JPH0636851A

JPH0636851A - 絶縁被覆銅線の接合体の製造方法および自動車用電装部品

Info

Publication number: JPH0636851A
Application number: JP19370492A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukumaki; 孝服巻; Mitsuo Nakamura; 満夫中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【構成】裸銅線１にＣｕを、接合助材２にＳｎ（溶融温
度：約２４０℃）をめっきし、被覆銅線４にＡＩＷを適
用して組合わせ、通電加熱，加圧による抵抗溶接機を用
いて接合した。なお、電極材はＭｏを用い、接合面にか
かる加圧力は２kgf／mm²で行った。【効果】比較的細線の絶縁被覆銅線を接合する場合に有
効で、簡便で、安価で接合体が得られる。接合体は、耐
熱性に優れ、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出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は裸銅線と絶縁被覆銅線の
接続に係り、特に、絶縁被覆のままの銅線を直接裸銅線
に接合してお互いを電気的に接続し、一方、絶縁被覆銅
線を包んだ裸銅線同士は合金層接合し機械的強度が高
く、且つ、高耐熱性の接合体を提供することにある。

【０００２】

【従来の技術】絶縁被覆銅線と導体とを接続する方法
は、特公昭50−18940 号及び特公昭56−28355 号公報に
みられるように、熱圧着方式が用いられている。この方
式では銅線が絶縁被覆で覆われているために通電出来
ず、そこであらかじめ成形した導体端子のＵ字溝に被覆
銅線を入れ、それを上電極と下電極とで挾み加圧して、
電極に電流を流すことによってＵ字端子を発熱させ、そ
の熱で絶縁被覆を炭化させて被覆線を接続している。す
なわち、抵抗溶接機を用いた方法で通電時間は短く金属
接合とはなっていない。そのため機械的強度が低い欠点
がある。機械的強度を補強する手段として、加圧力によ
る加締めを併用した接続を採用しているが、疲労強度が
低く、また長期使用に際し電気的特性が著しく低下する
欠点があった。その改良として、特開昭61−199575号公
報に接合用導体を介してそれを溶融して接続する方法が
見られる。接合用導体としてＣｕ−５０ＳｎやＣｕ−４
５Ｚｎなどを使用例として示しているが、これらは溶融
温度が高く被覆の炭化処理の加熱中に酸化し、その結
果、信頼性の高い接続が得られない欠点があった。

【０００３】また、裸導体を予め用意する必要があり、
Ｕ字形状加工等に時間が掛かり接続のため価格が高くな
る問題を有していた。

【０００４】従来例として最も一般的な方法は絶縁被覆
材を剥がし、相手導体端子とはんだで接合する方法であ
る。この接合部は、金属的（冶金的とも言う）な接合が
達成され電気的な接続も十分である。しかし、被覆材を
剥がす工程が増えることによる価格が高価になること、
またはんだ付であることから高温にたいし機械的及び物
理的にも弱いという欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は金属的
接合の観点において十分でなく、そのため機械的な接続
強度が低く、振動並びにヒートサイクル等の負荷による
端子の緩みに伴い電気的特性にも信頼性上問題があっ
た。更にＵ字形状等の端子を供給するために接続価格が
高くなる等の問題があった。

【０００６】そこで、通電により絶縁被覆を炭化させる
ことと、金属接合（冶金的反応）を別々に考えることに
した。そして２種の因子を達成させるための簡便な裸銅
線とその構造を設定した。裸銅線は被覆銅線と接続する
部分に比較的低融点成分のろう材（接合助材）を設置す
る。低融点成分のろう材は導体の母材と反応しやすい元
素を含有していることが重要である。接合助材を付着し
た裸銅線の一方には絶縁被覆銅線を巻きつける凹みを付
けておくことが非常に大事である。

