JPS62286666A - 導体端子のろう付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は小型回転機のＣｕ、Ｆｅ＋　Ｎｉ、Ａｇ及びＡ
ｕの高純度金属、または、これらを組合せた導体部材を
加熱により溶解するろう材を介して接続する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

例えば、自動車用のＡＣＧは、主にロータ、ステータ及
びダイオードの部品から成り、これらを組合せて回転機
としての機能を発揮している。そして、それらは概ねＰ
ｂ−８ｎ系のはんだを用いてはんだ付けにより接続され
ている。すなわち、ロータ接続箇所のフィールドコイル
とスリップリング端子はＰ　ｂ　−５０％Ｓｎ（以下重
量％で示す）ではんだ付けされている。ステータの接続
箇所のリード線とニュートラル線はＰｂ−１７％Ｓｎの
高温はんだではんだ接続されている。また、ダイオード
接続箇所のダイオードリード線とダイオードターミナル
Ｐｂ−１７％Ｓｎの高温はんだではんだ接続されている
。このように低温用継手にはＰｂ−５０％Ｓｎが、また
、高温用継手にはＰｂ−１７％Ｓｎが夫々使い分けされ
ている。「電子機器のハンダ付け」第３１頁和１）弘著
、昭和：３５年７月３０日日刊工業新聞社発行には、半
田付用Ｐｂ−Ｓｎ合金の組成について記載されている。

しかし、これらのはんだはいずれも１８０℃近傍になる
と半溶融状態とばり、継手強度は著しく低くなる欠点が
ある。最近、各種自動車の性能向上及び静粛性等でエン
ジンルーム内の温度が上昇するに伴って、従来のはんだ
接続では耐熱性が劣るため大きな問題となっている。

その善後策としてＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系成分からなるＡｇ
ろう付、または、溶融溶接等が考えられているが、前者
が約８００℃、後者が約１１００℃と高温に加熱される
ため、接続箇所近傍の絶縁被覆が破壊されるという問題
がある。ｒろう接工学」第１４１頁河勝−著、昭和４７
年６月３０日朝倉書店発行には、ＡＫろうの成分につい
て記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術ははんだ材を用いた場合、耐熱性の点につ
いて考慮がされておらず、高温強度が弱いので高温にな
ると接続部が剥がれるという問題があった。また、銀ろ
う、あるいは、溶融溶接法を用いた場合は、接続部近傍
の絶縁被覆を破壊するという問題が夫々あった６ 本発明の目的は接続温度を従来のはんだ付温度とほぼ同
じ位に加熱して接続し、接続した後は、一段と高い耐熱
性１例えば、銀ろうでろう付けしたもの、または、溶融
溶接で接続したものと同様な高強度、並びに、高耐熱の
継手を提供することにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、電動回転機の導体端子と導体コイルをろう材
を介して接合する方法において、下記の工程を含むこと
を特徴とする。

即ち、一方の導体コイルの接合部にろう材を載せ、加熱
するか、溶融したろう中に浸漬してコイルとろう材の界
面が合金層、表面がろう材よりなる層を形成させること
、他方の接合部を主に０字加工した相手材側導体端子の
Ｕ字の間に、表面にろう層をもつ導体コイルを挿入して
接触させること。ここで０字加工にするのは通電加熱及
び加圧ができる一対の電極間に設置するため、裸のろう
材であると電極にろうが被着し、電極が損傷するのを防
ぐためである。次に、通電加熱及び加圧ができる一対の
電極間に！！２置して、ろう材の融点以上導体部材の融
点以下の温度に加熱し１表面のろう層を溶融させて相手
材側導体端子に、まず、ろうをぬらし、続いて、加熱及
び加圧して残留未反応のろう材を接合面外に排出する。

使用するろう材は、ＳｎまたはＳｎ合金であり、Ｓｎ合
金ろう材は重量でＳｎを３０％以上含有することが好ま
しい。そして被接合材としての導体端子及びコイル材は
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ及びＡｕの高純度材、または、
それらを基にした合金材及び上述材を組合せた合金材か
らなることを特徴とする。導体コイルの接合部に形成し
た合金層は７μｍ以下、相手材側導体端子の接合部に形
成される合金層は３μｍ以下に夫々形成されている。

