JP2019046663A - 導電部材の接合体、接合方法および中間部材の最適化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースを図ることができ、公称断面積と実際の断面積が異なる場合や、接合材同士の外周径や形態が異なる場合にも対応でき、中間部材の無駄を排除し、良好な外観を維持することのできる導電部材の接合体、接合方法および中間部材の最適化方法を提供する。
【解決手段】第１金属Ｍ１で構成される第１の導電部材Ｗ１と、第２金属Ｍ２で構成される第２の導電部材Ｗ１と、第１の導電部材と第２の導電部材との端面同士を接合する第３金属Ｍ３で構成される中間部材とを含み、中間部材は、第１の導電部材および第２の導電部材の公称断面積と実際の断面積との差を見込んだ内径を有する窪み状の係合部１０１、１０２を備えたキャップ部材Ｃ１で構成され、中間部材と第１の導電部材との接合界面または接合界面の近傍領域は、第１金属と第３金属との固溶体で構成され、中間部材と第２の導電部材との接合界面または接合界面の近傍領域は、第２金属と第３金属との固溶体で構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、導電部材の接合体および接合方法に関する。

従来から、アルミニウム等で構成された導電部材同士の間に中間部材を設け、この中間部材を介して両者を接合する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４等）。

特開２００３−２２９１８３号公報 特開２００４−３２４６７７号公報 特開２０１７−０３４７７６号公報 特開２０１７−１００１３９号公報

ところが、従来技術によって、中間部材を介して加締めや溶融によって導電線同士を接合する場合には、中間部材の特性等により、接合体の仕上がり等に種々の影響が及ぶことが分かっている。

例えば特許文献１に係る従来技術は、アルミニウム電線と銅電線との接合において、中間部材を間に設け、突き当て状態のまま機械的に加締めて接続しているが、次のような問題がある。

即ち、緻密で硬いアルミニウム酸化膜を破壊して導通を確保する上で、機械的な加締めでは十分な導通が得られ難く、高抵抗となるという不都合がある。また、より強い加締めで酸化膜の破壊を行う場合には、電線などの部材が減面し、部材本来の導電性や強度を損ねてしまうという問題もある。さらに、銅などと比べ弾性力の小さいアルミニウム部材を加締めた場合には、減面したままの部材が加締め部から抜け落ちてしまう虞がある。

また、特許文献２に係る従来技術は、熱によって収縮する鉄系形状記憶合金継手と、この中へ突き当て状態に入れた２本の金属パイプとの隙間に熱拡散用Ａｌ合金を介在させて外熱を与えることで熱拡散接合しているが、次のような問題がある。

即ち、金属パイプ同士を直接接合する技術ではなく、また形状記憶合金分のスペースを必要とするという難点がある。

また、特許文献３に係る従来技術は、両側に挿入穴を有する金属スリーブへ電力ケーブル用銅導体あるいはアルミ導体を挿入し、凹凸状に変形させることでクサビ形状となった導体が金属スリーブから外れることを防いでいるが、次のような問題がある。

即ち、金属導体同士を直接接合する技術ではなく、また金属スリーブ分のスペースを必要とするという難点がある。また、金属スリーブの硬さについての言及は有るが、形状が最適化されるには至っていない。

また、特許文献４に係る従来技術は、金属同士（Ｍ１とＭ２）を突合せて接合する際に、第三金属（Ｍ３）の存在によりＭ１とＭ３の固溶体と、Ｍ２とＭ３の固溶体で接合界面が構成される接合技術であるが、次のような問題がある。

即ち、突き合わせる金属Ｍ１とＭ２の外周径や形態が異なる場合に、うまく接合できない虞がある。また、撚り電線を接合する場合には、束ねた撚り線の素線間に空間が存在するため、公称の断面積（外周径または直径）は、実際の断面積（外周径または直径）よりも大きくなると想定され、固溶体の接合界面による接合に支障を生じる場合がある。

また、特にアルミニウム（Ａｌ）撚り線とＡｌ単線との突き合わせ接合では、両部材の突き当て界面以外の中間部材としての亜鉛（Ｚｎ）を完全には排除できないため、界面周囲に低融点金属が融け残ってしまい、中間部材の無駄を生じたり、接合体の仕上がりにおいてバリや残滓等を生じ外観を損なうという問題もあった。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、省スペースを図ることができ、公称断面積と実際の断面積が異なる場合や、接合材同士の外周径や形態が異なる場合にも対応でき、中間部材の無駄を排除し、良好な外観を維持することのできる導電部材の接合体、接合方法および中間部材の最適化方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る導電部材の接合体は、第１金属で構成される第１の導電部材と、第２金属で構成される第２の導電部材と、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との端面同士を接合する第３金属で構成される中間部材と、を含み、前記中間部材は、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材の公称断面積と実際の断面積との差を見込んだ内径を有する窪み状の係合部を備えたキャップ部材で構成され、前記中間部材と前記第１の導電部材との接合界面または当該接合界面の近傍領域は、前記第１金属と前記第３金属との固溶体で構成され、前記中間部材と前記第２の導電部材との接合界面または当該接合界面の近傍領域は、前記第２金属と前記第３金属との固溶体で構成されることを特徴とする。

