(57)【要約】【課題】超音波力を小さくすることなく、アルミ素線の薄肉化や切れ等のダメージを低減して、アルミ電線と銅電線を高い固着力で接続する。【解決手段】複数のアルミ素線７ａを撚ったアルミ導体７を被覆してなる被覆アルミ電線５と、複数の銅素線３ａを撚った銅導体３を被覆してなる被覆銅電線１とを接続するアルミ電線と銅電線の接続方法であって、被覆銅電線１の銅導体３の間に被覆アルミ電線５のアルミ導体７を挿入した後、銅素線３ａを介在させ超音波溶接機の溶接ホーンにて銅素線３ａとアルミ素線７ａを超音波溶接する。被覆銅電線１の銅導体３中には、被覆アルミ電線５のアルミ導体７が包囲されて挿入されることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ導体を被覆してなる被覆アルミ電線と、複数の銅導体を被覆してなる被覆銅電線とを接続するアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体の間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体を挿入した後、
前記銅導体を介在させ超音波溶接機の溶接ホーンにて前記銅導体と前記アルミ導体を超音波溶接することを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
【請求項２】
請求項１記載のアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体中に、前記被覆アルミ電線のアルミ導体が包囲されて挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
【請求項３】
請求項１記載のアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体が軸線を挟み二分割され、
該二分割された銅導体間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体が挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
【請求項４】
アルミ導体を被覆してなる被覆アルミ電線と、複数の銅導体を被覆してなる被覆銅電線とを接続したアルミ電線と銅電線の接続体であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体間に挿入された前記被覆アルミ電線のアルミ導体が、外側に配置された前記銅導体を介し超音波溶接されたことを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆銅電線と、この被覆銅電線に比べて引っ張り強度の低い被覆アルミ電線とを超音波溶接するアルミ電線と銅電線の接続方法及びその接続体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の自動車や、特に近年普及の傾向にある電気自動車や燃料電池自動車等においては、車載されるバッテリーや燃料電池などの自体が重いことから、可能な限り車輌の軽量化が望まれている。このような軽量化の一環から、密度が銅に比較して３分の１（２．７０／８．９６）程度であるアルミニウムをアルミ素線に用いた被覆アルミ電線が注目されている。
【０００３】
車両搭載電装品には一般に銅素線を電線導体とした被覆銅電線が用いられることから、被覆アルミ電線を用いた場合には被覆銅電線との接続が必要となる。被覆銅電線と被覆アルミ電線の接続には、例えば特許文献１に示すように、銅からなる円筒状の接続スリーブの一端から銅素線からなる電線導体を挿入するとともに、他端からアルミ素線からなる電線導体を挿入し、これら両端の導体挿通部分で圧着する。被覆アルミ電線の電線導体は、やわらかいことから圧着のみでは十分な接続ができず、そのため被覆アルミ電線の接続スリーブに対する圧着を半圧着とするとともに、その接続部分をアルミニウム半田する。
【０００４】
ところが、このような接続構成とすると、接続スリーブを使用する関係上、その接続個所が太くなるし、また圧着、半圧着に加えてアルミニウム半田の作業が必要となり、接続工数が多くなるといった欠点がある。そこで、被覆アルミ電線と被覆銅電線の電線導体同士を直接超音波溶接する接続方法が試みられている。このアルミ電線と銅電線の接続方法は、図６に示すように、超音波溶接機の溶接ホーン５０１を、重ねた電線導体５０３，５０５の一方側から押圧し、溶接ホーン５０１にて振動を与えることで、原子拡散を誘起させ、相互金属を原子結合させることにより接合する。図中、５０７は被覆、５０９は電線固定治具を示す。
