JP2012104396A - アルミニウム導体の圧着端子接続方法及びアルミニウム電線の圧着端子接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端子と導体間の圧着接続部の経年劣化を確実に防止することができ、電気接続性能の向上を図ることができる銅製の圧着端子と銅導体の接続と遜色のないアルミニウム電線の圧着端子接続方法を提供する。
【解決手段】端子として圧着しようとする部分２の内面２ａに該圧着によってアルミニウム電線１０のアルミニウム導体１２の表面１２ａに食い込む凹部３または凸部４を形成したアルミニウム製の圧着端子１を使用し、このアルミニウム製の圧着端子１を圧着して該圧着端子１の圧着しようとする部分２の内面２ａにアルミニウム電線１０のアルミニウム導体１２の表面１２ａを接続するアルミニウム電線の圧着端子接続方法において、アルミニウム製の圧着端子１を前後２箇所圧着して該圧着端子１の圧着しようとする部分２の内面２ａとアルミニウム電線１０のアルミニウム導体１２の表面１２ａとを接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム導体の圧着端子接続方法及びアルミニウム電線の圧着端子接続方法に関する。

アルミニウム電線は、銅電線よりも電気伝導度が劣るものの、銅電線に比べて大幅な軽量化が可能であることから、各種の分野に使用されるようになってきた。アルミニウム電線を使用する場合、その芯線となるアルミニウム導体の表面に電気抵抗の大きな酸化皮膜が生成されることから、次のような経年劣化の問題が起きやすいことが分かっている。

図４は、アルミニウム導体の経年劣化する過程を示している。例えば、接続部のある部分に酸化皮膜が形成されたとする。そうすると、その部分の抵抗が増加し、抵抗が増加することでその部分の温度が上昇し、温度が上昇することで熱膨張が発生し、熱膨張が発生することで接続部にクリープやリラクゼーションが起こり、そのためにまた酸化皮膜が生成され、この悪循環のサイクルを繰り返しながら接続性能が低下していくという経過をたどる。

また一般的に、アルミニウム電線を使用する場合にも電線の接続には銅端子を使用することが多いが、銅端子を使用する場合は、アルミニウムと銅の熱膨張差により、クリープやリラクゼーションが促進されるという問題が起こる。また、アルミニウムと銅という異種金属間での電解腐食の問題も起こる。

そこで、これらの問題を解決する方法として、圧着端子の圧着部の内面にセレーションを設けて、クリープとストレスリラクゼーションによる接続性能の劣化を抑制するようにした技術を、本出願人は、例えば、特許文献１に開示した。

この特許文献１に開示した先行技術は、図３に示すように、アルミニウム導体（芯線）１２を有する２本のアルミニウム電線１０，１０を１個の圧着端子１で結線する場合の電線の接続方法であり、この接続方法では、まず、２本のアルミニウム電線１０，１０の端末の各絶縁被覆１１を除去して、アルミニウム導体１２，１２を露出させておく。また、圧着しようとする部分２の内面に、圧着によって電線の導体の表面に食い込むセレーション３を形成したアルミニウム製の圧着端子１を用意しておく。

そして、このアルミニウム製の圧着端子１の圧着しようとする部分２の内側に、導電性を有した接続コンパウンド９を塗布した上で、圧着端子１の内部に２本のアルミニウム導体１２，１２を挿入して、図示しない圧着ペンチで圧着端子１を２本のアルミニウム導体１２，１２に１箇所圧着する。これにより、２本のアルミニウム電線１０，１０を電気的に接続することができる。

このように、圧着端子１を１箇所圧着して、２本のアルミニウム電線１０，１０を接続した場合、圧着端子１の圧着しようとする部分２の内面にセレーション３が存在するので、２本のアルミニウム導体１２，１２やアルミニウム製の圧着端子１の表面の酸化皮膜を破壊しながら、圧着端子１を２本のアルミニウム導体１２，１２に圧着することができる。また、セレーション３の存在により、圧着端子１と２本のアルミニウム導体１２，１２を互いに食い込ませることができるので、クリープとストレスリラクゼーションによる接続性能の劣化を抑制することができる。

