JP6108164B2 - 半田接合構造および半田接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、半田接合構造および半田接合方法に関連する。

従来より、銅の導線の接合のために半田付けが行われている。また、特開２００８−１４８５３３号公報では、銅被覆アルミニウム線を用いることで、従来の銅の導線を半田付けする場合と同様の条件で、アルミニウムを主要部とする導線を半田付けすることも試みられている。また、アルミニウムの導線の半田付けも試みられている。特開２０１１−２２２４０６号公報では、複数のアルミ素線が撚り合わされた芯線の外側に絶縁被覆を有するアルミ被覆電線において、半田を芯線内部にまで浸透させる手法が開示されている。当該手法では、絶縁被覆が除去されて芯線が露出したアルミ被覆電線の一端を溶融半田に浸し、溶融半田に超音波振動が印加される。また、アルミ被覆電線の他端からアルミ被覆電線の絶縁被覆内側の空気が吸引される。
特開２００８−１４８５３３号公報 特開２０１１−２２２４０６号公報

ところで、モータなどの電気製品の配線においては、２つの導線を接合する方法として、一方の導線を一旦金属ピン等に接合し、その上で、他方の導線をその金属ピンに接合する、という方法を採る場合がある。このような場合、従来は銅製の導線が用いられてきた。本願発明者は、この接合構造において、上記の一方の導線をアルミニウム線とすることを試みた。けれども、特開２０１１−２２２４０６号公報には、半田を撚り線である芯線内部にまで浸透させる手法が開示されるのみであり、アルミニウム線を金属ピンに接合する手法は開示されていない。このため、本願発明者は、独自にアルミニウム線を金属ピンに接合する際の接合構造と方法を研究する必要があった。

本発明は、金属ピンとアルミニウム線とを強固に接合することを目的としている。

本発明の例示的な一の実施形態に係る半田接合構造は、角柱または円柱の金属ピンと、前記金属ピンに巻き付けられた巻付部を有するアルミニウム線と、前記金属ピンと前記巻付部の少なくとも一部とを接合する半田層と、を備え、前記巻付部の前記少なくとも一部が、前記アルミニウム線の延びる方向に垂直な断面において一部が消失することにより現れた変形面、を有し、前記変形面が、前記金属ピンと径方向に対向し、前記断面において、前記変形面と、前記金属ピンとの径方向間に、アルミニウム粒子が存在し、前記半田層が、前記変形面に密着する。

本発明の例示的な半田接合構造によれば、金属ピンとアルミニウム線とを強固に接合することができる。

図１は、モータの断面図である。 図２は、静止部を示す斜視図である。 図３は、半田接合構造の断面図である。 図４は、半田接合処理の流れを示す図である。 図５は、巻付部が形成された金属ピンを示す図である。 図６は、半田処理装置を示す図である。 図７は、金属ピンの先端部近傍の断面を撮影した写真である。 図８は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図９は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１０は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１１は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１２は、図１１の一部を拡大して示す図である。 図１３は、金属ピンの先端部近傍の断面を撮影した写真である。 図１４は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１５は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１６は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１７は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１８は、半田層内のアルミニウム線の断面を撮影した写真である。 図１９は、変形面を拡大して示す図である。 図２０は、変形面を拡大して示す図である。 図２１は、変形面を拡大して示す図である。

本明細書では、モータの中心軸方向における上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。また、中心軸に平行な方向または略平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るモータ１の縦断面図である。モータ１は誘導モータである。モータ１は、固定組立体である静止部２と、回転組立体である回転部３と、ハウジング４と、を含む。回転部３は、かご形回転子である回転部本体３１と、シャフト３２と、を含む。シャフト３２は、回転部本体３１に形成された孔部に圧入固定され、モータ１の中心軸Ｊ１に沿って上下方向を向いて配置される。シャフト３２の中心軸は中心軸Ｊ１と一致する。

ハウジング４は、中心軸Ｊ１を囲む略円筒状の筒状部４１と、筒状部４１の下側開口を閉塞する下部４２と、筒状部４１の上側開口を閉塞する上部４３と、を含む。下部４２の中央にはシャフト３２が挿入される開口４２２が設けられる。下部４２の開口４２２の周囲には、下側軸受部４２１が設けられる。上部４３の中心軸Ｊ１の周囲には、上側軸受部４３１が設けられる。上側軸受部４３１および下側軸受部４２１は、回転部３のシャフト３２を回転可能に支持する。