請求項１に記載した導電部材の接合体によれば、中間部材（キャップ部材）は、第１の導電部材および第２の導電部材の公称断面積と実際の断面積との差を見込んだ内径を有する窪み状の係合部を備えるので、公称断面積と実際の断面積が異なる場合や、第１の導電部材と第２の導電部材の外周径が異なる場合であっても中間部材の係合部に確実に係合させることができ、固溶体を介した接合をより確実に行うことができる。

請求項２に係る導電部材の接合体は、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材の少なくとも一方は、複数の芯線を束ねた撚り電線であることを特徴とする。

これにより、外周径の異なる撚り電線同士あるいは外周径の異なる撚り電線と他種の電線との接合を確実に行うことができる。また、撚り電線は、束ねた撚り線の素線間に空間が存在するため、公称断面積は、実際の断面積よりも大きくなると想定されるが、そのような場合であっても、中間部材の係合部に確実に係合させることができ、固溶体を介した接合をより確実に行うことができる。

請求項３に係る導電部材の接合体は、前記窪み状の係合部は、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の軸心を合わせる位置決め部を兼ねることを特徴とする。

これにより、窪み状の係合部に係合対象としての第１の導電部材または第２の導電部材を係合することで、軸心を合わせることができ、接合をより良好に行うことができる。

請求項４に係る導電部材の接合体は、前記窪み状の係合部は、前記固溶体による接合を行う前に、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部に仮固定し得る深さに設定されることを特徴とする。

これにより、窪み状の係合部は、固溶体による接合を行う前に第１の導電部材または第２の導電部材の端部を仮固定できるので、安定した状態で接合作業を行うことができる。

請求項５に係る導電部材の接合体は、前記固溶体による接合を行う際に、係合対象としての前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との間の隔壁部を構成する前記第３金属は、全量が溶融して消費され得る厚さに設定されることを特徴とする
これにより、中間部材の無駄を排除してコストの低廉化を図ることができ、また良好な外観を維持することのできる導電部材の接合体を得ることができる。

請求項６に係る導電部材の接合体は、前記第３金属は、前記第１金属および前記第２金属より融点が低い低融点金属で構成されていることを特徴とする。

これにより、第１金属および第２金属の融点未満、第３金属の融点以上の温度環境により、比較的容易に固溶体を形成することができる。

請求項７に係る導電部材の接合体は、前記第１金属および前記第２金属は、Ａｌで構成され、前記第３金属は、Ｚｎで構成され、前記固溶体は、ＡｌとＺｎとの固溶体であることを特徴とする。

これにより、比較的容易に導電部材の接合体を得ることができる。

請求項８に係る導電部材の接合方法は、第１金属で構成される第１の導電部材および第２金属で構成される第２の導電部材を準備する工程と、前記第１の導電部材の端部に、第３金属で構成される中間部材が備える外周径に合わせた窪み状の一方の係合部を係合させる工程と、前記第２の導電部材の端部に、第３金属で構成される中間部材が備える外周径に合わせた窪み状の他方の係合部を係合させる工程と、前記中間部材を介して前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とを仮固定した状態で所定温度まで加熱する工程とを有することを特徴とする。

これにより、公称断面積と実際の断面積が異なる場合や、第１の導電部材と第２の導電部材の外周径が異なる場合であっても中間部材の係合部に確実に係合させることができ、固溶体を介した接合をより確実に行うことができる。

請求項９に係る導電部材の接合方法は、前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の一方が複数の芯線を束ねた撚り電線である場合には、撚り電線側の端部に前記中間部材を係合させる工程を、他方の導電部材に前記中間部材を係合させる工程より先に行うことを特徴とする。

請求項１０に係る導電部材の接合方法は、前記加熱する工程において、前記中間部材に圧力を付与することを特徴とする。

これにより、前記第１の導電部材、前記第２の導電部材および前記中間部材の接触面に形成されている酸化膜を物理的に破壊することができる。また、酸化膜の破片は、加熱する工程で生成される溶融金属と共に接合体の外部に排出されるので、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材を接合する固溶体中の不純物を低減して、接合強度を高めることができる。

請求項１１に係る導電部材の接合方法は、前記加熱する工程は、前記第１の導電部材、前記中間部材および前記第２の導電部材に通電して抵抗発熱により加熱することを特徴とする。

これにより、比較的容易に加熱することができ、接合体の生産効率を向上することができる。

これにより、撚り電線がばらける事態を回避して、確実に接合することができる。

請求項１２に係る中間部材の最適化方法は、第１金属で構成される第１の導電部材と、第２金属で構成される第２の導電部材との端面同士を接合する第３金属で構成される中間部材の設計を最適化する中間部材の最適化方法であって、前記第３金属で構成される所定板厚の板材を前記第１金属および前記第２金属で構成された所定径の棒状体で挟持して所定温度まで加熱する突き合わせ接合を行う接合工程と、前記接合工程において、前記板材の板厚を変更する板厚変更工程と、前記接合工程で接合された接合体について、各板厚における強度を逐次測定する強度測定工程と、前記強度測定工程で測定された強度が所望強度以上となる最適条件を選定する最適条件選定工程と、を有することを特徴とする。

これにより、所望強度以上の強度を有する導電部材の接合体を得ることができるように中間部材の設計を最適化することができる。

請求項１３に係る中間部材の最適化方法は、前記最適条件選定工程で選定された最適条件に基いて、前記中間部材を構成するキャップ部材の隔壁部の厚さを設計する厚さ設計工程を有することを特徴とする。