【０００７】接合過程は、前述の凹み加工（他方は凸か
平滑）の裸銅線に絶縁被覆銅線を巻きつける。その後、
被覆銅線を包むように折り曲げる。抵抗溶接機の電極の
間に設置する。例えば、上電極に折り曲げられた裸銅線
が配置され、下電極には被覆銅線が巻かれた裸銅線が配
置される。被覆銅線は裸銅線の凹みに設置されているた
め電極は当たらない。そのため通電は裸銅線を通して行
われる。通電により融点の低い接合助材（ろう材）が溶
け、裸銅線と反応し合金層を形成する。その過程でまず
裸銅線に包まれた絶縁被覆材は加熱により炭化され、引
続き加熱、加圧により炭化物は接合部より排出される。
裸銅線の外側の被覆銅線は余り加熱されず絶縁を維持し
ている。同じ過程で裸銅線同士の接合面からは未反応な
低融点層が排出され、高融点の合金層が形成され接合さ
れる。このように裸導体と絶縁被覆銅線間では炭化と、
導体間では金属的接合を同時に達成することによって高
耐熱性と強度に優れる機械的な振動及びヒートサイクル
などによる緩みも発生しない接合継手を実現することが
出来る。

【０００８】裸銅線の凹みは絶縁被覆銅線の形状に合わ
せて行う。つまり絶縁被覆材が電極に接触しないように
する必要がある。加工は簡便な方法で良く、例えば、プ
レスで加工するのも良い。

【０００９】本発明は絶縁被覆材を剥がさないで直接接
合するもので、絶縁被覆の種類はJIS C 4003に掲載のよ
うに低温（許容最高温度９０℃）のＹ種からＡ，Ｅ，
Ｂ，Ｆ，Ｈ及びＣ種の広範囲に亘って適用可能である。

【００１０】金属的接合を行うために裸導体の母材（導
体の金属であれば適用できる、ここではＣｕ及びＣｕ合
金）と反応性の良い接合助材を種々検討した結果、Ｓ
ｎ，Ｚｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｂ，Ｐ，Ｐｄ，Ｃｕが良く、
これらは４５０℃以下の元素は１種でも良い場合もある
（Ｓｎ，Ｚｎなど）が、Ｐｂは１種では反応性が悪いた
め使用出来ない。その他は２種以上の成分で適用すると
都合が良い。また、これらの成分と母材が反応して形成
した合金層同士を接合させるためには、加圧力を約１kg
／mm²(約１０ＭＰａ）以上負荷させることが重要である
ことも明らかになった。この操作は一般的には大気中で
行えるが、加圧力を与えて溶融層を排出させるため、清
浄な面同士で接合されることになる。

【００１１】本発明の目的は、簡便な裸導体を用い、こ
の様な合金層による金属的接合を行うことにより、高い
接合強度及び耐熱性を有する信頼性の高い導体となり、
且つ、一括接合できる方法、並びに接合体を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は裸銅線と絶縁被
覆銅線の接合において、以下の接合過程を経て接合され
ていることを特徴とする絶縁被覆銅線の接合体の製造方
法である。すなわち、１）裸銅線に予め接合助材を付着させておく、２）裸銅線に被覆銅線が巻かれる凹みを付ける、３）凹みの部分に被覆銅線を巻きつける、４）凹み部分が外側になるようにして裸銅線の先端部を
Ｕ形状に折り曲げる、５）折り曲げられ、被覆銅線が巻かれた部分に通電抵抗
加熱機の電極を当てる、６）通電加圧及び加熱により接合助材が溶融し、折り曲
げられた先端部がストレートの裸銅線と合金層で接合さ
れる、７）通電加圧及び加熱により内側の絶縁被覆材が炭化さ
れ、接合面から排出される。その結果、８）裸銅線と被覆材が除去された銅線が接合される。

【００１３】使用する接合助材は絶縁被覆の破壊温度よ
りも低い溶融温度を有し、金属接合した後は初期の溶融
温度より高い合金層を形成させることが出来るものであ
る。合金層は被接合材の一部と接合助材の少なくとも一
成分とが反応して形成された合金層であることを意味す
る。

