JP5704584B2 - ケーブルを事前に組み立てる方法及び組み立て済みケーブル - Google Patents

Description

本発明は、ケーブルの事前組み立てに関する。特に、本発明は、例えばアルミニウムリッツ線である軽金属リッツ線を有するケーブルの接触に関する。しかし、本発明は、他のリッツ線材料である例えばマグネシウム及び銅のリッツ線、或いは１つ若しくは複数の上述の材料からなる合金又は他の適当な材料から作られたリッツ線にも転用することができる。かかるケーブルは、主に、自動車両構造において電力を消費するところに電力を供給するのに使用される。かかるケーブルは、電気システムの接地にも使用される。本発明は、ケーブルを事前に組み立てる方法に加えて、さらに、組み立て済みのケーブルにも関する。

特に自動車両構造において、軽量化のために、及び高価な金属をより手頃な価格の代替物で代用するために、例えばマグネシウム、アルミニウム又はその合金である軽金属から電気ケーブルを製造することが長い間望まれてきた。しかし、これらのケーブルを、特に自動車両では長い年月にわたって動荷重に曝される接触要素に電気的に接触させる場合、接触の維持に関する問題が発生する。その問題は、特に、材料の冷流傾向（ｃｏｌｄ ｆｌｏｗ ｔｅｎｄｅｎｃｙ）すなわち低い温度でも微細構造の機械的応力が壊れるアルミニウム及びマグネシウムなどの軽金属の傾向、また、特にアルミニウム合金の場合、アルミニウム合金の表面にある酸化被膜、ひいては電解液の存在下での軽金属リッツ線と接触要素の接合領域における電気化学的腐食の危険に起因する。したがって、現状では、軽金属リッツ線と接触要素の恒久的に耐久性のある接触を提供することも長い間必要とされている。

この問題を解決するために、独国特許出願公開第１０２００８０３１５８８号では、超音波溶接法を用いて軽金属リッツ線を接触要素に接着することが提案されており、そこにおいて、まず、超音波溶接法を用いてスリーブを軽金属リッツ線の露出した端部に冷間溶接する。次いで、このスリーブを接触要素との接触に使用する。超音波溶接法は、５００〜１，５００ミリ秒かかる。別法として、既知の軟ろう付け又は硬ろう付けプロセスは、実際に数秒かかる。

代替方法が国際公開第２００８／１０４６６８号パンフレットに開示されている。この方法は、磁気パルス溶接法を用いて、ケーブルラグのスリーブを、接触要素としてケーブルの露出したリッツ線に冷間溶接する。この場合、既知の機械的クリンプ加工又はかしめの類推から、スリーブは、リッツ線との接触を引き起こすために、磁気パルス溶接法を用いて強烈に加速されて、外側からリッツ線に押し付けられる。この方法には、磁気パルスの作用がリッツ線の中心に向かうほど弱まるという欠点がある。その結果、中心に位置する個々独立の

個別のワイヤの間ではもはや冷間溶接が行われず、これは接触要素とリッツ線の間の機械的接合の信頼性だけでなく接合部の電気伝導率も減少することを意味する。

したがって、本発明の目的は、国際公開第２００８／１０４６６８号パンフレットと比較して、軽金属リッツ線を使用する場合でも、比較的短いプロセス時間で、接触要素とケーブルのリッツ線導体のより信頼性の高い接触を保証する、ケーブルを事前に組み立てる方法を提供することである。これに加えて、本発明は、導体材料に軽金属を使用する場合でも、短いプロセス時間でしたがって安価に製造可能であり、接触要素とケーブルのリッツ線導体のより信頼性の高い接触を可能にする、組み立て済みケーブルの提供に関する。

したがって、上述の目的は、請求項１に記載の特徴を有するケーブルを事前に組み立てる方法、及び請求項５の特徴を有する組み立て済みケーブルによって達成される。本発明の有利な発展は、従属請求項において見出すことができる。

