WO2015049874A1 - 電気的接続部、モータ、電気機器、電気的接続部の製造方法、モータの製造方法、及び電気機器の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electrical connection portion using an aluminum wire, a motor, an electrical device, a manufacturing method of the electrical connection portion, a manufacturing method of the motor, and a manufacturing method of the electrical device.
- solder joints can provide sufficient performance for the reliability of the joint, on the other hand, of course, economic costs related to soldering are required, and it goes without saying that this impedes management economics.
- FIG. 7 is a schematic view showing an example of a conventional ultrasonic welding method.
- the method of welding the aluminum electric wire 6 and the terminal 93 using an ultrasonic wave, and comprising an electrical connection part is shown.
- this conventional method first, an aluminum electric wire 6 in which an aluminum conductor 1 is covered with an insulating film 2 is connected to a terminal 93 and is sandwiched between a chip 4 and an anvil 5. And the aluminum electric wire 6 is pressurized with the chip
- the terminal 3 and the aluminum wire 6 are ultrasonically welded in this way to form the electrical connection portion 90.
- the insulating coating is more easily removed by plating the adherend for ultrasonic welding of the electric wires to increase the surface hardness of the adherend. It describes the technology to make it easier to perform and to stabilize and join during ultrasonic welding.
- Patent Document 3 describes a technique relating to ultrasonic bonding of a core wire made of a plurality of strands and a twisted wire made of a thermoplastic insulating film covering them.
- the shape of the jig that fixes the stranded wire during ultrasonic welding is studied to make the stranded wire difficult to move, thereby stabilizing the joining during ultrasonic welding.
- the aluminum electric wire when the aluminum electric wire is a thin wire, the aluminum electric wire may be broken when the insulating film is peeled off, which is a further problem.
- the method of ultrasonic welding the aluminum electric wire and the terminal while leaving the insulating coating of the aluminum electric wire easily causes variations in the quality of the joined state due to the influence of the insulating coating. For this reason, it is widely known that such a construction method has a high degree of difficulty because there are few successful examples in which the reliability can be stably maintained.
- Patent Document 1 The technique described in Patent Document 1 is intended for copper wires and does not consider low-strength aluminum wires. For this reason, it has not been verified about the joining of aluminum electric wires.
- the strength is locally reduced, or by locally damaging the insulating coating, ultrasonic welding becomes local welding, The strength is low. For this reason, there is a possibility of bonding with low reliability.
- adding the process of scratching the insulating coating itself has a problem that it takes extra work steps and lowers productivity.
- Patent Document 2 The technique described in Patent Document 2 is based on the premise that a copper wire is ultrasonically welded to an insulating substrate, and no consideration is given to joining an aluminum wire to a terminal. In addition, there is a need for plating on the terminals, which newly introduces a problem from the management aspect that the material cost increases.
- Patent Document 3 is based on the premise that the core wire is a copper wire and the insulating coating is a thermoplastic resin, and ultrasonic bonding of a low-strength aluminum electric wire has not been verified.
- the electrical connection portion 90 formed by the conventional ultrasonic welding method shown in FIG. 7 has a problem that the bonding strength of the aluminum wire neck portion 8 in FIG. 7 is lowered.
- the electrical connection part of the present invention is an electrical connection part that includes an insulating conductor in which an aluminum conductor part is covered with an insulating film and a terminal, and the conductor part is electrically connected to the terminal.
- This terminal includes a first terminal portion and a second terminal portion.
- the electrical connection portion includes a conductive portion in which the conductor portion is electrically connected to the first terminal portion and the second terminal portion, and the conductor portion is connected to the first terminal portion and the second terminal portion via an insulating film.
- a non-conducting portion in contact with the two terminal portions.
- this electrical connection part is the structure in which the 1st terminal part and the 2nd terminal part pinch
- the motor of the present invention is a motor including the electrical connection portion.
- the electrical device of the present invention is an electrical device including the electrical connection part.
- the method for manufacturing an electrical connection portion of the present invention is a method for manufacturing an electrical connection portion that includes an insulating conductor in which an aluminum conductor portion is covered with an insulating film and a terminal, and electrically connects the conductor portion to the terminal. .
- an insulated conductor is sandwiched between a first terminal portion and a second terminal portion formed by bending a terminal.
- the chip is lowered and the terminal is pushed to fix the insulated conductor to the terminal.
- the manufacturing method of the electrical connection part which pressurizes, vibrating a chip
- the motor manufacturing method of the present invention is a motor manufacturing method including the method for manufacturing the electrical connection portion.
- the method for manufacturing an electric device according to the present invention is a method for manufacturing an electric device including the method for manufacturing the electrical connection portion.
- the joining portion is provided without providing a step of peeling the insulating film. It is possible to easily provide an electric device having a highly reliable electrical connection portion with high strength and low cost.
- FIG. 1 is a diagram showing ultrasonic welding of an aluminum electric wire and a terminal in Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing an outline of a process of ultrasonic welding of the aluminum electric wire and the terminal in the first embodiment of the present invention.
- FIG. 3A is a diagram showing a bonding strength test method according to the present invention.
- FIG. 3B is a diagram illustrating a bonding strength test method in a comparative example.
- FIG. 4 is an assembled perspective view of the motor according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of a compressor using the motor of the present invention as an example of an electric device according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a blower using the motor of the present invention as another example of the electric apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 7 is a diagram showing ultrasonic welding of a conventional aluminum wire and
- FIG. 1 is a configuration diagram of an electrical connection portion in the embodiment of the present invention.