これにより、所望強度以上の強度を有する導電部材の接合体を得ることができるようにキャップ部材の隔壁部の厚さを設計することができる。また、所望強度以上の強度を呈するように、キャップ部材の隔壁部の厚さを最小限にすることができるので、コストの低廉化を図ることができ、また良好な外観を維持することのできる導電部材の接合体を得ることができる。

請求項１４に係る中間部材の最適化方法は、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材の少なくとも一方を構成する撚り電線について、実測した実直径と、撚り電線を構成する素線間の空間を考慮して計算した計算断面との相関に基いて、前記中間部材を構成するキャップ部材が備える窪み状の係合部の内径寸法を設計する内径設計工程を有することを特徴とする。

これにより、必要十分な内径寸法とした中間部材を作成することができる。

請求項１５に係る中間部材の最適化方法は、前記内径設計工程は、固溶体による接合を行う前に、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部に前記キャップ部材を仮固定し得るように前記窪み状の係合部の内径寸法を設計することを特徴とする。

これにより、第１の導電部材または第２の導電部材の端部に確実に仮固定し得る中間部材を作成することができる。

請求項１６に係る中間部材の最適化方法は、前記中間部材を構成するキャップ部材が備える所定深さを有する窪み状の係合部に対して、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部への挿入を試行する挿入試行工程と、前記挿入試行工程において、前記所定深さを変更する深さ変更工程と、前記各深さについて、前記挿入試行工程により前記端部に挿入された前記キャップ部材の脱落程度を測定する脱落測定工程と、前記脱落測定工程による測定結果に基いて、固溶体による接合を行う前に、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部に前記キャップ部材を仮固定し得るように前記窪み状の係合部の深さを設計することを特徴とする。

これにより、第１の導電部材または第２の導電部材の端部に確実に仮固定し得る中間部材を作成することができる。

請求項１７に係る中間部材の最適化方法は、前記第３金属は、前記第１金属および前記第２金属より融点が低い低融点金属で構成されていることを特徴とする。

これにより、第１金属および第２金属の融点未満、第３金属の融点以上の温度環境により、比較的容易に固溶体を形成することができる中間部材を作成することができる。

請求項１８に係る中間部材の最適化方法は、前記第１金属および前記第２金属はＡｌで構成され、前記第３金属はＺｎで構成されることを特徴とする。

これにより、比較的容易に導電部材の接合体を得ることができる中間部材を作成することができる。

本発明によれば、省スペースを図ることができ、公称断面積と実際の断面積が異なる場合や、接合材同士の外周径や形態が異なる場合にも対応でき、中間部材の無駄を排除し、良好な外観を維持することのできる導電部材の接合体、接合方法および中間部材の最適化方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る導電部材の接合体に用いる中間部材を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）および背面図（ｃ）である。 実施の形態に係る導電部材の接合体の接合工程を示す工程図である。 図２に示す工程の続きを示す工程図である。 図３に示す工程の続きを示す工程図である。 実施の形態に係る導電部材の接合体における共晶接合メカニズムを示す模式的説明図（ａ）〜（ｄ）である。 異径サイズの導電部材を接合した状態を示す撮像図である。 接合した異径サイズの導電部材の接合強度試験後の状態を示す撮像図である。 接合体界面を拡大した撮像図である。 接合体界面の領域Ａ１を拡大した撮像図である。 接合体界面の領域Ａ２を拡大した撮像図である。 Ｚｎを挟んだＡｌ丸棒の突き合わせ接合の試験状態を示す模式的説明図である。 Ｚｎ板厚と接合強度との関係を示すグラフである。 Ａｌ単芯線とＡｌ撚り線を突き合わせ接合した状態を示す撮像図である。 Ａｌ単芯線とＡｌ撚り線を突き合わせ接合した接合体の接合強度試験後の状態を示す撮像図である。 撚り電線に最適化したキャップ部材の例を示す概略構成図（ａ）および単芯線に最適化したキャップ部材の例を示す概略構成図（ｂ）である。 第１の比較例に係る中間部材を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）および背面図（ｃ）である。 第１の比較例に係る中間部材を用いた接合体を示す撮像図である。 第２の比較例に係る中間部材を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）および背面図（ｃ）である。 第２の比較例に係る中間部材を用いた接合体を示す撮像図である。 最適化した中間部材を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）および背面図（ｃ）である。 最適化した中間部材を用いた接合体を示す撮像図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る導電部材の接合方法、接合体１Ａおよびこの接合体１Ａに用いる中間部材（キャップ部材）について図１〜図１０を参照して説明する。

ここで、図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る導電部材の接合体１Ａに用いる中間部材（キャップ部材Ｃ１）を示す側面図、図１（ｂ）はその正面図、図１（ｃ）はその背面図、図２〜図４は、導電部材の接合体１Ａの接合工程を示す工程図、図５（ａ）〜（ｄ）は、導電部材の接合体１Ａにおける共晶接合メカニズムを示す模式的説明図である。

（中間部材について）
まず、図１を参照して、実施の形態に係る導電部材の接合体１Ａに用いる中間部材について説明する。

中間部材は、後述する第１金属Ｍ１で構成される第１の導電部材Ｗ１と第２金属Ｍ２で構成される第２の導電部材Ｗ２との端面同士を接合する部材であり、第３金属Ｍ３で構成されている。

