JP2020087534A - Electric wire - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電線に関する。 The present disclosure relates to electrical wires.
特許文献1には、リード線を構成する複数の導線を一塊にするリード線の接合装置が開示されている。この接合装置は、分離可能な加圧型枠を備える。この加圧型枠には、抵抗溶接を行うための電極が固着されている。この加圧型枠で複数の導線同士を一体的に加圧溶接する。
複数の導線(素線)がばらけ難く取り扱い易いことが望まれる。例えば、複数の素線間で形成される空隙が小さいと、隣り合う素線同士が強固に溶接され易く、複数の素線がばらけ難い。複数の素線間で形成される空隙を小さくするには、加圧溶接の条件を調整することが挙げられる。例えば、加圧溶接の際に、電極に大きい電流を流すことが挙げられる。また、加圧溶接の際に、電極の加圧力を高くすることが挙げられる。しかし、大きい電流を流したり、加圧力を高くしたりすると、複数の素線の合計断面積が、加圧溶接を行う前に比較して、著しく減少する虞がある。複数の素線の合計断面積が著しく減少すると、リード線(導体)の電気抵抗が増加する虞がある。 It is desirable that a plurality of conducting wires (strands) are not easily separated and are easy to handle. For example, when the gap formed between a plurality of strands is small, adjacent strands are easily welded to each other, and the strands are unlikely to come apart. In order to reduce the gap formed between a plurality of strands, adjusting the conditions of pressure welding can be mentioned. For example, a large current may be applied to the electrodes during pressure welding. Further, it is possible to increase the pressure applied to the electrode during pressure welding. However, when a large current is applied or the applied pressure is increased, the total cross-sectional area of the plurality of wires may be significantly reduced as compared with that before the pressure welding. If the total cross-sectional area of the plurality of strands is significantly reduced, the electrical resistance of the lead wire (conductor) may increase.
そこで、本開示は、導体を構成する複数の素線がばらけ難く、かつ電気抵抗が低い電線を提供することを目的の一つとする。 Therefore, it is an object of the present disclosure to provide an electric wire in which a plurality of element wires constituting a conductor are unlikely to come apart and which has a low electric resistance.
本開示に係る電線は、
複数の素線が集合された導体を備える電線であって、
前記導体の一端部は、
圧縮成形されてなる先端側の第一領域と、
圧縮成形されていない基端側の第二領域とを備え、
前記第一領域は、
隣り合う素線同士が金属結合されてなり、
前記導体における長手方向と直交する方向の断面において、
複数の前記素線の合計断面積が、前記第二領域における複数の前記素線の合計断面積に対して50%以上70%以下を満たし、
複数の前記素線間の空隙の合計断面積が、複数の前記素線と前記空隙との合計断面積に対して10%以下を満たす。
The electric wire according to the present disclosure is
An electric wire comprising a conductor in which a plurality of strands are assembled,
One end of the conductor is
A first region on the tip side formed by compression molding,
With a second region on the base end side that is not compression molded,
The first area is
Adjacent wires are metal-bonded to each other,
In the cross section of the conductor in the direction orthogonal to the longitudinal direction,
The total cross-sectional area of the plurality of strands satisfies 50% or more and 70% or less of the total cross-sectional area of the plurality of strands in the second region,
The total cross-sectional area of the voids between the plurality of strands satisfies 10% or less of the total cross-sectional area of the multiple strands and voids.
本開示の電線は、導体を構成する複数の素線がばらけ難く、かつ電気抵抗が低い。 In the electric wire of the present disclosure, it is difficult for the plurality of element wires constituting the conductor to come apart and the electric resistance is low.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the contents of the embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1)本開示の実施形態に係る電線は、
複数の素線が集合された導体を備える電線であって、
前記導体の一端部は、
圧縮成形されてなる先端側の第一領域と、
圧縮成形されていない基端側の第二領域とを備え、
前記第一領域は、
隣り合う素線同士が金属結合されてなり、
前記導体における長手方向と直交する方向の断面において、
複数の前記素線の合計断面積が、前記第二領域における複数の前記素線の合計断面積に対して50%以上70%以下を満たし、
複数の前記素線間の空隙の合計断面積が、複数の前記素線と前記空隙との合計断面積に対して10%以下を満たす。
(1) The electric wire according to the embodiment of the present disclosure is
An electric wire comprising a conductor in which a plurality of strands are assembled,
One end of the conductor is
A first region on the tip side formed by compression molding,
With a second region on the base end side that is not compression molded,
The first area is
Adjacent wires are metal-bonded to each other,
In the cross section of the conductor in the direction orthogonal to the longitudinal direction,
The total cross-sectional area of the plurality of strands satisfies 50% or more and 70% or less of the total cross-sectional area of the plurality of strands in the second region,
The total cross-sectional area of the voids between the plurality of strands satisfies 10% or less of the total cross-sectional area of the multiple strands and voids.
本開示の実施形態に係る電線は、導体の一端部に隣り合う素線同士が金属結合された第一領域を備える。第一領域において、複数の素線の合計断面積をAとし、複数の素線間の空隙の合計断面積をBとする。第一領域は、複数の素線と空隙との合計断面積に対する複数の素線間の空隙の合計断面積の割合、すなわち{B/(A+B)}×100(%)で表される空隙率が10%以下を満たす。上記第一領域の空隙率が10%以下を満たすことで、複数の素線間で形成される空隙を小さくできる。よって、上記第一領域は、隣り合う素線同士が強固に金属結合された状態を確保できる。そのため、上記電線は、複数の素線がばらけ難く取り扱い易い。 The electric wire according to the embodiment of the present disclosure includes a first region in which the adjacent wires are metal-bonded to each other at one end of the conductor. In the first region, the total cross-sectional area of the plurality of strands is A, and the total cross-sectional area of the voids between the plurality of strands is B. The first region is the ratio of the total cross-sectional area of the voids between the plurality of strands to the total cross-sectional area of the multiple strands and voids, that is, the porosity expressed by {B/(A+B)}×100(%). Satisfies 10% or less. When the porosity of the first region satisfies 10% or less, the gap formed between the plurality of strands can be reduced. Therefore, in the first region, it is possible to secure a state in which the adjacent strands are firmly metal-bonded to each other. Therefore, the above electric wire is easy to handle because the plurality of strands are not easily separated.
