電気用ワッシャ

ねじ固定の際にいっしょに使うワッシャで、電気ケーブル端の圧着端子を固定する目的で使う場合には電気用のワッシャがあるのでしょうか。
現在、その場所を普通のワッシャで固定しているのですが、温度を測ると高温になっており、材料同士の密着性が悪いのではないかと懸念しています。対策として、配線用に使うよく磨かれたワッシャがあるのではないかと考えた次第です。詳しい方ご教示願います。

質問者からの補足コメント

• isoworld様
  
  早速のご回答ありがとうございます。
  なるほどバッテリーの電極部分が参考ということですね。大変参考になりました。
  
  ところで、この銅ワッシャの表面は磨かれているということでしょうか、それとも単に熱伝導がよいから使用しているという意味でしょうか。（もしくはその両方でしょうか）
  何度もお手数ですが、よろしければご回答いただければ幸いです。
  
  他方、トルクについてはトルクレンチを使用して規定トルクで締めているので問題ないと思っています。

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/12/19 11:02

• Bunbuk803様
  早速のご回答ならびに詳細なご説明ありがとうございます。
  取付方法の中でスプリングワッシャが出てきませんが、特に必要はないという理解でよいでしょうか。
  よろしければご回答お願いいたします。

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/12/22 19:49

• Bunbuk803様
  早速追加の質問にまでご回答いただきありがとうございます。
  スプリングワッシャを検討した箇所は、特に振動や衝撃、熱衝撃（急激な温度の上下動の意でしょうか？）もないため、なしでもよいことが理解できました。
  
  ところで前回のご回答で密着性を上げるために銅ワッシャを入れるとのお話ですが、この表面粗さの仕様については特別のものは必要ないでしょうか。（カタログ品のRmax=25sで問題ないでしょうか）
  何度もお手数ですがご回答いただければ幸いです。

  No.4の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/12/22 21:58

• Bunbuk803様
  熱衝撃についてのご教示ありがとうございました。大変勉強になりました。その上で今回の場合、すべて金属のため考慮する必要はないと理解いたしました。
  
  厚かましいのを承知の上でもう1点お尋ねいたします。現在M6SUS製ナットでトルク6Nm程度で取り付けていますが、この場合使用するM6銅ワッシャの厚さについてはどのくらいにすればよいのでしょうか。またそれとセットで取り付ける鉄ワッシャ（SUSワッシャでも可？）の厚さはいかがでしょうか。
  現在使用しているM6SUSワッシャはカタログで調べたところ厚さについてあまり違いがなかったため選択する必要がなかったのですが銅ワッシャを調べると厚さがかなりさまざまでよくわかりません。
  この点につきまして今一度ご教示いただければ幸いです。

  No.5の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/12/23 09:36

No.1 回答者： isoworld 回答日時： 2019/12/19 09:47

銅ワッシャー（銅製のワッシャー）はありますよ。

たとえば車のバッテリー端子部にはこれを使ったりします。とくに大電流が流れるところに使います。通電でこの部分が高温になっている場合には、ネジの締め付けトルクが不足している可能性があります。ネジにはそのサイズによって締め付けトルクの規定がありますから、それに適合させないといけません。

この回答へのお礼

isoworld様
早速のご回答ありがとうございます。
大変参考になりました。

お礼日時：2019/12/22 19:41

No.2 回答者： n556 回答日時： 2019/12/19 20:50

真鍮のワッシャがあります。

ネジも真鍮の物があります。どちらも無垢のものとニッケルメッキのものがあります。

この回答へのお礼

n556様
早速のご回答ありがとうございます。
大変参考になりました。

お礼日時：2019/12/22 19:42

No.3 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2019/12/22 13:56

『電気接続する』、『ネジ締結』、『発熱がある』の三点が要件ですね。

まず、発熱は、接続する物体そのものの抵抗、接触面積、接触抵抗が論点です。
圧着端子と固定端子がスタッド（＝ネジ）だけでなくワッシャなどが平面で接触すると仮定します。
また、作業の目的を故障の修理やオーバーホールなどの整備時と仮定します。
つまり、電線側の端子は交換せず、取り付ける相手も以前と同等ということです。
そのうえで従前と同じ対応で接続部が発熱したと理解しました。

