JP4825906B2 - アルミ電線と銅端子の接続構造およびこの接続構造を有する銅端子付きアルミ電線 - Google Patents

Description

本発明はアルミ電線の銅端子の接続に関し、更に詳しくは、異種金属の接触腐食が抑制されるアルミ電線と銅端子の接続構造およびこの接続構造を有する銅端子付きアルミ電線に関する。

従来より架空送電線などの電力分野においては、軽量かつ電気伝導性に優れることから、アルミニウム系材料からなる導体線を有するアルミ電線が使用されている。これに対して、自動車、ＯＡ機器、家電製品の分野においては、電気伝導性に優れた銅系材料からなる導体線を有する銅電線が信号線、電力線として使用されている。

中でも自動車分野においては、車輌の高性能・高機能化が急速に進められてきていることから車載される各種電気機器、制御機器等の増加に伴って使用される銅電線も増加する傾向にあるのが現状である。また最近では環境への負荷の少ない電気自動車や燃料電池自動車の開発が盛んに行われているが、この種の自動車においては、バッテリーや燃料電池等から大きなエネルギーを取り出す必要があることから、これらに接続される電線としては従来の信号線に比べてより大径の電力線が必要とされる。

このような状況の下で車両の軽量化により燃費効率を向上させようとする場合、自動車１台当たりに使用される電線の総重量は決して軽視することができるものではなく、重量削減の対象となりうるものである。特に近い将来普及が見込まれている電気自動車や燃料電池自動車等においては、車載されるバッテリーや燃料電池などそれ自体が重いことから、少しでも車輌を軽くしたいという要望が強い。そこで、軽量化を図る目的から、比重が銅の約３分の１であるアルミニウムを導体線に用いたアルミ電線が最近自動車分野において特に注目されている（銅の８．９６ｇ／ｃｍ３に対し、アルミニウムは２．７０ｇ／ｃｍ３）。

実開平４−９９３６４号公報

従来より、アルミ電線に限らず配線工事を行う場合には、電線どうしの接続や電線と外部電気機器の端子との接続、あるいは外部電気機器と接続するための接続端子が用いられる。この接続端子は、導電性、経済性等の観点から銅系材料で成形されたものが多く、アルミ電線の接続端子としてもこの銅端子を用いることができれば良いのであるが、アルミと銅の接合部において異種金属の接触腐食が懸念される。

この場合、銅の標準電極電位は＋０．３４Ｖであり、アルミニウムの標準電極電位は−１．６６Ｖであるため、相互の標準電極電位差が２．００Ｖと大きなものとなる。このため雨天時の走行や洗車、或いは結露などによって被水して、２つの導体の接触部に、雨水等の電解質水溶液が侵入して滞留すると、アルミ、銅および電解質水溶液の三者により電池を形成して、この電池の陽極となるアルミ導体に異種金属の接触腐食による腐食が発生する。

このように電気的に卑であるアルミ導体のイオン化が進行して腐食が促進されると、接合部の接触状態が悪化し電気的特性が不安定になる他、接触抵抗の増大や腐食による線径の減少による電気抵抗の増大、更には断線が生じるおそれがあり、その結果電装部品の誤動作、機能停止に至ることも考えられる。

このような接触腐食を防ぐため、一般的には異種金属が接触・接合している箇所に耐水性の塗装を施して塗膜を形成する方法や、防水キャップを被せるなどする方法により接合部分に直接水分が付着するのを防止する方法が用いられているが、異種金属の接触部分に塗装を施して塗膜を形成し塗膜により被水しないようにする方法については、使用条件によっては塗膜の下で電食が進行し塗膜にブリスター（膨れ）が発生して電気化学的に卑であるアルミニウムの腐食が進行することが知られている。このため塗膜による保護も電食の防止としては充分な効果を有しているとはいえない。

また、防水キャップを用いる場合であっても被水を完全に防ぐことは困難であり、キャップは絶縁体である樹脂やゴムなどで成形されるのが一般的であるため、劣化などによって本来の機能を有しなくなる場合も生じる。

本発明が解決しようとする課題は、防水構造を採用することなくアルミ電線の電線端末部から露出されたアルミ導体と銅端子の接触腐食を防止することができる接続構造およびこの接続構造を有する銅端子付きアルミ電線を提供することである。