静止部２は、回転部本体３１の外周面に対向する環状のステータ２０を含む。ステータ２０の外周部は、ハウジング４の筒状部４１の内周面に固定される。ステータ２０の中心軸は、中心軸Ｊ１と一致する。ステータ２０は、複数のコイル部２１を含む。複数のコイル部２１は、回転部本体３１の周囲にて周方向に沿って配置される。各コイル部２１は、鉄等の磁性体からなる芯部２１１と、樹脂製のインシュレータ２１２と、コイル２１３と、を含む。芯部２１１は、径方向に延びており、芯部２１１の先端は、回転部本体３１に対向する。インシュレータ２１２は、芯部２１１における径方向に沿う側面を覆うボビンである。コイル２１３は、芯部２１１にインシュレータ２１２上から多層にアルミニウム線を巻回することにより設けられる。

図２は、モータ１の内部構造を示す斜視図であり、図２では、静止部２のみを示す。静止部２は、アダプタ２２をさらに含む。アダプタ２２は、一部のコイル部２１におけるインシュレータ２１２の上面に設けられる。これらのコイル部２１には、当該上面から上方に突出する金属ピン２６が設けられる。図１に示すように、アダプタ２２には、金属ピン２６が挿入される挿入孔２２１が設けられる。金属ピン２６は角柱であり、例えば四角柱である。金属ピン２６は、円柱であってもよい。金属ピン２６の上端は、アダプタ２２の上方に位置する。金属ピン２６は、例えば、りん青銅に錫めっきを施して形成されている。

図２の静止部２では、４本の金属ピン２６が設けられる。周方向に配列された８個のコイル部２１のうち１つ置きに存在する４個のコイル部２１のコイル２１３が、１本のアルミニウム線により形成される。当該アルミニウム線の両端部は、２本の金属ピン２６にそれぞれ接続される。また、残りの１つ置きに存在する４個のコイル部２１のコイル２１３も、１本のアルミニウム線により形成される。当該アルミニウム線の両端部は、残りの２本の金属ピン２６にそれぞれ接続される。コイル部２１の個数は８以外でもよく、金属ピン２６の個数も４以外でもよい。

アダプタ２２は、リード線２２３を固定するリード線固定部２２２を含む。リード線２２３の一端には、銅等の金属製の環状端子２２４が設けられる。環状端子２２４は金属ピン２６に半田付けされて金属ピン２６に接続される。リード線２２３の他端は図示省略の外部電源に接続される。当該外部電源からリード線２２３および金属ピン２６を介して複数のコイル部２１に駆動電流が供給され、図１の回転部３が中心軸Ｊ１を中心として回転する。

図３は、アダプタ２２の断面図であり、金属ピン２６の中心軸Ｊ２を含む面におけるアダプタ２２の断面を示す。図３では、インシュレータ２１２を矩形にて簡略化して示し、リード線２２３および環状端子２２４の図示を省略する。コイル２１３を形成するアルミニウム線２７は、金属ピン２６の中心軸Ｊ２に沿って金属ピン２６に巻き付けられた巻付部２７１を含む。アルミニウム線２７の直径は、金属ピン２６の太さよりも小さい。金属ピン２６の断面形状は円形でも方形でもよい。ここで、金属ピン２６の太さは、金属ピン２６の中心軸Ｊ２に垂直な断面において最大となる幅である。

アルミニウム線２７のうち金属ピン２６に巻きつけられている部位である巻付部２７１は、金属ピン２６の先端部２６１および中間部２６０に設けられた粗巻部２７２と、金属ピン２６の根元部２６２に設けられた密巻部２７３と、を含む。金属ピン２６はその一端が樹脂製のインシュレータ２１２の表面に埋め込まれている。すなわち、密巻部２７３は、粗巻部２７２よりもインシュレータ２１２の表面に近い場所に位置する。

