WO2018235637A1

WO2018235637A1 - 電線接続構造体

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Publication number: WO2018235637A1
Application number: PCT/JP2018/022056
Authority: WO
Inventors: 祥吉田; 昭頼橘; 賢悟水戸瀬
Original assignee: 古河電気工業株式会社; 古河As株式会社
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2018-12-27
Also published as: CN110785894B; EP3644443A4; JP6989605B2; CN110785894A; US11387581B2; JPWO2018235637A1; US20200136277A1; EP3644443A1

Abstract

本発明は、銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部とで形成される超音波接合部での隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下を有効に抑制した電線接続構造体を提供する。電線接続構造体(1)は、銅系導体被覆部(11)および露出部(12)を有する１本以上の銅系導体被覆電線(10)と、アルミニウム系導体被覆部(21)および露出部(22)を有する１本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)とを重ね合わせた導体積層部分に超音波接合部(30)を形成し、超音波接合部(30)の接合界面(33)は、断面観察にて、銅系導体露出部(12)とアルミニウム系導体露出部(22)とが接触している部分の長さの合計である合計接触長さＬと、銅系導体露出部(12)とアルミニウム系導体露出部(22)とが分離した部分に形成される空間Sの輪郭線長さの合計ｘとが、（ｘ／Ｌ）×１００≦１０％の関係式を満足する。

Description

電線接続構造体

　本発明は、銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部とで形成した超音波接合部を有する電線接続構造体を提供する。

　電線同士を電気接続するために相互連結することによって形成される電線接続構造体としては、例えば自動車内に、電源供給や信号伝達のために配索されているワイヤーハーネスが挙げられる。ワイヤーハーネスは、非常に長いものもあり、例えば一つの電源から各装置に電力を送給する際に、一つの電源から一本一本配線したのでは配線本数が多くなってしまい、重くなってしまう。このため、配索された電線は、通常は、軽量化の観点から、電源との接続位置から、各装置に近い位置（手前位置）までは１本の太い線で形成し、各装置の近くになったらジョイントを使って複数本の細い線に分岐させ、さらに、電線を構成する導体として、銅系材料に替えて、軽量なアルミニウム系材料を用いるのが有用である。

　ジョイント方法としては、例えば溶接する部分を２つの電極で挟んで電流を流し、電気抵抗による発熱と加圧力を利用して金属同士を接合する、いわゆる抵抗溶接法が挙げられる。

　抵抗溶接法は、接合する電線の導体金属同士がともに銅系材料であれば健全な接合部を比較的容易に形成することができるが、例えばＡｌ系導体とＣｕ系導体のように異種金属同士を接合する場合には、融点が低いＡｌ導体だけが溶融してしまい、融点が高いＣｕ導体が溶融しないため健全な接合部を形成することができず、かかる方法で融点の異なる異種金属同士を接合するには、接合する両金属の融点以上の高温に短時間で加熱しなければならず、接合条件の制御が難しく、また、高温加熱による安全面の問題もあった。

　このため、異種金属同士の接合には、常温で接合できる超音波接合法を用いるのが一般的である。例えば特許文献１には、絶縁電線の導体を構成する素線同士および素線と金属スリーブ（または金属箔等）とを接合したワイヤーハーネスが記載されている。

　また、ワイヤーハーネスを構成する部品の点数を少なくする観点から、金属スリーブを用いることなく、銅系導体とアルミニウム系導体とを重ね合わせた状態で直接、超音波接合する場合も想定される。

　しかしながら、銅系導体とアルミニウム系導体とを重ね合わせて超音波接合するとき、銅系導体とアルミニウム系導体として、それぞれ異なる導体材料の組合せや、あるいは接合条件を変更することなどによっては、超音波接合部を構成する銅系導体とアルミニウム系導体の接合界面に、接合（接触）されていない欠陥部分（空間）が存在しやすくなる場合があり、かかる場合には、すき間腐食によってアルミニウム系導体の部分がアノード溶解して、電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下が生じやすくなるという問題がある。

特開２０１０－４４８８７号公報

　そこで、本発明の目的は、銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部とで形成される超音波接合部の接合界面の性状の適正化を図ることにより、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下を有効に抑制した電線接続構造体を提供することにある。