- the electrical connection portion 10 is configured by electrically connecting the aluminum wire 6 and the terminal 3 by ultrasonic welding.
- an example of an insulated conductor in which a conductor portion made of an aluminum wire is covered with an insulating coating is given as the aluminum electric wire 6. That is, the aluminum electric wire 6 is formed by covering the aluminum conductor 1 as a conductor portion with the insulating coating 2.
- the aluminum conductor 1 may contain a trace amount of impurities.
- the terminal 3 is the structure containing the 1st terminal part 31 and the 2nd terminal part 32, as shown in FIG. 1, and the material of the terminal 3 is copper or a copper alloy.
- the electrical connection portion 10 is formed by ultrasonic welding with the aluminum wire 6 sandwiched between the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32 of the terminal 3. Yes.
- a tip 4 and an anvil 5 facing the tip 4 are used.
- the anvil 5 is a table on which a member (workpiece) to be welded is placed.
- the chip 4 is driven by the drive unit 20 and vibrates with ultrasonic waves.
- the tip 4 is vibrated by the drive unit 20 and the vibration is transmitted to the terminal 3 and the aluminum wire 6, so that the terminal 3 and the aluminum wire 6 are ultrasonically welded.
- the terminal 4 and the aluminum wire 6 are sandwiched and fixed by the chip 4 and the anvil 5. Pressure is applied to the terminal 3 by the chip 4, and the aluminum electric wire 6 is fixed in a state of being caulked between the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32. Thereafter, the terminal 4 is further pressurized by the chip 4 while the chip 4 is vibrated by the driving unit 20. By performing such treatment, the insulating coating 2 in the portion where the terminal 3 and the aluminum wire 6 are in contact is removed physically or by frictional heat. Furthermore, by continuing to apply vibration and pressure by the tip 4, ultrasonic welding is performed with the terminal 3 and the aluminum conductor 1 in metal contact.
- the aluminum electric wire 6 terminal joint 9 in which the aluminum electric wire 6 is joined to the terminal 3 and is also electrically connected can be obtained in this way.
- the aluminum wire-terminal joint 9 is a surface that is ultrasonically welded in a state where the terminal 3 and the aluminum conductor 1 in the vicinity of the portion surrounded by the dashed ellipse are in metal contact.
- the electrical connecting portion 10 includes an aluminum wire crimping portion 7 in addition to the above-described aluminum wire-terminal joint portion 9.
- the aluminum wire-terminal junction 9 is a conduction portion where the aluminum conductor 1 is electrically connected to the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32.
- the aluminum wire crimping portion 7 is a non-conducting state in which the aluminum conductor 1 is only in contact with the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32 through the insulating coating 2 and is not electrically connected. Part.
- the width of the terminal 3 (the direction in which the aluminum conductor 1 extends) is wider than the width of the chip 4, in the vicinity of the center where the first terminal portion 31 and the chip 4 are in contact with each other. Is sufficiently welded to form the aluminum wire-terminal joint 9 which is a conducting portion.
- the aluminum wire crimping portion 7 which is a non-conduction portion is formed.
- the present embodiment is configured such that the non-conductive portion is disposed on both sides adjacent to the conductive portion. In the present embodiment, such a conducting part and a non-conducting part are sandwiched between the first terminal part 31 and the second terminal part 32.
- compression-bonding part 7 is a surface where the aluminum electric wire 6 and the terminal 3 vicinity of the site
- the aluminum wire clamped by the 1st terminal part 31 and the 2nd terminal part 32 with respect to the cross-sectional shape of the aluminum wire 6 of the prewire part which protrudes from the electrical connection part 10 6 has a cross-sectional shape in which the portions in contact with the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32 at the conductive portion and the non-passing portion are deformed by pressure bonding.
- the bonding strength between the aluminum electric wire 6 and the terminal 3 is the aluminum electric wire neck portion 8 (note that the aluminum electric wire neck portion 8 is in the vicinity of the portion surrounded by a broken circle in the drawing. There is a tendency to become lower depending on the strength.
- the present embodiment is configured such that the aluminum wire-terminal joint portion 9 and the aluminum wire crimping portion 7 are sandwiched between the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32.
- the aluminum wire neck portion 8 is reinforced by the aluminum wire crimping portion 7.
- the aluminum electric wire 6 and the terminal 3 are configured so that the aluminum electric wire neck portion 8 is not exposed and is covered with the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32.
- the joint strength has been dramatically improved.
- FIG. 2 is a diagram showing an outline of each step of the manufacturing method of the electrical connection unit 10 according to the first embodiment of the present invention.
- an aluminum electric wire 6 is an electric wire having a conductor diameter of 0.29 mm, in which an electric aluminum wire is an aluminum conductor 1 and an insulating coating 2 made of urethane resin is provided.
- the terminal 3a corresponds to the terminal 3 in FIG. 1, and is formed by bending a plate body made of phosphor bronze and having a thickness of 0.5 mm into a dogleg shape. That is, the terminal 3 a is a plate body having a bent portion 3 b at a substantially central portion, and one end side of the bent portion 3 b is the first terminal portion 31, and the other end side is the second terminal portion 32.
- a work to be welded is a terminal-aluminum electric wire in which the aluminum electric wire 6 is simply sandwiched between the first terminal portion 31 and the second terminal portion 32 of the terminal 3a.
- a workpiece 10a is prepared.