この中間部材は、第１の導電部材Ｗ１および第２の導電部材Ｗ２の外周径に合わせた窪み状の係合部を有するキャップ部材Ｃ１で構成されている。

即ち、中間部材を構成するキャップ部材Ｃ１は、図１に示すようにキャップ部材Ｃ１の両面に、径の異なる窪み状の係合部１０１、１０２を有している。

ここで、係合部１０１、１０２は、第１の導電部材Ｗ１および第２の導電部材Ｗ２の公称断面積と実際の断面積との差を見込んだ内径Ｄ１、Ｄ２を有している。

なお、図１に示す例では、Ｄ１＞Ｄ２となっている。また、係合部１０１、１０２は所定深さを有し、係合部１０１、１０２の間には、所定厚さの隔壁部１０５が形成されている。

これにより、第１の導電部材Ｗ１および第２の導電部材Ｗ２について、公称断面積と実際の断面積が異なる場合や、第１の導電部材Ｗ１と第２の導電部材Ｗ２の外周径が異なる場合であってもキャップ部材Ｃ１の係合部１０１，１０２に確実に係合させることができ、固溶体を介した接合をより確実に行うことができる。

また、第１の導電部材Ｗ１および第２の導電部材Ｗ２の少なくとも一方は、複数の芯線を束ねた撚り電線とすることができる。

これにより、外周径の異なる撚り電線同士あるいは外周径の異なる撚り電線と他種の電線との接合を確実に行うことができる。また、撚り電線は、束ねた撚り線の素線間に空間が存在するため、公称断面積は、実際の断面積よりも大きくなると想定されるが、そのような場合であっても、キャップ部材Ｃ１の係合部１０１，１０２に確実に係合させることができ、固溶体を介した接合をより確実に行うことができる。

また、キャップ部材Ｃ１が備える窪み状の係合部１０１、１０２は、係合対象としての第１の導電部材Ｗ１または第２の導電部材Ｗ２の軸心を合わせる位置決め部を兼ねている。

これにより、キャップ部材Ｃ１の係合部１０１、１０２に係合対象としての第１の導電部材Ｗ１または第２の導電部材Ｗ２を係合することで、両者の軸心を合わせることができ、接合をより良好に行うことができる。

また、窪み状の係合部１０１、１０２は、固溶体による接合を行う前に、係合対象としての第１の導電部材Ｗ１または第２の導電部材Ｗ２の端部に仮固定し得る深さに設定される。

具体的には、例えば、キャップ部材Ｃ１の外径が６．７ｍｍ程度、係合部１０１の内径が５．７ｍｍ程度、係合部１０２の内径が４．５ｍｍ程度の場合に、係合部１０１、１０２の各深さは１．５ｍｍ程度に設定される。

これにより、窪み状の係合部１０１、１０２は、固溶体による接合を行う前に第１の導電部材Ｗ１または第２の導電部材Ｗ２の端部を仮固定できるので、安定した状態で接合作業を行うことができる。

また、キャップ部材Ｃ１の窪み状の係合部１０１、１０２は、固溶体による接合を行う際に、係合対象としての第１の導電部材Ｗ１または第２の導電部材Ｗ２の長手方向の厚み（隔壁部１０５の厚み）を構成する第３金属（本実施の形態では、Ｚｎ（亜鉛））Ｍ３の全量が溶融して消費され得る厚さに設定されることが望ましい。

これにより、中間部材（キャップ部材Ｃ１）の無駄を排除してコストの低廉化を図ることができる。また、接合後のバリ等の発生を低減して、接合体の良好な外観を維持することができる。

また、第３金属Ｍ３は、第１金属Ｍ１および第２金属Ｍ２より融点が低い低融点金属で構成される。

より具体的には、第１金属Ｍ１および第２金属はＭ２は、Ａｌ（アルミニウム）で構成され、第３金属Ｍ３は、Ｚｎ（亜鉛）で構成することができる。

これにより、比較的容易に導電部材の接合体を得ることができる。

（接合工程等について）
次に、図２〜図４を参照して、導電部材の接合体１Ａの接合工程等について説明する。

接合工程では、まず、第１金属Ｍ１で構成される第１の導電部材Ｗ１および第２金属Ｍ２で構成される第２の導電部材Ｗ２を準備する。

図２に示す例では、第１の導電部材Ｗ１は、複数のアルミニウムの芯線を束ねた撚り電線（径はＤ１程度）としている。

また、第２の導電部材Ｗ２は、アルミニウムの単芯線（径はＤ２程度）としている。

そして、第１の導電部材Ｗ１の端部をＢ１方向に押圧して、第３金属Ｍ３で構成される中間部材（キャップ部材Ｃ１）が備える一方の窪み状の係合部１０１に係合させる。

このように、撚り電線で構成される第１の導電部材Ｗ１側の端部にキャップ部材Ｃ１を係合させる工程を、他方の第２の導電部材Ｗ２にキャップ部材Ｃ１を係合させる工程より先に行うことにより、撚り電線がばらける事態を回避することができ、確実に接合することが可能となる。

次いで、第２の導電部材Ｗ２の端部をＢ２方向に押圧して、キャップ部材Ｃ１の他方の係合部１０２に係合させる。

これにより、図３に示すように、キャップ部材Ｃ１を介して第１の導電部材Ｗ１と第２の導電部材Ｗ２とが仮固定された状態となる。

そして、この状態で仮固定部を含む領域を所定温度まで加熱する。

加熱方法は、特には限定されないが、例えば、図４に示すように第１の導電部材Ｗ１と第２の導電部材Ｗ２との間に所定の電力（ＥＰ１）を供給して抵抗発熱により加熱したり、或いは高周波誘導加熱装置等により加熱するようにできる。