粗巻部２７２では、アルミニウム線２７の直径よりも大きい間隙を空けて、アルミニウム線２７が金属ピン２６に巻かれる。粗巻部２７２におけるアルミニウム線２７のピッチは、例えば、アルミニウム線２７の直径より大きく、アルミニウム線２７の直径の１０倍以下である。密巻部２７３では、アルミニウム線２７の直径の２倍以下のピッチにてアルミニウム線２７が金属ピン２６に巻かれる。したがって、密巻部２７３では、アルミニウム線２７はその直径以下の間隙を空けて、または、間隙を空けることなく、金属ピン２６に巻かれる。図３の密巻部２７３では、ほぼ隙間なく、アルミニウム線２７が金属ピン２６に巻かれる。

密巻部２７３では、アルミニウム線２７は金属ピン２６の径方向に重なってもよい。すなわち、金属ピン２６の軸方向において、アルミニウム線２７のピッチはアルミニウム線２７の直径未満でもよい。アルミニウム線２７が重なることにより、密巻部２７３において、アルミニウム線２７を金属ピン２６に強固に固定することができる。

両端部を除き、アルミニウム線２７は、絶縁被覆にて覆われる。ただし、両端部は全てが非被覆部であっても良いし、一部が非被覆部であってもよい。図３では、絶縁被覆にて覆われるアルミニウム線２７の部位を太線にて示し、絶縁被覆にて覆われないアルミニウム線２７の部位２７８を細線にて示す。絶縁被覆にて覆われないアルミニウム線２７の部位２７８を、以下、「非被覆部２７８」という。例えば、粗巻部２７２の少なくとも一部もしくは全体は、非被覆部２７８である。粗巻部２７２の少なくとも一部、および、金属ピン２６のうち粗巻部２７２が巻きつけられている部位のうちの少なくとも一部は、半田層２８にて覆われる。後述するように、半田層２８は、超音波の付与を伴う半田付けにより形成される。半田層２８により、金属ピン２６と巻付部２７１とが接合する。金属ピン２６、アルミニウム線２７および半田層２８を主な構成要素として、これらを含む半田接合構造２５が構成される。図３の半田接合構造２５では、密巻部２７３には、半田層２８は設けられない。

既述のように、金属ピン２６は、アダプタ２２の挿入孔２２１に挿入される。金属ピン２６の先端部２６１および半田層２８は、挿入孔２２１よりも上方に位置する。すなわち、金属ピン２６のうち、粗巻部２７２が位置する部位の少なくとも一部は挿入孔２２１内に収容される。アダプタ２２の上面近傍では、挿入孔２２１の直径が上方に向かって漸次増大する。挿入孔２２１内には樹脂２９が充填される。また、巻付部２７１および金属ピン２６において挿入孔２２１と先端部２６１との間の部位の周囲、すなわち、挿入孔２２１と半田層２８との間の部位の周囲が樹脂２９にて覆われる。

図４は、図３の半田接合構造２５を形成する半田接合処理の流れを示す図である。半田接合処理では、まず、図５に示すように、インシュレータ２１２に設けられた金属ピン２６にアルミニウム線２７が巻き付けられ、巻付部２７１が形成される（ステップＳ１１）。図１の静止部２に用いられる半田接合構造２５では、複数のコイル２１３を形成した後のアルミニウム線２７の両端部が、２本の金属ピン２６にそれぞれ巻き付けられる。このとき、図５の金属ピン２６の根元部２６２では、アルミニウム線２７が密に巻かれて密巻部２７３が形成される。金属ピン２６の先端部２６１および中間部２６０では、アルミニウム線２７が粗く巻かれて粗巻部２７２が形成される。

図６は、半田付けが行われる半田処理装置９を示す図である。半田処理装置９は、処理槽９２と、ヒータ９３と、振動発生部９４と、を含む。処理槽９２は、溶融半田９１を貯溜する。ヒータ９３は、処理槽９２を加熱し、処理槽９２内の溶融半田９１の溶融状態を維持する。振動発生部９４は、処理槽９２に超音波を付与する。