- a workpiece 10a which is a terminal-aluminum wire before welding is set on the anvil 5, and the aluminum wire 6 is disposed between the terminals 3a.
- the terminal 3 a is fixed by the chip 4 facing the anvil 5.
- the chip 4 is formed immediately above the aluminum wire 6 as viewed from the direction in which the aluminum wire 6 extends as shown in FIG. 2, and the terminal 3a as viewed from the direction orthogonal to the extension as shown in FIG. Arrange it so that it is near the center (terminal-aluminum wire setting process).
- step B shown in FIG. 2 the chip 4 is lowered, the terminal 3a is crushed, and the aluminum wire 6 is crimped together with the terminal 3a (terminal-aluminum wire pressurizing step).
- the aluminum electric wire 6 is fixed to the terminal 3a, and the vibration applied by the chip 4 in the next process is efficiently propagated to the aluminum electric wire 6 via the terminal 3a, so that the terminal 3a and the aluminum electric wire 6 are stabilized. It becomes possible to join to.
- step C shown in FIG. 2 the terminal 3a is pressurized while vibrating the chip 4 (terminal-aluminum wire ultrasonic welding step). It is removed by frictional heat with 3a. Further, by pressurizing the terminal 3a while applying ultrasonic vibration, the exposed aluminum conductor 1 and the terminal 3a are removed by removing the insulating coating 2, and the aluminum wire-terminal joint 9 Form. Thereby, the electrical connection part 10 which electrically connected the aluminum conductor 1 to the terminal 3a is comprised.
- Table 1 shows the result of comparing the bonding strength between the aluminum wire 6 and the terminal 3 by the method of the present invention and the method of the comparative example which is a conventional technique.
- the electrical connection portion having the conventional configuration shown in FIG. 7 was used. 3A and 3B, the terminal 3a is fixed in the present invention and the terminal 93 is fixed in the comparative example, and the end portion of the aluminum wire 6 after bonding is connected to the terminals 3a and 93. Then, the strength at the time when the wire was pulled in the vertical direction (in the direction of the arrow) at a speed of 50 mm / min and reached the fracture was compared as the joint strength.
- the bonding strength is approximately three times as large as the conventional bonding strength of 2.5 N, and the bonding strength is approximately equal to the electric wire strength of 7.5 N, which is the strength of only the electric wire. 0.0N could be obtained.
- the ultrasonic bonding according to the method of the present invention it is possible to realize an electric connection portion of bonding with high bonding strength and high bonding reliability.
- the frequency, amplitude, pressure, etc. of the ultrasonic vibration of the tip 4 are adjusted, and the aluminum wire neck portion 8 after joining is adjusted. May be thin. Even if such a case occurs, since the non-conductive portion of the aluminum wire crimping portion 7 that does not contribute to the electrical continuity of the ultrasonic bonding between the terminal 3a and the aluminum wire 6 is configured, the disconnection is prevented. The effect of distributing the inviting load is also exhibited.
- the aluminum wire crimping portion 7 can increase the bonding strength between the aluminum wire 6 and the terminal 3 after ultrasonic bonding. Therefore, the joint strength of the electrical connection portion of the present invention can be increased to the same level as the strength of the aluminum electric wire itself.
- the material of the terminal 3 is a material having a melting point lower than that of aluminum such as tin plating, peeling occurs at the interface between the plating layer and the base material of the terminal 3 during ultrasonic welding, and the bonding strength reliability decreases. . Further, when the terminal 3 is made of a soft material, it is difficult to peel off the insulating coating 2 of the aluminum wire 6 due to deformation of the terminal 3 during ultrasonic welding.
- the terminal 3 is made of copper or a copper alloy and has a higher melting point and higher hardness than aluminum. Therefore, the insulating coating 2 of the aluminum electric wire 6 can be easily formed during ultrasonic welding. Can be removed. Moreover, since aluminum, copper, and a copper alloy can be easily alloyed, the aluminum electric wire 6 and the terminal 3 can be bonded at low cost and with high reliability.
- the electrical connection portion and the manufacturing method of the electrical connection portion according to the present invention are in a state in which the aluminum wire is sandwiched between the terminals when ultrasonically welding the aluminum wire covered with the insulating film and the terminal. And then ultrasonic welding is performed. For this reason, according to the electrical connection part and the manufacturing method of the electrical connection part of the present invention, there is no need to provide a step of peeling off the insulating coating, and further, the electrical connection part is improved in strength by increasing the strength of the joint part. It is possible to easily provide an electric device having a low cost.
- FIG. 4 is an assembly perspective view of a motor using the electrical connection portion according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of a compressor using a motor according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a blower using a motor according to Embodiment 2 of the present invention.
- the motor 60 includes an electrical connection portion 10 in which the aluminum wire 6 and the terminal 3 described in the first embodiment are joined by ultrasonic welding.
- the motor 60 includes a rotor 64 and a stator 62A that is a connected portion.
- the rotor 64 has a rotor core 64A attached to the shaft 64B.
- the rotor 64 is rotatably attached by a pair of bearings 64C.
- the stator 62A has a stator core 62B.
- a coil 62C through which a drive current for driving the motor 60 flows is wound around the stator core 62B.
- a drive current is supplied to the coil 62 ⁇ / b> C via the electrical connection unit 10.
- the motor in the present embodiment is used for an electric device together with a driven part driven by the motor.
- FIG. 5 shows a specific example in which the motor is used in a compressor.
- FIG. 6 shows a specific example in which the motor is used as a blower.