また、第二領域において、複数の素線の合計断面積をA0とする。第一領域は、第二領域における複数の素線の合計断面積A0に対する複数の素線の合計断面積Aの割合、すなわちA/A0(%)で表される断面積率が50%以上70%以下を満たす。上記第一領域の断面積率が50%以上を満たすことで、上記第一領域は、第二領域に対する導通部分の断面積の著しい減少を防止できる。一方、上記第一領域の断面積率が70%以下を満たすことで、複数の素線間の空隙を小さくできる。よって、上記電線は、第一領域の空隙率を小さくでき、かつ電気抵抗を低くできる。 Further, in the second region, the total cross-sectional area of the plurality of strands is A 0 . In the first region, the ratio of the total cross-sectional area A of the plurality of strands to the total cross-sectional area A 0 of the plurality of strands in the second region, that is, the cross-sectional area ratio represented by A/A 0 (%) is 50%. It satisfies the above condition and 70% or less. When the cross-sectional area ratio of the first region satisfies 50% or more, the first region can prevent the cross-sectional area of the conductive portion from being significantly reduced with respect to the second region. On the other hand, when the cross-sectional area ratio of the first region satisfies 70% or less, the gap between the plurality of strands can be reduced. Therefore, the electric wire can have a low porosity in the first region and a low electric resistance.
(2)本開示の電線の一例として、前記素線は、銅又は銅合金からなる形態が挙げられる。 (2) As an example of the electric wire of the present disclosure, the element wire may be made of copper or a copper alloy.
銅又は銅合金は、導電率が高い。素線が銅(いわゆる純銅)からなると、導電率が高い電線を得易い。素線が銅合金からなると、純銅からなる素線に比較して、導電率が低くなるものの、強度が高い電線を得易い。 Copper or a copper alloy has high conductivity. When the element wire is made of copper (so-called pure copper), it is easy to obtain an electric wire having high conductivity. When the wire is made of a copper alloy, the electric conductivity is lower than that of the wire made of pure copper, but it is easy to obtain an electric wire having high strength.
(3)本開示の電線の一例として、前記第二領域における複数の前記素線の合計断面積は、1.0mm2以上である形態が挙げられる。 (3) As an example of the electric wire of the present disclosure, a form in which the total cross-sectional area of the plurality of element wires in the second region is 1.0 mm 2 or more can be mentioned.
第二領域における複数の素線の合計断面積が1.0mm2以上であることで、第一領域における電気抵抗がより低い電線を得易い。 When the total cross-sectional area of the plurality of strands in the second region is 1.0 mm 2 or more, it is easy to obtain an electric wire having a lower electric resistance in the first region.
(4)本開示の電線の一例として、前記導体は、導電率が90%IACS以上である形態が挙げられる。 (4) As an example of the electric wire of the present disclosure, the conductor may have a conductivity of 90% IACS or more.
導体の導電率が90%IACS以上であることで、第一領域における電気抵抗がより低い電線を得易い。 When the electric conductivity of the conductor is 90%IACS or more, it is easy to obtain an electric wire having a lower electric resistance in the first region.
(5)本開示の電線の一例として、自動車用モータの巻線、電力ケーブル、又はワイヤーハーネスに適用される形態が挙げられる。 (5) As an example of the electric wire of the present disclosure, there is a form applied to a winding of a motor for an automobile, a power cable, or a wire harness.
本開示の電線は、導体を構成する複数の素線がばらけ難く取り扱い易い。そのため、導体に端子を取り付け易い。よって、上記電線は、導体の一端部に端子を備える自動車用モータの巻線、電力ケーブル、又はワイヤーハーネスに適用することで、作業性に優れる。 The electric wire of the present disclosure is easy to handle because the plurality of element wires that form the conductor are unlikely to come apart. Therefore, it is easy to attach the terminal to the conductor. Therefore, the above electric wire is excellent in workability when applied to a winding of a motor for an automobile, a power cable, or a wire harness having a terminal at one end of a conductor.
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。図中の同一符号は、同一名称物を示す。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Details of the embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to these exemplifications, and is shown by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope. The same reference numerals in the drawings indicate the same names.
