JP2020522873A - 銅端子とアルミ導線との継手及びその超音波溶接方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は銅端子とアルミ導線との継手を提供し、前記銅端子がコネクタと、コネクタに接続された機能部品とを含み、前記アルミ導線のコアが銅端子のコネクタに接続される前記銅端子とアルミ導線との継手において、前記アルミ導線のコアが間隔金属層を介して銅端子のコネクタに接続されることを特徴とする。
1)電気メッキ、電磁溶接、アーク式溶射または圧接の方式で、間隔金属層を溶接対象である銅端子またはアルミ導線における少なくとも溶接領域が含まれる位置に固定し、好ましくは、電気メッキの方式で、間隔金属層を溶接対象である銅端子またはアルミ導線における少なくとも溶接領域が含まれる位置に固定し、
2)前記銅端子をアルミ導線に接合し、超音波溶接機器の金型または治具に固定し、
3)超音波溶接機器を起動させ、超音波溶接機器の振動エネルギを超音波金型または治具に伝達し溶接することで、銅端子とアルミ導線が高速で摩擦し、発熱し溶融し、圧力の作用で溶接を完成する。
1.本発明の銅端子のコネクタとアルミ導線のコアとの間には間隔金属層が含まれ、大量の実験とテストを介して、間隔金属層の存在は、銅端子とアルミ導線との継手の力学性能及び電気性能を保証した上に、継手の耐電気化学腐食及び耐金属腐食の性能も大幅に向上する。
図1に示される銅端子とアルミ導線との継手は、該銅端子1が扁平銅端子であり、銅端子1がコネクタ11と機能部品12を含み、前記アルミ導線2がコア21及び絶縁層22を含み、アルミ導線が多芯アルミ導線(図1A)または中実アルミ導線(図1B)である。アルミ導線2のコアが銅端子1のコネクタ11に接続され、アルミ導線のコアと銅端子のコネクタとの間には間隔金属層3が含まれる。
1)銅端子に対して溶接領域で間隔金属層(本実施例において、ニッケルである)を電気メッキし、間隔金属層の厚さが8μmである。
2)銅端子を超音波溶接機器の金型に入れて、アルミ導線を超音波溶接機器の金型を入れて、銅端子に積み上げられ、
3)超音波溶接機器を起動させ、溶接ヘッドが三つの金属を圧密してから、振動溶接を始める。前記超音波の周波数が20KHZであり、超音波溶接機器の電力が5KWであり、溶接振幅が80%であり、超音波溶接ヘッドの圧力が4.5KNである。
図2に示される銅端子とアルミ導線との継手は、該銅端子1が開口端子であり、銅端子1がコネクタ11と機能部品12を含み、前記アルミ導線2がコア21及び絶縁層22を含み、アルミ導線は多芯アルミ導線(図2B)または中実アルミ導線(図2C)である。アルミ導線2のコア21が銅端子1のコネクタ11に接続され、アルミ導線のコアと銅端子のコネクタとの間にはさらに間隔金属層3が含まれる。
1)銅端子に対して溶接領域で間隔金属層(本実施例において、亜鉛である)を電気メッキし、間隔金属層の厚さが5μmである。
2)銅端子を圧着金型に入れて、アルミ導線のコアを銅端子の開口に入れて、圧着機を起動させ、アルミ導線を銅端子に圧着させることで、銅端子の開口がアルミ導線の溶接部分を覆って、
3)ステップ2)の圧着された三つの金属を超音波溶接金型に入れて、
4)超音波溶接機を起動させ、溶接ヘッドが三つの金属を圧密させてから、振動溶接を始める。前記超音波の周波数が20KHZであり、超音波溶接機器の電力が9KWであり、溶接振幅が90%であり、超音波溶接ヘッドの圧力が15KNである。
図3に示される銅端子とアルミ導線との継手は、該銅端子1が円筒端子であり、銅端子1がコネクタ11と機能部品12を含み、前記アルミ導線2がコア21及び絶縁層22を含み、アルミ導線が多芯アルミ導線(図3A)または中実アルミ導線(図3B)である。アルミ導線2のコア21が銅端子1のコネクタ11に接続され、アルミ導線のコアと銅端子のコネクタとの間にはさらに間隔金属層3が含まれる。
