JP2009152141A - 複合電線 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化の実現と機械的強度の向上の両立を図ると共に酸化被膜や電食の問題を回避して電線の信頼性向上を可能にして、車載ワイヤーハーネスとして用いるのに取り扱いの容易な複合電線を提供する。
【解決手段】複合電線は中心導線ＣＵとＺ方向にこの中心導線ＣＵの外周面に沿って延長すると共にこの中心導体ＣＵを囲むように配置される外層導線ＡＬとからなる電線本体Ｗを含んでいる。この電線本体Ｗにおいて、電線本体ＷのＸ−Ｙ平面の中心部に１＋６本の銅素線１０よりなる中心導体ＣＵの断面が位置し、また、このＸ−Ｙ平面の中心部の周りに配置される外周部に１２本の銅被覆アルミニウム素線２０よりなる外層導線ＡＬが位置し、そして中心導線ＣＵの外周面に外層導線ＡＬの外周面が接触して電気的に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、中心部と外周部において種類の異なる金属素線を配した複合電線に関し、特に自動車等の車両に搭載するワイヤーハーネスとして用いるのに好適な複合電線に関する。

従前より、自動車等の車両に配索されるワイヤーハーネスとして、導電性の良さから銅電線が一般的に使用されている。しかし、近年、銅資源の不足及びこの不足による価格高騰に加え、車両の軽量化及びこの軽量化による低燃費化、そして金属資源のリサイクル性等を考慮して、アルミニウム電線への転換に対する要望が高まってきている。

アルミニウムは銅に次ぐ高い導電率を有し、伸線加工性にも優れ、且つ軽量（銅の１／３以下の比重）であるという特質を有することから、従前より架空送電線や架空配電線等の用途を中心に電線材料として使用されている。

ここで、アルミニウム電線の例としては、アルミニウム素線又はアルミニウム合金素線だけを撚り合わせて構成したアルミニウム電線や、銅被覆アルミニウム素線（例えば、特許文献１参照）を撚り合わせて構成したアルミニウム電線等が知られている。

しかし、従来のアルミニウム素線やアルミニウム合金素線を導体として用いたアルミニウム電線は、車載環境で使用するには適さなかった。
即ち、車載環境においては、限られたスペースにおける配索の必要性から電線の曲げや引張に対する高い強度が要求されるが、銅電線よりも強度に劣るアルミニウム電線の場合には、車載環境に適用するにしても、電線としての対候性（高温、高湿、屈曲、引張等）の問題から適用範囲が制限されていた。

そこで、このような問題を解決するために、中心部にアルミニウム素線を配し、その周囲に溶融アルミニウムめっき鉄線を配した複合電線が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、中心に鋼線を撚り合わせた鋼心部を配し、その周囲にアルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム部を配した鋼心アルミニウム撚線や、鋼線の代わりにインバ線を撚り合わせた鋼心アルミニウム撚線等も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−１８１５９３号公報 特開２００６−３３９０４０号公報 特開２０００−９０７４４号公報

ところで、アルミニウム素線を導体の全部又は一部として使用する場合には、アルミニウム素線の外表面が空気に触れる同時にその表面に酸化被膜が生成する特性を有しており、この酸化被膜が電線の電気特性に悪影響を与えてしまうことから、例えば車載ワイヤーハーネスに適用して端子と接続するような場合には、この酸化被膜に対する配慮が必要になる等、非常に取り扱いが難しいという問題があった。加えて、異種金属と組み合わせて複合電線として使用する場合にも、これら異種金属同士の接触による異種金属間の電位差により、アルミニウム素線の電食が発生してしまうという問題もあった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量化の実現と機械的強度の向上の両立を図ると共に酸化被膜や電食の問題を回避して電線の信頼性向上を可能にして、車載ワイヤーハーネスとして用いるのに取り扱い容易な複合電線を提供することにある。

本発明の前述した目的は、下記の構成により達成される。
（１） 中心導線と、該中心導線の長手方向に当該中心導線の外周面に沿って延長するとともに当該中心導線を囲むように配置される外層導線と、からなる電線本体を備えた複合電線であって、
前記中心導線が少なくとも１本の銅素線からなり、
前記外層導線が複数の銅被覆アルミニウム素線からなり、
前記電線本体の長手方向に直交する断面における中央部に前記中心導線の断面が位置するとともに前記中央部の周りに配置される外周部に前記外層導線の断面が位置し、そして
前記中心導線の前記外周面に前記外層導線の外周面が接触して電気的に接続されている
ことを特徴とする複合電線。
（２） 前記複数の銅被覆アルミニウム素線の各々が、アルミニウムを含む金属と銅とがこれらの接合界面において拡散結合した銅クラッドアルミニウム素線である
ことを特徴とする上記（１）の複合電線。
（３） 前記少なくとも１本の銅素線を構成する銅と、前記複数の銅被覆アルミニウム素線各々の外周面を形成する銅とが同一の銅材料からなる
ことを特徴とする上記（１）又は上記（２）の複合電線。

