JP4235353B2

JP4235353B2 - リード線と端子の接合方法

Info

Publication number: JP4235353B2
Application number: JP2000316613A
Authority: JP
Inventors: 次男増田; 武司上田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: JP2002124360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リード線と端子の接合方法に関し、特に、銅製の細線を複数本集合させてなるリード線をばらつかせることなく一体的に束ねてヒュージングによりリード線と端子とを強固に接合するリード線と端子の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータや発電機を構成するコイルと整流子とを含むステータに、例えば、バッテリなどの電源から電力を供給するためにリード線が用いられている。この接合方法としては、はんだ付けが一般的に採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、モータや発電機の大出力化に伴いリード線が大径化し、かつモータや発電機本体の小型化が要求されている。すなわち、リード線の取り付け部（端子部）の省スペース化が求められている。しかしながら、従来技術において、リード線と端子部とを接合するはんだ付けでは大径のリード線を接合しようとするとヒートマスが大きいため、作業時間が長時間にわたる。従って、生産効率がさほど向上しないという問題点が指摘されている。作業時間の短縮化を図るため、リード線と端子部とを接合する際に通電する電流の密度を短時間で増大させる方法が挙げられる。しかしながら、この場合、はんだの温度が急速に上昇して瞬時に膨張し、はんだボールとなって周辺に飛散してモータや発電機が周辺機器と短絡してしまうという難点がある。しかも、例えば、はんだ上にフラックスが塗布されている場合、該フラックスと該はんだとが同時に沸点に達し、該フラックスの飛散によりさらにはんだが飛散してしまうという不都合が生じている。また、溶接作業に従事する作業者の能力により接合品質にばらつきが生じ、かつ品質管理が困難になるという不具合がある。
【０００４】
そこで、リード線と端子との接合に係る作業時間の短縮化、端子部の省スペース化のため、リード線と端子を接合する際にヒュージング方法が採用されている。しかしながら、例えば、銅製の細線からなるリード線と端子とを接合する場合、細線が相互にばらばらになり該細線と端子とが密接することができず、接合不良が発生することがある。これにより、接合部の強度が不足するとともに、該接合部の接触抵抗が大きくなり、例えば、モータや発電機を構成するコイルに通電した際に該接合部を破損させるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、導電体の細線からなるリード線をばらつかせることなく一体的に束ねてヒュージングによりリード線と端子とを強固に接合することにより、はんだボールの飛散を阻止し、また、溶接作業に従事する作業員の能力に関わらず溶接作業を可及的速やかに遂行することを可能とし、かつ溶接品質に優れ、しかも、生産効率が飛躍的に向上するリード線と端子の接合方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導電体の細線を複数本集合させてなるリード線の絶縁被覆が剥離された先端部にはんだを溶融することにより、該先端部を一体的に束ねる第１の工程と、前記先端部を端子に挿入して一対の電極のうち少なくとも一方の電極により該端子を所定の押圧力で押圧する第２の工程と、その状態で一対の前記電極に所定の電流を所定の時間だけ通電してジュール熱を発生させる第３の工程と、所定時間一対の前記電極に通電することを停止して、前記先端部と前記端子との接触部の温度を所定の範囲内に保持する第４の工程と、一方の前記電極で前記端子を前記押圧力で押圧しながら一対の前記電極に所定の電流を所定の時間だけ再通電することによりジュール熱を発生させて前記はんだと前記端子とを溶融させて前記先端部と該端子とを接合する第５の工程とからなることを特徴とする。この場合、前記リード線の先端部にはんだを溶融した後、該はんだ上にフラックスを塗布するとよい。
【０００７】