≪電線≫
実施形態の電線1を図1及び図2に基づいて説明する。電線1は、複数の素線20が集合された導体2を備える。導体2の一端部は、先端側の第一領域23と、基端側の第二領域25とを備える。第一領域23は、圧縮成形されてなる。第二領域25は、圧縮成形されていない。実施形態の電線1は、第一領域23における複数の素線20が所定の断面積を有し、かつ第一領域23における複数の素線20同士が強固に結合されている点を特徴の一つとする。
<< electric wire >>
The
通常、導体2の外周には、絶縁被覆3(図1)を備える。絶縁被覆3は、電線1の一端側で除去される。よって、導体2の一端側には、絶縁被覆3で覆われない露出部22を備える。この例では、導体2の一端部は、露出部22を備え、この露出部22に、第一領域23と第二領域25とを備える。以下、電線1の詳細な構成を説明し、その後に電線1の製造方法を説明する。
Usually, the outer periphery of the
<導体>
導体2は、図1及び図2に示すように、複数の素線20が集合された集合体で構成される。複数の素線20の集合体の形態としては、撚り合わせや縦添えが挙げられる。撚り合わせの集合体の形態としては、複数の素線20が同心に撚り合わされた同心撚線が挙げられる。他に、撚り合わせの集合体の形態としては、複数の素線20が一括して撚り合わされた集合撚線などが挙げられる。素線20の数は適宜選択できる。この例では、導体2は、1本の素線20の外周に6本の素線20が撚り合わされた7本撚りの同心撚線で構成される。
<conductor>
As shown in FIGS. 1 and 2, the
〔組成〕
各素線20は、導電率の高い金属からなる線材を好適に利用できる。具体例としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金などからなる線材が挙げられる。特に、各素線20が銅(いわゆる純銅)又は銅合金からなる線材で構成されると、導電率が高い導体2を得易い。純銅は、銅(Cu)の含有量が99.95質量%以上であるものが挙げられる。純銅としては、無酸素銅が挙げられる。銅合金は、添加元素を含み、残部がCu及び不可避不純物からなるものが挙げられる。添加元素としては、例えば、鉄(Fe)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)、スズ(Sn)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、及びリン(P)から選択される1種又は2種以上の元素が挙げられる。添加元素の含有量は、例えば、0.01質量%以上5.5質量%以下が挙げられる。銅合金は、純銅に比較して、導電率が低くなるものの、強度に優れる。添加元素の種類にもよるが、添加元素の合計の含有量が多いほど引張強さが高くなり易く強度に優れ、少ないほど導電率が高くなり易い。
〔composition〕
For each of the
各素線20は、純金属か合金かのいずれで構成されるにしても、その構成金属の酸素含有量が質量基準で10ppm以下であることが挙げられる。酸素含有量が10ppm以下であることで、第一領域23における複数の素線20同士が強固に金属結合された状態を確保し易い。酸素含有量は、更に8ppm以下が挙げられ、6ppm以下が挙げられ、特に1ppm以下が挙げられる。
Whether each
複数の素線20は、全ての素線20を同一組成としてもよいし、異なる組成の素線20を混在させてもよい。また、各素線20は、表面に金属が被覆されためっき線やクラッド線で構成されてもよい。他に、各素線20は、絶縁材料で構成された被覆部を備える導体(巻線など)でもよい。各素線20が絶縁材料で構成される被覆部を備える場合、露出部22において、絶縁被覆3と共に被覆部も除去される。
As for the plurality of
〔特性〕
導体2(素線20)の組成などにもよるが、導体2の導電率は、50%IACS以上であることが挙げられる。導体2の導電率が50%IACS以上であることで、後述する第一領域23の断面積が小さくても、電気抵抗が低い電線1を得易い。導体2の導電率は、更に70%IACS以上が挙げられ、特に90%IACS以上が挙げられる。また、導体2(素線20)が銅合金からなる場合、導体2(素線20)の組成などによもよるが、導体2の引張強さは、300MPa以上であることが挙げられる。導体2の引張強さが300MPa以上であることで、後述する第一領域23における溶接強度に優れる。導体2の引張強さは、更に350MPa以上が挙げられ、特に400MPa以上が挙げられる。
〔Characteristic〕
Although it depends on the composition of the conductor 2 (element wire 20) and the like, the conductivity of the
〔一端部〕
導体2の一端部は、図1に示すように、先端側の第一領域23と、基端側の第二領域25とを備える。第一領域23と第二領域25とは連続して存在する。この例では、導体2の一端部は、絶縁被覆3で覆われていない露出部22を備え、この露出部22に、第一領域23と第二領域25とを備える。図2では、実施形態の電線1の特徴点である第一領域23のみを示す。図2は、導体2における長手方向と直交する方向に第一領域23を切断した横断面図である。
[One end]
As shown in FIG. 1, one end of the
(第一領域)
第一領域23は、圧縮成形されてなる。具体的には、第一領域23は、加圧溶接されて形成される。加圧溶接では、第一領域23における各素線20に電流を流しジュール熱を発生させて加熱しながら、各素線20を加圧する。この各素線20の加熱及び加圧によって、隣り合う素線20同士が結合される。そのため、第一領域23では、隣り合う素線20同士が金属結合される。つまり、隣り合う素線20同士は、互いの構成元素である金属が固相拡散して形成された金属結合部24を介して結合される。金属結合部24は、隣り合う素線20の長手方向に沿って連続して形成される。この加圧溶接については、後述する製造方法にて詳述する。
(First area)
The
一般的に、加圧溶接は、導体2を異なる二方向のうち一方向から圧縮することが多い(後述する製造方法を参照)。そのため、金属結合部24は、圧縮方向に隣り合う素線20同士で形成され易い。一方、金属結合部24は、圧縮方向と交差する方向に隣り合う素線20同士では形成され難い。よって、金属結合部24は、少なくとも圧縮方向に隣り合う素線20同士で形成されるが、圧縮方向と交差する方向に隣り合う素線20同士では形成されない場合もある。本発明の「第一領域23における隣り合う素線20同士が金属結合されている」とは、少なくとも圧縮方向に隣り合う素線20同士で金属結合部24が形成されていることを言う。
In general, pressure welding often compresses the
