JP7044958B2 - 電線の接続構造、および、電線の接続方法 - Google Patents

Description

本明細書によって開示される技術は、電線の接続構造、および、電線の接続方法に関する。

複数の電線の芯線同士が接合された電線の接続構造が知られている。芯線の接合方法としては、例えば、複数の電線の芯線を束ねてねじり合わせ、超音波溶接によって接合する方法がある（特許文献１参照）。

特開２００５－３２２５４４号公報

上記のような接合方法では、芯線の材質が異なる２種類の電線を接合する場合に、接合強度が十分でなく、接合部分が剥離してしまうなどの問題が生じることがあり、改善が求められていた。

本明細書によって開示される電線の接続構造は、第１芯線を備える第１電線と、前記第１芯線とは異なる材料により構成され、前記第１芯線よりも低い導体強度を有する第２芯線を備える第２電線と、前記第１芯線と同種の材料により構成されたかさ増し部と、前記第１芯線と前記第２芯線と前記かさ増し部とが溶接された接合部とを備え、前記接合部が、前記第１芯線と前記かさ増し部とで構成された第１層と、前記第２芯線により構成され、前記第１層に重なって配置された第２層とを備える。

また、本明細書によって開示される電線の接続方法は、第１芯線を備える第１電線と、前記第１芯線とは異なる材料により構成され、前記第１芯線よりも低い導体強度を有する第２芯線を備える第２電線とを接続する方法であって、前記第１芯線と、前記第１芯線と同種の材料により構成されたかさ増し部とを超音波溶接によって接合して第１層を形成する第１溶接工程と、前記第１層に前記第２芯線を重ねて超音波溶接によって接合して第２層を形成する第２溶接工程とを含む。

上記の構成によれば、第１層がかさ増し部によってかさ増しされているので、溶接の際に、第１層をある程度の幅と厚みを有する均一な層とすることができ、この第１層に重ねられる第２層も均一な層とすることができる。これにより、溶接強度のばらつきを抑制でき、充分な接合強度を確保できる。

上記の構成において、前記かさ増し部が、折り返されて多重とされた前記第１芯線の一部により構成されていても構わない。あるいは、かさ増し部が、前記第１芯線とは別体のかさ増し部材であっても構わない。

本明細書によって開示される電線の接続構造、および、電線の接続方法によれば、芯線の材質が異なる複数の電線を接合する場合に、充分な接合強度を確保できる。

実施形態１のハーネスの側面図 図１のＡ－Ａ断面図 実施形態１において、銅芯線を折り返してアンビル上にセットする様子を示す側面図 実施形態１において、銅芯線を超音波溶接して第１層を形成する様子を示す側面図 図４のＢ－Ｂ線断面図 実施形態１において、第１層の上にアルミニウム芯線を重ねる様子を示す側面図 実施形態１において、アルミニウム芯線を超音波溶接して第２層を形成する様子を示す側面図 図７のＣ－Ｃ線断面図 実施形態２において、銅芯線とダミー芯線とをアンビル上にセットする様子を示す側面図 実施形態２において、銅芯線とダミー芯線とを超音波溶接して第１層を形成する様子を示す側面図 実施形態２において、第１層の上にアルミニウム芯線を重ねる様子を示す側面図 実施形態２において、アルミニウム芯線を超音波溶接して第２層を形成する様子を示す側面図 従来例において、銅芯線を超音波溶接して第１層を形成する様子を示す側面図 図１３のＤ－Ｄ線断面図 従来例において、第１層の上にアルミニウム芯線を重ねて超音波溶接して第２層を形成する様子を、図１３のＤ－Ｄ線と同一位置で切断して示す断面図

＜実施形態１＞
実施形態１を、図１～図８を参照しつつ説明する。本実施形態の電線の接続構造は、複数の銅電線１０Ａ（第１電線に該当）およびアルミニウム電線１０Ｂ（第２電線に該当）が接続されたハーネス１の一部である。

銅電線１０Ａは、図１に示すように、銅製の素線の複数本を撚り合わせた撚り線によって構成された銅芯線１１Ａ（第１芯線に該当）と、この銅芯線１１Ａを被覆する合成樹脂製の第１絶縁被覆１２Ａとを備えている。銅芯線１１Ａは、銅電線１０Ａの端末部において、第１絶縁被覆１２Ａから露出された部分を有している。

