JP7140693B2 - 端子付き電線、電線の接続構造、電線の接続方法、及び端子付き電線の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、端子付き電線、電線の接続構造、電線の接続方法、及び端子付き電線の製造方法に関する。

高周波送電用の電線として、エナメル線をより合わせたリッツ線が従来用いられている。また、リッツ線に代えて、中心に芯材を配置した電線（以下、「非リッツ線」ともいう。）を高周波送電に使用することも提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１３－２５１１０１号公報

高周波送電用の電線の電気機器への接続において、リッツ線であるか非リッツ線であるかにかかわらず、一般には電線の導体を径方向に圧縮することで接続用の端子が形成される。

しかし、導体をこのように圧縮すると導体径が小さくなる。そのため、電線の表皮効果による抵抗増加が発生し、高周波通電時に導体の温度上昇が発生する。このような温度上昇が許容値を超えると、通電が妨げられる。

本開示の一局面は、表皮効果による抵抗増加を抑制できる端子付き電線を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、筒状に束ねられた複数の導線を有する導体と、導体を被覆する絶縁被覆と、導体の端部において導体の中空部に配置された中子と、導体の端部が内部に挿入されると共に、導体の軸方向に突出する接続用端子と、を備える端子付き電線である。導体の端部は、接続用端子と中子とによって導体の径方向に圧縮される。

また、本開示の別の態様は、上記端子付き電線と、接続用端子が電気的に接続される相手側端子と、を備える電線の接続構造である。

このような構成によれば、中子によって導体の圧縮時に導体径が小さくなることが抑制される。その結果、端子部を構成する導体の端部において、表皮効果による抵抗増加を抑制できる。

本開示の一態様では、相手側端子は接続用端子が挿入されるソケットであってもよい。本開示の一態様は、ソケットの外周面に螺合すると共に、接続用端子のソケットからの離脱方向への移動を規制する袋ナットをさらに備えてもよい。このような構成によれば、袋ナットによって、接続用端子のソケットからの脱落が抑制できる。その結果、電線の接続信頼性を高めることができる。

本開示の一態様は、接続用端子、ソケット及び袋ナットを被覆する収縮チューブをさらに備えてもよい。このような構成によれば、収縮チューブによって、端子部を保護しつつ、袋ナットの緩みを抑制できる。そのため、電線の接続信頼性をさらに高めることができる。

本開示の別の態様は、筒状に束ねられた複数の導線を有する導体と、導体を被覆する絶縁材と、を備える電線の接続方法である。電線の接続方法は、導体の端部において導体の中空部に中子を配置する工程と、中子が配置された導体の端部を、導体の軸方向に突出する接続用端子の内部に挿入する工程と、接続用端子に挿入された導体の端部を、接続用端子と中子とによって導体の径方向に圧縮する工程と、導体の圧縮後に、接続用端子を相手側端子に電気的に接続する工程と、を備える。

このような構成によれば、中子によって導体の圧縮時に導体径が小さくなることが抑制される。その結果、端子部を構成する導体の端部において、表皮効果による抵抗増加を抑制できる。

本開示の一態様では、相手側端子は接続用端子が挿入されるソケットであってもよい。本開示の一態様は、接続用端子のソケットからの離脱方向への移動を規制する袋ナットを電線に装着する工程と、袋ナットをソケットの外周面に螺合する工程とをさらに備えてもよい。このような構成によれば、袋ナットによって、端子部を保護しつつ、接続用端子のソケットからの脱落が抑制できる。その結果、電線の接続信頼性を高めることができる。

本開示の一態様は、接続用端子、ソケット及び袋ナットを収縮チューブで被覆する工程をさらに備えてもよい。このような構成によれば、収縮チューブによって、袋ナットの緩みを抑制できる。そのため、電線の接続信頼性をさらに高めることができる。

