JPH07118223B2 - はんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子機器に用いられるコイル部品の構成材料で
あるマグネットワイヤに関し、特にアルミニウム，アル
ミニウム合金を導体として用いる軽量マグネットワイヤ
に関するものである。

〔従来の技術〕 従来から電子機器等のコイル部品に用いられているマグ
ネットワイヤは、銅導体上にポリウレタン，ポリエステ
ル等の絶縁皮膜を設けたものが一般的であるが、電子部
品の軽薄短小化に伴い導体の細線化がなされ、また導体
の軽量化要求に対しては比重が銅の1/3以下であるアル
ミニウム又はアルミニウム合金導体（以下アルミ導体と
略記する）が採用されてきており、これら軽量のアルミ
導体においても細線化が進んできている。

第３図はこのアルミ導体１上にポリウレタン等の絶縁皮
膜５′を設けた従来の軽量マグネットワイヤを示す断面
図である。

しかし、アルミ導体ははんだ付けが困難な金属材料であ
るため、電子部品或は電子機器の線材として使用される
場合、アルミ導体を部品或は機器の端子と接続するに際
しては、加熱アルカリ液でアルミ導体表面の酸化皮膜を
溶かしてから酸で中和し、湯洗後、更に超音波洗浄を行
ってからアルミはんだで接続しなければならず、端子接
続の作業工程が複雑であった。また、アルミ導体自身の
機械的強度不足もあって、接続箇所に対する十分な信頼
性を保持させるには特別な接続技術を必要としていた。

このようにアルミ導体は端子接続の点で問題があるた
め、アルミ導体より若干比重が大きくなるが、第４図に
示すようにアルミ導体１の外周上に銅の電気めっき或は
銅パイプ被覆により銅被覆層３′を設けた複合金属導体
４″を用い、この複合金属導体４″の外周にポリウレタ
ン等の絶縁皮膜５′を設けた銅クラッドアルミマグネッ
トワイヤが製品化され、はんだ付け可能な軽量マグネッ
トワイヤとして採用され、端子接続の問題は改善されて
きている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、最近コイル用マグネットワイヤに対する
要求として細径替，軽量化及びはんだ付け性に加えて耐
熱特性が同時に求められるようになった。

これらの要求から、マグネットワイヤの絶縁皮膜として
IEC耐熱区分Ｂ種（130℃）以上の耐熱性を有し、しかも
はんだ付け可能なポリエステルイミド或はポリエステル
などが用いられるようになってきている。

なお前記IEC耐熱区分は、IEC Pub.85（1984）（第２
版）"Thermal Evaluation and Classification of Elec
trical Insulation"（電気材料の耐熱性と耐熱区分）に
規定された機器絶縁の種類であり、耐熱特性により区分
されているものである。Ｂ種は許容最高温度130℃のも
のをいう。

しかし、銅クラッドアルミマグネットワイヤに前記耐熱
性を有し、はんだ付け可能なポリエステルイミド或はポ
リエステルを絶縁皮膜として用いる場合、次のような問
題が生じてきた。

前記銅クラッドアルミマグネットワイヤの製造に当
たって、IEC耐熱区分Ｂ種以上の耐熱絶縁皮膜を設ける
ためには、塗料の焼付工程において絶縁皮膜の焼付温度
が400℃以上となる。

はんだ付け接続をする際、導体へのはんだの濡れを
十分にするためには、はんだ付け温度を400℃以上で行
なう必要がある。例えば、前記はんだ付け可能なポリエ
ステルイミドの場合では、はんだ付けの条件として溶融
はんだ浴温度が450℃，はんだ浸漬時間が５〜８秒必要
となる。

ところが、前記銅クラッドアルミマグネットワイヤはア
ルミ導体上に直接銅被覆層を設けたものであるため、ア
ルミ導体と銅被覆層の境界面において相互拡散反応が起
こりやすいものであった。即ちアルミと銅は温度が300
℃になるとアルミ原子と銅原子の相互熱拡散反応が進行
しはじめ、更に温度が400℃以上になるとアルミと銅の
原子の相互熱拡散反応は急激に増大し、短時間のうちに
拡散反応が進行して極めて脆い金属間化合物Cux Alyを
生成する。また、前記銅クラッドアルミマグネットワイ
ヤは、複合金属導体の全導体断面積に占める銅被覆層の
断面積比率が５〜30％のものが主として用いられてい
て、細線ほど銅被覆層の厚さも薄くなっている。そのた
め銅被覆層が薄くなればなるほど銅被覆層はアルミとの
相互熱拡散反応により短い時間に金属間化合物に変化し
て銅被覆層が脆化し、はんだ付け接続の信頼性が損なわ
れる。

