JP5196562B2 - Connection method of aluminum wire and copper wire and connection body thereof - Google Patents
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Description
本発明は、被覆銅電線と、この被覆銅電線に比べて引っ張り強度の低い被覆アルミ電線とを超音波溶接するアルミ電線と銅電線の接続方法及びその接続体に関する。 The present invention relates to a method for connecting an aluminum electric wire and a copper electric wire for ultrasonic welding of a coated copper electric wire and a coated aluminum electric wire having a lower tensile strength than the coated copper electric wire, and a connection body thereof.
一般の自動車や、特に近年普及の傾向にあ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の自体が重いことから、可能な限り車輌の軽量化が望まれている。このような軽量化の一環から、密度が銅に比較して3分の1(2.70/8.96)程度であるアルミニウムをアルミ素線に用いた被覆アルミ電線が注目されている。 In general automobiles, in particular, electric vehicles and fuel cell vehicles that have been in widespread use in recent years, the on-board batteries and fuel cells themselves are heavy, and therefore it is desired to reduce the weight of the vehicle as much as possible. As part of such weight reduction, a coated aluminum electric wire using aluminum, which has a density of about one third (2.70 / 8.96) as compared with copper, as an aluminum element wire has been attracting attention.
車両搭載電装品には一般に銅素線を電線導体とした被覆銅電線が用いられることから、被覆アルミ電線を用いた場合には被覆銅電線との接続が必要となる。被覆銅電線と被覆アルミ電線の接続には、例えば特許文献1に示すように、銅からなる円筒状の接続スリーブの一端から銅素線からなる電線導体を挿入するとともに、他端からアルミ素線からなる電線導体を挿入し、これら両端の導体挿通部分で圧着する。被覆アルミ電線の電線導体は、やわらかいことから圧着のみでは十分な接続ができず、そのため被覆アルミ電線の接続スリーブに対する圧着を半圧着とするとともに、その接続部分をアルミニウム半田する。 Since a coated copper electric wire using a copper element wire as a wire conductor is generally used for a vehicle-mounted electrical component, connection with the coated copper electric wire is required when a coated aluminum electric wire is used. For connecting the coated copper wire and the coated aluminum wire, for example, as shown in Patent Document 1, an electric wire conductor made of a copper wire is inserted from one end of a cylindrical connection sleeve made of copper, and an aluminum wire is made from the other end. A wire conductor made of is inserted and crimped at the conductor insertion portions at both ends. Since the wire conductor of the coated aluminum electric wire is soft, it cannot be connected sufficiently only by crimping. Therefore, the crimping of the coated aluminum wire to the connection sleeve is made semi-crimped, and the connecting portion is soldered with aluminum.
ところが、このような接続構成とすると、接続スリーブを使用する関係上、その接続個所が太くなるし、また圧着、半圧着に加えてアルミニウム半田の作業が必要となり、接続工数が多くなるといった欠点がある。そこで、被覆アルミ電線と被覆銅電線の電線導体同士を直接超音波溶接する接続方法が試みられている。このアルミ電線と銅電線の接続方法は、図6に示すように、超音波溶接機の溶接ホーン501を、重ねた電線導体503,505の一方側から押圧し、溶接ホーン501にて振動を与えることで、原子拡散を誘起させ、相互金属を原子結合させることにより接合する。図中、507は被覆、509は電線固定治具を示す。
しかしながら、アルミ電線と銅電線を超音波溶接する際、例えば被覆アルミ電線511の電線導体505が溶接ホーン501側に配置されると、図7に示すように、被覆アルミ電線511における電線導体505のアルミ素線505aに、応力集中による金属疲労や「削れ」により、薄肉化513や切れ515等のダメージを発生させる問題があった。これに対し、超音波力を小さくすれば、被覆銅電線の電線導体503に十分な固着力が得られなくなった。また、引っ張り強度が低く、やわらかいアルミ素線505aが外側に配置され、破損し易い接続部となった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、超音波力を小さくすることなく、アルミ導体の薄肉化や切れ等のダメージを低減して、アルミ電線と銅電線を高い固着力で接続できるアルミ電線と銅電線の接続方法及びその接続体を提供することにある。
However, when the aluminum wire and the copper wire are ultrasonically welded, for example, when the
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce the damage such as thinning and cutting of the aluminum conductor without reducing the ultrasonic force, and to achieve high adhesion between the aluminum wire and the copper wire. It is providing the connection method of the aluminum electric wire and copper wire which can be connected by, and its connection body.