溶融半田９１は、例えば、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）を含み、かつ、鉛（Ｐｂ）を含まない、いわゆる鉛フリー半田である。好ましい溶融半田９１は、スズと銀の共晶組成、もしくはそれに近い組成であることが好ましい。具体的には、重量割合にて銀が１．５％以上４．０％以下含まれる。例えば、溶融半田９１は、Sn-3.0Ag-0.5Cuの半田である。当該半田における銀の含有率は、重量割合にて３．０％であり、銅の含有率は、重量割合にて０．５％である。

金属ピン２６の先端部２６１は、処理槽９２に貯溜される溶融半田９１中に浸漬される。このとき、高温の溶融半田９１により、先端部２６１の周囲のアルミニウム線２７における絶縁被覆が除去される。また、溶融半田９１には、振動発生部９４から超音波が付与される。その後、金属ピン２６が処理槽９２から引き上げられる。先端部２６１の周囲のアルミニウム線２７と先端部２６１とに付着した溶融半田９１は自然冷却されて固化する。このようにして、超音波の付与を伴う半田付けにより、図３に示すように、金属ピン２６と巻付部２７１の一部とを接合する半田層２８が形成される（ステップＳ１２）。好ましくは、半田層２８における半田の銀の含有率は、重量割合にて１．５％以上である。

ステップＳ１２の処理では、振動発生部９４からの超音波により、溶融半田９１中のアルミニウム線２７の表面の酸化膜が除去される。これにより、アルミニウム線２７の表面にアルミニウムの面が現れ、溶融半田９１がアルミニウム線２７の当該面にしっかりと付着する。溶融半田９１中の金属ピン２６の部位においても同様に、当該部位の表面の酸化膜が除去される。その結果、半田層２８とアルミニウム線２７とが密着するとともに、半田層２８と金属ピン２６とが密着する。このように、上記半田接合処理では、巻付部２７１および金属ピン２６における酸化膜を除去して金属ピン２６とアルミニウム線２７とを強固に接合することができる。

上記半田接合処理では、アルミニウム線２７の直径は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。また、アルミニウム線２７の取り扱いの観点では、アルミニウム線２７の直径は０．１ｍｍ以上であることが好ましい。逆に、この範囲内であれば、磁気回路設計の要請に応じて、アルミニウム線２７の直径は自由に選択することができる。なお、この線径の範囲外でも、多少作業性が劣るが、半田付けは可能であるし、アルミニウム線、金属ピンおよび半田層が互いに密着した半田接合部を得ることができる。

半田接合構造２５では、巻付部２７１における半田層２８内の部位が、粗巻部２７２の一部を含む。これにより、半田がアルミニウム線２７および金属ピン２６の双方に十分に付着して、金属ピン２６とアルミニウム線２７とをより強固に接合することができる。また、巻付部２７１が密巻部２７３を含むことにより、巻付部２７１においてアルミニウム線２７を金属ピン２６に強固に固定することができる。

既述のように、金属ピン２６の先端部２６１のみが溶融半田９１中に浸漬されるため、半田層２８は先端部２６１のみに設けられる。粗巻部２７２の一部および密巻部２７３の全体、または、密巻部２７３の全体もしくは一部のみは、溶融半田９１に接触しない。すなわち、半田層２８は、金属ピン２６の根元部２６２には設けられない。したがって、半田付けの際に、溶融半田９１の熱によりインシュレータ２１２が損傷することを容易に防止することができる。上記半田付けでは、フラックスが利用されないため、フラックスを除去する後処理を行う必要がない。フラックスを除去する後処理を行う場合には、フラックスを利用する半田付けが行われてもよい。

静止部２の作製では、インシュレータ２１２の上面にアダプタ２２が配置され、金属ピン２６がアダプタ２２の挿入孔２２１に挿入される。そして、挿入孔２２１内に樹脂が充填され、巻付部２７１において挿入孔２２１と先端部２６１との間の部位の周囲も樹脂にて覆われる。これにより、仮に、粗巻部２７２および密巻部２７３において、半田に覆われていない非被覆部が生じた場合でも、当該部位の水滴等の付着による腐食を防ぐことができる。