本発明によれば、導電体の細線からなるリード線と、例えば、導電体、好ましくは銅材料からなる端子とを接合するのに先立って、該リード線の先端部にはんだを溶融する。これにより、複数本の細線をばらつかせることなく一体的に束ねることが可能となる。その後、はんだ上にフラックスを塗布したリード線の先端部を端子によって挟持し、正極と負極とからなる一対の電極のうち少なくとも一方の電極により該端子を所定の押圧力で押圧しながら、一対の電極に所定の電流を所定の時間だけ２回に分けて通電する。この場合、１回目の通電によりフラックスが溶融（活性化）する。フラックスが溶融することにより、リード線と端子との接触部の酸化膜や不純物を除去して該リード線、すなわち、はんだを構成する錫と銅との接合性を良好に保つことができる。その後、２回目の通電により、細線とはんだと端子とが溶融して接合層が形成され、結局、リード線と端子とが接合される。それと同時に、導電体の細線が圧潰されるので、はんだを介して細線と端子との接触面積が増大する。すなわち、リード線と端子との接触面積が増大して電流が流れる際の抵抗が低減し、かつ該リード線と該端子とを強固に接合することができる。
【０００８】
しかも、２回に分けて通電を行うことにより、フラックスとはんだとを個別に溶融させることができる。従って、従来技術のように、フラックスとはんだとが同時に沸点に達することがない。これにより、フラックスの気化に起因するはんだの飛散を阻止することができる。
【０００９】
上述の接合方法において、前記第３の工程における前記先端部と前記端子との接触部の温度は前記フラックスを溶融させる温度、すなわち８０℃〜１５０℃の範囲内であり、前記第５の工程における前記先端部と前記端子との接触部の温度は前記はんだを溶融させる温度、すなわち２９０℃〜３７０℃の範囲内である。さらに、前記第３の工程における前記電極の通電時間を０．５秒〜５秒の範囲内とし、前記第４の工程における前記電極の通電停止時間を０．２秒〜１秒の範囲内とし、前記第５の工程における前記電極の再通電時間を０．５秒〜５秒の範囲内とすると好ましい。これにより、フラックスとはんだとを個別に溶融させることができるため、該フラックスと該はんだとが同時に沸点に達することがない。従って、フラックスの気化に起因するはんだの飛散を阻止することができる。しかも、通電時間を可及的に短縮したため、はんだの急激な温度上昇を回避してはんだボールの飛散を阻止することができる。
【００１０】
また、前記リード線の前記先端部に溶融するはんだの量を０．５ｍｇ／ｃｍ³〜４ｍｇ／ｃｍ³の範囲内にするとよい。これにより、過剰量のはんだを溶融することがないためリード線と端子とを接合した際、はんだボールの飛散を阻止することが可能となる。
【００１１】
さらに、前記はんだの錫成分の含有量を９０重量％以上とし、残余を銀成分と銅成分の少なくともいずれか一方の成分で構成すると好適である。一般に、はんだの成分は錫６０重量％、鉛４０重量％である。しかしながら、本発明に係るはんだは鉛成分を含有しないため、該はんだを溶融させてリード線と端子とを接合させた際、鉛に起因して該リード線と該端子との接合部にクラックが発生することを阻止することができるからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るリード線と端子の接合方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図６を参照しながら以下詳細に説明する。なお、このリード線と端子の接合方法は、その用途が限定されるものではないが、例えば、リード線と回転電機の整流子の端子とを接合する場合に用いられると好ましい。
【００１３】
本実施の形態で使用されるリード線１０は、図１に示すように、絶縁被覆１２により被覆されている。このリード線１０の先端部の絶縁被覆１２を剥離して、例えば、銅製からなる複数の細線１４を露呈させる。その後、前記露呈した複数の細線１４の先端部にはんだ１６を溶融してはんだ部１８を形成する。この場合、槽内に貯留された溶融はんだに前記先端部をねじった状態で浸潰させる。この場合、特に、該先端部をねじらなくてもよい。このとき、使用するはんだ１６の錫成分の含有量は９０重量％以上であり、残余は銀成分と銅成分の少なくともいずれか一方の成分で構成されている。しかも、前記先端部に溶融するはんだ１６の量を０．５ｍｇ／ｃｍ³〜４ｍｇ／ｃｍ³の範囲内とする。これにより、リード線１０の先端部を一体的に束ねることができるとともに、過剰量のはんだを溶融することがないためリード線と端子とを接合した際、はんだボールの飛散を阻止することが可能となる。
【００１４】
さらに、前記はんだ部１８上にフラックス１９を塗布する（図２参照）。この場合、フラックス１９は松脂と活性剤（無機又は有機酸塩）と揮発性溶剤（ＩＰＡ）とから構成され、その比率はそれぞれ１０重量％〜４０重量％と０〜４重量％と５６重量％〜９０重量％との間である。
【００１５】