なお、加熱時に、押圧力Ｆ１、Ｆ２を付与するようにしてもよい。

これにより、図４の画像図に示すように、第１の導電部材Ｗ１と第２の導電部材Ｗ２とが固溶体により接合される。

特に、加熱する工程において、キャップ部材Ｃ１に圧力（Ｆ１、Ｆ２）を付与する場合には、第１の導電部材Ｗ１、第２の導電部材Ｗ２およびキャップ部材Ｃ１の接触面に形成されている酸化膜（Ａｌ酸化膜およびＺｎ酸化膜）を物理的に破壊することができる。

また、酸化膜の破片は、加熱する工程で生成される溶融金属と共に接合体の外部に排出されるので、第１の導電部材Ｗ１および第２の導電部材Ｗ２を接合する固溶体中の不純物を低減して、接合強度を高めることができる。

なお、上述の接合過程の詳細は、後述の共晶接合メカニズムの説明の中で述べる。

また、第１の導電部材Ｗ１、キャップ部材Ｃ１および第２の導電部材Ｗ２に通電して抵抗発熱により加熱する場合には、比較的容易に加熱することができ、接合体の生産効率を向上することができる。

（共晶接合メカニズム）
ここで、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して、実施の形態に係る導電部材の接合体１Ａにおける共晶接合メカニズムについて説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、第１金属Ｍ１および第２金属としてのＡｌで構成される被接合体６００，６０１の間に、第３金属Ｍ３としてのＺｎで構成される板材２００を挟持した状態とする。

なお、図上、符号１５０は、被接合体６００，６０１の表面に形成されているＡｌ酸化膜を示す。また、符号２５０は、板材２００の表面に形成されているＺｎ酸化膜を示す。

次いで、図５（ｂ）に示すように、被接合体１０１側から押圧力Ｆ１０を付与する。

そして、板材２００の表面に形成されていたＺｎ酸化膜２５０および被接合体６００，６０１の表面に形成されていたＡｌ酸化膜１５０の一部が、圧力によって物理的に破壊される。

これにより、被接合体６００，６０１を構成するＡｌと、板材２００を構成するＺｎの新生面同士が接触した状態となる。

次に、加熱装置（例えば、高周波誘導加熱装置等）５００によって、新生面同士の接触部等を加熱する。

そして、加熱温度が共晶温度（３８２℃）に達すると、図５（ｃ）に示すように、共晶反応により、ＡｌとＺｎが溶融し始める。なお、押圧力Ｆ１０の付与は継続する。

これにより、図５（ｄ）に示すように、ＡｌおよびＺｎの溶融金属３００が、Ａｌ酸化膜１５０およびＺｎ酸化膜２５０の細分化された破片を浮き上がらせる。

そして、押圧力Ｆ１０の付与により、端部から押し出される一部の溶融金属４００と共に、Ａｌ酸化膜１５０およびＺｎ酸化膜２５０の破片の大部分が界面外に排出される。

なお、溶融金属３００は、冷却により、Ａｌ−Ｚｎ固溶体となって、被接合体６００，６０１を接合する。

ここで、図６は、異径サイズの導電部材を接合した状態を示す撮像図、図７は、接合した異径サイズの導電部材の接合強度試験後の状態を示す撮像図、図８は、接合体界面を拡大した撮像図、図９は、接合体界面の領域Ａ１を拡大した撮像図、図１０は、接合体界面の領域Ａ２を拡大した撮像図である。

図７に示すように、接合界面からずれた単芯線側で母材が破断されている。このように、Ａｌ−Ｚｎ固溶体はＺｎ元素によるＡｌの固溶強化が図られているといえる。

また、図８および図９に示すように、撚り線と単芯線の界面において、酸化膜が破壊、細分化されていることが分かる。なお、図９において、破線で囲っている部分が、細分化された酸化膜である。

また、図８および図１０に示すように、破壊された酸化膜は、溶融金属と共に界面外に排出されていることが分かる。

以上述べたように、圧力の付与によって破壊されたＡｌ酸化膜１５０およびＺｎ酸化膜２５０の細分化された破片は、溶融金属４００と共に界面外に排出されるので、Ａｌ−Ｚｎ固溶体中の不純物を低減して、接合強度を高めることができる。

（中間部材の最適化方法について）
次に、図１１〜図２１を参照して、中間部材（キャップ部材Ｃ１）の最適化方法について説明する。

ここにいう中間部材の最適化方法は、第１金属Ｍ１（ここに示す例では、Ａｌ）で構成される第１の導電部材Ｗ１と、第２金属Ｍ２（ここに示す例では、Ａｌ）で構成される第２の導電部材Ｗ２との端面同士を接合する第３金属Ｍ３（ここに示す例では、Ｚｎ）で構成される中間部材（キャップ部材Ｃ１）の設計を最適化する中間部材の最適化方法である。

図１１に示すように、中間部材の最適化方法では、第３金属Ｍ３で構成される所定板厚の板材７００を第１金属Ｍ１および第２金属Ｍ２で構成された所定径の棒状体６００、６０１で挟持して所定温度（例えば、ＡｌとＺｎの共晶温度である３８２℃）まで、加熱装置５００により加熱する突き合わせ接合を行う（接合工程）。