実際には、金属ピン２６の先端部２６１は、図２のリード線２２３の一端の環状端子２２４にも挿入される。このとき、上記ステップＳ１２とは異なる工程として、環状端子２２４の周囲にも半田層が形成される。後述の図７では、環状端子２２４の周囲の半田層に符号２２５を付す。金属ピン２６とリード線２２３とを接合する半田の種類は、金属ピン２６とアルミニウム線２７とを接合する半田層２８における半田の種類と相違することが好ましい。以下、半田層２８の半田を「第１半田」と呼び。半田層２２５の半田を「第２半田」と呼ぶ。例えば、金属ピン２６とリード線２２３とを接合する第２半田も、スズ、銀および銅を含み、かつ、鉛を含まない、いわゆる鉛フリー半田であるが、銀の含有率が、半田層２８における第１半田と相違する。第２半田の銀の含有率は重量割合にて第１半田の銀の含有率よりも小さい。好ましくは、１．０％未満である半田が、金属ピン２６とリード線２２３との接合に用いられる。より好ましくは、第２半田における銀の含有率は、重量割合にて０．５％以下である。

以上のように、半田接合構造２５は、半田層２８における第１半田と、金属ピン２６とリード線２２３とを接合する第２半田と、を含む。また、第１半田の銀の含有率は、重量割合にて１．５％以上であり、第２半田の銀の含有率は、重量割合にて１．０％未満である。金属ピン２６とアルミニウム線２７との接合では、銀の含有率が比較的高い半田を利用することにより、好ましい半田層２８の形成が可能となる。一方、金属ピン２６とリード線２２３との接合では、半田層２８に比べて銀の含有率が低い安価な半田を用いることにより、モータ１の製造コストを削減することができる。このように、金属ピン２６とリード線２２３との接合において、銀の含有率が低い半田を用いても問題は生じない。

図７は、金属ピン２６の先端部２６１近傍の断面を撮影した写真である。図７では、金属ピン２６の中心軸Ｊ２を含む面における断面を示す。図７に示すように、金属ピン２６の表面は、半田層２８内のアルミニウム線２７の部位に対向する溝２６３を含む。したがって、金属ピン２６に溝２６３が形成されていない場合に比べて、アルミニウム線２７と金属ピン２６とが互いに近接しつつ対向する領域の面積が増大する。また、アルミニウム線２７と金属ピン２６との間には、双方に密着した状態で半田が存在する。その結果、アルミニウム線２７と金属ピン２６との間の抵抗が低下する。溝２６３が形成される原因の１つとして、半田付けの際における超音波の付与の影響が考えられる。

図８ないし図１０は、半田層２８内のアルミニウム線２７の断面を撮影した写真である。図８ないし図１０に示すように、表面の酸化膜が除去されたアルミニウム線２７は、半田層２８と強固に結合する。図８ないし図１０では、半田層２８内のアルミニウム線２７の断面は、円形を外側から部分的に除去した形状である。また、アルミニウム線２７の元の断面形状である略円形の痕２７０が読取り可能である。半田層２８内のアルミニウム線２７の断面が、図８ないし図１０のような形状となる原因の１つとして、半田付けの際における超音波の付与の影響が考えられる。

上記半田接合構造２５では、アルミニウム製の導線、すなわちアルミニウム線２７を金属ピン２６に半田付けするに際して、超音波振動を加えることで、アルミニウム線２７に対する半田の濡れ性が向上し、半田接合の信頼性が高まる。加えて、超音波の周波数および強度を調整し、アルミニウム線２７の表面、または、アルミニウム線２７の表面および金属ピン２６の表面の両方が、アブレージョンによって少なくとも局部的に削られる条件を選択することで、半田接合の信頼性がさらに高まる。すなわち、巻付部２７１のうち溶融した半田に浸される部分におけるアルミニウム線２７の断面積が、巻付部２７１のうち溶融した半田に浸される部分以外におけるアルミニウム線２７の断面積よりも小さくなる超音波の付加条件を選択することで、半田接合の信頼性が高まる。

図４のステップＳ１２にてアルミニウム線２７の表層および地金部の一部が抉れるようにして消失する現象は、金属ピン２６や半田と、アルミニウム線２７との摩擦によるアブレージョンが主な原因と考えられるが、溶融半田から与えられる振動によるアルミニウム線２７の崩壊や半田によるアルミニウム線２７の浸食、すなわち、エロ−ジョンも原因の一部と推測される。

