JP5223798B2

JP5223798B2 - 電線連結構造及びその電線連結構造を有する車両用導電路

Info

Publication number: JP5223798B2
Application number: JP2009158790A
Authority: JP
Inventors: 稔之堀越; 幸一加藤; 秀明竹原; 一前上
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: JP2011014437A

Description

本発明は、電線を直線状に連結する電線連結構造及びその電線連結構造を有する車両用導電路に関するものである。

車両に搭載されたモータ、インバータ、バッテリー、エアコン等の機器間を接続する車両用導電路に用いる電線として、複数のアルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム撚線導体を有する軽量なアルミニウム電線が広く用いられている。このアルミニウム電線は、軽量である反面、熱や振動に弱い特性を有するため、モータ近傍などの高温な場所、あるいは振動が強い場所では、銅素線を撚り合わせた銅撚線導体を有する銅電線が用いられている。このため、車両用導電路では、アルミニウム電線と銅電線を連結する電線連結構造が必要となる。

従来の電線連結構造としては、例えば、コネクタ等を用いて電線同士を連結（接続）するものがあるが、この場合、電線同士の接続部のサイズが大きくなってしまい、またコネクタの分重量も重くなるので、省スペース化、軽量化が要求される車両用導電路には適さない。よって、コネクタ等の接続部品を用いず、電線同士を直接直線状に接続する電線連結構造が望まれている。

電線同士を直線状に連結する電線連結構造の従来技術として、例えば、特許文献１がある。

特許文献１の図４は、超音波接続に関するものであるが、超音波接続は、電線同士の接続を行うにあたって、はんだやろう材のようなフラックスが不要であり、また、特別な表面処理（清浄処理）を省略することもできるため、非常に簡便であり、製造コストの面においてメリットが大きい。

特開２００９−９７３６号公報特開昭５２−１０４７８６号公報特開２００４−２２０９３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている超音波接続には、以下の問題点があった。

特許文献１の図４に示されるように、電線同士を超音波接続により直線状に接続する場合、略円筒状の電線同士、すなわち曲面同士を接触させることになるので、超音波接続の際に接続する電線同士の位相位置がずれ易く、製造における再現性が悪くなる可能性があるという問題がある。

また、特許文献１に開示されている超音波接続では、特許文献１の図４（ｂ）に示されるように、電線の撚線導体同士の接合面が傾斜状に形成されるため、一方の電線の撚線導体の先端部が先細りに形成され、撚線導体の先端部付近で素線が断線してしまう場合が多いという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、超音波接続を用いて電線を直線状に連結する電線連結構造において、製造における再現性がよく、かつ、電線の撚線導体の先端部付近の素線の断線を低減することが可能な電線連結構造及びその電線連結構造を有する車両用導電路を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、複数の第１素線を撚り合わせてなる略円筒状の第１撚線導体を有する第１電線と、複数の第２素線を撚り合わせてなる略円筒状の第２撚線導体を有する第２電線とを超音波接続により直線状に連結する電線連結構造において、前記第１素線の外径が前記第２素線の外径より太く形成され、前記第２電線の前記第２撚線導体の端部をアンビルに載置すると共に、前記第２撚線導体の端部の上方に前記第１電線の前記第１撚線導体の端部を載置し、前記第１撚線導体の端部の上方からホーンで下方に加振しつつ加圧することで、前記第１電線の前記第１撚線導体の端部を、前記第２電線の前記第２撚線導体の端部に食い込ませる形状とした電線連結構造である。

