JP2644860B2 - 圧接用接合端子 - Google Patents

圧接用接合端子

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は裸導体コイル,エナメル被覆導体コイルの端
子接合を行うに際し、電気的特性を損なうことなく、か
つ、金属的接合を得るのに好適な圧接用接合端子に関す
る。
〔従来の技術〕
絶縁被覆銅コイル、あるいは裸銅コイルと導体端子と
を接続する方法は、特公昭50−18940号及び特公昭56−2
8355号公報にみられるように、熱圧着方式が用いられて
いる。絶縁被覆銅コイルのものは通電加熱方式において
も直接通電不可能である。そので、あらかじめ成形した
導体端子のU字溝に電線を入れ、それを上電極と下電極
とではさみ加圧して電極に電流を流すことによつてU字
端子が発熱し、その熱で絶縁被覆を炭化させて銅コイル
と接続している。つまり、抵抗溶接機を用いているので
通電時間も短く金属的接合はでき難い。また、裸銅コイ
ルであつても導体端子と直接接続するため金属的接合は
不可能であつた。そのため、接続強度の補助として加圧
力によるかしめを利用した接続になつている。このよう
な機械的なかしめ接続であるため、ヒートサイクルある
いは振動等による端子のゆるみ等のため長期使用に際
し、電気的特性が著しく低下する欠点があつた。
そこで金属的接合を行う方法としては特開昭61−1995
75号が提案されている。これは金属的接合を行う為にラ
イザの接合部に接合用導体層や低温度溶融層を配置して
エナメル被覆と接続する方法及び接続用基材である。接
合用導体層としてCu−50%Sn,Cu−70%Zn及びCu−80%Z
nが良好であるとの記述があるが、これらの接合用導体
層を用いたとしてもエナメル被覆と接合用導体部の接続
は十分に行われる迄に至らず、そのため上記に述べたヒ
ートサイクルあるいは振動等により接続部のゆるみ等の
ため長期使用に際し、電気的特性が低下する欠点を有す
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術の後半に述べた接続方法は金属的接合を
目的としたものであつたが、接合用導体層が最適とは言
えず、十分なる金属的接合を得る迄に至つていない。そ
のため、機械的接続強度,振動並びにヒートサイクル等
による端子のゆるみに伴う電気的特性にも問題があつ
た。すなわち、接合用導体層を配置したが、その接合層
の検討が不十分であり、ライザー部とエナメル被覆の接
続が不十分なため単純なエナメル被覆の引抜き試験でエ
ナメル被覆銅線が抜けてしまう問題があつた。そこで絶
縁被覆銅線の絶縁被覆が炭化するときに同時に溶融する
ろう材が接合部の近傍に存在するならば、絶縁被覆が除
去されて、清浄面が露出した銅線にぬれ、反応して金属
的接合が達成されるものと考えた。本発明で特に有効な
対象品は接続が困難な絶縁被覆の銅コイルに注目してい
る。電気機器絶縁の種類は低温(許容最高温度90℃)の
Y種からA,E,B,F,H及び高温(許容最高温度180℃をこえ
るもの)のC種迄多種にわたる。接合が難しいのは耐熱
性の高いH及びC種の被覆である。
そこで、H種被覆銅コイル(AIW:アミド・イミド系)
を用いて、まず、ろう材の検討を種々行つたことろ、P
入りろう材が最も適していることを見い出した。
すなわち、本発明はAIWの炭化温度(または剥離温
度)に合せた、予めP入りろう材をクラツド、または、
溶射により接合面に配置した銅系端子とAIW銅コイルを
組合せて、絶縁被覆の剥離と同時に金属的接合を行うも
のである。
本発明の目的は予めP入りろう材を配置した圧接用銅
系端子を用いることにより、金属的接合が達成され、信
頼性の高い導体となり、高い接合強度及び耐熱性をも
ち、かつ、絶縁被覆のまま一括接合ができる圧接用接合
端子を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、加熱によって炭化する材料からなる絶縁被
覆を有する電線からなる導体同士を互いに電気的に接続
する圧接用接合端子において、前記接合端子はベース金
属とその前記導体接合面に設けられた燐入りろう材から