　本発明者らは、上記問題に対して鋭意検討を行った結果、銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部とで超音波接合部を形成するには、銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部のうち、一方の導体露出部を、他方の導体露出部に比べて変形しやすい材質とし、好適には、銅系導体とアルミニウム系導体とを、引張強度の差が１００ＭＰａ以上となるような材質からなる導体同士を組み合わせることによって、超音波接合する際の加圧力によって、一方の導体露出部が相対的に大きくつぶれて塑性流動しやすい構成になるため、接合界面を構成する銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部との間に形成されやすい非接合（非接触）の空間に、一方の導体露出部が塑性流動によって入り込んで前記空間が埋められる結果、健全な接合界面を有する超音波接合部の形成が可能になって、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引張強度）の低下を有効に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

　すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（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本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本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を重ね合わせた導体積層部分に接合部を形成してなる電線接続構造体であって、前記接合部の接合界面は、断面観察にて、前記アルミニウム系導体被覆電線が溶融されて、前記銅系導体被覆電線の隙間を埋めるように形成されたことを特徴とする電線接続構造体。
（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本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本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を重ね合わせた導体積層部分に超音波接合部を形成してなる電線接続構造体であって、前記超音波接合部の接合界面は、断面観察にて、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が接触している部分の長さの合計である合計接触長さをＬ、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が分離した部分に形成される空間の輪郭線長さの合計をｘとするとき、（ｘ／Ｌ）×１００≦１０％の関係式を満足することを特徴とする電線接続構造体。
（３）前記銅系導体と前記アルミニウム系導体は、引張強度の差が１００ＭＰａ以上である、上記（１）又は（２）に記載の電線接続構造体。
（４）前記導体積層部分の外周側に、前記超音波接合部を形成してなるジョイント管を更に備えることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の電線接続構造体。

　本発明によれば、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本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本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を重ね合わせた導体積層部分に接合部を形成してなる電線接続構造体であって、前記接合部の接合界面は、断面観察にて、前記アルミニウム系導体被覆電線が溶融されて、前記銅系導体被覆電線の隙間を埋めるように形成されたことによって、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下を有効に抑制した電線接続構造体の提供が可能になった。
　また、本発明によれば、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本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本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を重ね合わせた導体積層部分に超音波接合部を形成してなる電線接続構造体であって、前記超音波接合部の接合界面は、断面観察にて、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が接触している部分の長さの合計である合計接触長さをＬ、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が分離した部分に形成される空間の輪郭線長さの合計をｘとするとき、（ｘ／Ｌ）×１００≦１０％の関係式を満足することによって、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下を有効に抑制した電線接続構造体の提供が可能になった。

図１は、本発明に従う一の実施形態の電線接続構造体の斜視図である。図２は、本発明に従う他の実施形態の電線接続構造体を構成する超音波接合部の断面写真である。図３は、図２の超音波接合部を線図的に示した図である。図４は、図３の超音波接合部を構成するアルミニウム系導体露出部と銅系導体露出部との接合界面に存在する、両露出部の接触している（接合）部分を実線で示した図である。図５は、図３の超音波接合部を構成するアルミニウム系導体露出部と銅系導体露出部との接合界面に存在する、両露出部が分離した部分に形成される空間を実線で示した図である。図６は、図４に示す接触している部分の合計接触長さＬと、図５に示す空間の輪郭線長さの合計ｘの測定方法を説明するための図である。図７は、超音波接合装置を用い、銅系導体露出部とアルミニウム系導体露出部とを重ね合わせて超音波接合する工程を説明するための模式図である。

　以下、本発明に従う実施形態を、図面を参照しながら以下で説明する。図１は、本発明に従う本発明に従う一の実施形態の電線接続構造体の斜視図である。図示の電線接続構造体１は、銅系導体被覆部１１および銅系導体露出部１２を有する１本以上の銅系導体被覆電線１０と、アルミニウム系導体被覆部２１およびアルミニウム系導体露出部２２を有する１本以上のアルミニウム系導体被覆電線２０とを備えている。また、電線接続構造体１は、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とを重ね合わせた導体積層部分に形成した超音波接合部３０を有している。

