JP2015133286A - 銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アルミニウム製の電線と銅製の電線を接続部材で接続する際に、両者の接触抵抗と引張強度を確保することが可能な銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法を提供する。【解決手段】 圧着部７ａでは、アルミニウム電線３のみが圧着されるため、圧着部７の圧縮率は、アルミニウム電線３に適した圧縮率で圧着される。圧着部７ｂでは、アルミニウム電線３と銅電線５とが重ねあわされて圧着される。圧着部７ｂでは、銅電線５に適した圧縮率で圧着される。このように、接続部材７を多段に圧縮して、部位によって電線の圧縮率が異なるようにすることで、異なる電線のそれぞれに適した圧縮率で圧着することができる。【選択図】図１

Description

本発明は銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法に関するものである。

従来、自動車などに用いられる電線としては、銅製の電線が用いられる。このような電線同士の接続には電線同士をかしめて接続する接続部材が用いられている。

一方、環境問題が注目される中、自動車の軽量化が要求されている。このため、従来使用されている銅製の電線に代えて、軽量なアルミニウム製の電線が注目されている。このようなアルミニウム製の電線を使用する場合、アルミニウム製の電線と銅製の電線とを接続部材で接合する必要がある。

このようなアルミニウム製の電線と、銅製の電線とを接続する構造としては、断面において、接続部材の底部側にアルミニウムが位置し、上方に銅が位置するように圧着する方法がある（特許文献１）。

特開２００９−１２９８１２号公報

しかし、アルミニウム電線と銅電線とを重ねて圧着すると、特許文献１のように圧着部においてアルミニウムと銅とが完全に上下に分離せずに、アルミニウムと銅とが混ざり合う。このため、特許文献１のような構造を得ることは容易ではない。

また、このような電線同士の接続部では、電線と接続部材との接触抵抗と引張強度を確保する必要がある。このような電線と接続部材との接触抵抗および引張強度は、電線の圧縮率を適切な範囲にすることで、確保することができる。

しかし、アルミニウム電線と銅電線とでは、硬度が異なる。このため、アルミニウム電線と銅電線を互いに重ね合わせて圧着すると、両方の電線の両者をそれぞれに必要な圧縮率で圧着することが困難である。

例えば、アルミニウムと銅とでは、硬度が異なるため、同じ力で圧縮しても、アルミニウムの方が優先的に変形し、銅の変形が進行しにくい。また、アルミニウムと銅とでは、適切な圧縮率が異なる。このため、一方の電線の接触抵抗と引張強度を確保すると、他方の電線が過剰に圧縮される場合や圧縮率が足りない場合が起こりうる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、アルミニウム製の電線と銅製の電線を接続部材で接続する際に、両者の接触抵抗と引張強度を確保することが可能な銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、銅電線と、アルミニウム電線と、接続部材と、を具備し、前記銅電線と前記アルミニウム電線とが少なくとも一部が重ねられて配置されて、前記接続部材によって圧着されており、前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成されていることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造である。

前記アルミニウム電線の圧着長さが、前記銅電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記アルミニウム電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記アルミニウム電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、異なる圧縮量で圧着されることが望ましい。

前記アルミニウム電線と前記銅電線とが、合わせてｎ本（但しｎは２以上の整数）同一方向に向けて接続されており、ｎ本の各電線の圧着長さがそれぞれ異なり、各電線を圧着長さの順に重ねた際に、電線の本数が１本の部位からｎ本の部位まで多段に形成され、圧着される電線の本数ごとに、前記接続部材の圧縮量がそれぞれ異なることが望ましい。

第１の発明によれば、接続部材を多段で圧縮することで、それぞれの電線に適した圧縮率で各電線を圧着することができる。したがって、各電線に対して必要な接触抵抗および引張強度を確保することができる。

また、アルミニウム電線と銅電線の圧着長さが異なり、アルミニウム電線のみの部位と、アルミニウム電線と銅電線とが重なる部位とを形成することで、アルミニウム電線と接続部材とを確実に接触させることができる。このため、接続部材の内面に形成されるセレーションによって、アルミニウム電線の表面の酸化被膜を破壊して、確実にアルミニウム電線と接合部材との導電性を確保することができる。

また、複数本の電線を同一方向に向けて重ね、階段状に配置することで、接続部材の各部において、電線の圧縮本数に応じて圧縮量を変えることができる。このため、それぞれの圧着部において適切な圧縮率で圧着することができる。

第２の発明は、銅電線とアルミニウム電線との接続方法であって、銅電線とアルミニウム電線とを少なくとも一部が重なるように接続部材の内部に配置し、前記接続部材を、少なくとも一部に段部を有する金型で一括して圧着し、前記接続部材の部位によって圧縮量が異なるように、前記アルミニウム電線、前記銅電線および前記接続部材を接続することを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続方法である。