【特許文献１】特開２０００−２０８２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アルミ電線と銅電線を超音波溶接する際、例えば被覆アルミ電線５１１の電線導体５０５が溶接ホーン５０１側に配置されると、図７に示すように、被覆アルミ電線５１１における電線導体５０５のアルミ素線５０５ａに、応力集中による金属疲労や「削れ」により、薄肉化５１３や切れ５１５等のダメージを発生させる問題があった。これに対し、超音波力を小さくすれば、被覆銅電線の電線導体５０３に十分な固着力が得られなくなった。また、引っ張り強度が低く、やわらかいアルミ素線５０５ａが外側に配置され、破損し易い接続部となった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、超音波力を小さくすることなく、アルミ導体の薄肉化や切れ等のダメージを低減して、アルミ電線と銅電線を高い固着力で接続できるアルミ電線と銅電線の接続方法及びその接続体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  アルミ導体を被覆してなる被覆アルミ電線と、複数の銅導体を被覆してなる被覆銅電線とを接続するアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体の間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体を挿入した後、
前記銅導体を介在させ超音波溶接機の溶接ホーンにて前記銅導体と前記アルミ導体を超音波溶接することを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
【０００７】
このアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、アルミ導体が溶接ホーンに直接触れず、溶接ホーンと接触する引っ張り強度の高い銅導体が主に振動して、アルミ導体との接合面が超音波溶接される。
【０００８】
（２）  （１）のアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体中に、前記被覆アルミ電線のアルミ導体が包囲されて挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
【０００９】
このアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆アルミ電線のアルミ導体の接続部における外周の全周が、被覆銅電線の銅導体に覆われ、外部に露出しなくなる。また、被覆銅電線の銅導体における円周方向の任意の方向での超音波溶接が可能となる。
【００１０】
（３）  （１）のアルミ電線と銅電線の接続方法であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体が軸線を挟み二分割され、
該二分割された銅導体間に前記被覆アルミ電線のアルミ導体が挿入されることを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続方法。
【００１１】
このアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆銅電線の銅導体が、軸線を通る直径方向の分離面によって二分割できるので、アルミ導体を挿入するための銅導体の挿入空間の形成が容易に行える。
【００１２】
（４）  アルミ導体を被覆してなる被覆アルミ電線と、複数の銅導体を被覆してなる被覆銅電線とを接続したアルミ電線と銅電線の接続体であって、
前記被覆銅電線の複数の銅導体間に挿入された前記被覆アルミ電線のアルミ導体が、外側に配置された前記銅導体を介し超音波溶接されたことを特徴とするアルミ電線と銅電線の接続体。
【００１３】
このアルミ電線と銅電線の接続体によれば、被覆銅電線の銅導体に、被覆アルミ電線のアルミ導体が挿入され、アルミ導体が内側に配置されて、引っ張り強度の高い銅導体に覆われる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆銅電線の銅導体の間に被覆アルミ電線のアルミ導体を挿入した後、銅導体を介在させ超音波溶接機の溶接ホーンにて銅導体とアルミ導体を超音波溶接するので、アルミ導体が溶接ホーンに直接触れず、溶接ホーンと接触する引っ張り強度の高い銅導体を主に振動させて、アルミ導体との接合面を超音波溶接できる。この結果、超音波力を小さくすることなく、アルミ導体の薄肉化や切れ等のダメージを低減して、アルミ電線と銅電線を高い固着力で接続できる。