なる被覆層とを有し、該被覆層は前記絶縁被覆の炭化温
度以上の溶融温度を有し、前記ベース金属に冶金的に一
体に結合していることを特徴とする圧接用接合端子にあ
る。
本発明は、前記燐入りろう材が、重量で燐3〜8%
と、Ag13〜17%,Sn8〜15%,Zn2〜8%,Ni1〜3%の一種
類以上とを含有し、残部Cuからなるものである。また接
合端子のベースメタルは金属材料の銅,黄銅,青銅,キ
ユプロニツケル,洋白等の銅及び、銅系合金のものが、
絶縁被覆銅コイルを余りつぶさないので選ばれる。
そしてこれらの接合面へのろう材の配置は、クラツド
法,溶射法,イオン注入法等から選び、ろう材の厚みを
20〜100μmの範囲にすると良い。
また、接合端子の形状は一般的な板状,棒状,U,W及び
S形状を適用し、作業性に優れる通電抵抗加熱によつて
ろう材を溶融してろう付することにより信頼性に富んだ
継手が得られる。被接合材として特に効果を発揮するの
は絶縁被覆銅コイルで、被覆を剥がさないでまま本発明
の接合端子と金属的に接合することができ、本発明は達
成される。
〔作用〕
本発明の圧接用接合端子はP入りろう材を配置してい
ることが特徴であり、また被接合材として絶縁被覆銅コ
イルを対象としていることである。中でも接合性が困難
とされているAIWについて検討した。AIWは耐熱性が高
く、そのため物質的にも非常に安定しているため、それ
を破壊するには高いエネルギが必要である。AIW銅コイ
ルをろう付するには、まずAIWの特性を知る必要があ
り、炭化温度を調査したところ約600℃であつた。
この結果からろう材は溶融温度が600℃前後、つま
り、実質的には500〜750℃の範囲が適用可能なろう材と
言える。これらに該当するろう材はJISのBAg−1,2(Ag,
Cu,Zn,Cd含有)、BAg−7(Ag,Cu,Zn,Sn含有)等のAgろ
うがあるが、一般的にはフラツクスを併用してろう付さ
れるものであり、たとえフラツクスを使用したとしても
フラツクスは蒸発し易いので、その効果は出ず、十分満
足のいく接合強度は得られない。
また700℃の溶融温度を有するCu−50%SnやCu−80%Z
nのろう材も提案されているが、これらのろう材とも上
述の銀ろうと同様、フラツクスを用いる必要があり、満
足のいく接合強度は得られない。
そこで、フラツクスを用いないでもぬれ性に優れるP
入りろう材に着目した。Pはろう材の中に添加され、こ
のPろうの溶融と共に被接合材の接合表面の酸化膜の酸
素と結びついて燐化物を生成する。このような作用で被
接合材の表面を清浄にし、ろう材のぬれ性を著しく助長
する。500℃〜750℃の融点をもつP入りろう材としてJI
SのBCuP−1〜2(P,Cu含有)とBCuP−3〜5(P,Ag,Cu
含有)が該当し、また500℃近傍では低融点燐銅ろう
(P,Ag,Sn,Cu含有)がある。これらの成分の中でAg,Sn
はろう材の融点を調整する作用と、ろう材の組織を微細
にする作用も兼ね備え、ろう材としての特性を発揮す
る。
すなわち、P入りろう材の組成範囲は、3〜8%P,13
〜17%Ag、残Cuを基本的とするが、またさらに8〜15%
Sn,2〜8%Zn,1〜3%Niを含むものも適用できる。これ
らの組成範囲とする理由は、P入りろう材の融点が500
〜750℃の範囲に入つていること、並びにPによる自溶
性(フラツクス作用)を発揮する範囲である必要があ
る。また同時にエナメル被覆材の炭化温度との整合性を
考慮しているのは言うまでもない。
一方、接合端子の材料は銅系材料が好ましく、高温に
加熱されたときに割れないことが必要である。AIW等の
絶縁被覆銅コイルを接合したいときは純銅端子より黄銅
等のような銅合金端子の方が通電抵抗加熱による接合に
向いている。
例えば、黄銅接合端子にP入りろう材を配置する方法
として種々考えられる。溶射法は黄銅板の接合面にP入
り粉末ろうをプラズマ溶射し、30〜60μm付着させる。
雰囲気は真空中がより密着性に優れる。
また、クラツド法はP入りろう箔を黄銅板の接合面に
合せ、圧延してろう厚みを20〜100μm形成させる。そ
の場合のクラツド率は4〜10%程度が良好なろう付がで