本実施の形態で使用されるリード線１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に該リード線１０を、例えば、導電体、好ましくは銅材料からなる略Ｕ字状の端子２２に接合させる場合に適用して説明する。
【００１６】
先ず、上述したように、はんだ部１８を有し、該はんだ部１８上にフラックス１９が塗布されたリード線１０を製造する（第１の工程）。
【００１７】
次に、支持台２０上に固定され銅材料からなる略Ｕ字状の端子２２の開口部２４に前記はんだ部１８を挿入し、該端子２２により該はんだ部１８を挟持する。このとき、前記リード線１０の先端部は、はんだ部１８で束ねられているので該リード線１０は確実に前記開口部２４内に収容される。
【００１８】
次いで、正極２６と負極２８とからなる一対の電極のうち該正極２６により前記端子２２の前記はんだ部１８を挟持している挟持部位３０を所定の押圧力で押圧するとともに、該負極２８を該端子２２の前記はんだ部１８を挟持していない平坦部位３２に当接させる（第２の工程）。この場合、押圧力は、例えば、３５０Ｎであると好ましい。また、前記正極２６の材質はタングステンとし、前記負極２８の材質はクロム銅とする。これにより、前記フラックス１９が塗布された前記はんだ部１８が若干圧潰されることになる。。
【００１９】
その状態で一対の電極２６、２８に所定の電流を所定の時間だけ通電する（第３の工程）。この場合、図６に示すように、リード線１０と端子２２との接触部の温度が８０℃〜１５０℃になるように通電する（図６中、実線参照）。このときの通電電流は１２０Ａ〜１８０Ａの間であり、通電時間は０．５秒〜５秒である（図６参照）。リード線１０と端子２２との接触部が８０℃〜１５０℃の温度になることにより、図３に示すように、フラックス１９は溶融（活性化）し、挟持部位３０の裏面３４、すなわち端子２２におけるはんだ部１８との接触部の酸化膜や不純物が除去され、はんだ１６を構成する錫と銅との接合性を良好に保つことができる。一方、はんだ１６の融点は約２３０℃であるため、前記の温度では該はんだ１６は融点に達しておらず溶融されていない状態である（図３参照）。
【００２０】
フラックス１９を溶融させた後、一対の電極２６、２８に通電することを停止する（第４の工程）。これにより、図６に示すように、通電することにより温度上昇していた正極２６（図６中、破線参照）と端子２２（図６中、二点鎖線参照）との温度が下がることになるとともに、リード線１０と該端子２２との接触部（図６中、実線参照）の温度が８０℃〜１５０℃の範囲内の温度に保持される。この場合、通電の停止時間を０．２秒〜１秒とする。
【００２１】
その後、前記正極２６により前記挟持部位３０を前記押圧力で押圧しながら、一対の電極２６、２８に所定の電流を所定の時間だけ再通電する（第５の工程）。この場合、図６に示すように、リード線１０と端子２２との接触部の温度が２９０℃〜３７０℃になるように通電する（図６中、実線参照）。このときの通電電流は２５０Ａ〜３５０Ａの間であり、通電時間は０．５秒〜５秒である（図６参照）。これにより、前記挟持部位３０が前記開口部２４を塞ぐ方向に押圧され、リード線１０を構成する複数本の細線１４がそれぞれ圧潰される。それと同時に、前記はんだ１６と、前記裏面３４の銅とが発生したジュール熱により溶融して錫と銅とからなる接合層３６が形成され、リード線１０と端子２２とが接合されるに至る（図４参照）。
【００２２】
その後、前記正極２６と前記負極２８とを前記端子２２から離間させる（図５参照）。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、正極２６における端子２２との接触部の形状を略直線状にしたが、これに限定されるものではなく、テーパ状、若しくは半球状にしてもよい。すなわち、正極２６の先端部をテーパ状、或いは半球状に形成すれば、該先端部を流れる電流の密度が大きくなり溶着効果が一層向上する利点がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、導電体の細線からなるリード線と端子とを接合するのに先立って、該リード線の先端部にはんだを溶融させる。これにより、複数本の細線をばらつかせることなく一体的に束ねることが可能となる。その後、はんだ上にフラックスを塗布したリード線の先端部を端子によって挟持し、正極と負極とからなる一対の電極のうち正極により該端子を所定の押圧力で押圧しながら、一対の電極に所定の電流を所定の時間だけ２回に分けて通電する。この場合、１回目の通電によりフラックスが溶融（活性化）する。フラックスが溶融することにより、リード線と端子との接触部の酸化膜や不純物を除去して該リード線、すなわち、はんだを構成する錫と銅との接合性を良好に保つことができる。その後、２回目の通電により、細線とはんだと端子とが溶融して接合層が形成され、結局、リード線と端子とが接合される。それと同時に、導電体の細線が圧潰されるので、はんだを介して細線と端子との接触面積が増大する。すなわち、リード線と端子との接触面積が増大して電流が流れる際の抵抗が低減し、かつ該リード線と該端子とを強固に接合することができる。