【００１４】更に、接合助材はＳｎ，Ｚｎ，Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｐｂ，Ｐ，Ｐｄ，Ｃｕの一つあるいは二つ以上の組
合わせからなり、溶融温度が４５０℃以下であることも
特徴である。

【００１５】絶縁被覆材はエナメル，ホルマール，ポリ
ウレタン，ポリエステル、及びアミドイミド等の一般的
な絶縁被覆材が適用できる。以上の接合条件のもとに、
絶縁被覆銅線の被覆材を剥がすこと無く直接裸銅線と接
合が出来、本発明は達成される。

【００１６】また、このような接合プロセスを経る接合
体は、一般的な電気の入・出力の導入線に適用可能であ
り、特に自動車用電装部品の絶縁被覆銅線に適用でき
る。

【００１７】

【作用】本接合装置として通電加熱の抵抗溶接機を用い
るのが都合が良い。加熱と加圧が同時に出来、しかも、
短時間で接合が出来る。実際の接合作業では、大気中で
接合出来るのが、量産，低コスト接合に好都合であり、
この場合接合時間は短ければ短いほど酸素との反応が少
ないため良好な継手が得られる。また、抵抗溶接機は接
合部の信頼性をより高めるために、二段加熱，加圧方式
を採用することが好ましい。すなわち、最初の一段目は
絶縁被覆を炭化させることで、このとき接合助材はその
間絶縁被覆材より溶融温度が低いため溶融し、裸銅線と
の反応が進み接合助材と銅線母材との界面に合金層が形
成される。その後、二段目で炭化した絶縁被覆を接合面
外へ排出させると同時に、お互いの裸銅線界面に形成さ
れた合金層同士を介して加圧により裸銅線同士を接触さ
せて接合するものである。簡便にはー段加熱、加圧方式
で接合しても十分満足する継手は得られる。その場合ー
段で前述した二段方式の接合プロセスを実行する。

【００１８】この時に使用する接合助材は４５０℃以下
の溶融温度でしかも、端子母材と合金層を形成しやすい
金属元素である必要がある。ここで考えている裸銅線は
Ｃｕ及びＣｕ合金であることから、反応性の良好な元素
はＳｎ，Ｚｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐ，Ｐｄなどであるが、融
点を調整するためにはＰｂ，Ｂｉなども含有されていて
も良い。むしろ低融点化された成分の接合助材の方が短
時間の加熱の場合には合金層が形成され易く好都合と言
える。

【００１９】例えば、Ｐｂ−５０％Ｓｎを用いた場合、
その溶融温度は約２００℃である。コイルはポリエステ
ル絶縁被覆（ＰＥＷと呼ぶ）の場合、炭化温度は約５５
０℃であることから、まず一段目の加熱，加圧で少なく
とも５５０℃以上に加熱される。その間、Ｐｂ−５０Ｓ
ｎは溶融し裸銅線のＣｕ母材と反応し、銅線との界面に
Ｃｕ−Ｓｎの合金層が、また母材間の中央部には未反応
のＰｂ，Ｓｎが形成されている。次に二段目の加熱，加
圧によってＰＥＷの炭化物が排出され、被覆が除去され
た銅線及び裸銅線とが金属的に接続される。一方、裸銅
線同士の接続は未反応なＰｂ，Ｓｎが接合面外へ押しや
られ、接合部にはＣｕ−Ｓｎ合金層だけが残存する。合
金層の厚さはほぼ２μｍであった。