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1) アルミ導体を被覆してなる被覆アルミ電線と、複数の銅導体を被覆してなる被覆銅電線とを接続するアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体の間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体を挿入した後、
前記銅導体を介在させ超音波溶接機の溶接ホーンにて前記銅導体と前記アルミ導体を超音波溶接することを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
The above object of the present invention is achieved by the following configuration.
(1) A method of connecting an aluminum electric wire and a copper electric wire for connecting a coated aluminum electric wire coated with an aluminum conductor and a coated copper electric wire coated with a plurality of copper conductors,
After inserting the aluminum conductor of the coated aluminum wire between the copper conductors of the coated copper wire,
A method of connecting an aluminum wire and a copper wire, wherein the copper conductor and the aluminum conductor are ultrasonically welded with a welding horn of an ultrasonic welding machine with the copper conductor interposed.
このアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、アルミ導体が溶接ホーンに直接触れず、溶接ホーンと接触する引っ張り強度の高い銅導体が主に振動して、アルミ導体との接合面が超音波溶接される。 According to this connection method of the aluminum electric wire and the copper electric wire, the aluminum conductor does not directly touch the welding horn, the copper conductor having high tensile strength that comes into contact with the welding horn mainly vibrates, and the joining surface with the aluminum conductor is ultrasonic. Welded.
(2) (1)のアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体中に、前記被覆アルミ電線のアルミ導体が包囲されて挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
(2) (1) A method for connecting an aluminum wire and a copper wire,
A method of connecting an aluminum wire and a copper wire, wherein the aluminum conductor of the coated aluminum wire is surrounded and inserted into a plurality of copper conductors of the coated copper wire.
このアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆アルミ電線のアルミ導体の接続部における外周の全周が、被覆銅電線の銅導体に覆われ、外部に露出しなくなる。また、被覆銅電線の銅導体における円周方向の任意の方向での超音波溶接が可能となる。 According to this method for connecting an aluminum wire and a copper wire, the entire circumference of the outer periphery of the connection portion of the aluminum conductor of the coated aluminum wire is covered with the copper conductor of the coated copper wire and is not exposed to the outside. In addition, ultrasonic welding can be performed in any direction in the circumferential direction of the copper conductor of the coated copper wire.
(3) (1)のアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体が軸線を挟み二分割され、
該二分割された銅導体間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体が挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
(3) (1) A method for connecting an aluminum wire and a copper wire,
A plurality of copper conductors of the coated copper wire is divided into two with the axis line in between,
A method of connecting an aluminum wire and a copper wire, wherein the aluminum conductor of the coated aluminum wire is inserted between the two divided copper conductors.
このアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆銅電線の銅導体が、軸線を通る直径方向の分離面によって二分割できるので、アルミ導体を挿入するための銅導体の挿入空間の形成が容易に行える。 According to this connection method of the aluminum electric wire and the copper electric wire, the copper conductor of the coated copper electric wire can be divided into two by the diametrical separation surface passing through the axis, so that the formation of the insertion space of the copper conductor for inserting the aluminum conductor can be achieved. Easy to do.
(4) アルミ導体を被覆してなる被覆アルミ電線と、複数の銅導体を被覆してなる被覆銅電線とを接続したアルミ電線と銅電線の接続体であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体間に挿入された前記被覆アルミ電線のアルミ導体が、外側に配置された前記銅導体を介し超音波溶接されたことを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続体。
(4) A connection body of an aluminum wire and a copper wire in which a coated aluminum wire coated with an aluminum conductor and a coated copper wire coated with a plurality of copper conductors are connected,
The connection between the aluminum wire and the copper wire, wherein the aluminum conductor of the coated aluminum wire inserted between a plurality of copper conductors of the coated copper wire is ultrasonically welded via the copper conductor disposed on the outside body.
このアルミ電線と銅電線の接続体によれば、被覆銅電線の銅導体に、被覆アルミ電線のアルミ導体が挿入され、アルミ導体が内側に配置されて、引っ張り強度の高い銅導体に覆われる。 According to the connection body of the aluminum electric wire and the copper electric wire, the aluminum conductor of the covered aluminum electric wire is inserted into the copper conductor of the covered copper electric wire, and the aluminum conductor is disposed on the inner side, and is covered with the copper conductor having high tensile strength.
