JP6007198B2 - 銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法 - Google Patents

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本発明は銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法に関するものである。
従来、自動車などに用いられる電線としては、銅製の電線が用いられる。このような電線同士の接続には電線同士をかしめて接続する接続部材が用いられている。
一方、環境問題が注目される中、自動車の軽量化が要求されている。このため、従来使用されている銅製の電線に代えて、軽量なアルミニウム製の電線が注目されている。このようなアルミニウム製の電線を使用する場合、アルミニウム製の電線と銅製の電線とを接続部材で接合する必要がある。
このようなアルミニウム製の電線と、銅製の電線とを接続する構造としては、断面において、接続部材の底部側にアルミニウムが位置し、上方に銅が位置するように圧着する方法がある(特許文献1)。
特開2009−129812号公報
しかし、アルミニウム電線と銅電線とを重ねて圧着すると、特許文献1のように圧着部においてアルミニウムと銅とが完全に上下に分離せずに、アルミニウムと銅とが混ざり合う。このため、特許文献1のような構造を得ることは容易ではない。
また、このような電線同士の接続部では、電線と接続部材との接触抵抗と引張強度を確保する必要がある。このような電線と接続部材との接触抵抗および引張強度は、電線の圧縮率を適切な範囲にすることで、確保することができる。
しかし、アルミニウム電線と銅電線とでは、硬度が異なる。このため、アルミニウム電線と銅電線を互いに重ね合わせて圧着すると、両方の電線の両者をそれぞれに必要な圧縮率で圧着することが困難である。
例えば、アルミニウムと銅とでは、硬度が異なるため、同じ力で圧縮しても、アルミニウムの方が優先的に変形し、銅の変形が進行しにくい。また、アルミニウムと銅とでは、適切な圧縮率が異なる。このため、一方の電線の接触抵抗と引張強度を確保すると、他方の電線が過剰に圧縮される場合や圧縮率が足りない場合が起こりうる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、アルミニウム製の電線と銅製の電線を接続部材で接続する際に、両者の接触抵抗と引張強度を確保することが可能な銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために第1の発明は、銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、銅電線と、アルミニウム電線と、接続部材と、を具備し、前記銅電線と前記アルミニウム電線少なくとも一部が、前記接続部材によって圧着されており、前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成され、前記アルミニウム電線の圧着長さが、前記銅電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記アルミニウム電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記アルミニウム電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造である。
第1の発明によれば、接続部材を多段で圧縮することで、それぞれの電線に適した圧縮率で各電線を圧着することができる。したがって、各電線に対して必要な接触抵抗および引張強度を確保することができる。
また、アルミニウム電線と銅電線の圧着長さが異なり、アルミニウム電線のみの部位と、アルミニウム電線と銅電線とが重なる部位とを形成することで、アルミニウム電線と接続部材とを確実に接触させることができる。このため、接続部材の内面に形成されるセレーションによって、アルミニウム電線の表面の酸化被膜を破壊して、確実にアルミニウム電線と接合部材との導電性を確保することができる。
第2の発明は、銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、銅電線と、アルミニウム電線と、接続部材と、を具備し、前記アルミニウム電線と前記銅電線の少なくとも一部が、前記接続部材によって圧着されており、前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成され、前記銅電線の圧着長さが、前記アルミニウム電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記銅電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記銅電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造である。