そして、接合工程において、板材７００の板厚を変更する（板厚変更工程）。具体的には、板厚を例えば０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で変えた板材７００を複数種用意し、順次交換して上記の接合工程を行う。

これにより、Ｚｎで構成される板材７００が溶融し、Ａｌ−Ｚｎ固溶体により、Ａｌで構成される棒状体６００、６０１が接合される。

次いで、接合工程で接合された複数種の接合体について、各板厚における強度を逐次測定する（強度測定工程）。

板厚（Ｚｎシート厚さ）と強度（母材強度［８９ＭＰａ／％］）との関係は、図１２のグラフにプロットしたようになる。

なお、図１２に示すＺｎ厚さ別の接合強度は、温度：４５０℃、時間：１５分、圧力：１２ＭＰａ、雰囲気：空気とした条件で接合した接合体を用いて測定した。

図１２を見ると分かるように、板材７００としてのＺｎシートの厚さが増加するに連れて接合強度が増大傾向を示す。特に、Ｚｎシートの厚さが０．４ｍｍ付近で強度が急激に増加し、０．８ｍｍ程度で最大強度を示すことが分かる。

そして、強度測定工程で測定された強度が所望強度（例えば、母材強度（８９ＭＰａ）の約７０％）以上となる最適条件を選定する（最適条件選定工程）。

図１２に示すグラフによれば、上記所望強度は、Ｚｎシートの厚さが０．４ｍｍ以上で得られることから、第３金属Ｍ３で形成される中間部材の厚さの最適条件は、０．４ｍｍ以上と選定することができる。

このように、最適条件選定工程で選定された最適条件に基いて、中間部材を構成するキャップ部材Ｃ１の隔壁部１０５の厚さを例えば「０．４ｍｍ以上」と設計することができる（厚さ設計工程）。

ここで、図１３は、Ａｌ単芯線とＡｌ撚り線を突き合わせ接合した状態を示す撮像図、図１４は、Ａｌ単芯線とＡｌ撚り線を突き合わせ接合した接合体の接合強度試験後の状態を示す撮像図である。

図１３に示す接合体は、中間部材を構成するキャップ部材Ｃ１の隔壁部１０５の厚さを０．４ｍｍとして接合したものである。

そして、図１４に示すように、接合界面からずれた単芯線側で母材が破断されている。したがって、キャップ部材Ｃ１の隔壁部１０５の厚さを０．４ｍｍとすることで、使用上十分な強度が得られていることが分かる。

（内径の最適化）
次に、図１５を参照して、中間部材を構成するキャップ部材Ｃ１の窪み状の係合部１０１、１０２の内径の最適化方法について説明する。

内径の最適化方法では、第１の導電部材Ｗ１および第２の導電部材Ｗ２の少なくとも一方を構成する撚り電線について、実測した実直径と、撚り電線を構成する素線間の空間を考慮して計算した計算断面との相関に基いて、中間部材を構成するキャップ部材Ｃ１が備える窪み状の係合部１０１、１０２の内径寸法を設計する（内径設計工程）。

そして、内径設計工程は、固溶体による接合を行う前に、係合対象としての第１の導電部材Ｗ１または第２の導電部材Ｗ２の端部にキャップ部材Ｃ１を仮固定し得るように窪み状の係合部の内径寸法を設計する。

具体的には、例えば、上述の相関から導出された内径に、０．１ｍｍを追加した内径寸法に基いてキャップ部材Ｃ１を設計する。

例えば、公称断面積が１５ｍｍ^２のＡｌ撚り線に場合、計算断面１４．９ｍｍ^２に基いて、直径５．６ｍｍとすることができ、０．１ｍｍを加算して、５．７ｍｍをキャップ部材Ｃ１の内径の最適値とすることができる。

これにより、所望強度以上の強度を有する導電部材の接合体を得ることができるようにキャップ部材Ｃ１の隔壁部１０５の厚さを設計することができる。

また、所望強度以上の強度を呈するように、キャップ部材Ｃ１の隔壁部１０５の厚さを最小限にすることができるので、コストの低廉化を図ることができ、また良好な外観を維持することのできる導電部材の接合体を得ることができる。

（深さの最適化）
次に、図１５を参照して、中間部材を構成するキャップ部材Ｃ１の窪み状の係合部１０１、１０２の深さの最適化方法について説明する。

ここで、図１５（ａ）は、撚り電線に最適化したキャップ部材Ｃ１０の例を示す概略構成図、図１５（ｂ）は、単芯線に最適化したキャップ部材ｃ１０の例を示す概略構成図である。

深さの最適化方法は、まず、中間部材を構成するキャップ部材Ｃ１０が備える所定深さを有する窪み状の係合部１０１、１０２に対して、係合対象としての第１の導電部材Ｗ１０または第２の導電部材Ｗ１１の端部への挿入を試行する（挿入試行工程）。

そして、挿入試行工程において、所定深さを変更する（深さ変更工程）。具体的には、深さを例えば１ｍｍ〜２ｍｍ程度の範囲で変えたキャップ部材Ｃ１０を複数種用意し、順次交換して上記の挿入試行工程を行う。

次いで、各深さについて、挿入試行工程により端部に挿入されたキャップ部材Ｃ１０の脱落程度を測定する（脱落測定工程）。

そして、脱落測定工程による測定結果に基いて、固溶体による接合を行う前に、係合対象としての第１の導電部材Ｗ１０または第２の導電部材Ｗ１１の端部にキャップ部材Ｃ１０を仮固定し得るように窪み状の係合部の深さを設計する。

