JP7132699B2 - 電線接続構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)銅または銅合金からなる銅系導体を絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆部、および、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記銅系導体を露出させた銅系導体露出部を有する1以上の銅系導体被覆電線と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆したアルミニウム系導体被覆部、および、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記アルミニウム系導体を露出させたアルミニウム系導体露出部を有する1以上のアルミニウム系導体被覆電線とを備え、前記銅系導体露出部と前記アルミニウム系導体露出部とで超音波接合部を形成してなる電線接続構造体であって、前記超音波接合部は、横断面で見て、外表面のうち、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される外表面の部分である振動受面部にて、最表面から測定して50μmの断面厚さの断面領域に占める前記銅系導体の面積率が80%以上であることを特徴とする電線接続構造体。
(2)前記超音波接合部は、横断面で見て、外表面のうち、前記振動受面部と、該振動受面部に対向して位置する外表面の部分である対向面部との双方にて、それぞれの最表面から測定して50μmの断面厚さの断面領域に占める前記銅系導体の面積率がいずれも80%以上である、上記(1)に記載の電線接続構造体。
(3)前記超音波接合部は、横断面で見て、外表面全体にて、最表面から測定して50μmの断面厚さの断面領域に占める前記銅系導体の面積率がいずれも80%以上である、上記(1)に記載の電線接続構造体。
(4)銅または銅合金からなる銅系導体を絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆部を有する1以上の銅系導体被覆電線と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆したアルミニウム系導体被覆部を有する1以上のアルミニウム系導体被覆電線とを準備し、前記銅系導体被覆電線の絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記銅系導体を露出させた銅系導体露出部と、前記アルミニウム系導体被覆電線の絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記アルミニウム系導体を露出させたアルミニウム系導体露出部とを形成し、形成した前記銅系導体露出部および前記アルミニウム系導体露出部を、前記銅系導体露出部が、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される側に位置するように重ね合わせた状態で超音波接合することによって超音波接合部を形成し、前記超音波接合部は、横断面で見て、外表面のうち、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される外表面の部分である振動受面部にて、最表面から測定して50μmの断面厚さの断面領域に占める前記銅系導体の面積率が80%以上であることを特徴とする電線接続構造体の製造方法。
本発明の電線接続構造体1は、銅または銅合金からなる銅系導体を絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆部11、および、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで銅系導体を露出させた銅系導体露出部12を有する1以上の銅系導体被覆電線10と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆したアルミニウム系導体被覆部21、および、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いでアルミニウム系導体を露出させたアルミニウム系導体露出部22を有する1以上のアルミニウム系導体被覆電線20とを備え、銅系導体露出部12とアルミニウム系導体露出部22とで超音波接合部30を形成し、超音波接合部30は、横断面で見て、外表面31のうち、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される外表面の部分である振動受面部32にて、最表面32aから測定して50μmの断面厚さtの断面領域Rに占める銅系導体12´の面積率が80%以上である。電線接続構造体1を構成する各要素については、以下の通りであり、このような電線接続構造体10は、超音波接合部30に発生しがちなバリ、剥離、割れ等の接合欠陥を有効に抑制することができる。
本発明で使用される銅系導体被覆電線10は、銅または銅合金からなる銅系導体を絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆部11、および、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで銅系導体を露出させた銅系導体露出部12を有している。銅系導体被覆電線10は、例えば、銅系材料からなる複数の素線を束ねて構成された銅系導体が絶縁被覆で被覆された1本の被覆電線であってもよく、あるいは、このような被覆電線を束ねて構成された複数の被覆電線であってもよい。また、銅系導体は、所定の断面積となるように、素線を撚って構成されることが好ましいが、この形態に限定されるものではなく、単線で構成されていてもよい。銅系導体を構成する素線の線径および本数は、特に限定はしないが、例えば素線の線径を0.05~1mmの範囲とし、素線の本数を7~90本の範囲とすることが好ましい。
