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技術 電気的接触接合及びこの種の接触接合の形成方法

出願人 レオニアクチエンゲゼルシャフト
発明者 ライヒンガー、ゲルハルト
出願日 2005年5月25日 (14年4ヶ月経過) 出願番号 2007-517112
公開日 2008年2月7日 (11年8ヶ月経過) 公開番号 2008-503859
状態 拒絶査定
技術分野 雄雌型接触部材 接触部材の形状・材質及び接続の絶縁 電気接続器の製造又は接続方法(1) はんだ付け、接着又は永久変形による接続
主要キーワード 傾斜切断面 端面キャップ 機械的抵抗力 ネジ締 接触断 アルミニウム導線 接触クランプ 接触接合
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この項目の情報は公開日時点(2008年2月7日)のものです。
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図面 (4)

課題・解決手段

軟質材料より成る導線、特にアルミニウム導線よりも硬質な材料でできた接触素子(18、24)との間に信頼のおける耐久性接触接合を可能にするため、軟質材料と、その上に溶射される材料との間に無圧の電気的接触接合が存在するように、接触範囲(6)内に少なくとも部分的に溶射法により導線(2)の軟質材料に比べて硬質の導電性材料を溶射して被覆する。この接触素子に対する電気的接触は、溶射された材料を介して間接的に行われる。その接触範囲(6)を溶射することにより、信頼のおける電気的接触が低温流れの傾向のある軟質材料の場合にも可能になる。

概要

背景

概要

軟質材料より成る導線、特にアルミニウム導線よりも硬質な材料でできた接触素子(18、24)との間に信頼のおける耐久性接触接合を可能にするため、軟質材料と、その上に溶射される材料との間に無圧の電気的接触接合が存在するように、接触範囲(6)内に少なくとも部分的に溶射法により導線(2)の軟質材料に比べて硬質の導電性材料を溶射して被覆する。この接触素子に対する電気的接触は、溶射された材料を介して間接的に行われる。その接触範囲(6)を溶射することにより、信頼のおける電気的接触が低温流れの傾向のある軟質材料の場合にも可能になる。

目的

本発明は、低温流れを起こし易い軟質材料と、他の接触素子との間に信頼のおける電気的接触接合を可能にすることを課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

軟質材料から成る導線(2)、特に複数の個別導線(4)から成るアルミニウム導線と、接触素子(18、24)との間の電気的接触接合において、導線(2)は接触範囲(6)において、少なくともその部分的に溶射法により導線(2)の軟質材料に比べて硬質導電性材料溶射被覆され、それにより無圧の電気的接合が軟質材料と溶射された材料との間に形成され、その際、接触素子(18、24)への電気的接触が溶射された材料を介して行われることを特徴とする電気的接触接合。

請求項2

導線(2)は接触範囲(6)において、より硬質な材料より成る外被(8A)で完全に広範囲に囲まれることを特徴とする請求項1記載の接触接合

請求項3

外被(8A)がNi−Cr−Ni合金より成ることを特徴とする請求項2記載の接触接合。

請求項4

溶射された材料と接触素子(18)との間に機械的加圧接合又はクランプ接合が形成されていることを特徴とする請求項1〜3の1つに記載の接触接合。

請求項5

導線(2)が、その末端側に、導線断面積(12)に比べて拡大された接触断面積(10)を持つことを特徴とする請求項1〜4の1つに記載の接触接合。

請求項6

導線(2)が、その末端側で斜めに切断されていることを特徴とする請求項5記載の接触接合。

請求項7

導線(2)が、特に自動車用アルミニウム製のバッテリーケーブルであり、接触素子がバッテリークランプ装置(18)であることを特徴とする請求項1〜6の1つに記載の接触接合。

請求項8

軟質材料より成る導線(2)、特にアルミニウム導線と接触素子(18、24)との間に電気的接触接合を形成する方法において、この導線(2)が、接触範囲(6)内で、少なくとも部分的に特に熱溶射法により、軟質材料より成る導線(2)に比べて硬質の導電性材料によりその周囲を溶射被覆され、それにより軟質材料と溶射さる材料との間に無圧の接合が形成され、その際接触素子(18、24)への電気的接触が溶射された材料を介して行われることを特徴とする軟質材料よりなる導線(2)と接触素子(18、24)との間に電気的接触接合を形成する方法。

請求項9

導電性材料が導線(2)内に少なくとも一部溶け込み、場合によっては導線(2)の表面に存在する酸化物層を少なくとも部分的に貫通することを特徴とする請求項8記載の方法。

請求項10

導電性材料の溶射により、導線(2)が溶射被覆され、同時に電気的接触接合がこの導電性材料と接触素子(24)との間に形成されることを特徴とする請求項8又は9記載の方法。