アルミニウム電線１０Ｂは、図１に示すように、アルミニウム製の素線の複数本を撚り合わせた撚り線によって構成されたアルミニウム芯線１１Ｂ（第２芯線に該当）と、このアルミニウム芯線１１Ｂを被覆する合成樹脂製の第２絶縁被覆１２Ｂとを備えている。アルミニウム芯線１１Ｂは、アルミニウム電線１０Ｂの端末部において、第２絶縁被覆１２Ｂから露出された部分を有している。

アルミニウム芯線１１Ｂは、銅芯線１１Ａよりも、導体強度が低い。
ここで、「導体強度」とは、芯線の引張強さのことをいう。より具体的には、芯線を「ＪＩＳ Ｚ ２２４１」に準じて引張試験に供し、破断に至るまでに到達した最大荷重を負荷前の芯線断面積で除した値のことをいう。

複数の銅芯線１１Ａおよびアルミニウム芯線１１Ｂは、互いに接合され、接合部２０を構成している。

接合部２０は、図１に示すように、第１層２１、および第１層２１に重なった第２層２２の２層を備えている。第１層２１は、複数の銅芯線１１Ａにより構成される層であり、第２層２２は、複数のアルミニウム芯線１１Ｂにより構成される層である。図１における上下方向（積層方向の一例）について、最下層（一方の最外層の一例）は第１層２１のみで形成されており、最上層（他方の最外層の一例）は第２層２２のみで形成されている。

複数の銅芯線１１Ａの露出部分は、束ねられた状態で、２回折り返され、Ｓ字状に折り重ねられた状態で接合されている。銅芯線１１Ａの２か所の折り返し部分は、それぞれ、第１層２１の両端から僅かにはみ出したＵ字状のループ部１１ＡＲ１、１１ＡＲ２となっている。

上記の構成のハーネス１を製造する方法の一例を以下に示す。

まず、複数の銅電線１０Ａのそれぞれの端末部において、第１絶縁被覆１２Ａを皮剥きして銅芯線１１Ａを露出させる。複数のアルミニウム電線１０Ｂのそれぞれについても同様に、端末部において、第２絶縁被覆１２Ｂを皮剥きしてアルミニウム芯線１１Ｂを露出させる。銅電線１０Ａの皮剥き長さは、アルミニウム電線１０Ｂの約３倍とする。

次に、銅芯線１１Ａおよびアルミニウム芯線１１Ｂの露出部分を、超音波溶接装置３０を用いて接合する。超音波溶接装置３０は、アンビル３１と、溶接ホーン３２とを備える周知の構成の装置である。

まず、第１層２１を形成する（第１溶接工程）。複数の銅芯線１１Ａの露出部分を１つに束ねる。次いで、銅芯線１１Ａの束を、図３に示すように、２か所の折り返し位置（ループ部１１ＡＲ１、１１ＡＲ２）で折り返して三重に折り重ね、アンビル３１上に載置する。銅芯線１１Ａにおいて、一方（図３の左側）のループ部１１ＡＲ１よりも先端側の部分が、かさ増し部１１ＡＥとなっている。

次に、溶接ホーン３２を下降させて、銅芯線１１Ａを押さえつつ、銅電線１０Ａの軸線方向に沿った超音波振動を加える。溶接条件は、銅芯線１１Ａに適合する条件とする。これにより、図４に示すように、複数の銅芯線１１Ａが溶接されて、第１層２１が形成される。

次に、第２層２２を形成する（第２溶接工程）。溶接ホーン３２を上昇させ、形成された第１層２１の上に、図６に示すように、複数のアルミニウム芯線１１Ｂの束を重ねる。次いで、溶接ホーン３２を下降させて、アルミニウム芯線１１Ｂを第１層２１に向かって押圧しつつ、アルミニウム電線１０Ｂの軸線方向に沿った超音波振動を加える。溶接条件は、アルミニウム芯線１１Ｂに適合する条件とする。これにより、図７に示すように、第１層２１の上にアルミニウム芯線１１Ｂが溶接されて、第２層２２が形成される。
このようにして、ハーネス１が完成する。

ここで、溶接される銅芯線１１Ａが相対的に少ない場合には、図１４に示すように、第１溶接工程において形成される第１層７１が、アンビル３１の幅いっぱいに広がらないことがある。このような場合には、第２溶接工程において、図１５に示すように、第２層７２の一部が第１層７１の側方にはみ出してしまう。第２層７２のうち第１層７１の側方にはみ出す部分（図１５の左端部）は、溶接ホーン３２により加えられる荷重が小さくなるため、溶接不足となり、第１層７１の上に載っている部分は、加えられる荷重が大きくなるため、過溶接となってしまう。このように、第１層７１と第２層７２との界面での溶接強度がばらつくこととなり、溶接強度が不安定となってしまうおそれがある。

