JP7228087B2 - 端子付電線 - Google Patents
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Description
1.端子付電線の構成
本開示の端子付電線は、電線と、圧縮端子とを備える。電線は、導体と、被覆とを備える。導体は、例えば、一本の素線から成る。素線は、単線ともいう。また、導体は、例えば、複数本の素線が撚り合わされた撚線からなる。導体が撚線からなる場合、通常、撚線を構成する各素線は同一の材質からなる。
被覆は導体の外周を覆う。被覆は絶縁体から成る。絶縁体として、例えば、樹脂、ゴム等が挙げられる。電線の端部において、被覆の一部が除去されて導体が露出している。以下では露出している導体を露出部とする。圧縮端子は露出部に取り付けられる。
接触部7は一方において開口した円筒形状を有する。延在部9は、接触部7のうち、開口側とは反対側の端部に接続している。延在部9は、図示しない端子台に取り付けられるように、板状の形状を有する。延在部9には、図示しないボルトを通すためのボルト孔11が形成されている。
上記の圧縮では、例えば、圧縮工具を用いて接触部7に所定の圧力を加えて、接触部7を圧縮変形させる。この圧縮変形は塑性変形である。圧縮変形させる箇所を複数箇所とすることが好ましい。圧縮変形させる箇所を複数箇所とした場合、端子付電線の特性が一層良好になる。複数の圧縮箇所は、導体3の長手方向に沿って、位置をずらして設定することが好ましい。
導体3を構成する素線は、アルミニウムを主成分とする第1の材料から成る。主成分とは、全体の質量に対し、50質量%以上を占める成分を意味する。圧縮端子のうち、少なくとも導体3の露出部に接する部分は、アルミニウムを主成分とする第2の材料から成る。図1、図2、及び図3に示す形態の場合、接触部7は、第2の材料から成る。
純アルミニウムは、Al及び不可避不純物から成る材料である。純アルミニウムとして、例えば、電気用純アルミニウム(ECAl)が挙げられる。
Al-Fe-Zr:0.2~1.0質量%のFe(鉄)と、0.01~0.10質量%のZr(ジルコニウム)と、0.1質量%以下のSi(シリコン)と、0.01質量%以下のCu(銅)と、0.01質量%以下のMn(マンガン)と、0.01質量%以下のMg(マグネシウム)と、0.01質量%以下のZn(亜鉛)と、0.01質量%以下のTi(チタン)と、0.01質量%以下のV(バナジウム)と、を含み、残部がAl及び不可避不純物から成るアルミニウム合金。
Al-Zrにおいて、「0.1~1.0質量%のFe及びSi」とは、以下の意味を有する。Fe及びSiの両方を含有する場合は、Fe及びSiの合計濃度が0.1~1.0質量%である。Feを含有し、Siを含有しない場合は、Feの濃度が0.1~1.0質量%である。Siを含有し、Feを含有しない場合は、Siの濃度が0.1~1.0質量%である。
導体3のうち、圧縮端子が取り付けられた部分の断面積をS1とする。圧縮端子が取り付けられた部分は、圧縮変形した部分である。導体のうち、圧縮端子が取り付けられていない部分の断面積をS2とする。圧縮端子が取り付けられていない部分は、圧縮変形していない部分である。S1/S2は、0.5以上0.95以下であることが好ましい。S1/S2がこの範囲内である場合、圧縮端子が導体を保持する力が一層大きくなる。
3.端子付電線が奏する効果
本開示の端子付電線では、導体と圧縮端子との間における接触抵抗が小さい。本開示の端子付電線では、導体の初期抵抗比が特に小さい。初期抵抗比とは、端子付電線の製造直後における電気抵抗比である。
端子付電線において、電気抵抗比は100%以下であることが好ましい。また、導体と圧縮端子との間の接触抵抗を一層小さくすることが好ましい。本開示の端子付電線は、電気抵抗比を抑制することができる。そのことにより、導体と接触端子との接合における局部過熱を抑制することができる。その結果、電線の断線、導体と圧縮端子との間の接触不良を抑制できる。
図4におけるX1は、第1の材料の引張強度が第2の材料の引張強度より大きい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表す曲線である。Aは、製造時圧縮荷重を完全に除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重を表す点である。
製造時圧縮荷重が加えられ、圧縮端子及び導体は圧縮される。製造時圧縮荷重を完全に除いた後、圧縮端子及び導体は、初期ヤング率に従ってスプリングバックする。導体を構成する第1の材料の引張強度は、圧縮端子の接続部を構成する第2の材料の引張強度より大きいため、導体のスプリングバック量は、接続部のスプリングバック量より大きい。そのため、導体にはAにおける圧縮荷重が発生する。導体に発生する圧縮荷重は、導体径方向おいて圧縮端子を押す力である。圧縮端子には引張荷重が発生する。引張荷重は、導体に発生する圧縮荷重と釣り合う。よって、製造時圧縮荷重を完全に除いたとき、導体の外周面と、圧縮端子の内周面との間には、互いに押し付け合う荷重が生じている。
式(1) Rc=ρ/2r
式(1)において、ρは金属の抵抗率である。また、rは接触部の形状が単一の円であると仮定した場合、その円の半径である。rは以下の式(2)により表される。
式(2)において、Fは金属間に加わる荷重である。nは真の接触部の数である。ζは、金属の変形の態様により決まる係数である。弾性変形の場合、ζは0.3以下である。弾性変形と塑性変形との混在の場合、ζは0.3を超え、0.75以下である。塑性変形の場合、ζは1を超える。