このろう骨法を達成する基本的技術は、被接合材（母Ｆ
ｌｌｌｔ）とろう材とを反応させ合金層を形成させるこ
と、そしてこの合金層で接合する。この合金層はろう材
の融点より高く、且つ、高い接合強度をもつ。それに付
ずいする合金層を形成しない（未反応なろう材）ろう材
は低融点であり５同時に低強度の成分である。この未反
応のろう材は加熱、加圧することにより接合面外へ排出
することが同時に重要である。

〔作用〕

母材の一方のろう何面に使用するろう材は、母材と合金
化する金属を主とするもの、及び、合金化する金属と合
金化しない金属からなるものであり、その融点は母材よ
り低い。例えば、Ｃ１１母材の場合、５０％５ｎ−Ｐｂ
系のろう材を用いると、母材と合金化する金属がＳｎで
あり１合金化しない金属がＰｂとなる。ろう材の融点は
約２００’Ｃあり、加熱は一般的に２５０’Ｃ位で行な
う。この加熱によって母材とＳｎ反応して合金層を形成
する。その厚みは加熱時間との関係もあるが、約５μｍ
以下（約２〜３μｍ形成）である。そして合金層の上層
部に合金化しないｐｂとｐｂに固溶したＳｎ及び未反応
なＳｎからなるろう材層が形成される。この加熱方式は
種々あるが均一な合金を形成させるには溶融ろう中に浸
漬することが好ましい、このように一方に予め合金属を
形成させた母材と他方の無垢の母材とを組合せて通電加
熱、及び、加圧のできる一対の電極間に設置する。すな
わち１本発明の接合は数秒以内の短時間で行なえる通電
加熱、加圧方式により達成できる。この無垢の母材は油
膜、ゴミ等のない清浄面である必要がある６ 通電加熱後、及び、加圧装置において、温度が３００〜
５００℃程度に加熱でき、また、加圧は接合面Ｍ　（ｒ
ａ２）　　当り２〜８ｋｇｆの加圧力をもつ装置である
必要がある。そして、この装置により、まず、通電加熱
を行ない、未反応なろう材を７８融させる。ろう材とけ
材が密着する程度の極くわずかな加圧力を与える。未反
応のろう材が溶融し、無垢の母材と反応して厚さ約０．
５μｍの合金層を形成した時点で１次に加圧力を与え溶
融している未反応なろう材を接合面外へ排出させる。す
なわち、一対の電極間に設置された接合部材は加熱が最
初に行なわれ、加圧が後から追って付与される方式を採
る。この操作によって他方の相手側無垢の母材にろう材
がぬれて合金層が形成され、融点の低い未反応なろう成
分が接合面間から排出されることによって、合金層同士
の接合が行なわれる。ここで形成される合金層の厚みは
予備はんだ付の温度とはんだ付の時間によって当然変っ
てくるが、Ｓｎが５０％で２５０℃以下、３０秒以内で
あれば７μｍ以下、好ましくは、２〜４μｍが特性上優
れる。また片方の合金層のＪｇみは未反応なはんだ層の
厚みに関係するが、前者に比べれば薄くなり、１μｍ以
下となる。水洗で行なうと約０．２〜０．５μｍ位形成
されているものが特性に優れる。このようにして形成さ
れた合金層は母材と反応した成分から成っているので、
融点が亮く、それに伴って継手の強度及び耐熱性も一段
と向上したちのなる。ここで用いるはんだは母材と合金
化するろう材を主体とするが、ろう材の融点を下げるに
は合金成分が良く、一般的には二元、三元系と多元系が
適用される。その例として、ｐｂ−３ｎ　−Ａ　ｇ系、
Ｐｂ−３ｎ−Ａｕ系が上げられる。