上記条件を選択した場合、アルミニウム線２７の表面において、元は円形だった断面形状が部分的におよそ平坦あるいは凹型となる。換言すれば、一部の消失により現れた表面の横断面における曲率は、元の横断面の曲率よりも小さい、または、元の横断面とは逆の曲率を有する。また、金属ピン２６の表面は、特にアルミニウム線２７と対向する部位において局部的に窪むことがある。このような状態は、アルミニウム線２７または金属ピン２６、もしくは、その両方がダメージを受けている状態であり、通常は好まれない。

濡れ性を確保するためには本来はアルミニウム線２７の表面を覆う薄い酸化物層のみを除去すれば足りる。地金部分までも抉り取られてしまうような条件は、濡れ性を高めるという目的に照らせば、過剰にも見える。しかし、アルミニウム線２７の表面の酸化物層は弱い超音波振動によって除去することは困難であり、本実施形態では、より強い超音波振動を与え、表層の酸化物を地金部分ごと消失させる手法を採ることで、酸化物層の除去を実現している。特に、アルミニウム線を金属などで形成されたピンに巻きつけ、半田槽に浸し超音波振動を加えた場合、近接する金属ピンの為にアルミニウム線の表面の一部をより確実に消失させることができる。

換言すれば、多くの実験を行った結果、アルミニウム線２７の表層と表層下の地金部分の一部を消失させることができる超音波振動の周波数および振幅が存在することが見いだされ、このような条件を利用して、本実施形態におけるアルミニウム線２７の半田付けが実現されている。

なお、金属ピン２６にアルミニウム線２７を巻きつけて超音波振動を加えた場合でも、巻き付けられた部分の全長に渡って、アルミニウム線２７の地金部分の消失が起きるわけではない。地金が消失していない部分では、半田はアルミニウム線２７に十分に密着していない虞がある。しかし、アルミニウム線２７を多数回金属ピン２６に巻きつけて、半田付けされる部分の長さが十分に確保されているため、電気的な導通は確保される。

図１１は、図１０の断面を走査型電子顕微鏡にて撮像して得られた画像を示す図である。既述のように、アルミニウム線２７の元の形状の輪郭の痕２７０が暗く現れる。この輪郭部分にはアルミニウムが多く分布する。

図１２は、図１１中の符号５１にて示す領域を拡大して示す図である。符号５２１の位置では、約７５％がＳｎである。符号５２２の位置では、約５０％がＡｇである。符号５２３の位置では、約７５％がＳｎである。符号５２４の位置では、約７０％がＡｌである。このように、アルミニウム線２７の消失した領域の表面２７４から離間しつつ、かつ、当該表面２７４に沿って、他の領域よりもＡｇを多く含む層２７５が現れる。また、層２７５と表面２７４との間にＳｎを多く含む層２７６が現れる。以下、消失した領域との境界として現れるアルミニウム線２７の表面２７４を「変形面」と呼ぶ。図１２に示すように、半田層２８とアルミニウム線２７との間には複雑な結合構造が現れる。

図１２において、符号２７７を付す暗い粒状の部位は、アルミニウム粒子である。ここでのアルミニウム粒子には、アルミニウムを多く含む粒子を含むものとする。図１１および図１２に暗い領域として現れるように、アルミニウム粒子は、アルミニウム線２７の断面において、変形面２７４と、アルミニウム線２７の原形の輪郭との間に存在する。アルミニウム線２７の原形の輪郭は、アルミニウム線２７の他の部位の断面形状から容易に把握することができる。また、痕２７０の外形は、アルミニウム線２７の原形の輪郭にほぼ一致すると考えられる。なお、変形面２７４とアルミニウム線２７の原形の輪郭との間の領域には常にアルミニウム粒子が存在するとは限らない。

既述のように、アルミニウム線２７の一部の消失は、金属ピン２６側にて生じる傾向が高いため、多くの場合、断面において、変形面２７４と、金属ピン２６との間に、アルミニウム粒子が存在する。アルミニウム粒子の直径は、当然に、変形面２７４と原形の輪郭との間の最大距離よりも小さい。典型的なアルミニウム粒子の直径は、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。逆に言えば、半田層２８にアルミニウム粒子が分散するような条件で超音波振動を加えることにより、半田のアルミニウム線２７に対する結合が、高い確度で高められる。

