JP7490955B2 - 相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造 - Google Patents
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Description
本発明は、ケーブルの構成部材である導体に端子を圧縮により接続する接続構造に関する。
導体及び端子がそれぞれアルミニウムを含む材料で構成される接続構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
本発明は、導体と端子との間の電気抵抗の増加を抑えた接続構造を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様によれば、
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウムを含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウムを含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
前記ボルトの材料の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数よりも小さくなっている、
接続構造が提供される。
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウムを含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウムを含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
前記ボルトの材料の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数よりも小さくなっている、
接続構造が提供される。
本発明の第２の態様によれば、
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウム材料を含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウム材料を含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
これら２つの接続部を互いに圧接させた状態で、前記接続構造に対し、１３０℃での１時間の維持と０℃での１時間の維持とを交互に５０回行うヒートサイクル試験の実施前における前記導体と前記端子との間の電気抵抗比をＲ１とし、前記ヒートサイクル試験の実施後における前記電気抵抗比をＲ２とした場合に、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率が１１７未満である、
接続構造が提供される。
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウム材料を含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウム材料を含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
これら２つの接続部を互いに圧接させた状態で、前記接続構造に対し、１３０℃での１時間の維持と０℃での１時間の維持とを交互に５０回行うヒートサイクル試験の実施前における前記導体と前記端子との間の電気抵抗比をＲ１とし、前記ヒートサイクル試験の実施後における前記電気抵抗比をＲ２とした場合に、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率が１１７未満である、
接続構造が提供される。
本発明によれば、導体と端子との間の電気抵抗の増加を抑えた接続構造を提供することができる。
＜１．本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
以下に、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
（１）接続構造の構成例
本実施形態の接続構造１は、図１に示すように、導体３と端子５とを備えている。
本実施形態の接続構造１は、図１に示すように、導体３と端子５とを備えている。
導体３は、電線２の芯線を構成するものである。導体３は、複数の金属素線を撚り合わせた撚り線、もしくは金属線により構成されている。導体３の一端部は、後述する端子５の中空部７内に挿入される。
導体３は、純アルミニウム、アルミニウム合金などのアルミニウム（Ａｌ）を含む材料（以下、これらを「アルミニウム材料」という）により構成されている。純アルミニウムは、Ａｌと不可避不純物とで構成される材料である。純アルミニウムとしては、例えば、電気用純アルミニウム（ＥＣＡｌ）が挙げられる。アルミニウム合金として、例えば、Ａｌ－ジルコニウム（Ｚｒ）、Ａｌ－鉄（Ｆｅ）－Ｚｒが挙げられる。Ａｌ－Ｚｒとは、０．０３～１．５質量％のＺｒと、０．１～１．０質量％のＦｅ及びケイ素（Ｓｉ）と、を含み、残部がＡｌと不可避不純物とからなるアルミニウム合金である。また、Ａｌ－Ｆｅ－Ｚｒとは、０．０１～０．１０質量％のＺｒと、０．１質量％以下のＳｉと、０．２～１．０質量％のＦｅと、０．０１質量％以下の銅（Ｃｕ）と、０．０１質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．０１質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）と、０．０１質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）と、０．０１質量％以下のチタン（Ｔｉ）と、０．０１質量％以下のバナジウム（Ｖ）と、を含み、残部がＡｌと不可避不純物とからなるアルミニウム合金である。
