JP5158888B2 - 端子付接続ケーブルをレール材にテルミット溶接した構造 - Google Patents

Description

本発明は、端子を接続したケーブルに関し、具体的には、母材にテルミット溶接するための端子付接続ケーブルに関する。

テルミット溶接は、母材の表面近傍でアルミニウムと酸化銅（または酸化鉄）の混合粉に点火して燃焼させ、その化学反応によって生じた熱で銅（または鉄）と母材の一部を溶融して溶着を行うという溶接技術である。当該溶接技術は、特に、鉄道分野において多く採用され、ボンド線と称する導線の各両端部に銅製の端子を接続したケーブルと、鉄道用レール材の表面とをテルミット材の溶着部を介して溶接を行って、離間した鉄道用レール材同士を電気的に接続する。

当該ケーブルにおけるボンド線と銅製端子との接続には、ボンド線を銅製端子のスリーブ部内に挿入して銅製端子の一部と圧着したり、ボンド線を端子内に挿入して端子とともに所定形状となるように成形したりすることが考えられる。

圧着により接続した場合は、銅製端子は、その材質の特性から圧着部に応力が内在して、例えば、当該ケーブルと鉄道用レール材とをテルミット溶接すると、車両の通過による振動の影響をうけて、銅製端子のスリーブ部における圧着部が溶着部外に存在する場合は圧着部から亀裂が入って銅製端子自体の破損に繋がる不具合や、ボンド線自体も振動して圧着部から切断される不具合や、さらには、圧着部が溶着部内に存在する場合はテルミット溶接時に溶接熱によって圧着部が溶けてしまい接続状態が解除されてしまうといった不具合が生じ得る。
上記の不具合は、銅製端子自体が破損してしまったり、テルミット溶着部内で生じたボンド線と銅製端子との接触不良状況が点検できなかったりする。

また、成形により接続した場合は、銅製端子は、延性・展性に富んだ特性から、ボンド線と端子内面との間に空隙なく密着して成形され、テルミット溶接時にテルミット材の溶融銅が銅製端子に溶け込んで良好な電気的な接続を実現することができる。しかし、例えば、当該ケーブルと鉄道用レール材とをテルミット溶接した場合に、車両の通過による振動の影響をうけて、テルミット溶着部と端子との銅が溶け込んだ境界部から亀裂や破断が起こる可能性があり、その場合、銅製端子がボンド線とともにテルミット溶着部から抜けてしまう。

上記の銅製端子の不具合を考慮して、強度の高い鉄製端子を採用することが考えられる。その場合、鉄製端子は、その性質上圧着に向いていないため押圧成形による接続が一般的であるが、鉄は剛性が高いため内部のボンド線と密着した状態で成形しにくく、鉄製端子の内部面とボンド線との間に空隙が形成されやすい。そのため、ボンド線と鉄製端子との間に接触不良を起こしてしまう可能性があるが、接触不良箇所は鉄製端子内部に存在して外部から視認できないので、ボンド線と鉄製端子との電気的な接触状況を容易に点検することができない。

したがって、本発明は、内部面でボンド線を押圧するように鉄製端子に溝部を形成し、テルミット溶接後に、当該溝部を溶着部外に存在させることによって、ボンド線の切断しやすい箇所を外部から特定できるようにして、ボンド線の消耗状況を容易に確認できるテルミット溶接用接続ケーブルを提供することを目的とする。
特開２００５−１４００８号公報

（１）上述の目的を達成するために、本発明に係る接続ケーブルは、導線と、内部にその導線が挿入されて所定形状に押圧成形されたテルミット溶接用の鉄製端子とを有して構成され、鉄製端子の内部面が導線を圧接するように鉄製端子の外表面に１以上の溝部が形成され、テルミット溶接後に少なくとも１つの溝部が溶着部外に配置されることを特徴とする。
（２）また、本発明に係る接続ケーブルにおいて、２以上の溝部がそれぞれ鉄製端子の両端部近傍に形成されていることが好ましい。
（３）また、本発明に係る接続ケーブルにおいて、押圧成形された所定形状は、一平面と曲面とからなる外表面を有することが好ましい。
（４）また、本発明に係る接続ケーブルにおいて、曲面に溝部が形成されていることが好ましい。
（５）また、本発明に係る接続ケーブルにおいて、導線は鉄製端子を貫通していることが好ましい。