本発明は、リッツ線導体内に少なくとも１つの当接部をもたらすことによって、機械的パルスが内部の個々独立のワイヤに最適な方法で伝達されることを確実にし、したがって、中心に向かうほど電気的機械的接触の質が低下しないようにするという趣旨に基づくものである。

その結果として、本発明は、ケーブルを事前に組み立てる方法を提案する。本明細書におけるケーブルの事前組み立てとは、取り付け準備ができたケーブル、ケーブル束又は接触要素とあわせたケーブルハーネス全体の製造として理解すべきである。あらゆるコネクタ及び接触部が接触要素として本発明の意義の範囲内に含まれる。単なる一例として、高電圧用途のケーブルラグ及び丸ピンを挙げる。事前組み立てされるべきケーブルは、一般的に、１本のリッツ線導体を有する単心ケーブルである。しかし、ケーブルは、複数のコア、すなわち互いに電気的に絶縁された複数のリッツ線導体、それに加えて例えば高電圧用途に必要なシールドを有することもできる。単導体とは異なり、リッツ線導体は、複数の個々独立のワイヤから構成される。導体断面が大きい場合数多くの個々独立のワイヤが必要なので、複数のリッツ線導体は、対称性の理由から一緒により合わされ、したがって結果的に導体の断面は概ね円形になる。リッツ線を構成するワイヤは、マグネシウム、アルミニウム又はその合金などの軽金属又は軽金属合金から形成されるのが好ましい。純アルミニウムは、その費用及び重量の利点からここでの使用に特に好ましい。本発明による方法は、少なくとも１つの好ましくは細長い特にピン形の当接部を、好ましい一実施形態ではワイヤの一端部にある露出したリッツ線導体の中央すなわちリッツ線導体を構成する個々独立のワイヤ間に差し込むことを含む。このため、リッツ線を露出させるために、ケーブル又はワイヤの一部の長さを、前の作業ステップで剥ぎ取っておくのが好ましい。はじめに、別個のステップでリッツ線導体の全ての個々独立のワイヤを分けて当接部のための適切な空間を作り出すような方法で当接部の差し込みを行う。この手順は、例えば、非常に鋭い錐を個々独立のワイヤの間に挿入し、リッツ線導体を押し分けた後にその錐を再び取り除くことによって行うことができる。或いは、当接部自体の前端をとがらせるように設計し、それをリッツ線導体に直接差し込みその間（リッツ線を）押し分けることも考えられる。言い換えれば、当接部自体をリッツ線導体を「変形」させるのに使用することができる。例えばピンなどの複数の要素をリッツ線導体の露出した個々独立のワイヤの間に差し込み一緒に当接部を形成するようにすることも考えられる。例えば互いに支持し合う、リッツ線導体の中心軸まわりに対称的に分配され得る複数の当接部も可能である。本発明による方法は、スリーブを露出したリッツ線導体の外周まわりに配置することも含む。この場合、スリーブを露出したリッツ線導体の一部の長さ及び当接部の一部の長さを囲繞するような方法で配置するのが好ましい。言い換えれば、スリーブは、露出したリッツ線導体及び当接部の少なくとも一部の領域を囲繞する。当接部をリッツ線導体に挿入する前に、予めスリーブをケーブルの上に押し進めることができる。しかし、スリーブ及び当接部の差し込みについて逆のプロセス又は同時の適用も考えられる。同時の適用とは、（後述のように）特に、スリーブと当接部の両方が接触要素と一体に設計される場合である。スリーブは、閉じた好ましくは断面が円形のスリーブが好ましい。最後に、本発明の方法は、スリーブとリッツ線及びリッツ線と当接部の固着接合（圧縮）を含み、それによって接触要素がリッツ線導体に電気的に接続する。本発明によれば、接触要素は、スリーブ及び／又は当接部に接合され、特に一体に形成され得る。この点において、接触要素をスリーブと一体に又はピンと一体に設計することが考えられる。これらの場合、ピン又はスリーブは、それに応じて別個の要素であり、圧縮後にしか他の要素と接続しない。或いは、スリーブとピンの両方を接触要素と一体に設計することも考えられる。ピン及び／又はスリーブは、接触要素と同じ材料、すなわち銅若しくはその合金又はリッツ線導体と同じ材料で形成することができる。しかし、スリーブ及び／又はピンを接触要素及び／又はリッツ線導体の材料と異なる材料で設計することも考えられる。上述の利点に加えて、本発明は、銅ケーブルすなわち銅リッツ線の接触だけでなくアルミニウムケーブルすなわちアルミニウムリッツ線の接触にもこの方法を使用できるというさらなる利点を提供する。この場合、同じ接触要素幾何形状及び同じ方法を使用することができる。必要ならば、銅の場合よりも大きいアルミニウムの場合の断面にスリーブ直径を適合さることだけしか必要ない。

