CN110785894B - 电线连接结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电线连接结构体，其有效地抑制由铜系导体露出部与铝系导体露出部形成的超声波接合部因间隙腐蚀所造成的电阻增加、接合强度(拉拔强度)降低。电线连接结构体(1)包括1根以上具有铜系导体被覆部(11)及露出部(12)的铜系导体被覆电线(10)、及1根以上具有铝系导体被覆部(21)及露出部(22)的铝系导体被覆电线(20)，在铜系导体露出部(12)与铝系导体露出部(22)重叠而成的导体层叠部分形成超声波接合部(30)，超声波接合部(30)的接合界面(33)在截面观察中，铜系导体露出部(12)与铝系导体露出部(22)接触的部分的长度的合计即总接触长度L、和铜系导体露出部(12)与铝系导体露出部(22)分离的部分所形成的空间S的轮廓线长度的合计x满足(x/L)×100≤10％的关系式。

Description

电线连接结构体
技术领域
本发明提供具有由铜系导体露出部与铝系导体露出部形成的超声波接合部 的电线连接结构体。
背景技术
作为通过将电线彼此相互连结以进行电连接而形成的电线连接结构体，例 如可列举布置在汽车内用以供给电源或传输信号的线束。有些线束会非常长，例 如在从一个电源对各装置供电时，从一个电源起一根一根地布线，因此布线根数 变多，从而变重。因此，可使用如下方法：在通常情况下，自轻量化的观点考虑， 在从与电源的连接位置到接近各装置的位置(跟前位置)之间，用1根粗线形成 所布置的电线，在靠近各装置后使用接头使其分支为多根细线，另外，作为构成 电线的导体，使用重量轻的铝系材料代替铜系材料。
作为接合方法，例如可列举所谓的电阻焊接法，即将需焊接的部分用2个 电极夹住而使电流流过，利用电阻的发热和加压力将金属彼此接合。
至于电阻焊接法，如果所接合的电线的导体金属彼此均为铜系材料，则比较 容易形成健全的接合部，但在将例如Al系导体与Cu系导体这样的异种金属彼 此接合的情况下，仅熔点低的Al导体熔融，熔点高的Cu导体并未熔融，因此 无法形成健全的接合部，在利用该方法使熔点不同的异种金属彼此接合时，不得 不在短时间内加热到所需接合的两种金属的熔点以上的高温，难以控制接合条 件，且还存在高温加热所带来的安全方面的问题。
因此，在将异种金属彼此接合时，通常使用可在常温下接合的超声波接合法。 例如在专利文献1中记载了将构成绝缘电线的导体的各线料、及线料与金属套 管(或金属箔等)接合而成的线束。
而且，自减少构成线束的部件数量的观点考虑，还假设了并不使用金属套管， 在将铜系导体与铝系导体重叠的状态下，直接进行超声波接合的情况。
然而，在将铜系导体与铝系导体重叠而进行超声波接合时，作为铜系导体与 铝系导体，存在如下问题：由于分别不同的导体材料的组合、或接合条件的变更 等，存在变得容易在构成超声波接合部的铜系导体与铝系导体的接合界面存在 并未接合(接触)的缺陷部分(空间)的情况，在这种情况下，由于间隙腐蚀而 造成铝系导体部分阳极熔解，从而变得容易产生电阻增加、接合强度(拉拔强度) 降低。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本专利特开2010-44887号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
因此，本发明的目的在于实现由铜系导体露出部与铝系导体露出部形成的 超声波接合部的接合界面的性状的优化，由此提供有效地抑制了由于间隙腐蚀 所造成的电阻增加、或接合强度(拉拔强度)降低的电线连接结构体。
[用于解决问题的手段]
本发明人等对上述问题进行了深入研究，结果发现如下技术方案而完成本 发明：在通过铜系导体露出部与铝系导体露出部形成超声波接合部时，将铜系导 体露出部与铝系导体露出部中的一个导体露出部设为比另一个导体露出部更容 易变形的材质，优选将铜系导体与铝系导体设为由抗拉强度的差成为100MPa以 上的材质形成的导体彼此的组合，由此成为由于超声波接合时的加压力，一个导 体露出部相对较大程度地塌陷而容易塑性流动的构成，因此在容易形成于构成 接合界面的铜系导体露出部与铝系导体露出部之间的非接合(非接触)的空间中， 一个导体露出部由于塑性流动而进入，从而填埋所述空间，其结果变得可形成具 有健全的接合界面的超声波接合部，从而可有效地抑制由于间隙腐蚀所造成的 电阻增加、或接合强度(抗拉强度)降低。
即，本发明的主要构成如下所示。