請求項11

第1の段階で導電性材料を導線(2)の接触範囲(6)上に溶射し、第2の段階で接触素子(18)との接触を、特に機械的クランプ接合又は加圧接合により行うことを特徴とする請求項8又は9に記載の方法。

請求項12

特にこの接触範囲(6)を何回も溶射被覆することにより、導電性材料から成る外被(8A)が形成されることを特徴とする請求項11記載の方法。

発明の詳細な説明

0001

本発明は、軟質材料より成る導線、特にアルミニウム導線と、接触素子との電気的接触接合に関する。更に本発明は、この種の接触接合を形成する方法に関する。

0002

例えばアルミニウムマグネシウム又はそれらの合金のような軟質材料と、より硬質な材料とを電気的に接触接合する際に、軟質材料が加圧されて時間の経過と共に、その圧力を回避して電気的接触接合が弱められ、接触問題を起す可能性がある。圧力の作用に負けるこの軟質材料の特徴は、一般にマテリアルフロー又は低温流れコールドフロー)と云われる。

0003

この低温流れによって、軟質材料と硬質材料との間の長期間安定で、信頼のおける接触接合の保証に重大な問題が残る。

0004

本発明は、低温流れを起こし易い軟質材料と、他の接触素子との間に信頼のおける電気的接触接合を可能にすることを課題とする。

0005

この課題は、本発明では、その請求項1の特徴を有する電気的接触接合により解決される。そのため、低温流れの傾向のある軟質材料より成る導線の接触範囲を少なくとも部分的に溶射法により、軟質材料に比べて硬質の導電性材料を溶射して被覆する。この接触素子への電気的接触は、溶射された材料を介して行われる。

0006

導線よりも硬質な材料を導線上に溶射することは、この導線の軟質材料と溶射される硬質材料との間に溶射により緊密で、無圧の接合が形成される決定的な利点を有する。溶射法により溶射された表面に近い範囲の硬い粒子の少なくとも幾つかが、その軟質材料中又は軟質材料上に堆積し、その結果素材同士の永続的な接合が軟質材料と硬質材料との間に形成される。接触素子への電気的接合は、この溶射された硬質材料を介して行われるので、低温流れを生じない、又は低温流れの傾向の極く少ない2つの材料間に硬−硬接合が成立することになる。従ってこの導線の接触素子との電気的接触は溶射された材料を介して単に間接的に行われるに過ぎない。

0007

溶射法としては、特に熱ガス噴射又は有利には火炎噴射のような熱溶射法を提案する。代案として、その材料を例えば所謂低温ガス噴射で施すような冷間法も可能である。その場合、溶射法とは異なり、噴出される粒子は、溶解又は溶接されることはない。軟質材料と噴射される材料との間の目的とする緊密な接合及び良好な接着は、噴射される粒子を、この粒子の熱エネルギー及び/又は運動エネルギーにより軟質材料中に耐久性かつ堅牢に固定するのに重要である。

0008

導線として、特に複数の個別導線又はリッツ線から成るアルミニウム導線を使用すると有利である。この場合、軟質材料とは、特に周期系の第3列元素からなる導電性材料、特にアルミニウム、アルミニウム合金又はマグネシウム合金のことを云う。硬質材料とは周期系の第4列の元素から成る導電性材料、例えば銅、ニッケル、鉄、クロム及びそれらの合金、特にクロム−ニッケル合金のことを云う。

0009

合目的的の一実施形態では、その導線は接触範囲内で、管状に形成された硬質材料でできた外被により充分広範囲に囲まれている。この管は、その場合特に硬質金属管として形成されており、固有の高い剛性と形状安定性を有し、それ故この管は高度の機械的抵抗力を有する。同時にまた、目的に適合させて管は特に優れた電気的及び機械的特性を有するニッケル−クロム−ニッケルの合金で形成されている。

0010

合目的的には、この溶射された材料と接触素子との間の接触接合は、機械的加圧及びクランプ接合を介して行われる。その場合、この接触接合は、特にクランプ接触又はクリンプ接触を介して形成される。この場合、接合が2つの硬質材料間で行われることから、低温流れの危険性は全く又は極く僅かにしか存在せず、従って自ずから(加圧接着される)機械的接合は、永続的な確実な電気的接触化が保証される。特に管状に形成された形状安定で、固有に剛性の外被との併用で確実な接触化が保証される。