また、母材は導体の特性上程々の組合せがあり、例えば
、ＡｇクラッドＣｕ、ＮｉめつきＦｅ等が組合されて用
いられる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。

被接合材としての導体コイル１、φ０．８　Ｘ５０ｅの
接合箇所に予備はんだ付２を約３０μｍに施す。一方、
φ１．５　　Ｘ５０ｅの導体端子３の接合箇所をＵ字加
工４して、この箇所に予備はんだ付した導体コイル１を
組合せる。

第１図の接合部の横断面と通電加熱加圧装置の電極５と
を組合せ、第２図（ａ）、（ｄ）に予備はんだ付したコ
イル１と他方の端子；３とを接触させた様子。つまり、
加熱、加圧装置は動いていない。ここで使用したろう材
は重量％でＳ　ｎ　５８　’Ｘ、　。

Ａｇ１％、残部Ｐｂからなるもので、コイル１の接合面
のみに２５０℃の鮎度に２０秒加熱して予備はんだ付２
を施した。この予備はんだ付によつてコイルとはんだと
の界面に合金層６が形成され、合金層の上層部に未反応
なはんだ層７が連続的に形成されている６次に第２図（
ｂ）、（ｅ）に通電加熱加圧装置により加熱を行ない終
えた後の様子を示した図である。この時の加圧はほとん
ど付与せず、接触抵抗が大きくならない程度にとどめる
。すなわち、ここでは未反応なはんだ材を溶融させ、対
面端子３との反応を促進するのが狙いである。この操作
により端子３とはんだ材７との界面に薄い合金層８が形
成される。その後に行なう操作（ｆ）には通電加熱を続
けながら加圧を付与して未反応なはんだ１０が接合面外
へ排出され、合金層量±９で接合されている様子を示し
ている。

通電加熱加圧装置の電極５はφ３．０　のＣｕである。

通電・加圧は通電電流；３．０〜３．５ＫＡ、通電時間
０．４〜０．８秒、加圧力４〜６ｋｇｆ／圃２の範囲の
条件で行なった。そして（ｆ）に示したように未反応な
はんだを排出し終えると加熱の通電を切り、少し遅れて
圧力を解放する。なお、常温及び晶泥用の引張試験片は
各条件毎に三ヶずつ作製した。

〈比較例〉 実施例で用いたものと同一のＣｕの導体コイル１及びＣ
ｕの導体端子３をＵ字継手とし、実施例と同じはんだを
用いて一般的なはんだ付けを行なった。すなわち、５ｎ
５８％、Ａｇ１％、残部Ｐｂからなるはんだを、２５０
℃に加熱した接合箇所に差してはんだ付した。なお、ぬ
れ性を促進するために、ＣＱ−含有のフラックスを用い
た。

このフラックスも実施例で予備はんだ付けしたのと同様
である。

常温及び高温引張試験は引張剪断破断荷重を接合面積で
割った値でｋｇ　ｆ　／　ｍｍ２で示した（第２図）。

まず、常温における引張強さについてみると第３図から
明らかなように、５ｎ−Ｐｂ系はんだで通電加熱加圧装
置を用いて加圧はんだ付した本発明方法による継手の引
張強さは従来のはんだ骨法の場合よりも四倍以上と著し
く向上していることが分る。なお、本発明の結果はいず
れも導体コイノペφ０．８　　から破断じたものである
。高温強さの結果ではこの差は更に広がり、従来の方法
であれば１００　’Ｃでわずかにｌ　ｋｇ　ｆ　／　ｗ
ｒ２の値しがもたない。それに対し本発明によれば高温
でも導体コイルから破断し、これは従来の銀ろうでろう
付した継手と同等の結果が得られた。

本実施例の接合によ九ば、引張強さ及び耐熱性に著しく
優れることが明らかとなった。この原因を明らかにする
ために１本発明の方法で接合した試験片（Ｃｕ継手）の
断面をＥＰＭＡ（電子プローグマイクロアナライザ）で
分析したところ、Ｃｕの導体コイル間には約２μｍの合
金層が形成され、その成分はＣｕ、Ｓｎ、Ａｇから成っ
ており、主成分のＩ）　ｂ−は検出されなかった。

