において重なる部位間である開口２ｅ内周面と円柱状部３ｄ外周面との間に介装されていると共に一端側が第１端子２の円錐台状突部２ｄ外周面と第２端子３の円周溝３ｅ外周面との間に折り返されるよう介装されて折り返し部４ｃを形成している。これにより第１端子２と第２端子３とは直接接触することが無くなり、両者間に金属シート４が介装されることになる。

これにより、例えば半田付けに際して、図４で示すように端子２と金属シート４とに矢印で示すプラス電極（＋）Ｐとマイナス電極（−）Ｎとを押し付けるように接触させて両電極Ｐ，Ｎ間に電流を流すことで両電極Ｐ，Ｎ間に挟み込まれた端子２，３や金属シート４を加熱する場合、電極Ｐ，Ｎの押し付けが容易となる。

金属シート４は、その素材のイオン化傾向が銅とアルミニウムとの略中間であるので、第１端子２の端子主部２ａの開口２ｅ内周面と第２端子３の端子主部３ａの円柱状部３ｄ外周面との間に介在することで、第１端子２が銅、黄銅で、第２端子３がこれと異種金属であるアルミニウムであっても、両端子２，３間のイオン化傾向の相違による急激な金属間の電位差を緩和し電食を抑えることができる。

以上のように、本実施形態では、金属シート４が第１、第２端子２，３それぞれに対して上記位置で介在することで、半田付けに際して、第１、第２端子２，３や金属シート４にプラス電極とマイナス電極とを押し付けるように接触させると共にその状態で両電極間に電流を流すことで両電極間に挟み込まれた第１、第２端子２，３や金属シート４を加熱する。

そして、フラックスＦや半田Ｈは、第１端子２の端子主部２ａの開口２ｅ内周面および円錐台状突部２ｄ外周面それぞれと第２端子３の端子主部３ａの円柱状部３ｄ外周面および円周溝３ｅ外周面それぞれとの間の金属シート４に導入され、第２端子３の表面全体のアルミニウム酸化皮膜が効果的に除去される。

以上説明したように本実施形態の端子接続構造では、第１端子２の一方側端部２ａ２が雌コネクタ、入力端子３の他方側端部３ａ２が雄コネクタをそれぞれ構成し、それらがコネクタ結合されて重なる部位間にメッシュや穴や凹凸等のフラックス保持が可能な形状でかつイオン化傾向が両端子の中間の素材からなる金属シート４が介装され、その金属シート４に導入された半田により接続されているので、両端子２，３が銅や黄銅とアルミニウムという異種金属であっても、金属シート４によりそれら端子２，３同士は確実強固に半田で接続された端子接続構造を提供することができる。

なお、図５で示すように第１端子２の端子主部２ａと、第２端子３の端子主部３ａの円柱状部３ｄとを直径方向に貫通する貫通穴５を形成し、この貫通穴５に結合部材として例えばセラミック製のボルト６を締結することで、第１端子２と第２端子３とをより強固に結合してもよい。なお、この結合部材としてはボルト６ではなくても例えばセラミック製のピンでもよい。また、貫通穴５ではなく、途中まで開いた穴でもよい。さらに、第１端子２の他端側の端部２ａ２の筒状部内周面にネジ形状を形成してもよい。なお、両端子２，３表面に絶縁カバーを被せて表面を絶縁構成とすることでもよい。なお、上記第１端子２の他端側の端部２ａ２の開口２ｅは円形であるが、円形ではなく、矩形形状でもよい。これに対応して円柱状部３ｄを角柱状部とすることができる。

金属シート４は円柱状部３ｄに被せることができるキャップ形状であるが、キャップ形状でなくてもよい。金属シート４は１枚物の金網形状であるが、複数枚重ねた金網形状としてもよい。この複数枚とする場合、第１端子２側ではイオン化傾向が銅あるいは黄銅に近い合金、第２端子３側ではイオン化傾向がアルミニウムに近い合金が好ましい。

図６を参照して本発明の他の実施形態に係る端子接続構造を説明する。図６は同端子接続構造の断面構成を示し、図１ないし図５と対応する部分には同一の符号を付している。この実施形態では第１端子２にフラックス気体逃し穴２ｆを設け、この穴２ｆからフラックスを逃すようにすることでフラックスが半田中にボイドとして残らないようにしてもよく、また、第２端子３の円柱状部３ｄに半田が入り込める穴３ｆを設けることで、半田による接合強度を高めるようにしてもよい。なお、金属シート４は全体が金網構造でかつ底付きキャップ状としてもよい。