(1)一种电线连接结构体，其是具有：1根以上铜系导体被覆电线，所述 铜系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金形成的铜系导体的铜系 导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铜系导体露出 的铜系导体露出部；及1根以上铝系导体被覆电线，所述铝系导体被覆电线具 有由铝或铝合金形成的铝系导体被绝缘包覆覆盖的铝系导体被覆部、及将所述 绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铝系导体露出的铝系导体露出部；且 在所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠而成的导体层叠部分形成接 合部而成的电线连接结构体，其特征在于，所述接合部的接合界面在截面观察中， 以所述铝系导体被覆电线熔融，填埋所述铜系导体被覆电线的间隙的方式形成。
(2)一种电线连接结构体，其是具有：1根以上铜系导体被覆电线，所述 铜系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金形成的铜系导体的铜系 导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铜系导体露出 的铜系导体露出部；及1根以上铝系导体被覆电线，所述铝系导体被覆电线具 有利用绝缘包覆覆盖由铝或铝合金形成的铝系导体的铝系导体被覆部、及将所 述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铝系导体露出的铝系导体露出部； 且在所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠的导体层叠部分形成超声 波接合部而成的电线连接结构体，其特征在于，所述超声波接合部的接合界面在 截面观察中，将所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部接触的部分的长度 的合计、即总接触长度设为L，将所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部分 离的部分所形成的空间的轮廓线长度的合计设为x时，满足如下的关系式：(x/L) ×100≤10％。
(3)根据上述(1)或(2)所述的电线连接结构体，其特征在于，所述铜 系导体与所述铝系导体的抗拉强度的差为100MPa以上。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的电线连接结构体，其特征在于， 在所述导体层叠部分的外周侧进一步具有形成所述超声波接合部而成的接管。
[发明效果]
根据本发明，可提供如下的电线连接结构体，其是具有：1根以上铜系导体 被覆电线，所述铜系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金形成的 铜系导体的铜系导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所 述铜系导体露出的铜系导体露出部；及1根以上铝系导体被覆电线，所述铝系 导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铝或铝合金形成的铝系导体的铝系导体 被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铝系导体露出的铝 系导体露出部；且在所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠而成的导 体层叠部分形成接合部而成的电线连接结构体，所述接合部的接合界面在截面 观察中，以所述铝系导体被覆电线熔融，填埋所述铜系导体被覆电线的间隙的方 式形成，由此而有效地抑制由于间隙腐蚀所造成的电阻增加、或接合强度(抗拉 强度)降低。