金属結合部24は、第一領域23の横断面をとり、この横断面を光学顕微鏡又は金属顕微鏡などの顕微鏡で観察することで確認できる。上記顕微鏡による観察像、又は適宜画像処理が施された処理像において、隣り合う素線20同士の接触箇所であって、隣り合う素線20間の境界を視覚的に判別できない領域を金属結合部24と見做すことができる。より厳密には、クロスセクションポリッシャー(CP)によって断面を研磨し、走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察するなどにより、金属結合された箇所を抽出することが挙げられる。また、複数の素線20の集合状態を手などで解すと、集合状態が解れずに素線20同士が結合された箇所を確認できる。より簡易的には、この結合箇所を金属結合部24と見做すことができる。この結合箇所及びその近傍の横断面をとれば、金属結合部24を効率よく抽出できると期待される。
The
〈素線の断面積率〉
第一領域23における複数の素線20の合計断面積は、第二領域25における複数の素線20の合計断面積に対して50%以上70%以下を満たす。第一領域23における複数の素線20の合計断面積をAとし、第二領域25における複数の素線20の合計断面積をA0とする。このとき、第二領域25における複数の素線20の合計断面積A0に対する第一領域23における複数の素線20の合計断面積の割合は、A/A0(%)で表される断面積率で算出できる。この断面積率は、第一領域23の圧縮成形の程度を示す。第一領域23における複数の素線20の合計断面積は、第一領域23の横断面をとり、この横断面を光学顕微鏡又は金属顕微鏡などの顕微鏡で観察した観察像を、市販の画像処理装置により画像処理することで求められる。同様に、第二領域25における複数の素線20の合計断面積は、第二領域25の横断面をとり、この横断面を光学顕微鏡又は金属顕微鏡などの顕微鏡で観察した観察像を、市販の画像処理装置により画像処理することで求められる。第二領域25のうち第一領域23側の領域は、第一領域23の圧縮成形に伴い、第一領域23の圧縮成形前と外形が異なる場合がある。この場合、第二領域25は、図1に示すように、第一領域23側の領域の外形と、絶縁被覆3に覆われた領域の外形とが異なる。しかし、第二領域25は、後述するように圧縮成形されていない。そのため、第二領域25における複数の素線20の合計断面積は、第一領域23側の領域と、絶縁被覆3に覆われた領域とで同じであると見做せる。よって、第二領域25における複数の素線20の合計断面積は、上記横断面をとらなくても、導体2を構成する素線20の径と本数から演算して求めてもよい。
<Cross-section area ratio of wire>
The total cross-sectional area of the plurality of
上記断面積率が50%以上を満たすことで、第一領域23における導通部分の断面積を良好に確保できる。つまり、第一領域23における電気抵抗を低くできる。一方、上記断面積率が70%以下を満たすことで、複数の素線20間の空隙21を小さくできる。複数の素線20間の空隙21を小さくできると、後述するように、複数の素線20同士が強固に結合されている状態を確保できる。よって、複数の素線20がばらけ難い。つまり、上記断面積率が上記範囲を満たすことで、上記第一領域23は、電気抵抗が小さく、かつ複数の素線がばらけ難く取り扱い易い。上記断面積率は、更に55%以上65%以下が挙げられる。
When the cross-sectional area ratio satisfies 50% or more, the cross-sectional area of the conductive portion in the
〈空隙率〉
第一領域23における複数の素線20間の空隙21の合計断面積は、第一領域23における複数の素線20と空隙21との合計断面積に対して10%以下を満たす。第一領域23における複数の素線20間の空隙21の合計断面積をBとする。このとき、第一領域23における複数の素線20と空隙21との合計断面積に対する空隙21の合計断面積の割合は、{B/(A+B)}×100(%)で表される空隙率で算出できる。第一領域23における複数の素線20の合計断面積及び空隙21の合計断面積は、第一領域23の横断面をとり、この横断面を光学顕微鏡又は金属顕微鏡などの顕微鏡で観察した観察像を、市販の画像処理装置により画像処理することで求められる。第一領域23の横断面の採取は、第一領域23を樹脂に埋め込んで固定し、樹脂ごと研磨することが挙げられる。そうすることで、第一領域23の圧縮状態を維持したまま第一領域23の横断面を採取し易く、空隙率をより正確に算出できる。
<Porosity>
The total cross-sectional area of the
上記空隙率が10%以下を満たすことで、複数の素線20間で形成される空隙21を小さくできる。複数の素線20間の空隙21を小さくできると、複数の素線20同士が強固に結合されている状態を確保できる。よって、複数の素線20がばらけ難く取り扱い易い。上記空隙率は、小さいほど複数の素線20同士を強固に結合し易い。よって、上記空隙率は、更に7%以下が挙げられ、特に3%以下が挙げられる。
By satisfying the porosity of 10% or less, the
(第二領域)
第二領域25は、圧縮成形されていない。そのため、第二領域25における複数の素線20は、互いに独立して存在する。第二領域25における複数の素線20の合計断面積A0は、0.1mm2以上であることが挙げられる。圧縮成形される前の第一領域23における複数の素線20の合計断面積は、第二領域25における複数の素線の合計断面積と実質的に同じである。つまり、圧縮成形されてなる第一領域23における複数の素線20の合計断面積Aは、第二領域25における複数の素線20の合計断面積A0に比較して、加圧溶接される分だけ小さくなる。よって、第二領域25における複数の素線20の合計断面積A0が0.1mm2以上であることで、加圧溶接された後の第一領域23における複数の素線20の合計断面積Aを良好に確保し易い。第二領域25における複数の素線20の合計断面積A0は、更に0.5mm2以上が挙げられ、特に1.0mm2以上が挙げられる。
(Second area)
The
(長さ)
第一領域23の長さは、1mm以上100mm以下であることが挙げられる。第一領域23の長さが1mm以上であることで、第一領域23における複数の素線20同士を強固に結合し易い。よって、複数の素線20がばらけ難く取り扱い易い。一方、第一領域23の長さが100mm以下であることで、導体2の露出領域を小さくし易い。第一領域23の長さは、更に2mm以上30mm以下が挙げられ、特に3mm以上10mm以下が挙げられる。
(length)
The length of the
この例のように、露出部22に第二領域25を備える場合、露出部22における第二領域25の長さは、10mm以下であることが挙げられる。露出部22における第二領域25の長さが10mm以下であることで、導体2の露出領域を小さくし易い。露出部22における第二領域25の長さは、更に5mm以下が挙げられ、特に2mm以下が挙げられる。
