CN101128887B - 机动车配线用铝导线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝导线。以往,作为机动车配线用电线,主要使用有如下的JIS C3102标准的电线,即,将软铜线等绞股而构成导线并在其上覆盖氯乙烯等绝缘体。近年来,伴随机动车的高性能化、高功能化,各种电子设备的控制电路增加,对于导线,要求其轻量化、拉丝时的加工性、导电性、耐弯曲性、再利用性等,但满足这些要求的导电线还未知晓。本发明的导线为通过将铝合金线材绞股而形成的铝导线,由此谋求满足上述要求,所述铝合金线材含有0.1~1.0mass%的Fe、0.05~0.5mass%的Cu、0.05~0.3mass%的Mg,Cu和Mg共计0.3~0.8mass%、其余的由铝和不可避免的杂质构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种机动车配线用铝导线。
背景技术
以往,作为机动车的配线用电线主要使用如下的JIS C 3102标准的电线,即,将软铜线、或在该软铜线上镀锡等的线绞股而形成股线导体,在该导体上覆盖氯乙烯、交联聚乙烯等绝缘体。
近年来,随着机动车的高性能化、高功能化,各种电子设备的控制电路增加,机动车内的配线位置增多,由配线引起的重量增大加剧,另一方面,需要有对应于这些改变的更高的可靠性。另外,对于配线空间的缩减或轻量化的要求,通过细线化来应对,另外,由于环境保护趋势增强,需要容易再利用的机动车用电线。另外,从重心平衡的关系等来看,在将电池配置于车辆后方的电动车或混合动力车中,至电动机的配线增长,要求配线材料轻量化。
对应于上述要求,已知有如下的机动车用电线导体,即,通过使用在钢线上覆盖铜的复合线,在将所需要的导线率和焊接性改进的同时,提高了弯曲性和拉伸强度(例如,日本特开平03-184210号公报)。
另外,已知有如下的机动车用电线导体,即,其导体截面面积为0.3mm2~2.0mm2以下,不使用铜合金线,通过将硬铜线材和软铜线材绞股而细径化来确保机械强度,并且提高轻量化和再利用性(例如,日本特开平06-060739号公报)。
另外,已知有如下的配线用电线导体,即,通过形成在铝线上覆盖有锌合金的配线用导体,谋求解决电连接上的问题,并且由于不使用铜材,在机动车的再利用时不混入铜,抑制再利用的钢铁材料的品质降低(例如,日本特开平06-203639号公报)。
另外,已知有主要用作高架电线用的由铝合金构成的导体(例如,日本特开昭51-043307号公报、美国专利第3697260号说明书、美国专利第3773501号说明书)。
但是,上述特开平03-184210号公报或特开平06-060739号公报记载的机动车用电线导体是以铜或铜合金为材料的导体,故而其重量大。该导体在连接时使用焊料,在再利用时,导体连接时使用的焊料所含有的铅等成为环境污染物之一。
如特开平06-203639号公报,作为机动车用配线导体,使用覆盖锌合金的铝线时,在再利用难易度、以及轻量化方面是极为有效的。但是,通常的细电线所使用的铝线,由于将电气用硬铝线(JIS C 3108)等作为主体,故与铜线等相比,弯曲性显著降低,在机动车的门铰链周围等、反复开关次数多的位置,与铜线相比,更早地断裂,因此,具有不能够用于以往的结构部位的问题。
在特开昭51-043307号公报的铝合金电线中,其弯曲性提高到高架输电线的架线工程中的通过吊车时所要求程度,但不满足本发明使用的机动车用铝导体所要求的反复的弯曲性。另外,由于其线径粗,难以适用于将细径线绞股使用的机动车用铝导体。