而且，根据本发明，可提供如下的电线连接结构体，其是具有：1根以上铜 系导体被覆电线，所述铜系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金 形成的铜系导体的铜系导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度 而使所述铜系导体露出的铜系导体露出部；及1根以上铝系导体被覆电线，所 述铝系导体被覆电线具有由铝或铝合金形成的铝系导体被绝缘包覆覆盖的铝系 导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铝系导体露出 的铝系导体露出部；且在所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠的导 体层叠部分形成超声波接合部而成的电线连接结构体，所述超声波接合部的接 合界面在截面观察中，将所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部接触的部 分的长度的合计、即总接触长度设为L，将所述铜系导体露出部与所述铝系导体 露出部分离的部分所形成的空间的轮廓线长度的合计设为x时，满足如下的关 系式：(x/L)×100≤10％，由此而有效地抑制由于间隙腐蚀所造成的电阻增加、 或接合强度(抗拉强度)降低。
附图说明
图1为本发明的一实施方式的电线连接结构体的立体图。
图2为构成本发明的另一实施方式的电线连接结构体的超声波接合部的截 面照片。
图3为以线图示出图2的超声波接合部的图。
图4为以实线示出存在于构成图3的超声波接合部的铝系导体露出部与铜 系导体露出部的接合界面的，两个露出部接触的(接合)部分的图。
图5为以实线示出存在于构成图3的超声波接合部的铝系导体露出部与铜 系导体露出部的接合界面的，两个露出部分离的部分所形成空间的图。
图6为用以说明图4所示的接触的部分的总接触长度L与图5所示的空间 的轮廓线长度的合计x的测定方法的图。
图7为用以说明使用超声波接合装置，将铜系导体露出部与铝系导体露出 部重叠并进行超声波接合的工序的示意图。
具体实施方式
以下，按照附图对本发明的实施方式加以说明。图1为依据本发明的一实 施方式的电线连接结构体的立体图。附图示出的电线连接结构体1具有：具有 铜系导体被覆部11及铜系导体露出部12的1根以上铜系导体被覆电线10、具 有铝系导体被覆部21及铝系导体露出部22的1根以上铝系导体被覆电线20。 而且，电线连接结构体1具有超声波接合部30，其形成于铜系导体露出部12与 铝系导体露出部22重叠的导体层叠部分。
(电线连接结构体)
本发明的电线连接结构体1具有：1根以上铜系导体被覆电线10，所述铜 系导体被覆电线10具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金形成的铜系导体的铜系 导体被覆部11、及将绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使铜系导体露出的铜系 导体露出部12；及1根以上铝系导体被覆电线20，所述铝系导体被覆电线20具 有由铝或铝合金形成的铝系导体被绝缘包覆覆盖的铝系导体被覆部21、及将绝 缘包覆的一部分剥开规定长度而使铝系导体露出的铝系导体露出部22；且在铜 系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠的导体层叠部分形成接合部而成的电 线连接结构体，接合部的接合界面在截面观察中，以铝系导体被覆电线熔融，填 埋铜系导体被覆电线的间隙的方式形成。
而且，本发明的电线连接结构体1具有：1根以上铜系导体被覆电线10，所 述铜系导体被覆电线10具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金形成的铜系导体的 铜系导体被覆部11、及将绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使铜系导体露出的 铜系导体露出部12；及1根以上铝系导体被覆电线20，所述铝系导体被覆电线 20具有由铝或铝合金形成的铝系导体被绝缘包覆覆盖的铝系导体被覆部21、及 将绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使铝系导体露出的铝系导体露出部22；且 在铜系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠的导体层叠部分形成超声波接合 部而成的电线连接结构体，超声波接合部的接合界面在截面观察中，在将所述铜 系导体露出部与所述铝系导体露出部接触的部分的长度的合计、即总接触长度 设为L，将所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部分离的部分所形成的空间 的轮廓线长度的合计设为x时，满足如下的关系式：(x/L)×100≤10％。关于构 成电线连接结构体1的各元件如下所示，此种电线连接结构体10可有效地抑制 由于间隙腐蚀所造成的电阻增加、或接合强度(拉拔强度)降低。
