JP2013020761A - アルミリッツ線の端子接続方法及び端子接続部 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミリッツ線と端子との良好な接続状態を長期的に維持できるとともに、作業性の向上を図ることができるアルミリッツ線の端子接続方法及び端子接続部を提供する。
【解決手段】アルミ導体を絶縁皮膜で被覆したアルミ素線を複数集合して撚り合わせたアルミリッツ線を端子に接続する際に、アルミリッツ線の先端部を、端子に所定の間隔で形成された２つのバレル部で保持し、このバレル部をかしめてかしめ部を形成する（第１工程）。そして、かしめ部を電極で狭持して押圧しながら通電することにより、アルミ素線の絶縁皮膜を除去した後（第２工程）、２つのかしめ部の間から露呈されたアルミ導体を端子に電気的に接続する（第３工程）。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミリッツ線の端子接続方法及び端子接続部に関する。

従来、高周波コイル等の高周波機器においては、導体を絶縁皮膜で被覆したエナメル線（素線）を、複数本集合して撚り合わせたリッツ線が用いられている。リッツ線を用いることで、高周波特有の表皮効果や近接効果による交流抵抗の増大を効果的に抑制できる。一般に、リッツ線の導体には銅が用いられることが多い。
近年では、軽量化とコストダウンを目的として、導体にアルミニウムを適用したアルミリッツ線が開発されている。アルミリッツ線を端子に接続する際には、銅リッツ線の場合と同様の方法を利用することができないため、端子との接続技術の開発が製品化への鍵となっている。

銅リッツ線の場合、絶縁皮膜を除去した後に半田付けすることにより、銅導体と端子は良好に接続される。これに対して、アルミリッツ線の場合、絶縁皮膜を除去した後、アルミ表面に酸化膜が素早く形成されるため、半田付け性が悪くなる。フラックスを用いることで酸化膜を除去しながら半田付けすることはできるが、フラックスが残存するとアルミ導体が腐食しやすくなるため、長期的な信頼性が損なわれる虞がある。このような理由から、アルミリッツ線の端子接続において、半田付けを利用することは困難となっている。

アルミリッツ線の端子接続技術としては、例えば特許文献１〜５がある。特許文献１には、超音波溶接によりアルミリッツ線と端子を接続する手法が開示されている。特許文献２〜４には、アルミリッツ線を端子に圧着する際に、アルミ導体表面に形成された酸化膜を端子内面に形成された突出片により物理的に破壊する手法が開示されている。また、特許文献５には、アルミ導体と端子に電極を当接して通電し、抵抗溶接により両者を接続する手法が開示されている。

特開２００７−１２３２９号公報（特願２００５−１８９０１０） 特開２００３−２４９２８５号公報（特願２００２−４８２２０） 特開２００３−２４９２８４号公報（特願２００２−４８２１９） 特開２００４−１９３０７３号公報 特開平９−１６１９３６号公報（特願平７−３２２７６２）

しかしながら、特許文献１に記載の超音波溶接を行う場合、超音波エネルギーをアルミ導体に効率よく伝達するために、アルミ素線の絶縁皮膜を除去しなければならない。また、特許文献２〜４に記載の手法は、端子の内面に形成された突出片でアルミ導体の表面に形成された酸化膜を破壊するものであり、アルミ素線の絶縁皮膜は除去されている（又は絶縁皮膜がない）ことを前提としている。特許文献５に記載の手法も同様に、アルミ導体と端子に電極を当接して通電していることから、アルミ素線の絶縁皮膜は除去されている（又ははじめから絶縁皮膜がない）ことを前提としている。
このように、特許文献１〜５に記載の技術を適用する場合、いずれも皮膜除去剤を用いてアルミ素線の絶縁皮膜を除去する工程が必要となるため、廃液処理が必要となるなど作業性に優れているとはいえない。