（電線接続構造体）
　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本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本以上のアルミニウム系導体被覆電線２０とを備え、銅系導体露出部と前記アルミニウム系導体露出部とを重ね合わせた導体積層部分に接合部を形成してなる電線接続構造体であって、接合部の接合界面は、断面観察にて、アルミニウム系導体被覆電線が溶融されて、銅系導体被覆電線の隙間を埋めるように形成されたことにある。
　また、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本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本以上のアルミニウム系導体被覆電線２０とを備え、銅系導体露出部と前記アルミニウム系導体露出部とを重ね合わせた導体積層部分に超音波接合部を形成してなる電線接続構造体であって、超音波接合部の接合界面は、断面観察にて、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が接触している部分の長さの合計である合計接触長さをＬ、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が分離した部分に形成される空間の輪郭線長さの合計をｘとするとき、（ｘ／Ｌ）×１００≦１０％の関係式を満足することにある。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、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下を有効に抑制することができる。

（銅系導体被覆電線）
　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。

　銅系導体は、特に限定されるものではないが、例えば、タフピッチ銅、無酸素銅、りん脱酸素銅などの純銅や、黄銅、りん青銅、コルソン系銅合金（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金）等が挙げられる。

　このような銅または銅合金として、例えばＪＩＳ　Ｈ　３１００：２０１２の規格における合金番号Ｃ１０００系の純銅、合金番号Ｃ２０００系のＣｕ－Ｚｎ系合金、合金番号Ｃ５０００系のＣｕ－Ｓｎ系合金、合金番号Ｃ６０００系のＣｕ－Ａｌ系合金を用いることができる。

　絶縁被覆は、絶縁性を有する材料であれば、特に限定されるものではないが、例えば、ポリ塩化ビニル、架橋ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム等を主成分とするハロゲン系樹脂、または、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、エチレンプロビレンゴム、珪素ゴム、ポリエステル等を主成分とするハロゲンフリー樹脂等を、絶縁被覆を構成する樹脂材として用いることができ、特にポリ塩化ビニル樹脂が使用される。また、必要に応じて、これらの樹脂材に可塑剤や難燃剤等の添加剤が含まれていてもよい。

　銅系導体被覆部１１は、銅系導体が絶縁被覆で被覆した銅系導体被覆電線１０において、銅系導体が露出しておらず、絶縁被覆で覆われている銅系導体の部分を意味する。銅系導体被覆部１１は、後述する超音波の影響を受けない当初の銅系導体の部分である。

　銅系導体露出部１２は、絶縁被覆の一部を所定の長さだけ剥いで銅系導体が露出している部分を意味する。銅系導体露出部１２は、後述する超音波が印加される銅系導体の部分であり、超音波により、アルミニウム系導体露出部２２と共に超音波接合部３０を形成する。絶縁被覆を剥ぐ長さは、銅系導体露出部１２が、アルミニウム系導体露出部２２と超音波接合できる程度の十分な長さを有していれば特に限定されるものではなく、対応するアルミニウム系導体露出部２２と接合される領域の範囲に応じて、適宜設定することができる。銅系導体露出部１２の長さ、すなわち、絶縁被覆を剥ぐ長さは、例えば、５～２５ｍｍが好ましく、１０～２０ｍｍがより好ましい。

（アルミニウム系導体被覆電線）
　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。

　アルミニウム系導体は、特に限定されるものではないが、例えば、純アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム－マンガン系合金（Ａｌ－Ｍｎ系合金）、アルミニウム－マグネシウム系合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）、アルミニウム－マグネシウム－ケイ素系合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）、アルミニウム－亜鉛－マグネシウム系合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金）、アルミニウム－銅－マグネシウム系合金（Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ合金）等のアルミニウム合金を用いることができる。より高い強度が付与される観点から、アルミニウム合金であることが好ましい。