本開示の別の態様は、筒状に束ねられた複数の導線を有する導体と、導体を被覆する絶縁材と、導体の軸方向に突出する接続用端子と、を備える端子付き電線の製造方法である。端子付き電線の製造方法は、導体の端部において導体の中空部に中子を配置する工程と、中子が配置された導体の端部を、接続用端子の内部に挿入する工程と、接続用端子に挿入された導体の端部を、接続用端子と中子とによって導体の径方向に圧縮する工程と、を備える。

このような構成によれば、中子によって導体の圧縮時に導体径が小さくなることが抑制される。その結果、端子部を構成する導体の端部において、表皮効果による抵抗増加が抑制された端子付き電線が得られる。

図１は、実施形態における電線の接続構造の模式的な断面図である。 図２Ａは、図１のＩＩＡ－ＩＩＡ線での模式的な断面図であり、図２Ｂは、図１のＩＩＢ－ＩＩＢ線での模式的な断面図である。 図３は、実施形態における電線の接続方法を示すフローチャートである。 図４Ａは、図１とは異なる実施形態における接続端子の模式的な断面図であり、図４Ｂは、図１とは異なる実施形態における電線の接続構造の模式的な断面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す電線の接続構造（以下、単に「接続構造」ともいう。）１は、電線を電気機器に電気的に接続するための構造である。

接続構造１が接続する電線の種類は特に限定されない。接続構造１は、特に高周波電流の伝送に用いられる電線をコンデンサ等の電気機器に接続する際に好適に使用できる。具体的には、接続構造１は、移動体（例えば、鉄道車両、自動車、工場内の搬送装置等）への非接触給電用のコイル、電気高炉における電源内配線又は給電路などにおいて使用できる。

接続構造１は、端子付き電線１０と、ソケット２０と、袋ナット３０と、収縮チューブ４０とを備える。

＜端子付き電線＞
端子付き電線１０は、導体１１と、絶縁被覆１２と、心材１３と、中子１４と、接続用端子１５とを備える。

導体１１は、図２Ａに示すように、筒状に束ねられた複数の導線から構成されている。導体１１を構成する導線は、金属製である。複数の導線は、導体１１の周方向に旋回するように螺旋状に撚られている。

絶縁被覆１２は、導体１１の外周面を被覆する絶縁体である。絶縁被覆１２は、例えば絶縁性の樹脂によって形成される。絶縁被覆１２は、導体１１の長手方向において、端部１１Ａを除いた残りの部分を被覆している。

心材１３は、円筒状の絶縁体である。心材１３は、導体１１の内側、つまり導体１１の中空部に配置されている。導体１１を構成する複数の導線は、心材１３の外周面に沿って配置されることで、筒状に束ねられている。

図１に示すように、心材１３は、導体１１の端部１１Ａ（つまり、絶縁被覆１２に被覆されていない部分）には配置されていない。心材１３は、例えば、絶縁性の樹脂、セラミック等で形成される。導体１１、絶縁被覆１２及び心材１３は、端子付き電線１０の電線本体１０Ａを構成している。

中子１４は、導体１１の端部１１Ａにおいて導体１１の中空部に配置された円柱状の部材である。中子１４の外径は、導体１１のうち接続用端子１５に挿入され、かつ圧縮処理された部分の外径が、絶縁被覆１２で被覆された部分の外径と略等しくなる大きさとされる。中子１４の軸方向の長さは、導体１１のうち接続用端子１５に挿入される部分の長さに合わせて設計される。

中子１４は、弾性変形及び塑性変形をしない素材で構成されている。中子１４は、導電性であってもよいし、絶縁性であってもよい。したがって、中子１４は、金属（例えば銅）、樹脂、セラミック等で形成することができる。中子１４は、内部に空洞を有してもよい。

接続用端子１５は、導体１１の端部１１Ａが内部に挿入されると共に、導体１１の軸方向に突出している。接続用端子１５は、後述するソケット２０に挿入されることでソケット２０と電気的に接続される金属製のオス端子である。本実施形態の接続用端子１５は、中空部を有するピンである。接続用端子１５は、先端部１５Ａと、鍔部１５Ｂと、筒部１５Ｃとを有する。