例えば、脱落測定工程により、第１の導電部材Ｗ１０または第２の導電部材Ｗ１１が脱落しない深さが１．３ｍｍ〜１．４ｍｍとされた場合に、導電部材の切断形状のバラツキ等を考慮して、得られた深さ１．３ｍｍ〜１．４ｍｍに０．１ｍｍを追加した深さｄ１，ｄ２をキャップ部材Ｃ１０の係合部１０１、１０２の深さとする。

これにより、第１の導電部材Ｗ１０または第２の導電部材Ｗ１１の端部に確実に仮固定し得る中間部材としてのキャップ部材Ｃ１０を作成することができる。

（最適化の実施例）
図１６〜図２１を参照して、最適化の実施例について説明する。

ここで、図１６（ａ）は、第１の比較例に係る中間部材Ｃ１００を示す側面図、図１６（ｂ）はその正面図、図１６（ｃ）は、その背面図、図１７は、第１の比較例に係る中間部材Ｃ１００を用いた接合体を示す撮像図である。

図１８（ａ）は、第２の比較例に係る中間部材Ｃ１０１を示す側面図、図１８（ｂ）はその正面図、図１８（ｃ）は、その背面図、図１９は、第２の比較例に係る中間部材Ｃ１０１を用いた接合体を示す撮像図である。

また、図２０（ａ）は、最適化した中間部材Ｃ１０２を示す側面図、図２０（ｂ）はその正面図、図２０（ｃ）は、その背面図、図２１は、最適化した中間部材Ｃ１０２を用いた接合体を示す撮像図である。

図１６および図１７に示す第１の比較例に係る中間部材（キャップ部材Ｃ１００）は、係合部１０１の内径Ｄ１０は例えば６．５ｍｍ、係合部１０２の内径Ｄ１１は例えば５ｍｍ、隔壁部１０５の厚さは０．４±０．０５ｍｍ、深さは５ｍｍとされ、全体の専有体積は、４７３ｍｍ^３であった。

このようなキャップ部材Ｃ１００を用いて接合した図１７に示すような接合体の接合強度は、９９４Ｎであった。

また、図１８および図１９に示す第２の比較例に係る中間部材（キャップ部材Ｃ１０１）は、係合部１０１の内径Ｄ２１は例えば５．５ｍｍ、係合部１０２の内径Ｄ２２は例えば５ｍｍ、隔壁部１０５の厚さは０．４ｍｍ、深さは１．０ｍｍ程度とされ、全体の専有体積は、７６ｍｍ^３であった。

このようなキャップ部材Ｃ１０１を用いて接合した図１９に示すような接合体の接合強度は、１０５０Ｎであった。

一方、図２０および図２１に示すように、上述のような最適化方法を適用して最適化した中間部材（キャップ部材Ｃ１０２）は、係合部１０１の内径Ｄ３１は例えば５．７±０．１ｍｍ、係合部１０２の内径Ｄ３２は例えば４．５±０．１ｍｍ、隔壁部１０５の厚さは０．４±０．０５ｍｍ、深さは１．５±０．１ｍｍ程度とされ、全体の専有体積は、５８ｍｍ^３であった。

このような最適化したキャップ部材Ｃ１０２を用いて接合した図２１に示すような接合体の接合強度は、１０２０Ｎであった。

このように、最適化したキャップ部材Ｃ１０２は、第１の比較例に係るキャップ部材Ｃ１００との比較において８４％の専有体積の削減に成功している。

また、最適化したキャップ部材Ｃ１０２は、第２の比較例に係るキャップ部材Ｃ１０１との比較において３４％の専有体積の削減に成功している。

また、接合強度については、最適化したキャップ部材Ｃ１０２は、第２の比較例に係るキャップ部材Ｃ１０１との比較において、同程度の強度の確保に成功している。

さらに、図１７、図１９および図２１の撮像図を比較すると分かるように、接合後に溶け残っているキャップ部材を構成するＺｎの量は、最適化したキャップ部材Ｃ１０２は、第１の比較例に係るキャップ部材Ｃ１００および第２の比較例に係るキャップ部材Ｃ１０１との比較において、顕著に減少している。

これにより、最適化したキャップ部材Ｃ１０２では、構成材としてのＺｎの使用量を低減して、コストの低廉化を図ることができ、また接合体からはみ出るバリや残滓を低減して、良好な外観を保つことができる。

（その他）
上述した実施の形態では、第１の導電部材Ｍ１を構成する第１金属および第２の導電部材Ｍ２を構成する第２金属として、Ａｌ（アルミニウム）を用いる場合を示したが、これに限らず、第１金属および第２金属の少なくとも一方をＣｕ（銅）等とすることができる。

１Ａ…導電部材の接合体
３０…コネクタ端子
１０１、１０２…係合部
１０５…隔壁部
２００…板材
１５０…Ａｌ酸化膜
２５０…Ｚｎ酸化膜
３００、４００…溶融金属
５００…加熱装置
６００，６０１…被接合体
Ｃ１、Ｃ１０，Ｃ１０２…中間部材（キャップ部材）
Ｍ１…第１金属
Ｍ２…第２金属
Ｍ３…第３金属
Ｗ１…第１の導電部材（撚り電線）
Ｗ２…第２の導電部材
Ｗ１ａ…芯線

Claims (18)