When the exposed
(形状)
導体2の外形は、第一領域23と第二領域25とで異なる。第二領域25の外形は、導体2の長手方向と直交する方向に切断した横断面形状が円形に近いものが挙げられる。その他、上記横断面形状が楕円形、長方形や六角形などの多角形などが挙げられる。第一領域23は、圧縮方向に潰されるような形状を有する。言い換えると、第一領域23の外形は、圧縮方向と直交する方向に延びるような形状を有する。例えば、第二領域25の外形が円形に近い場合、第一領域23の外形は扁平状に近い。なお、第二領域25の外形は、第一領域23の圧縮成形に伴い、第一領域23側で扁平に近い形状を有する場合がある。例えば、第二領域25の外形は、第一領域23側ほど扁平に近い形状で、第一領域23から離れるほど上述した円形等の形状であることが挙げられる。本例では、第二領域25の外形は略円形である。そして、第一領域23の外形は略矩形である。第一領域23の外形及び第二領域25の外形は、適宜選択できる。第一領域23の外形は、圧縮成形時の金型の形状によって、所望の形状とできる。
(shape)
The outer shape of the
<絶縁被覆>
絶縁被覆3は、導体2に対する電気絶縁性を確保できれば良く、適宜な材質と厚さを選択すればよい。
<Insulation coating>
It is sufficient that the insulating
絶縁被覆3を構成する絶縁材料は、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)やハロゲンフリー樹脂、フッ素樹脂、難燃性に優れる材料などが挙げられる。PVCは、比較的柔らかく、曲げなどが行い易い電線1が得易い。ハロゲンフリー樹脂は、比較的硬く、絶縁被覆3の厚さが比較的薄くても座屈し難い電線1を得易い。ハロゲンフリー樹脂は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられる。フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体などが挙げられる。上記絶縁材料には、公知の絶縁材料を利用できる。絶縁被覆3は、導体2の外周に上記樹脂を押出することで形成できる。他に、絶縁被覆3は、導体2の外周に上記樹脂で構成される熱収縮チューブを被せ、その後熱収縮チューブを加熱して熱収縮させることで形成できる。また、絶縁被覆3は、上記樹脂からなる樹脂テープやシートを巻き付けることで形成できる。
Examples of the insulating material forming the insulating
絶縁被覆3の厚さは、導体断面積などに応じて、所定の絶縁強度を有する範囲で適宜選択できる。絶縁被覆3の平均厚さは、例えば、0.01mm以上5mm以下が挙げられる。絶縁被覆3の平均厚さが0.01mm以上であることで、導体2に対する電気絶縁性を確保できる。一方、絶縁被覆3の平均厚さが5mm以下であることで、電線1の太径化を抑制できる。
The thickness of the insulating
≪電線の製造方法≫
上述した電線1の製造方法を図3及び図4に基づいて説明する。電線1の製造方法は、電線1において導体2を露出する工程と、露出した導体2の露出部22をコンパクティング装置100に配置する工程と、コンパクティング装置100に配置した露出部22の先端側を加圧溶接する工程とを備える。以下、電線1の製造方法で用いるコンパクティング装置100の詳細を説明し、その後に製造方法の各工程を説明する。
<< Manufacturing method of electric wire >>
A method of manufacturing the above-described
<コンパクティング装置>
コンパクティング装置100は、図3及び図4に示すように、第一電極110と、第二電極120と、第一ガイド130と、第二ガイド140と、スペーサ150とを備える。図3では、露出部22を加圧溶接する前の状態を示す。図4では、露出部22を加圧溶接している状態を示す。
<Compacting device>
As shown in FIGS. 3 and 4, the compacting
第一電極110及び第二電極120は、加圧溶接を行うための電極である。第一電極110と第二電極120とは、互いに対向して配置される。この例では、第一電極110と第二電極120とは、互いに近接及び離反自在である。第一電極110と第二電極120とを近接させて、第一電極110と第二電極120とで導体2における露出部22を挟むように圧縮する。更に第一電極110と第二電極120とで露出部22を圧縮しながら、第一電極110及び第二電極120に通電する。その際、第一電極110と露出部22と第二電極120とで電流路が形成される。この通電により、露出部22は、抵抗加熱されて、隣り合う素線20の互いの構成元素である金属が固相拡散する。第一電極110及び第二電極120に通電する最大電流値は、2kA以上100kA以下とすることが挙げられる。上記最大電流値は、10kA以上とすることもできる。第一電極110及び第二電極120は、タングステン(W)からなることが挙げられる。
The
第一ガイド130及び第二ガイド140は、位置が固定されており、露出部22を位置決めする役割を果たす。第一ガイド130と第二ガイド140とは、互いに対向して配置される。第一ガイド130と第二ガイド140とが対向する方向は、第一電極110と第二電極120とが対向する方向と直交している。つまり、第一ガイド130及び第二ガイド140は、露出部22の一方向の位置決めを行っている。この例では、第一電極110と第二電極120とは、露出部22の上下方向に対向して配置されている。また、第一ガイド130と第二ガイド140とは、露出部22の左右方向に対向して配置されている。第一ガイド130及び第二ガイド140は、タングステン(W)からなることが挙げられる。
The positions of the
スペーサ150は、第一電極110と第二電極120との間に介在される。スペーサ150は、第一電極110及び第二電極120で露出部22の先端側を圧縮するにあたり、その圧縮量を規制する部材である。
The
スペーサ150は、導電材料で構成されることが挙げられる。スペーサ150は、耐熱性を有し、かつ導体2よりも融点が高い金属からなることが挙げられる。スペーサ150は、例えば、タングステン(W)からなることが挙げられる。このとき、スペーサ150は、露出部22と非接触状態となるように配置される。第一電極110と第二電極120との間に電流を流すと、第一電極110と露出部22と第二電極120とで第一の電流路(図4の右側の矢印で示す流路)が形成されると共に、第一電極110とスペーサ150と第二電極120とで第二の電流路(図4の左側の矢印で示す流路)が形成される。つまり、スペーサ150は、第一の電流路を流れる電流を分流する役割を果たす。スペーサ150が分流の役割を果たすと、スペーサ150を有さない場合に比較して、電流値を制御することなく第一の電流路に流れる電流量を低減できる。第一の電流路に流れる電流量を低減することで、露出部22に大きい電流が流れることを抑制でき、加圧溶接を安定して行える。