この課題を解決するために本発明に係るアルミ電線と銅端子の接続構造は、アルミ電線とこのアルミ電線のアルミ導体端末部分が接続された銅端子との接続構造であって、電解質水溶液を介して電気的に短絡状態となる前記アルミ導体端末部分のアルミニウム露出面と前記銅端子の銅露出面とを有し、前記銅端子の銅露出面以外の表面に錫メッキが施され、前記アルミニウム導体端末部分のアルミニウムの露出面積に対する前記銅端子の銅の露出面積が小さく構成されていることを要旨とするものである。また、本発明に係る銅端子付きアルミ電線は、かかるアルミ電線と銅端子の接続構造を有することを要旨とするものである。

前述したとおり、銅部分とアルミニウム部分の境界の露出する面に、雨水など電解質水溶液が滞留すると、電解質水溶液と銅とアルミニウムの三者で電池を形成し、陽極となるアルミニウムと陰極となる銅は電気的に短絡状態となって、異種金属の接触腐食により陽極のアルミニウムは腐食するが、陽極のアルミニウムと陰極の銅との間に流れる電流量は同じであることから、アルミニウムの露出面積に対する銅の露出面積比が小さい程、アルミニウム面の電流密度は小さくなって、その腐食量は減少することが知られている。

通常、アルミ電線のアルミ導体端末部分を抵抗溶接機や超音波溶接機で溶融させて銅端子に接続する場合、銅端子の接続信頼性の確保のために錫メッキが端子表面に施されることが多いが、この錫メッキを端子の溶接接続される接続面にも施すと溶接性が劣る。従って、接続面には錫メッキを用いることができないため、アルミ導体が溶接される部分以外は接続面の銅が露出されてしまうが、露出された銅露出面積を溶接接続後のアルミ露出面積に対して小さく構成すれば、アルミと銅の異種金属の接触腐食を抑制することができる。

そこで、上記構成を有する本発明にアルミ電線と銅端子の接続構造によれば、アルミ電線とこのアルミ電線のアルミ導体端末部分が溶融接続される接続面を有する銅端子の接続面以外の表面に錫メッキが施されると共に、アルミ導体溶融接続の際に銅端子の接続面において形成されるアルミ導体と接続面の銅との接合露出面におけるアルミ露出面積に対する銅露出面積が小さく構成されているので、両導体面積比を調整することで、アルミの異種金属の接触による腐食を接続信頼性などを考慮した実用的な範囲に抑えることができる。

これにより、従来、異種金属が接触・接合している箇所に耐水性の塗装を施して塗膜を形成する方法や、防水キャップを被せるなどする方法を採ることなく、汎用の銅端子表面の所定の部分に錫メッキを施したものを用いるだけで、雨水等によるアルミ導体の電食を実用的な範囲で抑制することができ、接触状態が悪化し電気的特性が不安定になる他、接触抵抗の増大や腐食による線径の減少による電気抵抗の増大、更には断線が生じることが防止される。

本発明に係るアルミ電線と銅端子の接続構造の一実施形態の外観斜視図を示したものである。 図１の溶接後の状態を示した図である。 図２の接続部の断面構造を示した図である。

以下に、本発明に係るアルミ電線と銅端子の接続構造の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示される銅端子１は、銅や銅合金材料から鋳造や板金加工等により一体成形されたもので、各種電気装置等の被接続部への接続部分としての締結部２と、アルミ電線４の端末部が皮剥ぎされて露出されたアルミ導体４ａが溶接される接続面３ａを有する接続部３とが連結した状態に構成されている。

底壁のベース３ｂと左右側壁３ｃ，３ｃからなる凹形状の接続部３のベース３ｂに連結された前方の締結部２は、貫通孔２ａが形成さたリング形状を有している。銅端子１を各種電気装置等に接続する際に、この締結部２に形成された貫通孔２ａに図示しないボルト等の締結手段を通し、各種電気装置等の被接続部に締め付け固定することで、アルミ電線４と各種電気装置等が銅端子１を介して接続される。