　このようなアルミニウムまたはアルミニウム合金として、例えば、ＪＩＳ　Ｈ　４１００：２０１５の規格における合金番号１０５０、１０６０、１０７０、１１００または１２００の純アルミニウム、合金番号３００３または３２０３のＡｌ－Ｍｎ系合金、合金番号５０５２、５４５４、５０８３または５０８６のＡｌ－Ｍｇ系合金、合金番号６１０１、６Ｎ０１、６００５Ａ、６０６０、６０６１、６０６３または６０８２のＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金、合金番号７００３、７Ｎ０１、７００５、７０２０、７０５０または７０７５のＡｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金、合金番号２０１４、２０１４Ａ、２０１７、２０１７Ａまたは２０２４のＡｌ－Ｃｕ－Ｍｇ合金を用いることができる。

　アルミニウム系導体被覆部２１は、アルミニウム系導体が絶縁被覆で被覆した被覆電線１において、アルミニウム系導体が露出しておらず、絶縁被覆で覆われているアルミニウム系導体の部分を意味する。アルミニウム系導体被覆部２１は、後述する超音波の影響を受けない当初のアルミニウム系導体の部分である。

　アルミニウム系導体露出部２２は、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が露出している部分を意味する。アルミニウム系導体露出部２２は、後述する超音波が印加されるアルミニウム系導体の部分であり、超音波により、銅系導体露出部１２と共に超音波接合部３０を形成する。絶縁被覆を剥ぐ長さは、アルミニウム系導体露出部２２が、銅系導体露出部１２に接合できる程度の十分な長さを有していれば特に限定されるものではなく、対応する銅系導体露出部１２と接合する領域の範囲に応じて、適宜設定することができる。アルミニウム系導体露出部２２の長さ、すなわち、絶縁被覆を剥ぐ長さは、例えば、５～２５ｍｍが好ましく、１０～２０ｍｍがより好ましい。

（超音波接合部）
　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。また、超音波接合部３０は、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とを重ね合わせた導体積層部分の外周側にジョイント管５０を更に備えることによって一体的に構成することもできる。図２は、前記導体積層部分の外周側にジョイント管５０を備えた超音波接合部３０をもつ電線接続構造体の断面写真を示したものである。

　そして、本発明の構成上の主な特徴は、超音波接合によって形成した超音波接合部３０の接合界面の性状の適正化を図ること、より具体的には、超音波接合部３０の断面観察にて、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とが接触（接合）している部分の長さの合計である合計接触長さをＬ、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とが分離した部分に形成される空間Ｓの輪郭線長さの合計をｘとするとき、（ｘ／Ｌ）×１００≦１０％の関係式を満足することにあり、これによって、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引張強度）の低下を有効に抑制することができる。

　ここで、合計接触長さＬと空間の輪郭線長さの合計ｘが、（ｘ／Ｌ）×１００≦１０％の関係式を満足することとした理由は、（ｘ／Ｌ）×１００の数値が１０％よりも大きいと、超音波接合部３０の接合界面に存在する、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とが分離した部分が多くなって、隙間腐食の発生の原因となる前記空間の個数や容積が高くなって、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下が顕著になるからである。

　図３は、図２の超音波接合部を線図的に示したものであり、図４は、図３の超音波接合部を２点鎖線で拡大して示したものであって、アルミニウム系導体露出部と銅系導体露出部との接合界面に存在する、両露出部の接触している（接合）部分を実線で表したものであり、図５は、図３の超音波接合部を２点鎖線で拡大して示したものであって、アルミニウム系導体露出部と銅系導体露出部との接合界面に存在する、両露出部が分離した部分に形成される空間Ｓ（図５では３箇所）を実線で表したものであり、そして、図６は、図４に示す接触している部分の合計接触長さＬと、図５に示す空間Ｓの輪郭線長さの合計ｘの測定方法を説明するための図である。

　ここで、「合計接触長さＬ」は、超音波接合部３０の断面観察にて、アルミニウム系導体露出部２２と銅系導体露出部１２との接合界面に存在する、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とが接触（接合）している部分の長さの合計であって、具体的には、図４に示す実線の長さの総和を意味する。