在美国专利第3697260号说明书中,关于柔软性进行了记载,但作为柔软性、将断裂伸长率作为评价值,这于基于将电线立体配置时的作业性容易的观点的、需要易弯曲性优良的导体的机动车根本上不同。另外,关于弯曲性,以数十次断裂的弯曲方式进行评价,该评价基准与如机动车的门部那样、需要数万次的弯曲寿命要求相比,要求性能的水准不同。另外,由于作为通信电缆用,故其线径粗,难以适用于将细线径绞股而使用的机动车用铝导体。
在美国专利第3773501号说明书中,关于弯曲性进行了记载,但以自线径为单位对断裂弯曲的曲率进行评价,如上所述,与如机动车的门部那样、需要数万次左右的弯曲寿命的情况是根本不同的。另外,由于为高架输电线用,故其线径粗,难以适用于将细线径绞股而使用的机动车用铝导体。另外,必须含有Sb。
本发明提供如下方案。
(1)一种机动车配线用铝导线,其特征在于,对含有0.1~1.0mass%的Fe、0.05~0.5mass%的Cu、0.05~0.4mass%的Mg、Cu和Mg共计0.3~0.8mass%、其余的由铝和不可避免的杂质构成的铝合金进行拉丝,在拉丝加工后进行热处理,进一步拉丝所得到的线材,在如下的试验中表现出50000次以上的耐弯曲性,即,所述试验为在施加相当于半径90mm的弯曲 应力的情况下,以每分钟100次的速度反复进行30度的弯曲,直至线材断裂的次数。
(2)一种机动车配线用铝导线,其特征在于,所述机动车配线用铝导线由将铝合金线材绞股而形成的股线构成,所述铝合金线材是通过对含有0.1~1.0mass%的Fe、0.05~0.5mass%的Cu、0.05~0.4mass%的Mg、Cu和Mg共计0.3~0.8mass%、其余的由铝和不可避免的杂质构成的铝合金进行拉丝,拉丝加工后进行热处理并进一步进行拉丝,在该进一步拉丝加工后所制成的,所述铝合金线材的拉伸强度为110MPa~146MPa并且在如下的试验中表现出50000次以上的耐弯曲性,即,所述试验为在施加相当于半径90mm的弯曲应力的情况下,以每分钟100次的速度反复进行30度的弯曲,直至线材断裂的次数。
(3)在上述(1)或(2)方案的机动车用铝导线中,所述线材的导电率为55%IACS以上。
(4)一种机动车配线用电线,其特征在于,具有导体和设置在该导体外周的覆盖层,该导体为上述方案(1)~(3)中任一项所记载的机动车用铝导线。
本发明的铝导线,通过使用上述铝合金线材的铝化,实现其轻量化并且拉丝时的加工性、导电率、绞股性(能否股线加工)、耐弯曲性(门开关时、振动时)、柔软性(例如机动车配线组装时)、连接性(异种金属)、耐热性优良。另外,与铜线的配线导体等相比,再利用化也变得十分容易,不产生对环境有害的物质,是洁净的。因此,在产业上或环境上是极为适合的。
附图说明
本发明的上述及其他特征及优点,参照附图,由下述记载可更加明了。
图1-1是表示本发明的铝导线的实施方式的一例的、在由十九根铝合金线材构成的股线上覆盖树脂的铝导线的剖面图。
图1-2是表示本发明的铝导线的实施方式的一例的、在由七根铝合金线材构成的股线上覆盖树脂的铝导线的剖面图。
图1-3是表示本发明的铝导线的实施方式的一例的、在由七根铝合金线材构成的压缩导体股线上覆盖树脂的铝导线的剖面图。
图2是铝合金线材的弯曲性试验的说明图。
图3是导线的柔软性试验方法的说明图。
具体实施方式
以下,具体说明本发明。