本発明は上記従来技術が有する問題点を解決するために
為されたものであり、400℃以上の高温になっても複合
金属導体に金属間化合物の生成がなく、耐熱特性が良好
で、はんだ付け接続の信頼性に優れた軽量マグネットワ
イヤを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、アルミニウム又は
アルミニウム合金からなる導体１上に、該導体１金属と
の間で400〜500℃の高温においても金属間化合物を生成
し難い純度99.5％以上の鉄からなる金属層２を設けて複
合金属導体４を形成し、該複合金属導体４外周上に、は
んだ付け可能なIEC耐熱区分Ｂ種以上の耐熱絶縁皮膜５
を塗布焼付けしたはんだ付け可能な軽量耐熱マグネット
ワイヤにある。

また本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金から
なる導体１（以下アルミ導体１と略記する）上に、該導
体１金属との間で400〜500℃の高温においても金属間化
合物を生成し難い純度99.5％以上の鉄からなる金属層２
（以下純度99.5％以上の鉄金属層２と略記する）とニッ
ケル，銅，銀又は金からなるはんだ濡れ性の良い金属層
３（以下はんだ濡れ性の良い金属層３と略記する）とを
順次設けて複合金属導体４′を形成し、該複合金属導体
４′外周上に、はんだ付け可能なIEC耐熱区分Ｂ種以上
の耐熱絶縁皮膜５を塗布焼付けしたはんだ付け可能な軽
量耐熱マグネットワイヤにある。

更に本発明は、前記はんだ付け可能なIEC耐熱区分Ｂ種
以上の耐熱絶縁皮膜５（以下はんだ付け可能なＢ種耐熱
絶縁皮膜５と略記する）が、はんだ付け可能なポリエス
テルイミド又ははんだ付け可能なポリエステルからなる
はんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイヤにある。

本発明の上記アルミ導体１は、純度が99.0％A1以上の工
業用途のアルミニウム又はアルミ成分が90％Al以上の加
工用のアルミニウム合金が用いられる。更に本発明のは
んだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイヤは複合金属導
体４または複合金属導体４′の導体直径として1mm以下
で用いられる。また、複合金属導体４又は４′に形成さ
れる純度99.5％以上の鉄金属層２の断面積又は該鉄金属
層２とはんだ濡れ性の良い金属層３との合計断面積は複
合金属導体４又は４′の金属体断面積の30％以下が好ま
しい。

〔作用〕

本発明のはんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイヤは
導体としてアルミ導体１を用いているので銅導体を用い
たものと比較して軽量化される。

またアルミ導体１上には、純度99.5％以上の鉄金属層２
が設けられているのでアルミ導体１とこの鉄金属層２の
境界面において相互熱拡散反応が極めて起こりにくくな
り、400〜500℃の高温においても金属間化合物の生成を
抑制する。

また、複合金属導体４の表面金属層が純度99.5％以上の
鉄金属層２からなる場合は、複合金属導体４の製造後、
直ちに鉄金属層２の上にはんだ付け可能なＢ種耐熱絶縁
皮膜５を設けることにより、はんだ付け性が保持され良
好となる。また、前記鉄金属層２の外周上に、はんだ濡
れ性の良い金属層３を設けることによりはんだ付け性を
更に向上させる。

更に、前記鉄金属層２或ははんだ濡れ性の良い金属層３
の外周上には、はんだ付け可能なＢ種耐熱絶縁皮膜５が
設けられているので耐熱性を有するとともにはんだ付け
が可能である。このはんだ付け時、溶融はんだ浴の温度
は400℃以上（好ましくは450℃近辺）必要となるが、前
記したようにアルミ導体１と鉄金属層２間には金属間化
合物が生成されない。

〔実施例〕

本発明のはんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイヤに
ついて図を用いて説明する。なお、製造装置等について
は図示していない。先ず参考実施例として本発明の複合
金属導体を製造し、また参考比較例として従来の銅クラ
ッドアルミ金属導体を製造した。

参考実施例１ 参考実施例１について第１図を用いて説明する。

純度99.9％，線径が0.9mmのアルミニウム導体母線１上
に純度99.5％以上の鉄金属層２として、純度99.5％の鉄
を電気めっきによって12μｍ厚に被覆し、約300℃の温
度で20分間熱処理を行ないめっき層の歪みを除去した
後、線引加工を施し、径が0.3mmの複合金属導体４を製
造した。