この実施例では、被接合材としてＣｕ基材を用いた場合
について述べたが、その他にＦｅ基材、Ｎｉ基材等の被
接合材にも同等の効果が得られる。

また、これらの異材接合にも本発明の方法は適用できる
。これらは金属塊について述へたが、非金属、例えば、
セラミックス上に上記のＣｕ、Ｆｅ。

Ｎｉ基が金属化さ・れたものであれば本発明は適用でき
る。

はんだの成分についても合金層を形成する元素であるＳ
ｎ系を主とするが、Ｓｎ−Ａｇ系、５ｎ−Ａｕ系、５ｎ
−Ｉｕ系、Ａｕ−３ｉ系、Ａｕ−Ｇｅ系、Ａｇ−１ｕ系
及びこれらに合金化し難い元素であるが、融点降下作用
のある第三及び第四元素を添加したはんだ等が当然適用
できる。ＳｎＡ　ｕ　、Δｕ−３ｉ及びＡ　ｕ　−Ｇ　
ｅなどの合金層形成元素のはんだはＣｕ母材等と反応し
て脆い化合物を形成し易い。即ち、一般的なろう付方法
で継手を作製すると動的引張強度及び衝撃特性が著しく
低下する。しかし、本発明の方法で接合すると脆い化合
物層を接合面間から排出させ、健全な合金層のみを残留
させた継手が得られるので、機械的及び物理的特性に一
段と優れる。

また、被接合材の少なくとも一方にＡ　ｇ　、　Ａ　ｕ
及びＮｉ等のめつき、スパッタ、蒸着及び溶射等で皮膜
を施工したものをはんだ合金等を用いて接合する手段と
しても本発明の方法が適用できる。

継手形状ではＵ字形状の加工したものについて述べたが
、この形状は予備はんだ付した片方の母材が１通電加熱
、加圧する？！！極材に被着しないようにするのが基本
思想であるから、必ずしもＵ字型にとられれずに、上記
思想を満足している形状であれば本発明法が適用できる
。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、ＡＫ含有量の少ない、はんだ量の
少ない安価な低融点ろう材で接合でき、接合部には母材
と反応した高融点の合金層が形成されるので耐熱性に富
んだ継手が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は通電加熱
加圧による加熱温度と圧力を模式的に示した図、第３図
は本発明の方法と従来のはんだを用いて接合した継手の
常温及び高温引張強さを示す線図である。 １・・導体コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転機の導体端子と導体コイルをろう材を介して接
   合する方法において、 下記の工程を含むことを特徴とする導体端子のろう付方
   法。 １）前記導体コイルの一方の接合部に前記ろう材を載せ
   て加熱し、溶融したろう中に浸漬して前記導体コイルと
   前記ろう材の界面が合金層、表面がろう材よりなる層を
   形成させること、 ２）接合部を主にＵ字加工した相手材側導体端子のＵ字
   の間に、前記表面にろう層をもつ導体コイルを挿入して
   接触させること、 ３）通電加熱及び加圧ができる一対の電極間に設置して
   、ろう材の融点以上導体部材の融点以下の温度に加熱し
   、表面のろう層を溶融させて相手材側導体端子にろうを
   ぬらすこと、４）加熱及び加圧して残留未反応なろう材
   を接合面外に排出すること、 ２、前記ろう材はＳｎまたはＳｎ合金であり、Ｓｎ合金
   ろう材は重量でＳｎを３０％以上含有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の導体端子のろう付
   方法。 ３、前記導体端子及びコイルは、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａ
   ｇ及びＡｕの高純度材、または、それらを基とした合金
   材、及び上記材を組合せた合金材からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の導体端子のろう付方法
   。 ４、前記導体コイルの接合部に形成した合金層は７μｍ
   以下、相手材側導体端子の接合部に形成した合金層は３
   μｍ以下夫々形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の導体端子のろう付方法。