- the compressor 70 that is an electrical device includes a motor 60 that includes the electrical connection unit 10, and a compression unit 72 that is a driven unit that is driven by the motor 60.
- the blower 74 that is an electrical device includes a motor 60 that includes the electrical connection unit 10 and a blade 76 that is a driven unit that is driven by the motor 60.
- the field of application of the electrical connection part and the method of manufacturing the electrical connection part according to the present invention is used for an electric device using an aluminum electric wire, and can be particularly preferably used for a motor that is large in vibration and desired to be reduced in weight.
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Abstract
本発明の電気的接続部は、アルミニウムの導体部を絶縁被膜で覆った絶縁導体と、端子とを含み、導体部を端子に電気的に接続した電気的接続部である。この端子は、第1の端子部と第2の端子部とを備える。また、本電気的接続部は、導体部と第1の端子部及び第2の端子部とが電気的に接続される導通部と、導体部が絶縁被膜を介して第1の端子部及び第2の端子部と接する非導通部と、を含む。そして、本電気的接続部は、第1の端子部及び第2の端子部が、導通部と非導通部とを狭持する構成である。
Description
本発明は、アルミニウム電線を用いる電気的接続部、モータ、電気機器、この電気的接続部の製造方法、モータの製造方法、及び電気機器の製造方法に関する。
従来、軽量化を目的として、トランス、リアクタ及びマグネトロン等の電気機器にアルミニウム電線が使用されてきた。
芯線にアルミニウムを用いて絶縁被膜が表面に施された電線(以下、アルミニウム電線と記載)を端子と接合する場合、接合手法の一つに、アルミニウム電線と端子との接合部材として、錫を主成分とするはんだを用いたはんだ接合がある。しかしながら、はんだ接合は、接合部の信頼性について、十分な性能を得られるものの、反面、はんだ付けに関する経済的コストを当然要し、これが経営的経済性を阻害することは言うまでも無い。
例えば、アルミニウム電線のはんだ付けにおいては、絶縁被膜を剥離する工程が必要となり製造タクトは長く、製造コストの上昇を招く。また、アルミニウム電線が細線の場合は、絶縁被膜を剥離する際にアルミニウム電線の断線が課題となり、生産性の低下や、信頼性の低下を招きやすい。
また、公知の別の接合方法としては、圧着端子又は圧接端子を用いて、アルミニウム電線を、かしめることによって接合する方法も良く散見される。ところが、アルミニウムは、低温で大きなクリープ特性(荷重を掛け続けた場合に時間経過とともに歪が増大する特性)を示し、かつ線膨張係数も大きい。このことから、アルミニウム電線のかしめによる接合方法の場合は、時間経過による緩みの発生により接触抵抗が増加し、電気機器に不具合が生じることも良く知られている。
また、超音波溶接装置を用いた超音波溶接による工法も、従来、良く試みられている。アルミニウム電線又は端子を超音波振動させることによって、溶接する手法である。
図7は、従来の超音波溶接工法の一例を示す概略図である。図7では、超音波を利用してアルミニウム電線6と端子93とを溶接し、電気的接続部を構成する手法を示している。この従来の手法では、まず、アルミニウム導体1を絶縁被膜2で覆ったアルミニウム電線6を端子93に接続した状態で、チップ4とアンビル5との間に挟む。そして、チップ4によって、アルミニウム電線6を加圧し、更に、チップ4を超音波で振動させる。そして、この振動をアルミニウム電線6及び端子93に伝えることで、摩擦熱などにより絶縁被膜2を除去し、互いに溶接されたアルミニウム電線-端子接合部9を形成している。図7の構成では、このようにして、端子3とアルミニウム電線6を超音波溶接して電気的接続部90を形成している。
また、例えば特許文献1などには、電線の超音波接合に関して、電線の絶縁被膜に予め傷を付けることで、より容易に絶縁被膜を除去することを実現し、超音波溶接時の安定化を図り接合する技術が記されている。
また、例えば特許文献2などには、電線の超音波接合に関して、電線を超音波溶着する被着材について、メッキを施し被着材の表面硬度を硬くすることで、絶縁被膜をより容易に除去しやすくし、超音波溶接時の安定化を図り接合する技術について記されている。
また、例えば特許文献3などには、複数の素線からなる芯線とそれらを被覆する熱可塑性の絶縁被膜からなる撚線の超音波接合に関しての技術について記されている。このような技術では、超音波溶接時の撚線を固定する治具形状について、撚線が動きにくくなる形状を検討することで、超音波溶接時の接合の安定化を図っている。