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。なお、ここでの「含有しない」とは、例えば、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析で、検出限界以下であることを意味する。
導体３の外周は、例えば、絶縁層４によって被覆されている。絶縁層４の材料として、例えば、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂、シリコーン系樹脂を用いることができる。絶縁層４は、電線２の長さ方向の略全長にわたって導体３を被覆している。絶縁層４は、電線２の一端末から所定の長さだけ除去されている。これにより、導体３の一端部は、露出している。
端子５は、筒状部６と接続部８とを有している。筒状部６と接続部８とは、一体的に形成されている。
筒状部６は、導体３に接続される部分である。筒状部６は、断面円形の筒状に形成されている。筒状部６の一端部側は、導体３の外径よりも大きく開口している。筒状部６の内部は、電線２の端部で露出する導体３を挿入可能な円筒形状の中空部７を有している。
接続部８は、外部の接続相手である相手側端子１０の接続部１１に接続される部分である。接続部８は、筒状部６の他端部側に板状に形成されている。接続部８には、接続部８を厚み方向に貫通する貫通孔９が設けられている。相手側端子１０の接続部１１も板状に形成されている。接続部１１には、接続部１１を厚み方向に貫通する貫通孔１２が設けられている。接続部８と接続部１１とを重ね合わせ、貫通孔９と貫通孔１２とを揃えた状態で貫通孔９，１２内にボルト１５を挿入し、ボルト１５にナット２０を所定の締め付けトルクで螺合させると、接続部８と接続部１１とが互いに圧接するようになっている。ボルト１５及びナット２０はともに同一の、所定の線膨張係数を有する材料により構成されている。ボルト１５及びナット２０の材料については後述する。
端子５は、純アルミニウムにより構成されている。純アルミニウムは、上述のように、Ａｌと不可避不純物とで構成される材料である。純アルミニウムとしては、例えば、ＥＣＡｌが挙げられる。端子５は、純アルミニウムからなる円柱の母材の一端側を軸方向に沿って穴あけ加工して中空部７を形成し、上述の母材の他端側を板状にプレス加工して平板状としてから貫通孔９を開設することで作製することができる。なお、端子５は、純アルミニウム等からなるパイプ部材の一端側の開口端を筒状部とし、上述の部材の他端側を平板状にプレス加工して接続部とすることにより作製してもよい。
（２）接続構造の組み立て方法
次に、本実施形態の接続構造１の組み立て例について説明する。
次に、本実施形態の接続構造１の組み立て例について説明する。
まず、図１に示すように、端子５の中空部７内に、電線２における導体３の露出した一部を挿入する。
次に、図２に示すように、中空部７内に導体３の一部を挿入した状態で、圧縮部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を筒状部６の周方向の全周にわたって圧縮し、端子５を導体３に接続する。圧縮部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、例えば、筒状部６の軸方向に沿って位置する、それぞれ重ならない部位とすることができる。この圧縮は、例えば、圧縮冶具を用いて、圧縮部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれに筒状部６の周方向の全周にわたって所定の圧力を加え、筒状部６を圧縮変形（塑性変形）させることにより行うことができる。なお、圧縮部位Ｐ２を最後（３回目）に圧縮することにより、導体と端子との間の電気抵抗をより低くすることができる。以下では、Ｐ３、Ｐ１、Ｐ２の順番で圧縮することにより端子付き電線を作製し、実験を行った。
次に、図１、図２に示すように、端子５の接続部８と相手側端子１０の接続部１１とを重ね合わせ、それらに開設された貫通孔９と貫通孔１２とを揃えた後、貫通孔９，１２内にボルト１５を挿入する。ボルト１５にナット２０を螺合させ、所定の範囲内の締め付けトルクで締結して、接続部８と接続部１１とを圧接する。以上により、接続構造１の組み立てが完了する。なお、締め付けトルクは、端子５の寸法等によって適宜調整されるが、例えば、Ｍ８ボルトで６～３０Ｎ・ｍ、好ましくは９～１５Ｎ・ｍ、Ｍ１２ボルトで２０～１００Ｎ・ｍ、好ましくは３１～５０Ｎ・ｍ、Ｍ１６ボルトで５８～２５０Ｎ・ｍ、好ましくは８８～１２５Ｎ・ｍの範囲内の所定の大きさとすることができる。
上述したように、接続構造１において、ボルト１５は、所定の範囲内の締め付けトルクで締結される必要がある。締め付けトルクがこの範囲を下回ると、接続部８と接続部１１との間の電気抵抗が大きくなってしまう可能性がある。また、締め付けトルクがこの範囲を上回ると、導体３と端子５との間の電気抵抗が大きくなってしまう可能性がある。