一方、アルミリッツ線を端子に装着した後、端子に通電してヒュージング（熱かしめ）することにより、絶縁皮膜を軟化、変形させてアルミ導体と端子を導通接続することも考えられる。しかし、この手法では、端子との接合界面においてアルミ導体に酸化膜が形成されたり、経時的にアルミ導体にへたりが生じて端子との接触圧が徐々に低下して、電気抵抗が増大するという問題がある。
また、ヒュージングに続けてアルミ導体に通電することにより、アルミ導体と端子を抵抗溶接することも考えられる。しかし、この手法では、一部のアルミ素線が断線するなど性能的に安定した端子接続部を実現することは困難であった。これは、アルミ素線の配列が崩れて、アルミ素線ごとの発熱が不均一となってしまったためと考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、アルミリッツ線と端子との良好な接続状態を長期的に維持できるとともに、作業性の向上を図ることができるアルミリッツ線の端子接続方法及び端子接続部を提供することを目的とする。

本発明に係るアルミリッツ線の端子接続方法は、アルミ導体を絶縁皮膜で被覆したアルミ素線を複数集合して撚り合わせたアルミリッツ線を端子に接続するアルミリッツ線の端子接続方法であって、
アルミリッツ線の先端部を、端子に所定の間隔で形成された２つのバレル部で保持し、このバレル部をかしめてかしめ部を形成する第１工程と、
前記かしめ部を電極で狭持して押圧しながら通電することにより、前記アルミ素線の絶縁皮膜を除去する第２工程と、
前記２つのかしめ部の間から露呈された前記アルミ導体を前記端子に電気的に接続する第３工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るアルミリッツ線の端子接続部は、上記の方法によりアルミリッツ線と端子が接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、第２工程によりアルミリッツ線の先端部が２つのかしめ部で強固に固定されるため、第３工程でアルミ導体を端子に電気的に接続する際、２つのかしめ部の間から露呈されたアルミ素線（アルミ導体）の配列は崩れることなく保持される。また、第２工程によりアルミ素線の絶縁皮膜が完全に除去される。したがって、アルミリッツ線は、絶縁皮膜が完全に除去された部分において、アルミ素線の配列が保持されたまま端子と電気的に接続されるので、良好な接続状態を長期的に維持できる安定した端子接続部が実現される。
また、アルミ素線の絶縁皮膜を除去するに際して、皮膜除去剤を用いる必要はないので、作業性も格段に向上する。

実施の形態で用いたアルミリッツ線と端子を示す斜視図である。 実施の形態に係るアルミリッツ線の端子接続方法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施の形態で用いたアルミリッツ線と端子を示す斜視図である。
図１に示すアルミリッツ線１は、複数本のアルミ素線１１１を集合して撚り合わせたアルミ撚り線１１を、外被１２で被覆したリッツ線ケーブルである。図１では、簡略化して７本のアルミ素線１１１を撚り合わせた構成を示しているが、実際には、外径：０．０９〜０．７０ｍｍのアルミ素線１１１を２〜数百本（導体断面積５００ｍｍ²相当）集合してアルミ撚り線１１が構成される。アルミリッツ線１を構成するアルミ素線１１１の外径や、撚り本数は任意に選択される。

アルミ素線１１１は、アルミ導体１１１ａに絶縁皮膜１１１ｂを焼き付けたエナメル線である。アルミ素線１１１は、絶縁皮膜１１１ｂの上に、ポリアミド系樹脂材料等からなる融着皮膜が焼き付けられた自己融着線であってもよい。

絶縁皮膜１１１ｂには、例えばポリビニルホルマール、ポリウレタン、ポリウレタンナイロン、ポリエステル、ポリエステルナイロン、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド／ポリアミドイミド、ポリイミド等が適用される。
外被１２は、例えばポリ塩化ビニルや架橋ポリエチレンで構成される。なお、アルミ撚り線１１上に、外被１２の代わりに絹やポリエステル繊維（テトロン（登録商標））が横巻きされる場合もある。