先端部１５Ａは、後述するソケット２０に挿入される円柱状の部位である。鍔部１５Ｂは、先端部１５Ａの根元に配置され、先端部１５Ａよりも接続用端子１５の径方向外側に突出した部位である。筒部１５Ｃは、鍔部１５Ｂの先端部１５Ａとは反対側に配置され、導体１１の端部１１Ａと中子１４とが収納される内部空間を有する円筒状の部位である。

導体１１の端部１１Ａは、接続用端子１５と中子１４とによって導体１１の径方向に圧縮されている。また、導体１１の端部１１Ａは、導体１１の周方向全体にわたって圧縮されている。

具体的には、導体１１の端部１１Ａは、接続用端子１５の筒部１５Ｃ内において、筒部１５Ｃの内周面によって、中子１４の外周面に押圧されている。つまり、接続用端子１５によって、導体１１は加締められている。そのため、図２Ｂに示すように、筒部１５Ｃと導体１１とが密着し、両者の電気的接続が確保されている。導体１１の端部１１Ａ、中子１４及び接続用端子１５は、端子付き電線１０の端子部１０Ｂを構成している。

＜ソケット＞
ソケット２０は、図１に示すように、接続用端子１５の先端部１５Ａが挿入される金属製のメス端子である。ソケット２０は、接続用端子１５が電気的に接続される相手側端子である。ソケット２０は、例えば、コンデンサ等の回路と電気的に接続される。

ソケット２０は、円筒状の部材である。ソケット２０は、外周面に設けられたネジ溝２１を有する。ネジ溝２１には、後述する袋ナット３０が螺合している。ネジ溝２１は、ソケット２０の径方向において接続用端子１５の先端部１５Ａと重なる位置に設けられている。

＜袋ナット＞
袋ナット３０は、ソケット２０の外周面のネジ溝２１に螺合した金属製のナットである。袋ナット３０は、ソケット２０と、接続用端子１５の一部（つまり先端部１５Ａ及び鍔部１５Ｂ）とを囲うように配置されている。

袋ナット３０は、ソケット２０に螺合したナット本体３１と、接続用端子１５のソケット２０からの離脱方向への移動を規制する規制部３２とを有する。規制部３２は、袋ナット３０の後端部（つまり、接続用端子１５の挿入方向を前方としたときの後方の端部）に設けられている。

規制部３２は、ナット本体３１よりも径方向内側に突出している。規制部３２は、接続用端子１５の鍔部１５Ｂに後方から当接している。そのため、接続用端子１５は、規制部３２によって、後方への移動が規制される。なお、袋ナット３０は、ソケット２０への螺合時に接続用端子１５の挿入方向に送られる。

＜収縮チューブ＞
収縮チューブ４０は、接続用端子１５、ソケット２０及び袋ナット３０を被覆している。収縮チューブ４０としては、公知の常温で収縮する樹脂チューブが使用できる。

本実施形態では、収縮チューブ４０は、ソケット２０の露出部分と、袋ナット３０の全体と、接続用端子１５の露出部分（つまり、筒部１５Ｃの一部）と、絶縁被覆１２の一部とを被覆している。

［１－２．製造方法］
次に、接続構造１の製造方法（つまり、電線の接続方法）について説明する。本実施形態の電線の接続方法は、図３に示すように、中子配置工程Ｓ１０と、袋ナット装着工程Ｓ２０と、導体挿入工程Ｓ３０と、圧縮工程Ｓ４０と、接続用端子接続工程Ｓ５０と、袋ナット螺合工程Ｓ６０と、収縮チューブ被覆工程Ｓ７０とを備える。