締め付けトルクが過大となった場合の振る舞いを裏付けるため、図３に示す実験用サンプル（サンプル１，２）を用意して、以下の実験を行った。サンプル１，２は、それぞれ図１に示す接続構造１と同様の接続構造を電線の両端に有するものである。なお、サンプル１における端子と、サンプル２における端子とは、互いに同一の仕様（材料、寸法等）の部品ではなく、互いに異なる仕様の部品として構成されている。
まず、サンプル１，２のボルトを外した状態で、導体３と端子５との間の電気抵抗比（以下、単に「抵抗比」と称する場合がある。）を測定し、これをＡ１とした。なお、電気抵抗比とは、接続部の抵抗と導体抵抗の比である。電気抵抗比の測定方法は後述する。
次に、所定の締め付けトルクで両端のボルトをそれぞれ締結し、その後、それぞれのボルトを外して抵抗比を測定し、これをＡ２とした。このとき、締め付けトルクを４，１２，２０，４４，５２（Ｎ・ｍ）と順次異ならせた。両端のボルトの締め付けトルクは同じである。このように、締め付けトルクごとに、サンプル当り５つのＡ２を得た。その後、Ａ２－Ａ１を計算して、締め付けトルクごとに抵抗比差を算出した。
ボルトの締め付けトルクに対応する抵抗比差のプロットを図４に示す。図４において、縦軸は抵抗比差を示しており、横軸は締め付けトルクを示している。破線と実線は、この順に、サンプル１，２の抵抗比差を示している。
図４に示すように、抵抗比差は、締め付けトルクを大きくするほど増加が顕著になることがわかる。
上記した結果は、締め付けトルクによる接続部８の変形が、筒状部６まで伝わったことによると本発明者は考えた。すなわち、ボルトの締め付けトルクにより、接続部８が塑性変形し、その変形が圧縮接続部に伝わり、導体と端子との間の接触応力が緩和し、これにより抵抗比の増加が発生したものと推察した。
また、本発明者は、ボルト１５が締結された状態で接続構造１にヒートショックを与えた場合においても、上記と同様のことが起こるであろうと考えた。というのも、ボルト１５の材料の線膨張係数が端子５の材料の線膨張係数よりも小さい場合、接続構造１に対してヒートショックを与えた際に、端子５が、ボルト１５よりも大きく膨張し、締め付けトルクが増加することになる。その結果、ボルト１５の締め付けトルクにより接続部８が変形した場合と同様の塑性変形が接続部８に生じ、それにより筒状部６が変形するなどし、抵抗比の増加が発生するであろうと予想した。
しかしながら、接続構造１にヒートショックを与えた際の結果は、予想とは逆であった。すなわち、ボルト１５の材料の線膨張係数を端子５の材料である純アルミニウムの線膨張係数よりも小さくした場合の方が、ボルト１５の材料の線膨張係数を端子５の材料の線膨張係数よりも大きくした場合よりも、また、これらの線膨張係数を同等にした場合よりも、抵抗比の増加を低く抑えられることがわかった。また、ボルト１５の材料の線膨張係数を小さくするほど、抵抗比の増加を低く抑えられることがわかった。
具体的には、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料である純アルミニウムの線膨張係数（線膨張係数２３×１０－６／℃）よりも小さくすることで、接続構造１に対するヒートサイクル試験の実施前における導体３と端子５との間の電気抵抗比をＲ１とし、ヒートサイクル試験の実施後における電気抵抗比をＲ２とした場合に、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率（％）を１１７未満（１００以上１１７未満）に抑えることができることがわかった。なお、ここでいうヒートサイクル試験とは、ボルト１５にナット２０を上述の範囲内の適正な締め付けトルクで螺合させ、接続部８と接続部１１とを互いに圧接させた状態で、接続構造１に対し、１３０℃での１時間の維持と、０℃での１時間の維持と、を交互に５０回行うものである。
また、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．８倍以下とした場合には、抵抗比増加率（％）をより低く抑えることができること、具体的には、上述の（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率（％）を１１３以下（１００以上１１３以下）に抑えることができることがわかった。なお、端子５の材料として純アルミニウムを使用する場合には、ボルト１５の材料として、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４相当、線膨張係数１７．３×１０－６／℃）、鉄（ＳＳ４０４相当、線膨張係数１１．２×１０－６／℃）、純チタン（線膨張係数８．４×１０－６／℃）を用いることで、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．８倍以下とすることができる。
また、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．６倍以下とした場合には、抵抗比増加率（％）をより低く抑えることができること、具体的には、上述の（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率（％）を１０４以下（１００以上１０４以下）に抑えることができることがわかった。なお、端子５の材料として純アルミニウムを使用する場合には、ボルト１５の材料として、例えば、鉄、純チタンを用いることで、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．６倍以下とすることができる。