この場合、接触平面の接触抵抗と、ナット～スタッドの抵抗が接続要素です。
まず、相手の端子の接続平面とスタッドをワイヤーブラシで金属光沢が出るまで磨いてください。
普通新品ならこの必要はありませんが、修理などの場合は効果があります。
続いて、接続する端子の両面を同じようにブラシします。
これらは酸化膜を取るためです。
さらに、導通用以外に平面接触維持用に厚めの鉄ワッシャを１枚用意してください。
締結はこのようにします。
相手の端子・銅ワッシャ・電線の端子・銅ワッシャ・鉄ワッシャ・ナット

銅ワッシャは鈴メッキで十分ですが、電線側の端子と相手の端子の面積の大きい方よりなお大きく選んでください。
銅ワッシャは柔らかいのでトルクをかけるとひずみ、接触面積が減ります。
なので鉄ワッシャでおさえこみます。
鉄ワッシャの径も電線側の端子と相手の端子の面積の大きい方よりなお大きく選んでください。

はっきり言って、ここで発熱するというのは設計上の問題があります。
使ってはならない条件下で使っている可能性が大です。
その点を十分確認して対処してください。
でないと、最悪の事態にあなたに責任が降りかかってくることもありますから。
端子に熱伝導の責任など持たせてはいけません。

産業機器・航空機・自動車の安全性・信頼性経験者より

No.4 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2019/12/22 20:12

スプリングワッシャを使うかどうかは締結部の環境によります。

それと、その環境によってワッシャを選ぶ必要も生じます。
基本的には、十分な締結トルクさえ与えてあればスプリングワッシャは要りません。
環境とは振動、衝撃、電線から入る緩め方向の力の有無、熱衝撃です。
思った以上に問題になるのは熱衝撃です。
暑くなるとナットは緩みます。 その時に振動などが入ると緩むんです。
企業秘密なので言えませんが、ここを最悪使用条件下で寿命の何倍かでテストしてトルクなどの要件は決めています。
私は自動車の某大手の電装の品質技術のアドバイザ（もう７０近いので）ですが、自動車の電装では基本的にスプリングワッシャは使っていません。
ネジを十分なトルクで締め上げればネジ山の雄・雌の間の弾性変形力で締結力を維持できるからです。 ただし、これはネジが所望のそういう力を発してくれることが確認されている場合です。 そうでない場合は安全のため、スプリングワッシャは悪くないアイディアです。
それと、雌ネジ（ナット）が緩まないという意味では座面の面積と摩擦係数が重要です。 弊社の車の電装品のネジ締結部でつかうナットは座面に放射方向の模様を付けたフランジナットとなっています。 これが緩み止めです。
もしスプリングワッシャを使うのであれば外刃（外に歯が向いた）の菊ワッシャをお勧めします。 これならまず緩みません。
リングの１か所を切ったタイプのものを使うなら、できるだけ剛性があって厚手のものを使ってください。
スプリングワッシャにも適用トルクがありますからそちらのチェックも怠らないように。
それから、くれぐれも、スプリングワッシャはボルト（ビス）の頭の回転を止めるように使ってください。 スプリングワッシャは電流伝送には寄与しませんから。

