JP6084197B2 - プラグイン構造のアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム導体ケーブル用の導体接続端子及びアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末に関する。

一般に、電力ケーブルの終端接続部においては、ケーブル導体の先端部に導体接続端子が取り付けられ、この導体接続端子を介して、内部導体（導体引出棒）とケーブル導体が電気的に接続される。また、導体接続端子の外周面にマルチラムバンド等のばね状接触子を配置して、プラグイン構造によってケーブル導体と内部導体とを接続するようにした終端接続部もある（例えば特許文献１）。

ここで、ケーブル導体と導体接続端子の材質が異なると、線膨張係数が異なるために、熱によって接続部分の機械的強度や接触抵抗が変化する。また、イオン化傾向の差によって接触部分に電蝕（電食）が発生しやすい。そこで、導体接続端子には、接続するケーブル導体と同じ材質のものが選定される。

例えば、アルミニウム導体を有する電力ケーブル（以下「アルミニウム導体ケーブル」と称する）の終端接続部においては、アルミニウム又はアルミニウム合金製の導体接続端子が用いられる。特許文献２には、ワイヤーハーネス等の細物のアルミニウム電線用の接続端子に関する技術であるが、アルミニウム電線のコネクタ端子をアルミニウム材料で構成することが開示されている。

特開２００８−２２０１２４号公報 特開２００４−１９９９３４号公報

しかしながら、導体接続端子にアルミニウム材料を適用する場合、機械的強度を確保するためには、ばね状接触子を配置するための溝を単純な形状とせざるを得ない。アルミニウム材料の機械的強度から、複雑な溝加工ができないためである。

そのため、従来は、図１に示すように、例えば導体接続端子５２１の外周面に形成された単純な形状の溝５２１ｅにばね状接触子５２５を配置した上で、ばね状接触子５２５の脚部を溝５２１ｅに押さえ付けるように押さえリング５２６Ａ、５２６Ｂが配置されている。このような構造の導体接続端子付きのケーブル端末の場合、着脱する際に、導体接続端子に嵌合される側の部品（プラグまたは内部導体など）の内面に押さえリング５２６Ａ、５２６Ｂが引っ掛からないように考慮する必要がある。

すなわち、嵌合する側の部品の内面を押さえリング５２６Ａ、５２６Ｂによって傷付けないよう考慮する必要があり、また押さえリング５２６Ａ、５２６Ｂの引っ掛かりによって押さえリング５２６Ａ，５２６Ｂが溝から外れてしまい、ひいては、ばね状接触子５２５が外れないよう考慮する必要があった。そのため、銅導体を有する電力ケーブルの端末と同様に、ケーブル端末の着脱作業が容易な、押さえリング５２６Ａ、５２６Ｂを考慮する必要の無い導体接続端子及びそれを用いたケーブル接続部が望まれていた。

しかしながら、押さえリング無しのばね状接触子を適用するには、押さえリング付きのばね状接触子の場合に比べて複雑な形状の溝加工を行う必要がある。従来のアルミニウム材料で構成された導体接続端子では、アルミニウム材料の機械的強度のため加工が極めて困難であり、押さえリング無しのばね状接触子を適用するには必要以上に導体接続端子の通電部を大型化する必要があった。

本発明の目的は、アルミニウム導体と導体接続端子との良好な導通を確保できるとともに、アルミニウム導体に対する着脱作業を簡易化できる導体接続端子及びアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末を提供することである。

本発明に係るプラグイン構造のアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末は、
内部導体を有する電力ケーブルの接続部に接続されるプラグイン構造のアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末であって、
ばね状接触子と、
前記内部導体に前記ばね状接触子を介して電気的に接続され、前記アルミニウム導体ケーブルのアルミニウム導体に圧縮により接続される導体接続端子と、
前記アルミニウム導体ケーブルのケーブル絶縁体からケーブル外部半導電層の先端側にわたる外周に装着され、絶縁ゴム層とベルマウス形状の半導電ゴム層とが一体に形成されたストレスコーンと、
前記ストレスコーンの後端側に配設される圧縮装置と、
前記圧縮装置の後端側に装着される保護金具と、を備え、
前記導体接続端子は、
銅系材料で構成され、嵌合される側に前記ばね状接触子を介して導通接続される通電部を含む第２の金属部材と、
アルミニウム系材料で構成され、前記アルミニウム導体に圧縮により接続される圧縮部と、前記圧縮部と前記通電部との間に環状に凹んだ凹陥部と、を含む第１の金属部材とが、
摩擦圧接により接合された一体構造を有し、
後端側から前記圧縮部、前記凹陥部、前記通電部の順に連設されており、
前記通電部は、前記ばね状接触子を脱落不能に保持する形状の溝を有し、
前記溝は、内部に向かって幅広となるように側面が傾斜した断面視で台形状の溝であり、底面に前記ばね状接触子のばね部に合わせて膨出する膨出部を有し、
前記ばね状接触子は、前記溝に取り付けられており、
前記摩擦圧接により接合された接合部は、前記通電部の後端部において前記溝より後端側に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウム導体と導体接続端子との良好な導通を確保できるとともに、アルミニウム導体に対する着脱作業を簡易化できる導体接続端子が実現される。