特開２０１０−８６８４８号公報

前記従来のアルミニウム電線１０の各アルミニウム導体１２に対してアルミニウム製の圧着端子１を１箇所の圧着により接続する方法では、図２に示すＢのグラフのように、セレーションなしのアルミニウム製の圧着端子の１箇所の圧着によりアルミニウム導体を接続する場合（図２に示すＡのグラフ）に比べて、端子と導体間の圧着接続部のヒートサイクル数が増えてもコネクタ温度を低く抑えることができるが、図２にてＤのグラフで示す銅製の圧着端子の１箇所の圧着により銅導体を接続する場合に比べてまだ改良の余地が残されており、十分な経年劣化を防止できるまでに至っていなかった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、端子と導体間の圧着接続部の経年劣化をより確実に防止することができると共に、電気接続性能の向上をより一段と図ることができる銅製の圧着端子と銅導体の接続と遜色のないアルミニウム導体の圧着端子接続方法及びアルミニウム電線の圧着端子接続方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、端子として圧着しようとする部分の内面に該圧着によってアルミニウム導体の表面に食い込む凹部または凸部を形成したアルミニウム製の圧着端子を使用し、このアルミニウム製の圧着端子を圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面に前記アルミニウム導体の表面を接続するアルミニウム導体の圧着端子接続方法において、前記アルミニウム製の圧着端子を２箇所以上圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面と前記アルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のアルミニウム導体の圧着端子接続方法であって、前記アルミニウム製の圧着端子の圧着しようとする部分の内側に圧着部に対する空気や水の浸入を遮断するための接続コンパウンドを塗布した状態で、該圧着端子を２箇所以上圧着することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載のアルミニウム導体の圧着端子接続方法であって、前記アルミニウム製の圧着端子として複数本のアルミニウム導体を結線するためのアルミニウム製で円筒状のリングスリーブを使用し、このアルミニウム製で円筒状のリングスリーブの内周面に前記凹部または凸部を該内周面に沿って環状に複数形成したものを使用し、前記アルミニウム製で円筒状のリングスリーブの外周面の前側と後側の２箇所をそれぞれ圧着して該円筒状のリングスリーブの内周面と前記アルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とする。

請求項４の発明は、端子として圧着しようとする部分の内面に該圧着によってアルミニウム電線のアルミニウム導体の表面に食い込む凹部または凸部を形成したアルミニウム製の圧着端子を使用し、このアルミニウム製の圧着端子を圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面に前記アルミニウム電線のアルミニウム導体の表面を接続するアルミニウム電線の圧着端子接続方法において、前記アルミニウム製の圧着端子を２箇所以上圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面と前記アルミニウム電線のアルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４記載のアルミニウム電線の圧着端子接続方法であって、前記アルミニウム製の圧着端子の圧着しようとする部分の内側に圧着部に対する空気や水の浸入を遮断するための接続コンパウンドを塗布した状態で、該圧着端子を２箇所以上圧着することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４又は５記載のアルミニウム電線の圧着端子接続方法であって、前記アルミニウム製の圧着端子として複数本のアルミニウム電線を結線するためのアルミニウム製で円筒状のリングスリーブを使用し、このアルミニウム製で円筒状のリングスリーブの内周面に前記凹部または凸部を該内周面に沿って環状に複数形成したものを使用し、前記アルミニウム製で円筒状のリングスリーブの外周面の前側と後側の２箇所をそれぞれ圧着して該円筒状のリングスリーブの内周面と前記アルミニウム電線のアルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とする。

以上説明したように、請求項１及び請求項４の発明によれば、圧着しようとする部分の内面に凹部または凸部を形成したアルミニウム製の圧着端子を使用し、このアルミニウム製の圧着端子を２箇所以上圧着するので、アルミニウム導体やアルミニウム製の圧着端子の表面の酸化皮膜を確実に破壊しながらアルミニウム製の圧着端子をアルミニウム導体に確実に圧着することができる。また、凹部または凸部の存在により、アルミニウム製の圧着端子とアルミニウム導体を互いに食い込ませることができるので、クリープとストレスリラクゼーションによる接続性能の劣化をより確実に防止することができる。さらに、アルミニウム製の圧着端子とアルミニウム導体との接触面に関しては電解腐食の問題を無くすことができ、接続性能の維持をより一段と図ることができる。

請求項２及び請求項５の発明によれば、アルミニウム製の圧着端子の圧着しようとする部分（圧着部）の内側に接続コンパウンドを塗布した状態で、アルミニウム製の圧着端子をアルミニウム導体に２箇所以上圧着するので、圧着部に対する空気や水の浸入を遮断することができ、アルミニウム表面への酸化皮膜の新たな生成を確実に防止することができる。これにより、経年劣化のサイクルを絶つことができ、長期間に亘って接続性能の安定をより一段と図ることができる。

