JP2015176733A - 線材、これを用いた被覆電線および自動車用ワイヤハーネス、線材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】線材1は、内層3と、内層3の外周に設けられる外層5からなる。内層3は、アルミニウム製である。ここで、アルミニウム製とは、アルミニウムおよびアルミニウム合金を含む。内層3を構成するアルミニウムとしては、例えば純アルミニウム(A1000系)やA6000系合金を使用することができる。特に、純アルミニウムを用いることで、高い導電率を確保することができる。外層5は、内層3の全周に形成される。外層5は、アルミニウム母材中にカーボンナノチューブが分散して構成される。アルミニウム母材としては、前述した、内層3を構成するアルミニウムを適用することができる。
【選択図】図1
Description
(アルミニウム/カーボンナノチューブ複合化)
硫酸と硝酸の混酸により酸処理をしたカーボンナノチューブ(保土谷化学製 NT−7K)、及びガスアトマイズ法で製造した平均粒径5μmのアルミニウム粒子を、カーボンナノチューブの混合比率がアルミニウムに対し0.5wt%になるように計量し、それぞれエタノールに十分に分散させ、混合することでヘテロ凝集反応をさせた。凝集反応したアルミニウムとカーボンナノチューブを減圧濾過によって回収、乾燥し複合粉末を得た。
得られた複合粉末を放電プラズマ焼結によって焼結した。まず、複合粉末を焼結用の外形φ15mm×30mmのリング形状のダイへ投入し、パンチで蓋をし、真空環境、50MPaで600℃×20分焼結した。
焼結したリンク形状の複合材料の中央部に、純アルミニウムの焼結体を組み込み複合体とした。その比率は、最終加工品が複合材料の被覆厚/線材半径で20%となるように設計し、組み合わせた。
焼結体を500℃〜550℃に保温し荷重をかけることでφ3.0mmの棒状に押出した。押し出されたφ3.0mmの棒を数回のダイスを用いて線径を細く冷間引抜加工し、φ0.1mmになるまで繰り返した。なお、外層の被覆厚/半径は、20%であった。
カーボンナノチューブの量の添加量をアルミニウムに対し1wt%にした以外は、実施例1と同様に製造した。
外層の被覆厚/半径を10%とした以外は、実施例2と同様に製造した。
外層の被覆厚/半径を30%とした以外は、実施例2と同様に製造した。
カーボンナノチューブの量の添加量をアルミニウムに対し3wt%にした以外は、実施例2と同様に製造した。
カーボンナノチューブの量の添加量をアルミニウムに対し4wt%にした以外は、実施例2と同様に製造した。
内層を構成するアルミニウムとして、純アルミニウムではなく、A6101系アルミニウム合金を使用にした以外は、実施例2と同様に製造した。
カーボンナノチューブの量の添加量をアルミニウムに対し0.2wt%にした以外は、実施例1と同様に製造した。
カーボンナノチューブの量の添加量をアルミニウムに対し5wt%にした以外は、実施例1と同様に製造した。
カーボンナノチューブを添加せずに純アルミニウム粉末のみを焼結、細線化加工した。
カーボンナノチューブを添加せずにA6061アルミニウム粉末のみを焼結、細線化加工した。
カーボンナノチューブの量の添加量をアルミニウムに対し8wt%にした以外は、実施例1と同様に製造した。
カーボンナノチューブの量の添加量をアルミニウムに対し0.1wt%にした以外は、実施例1と同様に製造した。
外層の被覆厚/半径を5%とした以外は、実施例2と同様に製造した。
外層の被覆厚/半径を40%とした以外は、実施例2と同様に製造した。
細線化加工した線材を4端子法で抵抗を測定した。線材の径、クリップ間の距離を測定し、4端子法で測定した抵抗値から線全体の平均的な体積抵抗率を算出し、導電性(IACS%)を評価した。
細線化加工した線材約100mmの両端をチャッキングし、テンシロンで速度10mm/minで引張り、破断までの最大値を、線径で割ることで、引張強度を算出した。また、同時に破断したときの伸びも測定した。