1)銅端子に対して溶接領域で間隔金属層(本実施例において、銀である)を電気メッキし、間隔金属層の厚さが10μmである。
2)アルミ導線のコア溶接領域を銅端子的の円筒に挿入し、
3)ステップ2)で取得された挿入接続後の三つの金属を超音波溶接機の金型に入れて、
4)超音波溶接機を起動させ、溶接ヘッドが三つの金属を圧密させてから、振動溶接を始める。前記超音波の周波数が25KHZであり、超音波溶接機器の電力が7.5KWであり、溶接振幅が100%であり、超音波溶接ヘッドの圧力が10KNである。
図4に示される銅端子とアルミ導線との継手は、該銅端子1が中実銅導線である。前記中実銅導線1がコネクタ11と、機能部品12とを含み、前記アルミ導線2がコア21及び絶縁層22を含み、アルミ導線が多芯アルミ導線(図4A)または中実アルミ導線(図4B)である。アルミ導線2のコア21が中実銅導線11に接続され、アルミ導線のコアと中実銅導線のコネクタとの間にはさらに間隔金属層3が含まれる。
1)銅端子に対して溶接領域で間隔金属層(本実施例において、アルミである)を電気メッキし、間隔金属層の厚さが6μmである。
2)銅端子を超音波溶接機の金型に入れて、アルミ導線を超音波溶接機の金型に入れて、中実銅導線に積み上げられ、
3)超音波溶接機を起動させ、溶接ヘッドが三つの金属を圧密させてから、振動溶接を始める。前記超音波の周波数が15KHZであり、溶接の振幅が80%であり、超音波溶接機器の電力が12KWであり、超音波溶接ヘッドの圧力が20KNである。
50セットの同じ材質と構成である銅端子とアルミ導線を採用し、同じ超音波溶接機及び治具、及び実施例1のような同じ溶接パラメータ、メッキ層の厚さ(8μm)と溶接方法を利用し、そのうち、10セットにはいかなる間隔層が含まれず、10セットに対して間隔金属層としてニッケル(Ni)が採用され、10セットに対して間隔金属層として亜鉛(Zn)が採用され、10セットに対してプライマとしてニッケル(Ni)が採用され、表面に亜鉛(Zn)をメッキし、残りの10セットに対して間隔層として防腐導電シール剤が採用され、溶接を完成した後、溶接継手の腐食前と腐食後の力学性能及び電気性能をそれぞれ対比する。
40セットの同じ材質と構成である銅端子とアルミ導線を採用し、同じ超音波溶接機及び治具、同じ間隔金属層Zn、同じ間隔金属層の厚さを利用し、そのうち、10セットに対して圧接方式で間隔金属層Znを在銅端子に固定し、10セットに対して、電磁溶接の方式で間隔金属層を銅端子に固定し、10セットに対して電気メッキの方式で間隔金属層であるZn層を銅端子に固定し、残りの10セットに対してアーク式溶射の方式で間隔金属層であるZnを銅端子に固定し、銅端子とアルミ導線を溶接し、溶接を完成した後、それぞれ銅端子とアルミ導線との継手の腐食前と腐食后の力学性能及び電気性能をテストし対比する。
120セットの同じ材質と構成でる銅端子とアルミ導線を採用し、12組に分けて、各組ごとに10セットがあり、同じ超音波溶接機及び治具、同じ間隔金属層Zn、同じ間隔金属層の厚さを利用して、同じアルミ導線と銅端子との重畳領域の面積で、異なる溶接領域の面積で溶接し、異なる溶接面積の、前記アルミ導線と銅端子との重畳領域の面積に占める比例の、超音波溶接継手の電気と力学性能に対する影響を対比する。
実施例3と同じ材質及び構成である150セットの銅端子とアルミ導線を採用して、15組に分けて、各組ごとに10セットがあり、それぞれ銅端子で電気メッキの方式で1μm〜1000μmである異なる厚さの亜鉛メッキ層をメッキし、間隔金属層として、圧接の方式で1000μm〜6000μmである異なる厚さの亜鉛を固定し、そして同じ超音波溶接機器及び治具によって、アルミ導線を銅端子に溶接し、溶接後の銅とアルミとの継手の引抜き力及び電位降下をテストする。