請求項３及び請求項６の発明によれば、アルミニウム製の圧着端子がアルミニウム製で円筒状のリングスリーブであるので、複数本の屋内配線を結線して配線を分岐するような場合に有効性を発揮することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態の圧着端子としてリングスリーブを使用したアルミニウム電線の圧着端子接続方法の説明図、（ｂ）は同リングスリーブの縦断面図、（ｃ）はリングスリーブの内面に設ける凸部の例を示す正面図である。 アルミニウム導体をセレーションなしのアルミニウム製の圧着端子で１箇所圧着接続した場合と、アルミニウム導体をアルミニウム製の圧着端子で１箇所圧着接続した場合と、アルミニウム導体をアルミニウム製の圧着端子で２箇所圧着接続した場合の圧着部のヒートサイクル数に対するコネクタ温度の変化を、銅導体を銅製の圧着端子で１箇所圧着接続した場合と比較した説明図である。 先行技術の圧着端子としてリングスリーブを使用したアルミニウム電線の圧着端子接続方法の説明図である。 アルミニウム導体の接続部における経年変化のサイクルを示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は圧着端子としてリングスリーブを使用した実施形態の方法の説明図、図１（ｂ）は圧着端子としてのリングスリーブの縦断面図、図１（ｃ）はリングスリーブの内面に設ける凸部の例を示す正面図である。

この実施形態の方法は、アルミニウム導体（芯線）１２を有する２本のアルミニウム電線１０，１０を１個の端子の全てがアルミニウム製の圧着端子１で結線する場合の電線と端子の接続方法である。尚、ここで「アルミニウム導体」、「アルミニウム製端子」という概念の中には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金も含まれるものとする。

まず、本実施形態の方法では、図１（ａ）に示すように、２本のアルミニウム電線１０，１０の端末の各絶縁被覆１１をそれぞれ除去して、２本のアルミニウム導体１２，１２を露出させておく。そして、図１（ａ），（ｂ）に示すように、端子の全てがアルミニウム製の圧着端子として、円筒部（圧着しようとする部分）２の内周面（内面）２ａに、２箇所以上の圧着によってアルミニウム電線１０のアルミニウム導体１２の表面１２ａに食い込むセレーション（凹部または凸部に相当）３を該内周面２ａに沿って円環状に複数形成した全てがアルミニウム製で円筒状のリングスリーブ１を用意する。

そして、このアルミニウム製のリングスリーブ１の円筒部２の圧着部分の内側に、接続コンパウンド９を塗布した上で、リングスリーブ１の円筒部２の内部に２本のアルミニウム導体１２，１２を挿入して、図示しない圧着ペンチでリングスリーブ１の円筒部２の外周面２ｂの前側と後側の前後２箇所を２本のアルミニウム導体１２，１２に対してそれぞれ圧着する。この前後２箇所の圧着により、リングスリーブ１の円筒部２の内周面２ａと２本のアルミニウム電線１０，１０のアルミニウム導体１２，１２の表面１２ａを電気的に接続する。

この場合の接続コンパウンド９は、円筒部２の圧着部分、特に２本のアルミニウム導体１２，１２とリングスリーブ１との接触面、或いは、２本のアルミニウム導体１２，１２同士の接触面に対する空気や水の浸入を遮断するための充填材であり、導電性を有している。この具体例としては、例えば、ワゴジャパン株式会社製の「コンタクトペースト Ａｌｕ−Ｐｌｕｓ」や東神電気株式会社製の「コネクタール Ｈｉ−Ａ」を挙げることができる。

このように、端子の全てがアルミニウム製で円筒状のリングスリーブ１を前後２箇所圧着して、両アルミニウム電線１０，１０の芯線の全てがアルミニウム製のアルミニウム導体１２，１２を接続した場合、リングスリーブ１の円筒部２の内周面２ａに円環状のセレーション３が複数存在するので、２本のアルミニウム導体１２，１２の表面１２ａやアルミニウム製で円筒状のリングスリーブ１の内周面２ａの酸化皮膜を確実に破壊しながら、リングスリーブ１を２本のアルミニウム導体１２，１２に確実に圧着することができる。また、リングスリーブ１の前後２箇所の圧着部分と複数のセレーション３の存在により、リングスリーブ１の円筒部２の内周面２ａと２本のアルミニウム導体１２，１２の表面１２ａを互いに確実に食い込ませることができるので、クリープとストレスリラクゼーションによる接続性能の劣化を確実に防止することができる。

また、アルミニウム製で円筒状のリングスリーブ１を使用するので、電解腐食の問題を解消することができる。さらに、リングスリーブ１の円筒部２の内側に接続コンパウンド９を塗布した状態で、リングスリーブ１を２本のアルミニウム導体１２，１２に前後２箇所圧着するので、それらの圧着部に対する空気や水の浸入を確実に遮断することができ、アルミニウム表面への酸化皮膜の新たな生成を確実に防止することができる。これにより、アルミニウム導体１２の経年劣化のサイクルを絶つことができ、接続性能の安定をより一段と図ることができる。