图1-1、1-2、1-3是表示本发明的铝导线的优选实施方式中的三例的铝导线的剖面图。在图1-1、1-2、1-3中,相同的附图标记表示相同的部件。附图标记1表示铝导线,2表示将铝合金线材3绞股而构成的股线,4表示覆盖树脂。其中,在图1-3中,3a表示剖面大致六边形的(压缩导体)铝合金线材,3b表示在其大致六边形的外侧配置的剖面大致矩形的(压缩导体)铝合金线材。构成股线2的铝合金线材3或3a、3b的总根数根据使用的设备的性能而决定。
接着,说明构成本发明的铝合金线材3(或3a、3b)的铝合金的组成的技术意义。
Fe的添加量为0.1~1.0mass%的理由为:在小于0.1mass%时,不能够满足作为机动车用电线所要求的高水平的耐弯曲性。另外,若超过1.0mass%,则不仅不能得到作为机动车用电线所要求的导电率,而且由于Al-Fe类化合物的结晶,弯曲性下降。此时,通过使金属熔液的保持温度充分高且凝固时的冷却速度快,能够降低结晶物的生成,但相反Fe过饱和地固熔,导电率下降。理想的是,Fe为0.20~0.8mass%。
Cu的添加量为0.05~0.5mass%的理由为:在小于0.05mass%时,不能够实现作为机动车用电线所要求的水平的耐弯曲性。若超过0.5%,则导电率差。理想的是,Cu为0.1~0.4mass%。
Mg的添加量为0.05~0.4mass%的理由为:在小于0.05%时,不能够实现作为机动车用电线所要求的耐弯曲性。若超过0.4%,则导电率差。理想的是,Mg为0.1~0.35mass%。
Cu和Mg共计为0.3~0.8mass%的理由为:通过将Cu和Mg同时添加可提高耐弯曲性。在小于0.3%时,不能够实现作为机动车用电线所要求的高水准的耐弯曲性。另外,若超过0.8%,则导电率差。理想的是,两成分共计0.3~0.7mass%。另外,Mg:Cu的质量比为0.125:1~1.25:1为好。
由于不可避免的杂质使导电率下降,故使其越少越好。理想的是,Si为0.10mass%以下、Mn为0.02mass%以下、Ti和V的总量为0.025mass% 以下。由于通过析出Al-Zr类的析出物而提高耐热性,故Zr最多可含有0.1mass%左右。
接着,将线径0.07~1.50mm的铝合金线材绞股并在其上覆盖树脂而加工成铝导线,该铝导线的拉伸强度为110MPa以上为好。该拉伸强度的上限值不作特别限制,通常为400MPa以下。这是由于:例如在将该铝导线组装在机动车中的作业中,为了使铝导线与端子的连接部不断裂,需要有规定以上的拉伸强度,由于具有110MPa的拉伸强度而确保了连接部的健全性(以98m/sec、50~100Hz扫描、三小时、在轴向上施加振动、不断裂)。因此,使用的铝合金线材至少需要110MPa以上的拉伸强度。另外,公知覆盖树脂的层通常几乎不影响铝导线的拉伸强度。
关于导电性,随着机动车的车载电子设备的高度化,要求高导电性。导电率为55%IACS以上为好。该导电率的上限值不作特别限制,通常为66%IACS以下。
实际应用中,在保持充分的弯曲性且需要更高的柔软性时,在拉丝加工或绞股加工之后,通过进行热处理,能够得到上述的效果。作为其条件,只要在热处理后再结晶完成、线材的延伸率和导电率回复即可,可以为250℃。热处理时间不作特别限制,理想的是30分钟~6小时。
另外,在进行再结晶热处理时,通过在拉丝加工后实施低温退火,能够保持拉伸强度并提高弯曲性。作为其条件,可以以80℃~120℃、进行100~120小时的热处理。
另外,本发明的铝导线,在提高耐弯曲性时,表面的健全性(在表面没有裂痕、异物压入、挤裂等伤痕)是重要的,理想的是,拉丝后的模筋(ダイス筋)等少。另外,在热处理后,由于拉丝加工时的表皮光轧等,仅使表面附近固化,由此可维持柔软性并维持耐弯曲性。