端子２は、銅又は銅合金で構成され、表面の酸化を防止するために錫めっき処理が施されている。端子２は、電子機器の給電端子等に接続される機器側接続部２１と、アルミリッツ線１に接続される電線接続部２２を有している。
機器側接続部２１は、リング状に形成され、ボルト締めにより端子２を機器側に固定できるようになっている。
電線接続部２２の両側縁略中央部には一対のバレル部２３が形成され、両側縁後端部（機器接続部２１と反対側の端部）には一対のバレル部２４が形成されている。バレル部２３、２４は、例えば折曲加工により電線接続部２２に一体的に形成される。

電線接続部２２の幅、すなわち一対のバレル部２３及び一対のバレル部２４のそれぞれの間隔は、アルミ撚り線１１の先端を落とし込んで装着できるように、アルミ撚り線１１の外径とほぼ同じ幅に設定される。バレル部２３、２４の高さは、アルミ撚り線１１を挟み込んで、さらにかしめることができるように、アルミ撚り線１１の外径に応じて設定される。バレル部２３、２４の長さは、４〜８ｍｍである。バレル部２３とバレル部２４の間隔は、アルミ撚り線１１を適切に固定できるように、３〜８ｍｍに設定される。

図２は、本実施の形態に係るアルミリッツ線の端子接続方法について示す図である。
アルミリッツ線１を端子２に接続するに際し、まずアルミリッツ線１の先端部の外被１２を皮剥ぎして、アルミ撚り線１１を所定長だけ露出させておく。アルミ撚り線１１の長さは、端子２の電線接続部２２（バレル部２３からバレル部２４にわたる部分）の長さと略一致するように調整される。

このアルミリッツ線１の先端部を端子２の電線接続部２２に落とし込んで、端子２に装着する（図２（ａ）参照）。そして、バレル部２３、２４をかしめることにより、アルミリッツ線１が端子２から引き抜けないように固定する（図２（ｂ）参照）。アルミ撚り線１１のバレル部２３、２４でかしめられた部分の配列は崩れるが、バレル部２３、２４で挟まれた部分の配列は崩れることなく保持される。以下において、アルミリッツ線１と端子２の接続部分全体を端子接続部Ｊ、バレル部２３に対応する部分をかしめ部Ｊ１、バレル部２４に対応する部分をかしめ部Ｊ２、バレル部２３とバレル部２４に挟まれた部分を溶接部Ｊ３と称する。

次に、端子接続部Ｊを皮膜除去装置３に固定する（図２（ｃ）参照）。皮膜除去装置３は、対向する下側電極３１と上側電極３２を有し、端子接続部Ｊを下側電極３１と上側電極３２で狭持して押圧しながら通電する装置である。

皮膜除去装置３の下側電極３１を端子２の電線接続部２２の全面に当接させ、上側電極３２をかしめ部Ｊ１、Ｊ２の上面に当接させ、端子接続部Ｊを狭持する。そして、下側電極３１と上側電極３２により端子接続部Ｊを押圧しながら、端子２に通電する（ヒュージング（熱かしめ））。端子２の発熱に伴い、アルミ素線１１１の絶縁皮膜１１１ｂが軟化及び気化して、アルミ導体１１１ａが露出される。

この皮膜除去工程では、アルミ導体１１１ａが溶融することなく、絶縁皮膜１１１ｂを完全に除去できるように、皮膜除去装置３の押圧力、通電電流、及び通電時間が適宜設定される。

この皮膜除去工程により、アルミリッツ線１の先端部が２つのかしめ部Ｊ１、Ｊ２で強固に固定されるとともに、アルミ素線１１１の絶縁皮膜１１１ｂが完全に除去される。かしめ部Ｊ１、Ｊ２における絶縁皮膜１１１ｂが除去されるのはもちろんであるが、溶接部Ｊ３における絶縁皮膜１１１ｂも除去される。