第3の発明は、銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、銅電線と、アルミニウム電線と、接続部材と、を具備し、前記銅電線と前記アルミニウム電線の少なくとも一部が、前記接続部材によって圧着されており、前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成され、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが、合わせてn本(但しnは2以上の整数)同一方向に向けて接続されており、n本の各電線の圧着長さがそれぞれ異なり、各電線を圧着長さの順に重ねた際に、電線の本数が1本の部位からn本の部位まで多段に形成され、圧着される電線の本数ごとに、前記接続部材の圧縮がそれぞれ異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造である。
第3の発明によれば、複数本の電線を同一方向に向けて重ね、階段状に配置することで、接続部材の各部において、電線の圧縮本数に応じて圧縮量を変えることができる。このため、それぞれの圧着部において適切な圧縮率で圧着することができる。
の発明は、銅電線とアルミニウム電線とを少なくとも一部が重なるように接続部材の内部に配置し、前記接続部材を、少なくとも一部に段部を有する金型で一括して圧着し、前記接続部材の部位によって圧縮量が異なるように、前記アルミニウム電線、前記銅電線および前記接続部材を接続する接続方法であって、前記アルミニウム電線の圧着長さが、前記銅電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記アルミニウム電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記アルミニウム電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続方法である。
また、第5の発明は、銅電線とアルミニウム電線とを少なくとも一部が重なるように接続部材の内部に配置し、前記接続部材を、少なくとも一部に段部を有する金型で一括して圧着し、前記接続部材の部位によって圧縮量が異なるように、前記アルミニウム電線、前記銅電線および前記接続部材を接続する接続方法であって、前記銅電線の圧着長さが、前記アルミニウム電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記銅電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記銅電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続方法である。
4、第5の発明によれば、アルミニウム電線と銅電線とを接続部材で接合する際に、一括でそれぞれの電線に適切な圧縮率で圧着することができる。
本発明によれば、アルミニウム製の電線と銅製の電線を接続部材で接続する際に、両者の接触抵抗と引張強度を確保することが可能な銅電線とアルミニウム電線との接続構造および接続方法を提供することができる。
電線接続構造1を示す図で、(a)は斜視図、(b)は断面図。 (a)は図1(b)のA−A線断面図、(b)は図1(b)のB−B線断面図。 アルミニウム電線3と銅電線5とを接続する前の状態を示す図。 アルミニウム電線3と銅電線5とを圧着する状態を示す図。 アルミニウム電線3と銅電線5とを接続部材7に配置した状態を示す断面図で、(a)は図4のC−C線断面図、(b)は図4のD−D線断面図。 電線接続構造1aを示す断面図。 電線接続構造1bを示す断面図。 電線接続構造1cを示す断面図。
(実施形態1)
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1(a)は、電線接続構造1を示す斜視図である。電線接続構造1は、アルミニウム電線3、銅電線5、接続部材7から構成される。
アルミニウム電線3は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の電線である。また、銅電線5は、銅または銅合金製の電線である。アルミニウム電線3と銅電線5は、それぞれ先端部分の被覆部が剥離されて導体部が露出し、互いに対向するように重ねあわされて接続部材7で圧着される。
図1(b)は、電線接続構造1の断面図であり、図2(a)は、図1(b)のA−A線断面図、図2(b)は、図1(b)のB−B線断面図である。電線接続構造1では、アルミニウム電線3と銅電線5とで圧着長さ(接続部材7によって圧着されている長さ)が異なる。図示した例では、アルミニウム電線3の圧着長さが、銅電線5の圧着長さよりも長い。
したがって、アルミニウム電線3のみが圧着される圧着部7aと、アルミニウム電線3と銅電線5とが重ねあわされて圧着される圧着部7bとが形成される。すなわち、電線接続構造1は、少なくとも一部にアルミニウム電線3と銅電線5とが重ねあわされる部位が形成される。なお、圧着部7aと圧着部7bとは、ほぼ同じ長さに設定される。
圧着部7aでは、アルミニウム電線3のみが圧着されるため、圧着部7aの圧縮量は、アルミニウム電線3に適した圧縮率となるように設定される。