第２の発明によれば、アルミニウム電線と銅電線とを接続部材で接合する際に、一括でそれぞれの電線に適切な圧縮率で圧着することができる。

本発明によれば、アルミニウム製の電線と銅製の電線を接続部材で接続する際に、両者の接触抵抗と引張強度を確保することが可能な銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法を提供することができる。

電線接続構造１を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。 （ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。 アルミニウム電線３と銅電線５とを接続する前の状態を示す図。 アルミニウム電線３と銅電線５とを圧着する状態を示す図。 アルミニウム電線３と銅電線５とを接続部材７に配置した状態を示す断面図で、（ａ）は図４のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は図４のＤ−Ｄ線断面図。 電線接続構造１ａを示す断面図。 電線接続構造１ｂを示す断面図。 電線接続構造１ｃを示す断面図。

（実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）は、電線接続構造１を示す斜視図である。電線接続構造１は、アルミニウム電線３、銅電線５、接続部材７から構成される。

アルミニウム電線３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の電線である。また、銅電線５は、銅または銅合金製の電線である。アルミニウム電線３と銅電線５は、それぞれ先端部分の被覆部が剥離されて導体部が露出し、互いに対向するように重ねあわされて接続部材７で圧着される。

図１（ｂ）は、電線接続構造１の断面図であり、図２（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。電線接続構造１では、アルミニウム電線３と銅電線５とで圧着長さ（接続部材７によって圧着されている長さ）が異なる。図示した例では、アルミニウム電線３の圧着長さが、銅電線５の圧着長さよりも長い。

したがって、アルミニウム電線３のみが圧着される圧着部７ａと、アルミニウム電線３と銅電線５とが重ねあわされて圧着される圧着部７ｂとが形成される。すなわち、電線接続構造１は、少なくとも一部にアルミニウム電線３と銅電線５とが重ねあわされる部位が形成される。なお、圧着部７ａと圧着部７ｂとは、ほぼ同じ長さに設定される。

圧着部７ａでは、アルミニウム電線３のみが圧着されるため、圧着部７ａの圧縮量は、アルミニウム電線３に適した圧縮率となるように設定される。

ここで、圧縮率とは、圧着前のアルミニウム電線３の断面積に対する、圧着後のアルミニウム電線３の断面積の比である。たとえば、アルミニウム電線３の圧縮率は、５０％程度に設定される。

圧着部７ｂでは、アルミニウム電線３と銅電線５とが重ねあわされて圧着される。なお、圧着部７ｂでは、必ずしもアルミニウム電線３と銅電線５とが分離せずに、断面において互いに混ざり合うように圧着される場合もある。圧着部７ｂでは、銅電線５に適した圧縮率で圧着される。たとえば、圧着前の銅電線５の断面積に対する、圧着後の銅電線５の断面積の総和の比が、７０％程度となるように設定される。

この場合、圧着部７ｂにおけるアルミニウム電線３の圧縮率は、圧着部７ａにおけるアルミニウム電線３の圧縮率とは異なる。たとえば、圧着部７ｂでは、アルミニウム電線３の圧縮率は、５０％を下回る場合がある。

このような場合でも、圧着部７ａにおいて、アルミニウム電線３と接続部材７との接触抵抗および引張強度が確保され、圧着部７ｂにおいて、銅電線５と接続部材７との接触抵抗および引張強度が確保される。このように、接続部材７を多段に圧縮して、部位によって接続部材７等の圧縮量（電線の圧縮率）が異なるようにすることで、異なる電線のそれぞれに適した圧縮率で圧着することができる。

なお、本発明において、圧縮量とは、接続部材７と電線とを合わせて全体を圧縮した際の、断面積の減量を指す。圧着前後で断面の幅方向の寸法が変化しない場合には、圧縮量は、圧縮前の接続部材７の高さに対して、圧縮後の接続部材７の高さ（クリンプハイト）の減量に相当する。したがって、本発明では、全体の圧縮量と、個々の電線の圧縮率とを区別する。

次に、電線接続構造１の形成方法について説明する。図３は、圧着前のアルミニウム電線３、銅電線５、接続部材７を示す図である。まず、アルミニウム電線３と銅電線５の先端部の一部の被覆部を剥離し、導体部を露出させる。この際、銅電線５の導体露出長に対して、アルミニウム電線３の導体露出長を長くしておく。たとえば、アルミニウム電線３の導体露出長を、銅電線５の導体露出長の約２倍にしておく。

接続部材７は、断面略Ｕ字状の金属部材である。接続部材７の内面には、セレーション９が設けられる。セレーション９は、接続部材７の内面に溝状に形成される。また、セレーション９は、圧着後の圧着部７ａ、７ｂに対応する部位にそれぞれ形成される。

