JP6117258B2 - 複合導体線、接続構造体、導体接続部材、溶融接続装置、及び複合導体線の接続方法 - Google Patents
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Description
詳述すると、例えば、融点の異なる少なくとも2種類の導体で構成された複合導体線と、該複合導体線と同一構成の他の複合導体線における接続許容部同士を、同一種類の低融点導体同士と高融点導体同士とが隣り合うように突き合わせる。
高融点導体が十分に溶融するまでに、低融点導体が先に流れ落ちることを防止できるうえ、低融点導体同士、及び高融点導体同士の突き合わせ部分が離れてしまうことも防止できる。
しかも、融点の異なる同一種類の導体同士の溶融接続が略同時(例えば、1回の溶着作業)に行えるので、作業性を向上できる。
ここでは、接続許容部同士を互いに突き合わせて溶融接続する例を説明したが、例えば、接続許容部同士を互いに重ね合わせて溶融接続してもよい。
この発明によれば、接続許容部における高融点導体の体積を、低融点導体の体積に比べて相対的に小さくするための加工が容易に実施できる。
この結果、高融点導体が溶融するのに十分な溶け代を、接続許容部における低融点導体に対してより確実に確保することができる。
この発明によれば、渦電流損失をより低減することができるうえ、軽量化を図ることができる。
しかも、低融点導体をアルミニウムにて構成することにより、複合導体線全体を銅のみで構成するよりも重量が軽くなり、複合導体線を軽量化できる。
詳述すると、異種の導体同士を溶融接続する必要はなく、同一種類の導体同士さえ溶融接続すれば渦電流損失を低減することができるため、確実な導電性が確保される良好な接続状態の接続構造体を構成することができる。
なお、3種類以上の導体の場合、高融点導体と低融点導体は、融点が高い高融点導体に対して、その他の融点が低い導体が低融点導体となる。また、その他の低融点導体とした複数の導体のうち、融点が高い導体が高融点導体となり、他の融点が低い導体が低融点導体となる。
この発明によれば、複合導体線同士における接続側端部同士を、確実な導電性が確保される良好な状態に接続することができる。
詳しくは、複合導体線同士における接続側端部同士を、一対の導体接続部材における当接側端部間に挟持する際に、接続側端部における突き合わせる面と反対側の部分を、当接側端部における凹状に窪んだ溝部分に挿嵌することにより、接続側端部同士を、同一種類の導体同士が互いに突き合わされた位置に規制することができる。
これにより、接続側端部同士における同一種類の導体同士の突き合わせ位置が変位することを確実に防止できるとともに、接続側端部の位置決めが容易に行える。
さらに、一対の導体接続部材を、当接側端部が低融点導体の突き合わせる面と反対側の部分に対して当接される位置まで移動させることにより、当接側端部の溝部分に挿嵌された接続側端部同士の高融点導体同士を、当接側端部間に挟持された高融点導体の断面積が、低融点導体の断面積未満となる大きさに加圧変形することができる。
しかも、接続側端部における高融点導体を、当接側端部の突出部と対向する位置に位置規制するため、高融点導体を所定の断面積により正確に加圧変形することができ、加工精度を向上できる。
したがって、溝部分の他端側に押し出された高融点導体の余剰部を除去するだけで、接続側端部における高融点導体の体積を、低融点導体の体積未満により容易に減らすことができる。
さらにまた、高融点導体の余剰部が押し出される箇所、及び押し出される方向を溝部分の長手方向のみに限定することができるため、高融点導体の加工量を容易に制御できる。
この結果、接続側端部における高融点導体よりも融点の低い低融点導体を先に溶解させることなく、良好な状態に溶融接続することができる。
詳述すると、接続側端部における高融点導体を、当接側端部に突出した凸形状の突出部により加圧変形させる際に、当接側端部間における導体接続範囲内に挟持された接続側端部の低融点導体の断面積を基準として、該導体接続範囲内における高融点導体の断面積を0.35倍〜0.45倍に加工することにより、高融点導体及び低融点導体を溶融する際に必要な熱容量を同等にすることができる。
この結果、接続側端部における高融点導体よりも融点の低い低融点導体を先に溶解させることなく、接続側端部同士における高融点導体同士及び低融点導体同士をより確実に溶融して、良好な状態に溶融接続することができる。