前記第１撚線導体の断面積が、前記第２撚線導体の断面積と同等もしくは大きいとしてもよい。

前記第１撚線導体の断面積が８〜５０ｍｍ ² であり、前記第２撚線導体の断面積が８〜３５ｍｍ ² であってもよい。

また、本発明は、複数の第１素線を撚り合わせてなる略円筒状の第１撚線導体を有する第１電線と、複数の第２素線を撚り合わせてなる略円筒状の第２撚線導体を有する第２電線とを超音波接続により直線状に連結する電線連結構造において、前記第１素線の外径が前記第２素線の外径より太く形成され、前記第１電線の前記第１撚線導体の端部を、前記第２電線の前記第２撚線導体の端部に食い込ませる形状とし、前記第１撚線導体の断面積が、前記第２撚線導体の断面積と同等もしくは大きく、前記第１撚線導体の断面積が８〜５０ｍｍ ² であり、前記第２撚線導体の断面積が８〜３５ｍｍ ² であることを特徴とする電線連結構造である。

前記第１電線が、複数のアルミニウム素線を撚り合わせてなるアルミニウム撚線導体を有するアルミニウム電線からなり、前記第２電線が、複数の銅素線を撚り合わせてなる銅撚線導体を有する銅電線からなってもよい。

また、本発明は、車両に搭載された機器間を繋ぐ車両用導電路において、前記電線連結構造を有する車両用導電路である。

前記機器は、インバータ、モータ、バッテリー、及びエアコンであってもよい。

本発明によれば、製造における再現性がよく、かつ、電線の撚線導体の先端部付近の素線の断線を低減することが可能な電線連結構造及びその電線連結構造を有する車両用導電路を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る電線連結構造を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はその接続部の断面図である。（ａ），（ｂ）は、図１の電線連結構造を形成する際の手順を説明する図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る電線連結構造を示す斜視図であり、図１（ｂ）はその接続部の断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、電線連結構造１は、複数の第１素線を撚り合わせてなる略円筒状の第１撚線導体２を有する第１電線３と、複数の第２素線を撚り合わせてなる略円筒状の第２撚線導体４を有する第２電線５とを超音波接続により直線状に連結した構造である。

第１電線３は、第１素線としてのアルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム撚線導体２の外周にシース（外皮）６を被覆したアルミニウム電線３である。

第２電線５は、第２素線として銅素線を撚り合わせた銅撚線導体４の外周にシース（外皮）７を被覆した銅電線５である。

第１素線であるアルミニウム素線の外径は、第２素線である銅素線の外径よりも太く形成されている。より具体的には、アルミニウム素線の外径は０．３〜２．０ｍｍとされ、銅素線の外径は０．１〜０．５ｍｍとされる。

アルミニウム素線の外径を０．３〜２．０ｍｍとするのは、アルミニウム素線の外径が０．３ｍｍ未満であると、超音波接続時の加圧により変形する際にアルミニウム素線が断線してしまうおそれがあり、２．０ｍｍを超えるとアルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム撚線導体２の剛性が大きくなり、配索時（取り付け時）の曲げ加工が困難となるためである。

銅素線の外径を０．１〜０．５ｍｍとするのは、銅素線の外径が０．１ｍｍ未満であると、アルミニウム素線の場合と同様に超音波接続時に断線してしまうおそれがあり、０．５ｍｍを超えると、銅素線を撚り合わせた銅撚線導体４の剛性が大きくなり、配索時の曲げ加工が困難となると共に、超音波接続時にアルミニウム撚線導体２を銅撚線導体４に食い込ませることが困難となるためである。

アルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム撚線導体２は、その断面積が銅撚線導体４の断面積と同等もしくは大きいのが望ましい。より具体的には、アルミニウム撚線導体２の断面積は８〜５０ｍｍ²とされ、銅撚線導体４の断面積は８〜３５ｍｍ²とされ、アルミニウム撚線導体２の断面積の方が銅撚線導体４の断面積より１．０倍〜１．５倍程度とするのが望ましい。

本実施の形態に係る電線連結構造１は、アルミニウム撚線導体２の端部を、銅電線５の銅撚線導体４の端部に食い込ませる形状とされている。より具体的には、電線連結構造１は、アルミニウム撚線導体２の端部と銅撚線導体４の端部とを対向させて所定の長さ重ね合わせ、超音波接続により当該重ね合わせた部分を加圧・加振することで、銅撚線導体４の端部の側面側から、アルミニウム撚線導体２の端部を銅撚線導体４の端部に食い込ませるようにされている。