従来の導体接続端子を示す図である。 実施の形態に係るアルミニウム導体ケーブル用の導体接続端子を用いた気中終端接続部を示す図である。 アルミニウム導体ケーブルが接続された実施の形態に係る導体接続端子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施の形態に係る導体接続端子を用いたアルミニウム導体ケーブルの終端接続部（図２では気中終端接続部）を示す部分断面図である。図３は、アルミニウム導体ケーブル１１が接続された導体接続端子１２１を示す拡大図である。図２、３に示すように、アルミニウム導体ケーブル１１の終端接続部１は、ケーブル端末部１Ａと、ケーブル端末部１Ａが装着されるポリマー套管１Ｂと、を備える。以下において、図中、上側を先端側、下側を後端側と称する。

図２に示すように、ポリマー套管１Ｂは、中心に配置される棒状の内部導体１３（導体引出棒）、内部導体１３の外周に設けられる絶縁筒１４、絶縁筒１４の外周に設けられるポリマー被覆体１５、絶縁筒１４と一体的に形成される遮へい金具１６、下部金具１７、及び底部金具１９等を備える。内部導体１３、絶縁筒１４、ポリマー被覆体１５、及び遮へい金具１６は、例えばモールド成型により一体的に形成される。

内部導体１３は、例えば銅、アルミニウム、銅合金又はアルミニウム合金等からなる通電に適した導電性材料で構成される。内部導体１３の先端部１３１は、架空線や引き込み線（図示略）などに接続される。内部導体１３の後端部１３２は、導体接続端子１２１に電気的に接続される。

絶縁筒１４は、機械的強度の高い硬質プラスチック樹脂材料（例えばエポキシ樹脂やＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）など）で構成される。絶縁筒１４の後端部１４１の受容口にケーブル端末部１Ａが装着される。

ポリマー被覆体１５は、電気絶縁性能に優れる材料（例えばシリコーンポリマーなどの高分子材料）で構成される。ポリマー被覆体１５の外周面には、傘状の襞部が長手方向に離間して形成される。

遮へい金具１６は、内部導体１３と同心状に埋設される円筒部と、円筒部の後端から径方向外側に延出するフランジ部を有する。円筒部は電界緩和機能を有し、ポリマー套管１Ｂの電界を緩和する。

下部金具１７は、先端部にフランジ部（以下「先端フランジ部」と称する）を有する円筒形状を有し、絶縁筒１４の後端部１４１の外周に配置される。下部金具１７の先端フランジ部を遮へい金具１６のフランジ部の後端面にボルト止め（図示略）することにより、下部金具１７は遮へい金具１６に固定される。

底部金具１９は、下部金具１７の先端フランジ部の外周に設けられ、遮へい金具１６のフランジ部の外周縁部の後端面にボルト止め（図示略）される。底部金具１９の後端面に支持碍子１８がボルト止めで固定されることにより、ポリマー套管１Ｂは支持碍子１８を介して架台Ｒに固定される。

ケーブル端末部１Ａは、アルミニウム導体ケーブル１１と、アルミニウム導体ケーブル１１の先端部に取付けられる接続部品１２と、を有する。接続部品１２には、導体接続端子１２１、ストレスコーン１２２、圧縮装置（図示略）、保護金具１２３、及び防食層１２４等が含まれる。

アルミニウム導体ケーブル１１は、ゴム又はプラスチックで絶縁された電力ケーブル（例えばＣＶケーブル）である。アルミニウム導体ケーブル１１は、内側から順に、アルミニウム導体１１１、内部半導電層（図示略）、ケーブル絶縁体１１２、外部半導電層（図示略）、ケーブル遮蔽層（図示略）、及びケーブルシース１１３等を有する。ケーブル端末部１Ａにおいては、アルミニウム導体ケーブル１１の先端部から所定長で段剥ぎすることにより各層が露出される。

