JPWO2015174258A1 - 端子接合方法および端子接合構造 - Google Patents

Abstract

端子接合方法は次の工程を備える。導線（１１）とアーシング端子（２１）とを位置合わせする。位置合わせした部分に、Sn粉末と、熱処理によってSn粉末と反応して反応相を形成するCu-Ni合金粉末とを樹脂材中に分散してなる複合金属シート（３１）を巻きつける。位置合わせした部分を熱処理して、Sn粉末とCu-Ni合金粉末とを反応させて、導線（１１）とアーシング端子（２１）とを包み込む多孔質の金属バルク（４２）を形成するとともに、樹脂材を流動させて、金属バルク（４２）の多数のポア（４３）を樹脂で埋め、かつ、金属バルク（４２）の表面に樹脂層（４４）をコートして、ポア（４３）の樹脂と樹脂層（４４）とを連接させる。

Description

本発明は、端子を接合する端子接合方法および端子接合構造に関する。

近年、自動車の電装化が進んでおり、例えば、先端部にアーシング端子を取り付けた導線等をエンジンルーム内へ設置することが増えている。導線とアーシング端子とは、通常、圧着（例えばカシメ）を利用した機械的な接合形態により接合されているが、このままでは、特にエンジンルーム内のような高温高湿の環境下において、その接合部分の腐食が進みやすい。

そこで、特許文献１や特許文献２に記載されているように、止水性を有する接合構造が利用されることがある。特許文献１に記載の構造では、溶接等により接続された平板状端子が絶縁ケース内に収容されている。収容された平板状端子は、絶縁ケース内に充填された樹脂材で封止されている。特許文献２に記載の構造では、導線被覆部で導線を被覆してなる被覆電線と端子とが接合されている。導線被覆部から露出する導線および導線被覆部の端部は、圧着部により端子に圧着され、樹脂材により被覆されている。

特開２００６−１５６０５２号公報 特開２０１２−１９０６３５号公報

特許文献１や特許文献２に記載の構造では、端子同士を接合した後に樹脂材を設けているため、樹脂と接合部分との密着性が低い。このため、樹脂で被覆された接合部分が高温高湿下に晒されると、樹脂と接合部分との間に隙間が生じ、その隙間から内部に水分が浸入し、接合部分が腐食してしまうことがある。

本発明の目的は、高い止水性を確保して端子を接合できる端子接合方法および端子接合構造を提供することにある。

本発明の端子接合方法は次の工程を備える。第１端子と第２端子とを位置合わせする。位置合わせした部分に、第１金属粉末と、熱処理によって第１金属粉末と反応して反応相を形成する第２金属粉末とを樹脂材中に分散してなる複合金属シートを巻きつける。位置合わせした部分を熱処理して、第１金属粉末と第２金属粉末とを反応させて、第１端子と第２端子とを包み込む多孔質の金属バルクを形成するとともに、樹脂材を流動させて、金属バルクの多孔質部分を樹脂で埋め、かつ、金属バルクの表面に層状に樹脂をコートして、多孔質部分の樹脂と表面にコートされた樹脂とを連接させる。

この構成では、第１端子と第２端子とを位置合わせした部分を多孔質の金属バルクで包み込むとともに、金属バルクの表面に樹脂層をコートする。また、金属バルクの多孔質部分の樹脂と樹脂層とを連接させるので、樹脂層と金属バルクとの密着性が高い。このため、上記位置合わせした部分と樹脂層との密着強度が高く、止水性が高い端子接合構造を簡易に実現することができる。

本発明の端子接合方法では、第１金属粉末としてSnを主成分とする金属粉末を用い、第２金属粉末としてCu-Ni合金粉末、Cu-Mn合金粉末、Cu-Al合金粉末およびCu-Cr合金粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種の合金粉末を用いることが好ましい。これら特定の材料を用いることで、比較的低温かつ比較的短時間で、高温耐熱性に優れ、空隙率の大きな金属バルクが得られる。

本発明の端子接合方法では、樹脂材としてエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を用いることが好ましい。この構成では、熱処理により上記構造を形成することができる。

本発明の端子接合方法では、第１端子は、複数の芯線が被覆材によって束ねられた導線であり、第２端子は平板状金属端子でもよい。この構成では、高い止水性を確保して導線と平板状金属端子とを接合することができる。