図１（ｂ）に示すように、両撚線導体２，４の端部同士を接続した接続部８は、全体として断面視で略矩形状となっており、その上面（図示上側の側面）の中央部に、アルミニウム撚線導体２が食い込んだ形状となっている。

電線連結構造１は、図２（ａ），（ｂ）に示す超音波接続装置２１を用いて形成される。超音波接続装置２１は、基台２２上に固定されたアンビル２３と、アンビル２３の上方に対向配置されたホーン２４と、アンビル２３上に配置され、所定の間隔を隔てて水平方向に対向する１対の壁部２５とを備えている。

ホーン２４には、図示しない加振装置が接続されており、その軸方向（図示右手前から左奥の方向）に微振動するようにされている。また、ホーン２４には、ホーン２４の下方に突出するように底面に多数の微細な溝が形成された押さえ部２４ａが設けられている。

また、壁部２５はそれぞれアンビル２３上に進退自在に配置されており、図２（ａ），（ｂ）では両壁部２５を進出させた状態を示しているが、図示右側の壁部２５は右側に、図示左側の壁部２５は左側に後退可能とされている。

超音波接続装置２１を用いて電線連結構造１を形成する際は、まず、図２（ａ）に示すように、壁部２５間のアンビル２３上に銅電線５の銅撚線導体４の端部を載置し、その銅撚線導体４の端部の上方に、アルミニウム電線３のアルミニウム撚線導体２の端部を、銅撚線導体４の先端側から所定の長さ重なるように載置する。

この状態で、図２（ｂ）に示すように、ホーン２４を微振動させつつアンビル２３側に下降させて、ホーン２４の押さえ部２４ａでアルミニウム撚線導体２の端部を銅撚線導体４側に加圧する。このとき、アルミニウム撚線導体２を構成するアルミニウム素線が銅撚線導体４を構成する銅素線より太いため、上方から加圧されるアルミニウム素線に対して、細くて剛性の小さい銅素線が逃げるような形となり、アルミニウム撚線導体２が銅撚線導体４に食い込む。これと同時に、ホーン２４の微振動による摩擦により両撚線導体２，４が加熱され、アルミニウム素線同士、銅素線同士はもちろん、両撚線導体２，４の素線同士も溶接されて一体化され、接続部８が形成される。

接続部８を形成した後、ホーン２４を上方に移動させ、図示右側の壁部２５を右側に、図示左側の壁部２５を左側に後退させると、図１の電線連結構造１が得られる。

なお、接続部８では、異種金属であるアルミニウムと銅が接触するので、異種金属接触腐食を防ぐために、接続部８をモールド樹脂などで覆うことが望ましい。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る電線連結構造１では、アルミニウム素線の外径を銅素線の外径より太く形成し、アルミニウム電線３のアルミニウム撚線導体２の端部を、銅電線５の銅撚線導体４の端部に食い込ませる形状としている。

アルミニウム素線の外径を銅素線の外径より太く形成することにより、超音波接続装置２１によりアルミニウム電線３と銅電線５とを連結する際に、たとえ、アルミニウム撚線導体２と銅撚線導体４との接触が曲面同士の接触になっても、アルミニウム撚線導体２の端部が銅撚線導体４の端部に食い込むようになるため、連結するアルミニウム電線３と銅電線５の相対位置のずれが低減する。その結果、製造における再現性がよくなる。

また、アルミニウム撚線導体２の端部が銅撚線導体４の端部に食い込むという形状は、両撚線導体２，４の先端部が先細りになるということを低減しているため、両撚線導体２，４の先端部付近における素線の断線を低減することが可能となる。