図5におけるX2は、第1の材料の引張強度が第2の材料の引張強度より小さい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表す曲線である。Cは、製造時圧縮荷重を完全に除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重を表す点である。
Cにおける圧縮歪は、Dにおける圧縮歪より小さい。そのため、製造時圧縮荷重を完全に除いたとき、導体の外周面と、圧縮端子の内周面との間には、スプリングバックによる隙間が存在する。そのため、製造時圧縮荷重を完全に除いたとき、導体の外周面と、圧縮端子の内周面との間には、互いに押し付け合う荷重は生じない。
第1の材料の引張強度と、第2の材料の引張強度との差が大きいほど、導体と圧縮端子との間における接触抵抗が一層小さく、電気抵抗比が一層小さい。第1の材料の引張強度と、第2の材料の引張強度との差は、20MPa以上であることが好ましく、30MPa以上であることがさらに好ましい。
第1の材料の引張強度と第2の材料の引張強度との差が20MPa以上の場合は、20MPa未満の場合に比べて、150℃通電試験において、抵抗比の変化が一層小さい。150℃通電試験とは、試料が150℃になるように電流設定して50時間通電する試験である。
(4-1)端子付電線の製造
表1に示すNo.1~6の端子付電線を製造した。それぞれの端子付電線は、図1及び図2に示す形態を有する。それぞれの端子付電線において、第1の材料及び第2の材料の組み合わせは、表1に示すとおりとした。それぞれの端子付電線において、第1の材料及び第2の材料の組み合わせ以外の点は同じとした。それぞれの端子付電線において、導体を構成する全ての素線は同じ材料から成る。それぞれの端子付電線において、導体の断面積は200mm2とした。導体を構成する素線の直径は0.45mmである。素線の本数は1258本である。
第1の材料及び第2の材料に用いた材料の詳細は以下のとおりである。
ECAl:A1070相当のECAlを使用。
Al-Fe-Zr:0.6質量%のFeと、0.02質量%のZrと、0.06質量%のSiと、0.002質量%のCuと、0.002質量%のMnと、合計で0.006質量%のTi及びVと、を含み、残部がAlから成るアルミニウム合金。
Al-Zr:0.34質量%のZrと、0.15質量%のFeと、0.1質量%のSiと、合計で0.03質量%のTi及びVと、を含み、残部がAlから成るアルミニウム合金。
それぞれの端子付電線において、第1の材料の引張強度と、第2の材料の引張強度とをそれぞれ測定した。測定方法は上述したとおりである。なお、引張強度の測定には、株式会社オリエンテック製の引張試験機を使用した。次に、第2の材料の引張強度から、第1の材料の引張強度を差し引いた値(以下では引張強度差とする)を算出した。算出した引張強度差を上記表1に示す。
式(3) Rratio={R-L2×α}/{L1×α}
式(3)において、L1は、点Pと点Sとの距離である。L2は、点Qと点Sとの距離である。αは、導体3の単位長さ当たりの抵抗である。αは既知の値である。αは、例えば、事前に測定しておくことができる。あるいは、L2間の抵抗を測定し、その抵抗をL2間の長さで除算してαを算出してもよい。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
Claims (5)
- 一本又は複数本の素線から成る導体、及び前記導体の外周を覆う被覆を備える電線と、
前記導体の端部に取り付けられた圧縮端子と、
を備える端子付電線であって、
前記圧縮端子は、前記導体の長手方向に沿って設定された複数の圧縮箇所を有し、
前記素線は、アルミニウムを主成分とする第1の材料から成り、
前記圧縮端子のうち、少なくとも前記導体に接する部分は、アルミニウムを主成分とする第2の材料から成り、
前記第1の材料は、前記第2の材料より引張強度が大きく、
前記圧縮箇所において、前記導体及び前記圧縮端子は径方向に縮小しており、前記圧縮箇所における前記導体の断面積をS1とし、前記圧縮端子が取り付けられていない部分での前記導体の断面積をS2としたとき、S1/S2は0.5以上0.95以下である端子付電線。 - 請求項1に記載の端子付電線であって、
前記第1の材料は、0.2~1.0質量%のFeと、0.01~0.10質量%のZrと、0.1質量%以下のSiと、0.01質量%以下のCuと、0.01質量%以下のMnと、0.01質量%以下のMgと、0.01質量%以下のZnと、0.01質量%以下のTiと、0.01質量%以下のVと、を含み、残部がAl及び不可避不純物から成るアルミニウム合金であり、
前記第2の材料は、Al及び不可避不純物から成る純アルミニウムである端子付電線。 - 請求項1に記載の端子付電線であって、
前記第1の材料は、0.03~1.5質量%のZrと、0.1~1.0質量%のFe及びSiと、を含み、残部がAl及び不可避不純物から成るアルミニウム合金であり、
前記第2の材料は、Al及び不可避不純物から成る純アルミニウムである端子付電線。 - 請求項1に記載の端子付電線であって、
前記第1の材料及び前記第2の材料は、それぞれ、0.2~1.0質量%のFeと、0.01~0.10質量%のZrと、0.1質量%以下のSiと、0.01質量%以下のCuと、0.01質量%以下のMnと、0.01質量%以下のMgと、0.01質量%以下のZnと、0.01質量%以下のTiと、0.01質量%以下のVと、を含み、残部がAl及び不可避不純物から成るアルミニウム合金である端子付電線。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の端子付電線であって、
前記第1の材料の引張強度は、前記第2の材料の引張強度より20MPa以上大きい端子付電線。
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