【００２０】この成分をＥＰＭＡにより分析するとＣｕ
−２０〜３０％Ｓｎであり、Ｃｕ−Ｓｎ二元状態図から
分かるように融点が７００℃以上となり、それに伴って
接合強度も１０kgf／mm²以上と向上する。このように低
融点のはんだを用いるが、接合後の継手は高強度，高耐
熱特性を有する。他の成分の接合助材を適用しても同様
な結果が得られる。形成される合金層はＡｕ−Ｓｎの場
合、Ｃｕ−Ａｕ−Ｓｎが、Ｓｎ−Ａｇの場合はＣｕ−Ｓ
ｎ−Ａｇが、Ｓｎ−Ｚｎの場合Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎが，Ｚ
ｎの場合はＣｕ−Ｚｎが夫々得られる。

【００２１】Ｆｅ系の裸材の母材を接合する場合は、Ｃ
ｕの代わりにＦｅが合金層に含有される。このようにし
て形成された合金層は１５０℃以上にも耐え、たとえ絶
縁被覆材が損傷しても接合部は十分耐えることが出来
る。なお、このような優れた特性を得るために、接合面
に１〜５kgf／mm²の加圧を与えることが必要である。

【００２２】本発明が適用可能な絶縁被覆材は、加熱に
より溶融又は、炭化するものであれば全て該当する。す
なわち、エナメル銅線（ＥＷ），ホルマ−ル銅線（ＰＶ
Ｆ），ポリエステル銅線（ＰＥＷ）、及びアミドイミド
銅線（ＡＩＷ）など低耐熱性から高耐熱性まで適用でき
る。

【００２３】また、接合助材の付着方法は一般的なやり
方で良い。予め裸銅線にクラッドさせておくか、粉末を
ペ−スト状にして塗布するか、溶射による吹き付け、箔
をくるませるか、めっきによるか等種々の方法が適用可
能である。

【００２４】なお、被覆線を巻く凹みは被覆線が電極に
接触しない程度のもので良く、その加工方法は簡便な方
法、例えば、プレスによる方法などが安価に達成でき
る。

【００２５】凹み加工は本発明の特徴である。凹み加工
をするのは、他から別の接合端子をもって来る必要が無
いことから低価格である。しかも凹み部分に被覆線を巻
き付けることが出来るので作業性が良い。凹みの電気導
入線と被覆付線とが一体となるので通電がスムーズとな
り、作業性も良く良好な接合体が得られることになる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の絶縁被覆銅線の接合体につい
ての実施例を示す。

【００２７】基本的な接合過程を図１に示す。

【００２８】(a）は裸銅線１に接合助材２を付着させた
状態を示したもので、少なくとも裸銅線同士が接合する
部分は必要である。

【００２９】(b）は裸銅線に被覆銅線が巻かれる凹み３
を付けた状態を示す。

【００３０】(c）は凹みの部分３に被覆銅線４を巻きつ
けた状態を示す。

【００３１】(d）は凹み部分が外側になるようにして裸
銅線の先端部をＵ形状５に折り曲げ内側の被覆銅線６を
包み込むようにした状態を示す。

【００３２】(e）は折り曲げられ被覆銅線が巻かれた部
分に通電抵抗加熱機７の上電極８及び下電極９を当てた
状態を示す。

【００３３】(f）は通電加圧及び加熱により接合助材２
が溶融し、折り曲げられたＵ形状５の先端部と裸銅線１
が合金層１０で接合され、内側の被覆銅線６の被覆材が
炭化された状態を示す。

【００３４】(g）は内側の炭化された被覆材が接合面か
ら排出され、裸銅線１と被覆銅線６が接合された状態を
示す。

【００３５】（実施例１）裸銅線１にＣｕを、接合助材
２にＳｎ（溶融温度：約２４０℃）をめっきし、被覆銅
線４にＡＩＷを適用して組合わせ、通電加熱，加圧によ
る抵抗溶接機を用いて接合した。なお、電極材はＭｏを
用い、接合面にかかる加圧力は２kgf／mm²で行った。