　また、「空間の輪郭線長さの合計ｘ」は、超音波接合部３０の断面観察にて、アルミニウム系導体露出部２２と銅系導体露出部１２との接合界面に存在する、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とが分離した部分に形成される空間Ｓの輪郭線長さの合計であって、具体的には空間Ｓが１箇所だけに存在する場合には、空間Ｓで測定した輪郭線長さを意味し、また、図５に実線で示すように複数箇所（図５では３箇所）の空間Ｓが存在する場合には、複数箇所の空間Ｓでそれぞれ測定した輪郭線長さの総和を意味する。

　なお、合計接触長さＬと空間の輪郭線長さの合計ｘの測定は、超音波接合部３０の断面を、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて撮影し、撮影した画像または写真から、接合界面（図６では実線で示す。）の延在形状を極力近似できるような方法、例えば図６に示すように、長さが１０μｍ以下（例えば１０μｍ）の複数の直線を用いて折れ線グラフ状に結ぶ方法によって行った。

　また、本発明の電線接続構造体では、銅系導体とアルミニウム系導体は、引張強度の差が１００ＭＰａ以上であることが好ましい。これによって、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２のうち、一方の導体露出部（例えばアルミニウム系導体露出部２２）を、他方の導体露出部（例えば銅系導体露出部１２）に比べて変形しやすい材質とすることができるので、これらの導体同士を組み合わせることによって、超音波接合する際の加圧力によって、一方の導体露出部が相対的に大きくつぶれやすい構成になり、接合界面を構成する銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２との間に形成されやすい非接合（非接触）の空間Ｓに、一方の導体露出部が優先的に塑性変形又は溶融して前記空間Ｓ（隙間）が埋められる結果、健全な接合界面を有する超音波接合部の形成が可能になって、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下をより一層有効に抑制することができる。
　なお、引張強度の測定は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１に準じて各３本ずつ行い、その平均値を求めた。

　なお、本発明の電線接続構造体では、銅系導体とアルミニウム系導体は、引張強度の差が１００ＭＰａ以上であれば、引張強度が、銅系導体に比べてアルミニウム系導体の方が高くても、あるいは反対に、アルミニウム系導体に比べて銅系導体の方が高くてもよいため、銅系導体とアルミニウム系導体の組合せは、用途等に応じて適宜選択することができる。

（電線接続構造体の製造方法）
　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少なくとも含む。

（各被覆電線を準備する工程）
　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（０．１３ｍｍ^２）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（０．７５ｍｍ^２）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。

（各導体露出部を形成する工程）
　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。

（超音波接合部を形成する工程）
　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。また、超音波接合部３０は、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とを重ね合わせた導体積層部分の外周側にジョイント管５０の内部に挿入した後、ジョイント管５０の外面側から加圧しながら超音波接合することによって超音波接合部３０を形成してもよい。

　なお、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２の重ね合わせは、銅系導体露出部１２を構成する素線の束や、アルミニウム系導体露出部２２を構成する素線の束を、予め接合しておいてから接合された各導体露出部１２、２２同士を重ね合わせてもよい。

　超音波接合は、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２を重ね合わせた状態で垂直方向に加圧力を与えながら、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２との接合面３３に平行な超音波振動を印加することにより行われる。一般に、アルミニウムは、空気中の酸素に一瞬でも触れると表面に強靭な酸化被膜を形成することが知られており、また、金属表面は、油や埃などの物質による汚れが付着していることがある。超音波振動によって銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２との界面同士が摩擦により互いに擦れ合い、接合面３３の酸化被膜や付着物が取り除かれ、清浄な接合面に、活性化した金属分子が現れる。さらに超音波振動を与えると、摩擦熱による加熱から金属原子の運動が盛んになり、拡散による金属原子の移動が発生する。そして、相互の金属部材間に強力な引力が発生し、銅系導体露出部１２における銅系金属と、アルミニウム系導体露出部２２におけるアルミニウム系金属とが固相状態で接合する。

　このような超音波接合は、銅系導体露出部１２における銅系金属と、アルミニウム系導体露出部２２におけるアルミニウム系金属が固相状態で接合されるため、互いの金属が溶融する温度までは上昇せず、比較的低温（通常、母材溶融温度の３５～５０％程度）で行うことができる。一方、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２との接合面３３に平行な超音波振動を印加すると、超音波振動による微視的なせん断変形が生じ、これにより、銅系導体露出部１２とアルミニウム系導体露出部２２とから構成される超音波接合部３０が形成される。