(铜系导体被覆电线)
本发明中所使用的铜系导体被覆电线10具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合 金形成的铜系导体的铜系导体被覆部11、及将绝缘包覆的一部分剥开规定长度 而使铜系导体露出的铜系导体露出部12。铜系导体被覆电线10例如可以是将由 铜系材料形成的多根线料捆扎而构成的铜系导体被绝缘包覆覆盖的1根被覆电 线，或者也可以是将此种被覆电线捆扎而构成的多根被覆电线。而且，铜系导体 优选以成为规定截面积的方式对线料进行加捻而构成，但并不限定于该形态，也 可以由单线构成。构成铜系导体的线料的线径及根数并无特别限定，例如优选将 线料的线径设为0.05～1mm的范围，将线料的根数设为7～90根的范围。
铜系导体并无特别限定，例如可列举韧铜、无氧铜、磷脱氧铜等纯铜，或黄 铜、磷青铜、科森系铜合金(Cu-Ni-Si系合金)等。
作为此种铜或铜合金，例如可使用JIS H 3100：2012标准中的合金编号 C1000系的纯铜、合金编号C2000系的Cu-Zn系合金、合金编号C5000系的Cu- Sn系合金、合金编号C6000系的Cu-Al系合金。
绝缘包覆只要是具有绝缘性的材料就没有特别限定，例如可使用以聚氯乙 烯、交联聚氯乙烯、氯丁二烯橡胶等为主成分的卤素系树脂、或以聚乙烯、交联 聚乙烯、乙烯-丙烯橡胶、硅橡胶、聚酯等为主成分的无卤素型树脂等作为构成 绝缘包覆的树脂材料，尤其是使用聚氯乙烯树脂。而且，还可以视需要在这些树 脂材料中含有增塑剂或阻燃剂等添加剂。
铜系导体被覆部11是表示在铜系导体被绝缘包覆覆盖的铜系导体被覆电线 10中，并未露出铜系导体，被绝缘包覆覆盖的铜系导体的部分。铜系导体被覆 部11是并不受到后述的超声波的影响的最初的铜系导体的部分。
铜系导体露出部12表示将绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使铜系导体露 出的部分。铜系导体露出部12是施加后述的超声波的铜系导体的部分，利用超 声波与铝系导体露出部22一同形成超声波接合部30。剥开绝缘包覆的长度只要 是铜系导体露出部12具有可与铝系导体露出部22超声波接合的程度的足够的 长度，就没有特别限定，可根据与对应的铝系导体露出部22接合的区域的范围 而适宜设定。铜系导体露出部12的长度、即剥开绝缘包覆的长度例如优选为5～ 25mm，更优选为10～20mm。
(铝系导体被覆电线)
本发明中所使用的铝系被覆电线20具有铝系导体被绝缘包覆覆盖的铝系导 体被覆部21、及将绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使铝系导体露出的铝系导 体露出部22。铝系被覆电线20例如可以是将由铝系材料形成的多根线料捆扎而 构成的铝系导体被绝缘包覆覆盖的1根被覆电线，或者也可以是将此种被覆电 线捆扎而构成的多根被覆电线。而且，铝系导体优选以成为规定截面积的方式对 线料进行加捻而构成，但并不限定于该形态，也可以由单线构成。构成铝系导体 的线料的线径及根数并无特别限定，例如优选将线料的线径设为0.05～1mm的 范围，将线料的根数设为7～90根的范围。
铝系导体并无特别限定，例如可使用纯铝(Al)，铝-锰系合金(Al-Mn系合 金)、铝-镁系合金(Al-Mg系合金)、铝-镁-硅系合金(Al-Mg-Si系合金)、铝-锌 -镁系合金(Al-Zn-Mg系合金)、铝-铜-镁系合金(Al-Cu-Mg合金)等铝合金。 自赋予更高强度的观点考虑，优选为铝合金。
作为此种铝或铝合金，例如可使用JIS H 4100：2015标准中的合金编号1050、1060、1070、1100或1200的纯铝，合金编号3003或3203的Al-Mn系合金、合 金编号5052、5454、5083或5086的Al-Mg系合金、合金编号6101、6N01、 6005A、6060、6061、6063或6082的Al-Mg-Si系合金、合金编号7003、7N01、 7005、7020、7050或7075的Al-Zn-Mg系合金、合金编号2014、2014A、2017、 2017A或2024的Al-Cu-Mg合金。
绝缘包覆只要是具有绝缘性的材料就没有特别限定，例如可使用以聚氯乙 烯、交联聚氯乙烯、氯丁二烯橡胶等为主成分的卤素系树脂、或以聚乙烯、交联 聚乙烯、乙烯-丙烯橡胶、硅橡胶、聚酯等为主成分的无卤素型树脂等作为构成 绝缘包覆的树脂材料，尤其是使用聚氯乙烯树脂。而且，还可以视需要在这些树 脂材料中含有增塑剂或阻燃剂等添加剂。