ここで、圧縮率とは、圧着前のアルミニウム電線3の断面積に対する、圧着後のアルミニウム電線3の断面積の比である。たとえば、アルミニウム電線3の圧縮率は、50%程度に設定される。
圧着部7bでは、アルミニウム電線3と銅電線5とが重ねあわされて圧着される。なお、圧着部7bでは、必ずしもアルミニウム電線3と銅電線5とが分離せずに、断面において互いに混ざり合うように圧着される場合もある。圧着部7bでは、銅電線5に適した圧縮率で圧着される。たとえば、圧着前の銅電線5の断面積に対する、圧着後の銅電線5の断面積の総和の比が、70%程度となるように設定される。
この場合、圧着部7bにおけるアルミニウム電線3の圧縮率は、圧着部7aにおけるアルミニウム電線3の圧縮率とは異なる。たとえば、圧着部7bでは、アルミニウム電線3の圧縮率は、50%を下回る場合がある。
このような場合でも、圧着部7aにおいて、アルミニウム電線3と接続部材7との接触抵抗および引張強度が確保され、圧着部7bにおいて、銅電線5と接続部材7との接触抵抗および引張強度が確保される。このように、接続部材7を多段に圧縮して、部位によって接続部材7等の圧縮量(電線の圧縮率)が異なるようにすることで、異なる電線のそれぞれに適した圧縮率で圧着することができる。
なお、本発明において、圧縮量とは、接続部材7と電線とを合わせて全体を圧縮した際の、断面積の減量を指す。圧着前後で断面の幅方向の寸法が変化しない場合には、圧縮量は、圧縮前の接続部材7の高さに対して、圧縮後の接続部材7の高さ(クリンプハイト)の減量に相当する。したがって、本発明では、全体の圧縮量と、個々の電線の圧縮率とを区別する。
次に、電線接続構造1の形成方法について説明する。図3は、圧着前のアルミニウム電線3、銅電線5、接続部材7を示す図である。まず、アルミニウム電線3と銅電線5の先端部の一部の被覆部を剥離し、導体部を露出させる。この際、銅電線5の導体露出長に対して、アルミニウム電線3の導体露出長を長くしておく。たとえば、アルミニウム電線3の導体露出長を、銅電線5の導体露出長の約2倍にしておく。
接続部材7は、断面略U字状の金属部材である。接続部材7の内面には、セレーション9が設けられる。セレーション9は、接続部材7の内面に溝状に形成される。また、セレーション9は、圧着後の圧着部7a、7bに対応する部位にそれぞれ形成される。
なお、セレーション9の形態は、図示した例には限られない。例えば、接続方向にほぼ垂直な線状ではなく、接続方向に角度を有してもよく、格子状に形成してもよい。
アルミニウム電線3の導体露出長は、接続部材7の長さとほぼ一致する。すなわち、銅電線5の導体露出長は、接続部材7の長さの略1/2となる。この状態で、銅電線5とアルミニウム電線3と対向させて重ねるように配置する。
図4は、接続部材7にアルミニウム電線3と銅電線5とを重ねて配置した状態の側面図(接続部材7の透視図)である。この状態で、金型11a、11bの間に、アルミニウム電線3、銅電線5、接続部材7を配置する。
図5(a)は、図4のC−C線断面図、図5(b)は、図4のD−D線断面図である。図示したように、接続部材7には、アルミニウム電線3のみが配置される部位と、アルミニウム電線3と銅電線5とが重ねあわされている部位とがある。この際、導体露出長の長いアルミニウム電線3が接続部材7の底面と接触するように配置される。
金型11bには、段部13が形成される。段部13は、接続部の長手方向の略中央に形成され、金型11aとの距離が変化する部位である。すなわち、金型11a、11bを対向させて接続部材7を圧縮するように移動させた際(図中C方向)、接続部材7の圧縮量が、段部13の前後で異なる。圧着部7a、7bの圧縮量をあらかじめ設定し、設定された圧縮量となるように段部13の高さを設定することで、金型11a、11bによって、一括して圧着部7a、7bを圧着することができる。
なお、圧着部7aの圧縮量は、アルミニウム電線3の圧縮率が所定値となるように設定される。一方、圧着部7bの圧縮量は、銅電線5の圧縮率が所定値となるように設定される。
ここで、圧着部7bは、銅電線5の他にアルミニウム電線3が配置されている。このため、銅電線5の圧縮率を所定値とするために必要な圧縮量は、あらかじめ試験等によって求められる。例えば、圧縮量と銅電線5の圧縮率との関係を取得して、圧縮率が所定値となる圧縮量を決定する。
以上説明したように、本実施形態の電線接続構造1によれば、アルミニウム電線3と銅電線5とをそれぞれの電線に適した圧縮率で圧着することができる。したがって、アルミニウム電線3と銅電線5の両者に対して、適切な接触抵抗および引張強度を確保することができる。
また、接続部材7は、段部13を有し、部位によって圧縮量が異なる金型11a、11bによって圧着される。このため、アルミニウム電線3と銅電線5とを一括して圧着することができる。
また、アルミニウム電線3の圧着長さを長くすることで、圧着部7aではアルミニウム電線3と接続部材7とを確実に接触させ、セレーション9によってアルミニウム電線3の表面の酸化被膜を破壊することができる。
(実施形態2)