アルミニウム導体１１１には、導電性の導体接続端子１２１が圧縮により接続される。ケーブル絶縁体１１２からケーブル外部半導電層（図示略）の先端側にわたる外周には、絶縁ゴム層とベルマウス形状の半導電ゴム層とが一体に形成されたストレスコーン１２２が装着される。ストレスコーン１２２の後端側には、ストレスコーン１２２を押圧するための圧縮装置（図示略）が配設され、圧縮装置の後端側には保護金具１２３が装着され、保護金具１２３の後端部には、防水のための防食層１２４が形成される。

導体接続端子１２１は、アルミニウム導体１１１に圧縮により接続される圧縮部１２１ａと、内部導体１３にプラグ１２０を介して電気的に接続される通電部１２１ｂと、圧縮部１２１ａと通電部１２１ｂとの間に設けられる環状の凹陥部１２１ｃとを有する。圧縮部１２１ａ、凹陥部１２１ｃ及び通電部１２１ｂには、アルミニウム導体１１１が挿入される挿入孔１２１ｆが形成される。

凹陥部１２１ｃによって、アルミニウム導体１１１に導体接続端子１２１を圧縮接続する際の導体接続端子１２１の伸びや変形を吸収することができ、ひいては通電部１２１ｂにおけるばね状接触子１２５と内部導体１３との有効な電気的接触を図ることができる。なお、プラグ１２０は、導体接続端子１２１の外周に配設され、マルチラムバンド（マルチコンタクト）等の導体接触子によって内部導体１３の後端部１３２と電気的に接続される。

圧縮部１２１ａ及び凹陥部１２１ｃは第１の金属部材１２１Ａで構成され、連設された一体構造であり、ここではアルミニウム系材料（アルミニウムを主成分とする金属材料、アルミニウム及びアルミニウム合金を含む）で構成される。また、通電部１２１ｂは第２の金属部材１２１Ｂで構成され、ここでは銅系材料（銅を主成分とする金属材料、銅及び銅合金を含む）で構成される。第１の金属部材１２１Ａと第２の金属部材１２１Ｂは、接触加圧された状態で相対運動させることにより生じる摩擦熱を利用した摩擦圧接により接合される。これにより、第１の金属部材１２１Ａ（アルミニウム系材料）と第２の金属部材１２１Ｂ（銅系材料）は、通電部１２１ｂの後端部で連設されるため、圧縮部１２１ａ、凹陥部１２１ｃ及び通電部１２１ｂが連設された一体構造となる。

摩擦圧接は、銅系材料とアルミニウム系材料のように異種金属材料を接合する場合に好適である。すなわち、摩擦圧接により接合された接合部は、摩擦熱と圧力の影響により組織が緻密になり、端部から中心部にわたるすべてが接合されているので、接合強度が非常に高い。また、金属間化合物がほとんど形成されず、アーク溶接で生じるブローホール（球状の空洞）等の溶接欠陥もないので、信頼性が高い。

圧縮部１２１ａとアルミニウム導体１１１はいずれもアルミニウム系材料で構成されているので、熱によって接続部分の機械的強度や接触抵抗の変化を、異種金属材料の接続（例えば、ケーブルのアルミニウム導体を銅系材料の導体接続端子に圧縮接続）の場合と比べて小さくできる。したがって、良好な導通と機械的強度が確保される。

圧縮部１２１ａの内周面（アルミニウム導体１１１との接触面）には、セレーション１２１ｄが形成される。セレーション１２１ｄは、例えば、雌螺子形状により形成される。セレーション１２１ｄの形状及び溝の深さにより、導体接続端子１２１の内周面に塗布される酸化防止剤の量を制御することができる。セレーション１２１ｄは、雌螺子形状に限定されず、凹凸構造であればよい。雌螺子形状の場合、複雑な凹凸構造に比べて加工が容易であり、導体接続端子１２１のコストを抑制することができるため、より好ましい。

通電部１２１ｂの外周面には、ばね状接触子１２５（マルチラムバンド）を配置するための溝１２１ｅが形成される。具体的には、溝１２１ｅは、内部に向かって幅広となるように側面が傾斜した断面視で略台形状の溝（いわゆるあり溝）であり、ばね状接触子１２５のばね部１２５ａに合わせて底面の中央が膨出している。

ばね状接触子１２５は、幅方向（図３では上下方向）に湾曲された状態で導体接続端子１２１の溝１２１ｅに取り付けられる。ばね状接触子１２５の脚部１２５ｂは、自身の弾性力によって溝１２１ｅの鋭角部に入り込み、押し付けられる。ばね状接触子１２５は、溝１２１ｅの形状によって脱落不能に保持される。