铝系导体被覆部21是表示在铝系导体被绝缘包覆覆盖的被覆电线1中，并 未露出铝系导体，被绝缘包覆覆盖的铝系导体的部分。铝系导体被覆部21是并 不受到后述的超声波的影响的最初的铝系导体的部分。
铝系导体露出部22表示将绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使铝系导体露 出的部分。铝系导体露出部22是施加后述的超声波的铝系导体的部分，利用超 声波与铜系导体露出部12一同形成超声波接合部30。剥开绝缘包覆的长度只要 是铝系导体露出部22具有可与铜系导体露出部12接合的程度的足够的长度， 就没有特别限定，可根据与对应的铜系导体露出部12接合的区域的范围而适宜 设定。铝系导体露出部22的长度、即剥开绝缘包覆的长度例如优选为5～25mm， 更优选为10～20mm。
(超声波接合部)
本发明的电线连接结构体10具有由铜系导体露出部12与铝系导体露出部 22形成的超声波接合部30。而且，超声波接合部30还可以通过在铜系导体露 出部12与铝系导体露出部22重叠的导体层叠部分的外周侧进一步具有接管50 而一体地构成。图2示出了具有超声波接合部30的电线连接结构体的截面照片， 所述超声波接合部30在所述导体层叠部分的外周侧具有接管50。
而且，本发明的构成上的主要特征是实现通过超声波接合而形成的超声波 接合部30的接合界面的性状的优化，更具体而言，在超声波接合部30的截面 观察中，在将铜系导体露出部12与铝系导体露出部22接触(接合)的部分的 长度的合计、即总接触长度设为L，将铜系导体露出部12与铝系导体露出部22 分离的部分所形成的空间S的轮廓线长度的合计设为x时，满足(x/L)×100≤10％ 的关系式，由此可有效地抑制由于间隙腐蚀所造成的电阻增加、或接合强度(抗 拉强度)降低。
此处，将总接触长度L与空间的轮廓线长度的合计x设为满足(x/L)×100≤10％的关系式的原因在于：如果(x/L)×100的数值大于10％，则存在于超声波接合 部30的接合界面的铜系导体露出部12与铝系导体露出部22分离的部分变多， 成为产生间隙腐蚀的原因的所述空间的个数或体积变高，从而导致由于间隙腐 蚀所造成的电阻增加、或接合强度(拉拔强度)降低变显著。
图3以线图示出图2的超声波接合部，图4以双点画线放大示出图3的超 声波接合部，且以实线表示存在于铝系导体露出部与铜系导体露出部的接合界 面的、两个露出部接触的(接合)部分，图5以双点画线放大示出图3的超声波 接合部，且以实线表示存在于铝系导体露出部与铜系导体露出部的接合界面的、 两个露出部分离的部分所形成的空间S(在图5中为3处)，而且图6为用以说 明图4所示的接触的部分的总接触长度L与图5所示的空间S的轮廓线长度的 合计x的测定方法的图。
此处，“总接触长度L”是在超声波接合部30的截面观察中，存在于铝系 导体露出部22与铜系导体露出部12的接合界面的、铜系导体露出部12与铝系 导体露出部22接触(接合)的部分的长度的合计，具体而言表示图4所示的实 线的长度的总和。
而且，“空间的轮廓线长度的合计x”是在超声波接合部30的截面观察中， 存在于铝系导体露出部22与铜系导体露出部12的接合界面的、铜系导体露出 部12与铝系导体露出部22分离的部分所形成的空间S的轮廓线长度的合计， 具体而言在空间S仅存在1处的情况下，表示在空间S中所测定的轮廓线长度， 而且在如图5中以实线示出那样存在多处(在图5中为3处)空间S的情况下， 表示在多处空间S中分别测定的轮廓线长度的总和。
另外，总接触长度L与空间的轮廓线长度的合计x的测定是通过如下方法 而进行：使用光学显微镜或电子显微镜对超声波接合部30的截面进行拍摄，根 据所拍摄的图像或照片，尽可能近似出接合界面(在图6中以实线示出)的延伸 形状的方法，例如如图6所示那样，使用长度为10μm以下(例如10μm)的多 个直线连结为折线图状的方法。
而且，在本发明的电线连接结构体中，优选铜系导体与铝系导体的抗拉强度 的差为100MPa以上。由此可将铜系导体露出部12与铝系导体露出部22中的 一个导体露出部(例如铝系导体露出部22)设为比另一个导体露出部(例如铜 系导体露出部12)更容易变形的材质，因此通过将这些导体彼此组合，而成为 由于超声波接合时的加压力，一个导体露出部相对容易较大程度地塌陷的构成， 在容易形成于构成接合界面的铜系导体露出部12与铝系导体露出部22之间的 非接合(非接触)的空间S中，一个导体露出部优先塑性变形或熔融而填埋所述 空间S(间隙)，其结果变得可形成具有健全的接合界面的超声波接合部，从而 可更进一步有效地抑制由于间隙腐蚀所造成的电阻增加、或接合强度(拉拔强度) 降低。