なお、セレーション９の形態は、図示した例には限られない。例えば、接続方向にほぼ垂直な線状ではなく、接続方向に角度を有してもよく、格子状に形成してもよい。

アルミニウム電線３の導体露出長は、接続部材７の長さとほぼ一致する。すなわち、銅電線５の導体露出長は、接続部材７の長さの略１／２となる。この状態で、銅電線５とアルミニウム電線３と対向させて重ねるように配置する。

図４は、接続部材７にアルミニウム電線３と銅電線５とを重ねて配置した状態の側面図（接続部材７の透視図）である。この状態で、金型１１ａ、１１ｂの間に、アルミニウム電線３、銅電線５、接続部材７を配置する。

図５（ａ）は、図４のＣ−Ｃ線断面図、図５（ｂ）は、図４のＤ−Ｄ線断面図である。図示したように、接続部材７には、アルミニウム電線３のみが配置される部位と、アルミニウム電線３と銅電線５とが重ねあわされている部位とがある。この際、導体露出長の長いアルミニウム電線３が接続部材７の底面と接触するように配置される。

金型１１ｂには、段部１３が形成される。段部１３は、接続部の長手方向の略中央に形成され、金型１１ａとの距離が変化する部位である。すなわち、金型１１ａ、１１ｂを対向させて接続部材７を圧縮するように移動させた際（図中Ｃ方向）、接続部材７の圧縮量が、段部１３の前後で異なる。圧着部７ａ、７ｂの圧縮量をあらかじめ設定し、設定された圧縮量となるように段部１３の高さを設定することで、金型１１ａ、１１ｂによって、一括して圧着部７ａ、７ｂを圧着することができる。

なお、圧着部７ａの圧縮量は、アルミニウム電線３の圧縮率が所定値となるように設定される。一方、圧着部７ｂの圧縮量は、銅電線５の圧縮率が所定値となるように設定される。

ここで、圧着部７ｂは、銅電線５の他にアルミニウム電線３が配置されている。このため、銅電線５の圧縮率を所定値とするために必要な圧縮量は、あらかじめ試験等によって求められる。例えば、圧縮量と銅電線５の圧縮率との関係を取得して、圧縮率が所定値となる圧縮量を決定する。

以上説明したように、本実施形態の電線接続構造１によれば、アルミニウム電線３と銅電線５とをそれぞれの電線に適した圧縮率で圧着することができる。したがって、アルミニウム電線３と銅電線５の両者に対して、適切な接触抵抗および引張強度を確保することができる。

また、接続部材７は、段部１３を有し、部位によって圧縮量が異なる金型１１ａ、１１ｂによって圧着される。このため、アルミニウム電線３と銅電線５とを一括して圧着することができる。

また、アルミニウム電線３の圧着長さを長くすることで、圧着部７ａではアルミニウム電線３と接続部材７とを確実に接触させ、セレーション９によってアルミニウム電線３の表面の酸化被膜を破壊することができる。

（実施形態２）
次に、第２の実施形態にかかる電線接続構造１ａについて説明する。図６は、電線接続構造１ａを示す図である。なお、以下の説明において、図１等に示す電線接続構造１と同一の機能を奏する構成には、同一の符号を付し、重複した説明を省略する。電線接続構造１ａは電線接続構造１と略同様の構成であるが、アルミニウム電線３と銅電線５とが同一方向に向けて圧着される点で異なる。

アルミニウム電線３の導体露出長は、銅電線５の導体露出長の約２倍に設定される。アルミニウム電線３と銅電線５は、それぞれの被覆部端部の位置を略合わせて、同一方向に向けて重ねて配置される。すなわち、電線接続構造１ａの先端部近傍では、アルミニウム電線３のみとなり、被覆部側ではアルミニウム電線３と銅電線５とが重なりあう。

導体露出長の長いアルミニウム電線３は、接続部材７の底面に接するように配置される。銅電線５は、アルミニウム電線３の上に配置される。

圧着部７ａでは、アルミニウム電線３のみが圧着され、圧着部７ｂでは、アルミニウム電線３と銅電線５とが一括して圧着される。すなわち、接続部材７は多段で圧着される。なお、各部の圧縮量は、電線接続構造１と同様である。

第２の実施の形態にかかる電線接続構造１ａによれば、各電線を同一方向に向けて接続された接続構造においても、電線接続構造１と同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
次に、第３の実施形態にかかる電線接続構造１ｂについて説明する。図７は、電線接続構造１ｂを示す図である。電線接続構造１ｂは電線接続構造１ａと略同様の構成であるが、アルミニウム電線３と銅電線５とが３本同時に圧着される点で異なる。

電線接続構造１ｂでは、アルミニウム電線３ａ、３ｂ、銅電線５が接続される。アルミニウム電線３ａ、３ｂ、銅電線５は、それぞれ導体露出長が異なり、長さの順に重ねあわされる。すなわち、それぞれの被覆部端部を合わせて重ねあわせると、アルミニウム電線３ａ、３ｂ、銅電線５が階段状に配置される。