The
スペーサ150は、絶縁材料で構成されてもよい。例えば、スペーサ150は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ジルコニアなどで構成されることが挙げられる。第一電極110と第二電極120との間に電流を流すと、第一電極110と露出部22と第二電極120とで第一の電流路が形成される。このとき、第一の電流路に流れる電流量を制御することで、露出部22に大きい電流が流れることを抑制でき、加圧溶接を安定して行える。
The
スペーサ150の大きさは、圧縮後の第一領域23の大きさに応じて適宜選択できる。第一電極110及び第二電極120による圧縮方向の長さ(高さ)が、主に圧縮後の第一領域23の厚さとなる。そのため、圧縮後の第一領域23が所望の厚さとなるように、スペーサ150の高さを適宜選択すればよい。スペーサ150が導電材料で構成される場合、スペーサ150に流れる電流量が所望の値となるように、スペーサ150の高さ方向と直交する断面積を適宜選択すればよい。また、スペーサ150が導電材料で構成される場合、スペーサ150に流れる電流量が所望の値となるように、構成金属を適宜選択すればよい。スペーサ150の構成金属や断面積を調整することで、スペーサ150の電気抵抗を変えることができる。
The size of the
<導体を露出する工程>
電線1の一端部における絶縁被覆3を剥離し、導体2を露出する。
<Step of exposing the conductor>
The insulating
<導体の露出部をコンパクティング装置に配置する工程>
露出した導体2(露出部22)を、第一電極110、第二電極120、第一ガイド130、及び第二ガイド140で形成される空間に配置する。このとき、スペーサ150との間に空間を有するように露出部22を配置する。
<Step of disposing the exposed portion of the conductor in the compacting device>
The exposed conductor 2 (exposed portion 22) is arranged in the space formed by the
<導体の露出部を加圧溶接する工程>
第一ガイド130及び第二ガイド140で露出部22の一方向の位置決めを行った状態で、第一電極110及び第二電極120を近接させ、露出部22を挟むように圧縮する。更に第一電極110及び第二電極120とで露出部22を圧縮しながら、第一電極110及び第二電極120に通電する。このとき、スペーサ150によって、第一電極110及び第二電極120による露出部22の圧縮量が規制される。露出部22における複数の素線20は、第一電極110及び第二電極120による通電によって加熱される。そして、隣り合う素線20同士が、金属結合される。加圧溶接後の露出部22は、図1に示すように、圧縮成形されてなる第一領域23と、圧縮成形されていない第二領域25とを備える。第一領域23と第二領域25との境界には、段差が形成される。
<Step of pressure welding the exposed portion of the conductor>
With the
≪用途≫
実施形態の電線1は、高周波機器、インバータ、トランス、モータ発電機、加熱装置などの導電路として好適に利用できる。特に、自動車用のモータ等の巻線として好適に利用できる。また、導体の一端部に端子を備えるワイヤーハーネスや、電力ケーブルとしても好適に利用できる。
≪Use≫
The
≪効果≫
実施形態の電線1は、導体2の一端部に隣り合う素線20同士が金属結合された第一領域23を備える。この第一領域23は、複数の素線20の断面積率が50%以上70%以下を満たす。第一領域23の断面積率が50%以上を満たすことで、第二領域25に対する第一領域23の導通部分の断面積の著しい減少を防止できる。一方、第一領域23の断面積率が70%以下を満たすことで、複数の素線20間の空隙21を小さくできる。具体的には、第一領域23の断面積率が70%を満たすことで、複数の素線20間の空隙21による空隙率が10%以下を満たし易い。第一領域23の空隙率が10%以下を満たすことで、隣り合う素線20同士が強固に金属結合された状態を確保できる。以上より、実施形態の電線1は、複数の素線20がばらけ難く、かつ電気抵抗が低い。
<<Effect>>
The
実施形態の電線1は、第一電極110と第二電極120とスペーサ150とを有するコンパクティング装置100によって容易に製造できる。第一電極110と第二電極120との間にスペーサ150を介在させることで、第一電極110及び第二電極120で導体2の露出部22を圧縮するにあたり、その圧縮量を規制できるからである。特に、スペーサ150が導電材料で構成されると、第一電極110と露出部22と第二電極120とで第一の電流路を形成すると共に、第一電極110とスペーサ150と第二電極120とで第二の電流路を形成できる。この第二の電流路によって、スペーサ150を有さない場合に比較して、電流値を制御することなく第一の電流路に流れる電流量を低減できる。よって、露出部22に大き過ぎる電流が流れることを抑制できる。つまり、露出部22を適切に加圧溶接できる。そうすることで、上述したように、複数の素線20の断面積率が所定の範囲を満たし、かつ空隙率が小さい第一領域23を形成することができる。
The
≪変形例≫
導体2の一端部は、露出部22を備え、この露出部22の全体に亘って、第一領域23を備えてもよい。このとき、第二領域25は、全体に亘って絶縁被覆3で覆われることになる。この場合であっても、第一領域23は、複数の素線20の断面積率が50%以上70%以下を満たし、かつ空隙率が10%以下を満たす。
≪Modification≫
One end of the
[試験例]
複数の素線が集合された導体において、この導体の一端部を加圧溶接した。そして、加圧溶接した領域(第一領域)における素線の断面積率、及び空隙率を調べた。また、第一領域における複数の素線の結合状態を調べた。
[Test example]
In a conductor in which a plurality of strands are assembled, one end of this conductor is pressure welded. Then, the cross-sectional area ratio and the porosity of the wire in the region (first region) where pressure welding was performed were examined. Moreover, the bonding state of the plurality of strands in the first region was examined.
