JP3566914B2

JP3566914B2 - 端子の接続方法

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Publication number: JP3566914B2
Application number: JP2000262220A
Authority: JP
Inventors: 政道加瀬; 伸小野瀬; 一佳寺門; 文紀石川; 好和門脇
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: JP2002075481A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導線と導体端子を接続する接続部端子の接続方法に係り、特に、複数の導線と導体端子を接続する際に用いるに好適な接続部端子の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の絶縁被覆導線と導体端子の接続方法としては、例えば、特公昭５０−１８９４０号公報に記載されているように、絶縁被覆導線を導体端子に挿入した後、一対の電極で挟み加圧しながら通電することで絶縁被覆を軟化させ、絶縁被覆を排出した上で、電気的接続を得る抵抗溶接方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、複数の絶縁被覆導線を接続する場合、加圧により絶縁被覆導線の一部が偏荷重を受けたり、大きく変形するため、十分な強度が得られないという問題があった。その結果として、通電後に絶縁被覆導線が導体端子から抜けるという場合も生じる可能性がある。また、電極接触部の近傍では絶縁被覆が排出されやすくなり、導線が過熱し、強度がばらつくという問題もあった。すなわち、従来の接続方法では、接合部強度が十分でなく、信頼性が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、接合部強度の信頼性が向上した接続部端子の接続方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、断面形状が円弧状で長手方向に延在する凸面部を有する第１の電極と、凹面部を有し、該凹面部で形成される溝の中央部にこの溝の長手方向に突起部が形成された第２の電極とからなる一対の電極によって複数の絶縁被覆導線が挿入された導体端子を挟み込み、前記一対の電極により上記導体端子に加圧・通電し、前記絶縁被覆導線の絶縁被覆を排出し、前記導線同士および前記導体端子と前記導線を接続するようにしたものである。
かかる方法により、一方の電極の凹面部中央に突起部を設けた電極を用いて加圧，通電することにより、導体端子と導線との密着性が向上し、接合部強度の信頼性が向上し得るものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記電極に形成する突起部の高さは、前記電極の通電後の導体端子の高さの５％以上としたものである。
かかる方法により、導線を均一に、しかも、より大きな加圧力で加圧し得るものとなる。
【０００８】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記導体端子の内面には、接合補助材を付着するようにしたものである。
かかる方法により、導線と導体端子は、接合補助材を介して合金層を形成し、接合部界面では金属的結合となるため、接合強度信頼性を向上し得るものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態による接続部端子構造および接続方法について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による接続方法について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による接続方法の工程を示す工程図である。
【００１０】
図１（ａ）に示すように、絶縁被覆導線４は、導体端子３内に挿入され、仮加締めされている。絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３は、１対の電極１，２の間に位置決めして、設置される。ここで、電極１の先端部は、凸型の円弧状としている。また、電極２の先端部は、凹面部２ａが形成され、凹面部２ａの中央部には、突起部２ｂが形成されている。
【００１１】