尚、セレーション３の代わりに、図１（ｃ）に示すような槍状の突起（凹部または凸部に相当）４を円筒部２の内周面２ａに沿って環状に突出するように複数設けたリングスリーブを使用しても良いし、小孔や格子等を形成したリングスリーブを使用しても良い。これらはいずれも、凹部や凸部に相当するので、セレーション３とほぼ同様の効果を発揮することができる。

図２は、アルミニウム導体をセレーションなしのアルミニウム製の圧着端子で１箇所圧着接続した場合（Ａ）と、アルミニウム導体をアルミニウム製の圧着端子で１箇所圧着接続した場合（Ｂ）と、本発明のアルミニウム導体１２をアルミニウム製のリングスリーブ（圧着端子）１で２箇所圧着接続した場合（Ｃ）の圧着接続部のヒートサイクル数に対するコネクタ温度の変化を、銅導体を銅製の圧着端子で１箇所圧着接続した場合（Ｄ）と比較したグラフである。これらのグラフの変化は、ＪＩＳ規格によるヒートサイクル試験を繰り返し行った結果であり、端子と導体間の圧着接続部の接触抵抗が長期にわたり上がらないこと、即ち、コネクタ温度が長期にわたり上がらないことを確認するためのものであり、この試験により日常での電気の負荷状況を模擬している。また、図２のグラフの縦軸の「コネクタ温度」は端子圧着部の温度を示し、同グラフの横軸の「ヒートサイクル数」は４５分の通電ＯＮと４５分の通電ＯＦＦを１サイクルとした時の繰り返し数を示す。

この図２のグラフに示すように、アルミニウム電線１０のアルミニウム導体１２をアルミニウム製のリングスリーブ（圧着端子）１で２箇所圧着接続した場合（Ｃ）は、銅導体を銅製の圧着端子で１箇所圧着接続した場合（Ｄ）に比べて遜色がないことが判明した。即ち、２本のアルミニウム電線１０，１０の各アルミニウム導体１２に対してアルミニウム製のリングスリーブ１を前後２箇所圧着することにより、リングスリーブ１とアルミニウム導体１２間の圧着接続部の経年劣化をより確実に防止することができると共に、電気接続性能の向上をより一段と図ることができる。

このように、アルミニウム製のリングスリーブ１とアルミニウム導体１２とを接続する際に、リングスリーブ１の前側と後側の２箇所を圧着接続して圧着場所を増やすことにより、リングスリーブ１とアルミニウム導体１２の接触面積が多くなってそれらの密着が良くなり、リングスリーブ１とアルミニウム導体１２間の接触抵抗が減って熱の発生を抑制することができるため、ヒートサイクルにおけるリングスリーブ１とアルミニウム導体１２間の圧着接続部の温度上昇を、銅製の圧着端子で銅導体を１箇所圧着接続したレベルまで抑制することができる。

また、リングスリーブ１とアルミニウム導体１２は、同種金属間接続であって導体と端子の熱膨張あるいは収縮が同じに起こるため、リングスリーブ１の円筒部２の内周面２ａに円環状に複数形成したセレーション３により、アルミニウム導体１２の表面１２ａやリングスリーブ１の円筒部２の内周面２ａの酸化皮膜を一度破った状態で接続（接触）することで、リングスリーブ１とアルミニウム導体１２間の圧着接続部でのクリープやリラクゼーションによる隙間等の生成を抑制することができ、その隙間に発生する酸化劣化を長期にわたり確実に抑制することができる。

さらに、リングスリーブ１とアルミニウム導体１２は、共に全てがアルミニウム製であるため、端子の内側に錫メッキやアルミメッキ等を施すものに比べて、製造過程を簡素化することができ、その分、低コスト化を図ることができる。

尚、前記実施形態によれば、２本のアルミニウム電線の各アルミニウム導体に対してアルミニウム製のリングスリーブを前側と後側の２箇所で圧着したが、前端側と中央と後端側の３箇所、或いは４箇所以上で圧着しても良い。

また、前記実施形態によれば、２本のアルミニウム電線を接続する場合について説明したが、３本以上のアルミニウム電線を１個のアルミニウム製で円筒状のリングスリーブ１を用いて接続しても良い。これにより、複数本の屋内配線を分岐することができる。