なお、接続構造１の製造方法において、中子配置工程Ｓ１０と、導体挿入工程Ｓ３０と、圧縮工程Ｓ４０とは、端子付き電線１０の製造方法を構成している。

＜中子配置工程＞
本工程では、電線本体１０Ａから突出した導体１１の端部１１Ａにおいて導体１１の中空部に中子１４を配置する。

＜袋ナット装着工程＞
本工程では、接続用端子１５のソケット２０からの離脱方向への移動を規制する袋ナット３０を電線本体１０Ａに装着する。具体的には、袋ナット３０に電線本体１０Ａの端部を挿通させる。なお、本工程は、中子配置工程Ｓ１０よりも先に行われてもよい。

＜導体挿入工程＞
本工程では、中子１４が配置された導体１１の端部１１Ａを、導体１１の軸方向に突出する接続用端子１５の筒部１５Ｃの内部に挿入する。

＜圧縮工程＞
本工程では、接続用端子１５に挿入された導体１１の端部１１Ａを、接続用端子１５と中子１４とによって導体１１の径方向に圧縮する。

具体的には、導体１１の端部１１Ａを中子１４と共に筒部１５Ｃに挿入した状態で、筒部１５Ｃを外側から径方向にプレスする。これを筒部１５Ｃの周方向全体に対して繰り返すことで、筒部１５Ｃを縮径させると共に、導体１１を圧縮する。これにより、端子付き電線１０が得られる。

＜接続用端子接続工程＞
本工程では、導体１１の圧縮後に、接続用端子１５の先端部１５Ａをソケット２０に挿入することで、接続用端子１５をソケット２０に電気的に接続する。

＜袋ナット螺合工程＞
本工程では、袋ナット３０をソケット２０の外周面に螺合する。これにより、袋ナット３０の規制部３２が接続用端子１５の鍔部１５Ｂに当接する。

＜収縮チューブ被覆工程＞
本工程では、接続用端子１５、ソケット２０及び袋ナット３０を収縮チューブ４０で被覆する。具体的には、収縮前の収縮チューブ４０をこれらの部材に被せた上で、収縮チューブ４０を収縮させる。

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）中子１４によって導体１１の圧縮時に導体径が小さくなることが抑制される。その結果、端子部１０Ｂを構成する導体１１の端部１１Ａにおいて、表皮効果による抵抗増加を抑制できる。

（１ｂ）規制部３２を有する袋ナット３０をソケット２０に螺合することによって、接続用端子１５のソケット２０からの脱落が抑制できる。その結果、電線の接続信頼性を高めることができる。

（１ｃ）収縮チューブ４０によって、端子部１０Ｂを保護しつつ、袋ナット３０の緩みを抑制できる。そのため、電線の接続信頼性をさらに高めることができる。
（１ｄ）導線の溶着等を行わずに端子部１０Ｂを形成できるので、電線の接続作業を比較的容易に行うことができる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の電線の接続構造１は、必ずしも袋ナット３０を備えなくてもよい。また、上記実施形態の電線の接続構造１は、必ずしも収縮チューブ４０を備えなくてもよい。

（２ｂ）上記実施形態の電線の接続構造１において、接続用端子１５は必ずしもピンでなくてもよい。また、相手側端子は、必ずしもソケット２０でなくてもよい。例えば、接続構造１は、図４Ａに示すような接続端子１１５を備えてもよい。

接続端子１１５は、導体１１の端部１１Ａと中子１４とが配置される筒部１１５Ａと、筒部１１５Ａから突出した板部１１５Ｂとを有する。板部１１５Ｂには、少なくとも１つの貫通孔１１５Ｃが形成されている。

接続端子１１５は、図４Ｂに示すように、接続端子１１５と略同形状の相手側端子１２０と電気的に接続される。相手側端子１２０は、板部１２０Ｂを有する。板部１２０Ｂには、少なくとも１つの貫通孔１２０Ｃが形成されている。

接続端子１１５の板部１１５Ｂが、相手側端子１２０の板部１２０Ｂと板面同士が接触するように重ね合わされることで、接続端子１１５と相手側端子１２０とが電気的に接続される。接続端子１１５と相手側端子１２０とは、接続端子１１５の貫通孔１１５Ｃと相手側端子１２０の貫通孔１２０Ｃとを貫通するボルト１３０のナット１３１への締結によって固定されている。