次に、端子接続部Ｊを抵抗溶接装置４に固定する（図２（ｄ）参照）。抵抗溶接装置４は、対向する下側電極４１と上側電極４２を有し、溶接部Ｊ３を下側電極４１と上側電極４２で狭持して押圧しながら通電する装置である。上側電極４２は、かしめ部Ｊ１、Ｊ２には当接せず、溶接部Ｊ３だけに当接させるため、凸状に形成される。また、上側電極４２の溶接部Ｊ３との当接部には、アルミ撚り線１１の外形に合わせて、Ｕ溝が形成される。

抵抗溶接装置４の下側電極４１を端子２の電線接続部２２の全面に当接させ、上側電極４２を溶接部Ｊ３（アルミ撚り線１１）の上面に当接させ、溶接部Ｊ３を狭持する。そして、下側電極４１と上側電極４２により溶接部Ｊ３を押圧しながら通電する。アルミ導体１１１ａ及び端子２が発熱することにより、両者が溶接される（抵抗溶接）。

この抵抗溶接工程では、溶接部Ｊ３のアルミ素線１１１（アルミ導体１１１ａ）の配列が崩れることなく、アルミ導体１１１ａと端子２とが良好に導通接続するように、抵抗溶接装置４の押圧力、通電電流、及び通電時間が適宜設定される。

皮膜除去工程によりアルミリッツ線１の先端部は２つのかしめ部Ｊ１、Ｊ２で強固に固定されているので、アルミ素線１１１（アルミ導体１１１ａ）の配列が保持された状態で抵抗溶接工程が行われる。アルミ導体１１１ａに対して均一な通電が行われることとなり、それぞれのアルミ導体１１１ａの発熱量も同等となる。したがって、溶接部Ｊ３において均一で安定した抵抗溶接が行われる。

このようにして、アルミリッツ線１の端子接続部Ｊが作製される（図２（ｅ）参照）。
なお、皮膜除去装置３と抵抗溶接装置４を２台並設しておけば、皮膜除去工程と抵抗溶接工程を連続して行うことが可能となる。

このように、本実施の形態では、第１工程として、アルミ導体１１１ａを絶縁皮膜１１１ｂで被覆したアルミ素線１１１を複数集合して撚り合わせたアルミリッツ線１を端子２に接続するに際して、アルミリッツ線１の先端部を、端子２に所定の間隔で形成された２つのバレル部２３、２４で保持し、このバレル部２３、２４をかしめてかしめ部Ｊ１、Ｊ２を形成する。
次に、第２工程として、かしめ部Ｊ１、Ｊ２を下側電極３１と上側電極３２で狭持して押圧しながら通電することにより、アルミ素線１１１の絶縁皮膜１１１ｂを除去する（皮膜除去工程、ヒュージング工程）。
そして、第３工程として、２つのかしめ部Ｊ１、Ｊ２の間から露呈されたアルミ導体１１１ａを端子２に電気的に接続する。具体的には、アルミ導体１１１ａに通電して発熱させることにより、当該アルミ導体１１１ａと端子２を抵抗溶接する（抵抗溶接工程）。

この端子接続方法によれば、良好な接続状態を長期的に維持できる安定した端子接続部Ｊが実現される。すなわち、かしめ部Ｊ１、Ｊ２では経時的にへたり（応力緩和）が生じるが、溶接部Ｊ３においてアルミ導体１１１ａと端子２は抵抗溶接されており、アルミ導体１１１ａと端子２との接合界面に酸化膜が形成されることもないので、電気抵抗が増大することはない。また、アルミリッツ線１の後方から加わる引っ張りや曲げ等の外力に対しては、２つのかしめ部Ｊ１、Ｊ２が負担するので、溶接部Ｊ３に外力が直接作用する虞もない。
また、アルミ素線１１１の絶縁皮膜１１１ｂを除去するに際して、皮膜除去剤を用いる必要はないので、作業性も格段に向上する。