本发明所使用的覆盖树脂,从绝缘性以及不易燃性方面来看,理想的是聚氯乙烯(PVC)以及非卤树脂。尤其是,其厚度不作限制,但从工业方面来看,过厚则不佳。其厚度虽然基于股线的线径,但理想的是0.10mm~1.70mm左右。
以下,基于实施例对本发明进行更加详细地说明,但本发明不限于此。
(实施例1)
表1表示本发明例以及比较例的Al合金的成分组成(其余为铝以及不 可避免的杂质)。表1所示的成分组成的Al合金通过常规方法熔解,铸入到25.4mm见方的铸模中而得到铸块。接着,将铸块在400℃下保持1小时,由槽形辊进行热轧,加工成线径9.5mm的粗轧线。另外,对该粗轧线加工的方法,不限于剖面为方形的铸块的热轧法,也可以使用连续铸造轧制法、挤出法等其他加工方法。
接着,将该粗轧线拉丝加工到线径0.9mm之后,在350℃下保持2小时进行热处理并进行淬火,然后,继续拉丝加工,制成图1-1所示的线径0.32mm的铝合金线材3。导电率的测定是在对0.9mm的线材进行热处理、淬火之后进行的。
股线被树脂覆盖的本发明的铝导线的拉伸强度、弯曲性、导电性被所使用的铝合金线材的各特性所影响,故将制成的线径0.32mm的铝合金线材在350℃下保持2小时而进行热处理并逐渐冷却,对其拉伸强度、弯曲性进行评价。
拉伸强度以JIS Z2241为基准,以n=3测定线径0.32mm的铝合金线材的拉伸强度,求得其平均值。
关于导电性,与拉伸强度同样地,在保持在20℃(±0.5℃)的恒温槽中,使用四端子法计测线径0.32mm的铝合金线材的电阻率,算出导电率。另外,端子间距为100mm。
关于弯曲性,使用图2所示的弯曲试验装置进行。作为试样,将线径0.32mm的铝合金线材3的试样5由心轴(マンドレル)6夹持,为了抑制线挠曲,在下端部吊挂50g的重锤7而施加负荷。试样的上端部由连接件8固定。
在该状态下,使锤7左右摆动而将试样5向左右各弯折30度,以每分钟100次的速度进行反复弯曲,对各试样测定直到断裂的弯曲次数。另外,弯曲次数将一次往复作为一次,另外,为了在试验中不压迫铝合金线材的试样,使心轴6的间隔为1mm。
断裂的判定为:在吊挂于试样5下端部的锤7落下时即判断为断裂。另外,心轴6为相当于半径90mm的圆的、具有圆弧部的心轴,由此能够施加相当于半径90mm的弯曲应力。
综合评价对拉伸强度、弯曲性以及导电性等材料特性以及轻量化可能性以及再利用性的环境特性进行评价。耐弯曲性为50000次以上、拉伸强 度为110MPa以上、导电性为导电率55.0%IACS以上、可轻量化性为能够比以往的铜制导线轻的特性、再利用性为自转换容易的特性、将满足上述所有要求的情况记为“○(良)”,将满足材料特性但不满足环境特性的设为“△”,将材料特性一点也不满足的设为“×(差)”。另外,特别是满足60000次以上的耐弯曲性且导电率为56.5%IACS以上,也满足环境特性的试样记为“◎(优)”。上述测定结果表示在表1中。
表1
由表1可知,在本发明例中,弯曲性、拉伸强度、导电性都优良、可充分利用铝合金的轻量性以及再利用性。
对此,比较例偏离本发明规定的任一成分范围以及/或Mg和Cu合计量的范围,故弯曲性、强度、导电率至少之一变差。另外,在软铜线的现有例中,耐弯曲性等优良,但由于为铜合金制,故较重,再利用性差。另外,在纯铝导线的现有例中,耐弯曲性大大变差。
(实施例2)
