JP7431042B2 - ソケット付き電線、電線の接続構造、電線の接続方法、及びソケット付き電線の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、ソケット付き電線、電線の接続構造、電線の接続方法、及びソケット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同士の接続構造においては、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（つまり接続用ピン又はソケット）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ソケット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、導体と電気的に接続されたソケットと、を備えるソケット付き電線である。ソケットは、導体の端部が導体の軸方向に挿入される第１挿入部と、接続用ピンが挿入可能な第２挿入部と、を有する。導体の端部は、ソケットと中子とによって導体の径方向に圧縮される。

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、ソケットに接続され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。

本開示の一態様は、第２挿入部の内面に沿って配置された筒状の多点接触子をさらに備えてもよい。多点接触子の内径は、中子が中空部に配置された導体の端部の外径以上であってもよい。このような構成によれば、ソケットと接続用ピンとが接続される第２挿入部における温度上昇を抑制できる。

本開示の別の態様は、上記ソケット付き電線と、第２挿入部に挿入される接続用ピンと、を備える電線の接続構造である。

本開示の一態様は、ソケットの外周面に螺合すると共に、接続用ピン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。袋ナットによって、接続用ピンのソケットからの脱落が抑制できる。その結果、電線間の接続信頼性を高めることができる。

本開示の一態様は、ソケット、接続用ピン、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、ソケット及び接続用ピンを保護しつつ、袋ナットの緩みを抑制できる。そのため、電線間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被覆と、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、ソケットの第１挿入部に導体の軸方向に沿って挿入する工程と、第１挿入部に挿入された導体の端部を、ソケット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、ソケットの第２挿入部に接続用ピンを挿入する工程と、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、ソケットに接続され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。

本開示の一態様は、接続用ピン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接続用ピンに挿通する工程と、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、ソケット及び接続用ピンを保護しつつ、接続用ピンのソケットからの脱落が抑制できる。その結果、電線間の接続信頼性を高めることができる。

本開示の一態様は、ソケット、接続用ピン、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、電線間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被覆と、導体と電気的に接続されたソケットと、を備えるソケット付き電線の製造方法である。ソケット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、ソケットの第１挿入部に導体の軸方向に沿って挿入する工程と、第１挿入部に挿入された導体の端部を、ソケット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、ソケットに接続され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ソケット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。

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、電線同士を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、ソケット付き電線１０と、接続用ピン付き電線２０と、袋ナット３０と、収縮チューブ４０とを備える。

＜ソケット付き電線＞
ソケット付き電線１０は、第１導体１１と、第１絶縁被覆１２と、第１心材１３と、第１中子１４と、ソケット１５とを備える。

（導体）
第１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。第１導体１１を構成する導線は、金属製である。複数の導線は、第１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）
第１絶縁被覆１２は、第１導体１１の外周面を被覆する絶縁体である。第１絶縁被覆１２は、例えば絶縁性の樹脂によって形成される。第１絶縁被覆１２は、第１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）
第１心材１３は、円筒状の絶縁体である。第１心材１３は、第１導体１１の内側、つまり第１導体１１の中空部に配置されている。第１導体１１を構成する複数の導線は、第１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、第１心材１３は、第１導体１１の端部１１Ａ（つまり、第１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。第１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。第１導体１１、第１絶縁被覆１２及び第１心材１３は、ソケット付き電線１０の電線本体１０Ａを構成している。

（中子）
第１中子１４は、第１導体１１の端部１１Ａにおいて第１導体１１の中空部に配置された円柱状の部材である。第１中子１４の外径は、第１導体１１のうちソケット１５に挿入され、かつ圧縮処理された部分の外径が、第１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。第１中子１４は、ソケット１５の外に一部が突出している。ただし、第１中子１４は、全体がソケット１５の内部に配置されてもよい。

第１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。第１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、第１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。第１中子１４は、内部に空洞を有してもよい。