また、アルミニウム電線の超音波溶接に際して、絶縁被膜を剥離して端子と超音波溶接する工法を採用するケースでは、この絶縁被膜を剥離する工程が別途必要となることから製造タクトが長く製造コストの上昇を招く。
また、上述のごとく、アルミニウム電線が細線の場合は、絶縁被膜を剥離する際にアルミニウム電線の断線を招く場合もあり、この点は更なる課題となる。
また、アルミニウム電線の絶縁被膜を残したままで、アルミニウム電線と端子を超音波溶接する工法は、絶縁被膜の影響により、接合状態の品質にバラツキを招きやすい。このため、このような工法は、信頼性を安定的に維持し得たというような成功例は乏しく、難度の高いことが広く知られている。
しかしながら、アルミニウム電線の絶縁被膜を残したままでの超音波溶接技術の開発は、工数等のコスト的課題を招かないことが期待されることから、昨今の経済環境に鑑みて喫緊の課題となっている。
特許文献1に記された技術は、銅電線を対象としており強度の低いアルミニウム電線について考慮されていない。この為、アルミニウム電線の接合については、検証されていない。また、絶縁被膜に傷を付ける際にアルミニウム導体を傷付けることで、局部的に強度が低くなったり、局部的に絶縁被膜を傷付けることで、超音波溶接が局部的な溶接になり、接合部の強度が低くなったりする。このため、信頼性の低い接合となる可能性がある。更に、絶縁被膜に傷を付けるという工程を追加すること自体、作業工数が余分に掛かり、生産性が低くなるという課題がある。
そして、特許文献2に記された技術は、絶縁基板に銅電線を超音波溶接することを前提としており、アルミニウム電線を端子に接合することに関しては考慮されていない。また、端子にメッキを施す必要性があり材料コストが増加するという経営的側面の課題を新たに招く。
更に、特許文献3に記された技術は、芯線が銅線で絶縁被膜が熱可塑性樹脂としたことを前提としており、強度の低いアルミニウム電線の超音波接合については検証されていない。
更に、図7に示す従来の超音波溶接工法によって形成した電気的接続部90では、図7でのアルミニウム電線ネック部8の接合強度が低くなるという課題があった。
本発明の電気的接続部は、アルミニウムの導体部を絶縁被膜で覆った絶縁導体と、端子とを含み、導体部を端子に電気的に接続した電気的接続部である。この端子は、第1の端子部と第2の端子部とを備える。また、本電気的接続部は、導体部と第1の端子部及び第2の端子部とが電気的に接続される導通部と、導体部が絶縁被膜を介して第1の端子部及び第2の端子部と接する非導通部と、を含む。そして、本電気的接続部は、第1の端子部及び第2の端子部が、導通部と非導通部とを狭持する構成である。
本発明のモータは、上記電気的接続部を含むモータである。
本発明の電気機器は、上記電気的接続部を含む電気機器である。
本発明の電気的接続部の製造方法は、アルミニウムの導体部を絶縁被膜で覆った絶縁導体と、端子とを含み、導体部を端子に電気的に接続する電気的接続部の製造方法である。製造方法は、まず、端子を曲げて形成した第1の端子部と第2の端子部とによって、絶縁導体を挟む。次に、駆動部により駆動されるチップと相対するアンビルに、第1の端子部と第2の端子部とによって絶縁導体が挟まれた状態で配置する。次に、チップを下降させ、端子を押して、絶縁導体を端子に固定する。そして、駆動部によりチップを振動させながら加圧し、この振動を端子及び絶縁導体に伝播させて電気的接続部を製造する電気的接続部の製造方法である。
本発明のモータの製造方法は、上記電気的接続部の製造方法を含むモータの製造方法である。
本発明の電気機器の製造方法は、上記電気的接続部の製造方法を含む電気機器の製造方法である。
本発明の電気的接続部及び電気的接続部の製造方法によれば、絶縁被膜で覆われたアルミニウム電線と端子を超音波溶接する際に、絶縁被膜を剥離する工程を設けることなく、接合部の強度を高め信頼性の高い電気的接続部を有する電気機器を、安価で容易に提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態における電気的接続部の構成図である。本電気的接続部10は、アルミニウム電線6と端子3とを超音波溶接により電気的に接続することで構成されている。本実施の形態では、アルミニウム電線6として、アルミニウムの線からなる導体部を絶縁被膜で覆った絶縁導体の一例を挙げている。すなわち、アルミニウム電線6は、導体部としてのアルミニウム導体1を絶縁被膜2で覆って形成している。更に、アルミニウム導体1は、微量な不純物を含んでいてもよい。また、端子3は、図1に示すように、第1の端子部31及び第2の端子部32を含む構成であり、端子3の材質は銅又は銅合金である。
図1は、本発明の実施の形態における電気的接続部の構成図である。本電気的接続部10は、アルミニウム電線6と端子3とを超音波溶接により電気的に接続することで構成されている。本実施の形態では、アルミニウム電線6として、アルミニウムの線からなる導体部を絶縁被膜で覆った絶縁導体の一例を挙げている。すなわち、アルミニウム電線6は、導体部としてのアルミニウム導体1を絶縁被膜2で覆って形成している。更に、アルミニウム導体1は、微量な不純物を含んでいてもよい。また、端子3は、図1に示すように、第1の端子部31及び第2の端子部32を含む構成であり、端子3の材質は銅又は銅合金である。
本実施の形態では、アルミニウム電線6を端子3の第1の端子部31と第2の端子部32との間に挟んだ状態で超音波溶接することにより、電気的接続部10を形成している。そして、超音波溶接するために、図1に示すように、チップ4と、チップ4に相対したアンビル5とを利用している。アンビル5は、溶接対象の部材(ワーク)を置く台である。また、チップ4は、駆動部20により駆動されて、超音波で振動する。すなわち、本実施の形態では、駆動部20によりチップ4を振動させ、該振動を端子3及びアルミニウム電線6に伝えることで、端子3とアルミニウム電線6を超音波溶接する。