自動車用ワイヤハーネス材料としては接続部の信頼性が重要である。そこで線材を撚線化し、アルミハーネス用圧着端子を圧着し、その信頼性評価を実施した。信頼性評価は圧着してから1000hr後の端子引抜強度の変化を測定した。初期強度を100%としてその維持率を評価した。
最終的な線材までの加工ができたかどうかを評価した。なお、表中の「○」はφ0.1mmまで加工できたものであり、「×」は最終まで加工できなかったものである。また、「△」は細線化加工はできたが加工途中での断線が頻発したものである。
実施例1〜8は、目標とする200MPa以上の引張強度を発現することを確認した。伸び値はいずれも2〜3%であった。これに対し、カーボンナノチューブを含まない比較例1、2は200MPaに達しなかった。また比較例3は、最終的な線材まで加工することができず機械特性、電気特性の最終評価ができなかった。比較例4は、カーボンナノチューブの配合量が少なく、強度向上の効果が見られなかった。比較例5は、外層の厚みが薄すぎるため、強度向上の効果が見られなかった。
実施例1〜8は、目標とするIACSで55%以上を満足した。内層がアルミニウム合金層である比較例2は、目標とする導電率55%を満足しなかった。また、外層が厚すぎる比較例6は、目標とする導電率55%を満足しなかった。
実施例1〜8は、目標とする1000時間経過後の強度維持率95%を満足した。カーボンナノチューブを含まず、純アルミニウムを用いた比較例1は、維持率が80%となった。また、カーボンナノチューブの添加量が少ない比較例4と、外層の薄い比較例4も、維持率が90%未満であった。
実施例1〜8は、すべて線材まで加工できた。一方、内層がアルミニウム合金である比較例2と、カーボンナノチューブの添加量が多い比較例3は、線材まで加工することができなかった。また、外層の厚い比較例6は、加工時に破断が多発した。
3………内層
5………外層
7………母材
8………アルミニウム粒子
9………カーボンナノチューブ
10………棒材
11a、11b………分散液
13………混合液
17a、17b………電極
19………上型
21………下型
23………粉末
25………中空円筒体
27………柱状体
29………ダイス
31………複合体
Claims (7)
- 線材であって、
アルミニウム製の内層と、
前記内層の外周に設けられ、前記内層を被覆する外層と、
を具備し、
前記外層は、アルミニウム製の母材に、カーボンナノチューブが単体または凝集体で分散しており、
線材の長手方向に垂直な断面での、前記単体または前記凝集体のサイズが、線材の径の1%以下であることを特徴とする線材。 - 断面において、線材の半径に対する前記外層の厚みの占める割合が、10%〜30%であることを特徴とする請求項1に記載の線材。
- 前記母材に対する前記カーボンナノチューブの配合比が0.2重量%以上5重量%以下の範囲であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の線材。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の線材が、複数本撚りあわせられて、最外周に絶縁被覆が施されることを特徴とする被覆電線。
- 請求項4記載の被覆電線の端部に、コネクタが接続されることを特徴とする自動車用ワイヤハーネス。
- 線材の製造方法であって、
混酸によって酸処理を施したカーボンナノチューブを、液中に分散させた分散液Aと、
アルミニウム製の粒子を液中に分散させた分散液Bと、
を、混合し、ヘテロ凝集反応させ、
得られた粉末を、乾燥後、放電プラズマ焼結によって、中空円筒体に焼結し、
前記中空円筒体の内部に、アルミニウム製の柱状体を挿入して複合体を形成し、
前記複合体を熱間押出加工および冷間引き抜き加工によって線材を得ることを特徴とする線材の製造方法。 - 前記アルミニウム製の粒子は、平均粒径が1.0〜25μmであることを特徴とする請求項6記載の線材の製造方法。
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