本発明の端子接合方法では、芯線のうち被覆材から露出した部分と被覆材との境界部分を樹脂材で覆うことが好ましい。この構成では、境界部分を樹脂材で覆うので、芯線と被覆材との間、および導線と平板状金属端子との接合部分に水分が浸入しにくい。

本発明の端子接合方法では、複数の芯線間に第１金属粉末の溶融体を浸入させて金属相を形成し、複数の芯線同士を金属相にて接続させることが好ましい。この構成では、芯線と平板状金属端子との接続不良を抑制することができる。

本発明の端子接合構造は、第１端子、第２端子、多孔質の金属バルク、金属バルクの多孔質部分に入り込んだ樹脂、および樹脂層を備える。第１端子および第２端子は近接配置されている。金属バルクは、第１端子および第２端子の近接部分を包み込み、第１金属粉末と第２金属粉末とが反応してなる反応相を含む。樹脂層は、金属バルクの表面にコートされていて、多孔質部分に入り込んだ樹脂と連接している。この構成では、樹脂層の密着強度が高く、止水性が高い端子接合構造を実現することができる。

本発明によれば、止水性が高い端子接合構造を実現することができる。

本実施形態に係る端子接合方法を示す模式的断面図である。 本実施形態に係る端子接合方法を示す外観斜視図である。 本実施形態に係る端子接合方法を示す断面図である。 複合金属シート３１の部分拡大断面図である。 図５（Ａ）は、テープ状の複合金属シート３１を示す外観斜視図、図５（Ｂ）はその正面図、図５（Ｃ）はその部分拡大断面図である。

本発明の実施形態に係る端子接合方法について説明する。図１は、本実施形態に係る端子接合方法の各工程での模式的断面図である。図１中の各図は、導線１１の延伸方向に平行な断面での断面図である。図２は、本実施形態に係る端子接合方法を示す外観斜視図である。図３は、本実施形態に係る端子接合方法を示す断面図である。図３は、導線１１の延伸方向に垂直な断面での断面図である。

図１（Ａ）に示すように、導線１１およびアーシング端子２１を用意する。導線１１は本発明の「第１端子」の一例である。アーシング端子２１は本発明の「第２端子」の一例である。導線１１は、いわゆるリード線であって、図２（Ａ）に示すように、撚られた７本の芯線１２が被覆材１３で被覆されてなる。被覆材１３は、芯線１２の端部が露出するように芯線１２を被覆している。芯線１２は例えば銅線等であり、被覆材１３は例えばビニル樹脂やフッ素樹脂等の樹脂材である。なお、図１では、各芯線１２を区別できるように示しておらず、細部を省略している。

アーシング端子２１は、アーシングに用いられる平板状金属端子である。アーシング端子２１は、例えば銅めっきされた黄銅やステンレス鋼（SUS）等である。アーシング端子２１は、図２（Ａ）に示すように、円形状部分と、円形状部分から延伸する矩形状部分とを有する。アーシング端子２１の円形状部分には、ボルトを通すための開口部２３が形成されている。アーシング端子２１の矩形状部分には、その延伸方向に平行な各端面から平板面に垂直な方向に延伸する延伸部２２ａ，２２ｂが形成されている。延伸部２２ａ，２２ｂは、導線１１とアーシング端子２１との位置合わせをガイドするために用いられる。なお、図１および図３では、延伸部２２ａ，２２ｂの図示を省略している。

次に、図１（Ｂ）および図２（Ａ）に示すように、アーシング端子２１の矩形状部分の平板面上に芯線１２の端部が接触するように、導線１１とアーシング端子２１とを位置合わせする。具体的には、アーシング端子２１の矩形状部分における円形状部分側の反対側から円形状部分側に向けて、アーシング端子２１の延伸部２２ａ，２２ｂに挟まれた領域に芯線１２の端部を挿入する。また、底面が芯線１２の側面に合うように凹んだブロック状部材２４と、アーシング端子２１の矩形状部分の平板面とにより、芯線１２の端部を挟む。なお、図１および図３では、ブロック状部材２４の図示を省略している。