参考実施例２ 参考実施例２について第２図を用いて説明する。

純度99.9％，線径が0.9mmのアルミニウム導体母線１上
に純度99.5％以上の鉄金属層２として純度99.5％の鉄を
電気めっきによって15μｍ厚に被覆し、更にこの外周上
に、はんだ濡れ性の良い金属層３として純度99.5％のニ
ッケル３を電気めっきによって５μｍ厚に被覆し、約30
0℃の温度で20分間熱処理を行ないめっき層の歪みを除
去した後、線引加工を施し、径が0.3mmの複合金属導体
４′を製造した。

参考実施例３ 参考実施例３ついて第２図を用いて説明する。

前記参考実施例２と同じアルミニウム導体母線１上に、
前記参考実施例２と同じ鉄金属層２を被覆し、更にこの
外周上にはんだ濡れ性の良い金属層３として純度99.8％
の銅を電気めっきによって５μｍ厚に被覆し、約300℃
の温度で20分間熱処理を行ないめっき層の歪みを除去し
た後、線引き加工を施し、径が0.3mmの複合金属導体
４′を製造した。

参考比較例 参考比較例について第４図を用いて説明する。

純度99.9％，線径が0.9mmのアルミニウム導体母線１上
に銅被覆層３′として純度99.8％の銅を電気めっきによ
って12μｍ厚に被覆し、約300℃の温度で20分間熱処理
を行ないめっき層の歪みを除去した後、線引加工を施
し、径が0.3mmの銅クラッドアルミ複合金属導体４″を
製造した。

金属間化合物生成試験 前記参考実施例および参考比較例により得られた各種複
合金属導体４、４′及び４″について金属間化合物生成
試験を行った。

この試験は、はんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイ
ヤの製造工程及び使用工程で受けると考えられる加熱温
度（300〜550℃）で５分間加熱処理した後、これらの複
合金属導体の断面を研磨し、アルミ導体と鉄筋族層の境
界及びアルミ導体と銅被覆層の境界を20倍の顕微鏡を用
い観察し、金属間化合物の生成状況について試験したも
のである。その結果を下記表１に示す。

上記表１から明らかなように、参考比較例の銅クラッド
アルミ複合金属導体４″は350℃以上になると金属間化
合物が層状に現れるのに対して、本発明参考実施例１〜
３の複合金属導体４及び４′では550℃まで金属間化合
物の生成が認められなかった。

次に、本発明のはんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワ
イヤの製造について説明する。

実施例１ 実施例１について第１図を用いて説明する。

アルミニウム成分が92.3％，線径が0.9mmのアルミ合金
導体母線１上に、純度99.5％以上の鉄金属層２として純
度99.5％の鉄を電気めっきによって12μｍ厚に被覆し、
約250℃の温度で30分間熱処理を行ってめっき層の歪み
を除去した後、線引き加工を施し、径が0.3mmの複合金
属導体４を製造した。続いて、この複合金属導体４をト
ンネル式の非酸化性ガス雰囲気焼鈍炉（炉温400℃）に
導き25m/minの線速で焼鈍し、連続して直ちに焼付炉
（炉温450℃）に導き、はんだ付け可能なポリエステル
イミド塗料を塗布，焼付けしてはんだ付け可能なＢ種耐
熱絶縁皮膜５を0.015mm厚設け、はんだ付け可能な軽量
耐熱マグネットワイヤを製造した。

実施例２ 実施例２について第２図を用いて説明する。

アルミニウム成分が92.3％，線径が0.9mmのアルミ合金
導体母線１上に、純度99.5％以上の鉄金属層２として純
度99.5％の鉄を電気めっきによって６μｍ厚に被覆し、
更にこの外周上に、はんだ濡れ性の良い金属層３として
純度99.8％の銅を電気めっきによって６μｍ厚に被覆
し、約250℃の温度で30分間熱処理を行ないめっき層の
歪みを除去した後、線引加工を施し、径が0.3mmの複合
金属導体４′を製造した。以降は実施例１と同様にし
て、焼鈍し、続いてはんだ付け可能なポリエステルイミ
ド塗料を塗布，焼付けしてはんだ付け可能なＢ種耐熱絶
縁皮膜５を0.015mm厚設け、はんだ付け可能な軽量耐熱
マグネットワイヤを製造した。

金属間化合物の生成状況及びはんだ付け性試験 前記実施例1,2により得られたはんだ付け可能な軽量耐
熱マグネットワイヤを450℃に保った溶融はんだ浴中に
２〜20秒間浸漬後取り出し、断面を研磨し、アルミ合金
導体と純度99.5％以上の鉄金属層２間の金属間化合物の
生成状況を顕微鏡を用い観察し、また表面はんだ付け性
（濡れ性）を目視観察した。その結果を下記表２に示
す。