次に、図１（ｂ）に示すように、１対の電極１，２の間に、絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３を挟み込み、加圧するとともに、電極１と電極２の間に通電する。この時、電極２の凹面部２ａの中央には突起部２ｂが形成されているため、この凹面部２ａ及び突起部２ｂにより、導体端子３は、凹面部２ａ及び突起部２ｂにならった形状に変形され、導体端子３内の絶縁被覆導線４に加圧力が均等にかかることになる。導体端子３を加圧するとともに、通電することで絶縁被覆導線４の絶縁被覆を軟化する。導体端子３の電極で挟み込んだ部分は、電極により外周が拘束されるため、絶縁被覆が導線の線方向に排出され、絶縁被覆残りが無くなり、導線同士の接触率は向上し、隙間が少なくなり、絶縁被覆導線４の内部の導線と導体端子３を電気的に接続する。この時、絶縁被覆導線４を挿入した導体端子３は、電極１，２で挟み込まれるため、電極２の凹面部２ａの凹面形状に倣うように拘束される。導体端子３内の導線間の隙間は少なくなり、導線との密着性が向上し、安定した電気的導通が得られる。
【００１２】
絶縁被覆導線４の導線材料としては、例えば、りん青銅，黄銅，純銅等の銅系導線が用いられる。絶縁被覆導線４の絶縁被覆材料としては、例えば、エナメルや他の絶縁被覆材料が用いられる。エナメル被覆導線（高融点ＡＩＷ線：アミドイミドワイヤ）の場合、軟化温度は４００℃以上であるので、電極１，２からの通電によって、絶縁被覆導線４を４００℃以上に加熱することによって、エナメルを軟化することができる。
【００１３】
電極の先端を曲面にすることにより、加圧力は円周方向に分散するため、安定した接合部強度が得られる。電極１，２の材料は、タングステンを用いている。これは、電気抵抗の高い材料を用いることで電極自体を内部抵抗で発熱させ、絶縁被覆を軟化，排出させやすくするためで、タングステンと同様に電気抵抗の高い他の材料例えばモリブデン等を用いても良いものである。
【００１４】
電極２の凹面部２ａに形成される突起部２ｂの高さｔについて検討したところ、突起部２ｂの高さｔを、通電後の端子全高さＴの５％以上にすると、電極の凹面部中央に形成した突起部によって加圧力は分散され、導体端子内の絶縁被覆導線にはこの突起部による反力で加圧力が均等にかかるため、絶縁被覆導線の変形量が安定する。
【００１５】
電極２に形成する突起部２ｂの高さｔについて検討したところ、通電後の導体端子全高さＴの５％以上の場合が好ましいことが判明した。突起部の高さｔを５％とすると、突起がない場合に比べて、導体端子３内の加重分布を調べたところ、１．１〜１．２倍の加圧力が絶縁被覆導線４に作用する。しかも、加圧力が均等に作用する。突起部の高さｔを１０％とすると、突起がない場合に比べて、１．３〜１．４倍の加圧力が絶縁被覆導線４に作用する。さらに、突起部の高さｔを２０％とすると、突起がない場合に比べて、１．５〜１．６倍の加圧力が絶縁被覆導線４に作用する。上側の電極１の先端部の形状が凸型の円弧状の場合、突起部の高さｔを７０〜８０％とすると、突起部によって変形された導体端子の下側の部分が上側の部分に付いて、導体端子の内部が２分割されることになるため、構造的に、これ以上の突起部の高さとすることはできないものである。
【００１６】
また、以上の方法により、接続部の導線間および導線と導体端子の接触面積を多くすることで占積率は９０％以上とすることができ、また、加圧後に隙間を５％以上減少させることができる。しかも、突起部を用いて加圧することにより、加圧力が均等にかかるため、導線の変形が均一に生じる。その結果として、接合部の強度の安定性が向上すると共に、電気伝導性が向上するものである。突起部がない場合には、占積率を高めようとすると、導体端子内部の複数の導線の内、一部の導線が変形し、他の導線が変形しないと言う不均一性が生じる。このような不均一な加圧が行われると、変形しない導線は導体端子によってしっかりと保持されないため、導体端子と導線の間に引っ張り力が作用すると、この導線が引き抜かれてしまうという事態も発生する。
【００１７】
次に、図２を用いて、本実施形態による接続方法によって形成された接続部端子構造について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による接続部端子構造の構成を示す斜視図である。図２（ａ）は、本実施形態による接続部端子構造を上面側から見た斜視図であり、図２（ｂ）は、本実施形態による接続部端子構造を底面側から見た斜視図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、絶縁被覆導線４は、導体端子３内に挿入されている。絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３は、図１において説明したように、１対の電極の間に挟み込まれ、加圧・通電され、電気的な導通が得られている。また、図１において説明したように、一方の電極の先端部は、凸型の円弧状としていているため、導体端子３の表面には、凹部３ａが形成されている。
【００１９】
また、図１において説明したように、他方の電極２の先端部は、凹面部が形成され、その凹面部の中央部には、突起部が形成されているため、導体端子３の表面には、第２の凹部３ｂが形成されている。
【００２０】
次に、図３を用いて、本実施形態による接続方法によって形成された接続部端子構造と比較構造の引張り試験の試験結果について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による接続部端子構造と比較構造の引張り試験の試験結果の説明図である。