さらにまたこの発明は、融点の異なる複数種の導体うち融点が高い高融点導体と、該高融点導体よりも融点が低い低融点導体とを絶縁状態で積層して一体化した複合導体線における長手方向端部の接続側端部同士を、一対の導体接続部材にて突き合わせた状態に挟持するとともに、通電して溶融接続する複合導体線の接続方法であって、前記導体接続部材における当接側端部を前記接続側端部に当接して、前記当接側端部間における導体接続範囲内に挟持された前記接続側端部の前記高融点導体を、前記当接側端部に突出した突出部により突き合わせ方向に加圧変形させ、前記突出部による加圧によって前記当接側端部間から押し出された前記高融点導体の余剰部を余剰部除去手段にて除去した後、前記接続側端部同士を挟持する前記導体接続部材間に通電して、該接続側端部同士における同一種類の導体同士を溶融接続する複合導体線の接続方法であることを特徴とする。
この発明によれば、接続側端部における高融点導体の体積を、低融点導体の体積未満により確実に減らすことができる。
例えば、高融点導体及び低融点導体の体積が同じであれば、低融点導体に比べて、高融点導体の方が溶融する際に必要な熱容量が大きいため、高融点導体を溶融する温度に加熱すると、融点の低い導体の方が先に溶解して流れ落ちてしまうことになる。
しかも、高融点導体を溶融する際に必要な熱容量を確実に減らすことができるとともに、高融点導体の体積を減らすための加工が容易に実施できる。
(実施例1)
導体線本体部11の長手方向L端部には、同一種類の低融点導体30同士、及び高融点導体20同士を溶融接続する、他の複合導体線12Aとの接続を許容する接続許容部40を設けている。
先ず、複合導体線12Aと他の複合導体線12Aの接続許容部40同士を、接続許容部40における低融点導体30同士と高融点導体20同士とが隣り合うように突き合わせる(図1(b)参照)。
さらに、高融点導体20同士、及び低融点導体30同士の溶融接続が略同時(例えば、1回の溶着作業)に行えるので、溶融接続時の作業性を向上できる。
上述の複合導体線12Aを、例えば、モータを構成するコイルコアに巻回したのち、上述の接続構造線102にてステーターを形成し、モータ用巻線として使用することにより、モータの駆動効率が向上するうえ、所定の出力が安定して得られる。
実施例1の切削に代わる他の手段として、接続許容部40における高融点導体20の体積を切断により小さく設定した実施例2の複合導体線12Bについて、図3とともに説明する。
この後、接続許容部40同士を、高融点導体20が溶融する高い温度で加熱して、低融点導体30の端部30a同士と、高融点導体20の端部20a同士を溶融接続する。
上述の実施例1,2では、2層構造の複合導体線12A,12Bについて説明したが、本発明の接続構造は、3層構造を有する複合導体線13A,13B,13Cにも用いることができる。
これにより、複合導体線13A,13Bは、接続許容部40における高融点導体20の体積を、低融点導体30の体積に比べて小さく設定している。
複合導体線13Aと、他の複合導体線13Aを溶融接続する場合、該複合導体線13Aの接続許容部40同士を、接続許容部40における高融点導体20同士と低融点導体30同士とが隣り合うように突き合わせる。
なお、上述の複合導体線13Aと同様にして、複合導体線13B同士、及び複合導体線13C同士も溶融接続することができる。
接続許容部40における積層方向Wの中央部に積層した高融点導体20の端部20aから、図4(c)の二点鎖線で示す除去部20bを図示しない切断手段により切断除去して、高融点導体20の体積を小さくするための加工が実施可能であるが、より加工が容易であることから、複合導体線13Aもしくは13Bを、モータ用巻線として使用することが望ましい。
上述の実施例3では、3層構造の複合導体線13A,13B,13Cについて説明したが、本発明の接続構造は、実施例4の多層構造を有する複合導体線14A,14B,14Cにも用いることができる。
複合導体線14Aの接続許容部40は、接続許容部40における積層方向Wの最も外側に積層した高融点導体20の端部20aから、図5(a)の二点鎖線で示す除去部20bを図示しない切断手段により切断除去して、接続許容部40における最も外側に積層した高融点導体20の体積を、低融点導体30の体積に比べて小さく設定している。
なお、複合導体線14A,14B,14Cにおいて、接続許容部40の内側に積層した高融点導体20に加工を施してもよい。
複合導体線14Aと、他の複合導体線14Aを接続する場合、該複合導体線14Aの接続許容部40同士を、接続許容部40における高融点導体20同士と低融点導体30同士とが隣り合うように突き合わせる。