≪試料の作製≫
導体と、導体の外周を覆う絶縁被覆とを備える電線を作製した。導体は、無酸素銅からなる素線(直径φ1.0mmの丸線)を7本用いて、1本の素線の外周に6本の素線が撚り合わされた同心撚線とした。この同心撚線における7本の素線の合計断面積は、約5.5mm2である。この断面積は、圧縮成形されていない第二領域における複数の素線の合計断面積A0である。電線の一端部において、絶縁被覆を剥いで導体を露出した。露出した部分の長さは、先端から6mmとした。この露出した導体(露出部)をコンパクティング装置を用いて加圧溶接した。加圧溶接する部分の長さは、先端から5mmとした。具体的には、第一ガイド及び第二ガイドで露出部の一方向の位置決めを行った状態で、第一電極及び第二電極を近接させ、露出部を挟むように圧縮する。更に第一電極及び第二電極とで露出部を荷重1200Nで加圧しながら、第一電極及び第二電極に通電した。第一電極及び第二電極には、以下の条件で通電した。パルス幅:0.1ms、パルス間隔:0.1ms、電流値:0〜0.8msの間は(最大電流値/2)kA、0.8〜1.5msの間は最大電流値kAとした。最大電流値は、表1に示す。試料No.1〜4では、第一電極と第二電極との間にスペーサを介在させた。両電極及びスペーサは、タングステンからなる導電材料で構成される。試料No.11〜14では、第一電極と第二電極との間にスペーサを介在させなかった。
<<Preparation of sample>>
An electric wire including a conductor and an insulating coating covering the outer periphery of the conductor was produced. The conductor was a concentric stranded wire in which seven strands made of oxygen-free copper (round wire having a diameter of 1.0 mm) were used and six strands were twisted around the outer circumference of one strand. The total cross-sectional area of the seven strands of this concentric stranded wire is about 5.5 mm 2 . This cross-sectional area is the total cross-sectional area A 0 of the plurality of strands in the second region that is not compression molded. At one end of the wire, the insulating coating was peeled off to expose the conductor. The length of the exposed portion was 6 mm from the tip. The exposed conductor (exposed portion) was pressure welded using a compacting device. The length of the portion to be pressure welded was 5 mm from the tip. Specifically, in a state where the first guide and the second guide have positioned the exposed portion in one direction, the first electrode and the second electrode are brought close to each other and compressed so as to sandwich the exposed portion. Furthermore, the first electrode and the second electrode were energized while pressing the exposed portion with a load of 1200 N with the first electrode and the second electrode. The first electrode and the second electrode were energized under the following conditions. Pulse width: 0.1 ms, pulse interval: 0.1 ms, current value: (maximum current value/2) kA between 0 and 0.8 ms, maximum current value kA between 0.8 and 1.5 ms .. The maximum current value is shown in Table 1. Sample No. In 1 to 4, a spacer was interposed between the first electrode and the second electrode. Both electrodes and the spacer are made of a conductive material made of tungsten. Sample No. In Nos. 11 to 14, no spacer was interposed between the first electrode and the second electrode.
≪素線の断面積率≫
各試料において、第一領域における素線の断面積率を調べた。圧縮前の第二領域における複数の素線の合計断面積は、各素線の径と本数から算出した(上記断面積A0)。圧縮後の第一領域における複数の素線の合計断面積及び空隙の合計断面積は、以下のように求めた。まず、第一領域の横断面を採取する。この横断面を顕微鏡で観察した観察像を、市販の画像処理装置により画像処理する。この画像処理した観察像から、各断面積を算出した。得られた各断面積を用いて、第二領域における複数の素線の合計断面積に対する第一領域における複数の素線の合計断面積の割合を算出し、素線の断面積率とした。その結果を表1に併せて示す。
<<Cross-sectional area ratio of strands>>
In each sample, the cross-sectional area ratio of the wire in the first region was examined. The total cross-sectional area of the plurality of strands in the second region before compression was calculated from the diameter and the number of each strand (the above-mentioned cross-sectional area A 0 ). The total cross-sectional area of the plurality of strands and the total cross-sectional area of the voids in the first region after compression were determined as follows. First, a cross section of the first region is taken. An observation image obtained by observing the cross section with a microscope is subjected to image processing by a commercially available image processing device. Each cross-sectional area was calculated from this image-processed observation image. Using each of the obtained cross-sectional areas, the ratio of the total cross-sectional area of the plurality of strands in the first region to the total cross-sectional area of the plurality of strands in the second region was calculated and used as the cross-sectional area ratio of the strands. The results are also shown in Table 1.
≪空隙率≫
また、各試料において、第一領域における空隙率を調べた。空隙の合計断面積は、上記の画像処理した観察像から算出した。得られた各断面積を用いて、複数の素線と空隙との合計断面積に対する複数の素線間の空隙の合計断面積を算出し、空隙率とした。その結果を表1に併せて示す。
≪Porosity≫
Moreover, in each sample, the porosity in the first region was examined. The total cross-sectional area of voids was calculated from the observation image subjected to the above image processing. Using each of the obtained cross-sectional areas, the total cross-sectional area of the voids between the plurality of strands with respect to the total cross-sectional area of the multiple strands and voids was calculated as the porosity. The results are also shown in Table 1.