押さえリング等を用いていないので、押さえリングの引っ掛かりを気にすることなく、導体接続端子１２１が圧縮接続されたケーブル端末部１Ａ（プラグ１２０を含まない）を容易にプラグ１２０に着脱できる。したがって、アルミニウム導体１１１に対する導体接続端子１２１の着脱作業が格段に簡易化される。

また、通電部１２１ｂは銅系材料で構成されているので、溝１２１ｅのように複雑な形状の溝の加工が容易であり、複雑な形状の溝を形成しても、機械的強度は確保される。通電部１２１ｂをアルミニウム系材料で構成する場合（従来の導体接続端子全体をアルミニウム系材料で構成する場合）のように、必要以上に通電部１２１ｂを大型化する必要もない。したがって、溝１２１ｅを形成するための設計の自由度が向上する。

すなわち、通電部１２１ｂを銅系材料で構成することにより、押さえリング無しのばね状接触子１２５を適用した導体接続端子１２１を備えるアルミニウム導体のケーブル端末を提供することができ、押さえリング付きのばね状接触子を適用したアルミニウム導体のケーブル端末も提供することができる。

ケーブル端末部１Ａは、プラグイン構造により、ポリマー套管１Ｂに装着される。アルミニウム導体１１１は、導体接続端子１２１、ばね状接触子１２５及びプラグ１２０を介して、内部導体１３と電気的に接続される。

アルミニウム導体１１１の先端部に導体接続端子１２１を接続する場合、アルミニウム導体１１１の表面に形成されている酸化被膜を、予めワイヤーブラシによって除去する。また、ケーブル絶縁体１１２の端面（アルミニウム導体１１１とケーブル絶縁体１１２の境界面）に保護フィルムを巻き付けて、漏れ出した酸化防止剤が付着しないように保護する。

次に、アルミニウム導体１１１の外周面と、導体接続端子１２１の内周面に、導電性の酸化防止剤（防食コンパウンド）を塗布する。このとき、セレーション１２１ｄの溝が埋まるように酸化防止剤を塗布する。これにより、作業者の熟練度に関わらず、所定量（例えば１ｇ）の酸化防止剤を塗布することができる。また、酸化防止剤を塗布することにより、アルミニウム導体１１１の表面の酸化を防ぐことができ、圧縮作業の際には、潤滑剤としての機能を有する。

高圧用の電力ケーブルは、低圧用の被覆電線と比較して外径が大きいため、被覆電線の導体を圧着工具を用いて端子に圧着接続するのとは異なり、六角ダイス等を使って圧縮装置により、アルミニウム導体１１１を導体接続端子１２１に圧縮接続することが必要となる。酸化防止剤を塗布した後、導体接続端子１２１の挿入孔１２１ｆにアルミニウム導体１１１の先端部を挿入した状態で、所定の圧縮工具（例えば六角ダイス）を用いて圧縮部１２１ａをアルミニウム導体１１１に向かって均等に加圧して圧縮する。導体接続端子１２１のセレーション１２１ｄがアルミニウム導体１１１に食い込むことにより、引き留め効果が得られる。したがって、アルミニウム導体１１１と導体接続端子１２１は強固に接続される。

アルミニウム導体１１１と導体接続端子１２１の間には、均一な厚さで酸化防止剤層１２６が形成される。アルミニウム導体１１１と導体接続端子１２１との間に酸化防止剤層１２６が介在することにより、アルミニウム導体１１１の表面に酸化被膜が再生成されるのを防止できるので、良好な導通が確保される。

そして、導体接続端子１２１の後端部から漏れ出した酸化防止剤をアルコール等により拭き取る。また、導体接続端子１２１の後端部に保護テープ１２７（例えばセルボンテープ等）を巻き付けて、酸化防止剤のさらなる漏れ出しを予防する。セレーション１２１ｄによって酸化防止剤の塗布量が適切に制御されるので、多量の酸化防止剤がはみ出すことはない。したがって、漏れ出した酸化防止剤を簡単に拭き取ることができる。漏れ出した酸化防止剤がケーブル絶縁体１１２に付着して、ケーブル絶縁体１１２の絶縁性能を劣化させることもない。

また、本実施の形態により、従来、アルミニウム導体１１１を導体接続端子１２１に接続するために必要であった導体接続端子１２１の長さを、例えば導体断面積５００ｍｍ^２の場合で４０〜５０％程度短くすることができ（すなわち、従来の５０〜６０％程度の長さを実現でき）、銅導体を導体接続端子に接続する場合と同程度近傍まで導体接続端子１２１の全長を短くすることができる。よって、銅導体ケーブルの終端接続部と同程度の大きさのアルミニウム導体ケーブルの終端接続部を提供することができる。