これに対し、本実施形態のハーネス１の製造方法では、銅芯線１１Ａは三重に折り重ねられており、折り重ねられていない場合と比較して溶接部分がかさ増しされている。このため、図５に示すように、第１溶接工程において形成される第１層２１が、アンビル３１および溶接ホーン３２の幅いっぱいに広がり、ある程度の幅と厚みを有する均一な層となる。これにより、続く第２溶接工程において第１層２１に重ねられる第２層２２が、第１層２１の側方にはみ出してしまうことを避け、第２層２２を均一な層とすることができる。これにより、溶接強度のばらつきを抑制できる。

以上のように本実施形態によれば、ハーネス１は、銅電線１０Ａと、アルミニウム電線１０Ｂとを備える。銅電線１０Ａは、銅芯線１１Ａを備える。アルミニウム電線１０Ｂは、銅芯線１１Ａとは異なる材料により構成され、銅芯線１１Ａよりも低い導体強度を有するアルミニウム芯線１１Ｂを備える。銅芯線１１Ａは、折り返されて多重とされており、一部がかさ増し部１１ＡＥとなっている。ハーネス１は、かさ増し部１１ＡＥを含む銅芯線１１Ａとアルミニウム芯線１１Ｂとが溶接された接合部２０を備えている。接合部２０は、かさ増し部１１ＡＥを含む銅芯線１１Ａで構成された第１層２１と、アルミニウム芯線１１Ｂにより構成され、第１層２１に重なって配置された第２層２２とを備える。

また、本実施形態のハーネス１の製造方法は、銅芯線１１Ａを備える銅電線１０Ａと、銅芯線１１Ａとは異なる材料により構成され、銅芯線１１Ａよりも低い導体強度を有するアルミニウム芯線１１Ｂを備えるアルミニウム電線１０Ｂとを接続する方法であって、第１溶接工程と、第２溶接工程とを含む。第１溶接工程は、銅芯線１１Ａを折り返して多重とすることで、折り返し位置（ループ部１１ＡＲ１）よりも先端側の部分をかさ増し部１１ＡＥとし、このかさ増し部１１ＡＥを含む銅芯線１１Ａを超音波溶接によって接合して第１層２１を形成する工程である。第２溶接工程は、第１層２１にアルミニウム芯線１１Ｂを重ねて超音波溶接によって接合して第２層２２を形成する工程である。

上記の構成によれば、第１層２１がかさ増し部１１ＡＥによってかさ増しされているので、溶接の際に、第１層２１をある程度の幅と厚みを有する均一な層とすることができ、この第１層２１に重ねられる第２層２２も均一な層とすることができる。これにより、溶接強度のばらつきを抑制でき、充分な接合強度を確保できる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図９～図１２を参照しつつ説明する。本実施形態のハーネス４０は、複数の銅電線５０Ａ（第１電線に該当）と、複数のアルミニウム電線１０Ｂと、ダミー芯線５３（かさ増し部、かさ増し部材に該当）とを備えている。

銅電線５０Ａは、実施形態１の銅電線１０Ａと同様に、銅芯線５１Ａ（第１芯線に該当）と、第１絶縁被覆５２Ａとを備える（図１２参照）。銅芯線５１Ａは、第１絶縁被覆５２Ａから露出された部分を有している。

ダミー芯線５３は、銅芯線５１Ａと同一の材料である銅により構成された素線の複数本を撚り合わせた撚り線によって構成されており、銅芯線５１Ａの露出部分とほぼ等しい長さを有している（図９参照）。

銅芯線５１Ａと、アルミニウム芯線１１Ｂと、ダミー芯線５３とは、超音波溶接によって溶接され、接合部６０を構成している。

接合部６０は、図１２に示すように、第１層６１、および第１層６１に重なった第２層２２の２層を備えている。第１層６１は、複数の銅芯線５１Ａとダミー芯線５３とにより構成される層であり、第２層２２は、複数のアルミニウム芯線１１Ｂにより構成される層である。ダミー芯線５３の末端は、第１層２１から僅かにはみ出し、銅電線５０Ａにもアルミニウム電線１０Ｂにも接続していない断線部５３Ｅとなっている。