一番先端側の圧着部７ａでは、アルミニウム電線３ａのみが圧着される。中央の圧着部７ｂでは、アルミニウム電線３ａとアルミニウム電線３ｂが一括して圧着される。一番被覆部側の圧着部７ｃでは、アルミニウム電線３ａ、３ｂ、銅電線５が一括して圧着される。すなわち、接続部材７は階段状に多段で圧着される。

圧着部７ａでは、アルミニウム電線３ａに適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。圧着部７ｂでは、アルミニウム電線３ｂに適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。圧着部７ｃでは、銅電線５に適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。

ここで、アルミニウム電線３ａ、３ｂは、同じアルミニウム製の電線であっても、例えば硬度や径などが異なる場合がある。したがって、圧着部７ｂにおいてアルミニウム電線３ａに適した圧縮率を得ようとしても、アルミニウム電線３ｂに適した圧縮率とはならない場合がある。このため、本発明では、電線ごとに適した圧縮率となるように各圧着部の圧縮量を設定する。

第３の実施の形態にかかる電線接続構造１ｂによれば、多数の各電線を同一方向に向けて接続された接続構造においても、電線接続構造１等と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明では、さらに多数本の電線を一括して接続することができる。たとえば、ｎ本（ｎは２以上の整数）の電線を階段状に重ね合わせて接続することができる。

また、３本以上の電線を接続する場合には、少なくとも１本ずつのアルミニウム電線と銅電線とが含まれれば、他の電線の材質は問わない。例えば、１本のアルミニウム電線に対して、複数本の銅電線を接続することもでき、複数本同士のアルミニウム電線と銅電線とを接続することもできる。

また、上述の各実施例では、アルミニウム電線の圧着長さが銅電線の圧着長さよりも長い例を示したが、銅電線の方を長くしてもよい。例えば、銅電線の圧着長さを最も長くしてもよく、アルミニウム電線の圧着長さを最も短くしてもよい。

（実施形態４）
次に、第４の実施形態にかかる電線接続構造１ｃについて説明する。図８は、電線接続構造１ｃを示す図である。電線接続構造１ｃは電線接続構造１と略同様の構成であるが、アルミニウム電線３と銅電線５とがそれぞれの中間部で圧着される点で異なる。

電線接続構造１ｃでは、アルミニウム電線３、銅電線５の端部に導体露出部が形成されるのではなく、それぞれの長手方向の中間部の一部に導体露出部が形成される。アルミニウム電線３、銅電線５は、それぞれの導体露出部が重なるように圧着される。

電線接続構造１ｃでは、圧着部７ａ、７ｂの両方において、アルミニウム電線３および銅電線５が重ねあわされて圧着される。圧着部７ａでは、アルミニウム電線３に適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。圧着部７ｂでは、銅電線５に適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。すなわち、圧着部７ａ、７ｂは圧縮量が異なり、各電線の圧縮率が異なる。

第４の実施の形態にかかる電線接続構造１ｃによれば、中間ジョイントにおいても、電線接続構造１等と同様の効果を得ることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ………電線接続構造
３、３ａ、３ｂ………アルミニウム電線
５………銅電線
７………接続部材
７ａ、７ｂ、７ｃ………圧着部
９………セレーション
１１ａ、１１ｂ………金型
１３………段部

Claims (4)

1. 銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、
   銅電線と、
   アルミニウム電線と、
   接続部材と、
   を具備し、
   前記銅電線と前記アルミニウム電線とが少なくとも一部が重ねられて配置されて、前記接続部材によって圧着されており、
   前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成されていることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造。
2. 前記アルミニウム電線の圧着長さが、前記銅電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記アルミニウム電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記アルミニウム電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、異なる圧縮量で圧着されることを特徴とする請求項１記載の銅電線とアルミニウム電線との接続構造。
3. 前記アルミニウム電線と前記銅電線とが、合わせてｎ本（但しｎは２以上の整数）同一方向に向けて接続されており、
   ｎ本の各電線の圧着長さがそれぞれ異なり、各電線を圧着長さの順に重ねた際に、電線の本数が１本の部位からｎ本の部位まで多段に形成され、
   圧着される電線の本数ごとに、前記接続部材の圧縮量がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅電線とアルミニウム電線との接続構造。
4. 銅電線とアルミニウム電線との接続方法であって、
   銅電線とアルミニウム電線とを少なくとも一部が重なるように接続部材の内部に配置し、
   前記接続部材を、少なくとも一部に段部を有する金型で一括して圧着し、前記接続部材の部位によって圧縮量が異なるように、前記アルミニウム電線、前記銅電線および前記接続部材を接続することを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続方法。
   

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