なお、上述の複合導体線14Aと同様にして、複合導体線14B同士、及び複合導体線14C同士も溶融接続することができる。
さらに、複合導体線14Aに比べて、複合導体線14B,14Cの方が異種金属の積層数がさらに多く、渦電流損失をより一層低減することができる。
図6は接続構造線102の他の例を示す説明図であり、図6(a)は接続許容部40同士を並列に重ね合わせた状態の斜視図、図6(b)は接続許容部40同士を溶融接続した状態の斜視図である。
この結果、上述の実施例1〜4と略同等の作用及び効果を奏することができる。
なお、図6、図7に示す接続方法を用いて、上述の複合導体線12A,12B、13A〜13C、14A〜14Cを溶融接続してもよい。
上述の実施例1〜4では、接続許容部40における高融点導体20の体積を切削して小さくした後、複合導体線12A同士を接続する接続方法について説明したが、図8に示すように、接続側端部16における高融点導体20の体積を加圧変形して小さくした後、複合導体線15A同士を溶融接続して接続構造線103を構成する実施例5の接続方法について説明する。
接続側端部16は、導体線本体部13における長手方向Lの端部を、導体線本体部13における長手方向Lと直交する方向に向けて湾曲させて形成している。(図8(a)参照)。
抵抗溶接装置70は、複合導体線15A同士における接続側端部16同士を突き合わせ方向Hに突き合わせた状態に挟持するとともに、該接続側端部16同士に通電して溶融する一対の電極71Aと、加圧変形させた際に発生した高融点導体20の余剰部20cを切除する余剰部切断刃71Bとを備えている(図11参照)。
なお、電極71Aには、接続側端部16同士を抵抗溶接する際に必要な電流を通電するための図示しない通電装置を接続している。
当接側端部72Aにおける接続側端部16の突き合わせる面と反対側の部分に当接される当接部分には、接続側端部16における中央に配置した低融点導体30の突き合わせる面と反対側の部分と対向する中央当接部を基準として、該中央当接部より上側の上側当接部と下側の下側当接部に、接続側端部16における上下に配置した高融点導体20の突き合わせる面と反対側の部分と対向して、突き合わせ方向Hに向けて突出する断面略矩形の突出部73Aを形成している(図9、図10参照)。
導体受け溝74Aにおける突き合わせ方向Hと直交する方向の両端部は、該突き合わせ方向Hと直交する方向に向けて開放している(図9参照)。
具体的には、高融点導体20と低融点導体30の体積比が、銅:アルミニウム=0.43:1となるように加圧変形させる突出寸法に設定している(下記の表1参照)。
突出部73Aの突出寸法CDと、導体受け溝74Aの深さADは、低融点導体30の突出部分30bと対応する寸法に設定している。
例えば、溶融する際の雰囲気温度を0℃に設定した場合、熱量を、(密度)×(比熱)×(融点)×(体積)であらわすことができる。密度、比熱、融点は物性値であるので、定数である。
高融点導体20が銅、低融点導体30がアルミニウムの場合を下記表1に示す。
したがって溶融に必要な熱量=(密度)×(比熱)×(融点)×(体積)を一定にして、高融点導体20及び低融点導体30が略同時に溶融するためには、体積比が、銅:アルミニウム=0.43:1となるような加工が望ましい。
先ず、抵抗溶接装置70における一対の電極71Aを突き合わせ方向Hに相対移動させて、複合導体線15A同士における接続側端部16同士を、同一種類の高融点導体20同士と、低融点導体30同士とが隣り合うように突き合わせたまま、一対の電極71Aにおける当接側端部72A間に挟み込むとともに、当接側端部72Aを接続側端部16における突き合わせる面と反対側の部分に当接する(図10(a)(b)参照)。
これにより、接続側端部16における高融点導体20を溶融する際に必要な熱容量を減らすことができるとともに、体積を減らすための加工が容易に実施できる。
さらに、同一種類の高融点導体20同士、及び低融点導体30同士を互いに溶融接続するため、例えば、半田付けに比べて接続した部分の耐熱温度および強度が高く、車載用モータのように200℃前後で振動のある過酷な環境下で接続構造線103を使用しても、確実な導電性が確保される接続状態を保つことができるとともに、電気的に接続した状態を長期に亘り維持することができる。
上述の複合導体線15Aを、例えば、モータを構成するコイルコアに巻回したのち、上述の接続構造線103にてステーターを形成し、モータ用巻線として使用することにより、モータの駆動効率が向上するうえ、所定の出力が安定して得られる。