【００１５】
本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続体によれば、被覆銅電線の銅導体間に挿入された被覆アルミ電線のアルミ導体が、外側に配置された銅導体を介し超音波溶接されたので、アルミ導体が引っ張り強度の高い銅導体に覆われ、破損し難い接続部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続方法及びその接続体の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続体の斜視図、図２はアルミ電線と銅電線の接続体の変形例に係る斜視図、図３は２本の銅電線にアルミ電線が挟まれて接続される変形例に係る側面図である。
本実施の形態によるアルミ電線と銅電線の接続体１００は、被覆銅電線１の複数の銅導体３間に挿入された被覆アルミ電線５のアルミ導体７が、外側に配置された銅素線３ａを介し超音波溶接され、接続部９を形成している。被覆銅電線１の複数の銅導体３に、被覆アルミ電線５のアルミ導体７が挿入され、アルミ素線７ａが内側に配置されて、引っ張り強度の高い銅素線３ａに覆われている。
【００１７】
接続体１００は、被覆銅電線１の銅導体３中に、被覆アルミ電線５のアルミ導体７が包囲されて挿入されることが好ましい。被覆アルミ電線５のアルミ導体７は、例えば、尖頭工具（図示せず）等を銅導体３に軸線Ｇ方向から挿入して形成した挿入空間１１に挿入することができる。アルミ導体７を挿入した被覆銅電線１は、後述の超音波溶接機によって溶接される。
【００１８】
このような、円柱形状の導体３，７同士を同軸に挿入して超音波溶接した接続体１００では、被覆アルミ電線５のアルミ導体７の接続部９における全外周が、被覆銅電線１の銅導体３に覆われ、外部に露出しなくなる。また、被覆銅電線１の銅導体３における円周方向の任意の方向での超音波溶接が可能となる。つまり、被覆銅電線１及び被覆アルミ電線５を軸線Ｇ回りに回転させながらの間欠的な溶接が可能となる。
【００１９】
また、接続体１００の変形例としては、図２に示すように、被覆銅電線１の複数の銅導体３を、軸線Ｇを挟み二分割し、二分割された銅導体１３，１５間に被覆アルミ電線５のアルミ導体７を挿入する接続部９Ａとしてもよい。分割銅導体１３，１５で被覆アルミ電線５のアルミ導体７を挟む接続部９Ａでは、複数の銅素線３ａを束ねてなる被覆銅電線１の銅導体３が、軸線Ｇを通る直径方向の分離面１９によって二分割できるので、アルミ素線７ａを挿入するための銅導体３の挿入空間２１の形成が容易に行える。
【００２０】
さらに、接続体１００の変形例としては、図３に示すように、直線上に一対の被覆銅電線１，１の銅導体３，３を逆方向から重ね、これら銅導体３，３間に、いずれか一方の方向から挿入した被覆アルミ電線５のアルミ導体７を挟み、一方の銅導体３を介して３本の導体３，７，３を超音波溶接する接続部９Ｂであってもよい。図中、３１は溶接ホーン、３３は電線固定治具を示す。
【００２１】
この接続部９Ｂによれば、被覆アルミ電線５のアルミ導体７が、一対の被覆銅電線１，１の銅導体３，３に挟まれ、外部に殆ど露出しなくなる。また、一対の銅導体３，３に挟む作業で、銅導体３の挿入空間２１を特別な工具を用いて形成することなく、被覆アルミ電線５のアルミ導体７を容易に覆うことができる。
【００２２】
次に、アルミ電線と銅電線の接続方法について説明する。
図４は超音波溶接機の溶接ホーンによる溶接状況を表した導体軸線からの正面図、図５は本発明に係る接続方法の溶接ホーン端部における銅素線及びアルミ素線の拡大図である。
被覆銅電線１の銅導体３と被覆アルミ電線５のアルミ導体７とを接続して上記接続部９を形成するには、先ず、被覆銅電線１の銅導体３の間に被覆アルミ電線５のアルミ導体７を挿入する。上述のように、銅導体３の挿入空間１１は、尖頭工具（図示せず）等を軸線Ｇ方向から挿入して形成することができる。
【００２３】
アルミ導体７を内方に挿入した被覆銅電線１の銅導体３を、例えば凹状に形成したアンビル３５に載置する。被覆銅電線１と被覆アルミ電線５は、それぞれの被覆部を電線固定治具３３（図３参照）によって固定する。次いで、下方のアンビル３５に対し超音波溶接機３７の溶接ホーン３１を下降接近させ、銅素線３ａを介在させ溶接ホーン３１にて所定の押圧力で押圧しながら銅素線３ａとアルミ素線７ａを超音波溶接する。