　図７は、超音波接合装置４０を用いて、銅系導体被覆電線１０とアルミニウム導体被覆電線２２とを重ね合わせた後、その状態で、銅系導体露出部２２とアルミニウム系導体露出部１２との界面を超音波接合し、接合面３３をもつ超音波接合部３０を形成する工程を説明するための模式図である。

　超音波接合装置４０は、例えば図７に示すように、ホーン４１の加圧面とアンビル４２の加圧面との間に、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とを配置し、上下方向からホーン４１およびアンビル４２で、重ね合わせた銅系導体露出部１２およびアルミニウム系導体露出部２２を挟持するとともに、左右両側にはワーク保持治具（グライディングジョー）４３を配置して、重ね合わせた状態が崩れないように形状保持を行う。そして、超音波接合装置４０は、ホーン４１により、長手方向Ｘ（図５中の矢印Ａ１）に振動する超音波振動を発振させると同時に、アンビル４２により加圧方向Ｚ（図７中の矢印Ａ２）に加圧して押さえ込むことにより超音波接合を行うことができる。印加される超音波のエネルギーは、特に限定はしないが、１００～８００Ｗｓ（Ｊ）が好ましく、２００～７００Ｗｓがより好ましい。また、超音波接合部の圧縮率は、２０～８０％の範囲であることが好ましい。なお、ここでいう「圧縮率」とは、圧着前の断面積からの減少分を圧着前の断面積で割り算し、１００を掛けた値を意味する。

　このようにして超音波接合装置４０が動作することにより、ホーン４１から発振される超音波振動が、一方の導体露出部、図７では銅系導体露出部１２の内部を加圧方向Ｚ（図２中の矢印Ａ３１）に伝搬する結果、銅系導体露出部１２から接合面３３となる界面を介して、他方の導体露出部、図７ではアルミニウム系導体露出部２２の内部を加圧方向Ｚ（図２中の矢印Ａ３２）に伝搬され、界面周辺に接合面３３が形成される結果、超音波接合部３０が形成されることになる。このとき、超音波接合部の接合界面は、合計接触長さＬと空間Ｓの輪郭線長さの合計ｘが、ｘ／Ｌ）×１００≦１０％の関係式を満足することによって、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下を有効に抑制することができる。

　なお、上述した実施形態は、本発明のいくつかの代表的な実施形態を例示したにすぎず、本発明の範囲において、種々の変更を加えることができる。

　以下の実施例に基づき、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１～１０および比較例１～５）
　表１に示される組成および引張強度等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に示される組成および引張強度等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、重ね合わせた状態で、超音波接合装置（Schunk社製）の受け台（ホーン側）上に設置した。なお、実施例１～３については、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を重ね合わせた導体積層部分の外周側にジョイント管を配置した状態で超音波接合装置の受け台（ホーン側）上に設置した。その後、設置した導体積層部分の外面またはジョイント管の外面を、ホーンとアンビルで挟持した状態で、垂直方向に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。このようにして得られた各超音波接合部について、腐食試験を行い、腐食試験前後における電気抵抗および引抜強度を測定し、腐食試験後における電気抵抗の上昇率および引抜強度の低下率を算出し、これらの算出値から耐食性を総合評価した。

（評価方法）
＜合計接触長さＬと空間の輪郭線長さの合計ｘの測定＞
　合計接触長さＬと空間の輪郭線長さの合計ｘの測定は、超音波接合部３０の断面を、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて撮影し、撮影した画像または写真から、接合界面（図６では実線で示す。）の延在形状を極力近似できるような方法、例えば図６に示すように、長さが１０μｍ以下（例えば１０μｍ）の複数の直線を用いて折れ線グラフ状に結ぶ方法によって行った。