図７ないし図１０を参照して本発明のさらに他の実施形態に係る端子接続構造を説明する。図７は同端子接続構造を分解して示し、図８は図７の組み立てた状態の端子接続構造を示し、図９は図８の状態の構造の断面を示し、図１０は図９の要部を拡大して示す。

この端子接続構造１０は、第１端子１１と、第２端子１２と、金属シート１３とを有する。第１端子１１はその素材が、第１端子２と同様、銅または黄銅であり、第２端子１２はその素材が第２端子３と同様、アルミニウムである。また金属シート１３は、上記金属シート４と同様の素材で構成されている。

第１端子１１は、端子主部１１ａ１，１１ａ２と、これらの一端側に連成された端子片１１ｂ１，１１ｂ２とを含む。端子片１１ｂ１，１１ｂ２には端子穴１１ｃ１，１１ｃ２が設けられている。端子主部１１ａ１，１１ａ２それぞれの他方側端部が多重折りの一例としてつづら折り部１１ｄで連結されている。

第２端子１２は、端子主部１２ａ１，１２ａ２と、これらの一端側に連成された端子片１２ｂ１，１２ｂ２とを含む。端子片１２ｂ１，１２ｂ２には端子穴１２ｃ１，１２ｃ２が設けられている。端子主部１２ａ１，１２ａ２それぞれの他方側端部がつづら折り部１２ｄで連結されている。

第１端子１１の他方側端部の複数のつづら折り部１１ｄと第２端子１２の他方側端部のつづら折り部１２ｄとが互いに入り組んだ状態とされ、この状態で金属シート１３が第１端子１１のつづら折り部１１ｄと第２端子１２のつづら折り部１２ｄとの対向面間に介装される。

以上のつづら折りにかかる端子接続構造においても、銅や黄銅製の第１端子１１の一方側端部が雌雄共用コネクタ、アルミニウム製の第２端子１２の他方側端部が雌雄共用コネクタをそれぞれ構成し、それらがコネクタ結合されて重なる部位間にイオン化傾向が両端子の中間の素材からなる金属シート１３が介装され、その金属シート１３に導入された半田により接続されているので、両端子１１，１２が銅や黄銅とアルミニウムという異種金属であっても、金属シート１３によりそれら端子１１，１２同士は確実強固に半田で接続された端子接続構造を提供することができる。

図１１に本発明のさらに別の実施形態に係る端子構造を構成する各シートの外観構成を示す。実施形態の端子構造は、図１１で示す順序で上下に配置したいずれも平面視同一寸法の矩形形状でミウラ折りのための同一の折り目線を有する４枚のシート２１，２３，２５，２７から製造される。各シート２１，２３，２５，２７それぞれのシート厚さは図解の都合で示す。

シート２１は素材が銅、黄銅、その他の銅合金、もしくは銅系複合材料からなり、かつ端子部分を構成する突起２１ａを備えた第１金属シートである。

シート２３は、素材が半田からなる半田シートである。

シート２５は、素材が、銅、錫、ニッケル、亜鉛等を含む合金を素材とし、あるいは、銅に錫と亜鉛を鍍金したものを素材とし、あるいは錫亜鉛合金を素材とした中間シートである。

シート２７は、素材がアルミニウムからなり、かつ、端子部分を構成する突起２７ａを備えた第２金属シートである。

実施形態では説明の都合でシートと称するが、この名称に限定されるものでは何等なく、例えば箔やフィルムやその他の名称を含むことができる。

第１金属シート２１と第２金属シート２７それぞれのシート厚さは、実施形態の多重折り例であるミウラ折りした際に端子として必要な厚さを得ることができる厚さが好ましい。

半田シート２３は、第１金属シート２１と第２金属シート２７とを半田付けするのに必要とする半田量を提供することができることが好ましく、また、そのシート厚さもそれに対応した厚さが好ましい。

中間シート２５は発泡やメッシュ加工されてフラックスを保持できる複数の孔２５ａを具備しこれら孔２５ａには一部を拡大して示すようにフラックス２５ｂを保持している。中間シート２５は第１金属シート２１と第２金属シート２７との間に介在して両金属のイオン化傾向に対してそのイオン化傾向が略中間の金属であるが、そのシート厚さは第１金属シート２１と第２金属シート２７とを互いに半田付け接続するに適した厚さに設定することが好ましい。中間シート２５は多数の孔を備えるが、これら各孔の数、大きさは、それらに保持しているフラックスがアルミニウムからなる第２金属シート２７表面の酸化膜を除去することができる量を保持できる程度であることが好ましい。