図１３は、半田接合構造２５の他の例を示す図であり、金属ピン２６の中心軸含む面による断面を示す。図１３の例では金属ピン２６として鋼材が用いられる。使用前の状態では、金属ピン２６には、例えば、腐食防止のための錫めっきが施されている。金属ピン２６として鋼材が用いられる場合は、超音波振動を利用する半田付けが行われても、金属ピン２６の表面には溝は現れない。一方、アルミニウム線２７には、図７と同様に、部分的な消失が現れる。すなわち、巻付部２７１の少なくとも一部は、アルミニウム線２７の延びる方向に垂直な断面において一部が消失することにより現れた変形面を有する。

図１４ないし図１８は、一部が消失したアルミニウム線２７を例示する図である。図１４ないし図１６に示すように、アルミニウム線２７の変形面２７４は、金属ピン２６と対向して現れる傾向にある。ただし、図１７に示すように、変形面２７４は金属ピン２６と対向しない場合もある。また、図１４、図１５および図１７に示すように、変形面２７４は、断面において、アルミニウム線２７の内部に向かって窪む円弧状になる傾向がある。図１６に示すように、変形面２７４は円弧状にはならないこともある。

超音波振動の与え方にもよるが、これらの例においても、断面において、変形面２７４と、アルミニウム線２７の原形の輪郭との間に、アルミニウム粒子が存在する。また、超音波振動の与え方にもよるが、変形面２７４が金属ピン２６と対向する場合は、断面において、変形面２７４と、金属ピン２６との間に、アルミニウム粒子が存在する。

図１８の上部に示すように、アルミニウム線２７では、消失が生じない部位も存在する。図１８の下部に示すように、消失が複雑に生じ、不規則な変形面２７４が生じる場合もある。扇形の変形面２７４が多く見られることから、超音波振動を利用する半田付けでは、アルミニウム線２７の消失はある始点から始まる場合が多いと推測される。また、この消失は金属ピン２６側で生じ易いため、既述のように、金属ピン２６が近くに存在していることが消失の要因の一つと考えられる。

一方、図１６や図１８のように、崩壊のような消失も見られ、消失が生じない部位も存在することから、アルミニウム線２７に脆弱部が含まれる場合にも、超音波振動を利用する半田付けにより、消失が発生し易いと推測される。

図１９ないし図２１は、変形面２７４をさらに拡大して示す図である。図１９および図２０は変形面２７４が扇形の例を示し、図２１は変形面２７４が扇形でない例を示す。いずれの例においても、図１２と同様に、変形面２７４に沿って層２７６が現れる。層２７６により、半田層２８と変形面２７４とは密着する。変形面２７４にて半田層２８とアルミニウム線２７とが接合することにより、半田層２８とアルミニウム線２７とが機械的かつ電気的に安定して結合する。

アルミニウム線２７では、金属ピン２６側で変形面２７４が生じる傾向にあることから、超音波振動を利用するこのような接合は、アルミニウム線を金属ピンに絡げる構造に特に適している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

図３の半田接合構造２５では、半田層２８により金属ピン２６と巻付部２７１の一部とが接合されるが、金属ピン２６と巻付部２７１の全体とが接合されてもよい。すなわち、半田接合構造では、半田層２８により、金属ピン２６と巻付部２７１の少なくとも一部とが接合される。半田は鉛を含んでもよい。

また、巻付部２７１の全体が粗巻部または密巻部であってもよい。金属ピン２６とアルミニウム線２７とをより強固に接合するには、巻付部２７１の当該少なくとも一部、すなわち、半田層２８内の巻付部２７１の部位が、粗巻部を含むことが好ましい。

金属ピン２６としては様々なものが利用可能である。例えば、金属ピン２６は、表面がビッカース硬度４００以上の硬質導電性被覆で覆われたリン青銅のピンであってもよい。硬質導電性被覆は、例えば、無電解ニッケルめっきや、ＤＬＣコーティング等である。金属ピン２６が硬質導電性被覆で覆われる場合も、超音波振動を利用する半田付けでは金属ピン２６に溝は現れない。