上述の実施例5では、接続側端部16の高融点導体20を断面略矩形に加圧変形した後、複合導体線15A同士を接続する接続方法について説明したが、図12に示すように、接続側端部16の高融点導体20を断面略三角形に加圧変形した後、複合導体線15A同士を溶融接続して接続構造線103を構成する実施例6の接続方法について説明する。
突出部73Bにおける高融点導体20に当接される部分は、導体受け溝74Bの中央部から上下端部に向けて傾斜する斜面形状に形成している(図12参照)。
上述の実施例6では、接続側端部16の高融点導体20を断面略三角形に加圧変形した後、複合導体線15A同士を接続する接続方法について説明したが、図13に示すように、接続側端部16の高融点導体20を断面略円弧形に加圧変形した後、複合導体線15A同士を溶融接続して接続構造線103を構成する実施例7の接続方法について説明する。
なお、突出部73Cは、突き合わせ方向Hに向けて弧状に窪んだ曲面形状であってもよい。
上述の実施例5〜7では、一対の電極71A間に挟持した接続側端部16同士を接続する接続方法について説明したが、図14に示すように、一対の電極71Aにおける当接側端部72Aの導体挿嵌溝75Dに挿嵌した接続側端部16同士を互いに溶融接続して接続構造線103を構成する実施例8の接続方法について説明する。
より詳しくは、導体挿嵌溝75Dの溝幅W1を、接続側端部16の幅W2よりも所定寸法分だけ幅広に形成している(図14(a)参照)。
先ず、複合導体線15B同士における接続側端部16同士を、同一種類の高融点導体20同士と、低融点導体30同士とが隣り合うように突き合わせたまま、一対の電極71Aにおける当接側端部72A間に挟み込むとともに、当接側端部72Aを接続側端部16における突き合わせる面と反対側の部分に当接する(図14(a)参照)。
さらに当接側端部72Aにおける上下壁部76Dを、接続側端部16における低融点導体30の積層方向Wの外側水平面に当接して位置規制する。
上述の実施例5〜8では、高融点導体20と低融点導体30を積層した3層構造の複合導体線15B同士を接続する接続方法について説明したが、図16に示すように、高融点導体20、中融点導体25、及び低融点導体30を積層した3層構造の複合導体線15C同士を溶融接続して接続構造線103を構成する実施例9の接続方法について説明する。
導体受け溝74Aより下側の部分には、接続側端部16における中融点導体25の突き合わせる面と反対側の部分と対向して、導体受け溝74Aよりも突き合わせ方向Hに突出する断面略矩形の突出部73A2を形成している。
この発明の導体は、実施形態の高融点導体20、中融点導体25、低融点導体30に対応し、
以下同様に、
導体接続部材は、電極71Aに対応し、
溶融接続装置は、抵抗溶接装置70に対応し、
接続構造体は、接続構造線102,103に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。
低融点導体30における導体自体の表面にはアルマイト層が形成されるため、該アルマイト層を絶縁層50として機能させることができる。
絶縁層50は、低融点導体30の表面に形成されたエナメルや、高融点導体20、及び低融点導体30を接着する絶縁性を備えた接着剤、あるいは高融点導体20、及び低融点導体30の表面に形成された酸化被膜であってもよい。
さらにまた、抵抗溶接に代わる他の溶接手段として、例えば、ヒュージング接合(熱カシメ)、超音波溶接等の方法にて接続することもできる。
12A,12B…複合導体線
13A,13B,13C…複合導体線
14A,14B,14C…複合導体線
15A,15B,15C…複合導体線
11,13…導体線本体部
16…接続側端部
20…高融点導体
25…中融点導体
30…低融点導体
20a,25a,30a…端部
20b…除去部
20c,25c…余剰部
40…接続許容部
50…絶縁層
60…接合部
70…抵抗溶接装置
71A…電極
71B…余剰部除去刃
72A…当接側端部
73A,73B,73C,73D…突出部
73A1,73A2…突出部
74A,74B,74D…導体受け溝
75D…導体挿嵌溝
76D…壁部
Claims (11)
- 融点の異なる少なくとも2種類の導体を、互いに絶縁した状態で積層して一体に構成するとともに、
導体線本体部と、該導体線本体部の長手方向端部に備えた接続許容部とで構成し、
前記融点の異なる少なくとも2種類の導体を、
相対的に融点が高い導体を高融点導体に設定するとともに、該高融点導体よりも融点が低い導体を低融点導体に設定し、