以上の各シート２１，２３，２５，２７には、上記したように多重折りの一例としてミウラ折りするための山折りと谷折りそれぞれの折り目線が形成されている。点線は山折りする折り目線であり、一点鎖線は谷折りする折り目線を示す。なお、この実施形態では多重折りの一例としてミウラ折りを示すが、このミウラ折りに限定されるものではなく、他の多重折り、例えば、観音折り、等の各種の多重折りを含む。

これら各シート２１，２３，２５，２７はそれぞれ図１１のシート形態の状態で図１２で示すように積層され、その積層状態から、図１３から図１４で一方向に上記折り目線から谷折り、山折りしてつづら折りし、次いで図１５で示すように他方向に上記折り目線から谷折り、山折りしてつづら折りし、図１６で示すように、図１１の状態の各シート２１，２３，２５，２７はミウラ折りされた積層体２９を得る。図１７に積層体２９の要部断面を拡大した構成を示す。図１７に示す積層体２９断面では第２金属シート２７表面に酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）２７ｂが形成されている。

こうして形成した積層体２９は、それを構成している積層内部は各シートが積層されミウラ折りされただけで互いに対して半田付け接続されていない。

そこで、図１８で示すように、積層体２９にプラスとマイナスの電極３１，３３を接触し、これら電極３１，３３間に電流を印加すると、図１９Ａから図１９Ｂで示すように、中間シート２５の各孔２５ａ内に保持しているフラックス２５ｂが溶けて第２金属シート２７に流れこんで、第２金属シート２７表面の酸化アルミニウム２７ｂが除去される。なお、フラックス２５ｂは上記酸化アルミニウム２７ｂの除去後、気化する。

そしてフラックス２５ｂは気化すると共に、すでに溶けていた半田シート２３からの半田２３ａは第１金属シート２１に付着すると共に中間シート２５の各孔２５ａから抜け出て第２金属シート２７に付着する。

こうして積層体２９はそれを構成する各シート２１，２３，２５，２７は半田付け接続されることで図２０で示すような端子構造３５とされる。

３５ａは突起２１ａに対応する端子部分、３５ｂは突起２７ａに対応する端子部分である。

以上のようにして製造した端子構造３５は、互いに異種金属同士である少なくとも２枚の第１、第２金属シート２１，２７の対向間に、上記両金属に対しイオン化傾向が略中間の金属からなる中間シート２５を介装した状態で積層しミウラ折りした構造を具備し、この構造を構成する各積層内部を半田付け接続した構造となっているので、第１、第２金属シート２１，２７が互いに異種金属であっても、イオン化傾向が第１、第２金属シート２１，２７のそれらの略中間の素材からなる中間シート２５によりイオン化傾向が緩和される結果、両異種金属間のイオン化傾向の相違による急激な金属間電位差が緩和されて電食が抑えられ、かつ、半田付けで一体化されており、また、積層状態でミウラ折りされているので、形状や寸法が小型化されている。

１ 端子接続構造
２ 第１端子
２ａ 端子主部
２ｃ 端子片
２ｄ 円錐台状突部
２ｅ 円形開口
３ 第２端子
３ａ 端子主部
３ｃ 端子片
３ｄ 円柱状部
３ｅ 円周溝
４ 金属シート

Claims (4)

1. 互いに異種金属である少なくとも一対の端子同士を半田接続する端子接続構造において、上記両端子それぞれの端部同士がコネクタ結合されていると共に、上記コネクタ結合で重なる部位間に、フラックス保持が可能な形状でかつイオン化傾向が上記両端子それぞれのイオン化傾向の略中間である素材からなる金属シートが介装され、上記両端子は上記重なり部位間に介在する金属シートに導入された半田により接続されている、ことを特徴とする端子接続構造。
2. 上記両端子のうちの、一方端子は、端部に開口を有する雌コネクタ構造を有し、他方端子は、端部に上記一方端子の上記端部の開口に挿入可能な柱状部を有した雄コネクタ構造を有し、上記一方端子の上記端部開口に上記他方端子の柱状部が金属シートを介在して挿入されて、上記コネクタ結合が行われている、ことを特徴とする請求項１に記載の構造。
3. 上記両端子の端部は、多重折りで形成されており、上記両端子の多重折り端部同士が重なり合っていると共に、その重なり部位に上記金属シートが介装されて、上記コネクタ結合が行われている、ことを特徴とする請求項１に記載の構造。
4. 上記両端子の一方の素材が銅または黄銅であり、他方の素材がアルミニウムであり、上記金属シートは、銅、もしくは、銅、錫、ニッケル、亜鉛等を含む合金を素材とし、あるいは、銅に錫と亜鉛を鍍金した素材とし、その素材のイオン化傾向が銅とアルミニウムとの中間にある、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の構造。

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