上記の構成のハーネス４０を製造する方法の一例を以下に示す。

まず、第１層６１を形成する（第１溶接工程）。図９に示すように、複数の銅芯線５１Ａの露出部分とダミー芯線５３とを１つに束ね、超音波溶接装置３０のアンビル３１上に載置する。次いで、溶接ホーン３２を下降させて、銅芯線５１Ａとダミー芯線５３とを押さえつつ、銅電線５０Ａの軸線方向に沿った超音波振動を加える。溶接条件は、銅芯線５１Ａに適合する条件とする。これにより、図１０に示すように、銅芯線５１Ａとダミー芯線５３とが溶接されて、第１層６１が形成される。

次に、第２層２２を形成する（第２溶接工程）。溶接ホーン３２を上昇させ、第１層６１の上に、図１１に示すように、複数のアルミニウム芯線１１Ｂの露出部分の束を重ねる。次いで、溶接ホーン３２を下降させて、第１層６１とアルミニウム芯線１１Ｂとを押さえつつ、アルミニウム電線１０Ｂの軸線方向に沿った超音波振動を加える。溶接条件は、アルミニウム芯線１１Ｂに適合する条件とする。これにより、図１２に示すように、第１層６１の上にアルミニウム芯線１１Ｂが溶接されて、第２層２２が形成される。
このようにして、ハーネス４０が完成する。

第１溶接工程において、ダミー芯線５３によって溶接部分がかさ増しされているので、実施形態１と同様に、溶接により形成される第１層６１がアンビル３１および溶接ホーン３２の幅いっぱいに広がり、均一な層となる。これにより、続く第２溶接工程において第１層６１に重ねられる第２層２２が、第１層６１の側方にはみ出してしまうことを避け、第２層２２を均一な層とすることができる。これにより、溶接強度のばらつきを抑制できる。

以上のように本実施形態によっても、実施形態１と同様の作用効果が奏される。

＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態１では、銅芯線１１Ａが、２か所で折り返されて三重に折り重ねられていたが、第１芯線は、１回折り返されて二重に折り重ねられていてもよく、３回以上折り返されて四重以上に折り重ねられていても構わない。

（２）上記実施形態２では、ダミー芯線５３は多重とされていなかったが、かさ増し部材が折り返されて多重とされていても構わない。

（３）上記実施形態２では、かさ増し部材はダミー芯線５３であったが、かさ増し部材の種類は上記実施形態の限りではなく、例えば、第１芯線と同種の材料により構成された棒状または板状の部材であっても構わない。

１、４０…ハーネス（電線の接続構造）
１０Ａ、５０Ａ…銅電線（第１電線）
１０Ｂ…アルミニウム電線（第２電線）
１１Ａ、５１Ａ…銅芯線（第１芯線）
１１ＡＥ…かさ増し部
１１Ｂ…アルミニウム芯線（第２芯線）
２０、６０…接合部
２１、６１…第１層
２２…第２層
５３…ダミー芯線（かさ増し部、かさ増し部材）

Claims (5)

1. 第１芯線を備える第１電線と、
   前記第１芯線とは異なる材料により構成され、前記第１芯線よりも低い導体強度を有する第２芯線を備える第２電線と、
   前記第１芯線と同種の材料により構成されたかさ増し部と、
   前記第１芯線と前記第２芯線と前記かさ増し部とが溶接された接合部とを備え、
   前記接合部が、前記第１芯線と前記かさ増し部とで構成された第１層と、前記第２芯線により構成され、前記第１層に重なって配置された第２層とを備え、
   前記第１芯線と前記かさ増し部とで１つの層である前記第１層が構成されており、
   前記第１芯線が前記第２芯線よりも相対的に少ない、電線の接続構造。
2. 前記第１層と前記第２層の積層方向について、一方の最外層は前記第１層のみで形成され、他方の最外層は前記第２層のみで形成されている、請求項１に記載の電線の接続構造。
3. 前記かさ増し部が、折り返されて多重とされた前記第１芯線の一部により構成されている、請求項１または請求項２に記載の電線の接続構造。
4. 前記かさ増し部が、前記第１芯線とは別体のかさ増し部材である、請求項１または請求項２に記載の電線の接続構造。
5. 第１芯線を備える第１電線と、
   前記第１芯線とは異なる材料により構成され、前記第１芯線よりも低い導体強度を有する第２芯線を備える第２電線とを接続する方法であって、
   前記第１芯線と、前記第１芯線と同種の材料により構成されたかさ増し部とを超音波溶接によって接合して第１層を形成する第１溶接工程と、
   前記第１層に前記第２芯線を重ねて超音波溶接によって接合して第２層を形成する第２溶接工程とを含む、電線の接続方法。

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