另外，测定抗拉强度时是基于JIS Z 2241而各测定3根，并求出其平均值。
另外，在本发明的电线连接结构体中，如果铜系导体与铝系导体的抗拉强度 的差为100MPa以上，则抗拉强度可以是铝系导体比铜系导体高，或者也可以相 反地铜系导体比铝系导体高，因此铜系导体与铝系导体的组合可以根据用途等 而适宜选择。
(电线连接结构体的制造方法)
其次，对本发明的电线连接结构体1的制造方法加以说明。本发明中的电 线连接结构体1的制造方法主要至少包括：准备铜系导体被覆电线10与铝系导 体被覆电线20的工序、形成铜系导体露出部及铝系导体露出部的工序、对铜系 导体露出部及铝系导体露出部进行超声波接合而形成超声波接合部的工序。
(准备各被覆电线的工序)
首先，准备具有铜系导体被绝缘包覆覆盖的铜系导体被覆部11的铜系导体 被覆电线10和具有铝系导体被绝缘包覆覆盖的铝系导体被覆部21的铝系导体 被覆电线20。构成铜系导体被覆电线10的铜系导体及绝缘包覆、以及构成铝系 被覆电线20的铝系导体及绝缘包覆分别可使用上述材料，绝缘包覆优选为聚氯 乙烯树脂。而且，铜系导体并无特别限定，优选将由铜系材料形成的多根线料捻 合、捆扎而构成的铜系导体。例如可使用将7根铜系线料捻合、捆扎而构成的尺 寸(厚度)为0.13sq(0.13mm2)的铜系导体。而且，铝系导体并无特别限定， 优选将由铝系材料形成的多根线料捻合、捆扎而构成的铝系导体。例如可使用将 7根铝系线料捻合、捆扎而构成的尺寸(厚度)为0.75sq(0.75mm2)的铝系导 体。
(形成各导体露出部的工序)
其次，铜系导体被覆电线及铝系导体被覆电线分别形成将绝缘包覆的一部 分剥开规定长度而露出的铜系导体露出部12及铝系导体露出部22。剥开绝缘包 覆的方法并无特别限定，例如可使用剥线钳等工具或机器。至于剥开绝缘包覆的 长度，两个被覆电线10及20可分别根据导体露出部12及22的超声波接合的 区域的范围而适宜设计，例如优选5～25mm，特别优选10～25mm。
(形成超声波接合部的工序)
进一步在使所形成的铜系导体露出部12及铝系导体露出部22重叠的状态 下进行超声波接合，由此形成超声波接合部30。而且，超声波接合部30也可以 在将铜系导体露出部12与铝系导体露出部22重叠而形成的导体层叠部分的外 周侧***到接管50的内部后，一边自接管50的外面侧加压一边进行超声波接 合，由此形成超声波接合部30。
另外，关于铜系导体露出部12与铝系导体露出部22的重叠，也可以在将 构成铜系导体露出部12的线料束、或构成铝系导体露出部22的线料束预先接 合后，将所接合的各导体露出部12、22彼此重叠。
超声波接合可通过如下方式而进行：在铜系导体露出部12与铝系导体露出 部22重叠的状态下，一边对垂直方向施加压力，一边施加和铜系导体露出部12 与铝系导体露出部22的接合面33平行的超声波振动。已知在通常情况下，铝 与空气中的氧接触会瞬间在表面形成强韧的氧化覆膜，而且，金属表面有时会附 着油或尘埃等物质的污垢。通过超声波振动使铜系导体露出部12与铝系导体露 出部22的界面彼此由于摩擦而相互擦碰，将接合面33的氧化覆膜或附着物去 除，在清洁的接合面上出现活性金属分子。如果进一步施加超声波振动，则由于 摩擦热所带来的加热使金属原子的运动变活跃，产生由于扩散所引起的金属原 子的移动。而且，在相互的金属构件间产生较强的引力，铜系导体露出部12的 铜系金属与铝系导体露出部22的铝系金属以固相状态接合。
此种超声波接合使铜系导体露出部12的铜系金属与铝系导体露出部22的 铝系金属以固相状态接合，因此并未上升到相互的金属熔融的温度，可以在比较 低温(通常为母材熔融温度的35～50％左右)下进行。另一方面，如果施加和铜 系导体露出部12与铝系导体露出部22的接合面33平行的超声波振动，则产生 由于超声波振动所造成的微观的剪切变形，由此形成由铜系导体露出部12与铝 系导体露出部22构成的超声波接合部30。
图7为用以说明使用超声波接合装置40，将铜系导体被覆电线10与铝系导 体被覆电线22重叠后，在该状态下对铜系导体露出部22与铝系导体露出部12 的界面进行超声波接合，从而形成具有接合面33的超声波接合部30的工序的 示意图。