本発明で使用されるアルミニウム系被覆電線20は、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆したアルミニウム系導体被覆部21と、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いでアルミニウム系導体を露出させたアルミニウム系導体露出部22を有する。アルミニウム系被覆電線20は、例えば、アルミニウム系材料からなる複数の素線を束ねて構成されたアルミニウム系導体が絶縁被覆で被覆された1本の被覆電線であってもよく、あるいは、このような被覆電線を束ねて構成された複数の被覆電線であってもよい。また、アルミニウム系導体は、所定の断面積となるように、素線を撚って構成されることが好ましいが、この形態に限定されるものではなく、単線で構成されていてもよい。アルミニウム系導体を構成する素線の線径および本数は、特に限定はしないが、例えば素線の線径を0.05~1mmの範囲とし、素線の本数を7~90本の範囲とすることが好ましい。
本発明の電線接続構造体10は、銅系導体露出部12とアルミニウム系導体露出部22とで形成した超音波接合部30を有している。
次に、本発明に従う電線接続構造体1の製造方法について説明する。本発明における電線接続構造体1の製造方法は、主に銅系導体被覆電線10とアルミニウム系導体被覆電線20とを準備する工程と、銅系導体露出部およびアルミニウム系導体露出部を形成する工程と、銅系導体露出部およびアルミニウム系導体露出部を超音波接合して超音波接合部を形成する工程とを含み、超音波接合部は、横断面で見て、外表面のうち、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される外表面の部分である振動受面部にて、最表面から測定して50μmの断面厚さの断面領域に占める前記銅系導体の面積率を80%以上とするものである。
まず、銅系導体を絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆部11を有する銅系導体被覆電線10と、アルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆したアルミニウム系導体被覆部21を有するアルミニウム系導体被覆電線20とを準備する。銅系導体被覆電線10を構成する銅系導体および絶縁被覆、ならびにアルミニウム系被覆電線20を構成するアルミニウム系導体および絶縁被覆は、それぞれ上述した材料を使用することができ、絶縁被覆は、ポリ塩化ビニル樹脂であることが好ましい。また、銅系導体は、特に限定されるものではないが、銅系材料からなる複数の素線を撚り合わせて束ねて構成された銅系導体が好ましい。例えば、銅系素線を7本撚り合わせて束ねて構成された0.13sq(0.13mm2)のサイズ(太さ)の銅系導体を使用することができる。また、アルミニウム系導体は、特に限定されるものではないが、アルミニウム系材料からなる複数の素線を撚り合わせて束ねて構成されたアルミニウム系導体が好ましい。例えば、アルミニウム系素線を7本撚り合わせて束ねて構成された0.75sq(0.75mm2)のサイズ(太さ)のアルミニウム系導体を使用することができる。
次に、銅系導体被覆電線およびアルミニウム系導体被覆電線は、それぞれ絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで露出された銅系導体露出部12およびアルミニウム系導体露出部22を形成する。絶縁被覆を剥ぐ手段は特に限定されるものではないが、例えば、ワイヤーストリッパーなどの工具または機器を使用することができる。絶縁被覆を剥ぐ長さは、両被覆電線10および20は、それぞれ導体露出部12および22の超音波接合する領域の範囲に応じて、適宜設計することができ、例えば、5~25mmが好ましく、10~25mmが特に好ましい。
さらに、形成した銅系導体露出部12およびアルミニウム系導体露出部22を、銅系導体露出部12が、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される側に位置するように重ね合わせた状態で超音波接合することによって超音波接合部30を形成する。
表1に示される組成を有する銅系導体を、ポリ塩化ビニルの絶縁被膜で被覆することにより銅系導体被覆電線10と、表1に示される組成を有するアルミニウム系導体を、ポリ塩化ビニルの絶縁被膜で被覆することによりアルミニウム系導体被覆電線20を準備した。次に、各被覆電線10、20の先端側をワイヤーストリッパーによりそれぞれ約1.5cm剥いで、銅系導体が露出した銅系導体露出部12、アルミニウム系導体が露出したアルミニウム系導体露出部22を形成した。形成した銅系導体被覆電線10の銅系導体露出部12と、アルミニウム系導体被覆電線20のアルミニウム系導体露出部22を重ね合わせた後、銅系導体露出部12がホーンの加圧面側に位置するような重ね合わせた状態で、市販の超音波接合装置の受け台(ホーン側)上に設置した。重ね合わせた状態の銅系導体露出部12とアルミニウム系導体露出部22をホーンとアンビルで挟持した状態で、垂直方向に100kPaの加圧力を与えながら、表1に示す接合条件により超音波を印加し、超音波接合によって一体化した超音波接合部を形成した。重ね合わせ状態については、図2の重ね合わせ状態を(銅系導体露出部の)片面配置型、図3の重ね合わせ状態を両面配置型、図4の重ね合わせ状態を全面配置型とし、銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部とがランダムに混合配置された重ね合わせ状態をランダム配置型として表1に示す。このようにして得られた超音波接合部について、表面外観のおけるバリ発生の有無と剥離の有無を目視により観察し、さらに、走査型電子顕微鏡(SEM)により断面を観察し、剥離と割れの有無を観察した。表2にそれらの観察結果を示す。
切断、研磨などにより超音波接合部の中央位置で切断して得られた横断面を観察できる状態にし、EPMAまたはSEM-EDXを用いて銅とアルミニウムの元素マッピングを行う。マッピングの結果から、銅とアルミニウム領域が鮮明にプロットされ、さらに画像処理することによって、断面領域Rに占める銅系導体の面積率(%)を求める。
<表面外観評価>
1.バリの有無の評価方法