きる。接合端子(例えば黄銅板)の厚みは種々適用でき
るが、普通0.5〜1.5mm程度が好ましい。P入りろう材の
クラツド加工は前述したJISのBAgろうと比較して難し
い。そのため、ろうを予め軟化させておき、加工度を十
分与え、圧延してクラツド板とする。
また、イオン注入法は真空室に接合端子とP入りろう
材を配置し、Arガスをイオン化したろうを注入する。
このように接合面にろうを配置した板状端子は、その
ままで使用する以外は接合端子とするためU,W,S形状等
に加工を施す。それは、絶縁被覆銅コイルの接合を容易
にするために行う。
〔実施例〕
以下、本発明の接合端子の作製方法を説明する。基本
的にP入りろう材を配置した接合端子であり、端子の加
工前の作製方法について記す。
<実施例1> 接合端子の材料にクラツド法による作製法を記す。JI
S規格のBsP2,62.0〜68%Cu,残ZnとBsP3,59.0〜62.0%C
u,残Znの板材:60w×2000l×1tとにP入りろう材とし
て、4.8〜5.3%P,14.0〜16.0%Ag,残Cu、融点約700℃の
箔材(60w×2000l×0.2t)を夫々の合せ面を清浄にし
て、張り合せ、続いて合せ面がずれないように部分的な
点溶接で固定した。
冷間における加工度が小さいために、約450℃位の不
活性ガス中で熱処理し、冷間圧延機を用いてクラツド加
工を施した。第二回目の加工に入る前に、また、上述の
熱処理をし、冷間圧延機によりクラツドするという工程
を二回程くり返した。その後は熱処理することなく、冷
間のままでも割れることなく、クラツド加工ができた。
そして所望の0.8〜0.9tのP入りろう材がベース金属に
冶金的に一体に結合してクラツドされた黄銅板を作製し
た。その時のろう材の厚さは50〜70μmであつた。
<実施例2> 溶射法による作製法を記す。接合端子の材料にクラツ
ドに使用したものと同じBsP材(黄銅材)、59.0〜68.0
%Cu,残Znの板材:500□×0.8tの接合面に、P入りろう
材、4.8〜5.3%P,14.0〜16.0%Ag,残Cu、融点約700℃の
粒径200メツシユ粉末を、また、Sn入り燐銅ろう、3.0〜
4.0%P、8.0〜10.0%Sn、14.0〜16.0%Ag、残Cu、融点
約600℃の粒径、200メツシユ粉末を夫々用いて、減圧下
50torr雰囲気中でプラズマ溶射した。その時のろう材の
厚さを40〜80μmにした。ろう材はベース金属に一体に
結合していた。
<実施例3> イオン注入法による作製法を記す。接合端子の材料に
溶融法に使用したものと同じBsP材(黄銅材)、59.0〜6
8.0%Cu,残Cuの板材:100□×0.8tの接合面に、P入りろ
う材、4.8〜5.3%P,14.0〜16.0%Ag,残Cuを減圧下、10
-3-6torr雰囲気中でイオン溶射してろう材を打込ん
だ。その時のろう材の厚みを数μmにした。ろう材はベ
ース金属に一体に結合していた。
<比較例1> 接合端子の材料にBsP3材(黄銅材)、59.0〜62%Cu,
残Znの板材の接合面にBAg−7(56%Ag,22%Cu,17%Zn,
5.0%Sn)の箔(50μm)を使用した。
<比較例2> 接合端子の材料に純銅材を用いその接合面にCu−50%
Snの箔(脆いため溶湯急冷で作製:約40μm厚)を用い
た。
以上の実施例で作製した接合面にP入りろう材を配置
した接合板を、次に、接合端子に加工した。第1図に基
本的な端子の断面を、第2図に種々の接合端子を、第3
図にエナメル被覆銅線と組合せた接合端子を、また第4
図にステータ製品のリード端子接続に適用した接合端子
を夫々示す。
次に第1図の基本的なU形状の接合端子を導体コイル
のエナメル被覆銅線(AIW線、φ1.4×2本)と組合せ、
通電抵抗加熱装置を用いて接合した。接合過程を以下に
述べる。U形状の端子の接合面に、AIWを挟み仮止めす
る、通電抵抗加熱装置を用いて、まず一段加熱・加圧で
被覆材を炭化させ、同時にろう材を予備加熱する。その
場合、Mo電極に1.39kA加圧荷重を35kgとし0.7秒通電し
て行う。
次に続いて二段加熱・加圧で炭化物を排除し、同時に
ろう付を行い金属的接合を行う。その場合、Mo電極に1.