チップ4からの振動を確実に端子3及びアルミニウム電線6に伝える為に、チップ4とアンビル5とにより、端子3及びアルミニウム電線6を挟み込んで固定する。チップ4により端子3に圧力をかけて、第1の端子部31と第2の端子部32との間にアルミニウム電線6をかしめた状態で固定する。その後、駆動部20によりチップ4を振動させながら、更にチップ4により端子3を加圧する。このような処理を行うことで、端子3とアルミニウム電線6の接している部分の絶縁被膜2が、物理的又は摩擦熱により除去される。更に、チップ4による振動及び圧力の印加を続けることで、端子3とアルミニウム導体1が金属的に接した状態で超音波溶接される。本実施の形態では、このようにして、アルミニウム電線6が端子3に接合されるとともに電気的にも接続されているアルミニウム電線-端子接合部9を得ることができる。なお、アルミニウム電線-端子接合部9は、図1において、破線の楕円にて囲んだ部位周辺近傍の端子3とアルミニウム導体1が金属的に接した状態で超音波溶接された面である。
以上、電気的接続部10の概要について説明したが、より詳細には、超音波溶接が施された後、端子3とアルミニウム電線6とが接する箇所は次のように形成されている。すなわち、図1に示すように、電気的接続部10は、上述のアルミニウム電線-端子接合部9に加えて、アルミニウム電線圧着部7も含む構成である。ここで、アルミニウム電線-端子接合部9は、上述したように、アルミニウム導体1と第1の端子部31及び第2の端子部32とが電気的に接続される導通部である。これに対して、アルミニウム電線圧着部7は、アルミニウム導体1が絶縁被膜2を介して第1の端子部31及び第2の端子部32と接するのみで、電気的には接続されていない非導通部である。本実施の形態では、端子3の幅(アルミニウム導体1の延伸する方向)を、チップ4の幅よりも広くしているため、第1の端子部31とチップ4とが接している中央付近においては、十分な溶接が施されて、導通部であるアルミニウム電線-端子接合部9が形成される。逆に、第1の端子部31の両端部付近においては、十分に振動や圧力が加わらず、非導通部であるアルミニウム電線圧着部7が形成される。このように、本実施の形態は、導通部に隣接する両側において、非導通部が配置されるような構成である。そして、本実施の形態は、このような導通部と非導通部とが、第1の端子部31及び第2の端子部32によって狭持されている。なお、アルミニウム電線圧着部7は、図1において、破線の楕円にて囲んだ部位周辺近傍のアルミニウム電線6と端子3とが接する面である。
また、本実施の形態では、電気的接続部10から突出する予線部のアルミニウム電線6の断面形状に対して、第1の端子部31及び第2の端子部32に狭持されるアルミニウム電線6の断面形状は、導通部及び非道通部にて第1の端子部31及び第2の端子部32に接する部分が圧着変形した断面形状を有している。
ところで、従来技術の図7で説明したように、アルミニウム電線6と端子3の接合強度は、アルミニウム電線ネック部8(なおアルミニウム電線ネック部8は図面において破線の円にて囲んだ部位周辺近傍である)の強度に依存されて低くなる傾向にある。このような不具合に対して、本実施の形態では、アルミニウム電線-端子接合部9及びアルミニウム電線圧着部7を、第1の端子部31及び第2の端子部32によって狭持するような構成とし、アルミニウム電線圧着部7によりアルミニウム電線ネック部8を補強している。すなわち、本実施の形態では、アルミニウム電線ネック部8を剥き出しにはせず、第1の端子部31と第2の端子部32とで覆うような構成とすることで、アルミニウム電線6と端子3の接合強度を飛躍的に向上させている。
以下、本実施の形態の更に詳細について、空調用ファン駆動用のモータに適用する場合の実施例について説明する。
図2は、本発明の実施の形態1における電気的接続部10の製造方法の各工程の概要を示す図である。
図2において、アルミニウム電線6は、電気アルミ線をアルミニウム導体1とし、ウレタン系樹脂からなる絶縁被膜2を有する、導体直径0.29mmの電線である。端子3aは、図1の端子3に対応し、リン青銅からなる板厚0.5mmの板体をくの字形状に屈曲させることで形成している。すなわち、端子3aは略中央部に屈曲部3bを有する板体であり、その屈曲部3bの一方端側が第1の端子部31であり、他方端側が第2の端子部32である。くの字形状の端子3aを採用することで、端子の部品点数を1部品で賄うことが可能となる。
図2に示す工程Aでは、まず、溶接対象のワークとして、端子3aの第1の端子部31と第2の端子部32との間にアルミニウム電線6を挟んだのみの端子-アルミニウム電線であるワーク10aを準備する。次に、アンビル5の上に、溶接前の端子-アルミニウム電線であるワーク10aをセットし、アルミニウム電線6が端子3aの間に挟まれた状態で配置する。そして、アンビル5に相対するチップ4にて、端子3aを固定する。この時、チップ4は、図2のように、アルミニウム電線6が延伸する方向から見てアルミニウム電線6の直上に、また、図1のように、この延伸に直交する方向から見て端子3aの中央付近となるように配置する(端子-アルミニウム電線のセッティング工程)。
次に、図2に示す工程Bでは、チップ4を下降させて、端子3aを押し潰し、端子3aもろともアルミニウム電線6をかしめる(端子―アルミニウム電線の加圧工程)。これにより、アルミニウム電線6が端子3aに固定され、次工程でチップ4により付与される振動を効率的に、端子3aを経由してアルミニウム電線6に伝播し、端子3aとアルミニウム電線6を安定的に接合することが可能となる。