次に、第2の実施形態にかかる電線接続構造1aについて説明する。図6は、電線接続構造1aを示す図である。なお、以下の説明において、図1等に示す電線接続構造1と同一の機能を奏する構成には、同一の符号を付し、重複した説明を省略する。電線接続構造1aは電線接続構造1と略同様の構成であるが、アルミニウム電線3と銅電線5とが同一方向に向けて圧着される点で異なる。
アルミニウム電線3の導体露出長は、銅電線5の導体露出長の約2倍に設定される。アルミニウム電線3と銅電線5は、それぞれの被覆部端部の位置を略合わせて、同一方向に向けて重ねて配置される。すなわち、電線接続構造1aの先端部近傍では、アルミニウム電線3のみとなり、被覆部側ではアルミニウム電線3と銅電線5とが重なりあう。
導体露出長の長いアルミニウム電線3は、接続部材7の底面に接するように配置される。銅電線5は、アルミニウム電線3の上に配置される。
圧着部7aでは、アルミニウム電線3のみが圧着され、圧着部7bでは、アルミニウム電線3と銅電線5とが一括して圧着される。すなわち、接続部材7は多段で圧着される。なお、各部の圧縮量は、電線接続構造1と同様である。
第2の実施の形態にかかる電線接続構造1aによれば、各電線を同一方向に向けて接続された接続構造においても、電線接続構造1と同様の効果を得ることができる。
(実施形態3)
次に、第3の実施形態にかかる電線接続構造1bについて説明する。図7は、電線接続構造1bを示す図である。電線接続構造1bは電線接続構造1aと略同様の構成であるが、アルミニウム電線3と銅電線5とが3本同時に圧着される点で異なる。
電線接続構造1bでは、アルミニウム電線3a、3b、銅電線5が接続される。アルミニウム電線3a、3b、銅電線5は、それぞれ導体露出長が異なり、長さの順に重ねあわされる。すなわち、それぞれの被覆部端部を合わせて重ねあわせると、アルミニウム電線3a、3b、銅電線5が階段状に配置される。
一番先端側の圧着部7aでは、アルミニウム電線3aのみが圧着される。中央の圧着部7bでは、アルミニウム電線3aとアルミニウム電線3bが一括して圧着される。一番被覆部側の圧着部7cでは、アルミニウム電線3a、3b、銅電線5が一括して圧着される。すなわち、接続部材7は階段状に多段で圧着される。
圧着部7aでは、アルミニウム電線3aに適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。圧着部7bでは、アルミニウム電線3bに適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。圧着部7cでは、銅電線5に適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。
ここで、アルミニウム電線3a、3bは、同じアルミニウム製の電線であっても、例えば硬度や径などが異なる場合がある。したがって、圧着部7bにおいてアルミニウム電線3aに適した圧縮率を得ようとしても、アルミニウム電線3bに適した圧縮率とはならない場合がある。このため、本発明では、電線ごとに適した圧縮率となるように各圧着部の圧縮量を設定する。
第3の実施の形態にかかる電線接続構造1bによれば、多数の各電線を同一方向に向けて接続された接続構造においても、電線接続構造1等と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明では、さらに多数本の電線を一括して接続することができる。たとえば、n本(nは2以上の整数)の電線を階段状に重ね合わせて接続することができる。
また、3本以上の電線を接続する場合には、少なくとも1本ずつのアルミニウム電線と銅電線とが含まれれば、他の電線の材質は問わない。例えば、1本のアルミニウム電線に対して、複数本の銅電線を接続することもでき、複数本同士のアルミニウム電線と銅電線とを接続することもできる。
また、上述の各実施例では、アルミニウム電線の圧着長さが銅電線の圧着長さよりも長い例を示したが、銅電線の方を長くしてもよい。例えば、銅電線の圧着長さを最も長くしてもよく、アルミニウム電線の圧着長さを最も短くしてもよい。
(実施形態4)
次に、第4の実施形態にかかる電線接続構造1cについて説明する。図8は、電線接続構造1cを示す図である。電線接続構造1cは電線接続構造1と略同様の構成であるが、アルミニウム電線3と銅電線5とがそれぞれの中間部で圧着される点で異なる。
電線接続構造1cでは、アルミニウム電線3、銅電線5の端部に導体露出部が形成されるのではなく、それぞれの長手方向の中間部の一部に導体露出部が形成される。アルミニウム電線3、銅電線5は、それぞれの導体露出部が重なるように圧着される。
電線接続構造1cでは、圧着部7a、7bの両方において、アルミニウム電線3および銅電線5が重ねあわされて圧着される。圧着部7aでは、アルミニウム電線3に適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。圧着部7bでは、銅電線5に適した圧縮率となるように圧縮量が設定される。すなわち、圧着部7a、7bは圧縮量が異なり、各電線の圧縮率が異なる。