本発明の特に好ましい一実施形態によれば、固着接合（圧縮）は圧接法によって行われる。ここでは超音波溶接法が可能であり、スリーブを径方向中央に位置決めしなければならない。このため、またプロセス時間短縮のため、磁気パルス溶接法が好ましい。磁気パルス溶接法に関して冒頭で言及している国際公開第２００８／１０４６６８号パンフレットを参照されたい。超音波溶接とは異なり、磁気パルス溶接法を使用すると、断面が６０ｍｍ^２を超える大きなケーブルの場合でも、機械的強度を高くすることができ、また接触抵抗を一様に低くすることができる。圧接法を使用すると、スリーブの内側面がそれと接触している個々独立のワイヤに冷間溶接される。さらに、互いに接触している個々独立のワイヤが互いに冷間溶接され、当接部と接触している個々独立のワイヤが当接部に冷間溶接される。その結果、リッツ線導体における全てのワイヤにおいて、径方向に実質上一定の質の信頼性の高い溶接が達成される。

この点について、当接部をリッツ線導体の実質的に中央に差し込むことがさらに好ましい。まず当接部の挿入後の最大直径を指定する工具内でリッツ線の露出した端部を完全に保持するような方法でこれを確実にすることができる。この工具内に保持したまま、上述のように、当接部のための空間を形成するように当接部又はピンを挿入する。ピンを工具に対して中央に位置決めすることでリッツ線導体に対する当接部の中央配置が保証され得る。偶数の個々独立のワイヤを使用する場合、当接部を正確に中央に配置することができ、その後個々独立のワイヤを当接部の円周まわりに均一に散在させることができる。個々独立のワイヤが奇数の場合、別の方法で中央に配置された個々独立のワイヤを径方向にさせなければならないので、実質的な中央構成しか達成できない。本特許出願の意義の範囲内で、これは「中央に」という用語で理解され、「実質的な」という概念で特許請求の範囲内で識別され得る。

当接部のための空間を形成するのに当接部又はピンをより簡単に挿入するには、より合わさったリッツ線の場合、より合わせに逆らって剥ぎ取るのが好ましく、それによって接触されるべき領域のねじりが少なくとも減少し、当接部の差し込みがより簡単になる。

ケーブルを事前に組み立てる方法に加えて、本発明は、組み立て済みの単一コア又は複数コアのシールド又は非シールドのケーブルに関する。１本又は複数のワイヤに関し、前記ケーブルは、リッツ線導体の中心に配置されるピン（上述の当接部）、リッツ線導体の外周上に押し進められるスリーブ、並びに、スリーブ及び／又はピンに接合され好ましくは一体に設計されリッツ線導体と電気的接触している接触要素を備える。

関係するケーブルは、好ましくは、長手方向中心軸を有する円形導体であり、ピンは、実質的に、その長手方向軸に整列される。これに関連して、上述の当接部の中央差し込みについて参照されたい。

さらに、好ましくは、リッツ線導体の個々独立のワイヤがアルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、上述のようにスリーブの内側面が個々独立のワイヤに冷間溶接され、個々独立のワイヤが互いに冷間溶接され、個々独立のワイヤがピンに冷間溶接される。

上記で言及した特徴が単独で、又は１つ若しくは複数の特徴が組み合わされて実施され得る本発明のさらに他の特徴及び利点は、好ましい一実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