超声波接合装置40例如如图7所示那样，在焊头41的加压面与砧座42的 加压面之间，配置重叠状态的铜系导体露出部12与铝系导体露出部22，利用焊 头41及砧座42自上下方向夹持重叠的铜系导体露出部12及铝系导体露出部 22，同时在左右两侧配置工件保持夹具(滑动颚板)43，以重叠状态并不走样的 方式进行形状保持。而且，超声波接合装置40可通过如下方式进行超声波接合： 利用焊头41发出在长度方向X(图7中的箭头A1)上振动的超声波振动，同时 利用砧座42在加压方向Z(图7中的箭头A2)上加压而进行按压。所施加的超 声波的能量并无特别限定，优选100～800Ws(J)，更优选200～700Ws。而且， 超声波接合部的压缩率优选为20～80％的范围。另外，此处所谓“压缩率”是 表示压接前的截面积的减少量除以压接前的截面积，乘以100的值。
通过如此地使超声波接合装置40工作，自焊头41发出的超声波振动使一 个导体露出部、在图7中为铜系导体露出部12的内部向加压方向Z(图7中的 箭头A31)上传播，其结果经由由铜系导体露出部12成为接合面33的界面，使 另一个导体露出部、在图7中为铝系导体露出部22的内部向加压方向Z(图7 中的箭头A32)上传播，在界面周边形成接合面33，其结果形成超声波接合部 30。此处，超声波接合部的接合界面使总接触长度L与空间S的轮廓线长度的 合计x满足(x/L)×100≤10％的关系式，由此可有效地抑制由于间隙腐蚀所造成 的电阻增加、或接合强度(拉拔强度)降低。
另外，上述实施方式不过是本发明的数个代表性实施方式的例示，可以在本 发明的范围内加以各种变更。
[实施例]
基于以下的实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于这些 实施例。
(实施例1～10及比较例1～5)
通过用聚氯乙烯绝缘覆膜覆盖具有表1所示的组成及抗拉强度等的铜系导 体来准备铜系导体被覆电线10，且通过用聚氯乙烯绝缘覆膜覆盖具有表1所示 的组成及抗拉强度等的铝系导体来准备铝系导体被覆电线20。其次，用剥线钳 将各被覆电线10、20的前端侧分别剥去约1.5cm，形成露出了铜系导体的铜系 导体露出部12、露出了铝系导体的铝系导体露出部22。将所形成的铜系导体被 覆电线10的铜系导体露出部12与铝系导体被覆电线20的铝系导体露出部22 重叠后，在重叠的状态下设置于超声波接合装置(Schunk公司制造)的承受台 (焊头侧)上。另外，关于实施例1～3，在将铜系导体露出部12与铝系导体被覆电线20的铝系导体露出部22重叠的导体层叠部分的外周侧配置了接管的状 态下，配置于超声波接合装置的承受台(焊头侧)上。其后，在用焊头和砧座夹 持所设置的导体层叠部分的外表面或接管的外表面的状态下，一边对垂直方向 施加加压力，一边根据表1所示的接合条件施加超声波，通过超声波接合形成 一体化的超声波接合部。关于如此而获得的各超声波接合部，进行腐蚀试验，测 定腐蚀试验前后的电阻及拉拔强度，计算出腐蚀试验后的电阻的上升率及拉拔 强度的降低率，根据这些计算值综合评价耐蚀性。
(评价方法)
＜总接触长度L与空间的轮廓线长度的合计x的测定＞
总接触长度L与空的轮廓线长度的合计x的测定可通过如下方法而进行： 使用光学显微镜或电子显微镜对超声波接合部30的截面进行拍摄，根据所拍摄 的图像或照片，尽可能近似出接合界面(在图6中以实线示出)的延伸形状的方 法，例如如图6所示那样，使用长度为10μm以下(例如10μm)的多个直线连 结为折线图状的方法。
＜腐蚀试验＞
腐蚀试验利用JIS Z2371：2015中所规定的盐水喷雾试验方法而进行。试验 条件如下所示。
[试验条件]
·试片尺寸：200mm(超声波接合部+电线)
·盐溶液：中性盐水
·试验温度：35℃
·pH：7
·压缩空气的压力：0.1MPa
·试验时间：96h
＜电阻的测定＞
电阻是关于进行上述腐蚀试验前的试片和进行上述腐蚀试验后的试片，对 于一个在铜系导体被覆电线的铜系导体上安装电极，对于另一个在铝系导体被 覆电线的铝系导体上安装电极，利用日置电机株式会社制造的电路元件测定器 (产品名：3560AC mΩHiTESTER)进行测定，求出腐蚀试验后的试片的电阻 与腐蚀试验前的试片的电阻相比而言上升的比率(上升率(％))。
＜拉拔强度的测定＞
拉拔强度关于进行上述腐蚀试验前的试片和进行上述腐蚀试验后的试片， 将超声波接合部与电线部固定于夹头上进行测定。求出腐蚀试验后的试片的拉 拔强度与腐蚀试验前的试片的拉拔强度相比而言降低的比率(降低率(％))。
于表2中示出它们的评价结果。
＜综合评价＞