【００２１】
引張り試験の試験方法は、端子を治具に引掛け、導線を垂直に引張り、接合部のみの影響を比較できるようにして、引張り強度（Ｎ）を測定したものである。
【００２２】
ここで、（Ｂ）は、図１に示したように、凸型の円弧状の先端部を有する電極１と、凹面部２ａの中央部に突起部２ｂの形成された電極２との間に、絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３を挟み込み、加圧・通電した本実施形態による構造のものである。ここでは、電極２に形成する突起部２ｂの高さｔを、通電後の導体端子全高さＴの１０％としている。（Ａ）は、比較例として用いられたものであり、先端部が平面形状の１対の電極の間に、絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３を挟み込み、加圧・通電したものである。
【００２３】
図３（Ｂ）に示すように、本実施形態の方法のものにおいては、引張り強度は、９０〜１１０Ｎの範囲であり、導線は接合部もしくは接合部近傍からから破断しており、引張り強度は高く安定した値を示している。すなわち、導線は均一に加圧されているため、引っ張り強度の試験を行うと、全ての導線が破断した。一方、（Ａ）に示した比較例においては、引張り強度は、４０〜９０Ｎの範囲であり、導体端子から導線が抜けるものや導線の変形により強度的に不十分であった。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態によれば、一方の電極の凹面部中央に突起を設けた電極を用いて加圧，通電することにより、導体端子と導線との密着性が向上し、安定した接合強度が得られる。
【００２５】
次に、同じく図１を用いて、本発明の第２の実施形態による接続方法について説明する。
図１（ａ）に示したように、絶縁被覆導線４は、導体端子３内に挿入され、仮加締めされている。このとき、導体端子３の内側には、接合補助材としてめっきまたはろう材等を付着させてある。絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３は、１対の電極１，２の間に位置決めして、設置される。ここで、電極１の先端部は、凸型の円弧状としている。また、電極２の先端部は、凹面部２ａが形成され、凹面部２ａの中央部には、突起部２ｂが形成されている。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示したように、１対の電極１，２の間に、絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３を挟み込み、加圧するとともに、電極１と電極２の間に通電する。この時、電極２の凹面部２ａの中央には突起部２ｂが形成されているため、この凹面部２ａ及び突起部２ｂにより、導体端子３は、凹面部２ａ及び突起部２ｂにならった形状に変形され、導体端子３内の絶縁被覆導線４に加圧力が均等にかかることになる。導体端子３を加圧するとともに、通電することで絶縁被覆導線４の絶縁被覆を軟化する。導体端子３の電極で挟み込んだ部分は、電極により外周が拘束されるため、絶縁被覆が導線の線方向に排出され、絶縁被覆残りが無くなり、導線同士の接触率は向上し、隙間が少なくなり、絶縁被覆導線４の内部の導線と導体端子３を電気的に接続する。また、同時に、めっきまたはろう材の融点温度まで高めることにより、めっきまたはろう材を溶解し、導線と導体端子３を接合することができる。この時、絶縁被覆導線４を挿入した導体端子３は、電極１，２で挟み込まれるため、電極２の凹面部２ａの凹面形状に倣うように拘束される。これにより、導線と導体端子３は、めっきまたはろう材等の接合補助材を介して合金層を形成し、接合部界面では金属的結合となるため、接合強度信頼性を向上することができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、一方の電極の凹面部中央に突起を設けた電極を用いて加圧，通電することにより、導体端子と導線との密着性が向上し、安定した接合強度が得られる。
また、導線と導体端子は、めっきまたはろう材を介して合金層を形成し、接合部界面では金属的結合となるため、接合強度信頼性を向上することができる。
【００２８】
次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態による接続部端子構造および接続方法について説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態による接続方法の工程を示す工程図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２９】
本実施形態において、図１に示した実施形態と相違する点は、一方の電極５の先端部の形状である。本実施形態においては、電極５の先端部は、平面形状としている。他方の電極２の形状は、図１に示したものと同様であり、凹面部２ａが形成され、凹面部２ａの中央部には、突起部２ｂが形成されている。