また、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．４倍以下とした場合には、抵抗比増加率をさらに低く抑えること、具体的には、上述の（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率を１０２以下（１００以上１０２以下）に抑えることができることがわかった。端子５の材料として純アルミニウムを使用する場合には、ボルト１５の材料として、例えば、純チタンを用いることで、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．４倍以下とすることができる。なお、この線膨張係数の比率の下限値には特に制限はないが、例えば、ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．０２倍以上とすればよい。
以上のことから、本実施形態では、ボルト１５及びナット２０の材料として、それぞれ、端子５の材料である純アルミニウムよりも線膨張係数の小さい材料、例えば、ステンレス、鉄、純チタン、βチタンなどのチタン合金のいずれかを選択することとしている。
（３）本実施形態の効果
本実施形態によれば、以下に述べる一つまたは複数の効果を奏する。
本実施形態によれば、以下に述べる一つまたは複数の効果を奏する。
（ａ）ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料（純アルミニウム）の線膨張係数よりも小さくすることで、導体３と端子５との間の電気抵抗の増加を抑えることができる。すなわち、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される上述の抵抗比増加率（％）を、１１７未満に抑えることができる。これにより、接続構造１の信頼性を高めることができる。
（ｂ）ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．８倍以下とした場合には、導体３と端子５との間の電気抵抗の増加をより抑えることができる。すなわち、端子５の材料として純アルミニウムを選択した場合、ボルト１５の材料としてステンレス、鉄、純チタン、チタン合金のいずれかを選択することで、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される上述の抵抗比増加率（％）を、１１３以下に抑えることができる。これにより、接続構造１の信頼性をより高めることができる。
（ｃ）ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．６倍以下とした場合には、導体３と端子５との間の電気抵抗の増加をより抑えることができる。すなわち、端子５の材料として純アルミニウムを選択した場合、ボルト１５の材料として鉄、純チタンのいずれかを選択することで、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される上述の抵抗比増加率（％）を、１０４以下に抑えることができる。これにより、接続構造１の信頼性をより高めることができる。
（ｄ）ボルト１５の材料の線膨張係数を、端子５の材料の線膨張係数の０．４倍以下とした場合には、導体３と端子５との間の電気抵抗の増加をより抑えることができる。すなわち、端子５の材料として純アルミニウムを選択した場合、ボルト１５の材料として純チタンを選択することで、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される上述の抵抗比増加率（％）を、１０２以下に抑えることができる。これにより、接続構造１の信頼性をより高めることができる。
＜２．他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上述の実施形態では、端子５を構成するアルミニウム材料として、純アルミニウムを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることはない。端子５は、例えば、アルミニウム合金により構成されてもよい。アルミニウム合金としては、上述の導体３で例示した材料と同様の合金材料、すなわち、Ａｌ－Ｚｒ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｚｒなどが挙げられる。Ａｌ－Ｚｒの線膨張係数は２２～２４×１０－６／℃であり、Ａｌ－Ｆｅ－Ｚｒの線膨張係数は２２～２４×１０－６／℃である。端子５の材料としてこれらのアルミニウム合金を選択した場合には、ボルト１５の材料として、これら合金の線膨張係数よりも小さな線膨張係数を有する材料を選択することにより、上述の実施形態と同様の効果を得られる。
本実施形態では、ボルト１５とナット２０はともに同一の材料により構成されているものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることはない。導体３と端子５との間の電気抵抗の増加を抑えるという効果を得るには、ナット２０の材料を選択することよりも、ボルト１５の材料を選択することの方が、技術的意義が大きいものと考えられる。したがって、ボルト１５の材料を適正に選択している限り、ナット２０については、ボルト１５と異なる材料を選択しても、ある程度の効果が得られるものと考えられる。
端子５の表面や筒状部６の内面には、スズ（Ｓｎ）めっきや銀（Ａｇ）めっきが施されていてもよい。また、露出する導体３の表面に導電粒子入りのコンパウンドを塗布してから、露出する導体３を中空部７内に挿入してもよい。また、筒状部６の中空部７の内面にコンパウンドを塗布または充填してから、露出する導体３を中空部７内に挿入してもよい。導電粒子入りコンパウンドとしては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）－リン（Ｐ）、Ｎｉ－ホウ素（Ｂ）からなる導電粒子を含有するフッ素系油を用いることができる。