さらに、アルミニウム撚線導体２の端部を銅撚線導体４の端部に食い込ませているため、食い込ませない場合（例えば、両撚線導体の表面だけで接合する場合）と比較して、両撚線導体２，４の接合面積が増加し、両電線３，５を引きはがす方向に曲げたとき（例えば９０°曲げたとき）の屈曲に対する強度が強くなる。

また、アルミニウム撚線導体２の端部を銅撚線導体４の端部に食い込ませることにより、接続部８にて、比較的強度の低いアルミニウムを、強度の高い銅で包み込む形状となるため、接続部８の強度を向上させることが可能となる。

また、電線連結構造１では、アルミニウム素線の外径を０．３〜２．０ｍｍ、銅素線の外径を０．１〜０．５ｍｍとしているため、超音波接続時に素線が断線してしまったり、配索時の曲げ加工が困難となることがない。また、銅素線の外径を０．５ｍｍ以下としているため、超音波接続時に銅素線の剛性が大きいことに起因して、アルミニウム撚線導体２が銅撚線導体４に食い込みにくくなるということがない。

本発明の電線連結構造１は、例えば、車両に搭載されたインバータ、モータ、バッテリー、エアコン等といった機器間を繋ぐ車両用導電路に用いられる。

電線連結構造１は、コネクタ等の接続部品を用いずにアルミニウム電線３と銅電線５を直線状に接続できるので、接続部分の省スペース化、軽量化が可能であり、また製造における再現性もよく量産に適しているため、車両用導電路として有用である。

１電線連結構造
２アルミニウム撚線導体（第１撚線導体）
３アルミニウム電線（第１電線）
４銅撚線導体（第２撚線導体）
５銅電線（第２電線）
８接続部

Claims

複数の第１素線を撚り合わせてなる略円筒状の第１撚線導体を有する第１電線と、複数の第２素線を撚り合わせてなる略円筒状の第２撚線導体を有する第２電線とを超音波接続により直線状に連結する電線連結構造において、
前記第１素線の外径が前記第２素線の外径より太く形成され、
前記第２電線の前記第２撚線導体の端部をアンビルに載置すると共に、前記第２撚線導体の端部の上方に前記第１電線の前記第１撚線導体の端部を載置し、前記第１撚線導体の端部の上方からホーンで下方に加振しつつ加圧することで、前記第１電線の前記第１撚線導体の端部を、前記第２電線の前記第２撚線導体の端部に食い込ませる形状としたことを特徴とする電線連結構造。
前記第１撚線導体の断面積が、前記第２撚線導体の断面積と同等もしくは大きい請求項１記載の電線連結構造。
前記第１撚線導体の断面積が８〜５０ｍｍ²であり、前記第２撚線導体の断面積が８〜３５ｍｍ²である請求項２記載の電線連結構造。
複数の第１素線を撚り合わせてなる略円筒状の第１撚線導体を有する第１電線と、複数の第２素線を撚り合わせてなる略円筒状の第２撚線導体を有する第２電線とを超音波接続により直線状に連結する電線連結構造において、
前記第１素線の外径が前記第２素線の外径より太く形成され、
前記第１電線の前記第１撚線導体の端部を、前記第２電線の前記第２撚線導体の端部に食い込ませる形状とし、
前記第１撚線導体の断面積が、前記第２撚線導体の断面積と同等もしくは大きく、
前記第１撚線導体の断面積が８〜５０ｍｍ ² であり、前記第２撚線導体の断面積が８〜３５ｍｍ ² であることを特徴とする電線連結構造。
前記第１電線が、複数のアルミニウム素線を撚り合わせてなるアルミニウム撚線導体を有するアルミニウム電線からなり、
前記第２電線が、複数の銅素線を撚り合わせてなる銅撚線導体を有する銅電線からなる請求項１〜４いずれかに記載の電線連結構造。
車両に搭載された機器間を繋ぐ車両用導電路において、
請求項１〜５いずれかに記載の電線連結構造を有することを特徴とする車両用導電路。
前記機器は、インバータ、モータ、バッテリー、及びエアコンである請求項６記載の車両用導電路。