関連する図面を参照して次に説明を行う。

接触前の、本発明による接触要素を有するケーブルの概略図である。 本発明による方法の中間ステップにある、図１からの組み合わせた図である。 図１から組み合わせるための接合プロセスの概略図である。

次に好ましい一実施形態を説明する。しかし、本発明は、他の接触要素について異なる材料のリッツ線導体を有する他のケーブルにも使用することができると理解されよう。接触要素は、以下に説明するように当接部に一体に接合されるだけでなく、接続部がスリーブ又は両方の要素を別の方法で備えることもできると考えられる。さらに、一体だけでなく例えば固着、圧力嵌め及び／又は形状適合式嵌合（ｆｏｒｍ ｆｉｔｔｅｄ）される接続部を設計することも可能である。

図１は、ケーブル１の概略図である。図示の実施形態のケーブル１は、断面が実質的に円形の円形導体である。ケーブル１は、個々独立のワイヤからなるリッツ線導体４を有する。図示とは異なり、リッツ線導体４は、より合わされてもよく、又は図示のように互いに平行に延びるワイヤからなってもよい。さらに、ケーブル１は、通常の意味の絶縁体５を備える。絶縁体５は、リッツ線導体４を完全に囲繞し、当業者には周知の外的影響から絶縁する。ケーブル１は、図１に示される前記ケーブル１の一端部が剥ぎ取られる。すなわち、リッツ線導体４は、一部の長さＬにわたって露出される。この領域Ｌにはもはや絶縁体５はない。リッツ線４がより合わされている場合、個々独立のワイヤを少なくとも端部領域Ｌにおいて実質的に互いに平行に整列させるために、より合わせに逆らって剥ぎ取りを行い、それによって、その後のピン６（同様に当接部）の挿入、特に中央への差し込みがより簡単になる。

図示の実施形態では、リッツ線導体４の個々独立のワイヤは、純アルミニウム又はアルミニウム合金で形成される。しかし、銅リッツ線、マグネシウムリッツ線又はこれらの金属の合金のリッツ線も使用可能である。

図１には接触要素２も示されている。接触要素２は、例えばケーブルラグ又は（図示のような）丸ピンである接触部７により形成される。しかし、接触部７として、他の接触部すなわち従来型の接触部及び／又はコネクタも考えることができる。ピン６は、図示の実施形態では、接触部７と一体に設計される。ピン６は、細長い当接部であり、その断面の寸法（特に直径）は、リッツ線導体４の断面形状（特に直径）よりも著しく小さい。必要ならば、当接部６の断面は、リッツ線導体４の断面に一致してもよい。しかし、より大きい又はより小さい断面も考えられる。

さらに、図１には、断面が閉じた円形形状のスリーブ３が示されている。この場合、直径は、絶縁体５が付いたケーブル１の直径よりも若干大きい。必要ならば、スリーブをリッツ線導体４の領域Ｌの上に押し進めることができるだけでなく、直径を絶縁体５の領域においてケーブル１の直径よりも小さくすることもできる。スリーブ３は、薄肉に設計され、好ましくは厚さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。スリーブ３は、金属、特に銅、アルミニウム又はこれらの金属のうちの１つの合金で形成されるのが好ましい。スリーブは、その表面が銀などの金属で被覆されてもよい。

ピン６は、金属で形成され、その硬さがリッツ線導体４の個々独立のワイヤの硬さ以上であることが好ましい。金属、特に銅、アルミニウム又はこれらの金属のうちの１つの合金を使用するのが好ましい。さらに、ピン６は、銀などの金属で被覆されてもよい。一体設計の場合、接触部は同じ材料で形成される。他方では、ピン６及び接触部７に異なる材料を使用し、固着、圧力嵌め及び／又は形状適合式嵌合方法でそれらを任意の接合プロセスによって互いに接合することも考えられる。