［実施例］
実施例では、導体径：０．１６ｍｍのアルミ導体１１１ａを膜厚：０．００７ｍｍのポリウレタンで被覆したアルミ素線１１１を１５０本撚り合わせたアルミリッツ線１を用いた。また、端子２において、電線接続部２２は幅：５ｍｍとした。また、バレル部２３、２４は、高さ：４ｍｍ、長さ：５ｍｍ、間隔：５ｍｍとした。

先端部の約２０ｍｍにわたり外被１２を除去したアルミリッツ線１を端子２に固定して、押圧力：５００Ｎ、通電電流：５．５ｋＡ、通電時間：４００ｍｓｅｃの条件で、皮膜除去工程を行った。端子接続部Ｊの外観、アルミ導体１１１ａと端子間の導通試験、及びかしめ部Ｊ１、Ｊ２の断面観察の結果、アルミ素線１１１が溶断することなく、絶縁皮膜１１１ｂは完全に除去できていた。

また、実施例のアルミリッツ線１を用いて、押圧力、通電電流、通電時間を変化させたところ、以下のことを確認できた。すなわち、押圧力が３００Ｎ未満であると必要な通電電流が得られず、６００Ｎを超えるとアルミ素線１１１の配列が崩れた。また、通電電流が４．０ｋＡ未満であると絶縁皮膜１１１ｂを除去するのに必要な発熱量が得られず、７．０ｋＡを超えるとアルミ導体１１１ａが溶融した。また、通電時間が３００ｍｓｅｃ未満であると絶縁皮膜１１１ｂを除去するのに必要な温度が得られず、６００ｍｓｅｃを超えるとアルミ導体１１１ａが溶融した。なお、アルミ導体１１１ａが溶融すると、かしめ部Ｊ１、Ｊ２に隙間が生じ、所定の引張強度が得られない虞があるため望ましくない。

これより、実施例のアルミリッツ線１を用いる場合には、皮膜除去工程において、かしめ部Ｊ１、Ｊ２を３００〜６００Ｎの押圧力で押圧しながら、当該かしめ部Ｊ１、Ｊ２に４．０〜７．０ｋＡの電流を３００〜６００ｍｓｅｃ通電することが望ましい。これにより、皮膜除去工程において、アルミ素線１１１が溶融することなく、絶縁皮膜を除去することができる。
さらには、かしめ部Ｊ１、Ｊ２を４００〜５００Ｎの押圧力で押圧しながら、当該かしめ部Ｊ１、Ｊ２に４．５〜６．５ｋＡの電流を３５０〜５００ｍｓｅｃ通電することがさらに望ましい。これにより、皮膜除去工程において、より確実に、アルミ素線１１１が溶融することなく、絶縁皮膜を除去することができる。

上記と同様にして、皮膜除去工程を行った端子接続部Ｊに対して、さらに、押圧力：５００Ｎ、通電電流：４．０ｋＡ、通電時間：５００ｍｓｅｃの条件で、抵抗溶接工程を行った。そして、作製された端子接続部Ｊの電気抵抗（初期値）を直流４端子法により測定した。また、端子接続部Ｊの引張強度（初期値）をＪＡＳＯ規格ＴＰ−０８００２（自動車用低圧電線端子及びコネクタの試験方法）に基づいて測定した。次に、ＪＡＳＯ規格ＴＰ−０８００２に基づいて端子接続部Ｊに温度／湿度サイクル履歴を加えた後、同様の評価を行った。

また、比較例として、実施例で用いたアルミリッツ線１を、従来と同様の方法により端子２に接続した。具体的には、先端部の外被１２を除去したアルミリッツ線１を端子２に固定して、この部分に半田を流し込んだ後、バレル部２４をかしめて作製した端子接続部Ｊを作製した。そして、この端子接続部Ｊについて、実施例と同様の測定を行った。