接続構造１は、鉄道車両の配線材を接続する部品の他、風力発電機、自動車等の配線材を接続する部品として広く用いることができる。そのため、端子５は、例えば、以下の寸法のものを用いることができる。
端子５の軸方向の全長は、例えば３３～２００ｍｍ、好ましくは７０～１３０ｍｍである。筒状部６の軸方向の深さは、例えば８～１１５ｍｍ、好ましくは３０～６０ｍｍである。筒状部６の内径は、例えば４～２８ｍｍ、好ましくは９～２３ｍｍである。筒状部６の外径は、例えば７～３４ｍｍ、好ましくは１５～３２ｍｍである。接続部８の軸方向の長さは、例えば２５～７０ｍｍ、好ましくは３０～６０ｍｍである。接続部８の厚さは、例えば２～１６ｍｍ、好ましくは３～１１ｍｍである。導体３の断面積は、例えば８～５００ｍｍ２、好ましくは３８～３２５ｍｍ２である。
図３に示す実験用サンプル（サンプル３～１０）を用意した。サンプル３～１０の基本的な構成は、それぞれ図１に示す接続構造１と同様の接続構造を電線の両端に有するものである。
サンプル３～１０における端子の材料として、純アルミニウムを使用した。端子の軸方向の全長は、８０～１２０ｍｍとした。筒状部の軸方向の長さは、４０ｍｍとした。接続部の軸方向の長さは、４０～８０ｍｍとした。筒状部の内径は、１０ｍｍとした。筒状部の外径は、１６ｍｍとした。接続部の厚さは、３～１０ｍｍとした。
また、導体の材料として、上述した構成のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｒを使用した。導体の断面積は、５０ｍｍ２とした。導体を構成する全ての素線は同じ材料からなる。導体を構成する素線の直径は、０．４５ｍｍとした。
また、導体の材料として、上述した構成のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｒを使用した。導体の断面積は、５０ｍｍ２とした。導体を構成する全ての素線は同じ材料からなる。導体を構成する素線の直径は、０．４５ｍｍとした。
ボルト及びナットの材料を、サンプル３，４ではそれぞれ純アルミニウム、サンプル５，６ではそれぞれステンレス、サンプル７，８ではそれぞれ鉄、サンプル９，１０ではそれぞれ純チタンとした。
サンプル３～１０を用意した後、サンプル３～１０の両端にそれぞれＭ１２のボルトを、上述の範囲内である４５Ｎ・ｍの締め付けトルクで締結した。その後、両端のボルトを外してから、ヒートサイクル試験の実施前における導体３と端子５との間の電気抵抗比Ｒ１を測定した（図５参照）。抵抗比Ｒ１の測定は、以下に説明する４端子法により行った（図６参照）。
４端子法では、例えば、最初に、サンプル３～１０の全体に、それぞれ定電流１Ａを供給し、点Ｐと点Ｑとの間の電気抵抗値Ｒ０を測定する。ここで、点Ｐは、図面左側の端子の筒状部の一端であって、挿入された導体の先端部に対応する部位である。点Ｑは、導体のうち、図面右側の端子の筒状部の一端であって、挿入された導体３の先端部に対応する部位である。点Ｓ１は、図面左側の端子の筒状部の他端であって、導体が挿入される入り口部分の部位である。点Ｓ２は、図面右側の端子の筒状部の他端であって、導体が挿入される入り口部分の部位である。電気抵抗比Ｒ１は、点Ｐと点Ｓ１との距離をＬ１、点Ｑと点Ｓ２との距離をＬ２、点Ｓ１と点Ｓ２との距離をＬ３とし、導体３の単位長さ当たりの電気抵抗値をαとした場合に、（Ｒ０－Ｌ３×α）／｛（Ｌ１＋Ｌ２）×α｝の式で算出される。ここで、電気抵抗値αは、長尺で測定した導体全長の導体抵抗測定値を導体の長さで除算して算出されたものである。
電気抵抗比Ｒ１の測定後、再度、サンプル３～１０の両端にそれぞれボルトを上述の範囲内の締め付けトルクで締結した（図５参照）。ボルトを締結したままの状態で、サンプル３～１０を高温槽と低温槽とに交互に配置するヒートサイクル試験を行った。具体的には、サンプル３～１０を１３０℃の恒温槽内に配置して１時間維持し、その後０℃の恒温槽に移して１時間維持するサイクルを１サイクルとし、これを５０サイクル繰り返した。
その後、サンプル３～１０を室温まで降温させ、両端のボルトを外してから、ヒートサイクル試験の実施後における導体３と端子５との間の電気抵抗比Ｒ２を測定した（図５参照）。抵抗比Ｒ２の測定は、抵抗比Ｒ１の値を測定するときと同様の上記の４端子法により行った（図６参照）。
その後、サンプル３～１０について、それぞれ（Ｒ２／Ｒ１）×１００を計算し、小数点第１位を四捨五入して、抵抗比増加率（％）を算出した。これらの結果を図７に示す。
サンプル３，４では、抵抗比増加率（％）を１１８以下に抑えられることが確認された。サンプル５，６では、抵抗比増加率（％）を１１３以下に抑えられることが確認された。サンプル７，８では、抵抗比増加率（％）を１０４以下に抑えられることが確認された。サンプル９，１０では、抵抗比増加率（％）を１０２以下に抑えられることが確認された。
ボルトの材料の線膨張係数を、端子の材料（純アルミニウム）の線膨張係数よりも小さくすると、抵抗比増加率を１１７未満に抑えられることが確認された。また、ボルトの材料の線膨張係数を小さくするほど、抵抗比の増加を低く抑えられることが確認された。