（２ｃ）上記実施形態の電線の接続構造１において、相手側端子は、電線１０とは異なる電線の端部に設けられた端子であってもよい。つまり、接続構造１は、電線同士を接続してもよい。

（２ｄ）上記実施形態の電線の接続構造１において、端子付き電線１０の心材１３は、中空部を有さない円柱体であってもよい。また、端子付き電線１０は、必ずしも心材１３を備えなくてもよい。

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…接続構造、１０…電線、１０Ａ…電線本体、１０Ｂ…端子部、１１…導体、
１１Ａ…端部、１２…絶縁被覆、１３…心材、１４…中子、１５…接続用端子、
１５Ａ…先端部、１５Ｂ…鍔部、１５Ｃ…筒部、２０…ソケット、２１…ネジ溝、
３０…袋ナット、３１…ナット本体、３２…規制部、４０…収縮チューブ、
１１５…接続端子、１１５Ａ…筒部、１１５Ｂ…板部、１１５Ｃ…貫通孔、
１２０…相手側端子、１２０Ｂ…板部、１２０Ｃ…貫通孔。

Claims (8)

1. 筒状に束ねられた複数の導線を有する導体と、
   前記導体を被覆する絶縁被覆と、
   前記導体の端部において前記導体の中空部に配置された中子と、
   前記導体の端部が内部に挿入されると共に、前記導体の軸方向に突出する接続用端子と、
   を備え、
   前記導体の端部は、前記接続用端子と前記中子とによって前記導体の径方向に圧縮される、端子付き電線。
2. 請求項１に記載の端子付き電線と、
   前記接続用端子が電気的に接続される相手側端子と、
   を備える、電線の接続構造。
3. 請求項２に記載の電線の接続構造であって、
   前記相手側端子は前記接続用端子が挿入されるソケットであり、
   前記ソケットの外周面に螺合すると共に、前記接続用端子の前記ソケットからの離脱方向への移動を規制する袋ナットをさらに備える、電線の接続構造。
4. 請求項３に記載の電線の接続構造であって、
   前記接続用端子、前記ソケット及び前記袋ナットを被覆する収縮チューブをさらに備える、電線の接続構造。
5. 筒状に束ねられた複数の導線を有する導体と、前記導体を被覆する絶縁材と、を備える電線の接続方法であって、
   前記導体の端部において前記導体の中空部に中子を配置する工程と、
   前記中子が配置された前記導体の端部を、前記導体の軸方向に突出する接続用端子の内部に挿入する工程と、
   前記接続用端子に挿入された前記導体の端部を、前記接続用端子と前記中子とによって前記導体の径方向に圧縮する工程と、
   前記導体の圧縮後に、前記接続用端子を相手側端子に電気的に接続する工程と、
   を備える、電線の接続方法。
6. 請求項５に記載の電線の接続方法であって、
   前記相手側端子は前記接続用端子が挿入されるソケットであり、
   前記接続用端子の前記ソケットからの離脱方向への移動を規制する袋ナットを前記電線に装着する工程と、
   前記袋ナットを前記ソケットの外周面に螺合する工程と、
   をさらに備える、電線の接続方法。
7. 請求項６に記載の電線の接続方法であって、
   前記接続用端子、前記ソケット及び前記袋ナットを収縮チューブで被覆する工程をさらに備える、電線の接続方法。
8. 筒状に束ねられた複数の導線を有する導体と、前記導体を被覆する絶縁材と、前記導体の軸方向に突出する接続用端子と、を備える端子付き電線の製造方法であって、
   前記導体の端部において前記導体の中空部に中子を配置する工程と、
   前記中子が配置された前記導体の端部を、前記接続用端子の内部に挿入する工程と、
   前記接続用端子に挿入された前記導体の端部を、前記接続用端子と前記中子とによって前記導体の径方向に圧縮する工程と、
   を備える、端子付き電線の製造方法。

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