このように、導体接続端子１２１は、アルミニウム導体１１１を有するアルミニウム導体ケーブル１１の終端接続部１において、アルミニウム導体１１１の先端部に取り付けられる。導体接続端子１２１は、アルミニウム系材料で構成され、アルミニウム導体１１１に圧縮により接続される圧縮部１２１ａを含む第１の金属部材１２１Ａと、銅系材料で構成され、内部導体１３にばね状接触子を介して導通接続される通電部１２１ｂを含む第２の金属部材１２１Ｂと、を有し、第１の金属部材１２１Ａと第２の金属部材１２１Ｂとは、摩擦圧接により接合されている。

導体接続端子１２１によれば、アルミニウム導体１１１と導体接続端子１２１との良好な導通を確保できるとともに、導体接続端子１２１に嵌合される側の部品（実施の形態ではプラグ１２０）に対する着脱作業、すなわちケーブル端末の着脱作業を格段に簡易化することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の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変更可能である。

例えば、実施の形態の終端接続部１では、ポリマー套管を使用した気中終端接続部の場合について説明したが、複合碍管や磁器製の碍管を用いた内部導体を有する気中終端接続部に適用してもよい。また、気中終端接続部ではなく、内部導体を有するエポキシブッシングを用いたガス中終端接続部や油中終端接続部に適用してもよい。さらには、プレハブジョイント（ＰＪ）やＹ分岐ジョイント（ＹＪ）等の中間接続部に適用してもよい。この場合、ＰＪやＹＪのエポキシ本体に埋設された各ケーブル導体を導通させる電極が内部導体となる。

また、実施の形態では導体接続端子１２１はプラグ１２０に嵌合するが、導体接続端子１２１を内部導体に直接嵌合するタイプのケーブル端末でもよい。また、実施の形態ではセレーション１２１ｄを設けた構造で説明しているが、セレーション１２１ｄは設けなくてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 終端接続部
１１ アルミニウム導体ケーブル
１１１ アルミニウム導体
１１２ ケーブル絶縁体
１１３ ケーブルシース
１２ 接続部品
１２１ 導体接続端子
１２１ａ 圧縮部
１２１ｂ 通電部
１２１ｅ 溝
１２６ 酸化防止剤層
１Ｂ ポリマー套管
１３ 導体引出棒（接続先の導体）
１４ 絶縁筒
１５ ポリマー被覆体
１６ 遮へい金具
１７ 下部金具
１９ 底部金具

Claims (2)

1. 内部導体を有する電力ケーブルの接続部に接続されるプラグイン構造のアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末であって、
   ばね状接触子と、
   前記内部導体に前記ばね状接触子を介して電気的に接続され、前記アルミニウム導体ケーブルのアルミニウム導体に圧縮により接続される導体接続端子と、
   前記アルミニウム導体ケーブルのケーブル絶縁体からケーブル外部半導電層の先端側にわたる外周に装着され、絶縁ゴム層とベルマウス形状の半導電ゴム層とが一体に形成されたストレスコーンと、
   前記ストレスコーンの後端側に配設される圧縮装置と、
   前記圧縮装置の後端側に装着される保護金具と、を備え、
   前記導体接続端子は、
   銅系材料で構成され、嵌合される側に前記ばね状接触子を介して導通接続される通電部を含む第２の金属部材と、
   アルミニウム系材料で構成され、前記アルミニウム導体に圧縮により接続される圧縮部と、前記圧縮部と前記通電部との間に環状に凹んだ凹陥部と、を含む第１の金属部材とが、
   摩擦圧接により接合された一体構造を有し、
   後端側から前記圧縮部、前記凹陥部、前記通電部の順に連設されており、
   前記通電部は、前記ばね状接触子を脱落不能に保持する形状の溝を有し、
   前記溝は、内部に向かって幅広となるように側面が傾斜した断面視で台形状の溝であり、底面に前記ばね状接触子のばね部に合わせて膨出する膨出部を有し、
   前記ばね状接触子は、前記溝に取り付けられており、
   前記摩擦圧接により接合された接合部は、前記通電部の後端部において前記溝より後端側に設けられていることを特徴とするプラグイン構造のアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末。
2. 前記圧縮部、前記凹陥部及び前記通電部は、前記アルミニウム導体が挿入される挿入孔を有し、
   前記アルミニウム導体は、前記通電部における前記挿入孔まで挿入されて前記圧縮部にて圧縮されていることを特徴とする請求項１に記載のプラグイン構造のアルミニウム導体ケーブルのケーブル端末。

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