0011

合目的的には、この導線の末端側に、導線の断面積に比べて拡大された接触断面を有し、その上には導電性材料が溶射されている。このために導線は、その末端側で斜めに切断されている。それ故この導線の端面側は、導電性材料を溶射されて、特に端面キャップの形を形成している。接触断面積を通常の断面積よりも拡大することにより、電流伝送に可能な限り大きな有効接触面が得られる。

0012

これは、特に直流、或いはまた低周波交流に使用する場合に極めて有利である。なぜならば、それらの場合、所謂、表皮効果が起こらないか又は殆ど起こらず、また電流の伝送は全ての導線の切断面を介して行われるからである。導線の全ての切断面を含まない接触接合は、極めて高い接触抵抗を来たすことになろう。それとは異なり、特に高周波の交流の場合、極く表面に近い外側範囲内のみ、即ちこの導線の「表皮スキン)」において電流の伝送が行われるので、この導線の芯は電流の搬送に寄与しない。この材料を溶射する際に、どうしても軟質材料と溶射された硬質材料との間に確実に100%の面接合が形成されないので、その接触断面積を拡大することにより、実効的な接触面、つまり溶射された材料と軟質材料との間に実際に存在する接触面が高められ、例えば通常の導線断面の100%の値になる。同時にまた、その接触抵抗は最小限に保持される。その際通常の導線断面とは、導線の長手方向に対して垂直な断面により形成される断面のことを云う。

0013

この接触断面を斜めに切断して拡大するには、特に断面積の大きい及び/又は複数のリッツ線より成る導線が特に有利である。

0014

この接触断面積の拡大は、原理上、他の接触形式の場合、例えば導線に圧着される柔軟な導電性材料との接触の場合、或いはろう接による接触の場合に有利である。

0015

合目的的には、この導線は特に自動車用のアルミニウム製のバッテリーケーブルであり、その接触素子はバッテリー端子である。即ち、自動車分野では、その重量を少なくする目的でアルミニウム導線が益々使用されてきている。特に高電流である極めて大きな断面積を有するバッテリーケーブルの場合に、例えば銅を使用すると、極めて高重量であることから、アルミニウムケーブルを使用することによりかなり重量を低減できる。ここに記載した、このようなアルミニウム製のバッテリーケーブルとバッテリー端子との間の電気的接触接合により、アルミニウムケーブルのバッテリーへの安全かつ耐久力のある接合が保証される。

0016

更に、本発明の課題は、その請求項8の特徴を有する方法により解決される。電気的接触接合に関して言及した有利な改善並びに利点は、本方法にも適宜転用可能である。

0017

合目的的にはこの場合、特にこの溶射法では、導電性材料が導線内に少なくとも部分的に溶け込み、場合によっては、その導線の表面に存在する酸化物層を少なくとも部分的に貫通するように、その溶射パラメータが選択され、また調整される。つまり、特にアルミニウム導線を接触させる際に、この導線が通常の端子接合の際に極めて高い接触抵抗を生じることになり兼ねない絶縁性酸化物表皮を持つと云う問題が一般に存在する。この導線内への溶け込み及びそれと関連する軟質材料と硬質材料との間の物質的結合により、アルミニウムの酸化物層は接触抵抗に全く又は殆ど影響を与えない。「物質的結合」とは、この場合、堆積する硬質材料が導線の軟質材料中で、その硬い粒子が軟質材料により部分的に包み込まれることを意味する。

0018

合目的的には、この電気的接触接合を形成するため、導線を導電性材料で溶射して被覆し、また同時にこの電気的接触接合を導電性材料と接触素子との間に形成する。従ってこの電気的接触接合の形成は、一段階の工程で同時に導線も接触素子も、少なくとも部分的に被覆する導電性材料の溶射のみにより行われる。

0019

代替的に、有利な一実施形態では、2段階の処置を設け、その際第1段階でその導線の接触範囲に導電性材料を溶射し、第2段階で接触素子との接触化を、特に機械的クランプ接合又は加圧接合により行う。この場合、合目的的には、何回もその接触範囲を溶射被覆することにより、特に硬質金属管として形成された導電性材料より成る外被を形成する。

0020

本発明の実施例を図面に基づき以下に詳述する。図面は、それぞれ図式的に極めて簡略化して示してある。図中同じ作用をする部分にはそれぞれ同じ符号をつけてある。

0021

図1には、特にアルミニウム導線として形成された導線2の絶縁材を取除いた端部が示されている。この導線2は、特にリッツ線として形成された多数の個別導線4を有する。この導線2は例えば自動車に装備されるバッテリーケーブルである。
導線2は、その末端側で端面キャップの形に形成されたアルミニウムよりも硬い材料より成る外被8Aにより囲まれている。