11 ・・・コネクタ
12 ・・・機能部品
2 ・・・アルミ導線
21 ・・・コア
22 ・・・絶縁層
3 ・・・間隔金属層
Claims (10)
- 銅端子とアルミ導線との継手であって、前記銅端子がコネクタと、コネクタに接続された機能部品とを含み、前記アルミ導線のコアが銅端子のコネクタに接続される前記銅端子とアルミ導線との継手において、
前記アルミ導線のコアが間隔金属層を介して銅端子のコネクタに接続されることを特徴とする銅端子とアルミ導線との継手。 - 前記銅端子は扁平端子、開口端子、円筒端子、または中実銅導線の一端であり、
好ましくは、前記アルミ導線は中実のアルミ導線または多芯のアルミ導線であることを特徴とする請求項1に記載の銅端子とアルミ導線との継手。 - 前記アルミ導線コアの材質はアルミまたはアルミ合金であり、前記銅端子の材質は銅または銅合金であることを特徴とする請求項1に記載の銅端子とアルミ導線との継手。
- 前記銅端子とアルミ導線との継手は溶接領域を有し、継手の溶接領域の面積が少なくともアルミ導線と銅端子との重畳領域の面積の1%であり、好ましくは、継手の溶接領域の面積が少なくともアルミ導線と銅端子との重畳領域の面積の10%であることを特徴とする請求項1に記載の銅端子とアルミ導線との継手。
- 前記間隔金属層の厚さが3μm〜5000μmであり、好ましくは、前記間隔金属層の厚さが5μm〜1000μmであることを特徴とする請求項1に記載の銅端子とアルミ導線との継手。
- 前記間隔金属層の材質の電極電位が銅とアルミとの電極電位の間にあり、または銅またはアルミの電極電位に等しく、好ましくは、前記間隔金属層の材質がニッケル、カドミウム、ジルコニウム、クロム、マンガン、アルミ、錫、チタン、亜鉛及びコバルトのうちの一つまたはその組み合わせであり、より好ましくは、前記間隔金属層の材質がアルミ、ニッケル及び亜鉛のうちの一つまたはその組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の銅端子とアルミ導線との継手。
- 前記間隔金属層の材質は金または銀、あるいはその組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の銅端子とアルミ導線との継手。
- 請求項1〜7のいずれかのい1項に記載の銅端子とアルミ導線との継手を製造する超音波溶接方法であって、前記溶接方法は以下のステップを含み、即ち、
1)電気メッキ、電磁溶接、アーク式溶射または圧接の方式で、間隔金属層を溶接対象である銅端子またはアルミ導線における少なくとも溶接領域が含まれる位置に固定し、好ましくは、電気メッキの方式で、間隔金属層を溶接対象である銅端子またはアルミ導線における少なくとも溶接領域が含まれる位置に固定し、
2)銅端子をアルミ導線に接合し、超音波溶接機器の金型または治具に固定し、
3)超音波溶接機器を起動させ、超音波溶接機器の振動エネルギを超音波金型または治具に伝達し溶接することで、銅端子とアルミ導線が高速で摩擦し、発熱し溶融し、圧力の作用で溶接を完成することを特徴とする方法。 - 前記超音波機器溶接の振幅が0〜100%であり、前記超音波機器の溶接ヘッドの圧力が0.5KN〜30KNであり、
好ましくは、前記超音波機器の溶接振幅が30〜100%であり、前記超音波機器の溶接ヘッドの圧力が3KN〜20KNであることを特徴とする請求項8に記載の方法。 - 前記超音波機器の周波数が5KHZ〜40KHZであり、前記超音波機器の電力が2KW〜20KWであり、
好ましくは、前記超音波機器の周波数が15KHZ〜25KHZであり、前記超音波機器の電力が5KW〜15KWであることを特徴とする請求項8に記載の方法。
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