No.5 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2019/12/22 22:45

熱衝撃は時間が関係する場合とそうでない場合があります。

ネジ締結部については時間は強い要素ではないと思います。 時間が問題になるのは、温度の変化に対して熱慣性の違う物体が結合されているときにその間でストレスが発生する場合です。 たとえば金属と樹脂の結合のような場合です。 金属と樹脂の場合はそもそもなじまない素材なので、冷熱を繰り返すとまず１００％界面で解離しますから要注意です。 金属同士で締結されている場合は熱はすぐに伝わりますからこれには当たらないと思います。 それから、銅ワッシャを入れるのは、銅が柔らかいからです。 ネジで直接締め上げると径方向に逃げる場合があるので鉄ワッシャでそれを防ぎます。 表面にひどい酸化膜さえなければトルクを上げれば十分な接触面は得られるはずです。 表面粗さは摩擦力をどうするかを考える要素かと思います。 たぶん、十分なトルクさえ与えれば表面粗さがどうあれ大丈夫と思います。 それから言い忘れましたが、私のもとではメトリックなら Ｍ５より細いネジはトルク管理対象にはしていません。 言い換えると、締結力を保証したいなら Ｍ５ かそれ以上の径のネジを使うべきだということです。 Ｍ３やＭ４ではトルクを管理したつもりでも緩むかネジが上がっちゃいます。 トルク管理する場合は絶対に鉄かそれ以上の剛体にしてください。 真鍮はブブーです。 それから、もしどうしても細径のスタッドを使いたい場合は、値が張りますが飛行機用のものを使ってください。 手配したい場合、McMaster や Newark なんかで手に入ると思います。 アメリカの会社ですが日本にも宅配してくれると思います。 わたしは趣味で電子工作をしてますが、Avnet やDigikey なんかはよく使ってます。 それと、私は電気屋なので面粗度や素材の強度には詳しくないですのでお話しできるのはこの辺りまでですね。

No.6 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2019/12/23 19:17

まず、私が言った『鉄ワッシャ』は銅に対して剛性を持たせ、ナットで締め上げても径方向に肉が逃げないようにしたいのが目的です。

ナットで直接銅の端子を締め上げると、端子の厚みやトルクによっては銅の肉が径方向に逃げます。 これを生じると肉の逃げは時間とともに増加する傾向があるので結果的にトルクが下がります。 それを防ぐため、銅の端子に均一に力がかかるように、銅より剛性の高い（硬い）ワッシャで座面内に均一に力をかけるのです。 鉄かSUSかと言われればSUSの方が剛性が高いので相対的にはいいですが、すみません、厚みをどうすればいいかは私にはわかりません。 私的には、固定端子の座面に対して電線の銅端子の径は小さくします。 銅端子の厚さは特に大きな問題ではないように思います。 常識的な厚みと言えばいいでしょうか。 端子メーカが電流容量に対する端子サイズはデータで示してくれていますから、お使いになる端子についてみてみればいいと思います。 一般論的なものなら、例えば『日本圧着端子』などの Web にそういった情報はあるんじゃないかと思います。 で、その端子とナットの間の問題のワッシャは端子径よりも大きいものを選ぶといいと思います。 それにより、ナットを締め上げて端子の肉が径の外方向に逃げようとしてもおさえこむことが期待できます。 できれば、ナットがそのワッシャと同じ径ぐらいのフランジがあるといいですね。 もしナットがそういうものであれば端子とナットの間のワッシャはなしでいいと思います。
繰り返しますが、大事なことは・・・

・電流を伝えるだけの十分な座面が確保されること
ナットが端子を締め上げたときに端子の銅が径の外方向に逃げないようにすること
・肉が逃げる状況があると時間とともに（発熱すればそれ以上に）ナットの締結トルクはさがるので、その場合は、肉逃げはさせないよう、剛性の高いワッシャを入れて座面への面圧を維持するようにするといいと思います。

私のこれまでの設計では、

(1) 座面が電線側の端子の座面以上の径の基部を持つスズメッキの硬銅スタッドの端子台
(2) 端子台～線先端の端子～ナット（特に平ワッシャもスプリングワッシャも使わない）という組み合わせ
(3) 座面に食い込む突起付きの鉄製フランジナット
(4) 試験に裏打ちされたトルク管理
(5) 電線に振動や衝撃などが加わった時に、それがナットが緩む方向の力として入らないような電線の固定

ということで問題は生じていません。 シンプルが最適です。 いろいろ小細工するもの一手ですが、王道は理屈に裏付けられたシンプルなものと思います。 (5) はかなり重要です。 据え置き型の機器や設備は『動かない』と油断してると、メンテなんかの人が触って予想外の事態が起きますのでご用心を。 ちなみに、私はこの手の部位について、自分の設計と製造の FTA、FMEA に照らし合わせて確認するようにしています。 人様のお命を預かっていますから。

この回答へのお礼

Bunbuk803様
早速のご回答ならびに何度もご説明いただきありがとうございます。
仰るポイントを押さえ、またご紹介いただいたwebサイトも参考にしながら決定したいと思います。
このたびは誠にお世話になりました。ご経験からの設計思想についても大変参考になりました。

お礼日時：2019/12/23 23:49