85kA加圧荷重を40kgとし0.2秒通電して行うことにより
達成される。また、比較例1及び2につていも第1図の
ように各各のろう材を配置し、第3図に示す如く実施例
と同じAIW線、φ1.4×2本と組合せて通電抵抗加熱装置
を用いて接合した。
接合したものについて、接合部の強度を調べるために
引張試験を実施した。引張試験は端子より出ている上部
の電線はくびれの効果がでるので切断した試験した。そ
の結果、P入りろう材でない、つまり、BAg−7ろう材
並びにCu−50%Snのものは接合箇所からエナメル被覆電
線がぬけた。すなわち、強度的には十分でない値を示し
た。それに対し、本発明の接合端子を使用した接合体
は、実施例のいずれの端子の場合にも、エナメル被覆電
線から破断し、接合箇所は健全であり、高い接合強度を
示した。
また、接合部の接合状態を顕微鏡で観察したところ比
較端子のものは、端子と電線の接合界面に接合不良の黒
い線が多く、ろう付箇所は少なく観察され、ろうのぬれ
性の悪さが強度低下の原因と考える。それに対し本発明
のいずれのものも、接合界面にはろう材が数μm存在
し、端子と電線がろう材を介して金属的に接合されてい
る様子が観察された。
また、この状態は電気的にも非常に電気抵抗の低い安
定した数値を示すことも分つた。また、第4図のステー
タ製品のリード端子接続法については、通電抵抗加熱装
置(Mo電極材)により一段で通電電流1.4kA、加圧力35k
gf、通電時間0.7s、二段目で通電電流1.8kA、加圧力40k
gf、通電時間0.2sで接合した。その結果、クラツドのP
入りろう材によつて、銅材と黄銅端子が良好にろう付け
されていた。
その他の接合端子として銅,青銅,キユプロニツケ
ル,洋白のものにP入り銀ろうをクラツドしたものとエ
ナメル被覆については、耐熱性の低いY種〜耐熱性の高
いC種迄を各々組合せて、接合したところ、いずれも金
属的接合が得られた。
当然、エナメル被覆をはがしたもの、元々被覆処理を
していないもの等も本発明の接合端子は適用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、予めろう材を配置した接合端子を導
体電線の口出線に設置して接合することができる。
その接合箇所は金属的接合が得られるので接合強度に
優れた、電気的にも低い抵抗値を示し、長期間にわた
り、導電体として安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の接合端子の断面図、第2図
は接合面にろう材を配置した種々の接合端子の斜視図、
第3図は接合端子を用いてエナメル被覆銅線を接合した
斜視図、第4図はステータリードに本発明の接合端子を
用いてエナメル被覆銅線を接合した斜視図である。1…
…接合端子、2……ろう材、3……エナメル被覆銅線、
4……エナメル被覆、5……銅線、6……巻コア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01R 43/02 H01R 43/02 A (56)参考文献 特開 昭61−199575(JP,A) 田中和吉著「はんだ付け技術」4版 (昭52−4−25)総合電子出版 PP. 30−33

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱によって炭化する材料からなる絶縁被
    覆を有する電線からなる導体同士を互いに電気的に接続
    する圧接用接合端子において、前記接合端子はベース金
    属とその前記導体接合面に設けられた燐入りろう材から
    なる被覆層とを有し、該被覆層は前記絶縁被覆の炭化温
    度以上の溶融温度を有し、前記ベース金属に冶金的に一
    体に結合していることを特徴とする圧接用接合端子。
  2. 【請求項2】加熱によって炭化する材料からなる絶縁被
    覆を有する電線からなる導体同士を互いに電気的に接続
    する圧接用接合端子において、前記接合端子はベース金
    属とその前記導体接合面に設けられた燐入りろう材から
    なる被覆層とを有し、前記燐入りろう材は、重量で、燐
    3〜8%と、Ag13〜17%,Sn8〜15%,Zn2〜8%,Ni1〜3
    %の一種類以上とを含有し、残部Cuからなり、前記ベー
    ス金属に冶金的に一体に結合していることを特徴とする
    圧接用接合端子。
  3. 【請求項3】前記ベース金属は銅,黄銅,青銅,キュプ
    ロニッケル及び洋白から選ばれたものである特許請求の
    範囲第1項記載の圧接用接用端子。
  4. 【請求項4】前記ろう材は、クラッド法,溶融法及びイ
    オン注入法から選ばれた方法によって形成され、ろう材
    厚さを20〜100μmの範囲にした特許請求の範囲第1項
    に記載の圧接用接合端子。
  5. 【請求項5】前記接合端子の形状は、U,W及びS形状か
    ら選ばれた特許請求の範囲第1項記載の圧接用接合端
    子。
  6. 【請求項6】前記圧接用接合端子は、絶縁被覆銅コイル
    の接合に用いる特許請求の範囲第1項記載の圧接用接合
    端子。
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