【００３６】（実施例２）裸銅線１にＣｕを、接合助材
２にＰｂ−５０％Ｓｎ（溶融温度：約２１０℃）めっき
を１０μｍ形成させ、被覆銅線４にＰＥＷを組合わせ、
Ｍｏ電極８，９により通電加熱，加圧による抵抗溶接機
７を用いて接合した。その時の接合面にかかる加圧力は
２.５kgf／mm²で行った。

【００３７】（実施例３）接合部の先端部を、また他の
接合体として図２に示すようなプレス機で凹みを、内側
は逆に凸形状にした銅線１部分（接合助材２：Ｓｎ）
に、比較的細い絶縁被覆銅線４を巻き付け、通電抵抗機
７で接続した。接合面にかかる加圧力は2.2kgf／mm²で
行った。

【００３８】（実施例４）具体的に自動車用電装部品実
施例について図３に示す。絶縁樹脂１２にφ５０μｍの
ＡＩＷ被覆線４を巻き付けたコイルと、一方の入力導入
端子１３及び出力導入端子１４の接合面には接合助材２
にＳｎめっきを５μｍ形成させたものを組合わせ入力部
を（ａ）に、出力部を（ｂ）に夫々拡大して示す。抵抗
溶接機７で加圧力を２.２kgf／mm²に設定して接合し
た。

【００３９】（比較例１）図４に示す裸銅線１にＣｕ
を、接合助材２にＳｎ（溶融温度：約２４０℃）めっき
し、被覆銅線４ＡＩＷの接合部は予め被覆材を剥がして
おき、更にＳｎはんだ１１をはんだこてを用いてはんだ
付した。

【００４０】（比較例２）図５に示す裸銅線１にＣｕ
を、接合助材２にＳｎめっきし、被覆銅線４にAIWを、
更に図のように別の銅端子１５と組合わせ、Ｍｏ電極
８，９により通電加熱，加圧による抵抗溶接機７を用い
て接合した。そのときの接合面にかかる圧力は２.０kgf
／mm²で行った。

【００４１】以上の実施例及び比較例で接合，接続した
接合体の接続抵抗を測定した。その結果、本発明の実施
例１，２，３及び実施例４の接合体の接続抵抗は、いず
れも１.７２〜１.７４×１０^-6Ω・cmと非常に低い電気
抵抗を示した。

【００４２】一方、従来の比較例１の接合体は、Ｓｎは
んだではんだ付されているため電気抵抗は、３.２〜３.
５×１０^-6Ω・cmと本発明より電気抵抗は高い値を示
し、また凹部のないＵ形状端子を嵌め込んで接合した比
較例２でも、３.４〜３.７×１０^-6Ω・cmと高い抵抗値
を示した。そして他の接合用の端子を必要とするので価
格的に高価となる。

【００４３】従来の継手に比べ本発明の継手の電気抵抗
が絶縁被覆付にもかかわらず良好と成った原因は、絶縁
被覆銅線を巻きつけた内側の被覆銅線が抵抗溶接機によ
り、絶縁被覆材が炭化され、そして接合面から排出され
た結果である。確認のために顕微鏡組織で観察したとこ
ろ、接合面には被覆材は認められず、銅線同士が良好に
接合していた。

【００４４】また、本発明のＵ形状の先端部の銅線同士
の部分を同様に顕微鏡組織で観察した結果、金属的な良
好な接合が達成されていた。ＥＰＭＡで分析を行ったと
ころ、接合面は、Ｃｕ，Ｓｎが形成されていることが明
らかとなった。この層は従来のはんだ付に比べ、融点が
高くそれに伴い高い使用温度にも耐える、いわゆる、接
合部は高耐熱性であることも確認された。

【００４５】接合部が高耐熱性に変化したのは、接合助
材と母材のＣｕとが反応して合金層を形成し、その合金
層同士で金属接合が十分達成されていることが大きな要
因である。