≪曲げ試験≫
更に、各試料において、曲げ試験を行い、第一領域における複数の素線の結合状態を調べた。曲げ試験は、図5に示すように、導体2の先端から10mmの部分に曲率半径3mmの冶具200を当て、電線1を45°(図5で示すαが45°)曲げた。曲げ方向は、第一領域23における圧縮されて形成された面と直交する方向とした。電線1を曲げたとき、第一領域23における複数の素線がばらけなければ、複数の素線同士が強固に結合されていると判断した。一方、電線1を曲げたとき、第一領域23における複数の素線がばらけると、複数の素線同士が結合されていないと判断した。表1では、第一領域23における複数の素線がばらけなかった場合を「A」と示し、ばらけた場合を「B」と示す。
≪Bending test≫
Furthermore, a bending test was performed on each sample to examine the bonding state of the plurality of strands in the first region. In the bending test, as shown in FIG. 5, a
表1に示すように、導体の露出部に抵抗溶接を行うにあたり、第一電極と第二電極との間にスペーサを介在させ、かつ最大電流を2kA超とした試料No.2〜4は、断面積率が60%程度であり、空隙率が2%以下であった。これは、第一電極と第二電極との間に電流を流すと、第一電極と露出部と第二電極とで第一の電流路が形成されると共に、第一電極とスペーサと第二電極で第二の電流路が形成されたからと考えられる。電流路が二つ形成されることで、第一の電流路に流れる電流量を低減でき、露出部に大きい電流が流れることを抑制できたと考えられる。よって、露出部における複数の素線の断面積が、加熱溶接を行う前に比較して、著しく減少できたと考えられる。露出部における複数の素線の断面積が60%程度を確保できることで、電気抵抗の低い電線が得られる。また、第一の電流路によって露出部に比較的大きい電流が流れたことで、空隙率を低くできたと考えられる。空隙率が低いことで、隣り合う素線同士が金属結合されたと考えられる。よって、曲げ試験を行った際に、複数の素線がばらけなかったと考えられる。 As shown in Table 1, in performing resistance welding on the exposed portion of the conductor, a sample No. 1 having a spacer interposed between the first electrode and the second electrode and having a maximum current of more than 2 kA was used. In Nos. 2 to 4, the cross-sectional area ratio was about 60% and the porosity was 2% or less. This is because when a current is passed between the first electrode and the second electrode, a first current path is formed by the first electrode, the exposed portion and the second electrode, and the first electrode, the spacer and the second electrode are formed. It is considered that the second current path was formed by the electrodes. It is considered that by forming two current paths, the amount of current flowing through the first current path can be reduced and a large current flowing through the exposed portion can be suppressed. Therefore, it is considered that the cross-sectional areas of the plurality of strands in the exposed portion could be significantly reduced compared to before the heat welding. Since the cross-sectional area of the plurality of strands in the exposed portion can be secured at about 60%, an electric wire with low electric resistance can be obtained. Further, it is considered that the porosity could be lowered because a relatively large current flowed to the exposed portion by the first current path. It is considered that adjacent strands were metal-bonded due to the low porosity. Therefore, it is considered that the plurality of wires did not come apart when the bending test was performed.
一方、導体の露出部に抵抗溶接を行うにあたり、第一電極と第二電極との間にスペーサを介在させず、かつ最大電流を2kA超とした試料No.12〜14は、断面積率が50%未満であった。これは、露出部に大きい電流が流れ、各素線が軟化してしまい、圧縮され過ぎたからと考えられる。露出部の断面積率が小さすぎると、電気抵抗が高くなるという問題がある。なお、露出部に大きい電流が流れたことで、空隙率は低く、隣り合う素線同士が金属結合されたと考えられる。よって、曲げ試験を行った際に、複数の素線がばらけなかったと考えられる。 On the other hand, in performing resistance welding on the exposed portion of the conductor, a sample No. 1 having a maximum current of more than 2 kA without a spacer interposed between the first electrode and the second electrode. The cross-sectional area ratios of Nos. 12 to 14 were less than 50%. It is considered that this is because a large current flows through the exposed portion, each strand is softened, and is over-compressed. If the cross-sectional area ratio of the exposed portion is too small, there is a problem that the electric resistance increases. It is considered that the porosity was low and the adjacent wires were metal-bonded to each other due to the large current flowing in the exposed portion. Therefore, it is considered that the plurality of wires did not come apart when the bending test was performed.
第一の電極と第二電極との間のスペーサの有無にかかわらず、最大電流を2kAとした試料No.1及び試料No.11は、断面積率が75%であり、空隙率が10%超であった。これは、最大電流が小さいため、複数の素線を適切に圧縮できなかったと考えられる。 Regardless of the presence/absence of a spacer between the first electrode and the second electrode, the sample No. having a maximum current of 2 kA was used. 1 and sample No. 1 No. 11 had a cross-sectional area ratio of 75% and a porosity of more than 10%. It is considered that this is because the maximum current was so small that the plurality of strands could not be properly compressed.
1 電線
2 導体
20 素線
21 空隙
22 露出部
23 第一領域
24 金属結合部
25 第二領域
3 絶縁被覆
100 コンパクティング装置
110 第一電極
120 第二電極
130 第一ガイド
140 第二ガイド
150 スペーサ
200 治具
1
Claims (5)
前記導体の一端部は、
圧縮成形されてなる先端側の第一領域と、
圧縮成形されていない基端側の第二領域とを備え、
前記第一領域は、
隣り合う素線同士が金属結合されてなり、
前記導体における長手方向と直交する方向の断面において、
複数の前記素線の合計断面積が、前記第二領域における複数の前記素線の合計断面積に対して50%以上70%以下を満たし、
複数の前記素線間の空隙の合計断面積が、複数の前記素線と前記空隙との合計断面積に対して10%以下を満たす、
電線。 An electric wire comprising a conductor in which a plurality of strands are assembled,
One end of the conductor is
A first region on the tip side formed by compression molding,
With a second region on the base end side that is not compression molded,
The first area is
Adjacent wires are metal-bonded to each other,
In the cross section of the conductor in the direction orthogonal to the longitudinal direction,
The total cross-sectional area of the plurality of strands satisfies 50% or more and 70% or less of the total cross-sectional area of the plurality of strands in the second region,
The total cross-sectional area of the voids between the plurality of strands satisfies 10% or less of the total cross-sectional area of the multiple strands and voids,
Electrical wire.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|---|
WO2023039320A1 (en) * | 2021-09-13 | 2023-03-16 | Innovative Weld Solutions L.L.C. | Welding assemblies and methods |
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- 2018-11-16 JP JP2018215483A patent/JP2020087534A/en active Pending
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