図１〜３を参照して、次に本発明による方法を一実施形態に従って説明する。

図１に示されるように、まず、ケーブル１の領域Ｌを完全に剥ぎ取る。上述のように、これはリッツ線導体４のより合わせに逆らって行うことができる。

この方法で用意したケーブル１上にスリーブ３を押し進める。

次に、ピン６を接触部７と一緒に、ケーブル１の剥ぎ取られた端部にあるリッツ線導体４の個々独立のワイヤの間に挿入する。このプロセスで、リッツ線導体４は、中央で分けられる。そこにおいて、個々独立のワイヤがピン６の円周まわりに均一に分配されるのが理想である。或いは、上記でより詳細に説明したように、まず、リッツ線導体を中央で分けるためにリッツ線導体４の個々独立のワイヤの間に錐を挿入し、ピン形要素６のための空間を作ることも考えられる。リッツ線４の個々独立のワイヤが均一になるように、有利には、リッツ線導体の端部Ｌを、それを完全に囲繞する工具に収容してもよい。この工具は、２つの工具半分部分で構成され得る。この工具は、分かれた後のリッツ線導体４の最大円周長を指定し、それによって、ピン６を中央に導入すると、最終的にピン６がリッツ線導体４の中央にくるような方法でしかリッツ線導体４の個別のワイヤがもたらされ得ないようになる。しかし、これができるのは、個々独立のワイヤの数が偶数の場合だけである。奇数の場合、リッツ線導体の中心に配置される個々独立のワイヤは、任意の径方向にもたらされることになる。しかし、中央構成に対するこの若干のオフセットは、接合結果に深刻な悪影響を及ぼすことはなく、中央構成という理解の範囲内である。挿入後、次に、ピン６をケーブル１の中心軸と実質的に整列させる。ピン６のリッツ線導体４への挿入は、図２の矢印Ａによって概略的に示されている。

次に、図２に矢印Ｂで示されるように、スリーブ３をリッツ線導体４の露出した長さＬの上又は露出した長さＬの少なくとも一部の上に押し進める。この状態で、スリーブ３がリッツ線導体４の長さＬの一部及びピン６の一部を完全に囲繞する。言い換えれば、スリーブ３を、少なくとも、リッツ線導体４の一部の領域だけでなくピン６の一部の領域も囲繞するように配置する。

次のプロセスステップでは、図３に矢印で示されるように、スリーブを、国際公開第２００８／１０４６６８号パンフレットに記載されているように、磁気パルス溶接法によってリッツ線導体４に固着させる。そのために、電流が磁界を介してスリーブに誘導される。前記電流は、外部の磁界と反対方向に向いた磁界を生成する。このように反発力が発生する結果、スリーブは、マイクロ秒間、急速に圧縮され、外側のリッツ線に高速で衝突する。衝撃で急に解放されたエネルギによって、存在していた酸化被膜がこじ開けられ、金属表面の冷間溶接が引き起こされる。このプロセスの間、スリーブ３の径方向の内側面は、この内側面と接触しているリッツ線導体４の個々独立のワイヤに冷間溶接される。同じことが、互いに接触しているリッツ線導体４の個々独立のワイヤにも当てはまり、さらに、ピン６と接触しているリッツ線導体４の個々独立のワイヤにも当てはまる。パルスにより、プラスチック、特にリッツ線のプラスチックの変形が起こり、その結果、リッツ線導体内に存在するあらゆる空隙がなくなる。しかし、最大のパルス伝達が接合するパートナ間で行われることが、リッツ線のわずかな圧縮を超えて延在する最適な固着接触には不可欠である。これこそが、中心にある適切に寸法設定された当接部によって確実にされることであり、それがなければ、パルスによって中心に伝達されるエネルギは、せいぜい内部に配置されている個々独立のワイヤを変形させるくらいであり、個々独立のワイヤの冷間溶接には十分とはいえない。特に、アルミニウムリッツ線の場合、完全な冷間溶接は、電気的接続の最適なコンダクタンスに非常に重要である。その理由は、リッツ線導体の個々独立のワイヤ上には自然酸化被膜があるので、導体の断面に対して横方向の電気伝導がない又は大幅に減少した電気伝導しかないからである。