本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆銅電線の銅導体の間に被覆アルミ電線のアルミ導体を挿入した後、銅導体を介在させ超音波溶接機の溶接ホーンにて銅導体とアルミ導体を超音波溶接するので、アルミ導体が溶接ホーンに直接触れず、溶接ホーンと接触する引っ張り強度の高い銅導体を主に振動させて、アルミ導体との接合面を超音波溶接できる。この結果、超音波力を小さくすることなく、アルミ導体の薄肉化や切れ等のダメージを低減して、アルミ電線と銅電線を高い固着力で接続できる。 According to the method for connecting an aluminum wire and a copper wire according to the present invention, after inserting the aluminum conductor of the coated aluminum wire between the copper conductors of the coated copper wire, the copper conductor is interposed and the welding horn of the ultrasonic welding machine is used. Since copper conductor and aluminum conductor are ultrasonically welded, the aluminum conductor does not directly touch the welding horn, but the copper conductor with high tensile strength that comes in contact with the welding horn is mainly vibrated, and the joint surface with the aluminum conductor is ultrasonically welded. it can. As a result, it is possible to connect the aluminum electric wire and the copper electric wire with a high adhering force by reducing damage such as thinning or cutting of the aluminum conductor without reducing the ultrasonic force.
本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続体によれば、被覆銅電線の銅導体間に挿入された被覆アルミ電線のアルミ導体が、外側に配置された銅導体を介し超音波溶接されたので、アルミ導体が引っ張り強度の高い銅導体に覆われ、破損し難い接続部を得ることができる。 According to the connection body of the aluminum electric wire and the copper electric wire according to the present invention, the aluminum conductor of the covered aluminum electric wire inserted between the copper conductors of the covered copper electric wire is ultrasonically welded via the copper conductor arranged on the outside. The aluminum conductor is covered with a copper conductor having a high tensile strength, so that a connection portion that is not easily damaged can be obtained.
以下、本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続方法及びその接続体の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続体の斜視図、図2はアルミ電線と銅電線の接続体の変形例に係る斜視図、図3は2本の銅電線にアルミ電線が挟まれて接続される変形例に係る側面図である。
本実施の形態によるアルミ電線と銅電線の接続体100は、被覆銅電線1の複数の銅導体3間に挿入された被覆アルミ電線5のアルミ導体7が、外側に配置された銅素線3aを介し超音波溶接され、接続部9を形成している。被覆銅電線1の複数の銅導体3に、被覆アルミ電線5のアルミ導体7が挿入され、アルミ素線7aが内側に配置されて、引っ張り強度の高い銅素線3aに覆われている。
Hereinafter, preferred embodiments of a method for connecting an aluminum electric wire and a copper electric wire according to the present invention and a connection body thereof will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a connection body of an aluminum wire and a copper wire according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a modification example of the connection body of the aluminum wire and the copper wire, and FIG. It is a side view which concerns on the modification connected by being pinched | interposed.