考虑上述腐蚀试验后的电阻的上升率及拉拔强度的降低率的结果而进行综 合评价。综合评价将电阻值的上升率与拉拔强度的降低率双方均不足10％的情 况设为“◎”，将电阻值的上升率与拉拔强度的降低率双方均不足50％且至少 一者为10％以上的情况设为“○”，而且将电阻值的上升率与拉拔强度的降低率 的至少一者为50％以上的情况评价为“×”，在本实施例中，将“◎”及“○” 作为合格水平。
[表1]
Figure BDA0002332154120000141
[表2]
Figure BDA0002332154120000151
根据表2所示的评价结果可知：实施例1～10的电线连接结构体均在腐蚀 试验后将电阻的上升率抑制为19％以下，而且，拉拔强度的降低率也被抑制为 15％以下，耐蚀性优异。而比较例1及2的电线连接结构体成为不完全接合，而 且，比较例4的电线连接结构体产生接合部破坏，均无法形成健全的超声波接 合部。另外，比较例3及5的电线连接结构体均是在腐蚀试验后，电阻的上升 率为320％以上，而且拉拔强度的降低率为50％以上，耐蚀性差。
工业上的可利用性
本发明的电线连接结构体抑制由于间隙腐蚀所造成的电阻增加、或接合强 度(拉拔强度)降低，耐蚀性优异，可稳定地形成健全的超声波接合部，因此可 适用于汽车用线束的连接器等中，除此以外还可以在电子设备之间的布线、或需 要多根电力布线的多种机械装置等中使用等，可期待适用于各个领域中。
符号说明
1：电线连接结构体
10：铜系导体被覆电线
11：铜系导体被覆部
12：铜系导体露出部
20：铝系导体被覆电线
21：铝系导体被覆部
22：铝系导体露出部
30：超声波接合部
33：接合面
40：超声波接合装置
41：焊头(或声导杆)
42：砧座
43：工件保持夹具(滑动颚板)
50：接管

Claims (5)

1.一种电线连接结构体，其具有：
1根以上铜系导体被覆电线，所述铜系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金形成的铜系导体的铜系导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铜系导体露出的铜系导体露出部；及
1根以上铝系导体被覆电线，所述铝系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铝或铝合金形成的铝系导体的铝系导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铝系导体露出的铝系导体露出部，
在所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠而成的导体层叠部分形成接合部，所述电线连接结构体的特征在于，
所述接合部的接合界面形成为，在截面观察中，
所述铝系导体被覆电线熔融，并填埋所述铜系导体被覆电线的间隙。
2.一种电线连接结构体，其具有：
1根以上铜系导体被覆电线，所述铜系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铜或铜合金形成的铜系导体的铜系导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铜系导体露出的铜系导体露出部；
1根以上铝系导体被覆电线，所述铝系导体被覆电线具有利用绝缘包覆覆盖由铝或铝合金形成的铝系导体的铝系导体被覆部、及将所述绝缘包覆的一部分剥开规定长度而使所述铝系导体露出的铝系导体露出部，
在所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部重叠的导体层叠部分形成超声波接合部，所述电线连接结构体的特征在于，
所述超声波接合部的接合界面在截面观察中，当将所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部接触的部分的长度的合计、即总接触长度设为L，将在所述铜系导体露出部与所述铝系导体露出部分离的部分所形成的空间的轮廓线长度的合计设为x时，满足如下的关系式：
(x/L)×100≤10％。
3.根据权利要求1或2所述的电线连接结构体，其特征在于，所述铜系导体与所述铝系导体的抗拉强度的差为100MPa以上。
4.根据权利要求1或2所述的电线连接结构体，其特征在于，在所述导体层叠部分的外周侧进一步具有形成超声波接合部而成的接管。
5.根据权利要求3所述的电线连接结构体，其特征在于，在所述导体层叠部分的外周侧进一步具有形成超声波接合部而成的接管。
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