次に、図１（Ｃ）および図３（Ａ）に示すように、導線１１とアーシング端子２１とを位置合わせした部分に、複合金属シート３１を巻きつける。複合金属シート３１は、図４に示すように、Sn粉末３２およびCu-Ni合金粉末３３がエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材３４に分散されてなる。さらに、複合金属シート３１には、フラックス成分や分散剤等が含まれてもよい。なお、Sn粉末の代わりに、Sn系合金粉末（例えばSn-Ag-Cu合金粉末）を用いてもよい。また、Cu-Ni合金粉末の代わりに、Cu-Mn合金粉末を用いてもよい。

Cu-Ni合金粉末の配合量は、Sn粉末量に対して１０〜１００重量％である。樹脂材の配合量は、Sn粉末およびCu-Ni合金粉末の合計量に対して２〜１０重量％である。樹脂材の配合量が２重量％より低くなると、複合金属シート３１の可撓性が失われる。樹脂材の配合量が１０重量％より高くなると、後述の熱処理で、Sn粉末とCu-Ni合金粉末との反応が阻害される。Sn粉末の平均粒径（「平均粒径」はレーザ回折法による平均粒径D50である。）は２〜５０μｍであり、Cu-Ni合金粉末の平均粒径は１〜３０μｍである。

なお、複合金属シート３１をテープ状に構成してもよい。図５（Ａ）は、テープ状の複合金属シート３１を示す外観斜視図、図５（Ｂ）はその正面図、図５（Ｃ）はその部分拡大断面図である。図５（Ｃ）に示すように、複合金属シート３１の両面に粘着剤層３５が形成され、一方の粘着剤層３５に支持材（剥離紙）３６が貼付されている。支持材３６が貼付された複合金属シート３１は、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、ロール状に巻き取られる。

次に、導線１１とアーシング端子２１とを位置合わせした部分を熱処理する。熱処理条件については、ピーク温度が２５０〜３５０℃であり、加熱時間が数分以内であることが好ましい。熱処理によって、上記位置合わせした部分を層状に包み込むように、複合金属シート３１が縮む。これによって、導線１１の芯線１２とアーシング端子２１とが物理的に強固に接続される。なお、複合金属シート３１の代わりに単なるはんだシートを用いると、はんだが溶融した際、はんだが特定箇所に凝集し、層状にならない（玉化する）。

図１（Ｄ）、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）に示すように、Snの溶融温度以上での熱処理によって、Snの溶融や樹脂の流動、SnとCu-Ni合金との反応等が起こることで、接合部材４１が形成される。接合部材４１は多孔質の金属バルク４２および樹脂層４４を有する。樹脂層４４は本発明の「表面にコートされた樹脂」の一例である。金属バルク４２は、導線１１とアーシング端子２１とを位置合わせした部分を層状に包み込む。金属バルク４２は、Sn相中にグレイン状のCu-Ni相が分散した構造を有する。Sn相とグレイン状のCu-Ni相との間には、Sn-Cu相、Sn-Ni相、Sn-Cu-Ni相等の反応相（金属間化合物）が形成される。また、Snは、Cuからなる芯線１２との濡れ性が良いため、複数の芯線１２間に浸入して、複数の芯線１２を溶融接合する。すなわち、Sn粉末の溶融体は、複数の芯線１２間に浸入して金属相を形成し、複数の芯線１２同士を金属相にて接続する。つまり、複数の芯線１２および複数の芯線１２間のSn固溶体を含む第１領域と、第１領域の周囲に形成されたSn固溶体中に複数のグレイン状のCu-Ni相を有した第２領域とが形成される。

金属バルク４２の第２領域には、SnとCu-Ni合金との反応により多数のポア（孔）４３が形成されるが、樹脂が金属バルク４２のポア４３を埋める。樹脂層４４は、金属バルク４２の表面に樹脂が染み出すことにより、金属バルク４２の表面全体に形成される。ポア４３はオープンポアであり、金属バルク４２の表面にコートされた樹脂層４４と、金属バルク４２のポア４３を埋める樹脂とは、互いに連接している。芯線１２の端部と被覆材１３との境界部分１４は、金属バルク４２および樹脂層４４により覆われている。特に、複合金属シート３１の樹脂材３４は、導線１１の樹脂性の被覆材１３に対する濡れ性が良好であるため、金属バルク４２と導線１１との境界部分を覆うように、被覆材１３の方向に濡れ広がる。なお、導線１１の芯線１２とアーシング端子２１とは単に物理的に接触しているだけでもよいが、芯線１２とアーシング端子２１との間にSn固溶体やSnの拡散接合層が形成されていてもよい。