＜腐食試験＞
　腐食試験は、ＪＩＳ　Ｚ２３７１：２０１５に規定する塩水噴霧試験方法により行った。試験条件は、以下のとおりである。
［試験条件］
　・試験片サイズ　：２００ｍｍ（超音波接合部＋電線）
　・塩溶液　　　　：中性塩水
　・試験温度　　　：３５℃
　・ｐＨ　　　　　：７
　・圧縮空気の圧力：０．１ＭＰａ
　・試験時間　　　：９６ｈ

＜電気抵抗の測定＞
　電気抵抗は、上記腐食試験を行う前の試験片と、上記腐食試験を行った後の試験片について、一方を銅系導体被覆電線の銅系導体、他方をアルミニウム系導体被覆電線のアルミニウム系導体に電極を取り付け、日置電機株式会社製の回路素子測定器（製品名：３５６０　ＡＣ　ｍΩ　ＨｉＴＥＳＴＥＲ）により測定し、腐食試験後の試験片の電気抵抗が、腐食試験前の試験片の電気抵抗に比べて上昇した割合（上昇率（％））を求めた。

＜引抜強度の測定＞
　引抜強度は、上記腐食試験を行う前の試験片と、上記腐食試験を行った後の試験片について、超音波接合部と電線部をチャックに固定して測定した。腐食試験後の試験片の引抜強度が、腐食試験前の試験片の引抜強度に比べて低下した割合（低下率（％））を求めた。

　表２にこれらの評価結果を示す。

＜総合評価＞
　上記腐食試験後の電気抵抗の上昇率および引抜強度の低下率の結果を考慮して、総合評価を行った。総合評価は、電気抵抗値の上昇率と引き抜き強度の低下率の双方がともに１０％未満である場合を「◎」、電気抵抗値の上昇率と引き抜き強度の低下率の双方がともに５０％未満であり、かつ少なくとも一方が１０％以上である場合を「○」、そして、電気抵抗値の上昇率と引き抜き強度の低下率の少なくとも一方が５０％以上である場合を「×」とし、本実施例では、「◎」および「○」を合格レベルとした。

　表２に示す評価結果から、実施例１～１０の電線接続構造体は、いずれも腐食試験後において、電気抵抗の上昇率が１９％以下と抑制され、また、引抜強度の低下率も１５％以下と抑制され、耐食性に優れていた。これに対し、比較例１および２の電線接続構造体は不完全接合となり、また、比較例４の電線接続構造体は接合部破壊が生じて、いずれも健全な超音波接合部の形成ができなかった。さらに、比較例３および５の電線接続構造体は、いずれも腐食試験後において、電気抵抗の上昇率が３２０％以上であり、また、引抜強度の低下率が５０％以上であり、耐食性が劣っていた。

　本発明の電線接続構造体は、隙間腐食による電気抵抗の増加や、接合強度（引抜強度）の低下が抑制され、耐食性に優れていて、健全な超音波接合部が安定して形成できるため、自動車用ワイヤーハーネスのコネクタ等に好適に用いられる他、電子機器同士の配線や、多くの電気配線を必要とする多様な機械装置等にも使用できるなど、あらゆる分野での適用が期待できる。

　１　電線接続構造体
　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
　３３　接合面
　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）
　５０　ジョイント管

Claims

　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本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本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を重ね合わせた導体積層部分に接合部を形成してなる電線接続構造体であって、
　前記接合部の接合界面は、断面観察にて、
前記アルミニウム系導体被覆電線が溶融されて、前記銅系導体被覆電線の隙間を埋めるように形成された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、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本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本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を重ね合わせた導体積層部分に超音波接合部を形成してなる電線接続構造体であって、
　前記超音波接合部の接合界面は、断面観察にて、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が接触している部分の長さの合計である合計接触長さをＬ、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が分離した部分に形成される空間の輪郭線長さの合計をｘとするとき、
　　（ｘ／Ｌ）×１００≦１０％
の関係式を満足することを特徴とする電線接続構造体。
　前記銅系導体と前記アルミニウム系導体は、引張強度の差が１００ＭＰａ以上である、請求項１又は請求項２に記載の電線接続構造体。
　前記導体積層部分の外周側に、前記超音波接合部を形成してなるジョイント管を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電線接続構造体。