第4の実施の形態にかかる電線接続構造1cによれば、中間ジョイントにおいても、電線接続構造1等と同様の効果を得ることができる。
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1、1a、1b、1c………電線接続構造
3、3a、3b………アルミニウム電線
5………銅電線
7………接続部材
7a、7b、7c………圧着部
9………セレーション
11a、11b………金型
13………段部

Claims (5)

  1. 銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、
    銅電線と、
    アルミニウム電線と、
    接続部材と、
    を具備し、
    前記銅電線と前記アルミニウム電線の少なくとも一部が、前記接続部材によって圧着されており、
    前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成され、
    前記アルミニウム電線の圧着長さが、前記銅電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記アルミニウム電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記アルミニウム電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造。
  2. 銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、
    銅電線と、
    アルミニウム電線と、
    接続部材と、
    を具備し、
    前記アルミニウム電線と前記銅電線の少なくとも一部が、前記接続部材によって圧着されており、
    前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成され、
    前記銅電線の圧着長さが、前記アルミニウム電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記銅電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記銅電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造。
  3. 銅電線とアルミニウム電線との接続構造であって、
    銅電線と、
    アルミニウム電線と、
    接続部材と、
    を具備し、
    前記銅電線と前記アルミニウム電線の少なくとも一部が、前記接続部材によって圧着されており、
    前記接続部材は、圧縮量の異なる多段で構成され、
    前記アルミニウム電線と前記銅電線とが、合わせてn本(但しnは2以上の整数)同一方向に向けて接続されており、
    n本の各電線の圧着長さがそれぞれ異なり、各電線を圧着長さの順に重ねた際に、電線の本数が1本の部位からn本の部位まで多段に形成され、
    圧着される電線の本数ごとに、前記接続部材の圧縮がそれぞれ異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続構造。
  4. 銅電線とアルミニウム電線とを少なくとも一部が重なるように接続部材の内部に配置し、
    前記接続部材を、少なくとも一部に段部を有する金型で一括して圧着し、前記接続部材の部位によって圧縮量が異なるように、前記アルミニウム電線、前記銅電線および前記接続部材を接続する接続方法であって、
    前記アルミニウム電線の圧着長さが、前記銅電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記アルミニウム電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記アルミニウム電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続方法
  5. 銅電線とアルミニウム電線とを少なくとも一部が重なるように接続部材の内部に配置し、
    前記接続部材を、少なくとも一部に段部を有する金型で一括して圧着し、前記接続部材の部位によって圧縮量が異なるように、前記アルミニウム電線、前記銅電線および前記接続部材を接続する接続方法であって、
    前記銅電線の圧着長さが、前記アルミニウム電線の圧着長さよりも長く、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを重ねた際に、少なくとも、前記銅電線のみの部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とが重なる部位とが形成され、前記接続部材は、前記銅電線のみを圧着する部位と、前記アルミニウム電線と前記銅電線とを一括して圧着する部位とで、圧縮率が異なることを特徴とする銅電線とアルミニウム電線との接続方法。
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