また、この銅端子１の接続部３の接続面３ａを除いた表面部分を覆うように錫メッキ５（図中斜線部分）が施されており、接続面３ａ部分だけ銅が露出されている。この部分メッキは、銅端子１の接続面３ａの表面をマスク処理してメッキ槽に浸漬することにより形成される。このような接続部３のベース３ｂ上にアルミ電線４のアルミ導体４ａを載置して、図示しない抵抗溶接機又は超音波溶接機により、アルミ導体４ａ端末部分を溶融させると、図２に示すように、接続部３との導通接続がなされる。

溶融−硬化したアルミ導体４ａの端末部分は、図示されるように、ベース３ｂ上から左右側壁３ｃ，３ｃの所定高さの位置まで密着した状態になる。このとき、図３の断面図に示すように、溶接後における接続面３ａの側壁３ｃ，３ｃ内側の銅露出面３ｄ，３ｄと、同じく溶接後におけるアルミ導体４ａのアルミ露出面４ｂとの接合からなる接合露出面６が形成されるが、アルミ露出面４ｂの面積に対する銅露出面３ｄ，３ｄの面積が小さくなるように、予め接続面３ａの大きさ又はアルミ導体４ａの溶融体積が設定されている。

このようにアルミ露出面４ｂの面積に対する銅露出面３ｄの面積が小さい構成の接合露出面６に、雨水など電解質水溶液が例えば接合露出面６全体を覆うように滞留した場合、この電解質水溶液と銅露出面３ｄとアルミ露出面４ｂの三者で電池を形成し、陽極となるアルミ露出面４ｂと陰極となる銅露出面３ｄは電気的に短絡状態となって、異種金属の接触腐食により陽極のアルミ露出面４ｂに腐食が発生する。

しかしながら、陽極側のアルミ露出面４ｂと陰極側の銅露出面３ｄ，３ｄとの間に流れる電流量は同じであることから、アルミ露出面４ｂの面積に対する銅露出面３ｄ，３ｄの面積が小さいので、アルミ露出面４ｂの電流密度は小さくなって、その腐食量が少ない。

従って、接続面３ａの大きさに合せて、アルミ導体４ａの溶融部分の体積を設定するか、アルミ導体４ａの溶融部分の体積に合せて、接続面４ａの大きさを設定するかなどの調整を行なうことで、アルミ露出面４ｂの露出面積に対する銅露出面３ｄ，３ｄの露出面積が極小になるように形成すれば、アルミの異種金属の接触による腐食を接続信頼性などを考慮した実用的な範囲に抑えることが可能になる。

このように、従来、異種金属が接触・接合している箇所に耐水性の塗装を施して塗膜を形成する方法や、防水キャップを被せるなどする方法を採ることなく、汎用の銅端子の接続面以外に錫メッキを施すと共に、溶接後の接合露出面における両導体の露出面積比を調整して溶接接続するだけで、雨水等によるアルミ導体の電蝕を、接触状態が悪化し電気的特性が不安定になる他、接触抵抗の増大や腐食による線径の減少による電気抵抗の増大、更には断線が生じることがない実用的な範囲に抑制することができる。

以上、本発明に係るアルミ電線と銅端子の接続構造の一実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。

１ 銅端子
２ 締結部
２ａ 貫通孔
３ 接続部
３ａ 接続面
３ｂ ベース
３ｃ 側壁
３ｄ 銅露出面
４ アルミ電線
４ａ アルミ導体
４ｂ アルミ露出面
５ 錫メッキ
６ 接合露出面

Claims (3)

1. アルミ電線とこのアルミ電線のアルミ導体端末部分が接続された銅端子との接続構造であって、
   電解質水溶液を介して電気的に短絡状態となる前記アルミ導体端末部分のアルミニウム露出面と前記銅端子の銅露出面とを有し、
   前記銅端子の銅露出面以外の表面に錫メッキが施され、
   前記アルミニウム導体端末部分のアルミニウムの露出面積に対する前記銅端子の銅の露出面積が小さく構成されており、
   自動車に用いられることを特徴とするアルミ電線と銅端子の接続構造。
2. 前記銅端子は、前記アルミ導体端末部分が接続される凹形状の接続部を有し、
   前記接続部に前記アルミ導体端末部分が溶融されて接続されており、
   前記銅露出面は、前記接続部における内側の面に設けられることを特徴とする請求項1に記載のアルミ電線と銅端子の接続構造。
3. 前記請求項1又は2に記載の接続構造を有する銅端子付きアルミ電線。

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