以上の工程により、導線１１とアーシング端子２１とが接合される端子接合構造が完成する。この端子接合構造は、図１（Ｄ）に示すように、導線１１、アーシング端子２１および接合部材４１を備える。導線１１は複数の芯線１２を被覆材１３で束ねてなる。接合部材４１は多孔質の金属バルク４２および樹脂層４４を有する。

被覆材１３から露出した芯線１２の端部は、アーシング端子２１の平板面に接触している。金属バルク４２は、芯線１２とアーシング端子２１との接触部分を層状に包み込んでいる。金属バルク４２は、Sn相中にグレイン状のCu-Ni相が分散した構造を有し、Sn粉末とCu-Ni合金粉末とが反応してなる反応相を含む。金属バルク４２には、樹脂が入り込んだ多数のポア４３が形成されている。樹脂層４４は、金属バルク４２の表面にコートされていて、ポア４３に入りこんだ樹脂と連接している。

本実施形態では、芯線１２の端部と被覆材１３との境界部分１４が金属バルク４２および樹脂層４４により覆われている。このため、境界部分１４から、芯線１２と被覆材１３との間、および導線１１とアーシング端子２１との接合部分に、水分が浸入しにくい。また、樹脂層４４と、金属バルク４２のポア４３に入り込んだ樹脂とが連接しているので、樹脂層４４と、上記接合部分を覆う金属バルク４２との密着性が高い。これにより、樹脂層４４と上記接合部分との密着強度が高く、止水性が高い端子接合構造を簡易に実現することができる。

なお、本発明は、リード線のような導線と平板状のアーシング端子との接合構造に限定されるものではなく、リード線とリード線との接合構造であってもよい。

１１…導線（第１端子）
１２…芯線
１３…被覆材
１４…境界部分
２１…アーシング端子（第２端子）
２２ａ，２２ｂ…延伸部
２３…開口部
２４…ブロック状部材
３１…複合金属シート
３２…Sn粉末（第１金属粉末）
３３…Cu-Ni合金粉末（第２金属粉末）
３４…樹脂材
３５…粘着剤層
３６…支持材
４１…接合部材
４２…金属バルク
４３…ポア
４４…樹脂層

Claims (7)

1. 第１端子と第２端子とを位置合わせする工程と、
   位置合わせした部分に、第１金属粉末と、熱処理によって前記第１金属粉末と反応して反応相を形成する第２金属粉末とを樹脂材中に分散してなる複合金属シートを巻きつける工程と、
   前記位置合わせした部分を熱処理して、前記第１金属粉末と前記第２金属粉末とを反応させて、前記第１端子と前記第２端子とを包み込む多孔質の金属バルクを形成するとともに、前記樹脂材を流動させて、前記金属バルクの多孔質部分を樹脂で埋め、かつ、前記金属バルクの表面に層状に樹脂をコートして、前記多孔質部分の樹脂と表面にコートされた樹脂とを連接させる工程と、を備える、端子接合方法。
2. 前記第１金属粉末としてSnを主成分とする粉末を用い、前記第２金属粉末としてCu-Ni合金粉末、Cu-Mn合金粉末、Cu-Al合金粉末およびCu-Cr合金粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種の合金粉末を用いる、請求項１に記載の端子接合方法。
3. 前記樹脂材としてエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を用いる、請求項１または２に記載の端子接合方法。
4. 前記第１端子は、複数の芯線が被覆材によって束ねられた導線であり、前記第２端子は平板状金属端子である、請求項１から３のいずれかに記載の端子接合方法。
5. 前記芯線のうち前記被覆材から露出した部分と前記被覆材との境界部分を前記樹脂材で覆う、請求項４に記載の端子接合方法。
6. 前記複数の芯線間に前記第１金属粉末の溶融体を浸入させて金属相を形成し、前記複数の芯線同士を前記金属相にて接続させる、請求項４または５に記載の端子接合方法。
7. 近接配置された第１端子および第２端子と、
   前記第１端子および前記第２端子の近接部分を包み込み、第１金属粉末と第２金属粉末とが反応してなる反応相を含む多孔質の金属バルクと、
   前記金属バルクの多孔質部分に入り込んだ樹脂と、
   前記金属バルクの表面にコートされていて、前記多孔質部分に入り込んだ前記樹脂と連接した樹脂層と、を備える、端子接合構造。

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