次に、図2に示す工程Cでは、チップ4を振動させながら端子3aを加圧することで(端子-アルミニウム電線の超音波溶接工程)、初期的には、アルミニウム電線6の絶縁被膜2を端子3aとの摩擦熱により除去する。そして、更に、超音波振動を付与しながら端子3aを加圧することで、絶縁被膜2が除去されて剥き出しになったアルミニウム導体1と端子3aが超音波溶接されて、アルミニウム電線-端子接合部9を形成する。これによって、アルミニウム導体1を端子3aに電気的に接続した電気的接続部10が構成される。
次に、本発明の効果などを検証するため、本発明の構成による接合強度と、比較のための比較例の構成による接合強度とを測定した結果について説明する。
表1に、本発明の工法と従来技術である比較例の工法とによるアルミニウム電線6と端子3との接合強度を比較した結果を示す。比較例としては、図7に示した従来の構成の電気的接続部を用いた。そして、接合強度の試験方法は、図3A及び図3Bに示すように、本発明では端子3a、比較例では端子93を固定し、接合後のアルミニウム電線6の端部を端子3a、93に対して垂直方向(矢印方向)に50mm/分の速度で引張り、破断に至った時点の強度を接合強度として比較した。
表1に示すように、本発明の工法では、従来例の接合強度2.5Nに対して約3倍の接合強度、また、電線のみの強度である電線強度7.5Nにほぼ等しい接合強度7.0Nを得ることができた。このように、本発明の工法による超音波接合を用いることで、接合強度が高く、接合信頼性の高い接合の電気的接続部を実現することができる。
比較例のような超音波溶接接合工法では、アルミニウム電線-端子接合部9は1カ所であるため、この工法による溶接の状態の良化のみに注視して、チップ4の超音波振動の周波数、振幅、加圧力等を調整するが、過剰な超音波溶接となり易い。このため、超音波接合後のアルミニウム電線ネック部8が痩せ細り、接合後のアルミニウム電線6と端子3の接合強度の低下を招く。
そして、この接合部をBMC(バルクモールドコンパウンド)等でモールドすることが必要な機器又はモータ等の振動の大きい機器に適用する場合は、機器の生産初期時又は機器使用時の経年劣化によりアルミニウム電線6と端子3の接合部が断線することが課題として意識される。
しかし、本発明の超音波溶接接合工法であれば、アルミニウム電線-端子接合部9は2カ所となり、単純に接合確率を高めることが可能となる。
また、本発明の超音波溶接接合工法による溶接の状態の良化のみに注視して、チップ4の超音波振動の周波数、振幅、加圧力等を調整して、接合後のアルミニウム電線ネック部8が痩せ細る場合がある。もし仮に、このような場合が起こっても、端子3aとアルミニウム電線6の超音波接合の電気的導通に寄与していない非導通部のアルミニウム電線圧着部7が構成されているために、断線を招く負荷の分散という作用も発揮される。
このように、本実施の形態によれば、アルミニウム電線圧着部7によって、超音波接合後のアルミニウム電線6と端子3の接合強度を高めることが可能となる。したがって、本発明の電気的接続部の接合強度は、アルミニウム電線そのものの強度と同程度までに高めることも可能となる。
また、端子3の材料が、錫メッキ等のアルミニウムより融点の低い材料であると、超音波溶接時に、メッキ層と端子3の母材の界面で剥離が発生し、接合強度信頼性が低下する。更に、端子3が柔らかい材料であると、超音波溶接時にアルミニウム電線6の絶縁被膜2の剥離が、端子3の変形により困難になる。
これらの課題を解決する為に、端子3の材質を銅又は銅合金とすることで、アルミニウムより融点が高く硬度が高い材料であるために、超音波溶接時に容易にアルミニウム電線6の絶縁被膜2を除去できる。また、アルミニウムと銅及び銅合金は、容易に合金化できることから、アルミニウム電線6と端子3との安価で信頼性の高い接合ができる。
以上説明したように、本発明の電気的接続部及び電気的接続部の製造方法は、絶縁被膜で覆われたアルミニウム電線と端子を超音波溶接する際に、このアルミニウム電線を端子によって挟み込んだ状態で加圧し、その後に超音波溶接を施す。このため、本発明の電気的接続部及び電気的接続部の製造方法によれば、絶縁被膜を剥離する工程を設ける必要はなく、更に、接合部の強度を高め信頼性の高い電気的接続部を有する電気機器を、安価で容易に提供することができる。
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2における電気的接続部を用いたモータの組立て斜視図である。図5は、本発明の実施の形態2におけるモータを用いた圧縮機の断面図である。図6は、本発明の実施の形態2におけるモータを用いた送風機の断面図である。
図4は、本発明の実施の形態2における電気的接続部を用いたモータの組立て斜視図である。図5は、本発明の実施の形態2におけるモータを用いた圧縮機の断面図である。図6は、本発明の実施の形態2におけるモータを用いた送風機の断面図である。
図4に示すように、モータ60は、実施の形態1で説明したアルミニウム電線6と端子3とを超音波溶接で接合した電気的接続部10を備える。
図4に示すように、モータ60は、ロータ64と被接続部であるステータ62Aとを備える。ロータ64は、ロータコア64Aがシャフト64Bに取り付けられる。ロータ64は、一対の軸受64Cにより、回転自在に取り付けられる。
ステータ62Aは、ステータコア62Bを有する。ステータコア62Bには、モータ60を駆動するための駆動電流が流されるコイル62Cが巻回される。コイル62Cには、電気的接続部10を介して駆動電流が供給される。