次いで、ピン６を介してリッツ線導体４と接触要素７との電気的接触が確立される。超音波溶接とは異なり、この方法は、ケーブルの断面積が６０ｍｍ^２を超えるような大きい場合でも高い機械的強度及び一様な低い接触抵抗を可能にする。これに加えて、ピン６を使用しないでスリーブ３だけが接触部７に接合される方法の場合よりも径方向においてさらに一様な冷間溶接が達成され、それによって伝導性及び機械的な安定性がより大きくなり、したがって信頼性及び耐久性がより高い接触になり得る。さらに、本方法は、アルミニウムリッツ線だけでなく、方法又は接触要素の幾何形状を変更せずに、銅リッツ線又は他の材料のリッツ線にも使用可能である。必要に応じて、スリーブ３の寸法を調整する、すなわちスリーブ３の直径を関係のあるケーブルの断面に適合させることだけしか必要ない。

したがって、本発明は、プロセスが短時間で済み、接触結果の信頼性が高く、柔軟な使用ができる方法を提供する。さらに、既知の従来技術のものよりも接触の信頼性が高く製造費用が安価な組み立て済みケーブルが提供される。しかし、言うまでもないが、本発明は、冒頭で述べたように、好ましい実施形態を参照して上記で述べたのとは別の方法で実施可能である。したがって、本発明は以下の特許請求の範囲で定義される。

Claims (6)

1. ケーブル（１）の端部において前記ケーブル（１）のリッツ線導体（４）における露出した個々独立の複数のワイヤの間に、少なくとも１つの当接部（６）を挿入するステップと、
   前記当接部（６）と別体のスリーブ（３）が前記露出したリッツ線導体（４）及び前記当接部（６）の少なくとも一部の長さ（Ｌ）を囲繞するように前記スリーブ（３）を前記露出したリッツ線導体（４）の外周まわりに配置するステップと、
   前記スリーブ（３）を圧縮するステップであって、それによって前記スリーブ（３）及び／又は前記当接部（６）に接続される接触部（７）が前記リッツ線導体（４）に電気的に接続されるステップと
   を含み、
   圧縮する前記ステップが、磁気パルス溶接法によって達成され、それによって前記スリーブ（３）の内側面が前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤに冷間溶接され、互いに接触している前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤが互いに冷間溶接され、前記当接部（６）と接触している前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤが前記当接部（６）に冷間溶接される、
   ケーブルを事前に組み立てる方法。
2. 前記当接部（６）が前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤの間の実質的に中央に挿入される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ケーブル（１）が、前記リッツ線導体（４）を露出するために一端部で剥ぎ取られ、前記ケーブル（１）の前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤがより合わされ、前記リッツ線導体（４）が前記より合わせに逆らって剥ぎ取られる、請求項１又は２に記載の方法。
4. リッツ線導体（４）を有する少なくとも１つのコアと、
   前記リッツ線導体（４）の個々独立のワイヤの間に配置される少なくとも１つの当接部（６）と、
   前記リッツ線導体（４）の外周上に押し進められ、前記当接部（６）と別体のスリーブ（３）と、
   前記スリーブ（３）及び／又は前記当接部（６）に接続され、前記リッツ線導体（４）と電気的に接触する、接触部（７）と
   を備え、
   前記スリーブ（３）の内側面が、磁気パルス溶接法によって、前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤに冷間溶接され、互いに接触している前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤが互いに冷間溶接され、前記当接部（６）と接触している前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤが前記当接部（６）に冷間溶接される、
   組み立て済みケーブル。
5. 前記リッツ線導体（４）が含まれるケーブル（１）が、長手方向中心軸を有する円形導体であり、前記当接部（６）が前記長手方向中心線に実質的に整列される、請求項４に記載の組み立て済みケーブル。
6. 前記リッツ線導体（４）の前記個々独立のワイヤがアルミニウム又はアルミニウム合金で形成される、請求項４又は５に記載の組み立て済みケーブル。

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