【００２４】
超音波溶接では、溶接ホーン３１にて接合面に圧力を加えながら振動を与える。本実施の形態では導体３，７の軸線Ｇに沿う方向（図４の紙面垂直方向）の振動となる。金属の接合面には垂直方向（図４の上方向）からの押圧力と、接合面に対して平行な方向（図４の紙面垂直方向）の振動が作用する。これら押圧力と振動剪断力により接合面近傍組織に大きな内部ストレスが発生する。この振動剪断力によるストレスは、毎秒数万回のサイクルで反転される。
【００２５】
ストレスが金属の弾性限界を超えると接合面に微視的な破壊（皮膜破壊）が生じ、原子拡散が起こり、接合面に薄い粒状構造の再結晶化が起こる。これにより、導体３，７が溶接される。円柱形状の導体３，７同士を同軸に挿入して超音波溶接する接続体１００では、上記したように、被覆銅電線１及び被覆アルミ電線５を軸線Ｇ回りに回転させながら、円周方向の任意の位置での超音波溶接が可能となる。このようにして、アルミ素線７ａが溶接ホーン３１に直接触れず、溶接ホーン３１と接触する引っ張り強度の高い銅素線３ａが主に振動して、アルミ素線７ａとの接合面が超音波溶接される。
【００２６】
アルミ素線７ａの場合には、銅素線３ａに比べ軟質で引張り強度が低いため、過剰な押圧を行うとアルミ素線７ａが破断するなどの不具合が発生する。本実施の形態によるアルミ電線と銅電線の接続方法では、図５に示すように、銅素線３ａを介してアルミ素線７ａが溶接ホーン３１にて押圧されることで、銅素線３ａに必要な押圧力が印加されても、その押圧力が銅素線３ａの変形により一部吸収され、アルミ素線７ａを保護する。つまり、銅素線３ａがクッションとしての作用を発揮する。これにより、図７に示した、薄肉化５１３や切れ５１５等の発生が防止される。
【００２７】
したがって、本実施の形態によるアルミ電線と銅電線の接続方法によれば、被覆銅電線１の銅導体３の間に被覆アルミ電線５のアルミ導体７を挿入した後、銅素線３ａを介在させ超音波溶接機３７の溶接ホーン３１にて銅素線３ａとアルミ素線７ａを超音波溶接するので、アルミ素線７ａが溶接ホーン３１に直接触れず、溶接ホーン３１と接触する引っ張り強度の高い銅素線３ａを主に振動させて、アルミ素線７ａとの接合面を超音波溶接できる。この結果、超音波力を小さくすることなく、アルミ素線７ａの薄肉化や切れ等のダメージを低減して、アルミ電線と銅電線を高い固着力で接続できる。
【００２８】
また、上記のアルミ電線と銅電線の接続体１００，１００Ａ，１００Ｂによれば、被覆銅電線１の銅導体３間に挿入された被覆アルミ電線５のアルミ導体７が、外側に配置された銅素線３ａを介し超音波溶接されたので、アルミ素線７ａが引っ張り強度の高い銅素線３ａに覆われ、破損し難い接続部９，９Ａ，９Ｂを得ることができる。
【００２９】
なお、上記した実施の形態では、いずれも、被覆銅電線１及び被覆アルミ電線５は、銅導体３及びアルミ導体７が複数の素線を撚った撚り線であるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の銅導体や単数のアルミ導体であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るアルミ電線と銅電線の接続体の斜視図である。
【図２】アルミ電線と銅電線の接続体の変形例に係る斜視図である。
【図３】２本の銅電線にアルミ電線が挟まれて接続される変形例に係る側面図である。
【図４】超音波溶接機の溶接ホーンによる溶接状況を表した導体軸線からの正面図である。
【図５】本発明に係る接続方法の溶接ホーン端部における銅素線及びアルミ素線の拡大図である。
【図６】従来のアルミ電線と銅電線の接続方法を示す説明図である。
【図７】図６に示した溶接ホーン端部におけるアルミ素線の拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  被覆銅電線
３  銅導体
７  アルミ導体
３ａ  銅素線
５  被覆アルミ電線
７ａ  アルミ素線
３１  超音波溶接機の溶接ホーン
１００  アルミ電線と銅電線の接続体
Ｇ  電線導体の軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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