1. 第１金属で構成される第１の導電部材と、
   第２金属で構成される第２の導電部材と、
   前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との端面同士を接合する第３金属で構成される中間部材と、
   を含み、
   前記中間部材は、前記第１の導電部材および前記第２の導電部材の公称断面積と実際の断面積との差を見込んだ内径を有する窪み状の係合部を備えたキャップ部材で構成され、
   前記中間部材と前記第１の導電部材との接合界面または当該接合界面の近傍領域は、前記第１金属と前記第３金属との固溶体で構成され、
   前記中間部材と前記第２の導電部材との接合界面または当該接合界面の近傍領域は、前記第２金属と前記第３金属との固溶体で構成されることを特徴とする導電部材の接合体。
2. 前記第１の導電部材および前記第２の導電部材の少なくとも一方は、複数の芯線を束ねた撚り電線であることを特徴とする請求項１に記載の導電部材の接合体。
3. 前記窪み状の係合部は、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の軸心を合わせる位置決め部を兼ねることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電部材の接合体。
4. 前記窪み状の係合部は、前記固溶体による接合を行う前に、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部に仮固定し得る深さに設定されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の導電部材の接合体。
5. 前記固溶体による接合を行う際に、係合対象としての前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との間の隔壁部を構成する前記第３金属は、全量が溶融して消費され得る厚さに設定されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の導電部材の接合体。
6. 前記第３金属は、前記第１金属および前記第２金属より融点が低い低融点金属で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の導電部材の接合体。
7. 前記第１金属および前記第２金属は、Ａｌで構成され、
   前記第３金属は、Ｚｎで構成され、
   前記固溶体は、ＡｌとＺｎとの固溶体であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の導電部材の接合体。
8. 第１金属で構成される第１の導電部材および第２金属で構成される第２の導電部材を準備する工程と、
   前記第１の導電部材の端部に、第３金属で構成される中間部材が備える一方の窪み状の係合部を係合させる工程と、
   前記第２の導電部材の端部に、前記中間部材が備える他方の係合部を係合させる工程と、
   前記中間部材を介して前記第１の導電部材と前記第２の導電部材とを仮固定した状態で所定温度まで加熱する工程と、
   を有することを特徴とする導電部材の接合方法。
9. 前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の一方が複数の芯線を束ねた撚り電線である場合には、撚り電線側の端部に前記中間部材を係合させる工程を、他方の導電部材に前記中間部材を係合させる工程より先に行うことを特徴とする請求項８に記載の導電部材の接合方法。
10. 前記加熱する工程において、前記中間部材に圧力を付与することを特徴とする請求項７または請求項９に記載の導電部材の接合方法。
11. 前記加熱する工程は、前記第１の導電部材、前記中間部材および前記第２の導電部材に通電して抵抗発熱により加熱することを特徴とする請求項１０に記載の導電部材の接合方法。
12. 第１金属で構成される第１の導電部材と、第２金属で構成される第２の導電部材との端面同士を接合する第３金属で構成される中間部材の設計を最適化する中間部材の最適化方法であって、
    前記第３金属で構成される所定板厚の板材を前記第１金属および前記第２金属で構成された所定径の棒状体で挟持して所定温度まで加熱する突き合わせ接合を行う接合工程と、
    前記接合工程において、前記板材の板厚を変更する板厚変更工程と、
    前記接合工程で接合された接合体について、各板厚における強度を逐次測定する強度測定工程と、
    前記強度測定工程で測定された強度が所望強度以上となる最適条件を選定する最適条件選定工程と、
    を有することを特徴とする中間部材の最適化方法。
13. 前記最適条件選定工程で選定された最適条件に基いて、前記中間部材を構成するキャップ部材の隔壁部の厚さを設計する厚さ設計工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の中間部材の最適化方法。
14. 前記第１の導電部材および前記第２の導電部材の少なくとも一方を構成する撚り電線について、
    実測した実直径と、撚り電線を構成する素線間の空間を考慮して計算した計算断面との相関に基いて、前記中間部材を構成するキャップ部材が備える窪み状の係合部の内径寸法を設計する内径設計工程を有することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の中間部材の最適化方法。
15. 前記内径設計工程は、固溶体による接合を行う前に、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部に前記キャップ部材を仮固定し得るように前記窪み状の係合部の内径寸法を設計することを特徴とする請求項１２に記載の中間部材の最適化方法。
16. 前記中間部材を構成するキャップ部材が備える所定深さを有する窪み状の係合部に対して、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部への挿入を試行する挿入試行工程と、
    前記挿入試行工程において、前記所定深さを変更する深さ変更工程と、
    前記各深さについて、前記挿入試行工程により前記端部に挿入された前記キャップ部材の脱落程度を測定する脱落測定工程と、
    前記脱落測定工程による測定結果に基いて、固溶体による接合を行う前に、係合対象としての前記第１の導電部材または前記第２の導電部材の端部に前記キャップ部材を仮固定し得るように前記窪み状の係合部の深さを設計することを特徴とする請求項１２から請求項１５の何れか１項に記載の中間部材の最適化方法。
17. 前記第３金属は、前記第１金属および前記第２金属より融点が低い低融点金属で構成されていることを特徴とする請求項１２から請求項１６の何れか１項に記載の中間部材の最適化方法。
18. 前記第１金属および前記第２金属はＡｌで構成され、前記第３金属はＺｎで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の中間部材の最適化方法。