（ソケット）
ソケット１５は、接続用ピン付き電線２０の接続用ピン２５が挿入される金属製のメス端子である。また、ソケット１５は、第１導体１１と電気的に接続されている。ソケット１５は、第１挿入部１５Ａと、第２挿入部１５Ｂと、ネジ溝１５Ｃとを有する。

第１挿入部１５Ａは、第１導体１１の端部１１Ａが第１導体１１の軸方向に挿入される部位である。第１挿入部１５Ａは、第１導体１１の軸方向と平行な軸を有する円柱状の中空部を有する。第１挿入部１５Ａの内径（つまり中空部の外径）は、第１導体１１の端部１１Ａの外径と略等しい。

第１導体１１の端部１１Ａは、ソケット１５と第１中子１４とによって第１導体１１の径方向に圧縮されている。また、第１導体１１の端部１１Ａは、第１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、第１導体１１の端部１１Ａは、第１挿入部１５Ａの内周面によって、第１中子１４の外周面に押圧されている。つまり、ソケット１５によって、第１導体１１は加締められている。そのため、図２Ｂに示すように、第１挿入部１５Ａと第１導体１１とが密着し、両者の電気的接続が確保されている。第１導体１１の端部１１Ａ、第１中子１４及びソケット１５は、ソケット付き電線１０の端子部１０Ｂを構成している。

第２挿入部１５Ｂは、接続用ピン２５が軸方向に挿入可能な部位である。第２挿入部１５Ｂは、接続用ピン２５の軸方向と平行な軸を有する円柱状の中空部を有する。第２挿入部１５Ｂは、ソケット１５の第１導体１１の軸方向において、第１挿入部１５Ａが設けられた端部とは反対側の端部に設けられている。

第２挿入部１５Ｂの中空部は、第１挿入部１５Ａの中空部と隔離されている。ただし、第２挿入部１５Ｂの中空部は、第１挿入部１５Ａの中空部と連通していてもよい。つまり、第１導体１１の端部１１Ａが挿入される空間と、接続用ピン２５が挿入される空間とは連通していてもよい。

第１挿入部１５Ａへの第１導体１１の挿入方向と、第２挿入部１５Ｂへの接続用ピン２５の挿入方向とは平行である。また、ソケット１５内において、第１導体１１の中心軸と、接続用ピン２５の中心軸とは同一直線上に位置する。

ネジ溝１５Ｃは、第２挿入部１５Ｂの外周面に設けられている。ネジ溝１５Ｃには、後述する袋ナット３０が螺合している。ネジ溝１５Ｃは、ソケット１５の径方向において接続用ピン２５と重なる位置に配置されている。

＜多点接触子＞
多点接触子１６は、第２挿入部１５Ｂの内周面に沿って配置された筒状の金属部品である。具体的には、多点接触子１６は、金属製の網バンドを円筒状に加工したバンドコンタクトである。多点接触子１６の内径は、第１中子１４が中空部に配置された第１導体１１の端部１１Ａの外径と等しい。なお、多点接触子１６の内径は、第１導体１１の端部１１Ａの外径よりも大きくてもよい。

多点接触子１６は、第２挿入部１５Ｂの内周面に固定されている。多点接触子１６は、接続用ピン２５の径方向において、第２挿入部１５Ｂと接続用ピン２５との間に配置されている。

多点接触子１６は、第２挿入部１５Ｂ及び接続用ピン２５のそれぞれに、互いに離間した複数の接触点で接触している。換言すれば、第２挿入部１５Ｂと接続用ピン２５との通電経路は、多点接触子１６によって接続用ピン２５の軸方向及び周方向において複数に分割されている。

＜接続用ピン付き電線＞
接続用ピン付き電線２０は、第２導体２１と、第２絶縁被覆２２と、第２心材２３と、第２中子２４と、接続用ピン２５とを備える。

第２導体２１、第２絶縁被覆２２、第２心材２３及び第２中子２４は、ソケット付き電線１０の第１導体１１、第１絶縁被覆１２、第１心材１３及び第１中子１４と同じものである。第２導体２１の端部２１Ａにおいて、第２導体２１の中空部に第２中子２４が配置されている。