さらに、前記実施形態のように、２本のアルミニウム電線を接続する場合に限らず、１個の圧着端子を１本のアルミニウム電線に圧着する場合にも、本発明は同様に適用することができる。即ち、この場合も、圧着しようとする部分の内面に、圧着によってアルミニウム導体の表面に食い込む凹部または凸部を形成したアルミニウム製の圧着端子を用意し、このアルミニウム製の圧着端子の圧着しようとする部分の内側に接続コンパウンドを塗布した状態で、アルミニウム製の圧着端子をアルミニウム導体に２箇所圧着する。

さらに、前記実施形態では、２本の電線がアルミニウム導体を有する場合について説明したが、１本がアルミニウム導体を有するアルミニウム電線であり、もう１本が銅導体を有する銅電線である場合にも有効性を発揮することができる。この場合は、接続コンパウンドが、アルミニウムと銅の接触面への空気や水の浸入を遮断することになるので、アルミニウム表面への酸化皮膜の生成を確実に防止することができると共に、アルミニウムと銅の接触面間の電解腐食の防止を確実に図ることができる。従って、たとえ銅電線が混在している場合でも、経年劣化のサイクルを絶つことができて、長期間の接続性能の維持を図ることができる。

１ アルミニウム製のリングスリーブ（アルミニウム製の圧着端子）
２ 圧着しようとする部分（円筒部）
２ａ 内周面（内面）
２ｂ 外周面（外面）
３ セレーション（凹部）
４ 突起（凸部）
９ 接続コンパウンド
１０ アルミニウム電線
１２ アルミニウム導体
１２ａ 表面

Claims (6)

1. 端子として圧着しようとする部分の内面に該圧着によってアルミニウム導体の表面に食い込む凹部または凸部を形成したアルミニウム製の圧着端子を使用し、このアルミニウム製の圧着端子を圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面に前記アルミニウム導体の表面を接続するアルミニウム導体の圧着端子接続方法において、
   前記アルミニウム製の圧着端子を２箇所以上圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面と前記アルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とするアルミニウム導体の圧着端子接続方法。
2. 請求項１記載のアルミニウム導体の圧着端子接続方法であって、
   前記アルミニウム製の圧着端子の圧着しようとする部分の内側に圧着部に対する空気や水の浸入を遮断するための接続コンパウンドを塗布した状態で、該圧着端子を２箇所以上圧着することを特徴とするアルミニウム導体の圧着端子接続方法。
3. 請求項１又は２記載のアルミニウム導体の圧着端子接続方法であって、
   前記アルミニウム製の圧着端子として複数本のアルミニウム導体を結線するためのアルミニウム製で円筒状のリングスリーブを使用し、このアルミニウム製で円筒状のリングスリーブの内周面に前記凹部または凸部を該内周面に沿って環状に複数形成したものを使用し、前記アルミニウム製で円筒状のリングスリーブの外周面の前側と後側の２箇所をそれぞれ圧着して該円筒状のリングスリーブの内周面と前記アルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とするアルミニウム導体の圧着端子接続方法。
4. 端子として圧着しようとする部分の内面に該圧着によってアルミニウム電線のアルミニウム導体の表面に食い込む凹部または凸部を形成したアルミニウム製の圧着端子を使用し、このアルミニウム製の圧着端子を圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面に前記アルミニウム電線のアルミニウム導体の表面を接続するアルミニウム電線の圧着端子接続方法において、
   前記アルミニウム製の圧着端子を２箇所以上圧着して該圧着端子の圧着しようとする部分の内面と前記アルミニウム電線のアルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とするアルミニウム電線の圧着端子接続方法。
5. 請求項４記載のアルミニウム電線の圧着端子接続方法であって、
   前記アルミニウム製の圧着端子の圧着しようとする部分の内側に圧着部に対する空気や水の浸入を遮断するための接続コンパウンドを塗布した状態で、該圧着端子を２箇所以上圧着することを特徴とするアルミニウム電線の圧着端子接続方法。
6. 請求項４又は５記載のアルミニウム電線の圧着端子接続方法であって、
   前記アルミニウム製の圧着端子として複数本のアルミニウム電線を結線するためのアルミニウム製で円筒状のリングスリーブを使用し、このアルミニウム製で円筒状のリングスリーブの内周面に前記凹部または凸部を該内周面に沿って環状に複数形成したものを使用し、前記アルミニウム製で円筒状のリングスリーブの外周面の前側と後側の２箇所をそれぞれ圧着して該円筒状のリングスリーブの内周面と前記アルミニウム電線のアルミニウム導体の表面とを接続することを特徴とするアルミニウム電線の圧着端子接続方法。

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