上記した結果は、ボルトの材料の線膨張係数を小さくするほど、ヒートサイクル試験における端子へのストレスを小さくすることができること等にその原因があるものと本発明者は推察した。本発明者は、この推察もとに、ヒートサイクル試験後のサンプルを観察した。
サンプル３～１０のすべてにおいて、ヒートサイクル試験の実施前後における外観上の変化は確認できなかった。しかしながら、ヒートサイクル試験の実施後における以下の点においては、サンプルによって、すなわち、ボルトの材料の線膨張係数によって異なる結果を示すことが確認された。
サンプル３，４では、合計６個のボルト（１サンプル当たり２個のボルト×３サンプル＝６個のボルト）のうち、複数のボルトにかじりが生じ、はずれなくなった。また、合計６組の接続部と相手側端子の接続部とのペア（以下、単に「接続部のペア」と称する）のうち、全ての接続部のペアが密着したままはずれなくなった。
サンプル５，６では、合計６個のボルトのうち、複数のボルトにかじりが生じ、はずれなくなった。また、合計６組の接続部のペアのうち、３組の接続部のペアが密着したままはずれなくなった。
サンプル７，８では、合計６個のボルトのうち、かじりが生じてはずれなくなったボルトは確認されなかった。また、合計６組の接続部のペアのうち、密着したままはずれなくなった接続部のペアは確認されなかった。また、サンプル９，１０でも、サンプル７，８と同様の結果が確認された。
以上のように、ボルトの材料の線膨張係数を小さくするほど、ヒートサイクル試験において端子が塑性変形しにくくなることが確認された。この結果から、ボルトの材料の線膨張係数を小さくするほど、ヒートサイクル試験における端子へのストレスを小さくすることができることが裏付けられた。また、図７に示す、ボルトの材料の線膨張係数を小さくするほど、抵抗比の増加を低く抑えられたことの理由について、出願人は以下のように考えた。すなわち、ボルトの材料の線膨張係数を小さくするほど、端子が塑性変形しにくくなることにより、導体と端子との間の圧縮応力を緩和しにくくすることができたことが理由の一つであると出願人は考えた。
なお、上述の効果は、端子の寸法や材料を上述の実施形態に記載した種々の内容から任意の組み合わせで選択した場合においても、同様に確認できた。
＜３．本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本発明の一態様によれば、
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウムを含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウムを含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
前記ボルトの材料の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数よりも小さくなっている、
接続構造が提供される。
本発明の一態様によれば、
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウムを含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウムを含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
前記ボルトの材料の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数よりも小さくなっている、
接続構造が提供される。
（付記２）
好ましくは、
前記ボルトの材料の線膨張係数は、前記端子の材料の線膨張係数の０．８倍以下である、
付記１に記載の接続構造が提供される。
好ましくは、
前記ボルトの材料の線膨張係数は、前記端子の材料の線膨張係数の０．８倍以下である、
付記１に記載の接続構造が提供される。
（付記３）
好ましくは、
前記ボルトの材料の線膨張係数は、前記端子の材料の線膨張係数の０．６倍以下である、
付記１または付記２に記載の接続構造が提供される。
好ましくは、
前記ボルトの材料の線膨張係数は、前記端子の材料の線膨張係数の０．６倍以下である、
付記１または付記２に記載の接続構造が提供される。
（付記４）
好ましくは、
前記ボルトの材料の線膨張係数は、前記端子の材料の線膨張係数の０．４倍以下である、
付記１から付記３のいずれか１つに記載の接続構造が提供される。
好ましくは、
前記ボルトの材料の線膨張係数は、前記端子の材料の線膨張係数の０．４倍以下である、
付記１から付記３のいずれか１つに記載の接続構造が提供される。
（付記５）
本発明の他の一態様によれば、
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウム材料を含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウム材料を含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
これら２つの接続部を互いに圧接させた状態で、前記接続構造に対し、１３０℃での１時間の維持と０℃での１時間の維持とを交互に５０回行うヒートサイクル試験の実施前における前記導体と前記端子との間の電気抵抗比をＲ１とし、前記ヒートサイクル試験の実施後における前記電気抵抗比をＲ２とした場合に、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率が１１７未満である、
接続構造が提供される。
本発明の他の一態様によれば、
相手側端子と接続される接続構造であって、