将实施例1制作的表1的本发明例1以及2的线径0.32mm的铝合金线材3以七根进行绞股(绞股间距20mm),制成导体截面积0.5mm2的股线2,以一根为中心、在周围配置六根,在绞股成线之后,利用冲模进行缩减截面加工,然后覆盖非卤树脂4,制成图1~3所示的铝导线。使用与实施例1相同的方法测定其拉伸强度时,分别得到60N、75N的值。该值满足向机动车组装时的铝导线与端子的连接部的可靠性。
(实施例3)
将实施例1制作的线径0.32mm的表1的本发明例1的铝合金线材或现有例的铜线,根据图1~3分别每7根绞股(绞股间距20mm),制成两个导体面积0.5mm2的股线。另外,在各个线上覆盖树脂,然后分别以三十根成束,制成由PVC带捆扎的试样,使用该试样进行柔软性的评价。
图3是该柔软性试验方法的说明图,在两点支承柔软性试样工具9的设定为100mm的支承间隔的支承体的直径19mm的心轴10上,将长度350mm的试样11由心轴支承,使用拉伸试验机(未图示)将两心轴的中间部向下方拉伸,由此测定试样(导电线)11的拉伸强度,进行柔软性的评价。附图标记12是PVC带。
本发明例1的拉伸强度在覆盖树脂为非卤树脂时为11.7N。在覆盖树脂为PVC时,本发明的试样的拉伸强度为8.1N,在铜线的现有例中,拉伸强度为13.6N,由此可知,本发明的铝导线的柔软性为铜线以下,柔软性格外地提高。
产业上的可利用性
本发明的铝导线重量轻、弯曲性以及柔软性优良且伴随驱动部等的动作的位置适用性优良,因此,特别是作为机动车用,是尤其适合用于配线或电池电缆的铝导线。
特别是,本发明的铝导线,从机动车的性能提高的观点出发,适用于尽可能轻量化的机动车配线用。
另外,本发明的铝合金线材适合用于上述铝导线。
结合其实施方式说明了本发明,但不作特别地限定,也不限定于说明的任何细节部分,在不违背本发明的精神以及要求保护的范围时,可进行广义的解释。
Claims (5)
1.一种机动车配线用铝导线,其特征在于,对含有0.1~1.0mass%的Fe、0.05~0.5mass%的Cu、0.05~0.4mass%的Mg、Cu和Mg共计0.3~0.8mass%、其余的由铝和不可避免的杂质构成的铝合金进行拉丝,在拉丝加工后进行热处理,进一步拉丝所得到的线材,在如下的试验中表现出50000次以上的耐弯曲性,即,所述试验为在施加相当于半径90mm的弯曲应力的情况下,以每分钟100次的速度反复进行30度的弯曲,直至线材断裂的次数。
2.如权利要求1所述的机动车配线用铝导线,其特征在于,所述线材的导电率为55%IACS以上。
3.一种机动车配线用铝导线,其特征在于,所述机动车配线用铝导线由将铝合金线材绞股而形成的股线构成,所述铝合金线材是通过对含有0.1~1.0mass%的Fe、0.05~0.5mass%的Cu、0.05~0.4mass%的Mg、Cu和Mg共计0.3~0.8mass%、其余的由铝和不可避免的杂质构成的铝合金进行拉丝,拉丝加工后进行热处理并进一步进行拉丝,在该进一步拉丝加工后所制成的,所述铝合金线材的拉伸强度为110MPa以上并且在如下的试验中表现出50000次以上的耐弯曲性,即,所述试验为在施加相当于半径90mm的弯曲应力的情况下,以每分钟100次的速度反复进行30度的弯曲,直至线材断裂的次数。
4.如权利要求3所述的机动车配线用铝导线,其特征在于,所述线材的导电率为55%IACS以上。
5.一种机动车配线用电线,其特征在于,具有导体和设置在该导体外周的覆盖层,该导体是权利要求1~4中任一项所述的机动车配线用铝导线。
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