0022

この外被8Aは、溶射法により、例えば熱ガスの溶射又は所謂火炎溶射により被着される。導線2の軟質材料上により硬質な材料を溶射することにより、この2つの材料間に確実な耐久力のある、特に無圧の接合が形成され、したがって、導線2の材料の低温流れに影響を受ける危険性はない。

0023

外被8Aの材料としては、特にニッケル−クロム−ニッケル合金が選択される。その際この外被8Aは、何回も重ねて溶射することにより、高い壁強度でもって、固有の高度の剛性と、同時にまた形状安定性を有するように形成される。そのため、この外被8Aは曲がらない(堅い)管の形に形成されている。

0024

この導線2は、末端側で、その側の範囲がほぼ楕円形平らな接触断面10となるように斜めに切断されている。これは、丸い導線の場合、その丸い導線断面に比べて拡大された面を有することになる。この接触断面10の拡大により、例えば表皮効果を生じない直流に使用する場合、特に低い接触抵抗が獲得される。

0025

有利にはこの場合、導線の縦軸14とその傾斜16との間の角度αは図1に示されているように最大約60°である。この角度を小さく選択すればするほど、その接触断面積は大きくなる。

0026

図2の実施例には、特に図1に示した導線2が、バッテリー端子18として形成されたクランプ内には挟まれている。このクランプは導線を接触させるための接触素子である。バッテリー端子18は2つのハーフ・クランプ20A、20Bを持ち、その間に外被8Aを有する導線2挿入されている。接触接合を形成するため、この両方のハーフ・クランプ20A、20Bは、詳細には図示されていないねじボルト受容部22内にねじ込まれるボルトにより互いに固定され、それにより導線2はバッテリー端子18内に機械的に締付けられる。この場合電気的接触接合は、個別導線4を十分広範囲に囲んでいる外被8Aを介して間接的に行われる。外被8Aの適切な材料の選択とその壁厚の選択により、バッテリー端子18内で締め付けられる際にも自ら外被8Aを介して接触する個別導線4は概ね加圧を免れる。

0027

それとは異なり、図3の実施例では、電気的接触接合は、個別の導線4をまずシャーレ形に形成された接触素子24上に載せ、それらの上に引続き硬質材料を溶射することにより形成される。その際個別導線4を部分的に囲むカバー8Bが形成され、このカバー8Bの側縁部26と接触素子24の表面とが特に物質結合的な接合状態になる。こうしてそれらの導線4は接触素子24とカバー8Bとに被包される。

0028

この接触素子24は、ここでは例えばクリンプ外殻状に形成されており、これは、付加的に、つまり引続きカバー8Bの溶射により、カバー8Bの機械的固定を達成するためにも更に型直しされる。

0029

別の有利な一実施形態によれば、付加的に機械的に固定するため、カバー8Bを接触素子24に対して固定する機械的固定素子を備える。この固定素子は例えば、接触素子24の底面のねじ山のあるねじボルトの穴にねじ込まれる。この場合、個々の導線4は、中心に配置されたねじボルトの周りをに散在している。代替的に、接触素子24の底部と接合され、また固定のためナットネジ締めされる、例えば外側にネジ山を有する中心殻を備えることも可能である。この場合、合目的的には、それらの接触素子24は、上下に重ね合せて配置し、堆積できるように形成されており、それにより複数の接合面が結果として生じる。更に、例えば底面側に開口を持つ第1の接触素子24を上述したもう1つの接触素子の殻上に差し込むか又はネジで固定する。

0030

更に合目的的には、個別導線4とカバー8Bを有する接触素子24の全体の高さを、その接触される単一導線と(共に)、例えば平面的殻内に入れることのができるように、予め設定した最大限の全体の高さを超えないようにする。この全体の高さ限度は、例えば断面図に見られる深皿形の接触素子24の高さにより決定される。

図面の簡単な説明

0031

本発明による、溶射により形成された端面キャップの形の外被をその末端側に有する、軟質材料より成る斜めに切断した導線を透視画法により示した側面図。
本発明によるバッテリー端子として形成された導線を入れた接触クランプの平面切断面図
1段階の溶射工程により形成された、接触素子と導線との間の接触接合の断面図。

符号の説明

0032

2導線
4 個別導線
6接触範囲
8A 導線の端面キャップの形の外被
8B 個別導線のカバー外
10 接触−切断面
12 導線の接触−切断面
14 導線の縦軸
16 導線の末端部の断面の傾斜度を示す線
18バッテリー端子(接触素子)
20A、20Bハーフ・クランプ
22 ねじボルト収容部
24シャーレ形に形成された接触素子
26カバーとなる外被8Bの側腹部
α 導線の縦軸と傾斜切断面の成す角度

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