前記接続許容部における前記低融点導体の体積を、前記高低融点導体の体積に比べて大きく設定した
複合導体線。 - 前記高融点導体を、
前記接続許容部における前記導体を積層した積層方向の最も外側に配置した
請求項1に記載の複合導体線。 - 前記高融点導体を銅または銅合金で構成し、
前記低融点導体をアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成した
請求項1又は2に記載の複合導体線。 - 請求項1〜3のうちいずれかに記載の複合導体線における接続許容部同士を、同一種類の導体同士が隣り合うように突き合わせて溶融接続した
接続構造体。 - 融点の異なる少なくとも2種類の導体を、互いに絶縁した状態で積層して一体に構成するとともに、導体線本体部と、該導体線本体部の長手方向端部に備えた接続許容部とで、複合導体線を構成し、
前記融点の異なる少なくとも2種類の導体を、
相対的に融点が高い導体を高融点導体に設定するとともに、該高融点導体よりも融点が低い導体を低融点導体に設定し、
前記接続許容部における前記低融点導体の体積を、前記高低融点導体の体積に比べて大きく設定し、
前記複合導体線と他の複合導体線とにおける接続許容部同士を、
同一種類の導体同士が隣り合うように突き合わせるとともに、該接続許容部同士を前記高融点導体が溶融する高い温度で加熱して、該接続許容部同士における前記同一種類の導体同士を溶融接続する
複合導体線の接続方法。 - 融点の異なる複数種の導体うち融点が高い高融点導体と、該高融点導体よりも融点が低い低融点導体とを絶縁状態で積層して一体化した複合導体線における長手方向端部の接続側端部同士を溶融接続する際に、該接続側端部同士を突き合わせ方向に突き合わせた状態に挟持するとともに、通電して溶融する一対の導体接続部材であって、
前記複合導体線の接続側端部に当接して通電する当接側端部に、
前記突き合わせ方向に突出し、前記接続側端部の前記高融点導体を加圧変形する突出部を備えた
導体接続部材。 - 前記当接側端部を、
前記複合導体線における接続側端部の突き合わせる面と反対側の部分の挿嵌を許容するとともに、該接続側端部の厚み未満の深さを有し、前記突き合わせ方向に向けて凹状に窪んだ溝形状に形成し、
前記突出部を、
前記当接側端部における前記低融点導体の突き合わせる面と反対側に当接される部分よりも前記突き合わせ方向に突出する構成とした
請求項6に記載の導体接続部材。 - 前記突出部を、
前記当接側端部間に挟持された前記接続側端部同士の前記高融点導体同士を前記突き合わせ方向に加圧変形した状態において、
前記当接側端部間における導体接続範囲内に挟持された前記接続側端部の前記高融点導体及び低融点導体の断面積が、前記低融点導体の断面積に対して前記高融点導体の方が小さい断面積となる凸形状で形成した
請求項6又は7に記載の導体接続部材。 - 前記高融点導体を、銅製導体または銅合金製導体で構成するとともに、
前記低融点導体を、アルミ二ウム製導体またはアルミニウム合金製導体で構成し、
前記突出部を、
前記当接側端部間における導体接続範囲内に挟持された前記接続側端部の前記高融点導体の断面積が、前記低融点導体の断面積に対して0.35倍〜0.45倍となる凸形状で形成した
請求項6〜8のいずれか一つに記載の導体接続部材。 - 前記請求項6〜9のうちいずれかに記載の導体接続部材と、
前記突出部による加圧によって前記当接側端部間から押し出された前記高融点導体の余剰部を除去する余剰部除去手段を備えた
溶融接続装置。 - 融点の異なる複数種の導体うち融点が高い高融点導体と、該高融点導体よりも融点が低い低融点導体とを絶縁状態で積層して一体化した複合導体線における長手方向端部の接続側端部同士を、一対の導体接続部材にて突き合わせた状態に挟持するとともに、通電して溶融接続する複合導体線の接続方法であって、
前記導体接続部材における当接側端部を前記接続側端部に当接して、
前記当接側端部間における導体接続範囲内に挟持された前記接続側端部の前記高融点導体を、前記当接側端部に突出した突出部により突き合わせ方向に加圧変形させ、
前記突出部による加圧によって前記当接側端部間から押し出された前記高融点導体の余剰部を余剰部除去手段にて除去した後、
前記接続側端部同士を挟持する前記導体接続部材間に通電して、該接続側端部同士における同一種類の導体同士を溶融接続する
複合導体線の接続方法。
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