（発明の効果）
（１）本発明に係る接続ケーブルは、テルミット溶接後に少なくとも１つの溝部が溶着部外に配置されるので、溝部によって押圧された箇所が目視できることとなり、例えば、鉄道用レールを母材としてテルミット溶接が行われた場合、鉄道車両の通過に伴う振動によって、鉄製端子の端縁部と擦れて磨耗したボンド線の状況を容易に確認することができる。
また、本発明の接続ケーブルには、鉄製端子の内部面が導線を圧接するように鉄製端子の外表面に１以上の溝部が形成されているので、成形時に導線と鉄製端子との間に空隙が形成されても導線と鉄製端子とを確実に把持する接触部が存在することとなり、接触不良を防止することができる。
（２）本発明に係る接続ケーブルは、２以上の溝部がそれぞれ鉄製端子の両端部近傍に形成されているので、テルミット溶接後に一方の溝部が溶着部内に位置することとなり、溝部内にも溶着金属が充填されて溶接面積が増大するとともに、鉄製端子と係止されるように溶着部が形成され、もって溶接界面への応力の緩和及び溶接強度の向上を実現することができる。
（３）本発明に係る接続ケーブルは、鉄製端子が一平面と曲面とからなる外表面を有するので、鉄道用レール等の母材表面と鉄製端子の平面部とを当接させることにより、接続ケーブルを安定した状態でテルミット溶接を行うことができるとともに、内部の導線の形に応じて任意の外表面となるように曲線で、例えば、ドーム状や波状等の外表面を形成することができる。
（４）本発明に係る接続ケーブルは、鉄製端子の曲面に溝部が形成されているので、テルミット溶接後に溝部が溶着部内にあれば溶接面積の増大を促進し、溶着部外にあればボンド線の磨耗状況を外部から視認することができる。また、複数の溝部を形成することによって、溶着面積を更に増大させることができる。
（５）本発明に係る接続ケーブルは、導線は鉄製端子を貫通しているので、テルミット溶接の溶着部内で鉄製端子表面のみならず、導線部にも溶着部の溶着金属との溶接部を形成することで溶接面積を増大させ、導線と鉄道用レールとの導電性を高めることができる。

本発明の好ましい実施形態について実施例を挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ構成要素には同じ符号を用い、適宜その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明によるテルミット溶接用の接続ケーブルの斜視図を示している。当該接続ケーブル１は、銅等の導線２と、内部に導線２が挿入されて略半円筒の外郭形状に押圧成形されたテルミット溶接用の鉄製端子３とを有して構成される。鉄製端子３内部の導線２も同様の形状に成形されている。
鉄製端子３には、その両端部近傍の円周曲面上に２つの溝部４’，４’’が形成されており、溝部の形成によって生じた応力が内在しても、その材質の特性から、鉄道車両の通過による振動の影響を受けて亀裂や破断等は起こらない。

図２は、溝部４’におけるＸ−Ｘの断面図を示している。溝部４’では、その窪みが鉄製端子３の内部面によって導線２を圧接している。当該圧接部は、導線２を把持して導線２と鉄製端子３との接触部を確保し、接続ケーブル１の上記押圧成形時に鉄製端子３の内面と導線２との間に生じた隙間による接触不良を補償する。また、テルミット溶接時には、溝部４’内に溶融金属が流入して、鉄製端子３の表面とテルミット溶着金属とが一体化するので、テルミット材と鉄製端子３との溶接面積を増大させて高い溶接強度を確保することができる。

図３は、図示されていない鉄道用レール等の母材と本発明の接続ケーブル１とをテルミット溶接した溶接後の態様を示した斜視図である。接続ケーブル１は、その先端部近傍で溝部４’とともに溶着部５に覆われて、図示されていない母材表面とテルミット溶接されている。また、鉄製端子３の溝部４’’は、溶着部５に覆われずに溶着部外に露出しており、溝部４’と同様に、その窪みで圧接により導線２を把持している。そのため、溝部４’’では、導線２に加わる外部からの力を受け止めることになる。この結果、車両の振動等による外部からの応力が導線２に加わった場合、まず溝部４’’にて導線２の磨耗や破断が発生する。そうすると、導線２の破断箇所は露出していて外部から確認することができるので、導線２の劣化状況等を容易に把握し、接続ケーブル１の点検が容易となる。

ここで、接続ケーブルにおいて、通常、鉄製端子には、腐食を防止するために表面に亜鉛メッキが施されるが、鉄製端子に亜鉛−鉄の合金化メッキを施すことも可能である。図４は、亜鉛−鉄の合金化メッキを施した鉄製端子の断面図を示している。テルミット溶接の場合、テルミット材の溶融金属の温度が非常に高いため、溶接熱で亜鉛メッキが溶融してしまう可能性があり、耐食性作用の効果を期待しにくい。よって、鉄製端子３の表面に鉄と亜鉛を合金化（Ｚｎ−Ｆｅ層）処理するために、亜鉛を鉄製端子３の表面に加熱拡散処理して合金化メッキ６を形成することができる。
当該実施例に係る発明は、当該合金化メッキ処理をすることで、その特性から溶接時の耐熱性及び耐食性に優れた接続ケーブルを提供することができる。

本発明のテルミット溶接用接続ケーブルの斜視図。 Ｘ−Ｘの断面図。 テルミット溶接後における本発明の接続ケーブルの斜視図。 接続ケーブルにおける亜鉛−鉄の合金化メッキを施した鉄製端子の断面図。

Claims (4)

1. 導線と、内部に導線が挿入されて所定形状に押圧成形されたテルミット溶接用の鉄製端子とを有して構成された接続ケーブルであって、
   鉄製端子の内部面が導線を圧接するように鉄製端子の外表面に２以上の溝部が形成され、
   当該溝部は、鉄製端子の両端部近傍にそれぞれ少なくとも１つ形成されている、接続ケーブルを、
   鉄製端子の先端部近傍がすべて前記溝部とともに溶着部に覆われ、他の溝部が溶着部外となるように、前記接続ケーブルを母材にテルミット溶接した構造。
2. 前記押圧成形された所定形状は、一平面と曲面とからなる外表面を有することを特徴とする請求項１に記載の構造。
3. 前記曲面に溝部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の構造。
4. 前記導線は前記鉄製端子を貫通し、前記鉄製端子の先端部において溶着金属と前記導線との溶接部を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の構造。

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