アルミニウム材料を含む材料で構成される導体と、
前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウム材料を含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
これら２つの接続部を互いに圧接させた状態で、前記接続構造に対し、１３０℃での１時間の維持と０℃での１時間の維持とを交互に５０回行うヒートサイクル試験の実施前における前記導体と前記端子との間の電気抵抗比をＲ１とし、前記ヒートサイクル試験の実施後における前記電気抵抗比をＲ２とした場合に、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率が１１７未満である、
接続構造が提供される。
（付記６）
好ましくは、
前記抵抗比増加率が１１３以下である、
付記５に記載の接続構造が提供される。
好ましくは、
前記抵抗比増加率が１１３以下である、
付記５に記載の接続構造が提供される。
（付記７）
好ましくは、
前記抵抗比増加率が１０４以下である、
付記５または付記６に記載の接続構造が提供される。
好ましくは、
前記抵抗比増加率が１０４以下である、
付記５または付記６に記載の接続構造が提供される。
（付記８）
好ましくは、
前記抵抗比増加率が１０２以下である、
付記５から付記７のいずれか１つに記載の接続構造が提供される。
好ましくは、
前記抵抗比増加率が１０２以下である、
付記５から付記７のいずれか１つに記載の接続構造が提供される。
１…接続構造、２…電線、３…導体、４…絶縁層、５…端子、６…筒状部、７…中空部、８…接続部、９…貫通孔、１０…相手側端子、１１…相手側端子の接続部、１２…相手側端子の貫通孔、１５…ボルト、２０…ナット、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…圧縮部位
Claims (9)
- 相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造であって、
前記端子付き電線は、電線の端部で露出し、かつ、アルミニウムを含む材料で構成される導体と、前記導体の端部が挿入される中空部を有し、前記中空部内に前記導体が挿入された状態で前記中空部が圧縮されることにより、前記導体に接続されるアルミニウムを含む材料で構成される端子と、を備え、
前記端子は、前記中空部が設けられた一端側とは異なる他端側に、板状であって貫通孔が形成された接続部を有し、
前記貫通孔と前記相手側端子の接続部に形成された貫通孔とを揃えた状態で、これら２つの貫通孔内にボルトを挿入し、前記ボルトにナットを螺合させることにより、前記端子の接続部と前記相手側端子の接続部とが互いに圧接するよう構成され、
前記ボルトの材料（ただし、不錆鋼は除く。）の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数よりも小さくなっている、
相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記ボルトの材料の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数の０．８倍以下である、
請求項１に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記ボルトの材料の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数の０．６倍以下である、
請求項１または請求項２に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記ボルトの材料の線膨張係数が、前記端子の材料の線膨張係数の０．４倍以下である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記２つの接続部を互いに圧接させた状態で、前記接続構造に対し、１３０℃での１時間の維持と０℃での１時間の維持とを交互に５０回行うヒートサイクル試験の実施前における前記導体と前記端子との間の電気抵抗比をＲ１とし、前記ヒートサイクル試験の実施後における前記電気抵抗比をＲ２とした場合に、（Ｒ２／Ｒ１）×１００で算出される抵抗比増加率が１１７未満である、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記抵抗比増加率（％）が１１３以下である、
請求項５に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記抵抗比増加率（％）が１０４以下である、
請求項５または請求項６に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記抵抗比増加率（％）が１０２以下である、
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。 - 前記ボルトの材料が、鉄または純チタンである、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の相手側端子と接続される端子付き電線の接続構造。
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| JP2013222569A (ja) | 端子金具、端子金具付き電線及び端子金具付き電線の製造方法 |
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