The
接続体100は、被覆銅電線1の銅導体3中に、被覆アルミ電線5のアルミ導体7が包囲されて挿入されることが好ましい。被覆アルミ電線5のアルミ導体7は、例えば、尖頭工具(図示せず)等を銅導体3に軸線G方向から挿入して形成した挿入空間11に挿入することができる。アルミ導体7を挿入した被覆銅電線1は、後述の超音波溶接機によって溶接される。
The
このような、円柱形状の導体3,7同士を同軸に挿入して超音波溶接した接続体100では、被覆アルミ電線5のアルミ導体7の接続部9における全外周が、被覆銅電線1の銅導体3に覆われ、外部に露出しなくなる。また、被覆銅電線1の銅導体3における円周方向の任意の方向での超音波溶接が可能となる。つまり、被覆銅電線1及び被覆アルミ電線5を軸線G回りに回転させながらの間欠的な溶接が可能となる。
In such a
また、接続体100の変形例としては、図2に示すように、被覆銅電線1の複数の銅導体3を、軸線Gを挟み二分割し、二分割された銅導体13,15間に被覆アルミ電線5のアルミ導体7を挿入する接続部9Aとしてもよい。分割銅導体13,15で被覆アルミ電線5のアルミ導体7を挟む接続部9Aでは、複数の銅素線3aを束ねてなる被覆銅電線1の銅導体3が、軸線Gを通る直径方向の分離面19によって二分割できるので、アルミ素線7aを挿入するための銅導体3の挿入空間21の形成が容易に行える。
As a modification of the
さらに、接続体100の変形例としては、図3に示すように、直線上に一対の被覆銅電線1,1の銅導体3,3を逆方向から重ね、これら銅導体3,3間に、いずれか一方の方向から挿入した被覆アルミ電線5のアルミ導体7を挟み、一方の銅導体3を介して3本の導体3,7,3を超音波溶接する接続部9Bであってもよい。図中、31は溶接ホーン、33は電線固定治具を示す。
Furthermore, as a modified example of the
この接続部9Bによれば、被覆アルミ電線5のアルミ導体7が、一対の被覆銅電線1,1の銅導体3,3に挟まれ、外部に殆ど露出しなくなる。また、一対の銅導体3,3に挟む作業で、銅導体3の挿入空間21を特別な工具を用いて形成することなく、被覆アルミ電線5のアルミ導体7を容易に覆うことができる。
According to this connecting
次に、アルミ電線と銅電線の接続方法について説明する。
図4は超音波溶接機の溶接ホーンによる溶接状況を表した導体軸線からの正面図、図5は本発明に係る接続方法の溶接ホーン端部における銅素線及びアルミ素線の拡大図である。
被覆銅電線1の銅導体3と被覆アルミ電線5のアルミ導体7とを接続して上記接続部9を形成するには、先ず、被覆銅電線1の銅導体3の間に被覆アルミ電線5のアルミ導体7を挿入する。上述のように、銅導体3の挿入空間11は、尖頭工具(図示せず)等を軸線G方向から挿入して形成することができる。
Next, a method for connecting an aluminum wire and a copper wire will be described.
FIG. 4 is a front view from the conductor axis showing the welding situation by the welding horn of the ultrasonic welding machine, and FIG. 5 is an enlarged view of the copper strand and the aluminum strand at the end of the welding horn of the connection method according to the present invention. .
In order to connect the
アルミ導体7を内方に挿入した被覆銅電線1の銅導体3を、例えば凹状に形成したアンビル35に載置する。被覆銅電線1と被覆アルミ電線5は、それぞれの被覆部を電線固定治具33(図3参照)によって固定する。次いで、下方のアンビル35に対し超音波溶接機37の溶接ホーン31を下降接近させ、銅素線3aを介在させ溶接ホーン31にて所定の押圧力で押圧しながら銅素線3aとアルミ素線7aを超音波溶接する。
The
超音波溶接では、溶接ホーン31にて接合面に圧力を加えながら振動を与える。本実施の形態では導体3,7の軸線Gに沿う方向(図4の紙面垂直方向)の振動となる。金属の接合面には垂直方向(図4の上方向)からの押圧力と、接合面に対して平行な方向(図4の紙面垂直方向)の振動が作用する。これら押圧力と振動剪断力により接合面近傍組織に大きな内部ストレスが発生する。この振動剪断力によるストレスは、毎秒数万回のサイクルで反転される。
In ultrasonic welding, vibration is applied while pressure is applied to the joint surface by the
ストレスが金属の弾性限界を超えると接合面に微視的な破壊(皮膜破壊)が生じ、原子拡散が起こり、接合面に薄い粒状構造の再結晶化が起こる。これにより、導体3,7が溶接される。円柱形状の導体3,7同士を同軸に挿入して超音波溶接する接続体100では、上記したように、被覆銅電線1及び被覆アルミ電線5を軸線G回りに回転させながら、円周方向の任意の位置での超音波溶接が可能となる。このようにして、アルミ素線7aが溶接ホーン31に直接触れず、溶接ホーン31と接触する引っ張り強度の高い銅素線3aが主に振動して、アルミ素線7aとの接合面が超音波溶接される。
If the stress exceeds the elastic limit of the metal, microscopic destruction (film destruction) occurs on the joint surface, atomic diffusion occurs, and recrystallization of a thin granular structure occurs on the joint surface. Thereby, the
アルミ素線7aの場合には、銅素線3aに比べ軟質で引張り強度が低いため、過剰な押圧を行うとアルミ素線7aが破断するなどの不具合が発生する。本実施の形態によるアルミ電線と銅電線の接続方法では、図5に示すように、銅素線3aを介してアルミ素線7aが溶接ホーン31にて押圧されることで、銅素線3aに必要な押圧力が印加されても、その押圧力が銅素線3aの変形により一部吸収され、アルミ素線7aを保護する。つまり、銅素線3aがクッションとしての作用を発揮する。これにより、図7に示した、薄肉化513や切れ515等の発生が防止される。
In the case of the
したがって、本実施の形態によるアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆銅電線1の銅導体3の間に被覆アルミ電線5のアルミ導体7を挿入した後、銅素線3aを介在させ超音波溶接機37の溶接ホーン31にて銅素線3aとアルミ素線7aを超音波溶接するので、アルミ素線7aが溶接ホーン31に直接触れず、溶接ホーン31と接触する引っ張り強度の高い銅素線3aを主に振動させて、アルミ素線7aとの接合面を超音波溶接できる。この結果、超音波力を小さくすることなく、アルミ素線7aの薄肉化や切れ等のダメージを低減して、アルミ電線と銅電線を高い固着力で接続できる。