接続用ピン２５には、第２導体２１の端部２１Ａが挿入されている。また、接続用ピン２５は、第２導体２１の軸方向に突出している。接続用ピン２５は、ソケット１５に挿入されることでソケット１５と電気的に接続される金属製のオス端子である。接続用ピン２５は、先端部２５Ａと、鍔部２５Ｂと、筒部２５Ｃとを有する。

先端部２５Ａは、ソケット１５に挿入される円柱状の部位である。鍔部２５Ｂは、先端部２５Ａの根元に配置され、先端部２５Ａよりも接続用ピン２５の径方向外側に突出した部位である。筒部２５Ｃは、鍔部２５Ｂの先端部２５Ａとは反対側に配置され、第２導体２１の端部２１Ａと第２中子２４とが収納される内部空間を有する円筒状の部位である。

＜袋ナット＞
袋ナット３０は、ソケット１５の外周面のネジ溝１５Ｃ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１５の一部（つまり第２挿入部１５Ｂ）と、接続用ピン２５の一部（つまり先端部２５Ａ及び鍔部２５Ｂ）とを囲うように配置されている。

袋ナット３０は、ソケット１５に螺合したナット本体３１と、接続用ピン２５のソケット１５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、接続用ピン２５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、接続用ピン２５の鍔部２５Ｂに後方から当接している。そのため、接続用ピン２５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１５への螺合時に接続用ピン２５の挿入方向に送られる。

＜収縮チューブ＞
収縮チューブ４０は、ソケット１５、接続用ピン２５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１５の全体と、袋ナット３０の全体と、接続用ピン２５の全体と、第１絶縁被覆１２の一部と、第２絶縁被覆２２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、袋ナット挿通工程Ｓ２０と、導体挿入工程Ｓ３０と、圧縮工程Ｓ４０と、接続用ピン挿入工程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、ソケット付き電線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から突出した第１導体１１の端部１１Ａにおいて第１導体１１の中空部に第１中子１４を配置する。

＜袋ナット挿通工程＞
本工程では、接続用ピン２５のソケット１５からの離脱方向への移動を規制する袋ナット３０を、接続用ピン付き電線２０の接続用ピン２５に挿通する。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、第１中子１４が配置された第１導体１１の端部１１Ａを、ソケット１５の第１挿入部１５Ａに第１導体１１の軸方向に沿って挿入する。

＜圧縮工程＞
本工程では、第１挿入部１５Ａに挿入された第１導体１１の端部１１Ａを、ソケット１５と第１中子１４とによって第１導体１１の径方向に圧縮する。

具体的には、第１導体１１の端部１１Ａを第１中子１４と共に第１挿入部１５Ａに挿入した状態で、第１挿入部１５Ａを外側から径方向にプレスする。これを第１挿入部１５Ａの周方向全体に対して繰り返すことで、第１挿入部１５Ａを縮径させると共に、第１導体１１を圧縮する。これにより、ソケット付き電線１０が得られる。

＜接続用ピン挿入工程＞
本工程では、第１導体１１の圧縮後に、ソケット１５の第２挿入部１５Ｂに接続用ピン２５を挿入することで、接続用ピン２５をソケット１５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１５の外周面に螺合する。これにより、袋ナット３０の規制部３２が接続用ピン２５の鍔部２５Ｂに当接する。

＜収縮チューブ被覆工程＞
本工程では、ソケット１５、接続用ピン２５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）第１中子１４によって第１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、ソケット１５に接続される第１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）内径が第１導体１１の端部１１Ａの外径以上である多点接触子１６を第２挿入部１５Ｂに配置することで、ソケット１５と接続用ピン２５とが接続される第２挿入部１５Ｂにおける温度上昇を抑制できる。

（１ｃ）袋ナット３０によって、接続用ピン２５のソケット１５からの脱落が抑制できる。その結果、ソケット付き電線１０と接続用ピン付き電線２０との間の接続信頼性を高めることができる。