【００２５】
しかも、２回に分けて通電を行うことにより、フラックスとはんだとを個別に溶融させることができる。従って、従来技術のように、フラックスとはんだとが同時に沸点に達することがない。これにより、フラックスの気化に起因するはんだの飛散を阻止することができる。従って、溶接作業に従事する作業員の能力に関わらず溶接作業を可及的速やかに遂行することが可能となり、かつ溶接品質に優れ、しかも、生産効率が飛躍的に向上する。
【００２６】
さらに、はんだの錫成分の含有量は９０重量％以上であり、残余は銀成分と銅成分の少なくともいずれか一方の成分としたため、該はんだを溶融させてリード線と端子とを接合させた際、鉛に起因して該リード線と該端子との接合部にクラックが発生すること阻止することが可能になるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態で使用されるリード線の先端部にはんだを溶融した状態を示す一部省略平面説明図である。
【図２】図１における矢印ＩＩ−ＩＩ線からみた矢視説明図である。
【図３】図１のリード線に塗布されたフラックスが溶融した状態を示す一部省略縦断面説明図である。
【図４】リード線と端子とを接合させた状態を示す一部省略縦断面説明図である。
【図５】リード線と端子とを接合させた後、一対の電極を該端子から離間させた状態を概略的に示す一部省略縦断面説明図である。
【図６】通電時間と、リード線と端子との接触部の温度との関係、通電時間と正極の温度との関係、通電時間と端子の温度との関係をそれぞれ表すグラフと、通電時間と通電電流との関係を表すグラフとの対応関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…リード線１２…絶縁被覆
１４…細線１６…はんだ
１８…はんだ部１９…フラックス
２２…端子２６…正極
２８…負極３４…裏面

Claims

導電体の細線を複数本集合させてなるリード線の絶縁被覆が剥離された先端部にはんだを溶融することにより該先端部を一体的に束ねた後、前記はんだ上にフラックスを塗布する第１の工程と、
前記先端部を端子に挿入して一対の電極のうち少なくとも一方の電極により該端子を所定の押圧力で押圧する第２の工程と、
その状態で一対の前記電極に所定の電流を所定の時間だけ通電してジュール熱を発生させる第３の工程と、
所定時間一対の前記電極に通電することを停止して、前記先端部と前記端子との接触部の温度を所定の範囲内に保持する第４の工程と、
一方の前記電極で前記端子を前記押圧力で押圧しながら一対の前記電極に所定の電流を所定の時間だけ再通電することによりジュール熱を発生させて前記はんだと前記端子とを溶融させて前記先端部と該端子とを接合する第５の工程と、
からなり、
前記第３の工程における前記先端部と前記端子との接触部の温度は前記フラックスを溶融させる温度であり、
前記第４の工程における前記先端部と前記端子との接触部の温度は前記フラックスの溶融状態を保持する温度であり、
前記第５の工程における前記先端部と前記端子との接触部の温度は前記はんだを溶融させる温度であることを特徴とするリード線と端子の接合方法。
請求項１記載の接合方法において、
前記第３の工程における前記リード線と前記端子との接触部の温度を８０℃〜１５０℃の範囲内とし、
前記第５の工程における前記リード線と前記端子との接触部の温度を２９０℃〜３７０℃の範囲内とすることを特徴とするリード線と端子の接合方法。
請求項１又は２記載の接合方法において、
前記第３の工程における前記電極の通電時間を０．５秒〜５秒の範囲内とし、
前記第４の工程における前記電極の通電停止時間を０．２秒〜１秒の範囲内とし、
前記第５の工程における前記電極の再通電時間を０．５秒〜５秒の範囲内とすることを特徴とするリード線と端子の接合方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合方法において、
前記リード線の前記先端部に溶融するはんだの量を０．５ｍｇ／ｃｍ³〜４ｍｇ／ｃｍ³の範囲内とすることを特徴とするリード線と端子の接合方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合方法において、
前記はんだの錫成分の含有量は９０重量％以上であり、残余は銀成分と銅成分の少なくともいずれか一方の成分で構成されることを特徴とするリード線と端子の接合方法。