超音波接合部の表面を目視または顕微鏡により観察し、長さ1mmを超える突出部が存在する場合には、バリが「あり」と判定した。また、長さ0.1mm以上1mm以下の突出部が存在する場合には、バリが「軽微」と判定した。
超音波接合部の表面を目視または顕微鏡により観察し、連続して10mm2以上の掘削部が認められる場合には、剥離が「あり」と判定した。また、掘削部が1mm2以上10mm2以下の場合には、剥離が「軽微」と判定した。
1.剥離の有無の評価方法
切断、研磨などにより超音波接合部の中央位置で切断して得られた横断面を観察できる状態とし、顕微鏡またはSEMによる観察により線材間に連続して線材直径の半分以上の乖離がある場合には、剥離が「あり」と判定した。
切断、研磨などにより超音波接合部の中央位置で切断して得られた横断面を観察できる状態とし、顕微鏡またはSEMによる観察により線材内部に発生した亀裂が連続して線材直径の半分以上である場合には、割れが「あり」と判定した。
上記の表面外観評価および断面評価の結果を考慮して、総合評価を行った。総合評価は、表面外観評価でバリと剥離が無く、断面評価で剥離と割れが無い場合を「◎」、表面外観評価でバリまたは剥離が軽微であり、断面評価が剥離と割れが無い場合に「○」、そして、表面外観評価におけるバリと剥離、断面評価における剥離と割れのいずれかが認められる場合を「×」とし、本実施例では「◎」および「○」を合格レベルとした。
10 銅系導体被覆電線
11 銅系導体被覆部
12 銅系導体露出部
20 アルミニウム系導体被覆電線
21 アルミニウム系導体被覆部
22 アルミニウム系導体露出部
30 超音波接合部
32 振動受面部(または外表面の部分)
33 接合面
34、36、38 外表面の部分
40 超音波接合装置
41 ホーン(またはソノトロード)
42 アンビル
43 ワーク保持治具(グライディングジョー)
Claims (2)
- 銅または銅合金からなる銅系導体を絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆部、および、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記銅系導体を露出させた銅系導体露出部を有する1以上の銅系導体被覆電線と、
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆したアルミニウム系導体被覆部、および、前記絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記アルミニウム系導体を露出させたアルミニウム系導体露出部を有する1以上のアルミニウム系導体被覆電線と、
を備え、
前記銅系導体露出部と前記アルミニウム系導体露出部とで超音波接合部を形成してなる電線接続構造体であって、
前記銅系導体および前記アルミニウム系導体を構成する素線の線径は0.05~1mmの範囲であり、
前記銅系導体および前記アルミニウム系導体を構成する素線の本数は7~90本の範囲であり、
前記銅系導体露出部および前記アルミニウム系導体露出部の長さは10~20mmであり、
前記超音波接合部の横断面は方形状であり、前記銅系導体露出部と前記アルミニウム系導体露出部を重ね合わせた状態を崩さずに形状保持されており、
前記超音波接合部は、前記超音波接合部の横断面で見て、方形状の横断面を有する前記銅系導体露出部と、方形状の横断面を有する前記アルミニウム系導体露出部の、それぞれの横断面の1つの辺同士を重ね合わせた箇所のみが超音波接合されており、
前記超音波接合部は、前記超音波接合部の横断面で見て、外表面のうち、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される外表面の部分である振動受面部にて、最表面から測定して50μmの断面厚さの断面領域に占める前記銅系導体の面積率が80%以上であることを特徴とする電線接続構造体。 - 銅または銅合金からなる銅系導体を絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆部を有する1以上の銅系導体被覆電線と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系導体を絶縁被覆で被覆したアルミニウム系導体被覆部を有する1以上のアルミニウム系導体被覆電線とを準備し、
前記銅系導体被覆電線の絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記銅系導体を露出させた銅系導体露出部と、前記アルミニウム系導体被覆電線の絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで前記アルミニウム系導体を露出させたアルミニウム系導体露出部とを形成し、
形成した前記銅系導体露出部および前記アルミニウム系導体露出部を、前記銅系導体露出部が、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される側に位置するように重ね合わせた状態で超音波接合することによって超音波接合部を形成し、
前記銅系導体および前記アルミニウム系導体を構成する素線の線径は0.05~1mmの範囲であり、
前記銅系導体および前記アルミニウム系導体を構成する素線の本数は7~90本の範囲であり、
前記銅系導体露出部および前記アルミニウム系導体露出部の長さは10~20mmであり、
前記超音波接合部の横断面は方形状であり、前記銅系導体露出部と前記アルミニウム系導体露出部を重ね合わせた状態を崩さずに形状保持されており、
前記超音波接合においては、前記超音波接合部の横断面で見て、方形状の横断面を有する前記銅系導体露出部と、方形状の横断面を有する前記アルミニウム系導体露出部の、それぞれの横断面の1つの辺同士を重ね合わせた箇所のみを超音波接合し、
前記超音波接合部は、前記超音波接合部の横断面で見て、外表面のうち、少なくとも超音波振動が加圧状態で入力される外表面の部分である振動受面部にて、最表面から測定して50μmの断面厚さの断面領域に占める前記銅系導体の面積率が80%以上であることを特徴とする電線接続構造体の製造方法。
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