上記（１）の構成によれば、電線本体の長手方向に直交する断面の中心部に銅素線からなる中心導体を有すると共にその断面の外周部に銅被覆アルミニウム素線からなる外層導体を有することになるので、全体を銅素線で構成した場合と比べて、軽量化を図ることができる。また、全体をアルミニウム素線又はアルミニウム合金素線で構成した場合と比べて、引張強度や曲げ強度を高めることができると共に、導電率の向上（電線抵抗の低減）を図ることができる。さらに、全体を例えば銅被覆アルミニウム素線の一態様である銅クラッドアルミ素線で構成した場合と比べて、引張強度を高めることができる。
特に、電線本体Ｗの外周部を形成するには多くの本数の素線が必要となるが、ここで本構成によれば電線本体の外周部に配される外層導体が銅被覆アルミニウム素線により構成されているので、この銅被覆アルミニウム素線の量を多くすることが容易にでき、これに伴って電線の一層の軽量化を図ることができる。また、中心導体をアルミニウム素線よりも強度の高い銅素線で構成しているので、電線の引張強度を高めることができる。
また、アルミニウム素線又はアルミニウム合金素線をそのまま使用した場合には、前述した通り、これら素線の表面に酸化被膜が生成する等の問題があるが、これら素線に置き換えて、銅被覆アルミニウム素線を使用するので、酸化被膜の問題が全く発生しない。
さらに、アルミニウム素線又はアルミニウム合金素線をそのまま使用する際、銅被覆アルミニウム素線よりなる外層導線の外周面をその中心導線の外周面に接触するように配置して電気的に接続する場合には、中心導体と外層導体の接触が、銅とアルミニウム同士の接触になり、異種金属接触による電位差の影響によりアルミニウム素線又はアルミニウム合金素線の電食のおそれがあるが、本構成の複合電線では、アルミニウム素線又はアルミニウム合金素線の外周表面を銅被覆で覆った銅被覆アルミニウム素線を使用するので、中心導体である銅素線と外層導体である銅被覆アルミニウム素線の接触が、銅と銅の同種金属接触となり、その接触面で電位差が生じず、電食の防止を確実に図ることができる。
また、このように構成された中心導線及び外層導線が電線本体の長手方向に略並列に延長することになるので、複合電線を任意の断面で切り出して使用する場合、それぞれ切り出された複合電線の特性（例えば、圧着性能、引張強度等）のばらつきを抑制することができて、電線としての信頼性向上を図ることができる。
したがって、以上述べたように、本構成によれば、対候性を有して車載環境に十分に耐える電線とすることができ、車両の広範囲の用途について、銅電線と置き換えて使用することが可能になり、車載ワイヤーハーネスとして用いた際には、そのワイヤーハーネスの軽量化により、車両重量低減に寄与することができる。また、酸化被膜や電食の問題を回避することができるので、電線の信頼性向上を図ると共に、車載ワイヤーハーネスに適用する場合にも、酸化被膜の発生について特に配慮する必要がなく、取り扱いが容易になる。なお、本発明に係る「銅被覆アルミニウム素線」の「アルミニウム」はアルミニウムを含む金属を意味するものとし、純アルミニウムは勿論のこと、例えば鉄、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、ニッケル等とのアルミニウム合金も含むことができる。
上記（２）の構成によれば、銅被覆アルミニウム素線として銅クラッドアルミニウム素線を使用しているので、アルミニウムを含む金属線と銅被覆の界面に強固な接合力を持たせることができ、圧着等の際にも銅被覆が不用意に剥離するおそれがなく、そのアルミニウムを含む金属表面への酸化被膜の生成を確実に防止することができる。
上記（３）の構成によれば、銅素線を構成する銅と、銅被覆アルミニウム素線各々の外周面を形成する銅と、が同一の銅材料からなるので、中心導体である銅素線と外層導体である銅被覆アルミニウム素線の接触が、完全な同一の銅と銅の同種金属接触となりその接触面で電位差は全く生じず、電食の防止をより確実に図ることができる。