また、金属ピン２６はインシュレータ２１２ではなく、直接アダプタ２２に固定されてもよい。この場合も、金属ピン２６は、アダプタ２２に固定されたリード線２２３に半田付けされて接続される。

上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明は、半田接合構造を有する様々なモータに利用可能である。さらに、モータ以外に用いられる半田接合構造にも利用可能である。

２２ アダプタ
２５ 半田接合構造
２６ 金属ピン
２７ アルミニウム線
２８ 半田層
２９ 樹脂
２１２ インシュレータ
２２１ 挿入孔
２２２ リード線固定部
２２３ リード線
２６１ 先端部
２６２ 根元部
２６３ 溝
２７１ 巻付部
２７２ 粗巻部
２７３ 密巻部
２７４ 変形例
２７７ アルミニウム粒子
Ｓ１１，Ｓ１２ ステップ

Claims (10)

1. 角柱または円柱の金属ピンと、
   前記金属ピンに巻き付けられた巻付部を有するアルミニウム線と、
   前記金属ピンと前記巻付部の少なくとも一部とを接合する半田層と、
   を備え、
   前記巻付部の前記少なくとも一部が、前記アルミニウム線の延びる方向に垂直な断面に
   おいて一部が消失することにより現れた変形面、を有し、
   前記変形面が、前記金属ピンと径方向に対向し、
   前記断面において、前記変形面と、前記金属ピンとの径方向間に、アルミニウム粒子が存在し、
   前記半田層が、前記変形面に密着する、半田接合構造。
2. 前記断面において、前記変形面と、前記アルミニウム線の原形の輪郭との間に、アルミニウム粒子が存在する、請求項１に記載の半田接合構造。
3. 前記金属ピンの表面が、前記半田層内の前記アルミニウム線の部位に対向する溝を有す
   る、請求項１ないし２のいずれかに記載の半田接合構造。
4. 前記アルミニウム線の直径が、前記金属ピンの太さよりも小さい、請求項１ないし３の
   いずれかに記載の半田接合構造。
5. 前記巻付部の前記少なくとも一部が、前記アルミニウム線の直径よりも大きい間隙を空けて前記金属ピンに巻かれた粗巻部を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の半田接合構造。
6. 前記巻付部が、前記アルミニウム線の直径以下の間隙を空けて、または、間隙を空ける
   ことなく前記金属ピンに巻かれた密巻部を有する、請求項５に記載の半田接合構造。
7. 前記金属ピンが樹脂製のインシュレータの表面から突出し、
   前記粗巻部が前記金属ピンの先端部に設けられ、前記密巻部が前記金属ピンの根元部に設けられ、
   前記半田層が前記根元部に設けられない、請求項６に記載の半田接合構造。
8. 前記金属ピンが樹脂製のインシュレータの表面から突出し、
   前記インシュレータの前記表面にアダプタが配置され、
   前記アダプタが、前記金属ピンが挿入される挿入孔と、
   外部電源および前記金属ピンに接続されたリード線を固定するリード線固定部と、
   を備え、
   前記半田層が前記金属ピンの先端部に設けられ、前記金属ピンの根元部に設けられず、 前記挿入孔内に樹脂が充填され、前記巻付部において前記挿入孔と前記先端部との間の部位の周囲が樹脂にて覆われる、請求項１ないし７のいずれかに記載の半田接合構造。
9. 前記半田層における第１半田と、前記金属ピンと前記リード線とを接合する第２半田とを有し、前記第２半田の銀の含有率が、重量割合にて、前記第１半田の銀の含有率よりも小さい、請求項８に記載の半田接合構造。
10. アルミニウム線を、角柱または円柱形状の金属ピンに巻き付けて巻付部を形成する工程と、超音波の付与を伴う半田付けにより、前記金属ピンと前記巻付部の少なくとも一部とを接合する半田層を形成する工程と、
    を備え、
    前記半田層を形成する工程により、前記巻付部の前記少なくとも一部において、前記アルミニウム線の延びる方向に垂直な断面における一部が消失する、半田接合方法。