実施例及び比較例に係る端子接続部Ｊの評価結果を表１に示す。
表１に示すように、第２工程におけるかしめ部Ｊ１、Ｊ２の押圧力を３００〜６００Ｎ、通電電流を４．０〜７．０ｋＡ、通電時間を３００〜６００ｍｓｅｃとした場合に、電気抵抗（初期値）、引張強度（初期値）ともに良好な結果が得られ、かつ、温度／湿度サイクル履歴後の劣化もほとんどなかった（実施例１〜４）。
また、かしめ部Ｊ１，Ｊ２の押圧力を４００〜５００Ｎ、通電電流を４．５〜６．５ｋＡ、通電時間を３５０〜５００ｍｓｅｃとした場合に、引張強度においてさらに良好な結果が得られた（実施例３）。

実施例に比較して、従来の方法により作製した比較例に係る端子接続部Ｊは、電気抵抗が大きく、また引張強度も小さかった。アルミリッツ線１の絶縁皮膜が十分に除去されず、また、かしめ量が適切でなかったためと考えられる。このように、実施例と比較例の差は歴然であった。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、第２工程におけるアルミ導体１１１ａと端子２との電気的な接続には、超音波溶接やレーザー溶接など、抵抗溶接以外の方法を適用することもできる。ただし、溶接部の性能の安定性を図る観点から、抵抗溶接が最適である。

また例えば、端子２の構造は実施の形態で示したものに制限されず、例えばアルミリッツ線１の先端部を保持するバレル部２３、２４は筒状に形成されていてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ アルミリッツ線
１１ アルミ撚り線
１１１ アルミ素線
１１１ａ アルミ導体
１１１ｂ 絶縁皮膜
１２ 外被
２ 端子
２１ 機器側接続部
２２ 電線接続部
２３ バレル部
２４ バレル部
Ｊ 端子接続部
Ｊ１ かしめ部
Ｊ２ かしめ部
Ｊ３ 溶接部

Claims (7)

1. アルミ導体を絶縁皮膜で被覆したアルミ素線を複数集合して撚り合わせたアルミリッツ線を端子に接続するアルミリッツ線の端子接続方法であって、
   アルミリッツ線の先端部を、端子に所定の間隔で形成された２つのバレル部で保持し、このバレル部をかしめてかしめ部を形成する第１工程と、
   前記かしめ部を電極で狭持して押圧しながら通電することにより、前記アルミ素線の絶縁皮膜を除去する第２工程と、
   前記２つのかしめ部の間から露呈された前記アルミ導体を前記端子に電気的に接続する第３工程と、を備えることを特徴とするアルミリッツ線の端子接続方法。
2. 前記第３工程において、前記アルミ導体に通電して発熱させることにより、当該アルミ導体と前記端子を抵抗溶接することを特徴とする請求項１に記載のアルミリッツ線の端子接続方法。
3. 前記２つのバレル部の間隔が、３〜８ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミリッツ線の端子接続方法。
4. 前記アルミリッツ線が、アルミ導体を膜厚：０．００５〜０．０２０のポリウレタンで被覆した外径：０．１０〜０．３０ｍｍのアルミ素線を、１００〜２００本集合して撚り合わせて構成され、
   前記第２工程において、前記かしめ部を３００〜６００Ｎの押圧力で押圧しながら、当該かしめ部に４．０〜７．０ｋＡの電流を３００〜６００ｍｓｅｃ通電することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のアルミリッツ線の端子接続方法。
5. 前記第２工程において、前記かしめ部を４００〜５００Ｎの押圧力で押圧しながら、当該かしめ部に４．５〜６．５ｋＡの電流を３５０〜５００ｍｓｅｃ通電することを特徴とする請求項４に記載のアルミリッツ線の端子接続方法。
6. 前記端子は、錫めっきされた銅製の端子であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のアルミリッツ線の端子接続方法。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の方法により、アルミリッツ線と端子が接続されていることを特徴とするアルミリッツ線の端子接続部。

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