本発明によれば、軽量化の実現と機械的強度の向上の両立を図ることができる。また、酸化被膜や電食の問題を回避して電線の信頼性向上を可能にして、車載ワイヤーハーネスに用いるとき、その取り扱いを容易にすることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は実施形態の電線の斜視図であり、図２は実施形態の電線の導体の断面であり、図３は本発明の電線における銅素線と銅被覆アルミニウム素線の接触部分の拡大図である。なお、複合電線（電線本体）の長手方向を「Ｚ方向」とし、そしてこのＺ方向と直交する面、即ち電線本体の断面を含む平面を「Ｘ−Ｙ平面」とも表記して、以下説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る複合電線１は、後述する、中心導線ＣＵとＺ方向にこの中心導線ＣＵの外周面に沿って延長すると共にこの中心導体ＣＵを囲むように配置される外層導線ＡＬとからなる電線本体Ｗと、この電線本体Ｗの外周面を包囲しながらＺ方向に沿って延長する被覆２と、を備えている。なお、被覆２は、この電線本体Ｗを外部の衝撃等から保護する層として設けられており、樹脂材等にて成形されるものである。

この電線本体Ｗにおいて、図２に示すように、電線本体ＷのＸ−Ｙ平面の中心部に１＋６本の銅素線１０よりなる中心導体ＣＵの断面が位置し、また、このＸ−Ｙ平面の中心部の周りに配置される外周部に１２本の銅被覆アルミニウム素線２０よりなる外層導線ＡＬが位置し、そして中心導線ＣＵの外周面に外層導線ＡＬの外周面が接触して電気的に接続されている。
なお、このとき銅被覆アルミニウム素線２０及び銅素線１０はそれぞれ撚り合わせてある。

ここで、銅素線１０の直径と銅被覆アルミニウム素線２０の直径は略等しく設定されている。銅被覆アルミニウム素線２０は、アルミニウム線２１の外周表面に銅クラッド層（銅被覆）２２が形成されたものであり、より具体的には、アルミニウムと銅の接合界面において拡散結合した銅クラッドアルミニウム素線である。加えて、銅素線１０を構成する銅と、銅被覆アルミニウム素線２０各々の外周面を形成する銅クラッド層２２の銅と、は同一の銅材料からなっている。

この複合電線１の電線本体Ｗでは、この電線本体ＷのＸ−Ｙ平面の中心部に銅素線１０よりなる中心導体ＣＵを有すると共にそのＸ−Ｙ平面の外周部に銅被覆アルミニウム素線２０よりなる外層導体ＣＵを有することになるので、全体を銅素線１０で構成した場合と比べて、軽量化を図ることができる。また、全体をアルミニウム素線２０で構成した場合と比べて、引張強度や曲げ強度を高めることができると共に、導電率の向上（電線抵抗の低減）を図ることができる。さらに、全体を銅クラッドアルミ素線で構成した場合と比べて、引張強度を高めることができる。

特に、電線本体Ｗの外周部を形成するには多くの本数の素線が必要となるが、ここで本実施形態によれば電線本体の外周部に配される外層導体ＡＬが銅被覆アルミニウム素線２０により構成されているので、この銅被覆アルミニウム素線２０の量を多くすることが容易にでき、これに伴って電線の一層の軽量化を図ることができる。また、中心導体ＣＵをアルミニウム素線２１よりも強度の高い銅素線１０で構成しているので、電線の引張強度を高めることができる。

また、アルミニウム素線２１をそのまま使用した場合には、アルミニウム素線２１の表面に酸化被膜が生成する等の問題があるが、このそのままのアルミニウム素線に置き換えて、銅被覆アルミニウム素線２０を使用するので、酸化被膜の問題が全く発生しない。

さらに、アルミニウム素線２１をそのまま使用する際、銅被覆アルミニウム素線２０よりなる外層導線ＡＬの外周面をその中心導線ＣＵの外周面に接触するように配置して電気的に接続する場合には、中心導体ＣＵと外層導体ＡＬの接触が、銅とアルミニウム同士の接触になり、異種金属接触による電位差の影響によりアルミニウム素線２１の電食のおそれがあるが、本実施形態の複合電線１では、図３に示すように、アルミニウム素線２１の外周表面を銅クラッド層（銅被覆）２２で覆った銅被覆アルミニウム素線２０を使用するので、中心導体ＣＵである銅素線１０と外層導体ＡＬである銅被覆アルミニウム素線２０の接触が、銅と銅の同種金属接触となり、その接触面で電位差が生じず、電食の防止を確実に図ることができる。
なお、本実施形態の場合、銅被覆アルミニウム素線２０の銅クラッド層２２の銅と、銅素線１０の銅と、は同一の銅材料からなっているので、完全な同一の銅と銅の同種金属接触となりその接触面で電位差は全く生じず、その電食の防止をより確実に図ることができる。