【００４６】その他の接合助材としてＡｕ−Ｓｎ，Ｚｎ
単体もしくはＺｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｐなどの
ものを選択しても良好な接合が行われ、長時間に亘る使
用に際しても安定な継手となる。絶縁被覆銅線として、
他のエナメルやホルマール銅線を用いても、電気抵抗の
低い良好な接合継手が得られる。

【００４７】裸銅線の表面の接合助材は、前述のように
接合面の範囲とする場合と、作業性の都合で更に長い範
囲に亘っても良い。また、絶縁被覆を剥がす方式として
通電抵抗加熱装置に替わって超音波振動を付与すること
によっても同様な接合が達成される。また、裸導体の材
料に関しては、電気抵抗的にはＣｕ及びＣｕ合金が良い
が、しかし、材料費を低価格にするためにＦｅ系やＮｉ
系を用いることも本発明に包含される。

【００４８】また、図６に本発明を実施する自動装置
（製造ライン）を示す。文章化して現している。この自
動装置により、入・出力導入線と絶縁被覆付巻線コイル
を金属的に接合し、端子先端部は合金層により接合され
るので耐熱性も高い接合体が得られる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、比較的細線の絶縁被覆
銅線を接合する場合に有効で、非常に簡便で、安価で接
合体が得られる。且つ、接合体は、耐熱性に優れた、し
かも電気的にも低い抵抗値を示し長期間に渡り、導電体
として安定して使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的実施例を示す接合のプロセスと
接合体を模式的に示した説明図。

【図２】本発明の応用例を示す断面図。

【図３】本発明の具体的実施例を示す斜視図。

【図４】比較例１の接合状態の断面図。

【図５】比較例２の接合状態の断面図。

【図６】本発明を実施する自動装置（製造ライン）を説
明するフローチャート。

【符号の説明】

１…裸銅線、２…接合助材、３…凹み、４…絶縁被覆銅
線、５…折り曲げた裸銅線、６…内側の絶縁被覆銅線、
７…通電抵抗加熱機、８…上電極、９…下電極、１０…
合金層接合部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裸銅線と絶縁被覆銅線の接合において、以
下の接合過程を経て接合されていることを特徴とする絶
縁被覆銅線の接合体の製造方法。１）裸銅線に予め接合助剤を付着させておく、２）裸銅線に被覆銅線が巻かれる凹みを付ける、３）凹みの部分に被覆銅線を巻きつける、４）凹み部分が外側になるようにして裸銅線の先端部を
Ｕ形状に折り曲げる、５）折り曲げられ、被覆銅線が巻かれた部分に通電抵抗
加熱機の電極を当てる、６）通電加圧及び加熱により接合助剤が溶融し、折り曲
げられた先端部がストレートの裸銅線と合金層で接合さ
れる、７）通電加圧及び加熱により内側の絶縁被覆材が炭化さ
れ、接合面から排出される、８）裸銅線と被覆材が除去された銅線が接合される。
【請求項２】請求項１において、前記接合助材は絶縁被
覆の破壊温度よりも低い溶融温度を有し、金属接合した
後は初期の溶融温度より高い合金層を形成させることが
出来る絶縁被覆銅線の接合体の製造方法。
【請求項３】請求項１において、前記合金層は被接合材
の一部と接合助材の少なくとも一成分とが反応して形成
された合金層である絶縁被覆銅線の接合体の製造方法。
【請求項４】請求項１において、前記接合助剤材はＳ
ｎ，Ｚｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｂ，Ｐ，Ｐｄ，Ｃｕの一つあ
るいは二つ以上の組合わせからなり、溶融温度が４５０
℃以下である絶縁被覆銅線の接合体の製造方法。
【請求項５】請求項１において、前記絶縁被覆材はエナ
メル，ホルマール，ポリウレタン，ポリエステル、及び
アミドイミド等の一般的な絶縁被覆材が適用できる絶縁
被覆銅線の接合体の製造方法。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５の前記接合
体を含む自動車用電装部品。