また、本実施の形態におけるモータは、モータで駆動される被駆動部とともに、電気機器に用いられる。
電気機器の一例として、図5には、該モータを圧縮機に用いた具体例を示す。同様に、図6には、該モータを送風機に用いた具体例を示す。図5に示すように、電気機器である圧縮機70は、電気的接続部10を備えたモータ60と、モータ60で駆動される被駆動部である圧縮部72とを備える。図6に示すように、電気機器である送風機74は、電気的接続部10を備えたモータ60と、モータ60で駆動される被駆動部である羽根76とを備える。
本発明の電気的接続部及び電気的接続部の製造方法の利用分野は、アルミニウム電線を用いた電気機器に用いられるもので、振動が大きく軽量化が望まれるモータに、特に好ましく利用できる。
1 アルミニウム導体
2 絶縁被膜
3,3a,93 端子
4 チップ
5 アンビル
6 アルミニウム電線
7 アルミニウム電線圧着部
8 アルミニウム電線ネック部
9 アルミニウム電線-端子接合部
10,90 電気的接続部
10a ワーク
20 駆動部
2 絶縁被膜
3,3a,93 端子
4 チップ
5 アンビル
6 アルミニウム電線
7 アルミニウム電線圧着部
8 アルミニウム電線ネック部
9 アルミニウム電線-端子接合部
10,90 電気的接続部
10a ワーク
20 駆動部
Claims (19)
- アルミニウムの導体部を絶縁被膜で覆った絶縁導体と、端子とを含み、前記導体部を前記端子に電気的に接続した電気的接続部であって、
前記端子は、第1の端子部と第2の端子部とを備え、
前記導体部と前記第1の端子部及び前記第2の端子部とが電気的に接続される導通部と、
前記導体部が前記絶縁被膜を介して前記第1の端子部及び前記第2の端子部と接する非導通部と、を含み、
前記第1の端子部及び前記第2の端子部が、前記導通部と前記非導通部とを狭持する電気的接続部。 - 前記導体部は、微量な不純物を含んだアルミニウムからなる請求項1に記載の電気的接続部。
- 前記絶縁導体は、アルミニウムの線からなる前記導体部を前記絶縁被膜で覆って形成されたアルミニウム電線である請求項1に記載の電気的接続部。
- 前記導通部に隣接の両側に、前記非導通部を配置する請求項1に記載の電気的接続部。
- 前記電気的接続部から突出する予線部の前記絶縁導体の断面形状に対して、前記第1の端子部及び前記第2の端子部に狭持される前記絶縁導体の断面形状は、前記導通部及び前記非導通部にて前記第1の端子部及び前記第2の端子部に接する部分が圧着変形した断面形状を有する請求項1に記載の電気的接続部。
- 前記第1の端子部及び前記第2の端子部の材質は銅又は銅合金である請求項1に記載の電気的接続部。
- 中央部に屈曲部を有する板体の前記屈曲部の一方端側が前記第1の端子部であり、前記屈曲部の他方端側が前記第2の端子部である請求項1に記載の電気的接続部。
- 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電気的接続部を含むモータ。
- 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電気的接続部を含む電気機器。
- アルミニウムの導体部を絶縁被膜で覆った絶縁導体と、端子とを含み、前記導体部を前記端子に電気的に接続する電気的接続部の製造方法であって、
前記端子を曲げて形成した第1の端子部と第2の端子部とによって、前記絶縁導体を挟み、
駆動部により駆動されるチップと相対するアンビルに、前記第1の端子部と前記第2の端子部とによって前記絶縁導体が挟まれた状態で配置し、
前記チップを下降させ、前記端子を押して、前記絶縁導体を前記端子に固定し、
前記駆動部により前記チップを振動させながら加圧し、この振動を前記端子及び前記絶縁導体に伝播させて電気的接続部を製造する電気的接続部の製造方法。 - 前記導体部と前記第1の端子部及び前記第2の端子部と電気的に接続される導通部と、前記導体部が前記絶縁被膜を介して前記第1の端子部及び前記第2の端子部と接する非導通部とが形成されるように、前記絶縁導体を挟んだそれぞれの前記第1の端子部及び前記第2の端子部に対して振動させながら加圧する請求項10に記載の電気的接続部の製造方法。
- 前記導体部は、微量な不純物を含んだアルミニウムからなる請求項10に記載の電気的接続部の製造方法。
- 前記絶縁導体は、アルミニウムの線からなる前記導体部を前記絶縁被膜で覆って形成されたアルミニウム電線である請求項10に記載の電気的接続部の製造方法。
- 前記導通部に隣接の両側に、前記非導通部を設ける請求項11に記載の電気的接続部の製造方法。
- 前記電気的接続部から突出する予線部の前記絶縁導体の断面形状に対して、前記第1の端子部及び前記第2の端子部に狭持される前記絶縁導体の断面形状は、前記チップと前記アンビルとによって狭持される際の押圧力及び振動によって、前記導通部及び前記非導通部の前記第1の端子部及び前記第2の端子部に接する部分を圧着変形させた断面形状を設ける請求項11に記載の電気的接続部の製造方法。
- 前記第1の端子部及び前記第2の端子部の材質に銅又は銅合金を用いる請求項10に記載の電気的接続部の製造方法。
- 中央部に屈曲部を有する板体の前記屈曲部の一方端側が前記第1の端子部であり、前記屈曲部の他方端側が前記第2の端子部である請求項10に記載の電気的接続部の製造方法。
- 請求項10から請求項17のいずれか1項に記載の電気的接続部の製造方法を含むモータの製造方法。
- 請求項10から請求項17のいずれか1項に記載の電気的接続部の製造方法を含む電気機器の製造方法。
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