（１ｄ）収縮チューブ４０によって、ソケット１５及び接続用ピン２５を保護しつつ、袋ナット３０の緩みを抑制できる。そのため、ソケット付き電線１０と接続用ピン付き電線２０との間の接続信頼性をさらに高めることができる。

［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、多点接触子１６の内径は、第１中子１４が中空部に配置された第１導体１１の端部１１Ａの外径よりも小さくてもよい。また、ソケット付き電線１０は、必ずしも多点接触子１６を有しなくてもよい。

（２ｃ）上記実施形態の電線の接続構造１において、接続用ピン付き電線２０は、必ずしも第２中子２４を有しなくてもよい。つまり、接続用ピン付き電線２０の第２導体２１の端部２１Ａの外径は、第２導体２１の第２絶縁被覆２２で被覆された部分の外径よりも小さくてもよい。

（２ｄ）上記実施形態の電線の接続構造１において、第１挿入部１５Ａへの第１導体１１の端部１１Ａの挿入方向と、第２挿入部１５Ｂへの接続用ピン２５の挿入方向とは交差していてもよい。

（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…電線の接続構造、１０…ソケット付き電線、１０Ａ…電線本体、１０Ｂ…端子部、
１１…第１導体、１１Ａ…端部、１２…第１絶縁被覆、１３…第１心材、
１４…第１中子、１５…ソケット、１５Ａ…第１挿入部、１５Ｂ…第２挿入部、
１５Ｃ…ネジ溝、１６…多点接触子、２０…接続用ピン付き電線、２１…第２導体、
２１Ａ…端部、２２…第２絶縁被覆、２３…第２心材、２４…第２中子、
２５…接続用ピン、２５Ａ…先端部、２５Ｂ…鍔部、２５Ｃ…筒部、３０…袋ナット、
３１…ナット本体、３２…規制部、４０…収縮チューブ。

Claims (9)

1. 本体部と前記本体部に隣接する端部とを有する電線と、
   ソケットと、を備え、
   前記本体部は、
   筒状に束ねられた複数の導線を有する導体と、
   前記導体の中空部に配置された円筒状の心材と、
   前記導体を被覆する絶縁被覆と、
   前記心材の内側に形成された中空と、を有し、
   前記端部は、
   前記導体と、
   前記心材と別体であり、前記導体の中空部に配置された円柱状の中子と、を有し、
   前記ソケットは、
   前記導体と電気的に接続されており、且つ
   前記端部の前記導体が、前記導体の軸方向に挿入される第１挿入部と、
   接続用ピンが挿入可能な第２挿入部と、を有し、
   前記端部の前記導体は、前記ソケットと前記中子とによって前記導体の径方向に圧縮される、ソケット付き電線。
2. 請求項１に記載のソケット付き電線であって、
   前記第２挿入部の内面に沿って配置された筒状の多点接触子をさらに備え、
   前記多点接触子の内径は、前記中子が前記中空部に配置された前記端部の前記導体の外径以上である、ソケット付き電線。
3. 請求項２に記載のソケット付き電線と、
   前記第２挿入部に挿入される前記接続用ピンと、
   を備える、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、
   前記ソケットの外周面に螺合すると共に、前記接続用ピン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。
5. 請求項４に記載の電線の接続構造であって、
   前記ソケット、前記接続用ピン、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。
6. 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、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、ソケットの第１挿入部に前記導体の軸方向に沿って挿入する工程と、
   前記第１挿入部に挿入された前記導体の端部を、前記ソケット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、前記ソケットの第２挿入部に接続用ピンを挿入する工程と、
   を備える、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、
   前記接続用ピン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接続用ピンに挿通する工程と、
   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。
8. 請求項７に記載の電線の接続方法であって、
   前記ソケット、前記接続用ピン、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。
9. 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、前記導体と電気的に接続されたソケットと、を備えるソケット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、前記ソケットの第１挿入部に前記導体の軸方向に沿って挿入する工程と、
   前記第１挿入部に挿入された前記導体の端部を、前記ソケット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、ソケット付き電線の製造方法。