また、このように構成された中心導線ＣＵ及び外層導線ＡＬがＺ方向に略並列に延長することになるので、この複合電線１を任意のＸ−Ｙ平面で切り出して使用する場合、それぞれ切り出された複合電線の特性（例えば、圧着性能、引張強度等）のばらつきを抑制することができて、電線としての信頼性向上を図ることができる。

さらに、この複合電線１では、銅被覆アルミニウム素線２０として銅クラッドアルミニウム素線を使用しているので、アルミニウム素線２１と銅クラッド層２２の界面に強固な接合力を持たせることができ、圧着等の際にも銅クラッド層２２が不用意に剥離するおそれがなく、アルミニウム素線２１の表面への酸化被膜の生成を確実に防止することができる。

したがって、以上述べたように、本実施形態によれば、対候性を有して車載環境に十分に耐える電線とすることができ、車両の広範囲の用途について、銅電線と置き換えて使用することが可能であり、車載ワイヤーハーネスとして用いた際には、そのワイヤーハーネスの軽量化により、車両重量低減に寄与することができる。また、酸化被膜や電食の問題を回避することができるので、電線の高い信頼性を図ると共に、車載ワイヤーハーネスに適用する場合にも、酸化被膜について特に配慮する必要がなく、取り扱いが容易になる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、前述した実施形態では、中心導体ＣＵを構成する銅素線１０の本数が７本、その周囲の外層導体ＡＬを構成する銅被覆アルミニウム素線２０の本数が１２本の場合を例示したが、各素線１０、２０の本数については、これ以上であっても以下であっても構わない。銅被覆アルミニウム素線２０の割合を増やせば、軽量化への寄与率を高めることができ、一方銅素線１０の割合を増やせば、引張強度向上への寄与率を高めることができる。

また、本発明では、銅被覆アルミニウム素線２０のアルミニウムとしては、純アルミニウムに限らず、アルミを含む金属、例えば鉄、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、ニッケル等とのアルミニウム合金も含みことができ、この場合にも前述と同様に実施することができ、且つ前述と同様な作用及び効果を奏することができる。
なお、このアルミニウム合金のうち好ましい具体例としては、アルミニウムと鉄との合金を例示することができる。この合金を採用した場合、純アルミニウムの導線に比べて、延び易く、強度（特に引張強度）を増すことができて好適である。

また、本発明は、銅被覆アルミニウム素線２０として、アルミニウム素線またはアルミニウム合金素線の外周表面に銅めっきを施した銅めっきアルミニウム素線又は銅めっきアルミニウム合金素線を利用することもできる。

本発明の実施形態の電線の斜視図である。 本発明の実施形態の電線の導体の断面図である。 本発明の電線における銅素線と銅被覆アルミニウム素線の接触部分の拡大図である。

符号の説明

ＣＵ 中心導体
ＡＬ 外層導体
１０ 銅素線
２０ 銅被覆アルミニウム素線
２１ アルミニウム素線
２２ 銅クラッド層（銅被覆）

Claims (3)

1. 中心導線と、該中心導線の長手方向に当該中心導線の外周面に沿って延長するとともに当該中心導線を囲むように配置される外層導線と、からなる電線本体を備えた複合電線であって、
   前記中心導線が少なくとも１本の銅素線からなり、
   前記外層導線が複数の銅被覆アルミニウム素線からなり、
   前記電線本体の長手方向に直交する断面における中央部に前記中心導線の断面が位置するとともに前記中央部の周りに配置される外周部に前記外層導線の断面が位置し、そして
   前記中心導線の前記外周面に前記外層導線の外周面が接触して電気的に接続されている
   ことを特徴とする複合電線。
2. 前記複数の銅被覆アルミニウム素線の各々が、アルミニウムを含む金属と銅とがこれらの接合界面において拡散結合した銅クラッドアルミニウム素線である
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合電線。
3. 前記少なくとも１本の銅素線を構成する銅と、前記複数の銅被覆アルミニウム素線各々の外周面を形成する銅とが同一の銅材料からなる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合電線。

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