Therefore, according to the connection method of the aluminum electric wire and the copper electric wire according to the present embodiment, after inserting the
また、上記のアルミ電線と銅電線の接続体100,100A,100Bによれば、被覆銅電線1の銅導体3間に挿入された被覆アルミ電線5のアルミ導体7が、外側に配置された銅素線3aを介し超音波溶接されたので、アルミ素線7aが引っ張り強度の高い銅素線3aに覆われ、破損し難い接続部9,9A,9Bを得ることができる。
In addition, according to the above-described
なお、上記した実施の形態では、いずれも、被覆銅電線1及び被覆アルミ電線5は、銅導体3及びアルミ導体7が複数の素線を撚った撚り線であるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の銅導体や単数のアルミ導体であっても良い。
In the above-described embodiment, the coated copper electric wire 1 and the coated aluminum
1 被覆銅電線
3 銅導体
7 アルミ導体
3a 銅素線
5 被覆アルミ電線
7a アルミ素線
31 超音波溶接機の溶接ホーン
100 アルミ電線と銅電線の接続体
G 電線導体の軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coated copper
Claims (4)
前記被覆銅電線の複数の銅導体の間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体を挿入した後、
前記銅導体を介在させ超音波溶接機の溶接ホーンにて前記銅導体と前記アルミ導体を超音波溶接することを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。 A method of connecting an aluminum electric wire and a copper electric wire for connecting a coated aluminum electric wire coated with an aluminum conductor and a coated copper electric wire coated with a plurality of copper conductors,
After inserting the aluminum conductor of the coated aluminum wire between the copper conductors of the coated copper wire,
A method of connecting an aluminum wire and a copper wire, wherein the copper conductor and the aluminum conductor are ultrasonically welded with a welding horn of an ultrasonic welding machine with the copper conductor interposed.
前記被覆銅電線の複数の銅導体中に、前記被覆アルミ電線のアルミ導体が包囲されて挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。 A method for connecting an aluminum electric wire and a copper electric wire according to claim 1,
A method of connecting an aluminum wire and a copper wire, wherein the aluminum conductor of the coated aluminum wire is surrounded and inserted into a plurality of copper conductors of the coated copper wire.
前記被覆銅電線の複数の銅導体が軸線を挟み二分割され、
該二分割された銅導体間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体が挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。 A method for connecting an aluminum electric wire and a copper electric wire according to claim 1,
A plurality of copper conductors of the coated copper wire is divided into two with the axis line in between,
A method of connecting an aluminum wire and a copper wire, wherein the aluminum conductor of the coated aluminum wire is inserted between the two divided copper conductors.
前記被覆銅電線の複数の銅導体間に挿入された前記被覆アルミ電線のアルミ導体が、外側に配置された前記銅導体を介し超音波溶接されたことを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続体。 A connection body of an aluminum wire and a copper wire in which a coated aluminum wire coated with an aluminum conductor and a coated copper wire coated with a plurality of copper conductors are connected,
The connection between the aluminum wire and the copper wire, wherein the aluminum conductor of the coated aluminum wire inserted between a plurality of copper conductors of the coated copper wire is ultrasonically welded via the copper conductor disposed on the outside body.
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