【００３０】
１対の電極５，２の間に、絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３を挟み込み、加圧した後、通電することにより、絶縁被覆が排出され、絶縁被覆導線４の内部の導線と導体端子３を電気的に接続する。この時、絶縁被覆導線４を挿入した導体端子３は、電極５，２で挟み込まれるため、電極２の凹面部２ａの凹面形状に倣うように拘束される。導体端子３内の導線間の隙間は少なくなり、導線との密着性が向上し、安定した電気的導通が得られる。
【００３１】
本実施形態による接続方法によって形成された接続部端子構造は、導体端子３は、電極５によって加圧された部分は平面であるが、電極２によって加圧された部分には、電極２の凹面部２ａの突起部２ｂに対応した凹部が形成されることになる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、一方の電極の凹面部中央に突起を設けた電極を用いて加圧，通電することにより、導体端子と導線との密着性が向上し、安定した接合強度が得られる。
次に、図５を用いて、本発明の第４の実施形態による接続部端子構造および接続方法について説明する。
図５は、本発明の第４の実施形態による接続方法の工程を示す工程図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３３】
本実施形態において、図１に示した実施形態と相違する点は、１対の電極として、同じ形状の電極２を用いていることである。電極２の形状は、図１に示したものと同様であり、凹面部２ａが形成され、凹面部２ａの中央部には、突起部２ｂが形成されている。
【００３４】
１対の電極２の間に、絶縁被覆導線４の挿入された導体端子３を挟み込み、加圧した後、通電することにより、絶縁被覆が排出され、絶縁被覆導線４の内部の導線と導体端子３を電気的に接続する。この時、絶縁被覆導線４を挿入した導体端子３は、１対の電極２で挟み込まれるため、電極２の凹面部２ａの凹面形状に倣うように拘束される。導体端子３内の導線間の隙間は少なくなり、導線との密着性が向上し、安定した電気的導通が得られる。
【００３５】
本実施形態による接続方法によって形成された接続部端子構造は、導体端子３は、電極２によって加圧された部分には、電極２の凹面部２ａの突起部２ｂに対応した２箇所の凹部が形成されることになる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、両方の電極の凹面部中央に突起を設けた電極を用いて加圧，通電することにより、導体端子と導線との密着性が向上し、安定した接合強度が得られる。
なお、接続端子構造を形成可能な接続方法としては、第１の実施形態のような熱圧着や、第２の実施形態のような抵抗ロウ材を用いるものの他に、例えば、超音波振動により絶縁被覆を発熱して、軟化・排出する超音波溶着法や、絶縁被覆を剥離後に機械的かしめしたものような接続方法においても同様な効果が得ることができるものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、接合部強度の信頼性が向上した接続部端子構造および接続方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による接続方法の工程を示す工程図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による接続部端子構造の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による接続部端子構造と比較構造の引張り試験の試験結果の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による接続方法の工程を示す工程図である。
【図５】本発明の第４の実施形態による接続方法の工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１，２，５…電極
２ａ…凹面部
２ｂ…突起部
３…絶縁被覆導線
４…導体端子

Claims

断面形状が円弧状で長手方向に延在する凸面部を有する第１の電極と、凹面部を有し、該凹面部で形成される溝の中央部に突起部がこの溝の長手方向に形成された第２の電極とからなる一対の電極によって複数の絶縁被覆導線が挿入された導体端子を挟み込み、
前記一対の電極により上記導体端子に加圧・通電し、前記絶縁被覆導線の絶縁被覆を排出し、
前記導線同士および前記導体端子と前記導線を接続することを特徴とする端子の接続方法。
請求項１記載の端子の接続方法において、
前記電極に形成する突起部の高さは、前記電極の通電後の導体端子の高さの５％以上としたことを特徴とする端子の接続方法。
請求項１記載の端子の接続方法において、
前記導体端子の内面には、接合補助材が付着されていることを特徴とする端子の接続方法。