上記表２から明らかなように、450℃×４秒以上のはん
だ浸漬によって、はんだ付け可能なポリエステルイミド
皮膜は分解し、はんだ付けが可能になると共に、金属間
化合物の生成は450℃×20秒によっても認められなかっ
た。

また、複合金属導体に及ぼす金属間化合物生成の影響
は、前記純度99.5％以上の鉄金属層２の厚さも関係して
くるが、400℃以上のはんだ付けの際においても鉄金属
層２は最低数ミクロンあれば有効であることがわかっ
た。

またはんだ付け性の点では、実施例１の場合は、複合金
属導体４の表面金属層が純度99.5％以上の鉄金属層２か
らなるが、複合金属導体４の製造後、直ちに鉄金属層２
の上にはんだ付け可能なＢ種耐熱絶縁皮膜５を設けてい
るので、はんだ付け性が保持され良好であった。また実
施例２の場合は、複合金属導体４′の表面金属層がはん
だ濡れ性の良い金属層３からなるのではんだ付け性が更
に良好であった。

〔発明の効果〕

本発明のはんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイヤ
は、導体としてアルミ導体を用いているので軽量化され
ている。また、このアルミ導体の外周上には純度99.5％
以上の鉄からなる金属層が被覆されているので、上記軽
量耐熱マグネットワイヤの製造中及び使用中の高温にお
いてもアルミ導体との間に金属間化合物は殆ど生成され
ず、従って、アルミ導体が脆化されない。

また、複合金属導体の表面金属層が純度99.5％以上の鉄
金属層からなる場合は、複合金属導体の製造後、直ちに
鉄金属層の上にはんだ付け可能なＢ種耐熱絶縁皮膜を設
けることにより、はんだ付け性が保持され良好となる。
また、特に良好なはんだ付け性が要求される場合には、
前記鉄金属層の外周上に、ニッケル，銅，銀又は金から
なるはんだ濡れ性の良い金属層を設ければはんだ付け性
は更に向上する。

更に、前記鉄金属層或ははんだ濡れ性の良い金属層の外
周上には、はんだ付け可能なＢ種耐熱絶縁皮膜を設けて
いるので耐熱性を有し、高温（400〜450℃近辺）で、は
んだ付けが可能であると共に、このはんだ付けの際にも
金属間化合物が生成されない。従って、耐熱性を要求さ
れる部品等に軽量なアルミ導体を用いることが可能とな
り、高い信頼性が得られるうえに端子接続作業も容易と
なり、電子機器、部品の性能向上と小型軽量化に大きく
貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のはんだ付け可能な軽量耐熱
マグネットワイヤの一実施例を示す横断面図、第３図及
び第４図は従来の軽量マグネットワイヤを示す横断面図
である。 １……アルミニウム又はアルミニウム合金導体 ２……金属間化合物の生成をし難い純度99.5％以上の鉄
からなる金属層 ３……ニッケル，銅，銀又は金からなるはんだ濡れ性の
良い金属層 4,4′……複合金属導体 ５……はんだ付け可能なIEC耐熱区分Ｂ種以上の耐熱絶
縁皮膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−108107（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−78312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−99617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−308806（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−60907（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−93005（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−225677（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−265411（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−21508（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−204919（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−223107（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−124113（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭42−1339（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金からな
   る導体１上に、該導体１金属との間で400〜500℃の高温
   においても金属間化合物を生成し難い純度99.5％以上の
   鉄からなる金属層２を設けて複合金属導体４を形成し、
   該複合金属導体４外周上に、はんだ付け可能なIEC耐熱
   区分Ｂ種以上の耐熱絶縁皮膜５を塗布焼付けしたことを
   特徴とするはんだ付け可能な軽量耐熱マグネットワイ
   ヤ。
2. 【請求項２】アルミニウム又はアルミニウム合金からな
   る導体１上に、該導体１金属との間で400〜500℃の高温
   においても金属間化合物を生成し難い純度99.5％以上の
   鉄からなる金属層２とニッケル，銅，銀又は金からなる
   はんだ濡れ性の良い金属層３とを順次設けて複合金属導
   体４′を形成し、該複合金属導体４′外周上に、はんだ
   付け可能なIEC耐熱区分Ｂ種以上の耐熱絶縁皮膜５を塗
   布焼付けしたことを特徴とするはんだ付け可能な軽量耐
   熱マグネットワイヤ。
3. 【請求項３】前記はんだ付け可能なIEC耐熱区分Ｂ種以
   上の耐熱絶縁皮膜５が、はんだ付け可能なポリエステル
   イミド又ははんだ付け可能なポリエステルからなること
   を特徴とする請求項（１）または（２）記載のはんだ付
   け可能な軽量耐熱マグネットワイヤ。