JP2015183275A

JP2015183275A - 銅被覆アルミニウム合金線、及び、これを用いたケーブル

Info

Publication number: JP2015183275A
Application number: JP2014063265A
Authority: JP
Inventors: 辰規篠田; Tatsunori Shinoda
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-10-22

Abstract

【課題】高い導電性と引張強さを兼ね備える銅被覆アルミニウム合金線とそれを用いたケーブルを提供する【解決手段】アルミニウム合金線の芯材と、前記芯材を被覆する銅被覆層と、を備えた銅被覆アルミニウム合金線であって、前記アルミニウム合金線は第一の添加元素として、ケイ素を０．１５〜０．５質量％、銅を０．０６〜０．４質量％、チタンを０．００１〜０．０２質量％含み、第二の添加元素として、鉄、ニッケル、ニオブ及びホウ素からなる群より選ばれる１種の元素を、１．２〜２．２質量％含み、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする銅被覆アルミニウム合金線。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金線の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム合金線、及び、これを用いたケーブルに関する。

近年、自動車電装用ワイヤーハーネスや電子機器で使用されている導電線は軽量かつ安価であることが求められている。従来、導体には銅が用いられてきたが、銅の代替として、アルミニウムの軽さ、経済性、銅の耐腐食性、導電性およびはんだ付け性といった両者のよい部分を受け継いだ導電線として、アルミニウム合金線を芯材として外周に銅被覆層を施した銅被覆アルミニウム合金線が使用されている。

このような銅被覆アルミニウム合金線には導電性と引張強さとの両立が求められている。銅被覆アルミニウム合金線の特性は芯材として使用され、銅被覆アルミニウム合金線の大半を占めるアルミニウム合金線の特性が強く影響を与えている。特許文献１記載のアルミニウム合金導電線では、鉄、マグネシウム及びケイ素が所定の割合で配合され、残部をアルミニウム及び不可避的不純物とすることで、優れた導電性と引張強さとを備えたアルミニウム合金導電線が開示されている。

特開２００６−１９１６３号公報

しかし、特許文献１に記載のアルミニウム合金導電線を使用した銅被覆アルミニウム合金線であっても、いまだ十分とはいえず、導電性と引張強さについてさらなる改善が求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い導電性と引張強さを兼ね備える銅被覆アルミニウム合金線とそれを用いたケーブルを提供することを目的とする。

すなわち本発明は、アルミニウム合金線の芯材と、前記芯材を被覆する銅被覆層と、を備え、前記アルミニウム合金線は第一の添加元素として、ケイ素を０．１５〜０．５質量％、銅を０．０６〜０．４質量％、チタンを０．００１〜０．０２質量％含み、第二の添加元素として、鉄、ニッケル、ニオブ及びホウ素からなる群より選ばれる１種の元素を、１．２〜２．２質量％含み、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする銅被覆アルミニウム合金線である。

また本発明は、導体と、前記導体を被覆する絶縁層とを有する絶縁電線を備え、前記導体が、上述した銅被覆アルミニウム合金線であることを特徴とするケーブルである。

本発明によれば、高い導電性と引張強さを兼ね備える銅被覆アルミニウム合金線と、それを用いたケーブルが提供される。

本発明の銅被覆アルミニウム合金線を用いたケーブルの一実施形態を示す断面図である。図１の銅被覆アルミニウム合金線を製造する装置の一例を概略的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係るケーブルの一実施形態を示すものである。図１に示すように、ケーブル１０は、アルミニウム合金線１とアルミニウム合金線１の外周に設けられた銅被覆層２を有する銅被覆アルミニウム合金線３と、銅被覆アルミニウム合金線３の外周を被覆する絶縁層４とを備えている。

（アルミニウム合金線）
アルミニウム合金線１はアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金は、第一の添加元素として、ケイ素を０．１５〜０．５質量％、銅を０．０６〜０．４質量％、チタンを０．００１〜０．０２質量％含み、第二の添加元素として、鉄、ニッケル、ニオブ及びホウ素からなる群より選ばれる１種の元素を１．２〜２．２質量％含み、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる。

（第一の添加元素）
アルミニウム合金は、ケイ素を０．１５〜０．５質量％含有する。ケイ素の含有量が０．１５質量％より少ないと、引張強さが低下するため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。一方、ケイ素の含有量が０．５質量％より多いと、高い導電性が得られないため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。

アルミニウム合金は、銅を０．０６〜０．４質量％含有する。銅の含有量が０．０６質量％より少ないと、引張強さが低下するため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。一方、銅の含有量が０．４質量％より多いと、高い導電性が得られないため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。

アルミニウム合金は、チタンを０．００１〜０．０２質量％含有する。チタンの含有量が０．００１質量％より少ないと、引張強さが低下するため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。一方、チタンの含有量が０．０２質量％より多いと、高い導電性が得られないため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。

（第二の添加元素）
さらに、アルミニウム合金は、鉄、ニッケル、ニオブ及びホウ素からなる群より選ばれる１種の元素を１．２〜２．２質量％含有する。上述の元素の含有量が１．２質量％より少ないと、引張強さが低下するため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。一方、上述の元素の含有量が２．２質量％より多いと、高い導電性が得られないため、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができない。

そして、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物は導電性を低下させる原因となるので、その含有量は出来るだけ少ないことが好ましい。

アルミニウム合金においては、鉄、ニッケル、ニオブ及びホウ素からなる群より選ばれる１種の元素の含有量が１．５〜２．０質量％であることが好ましい。この場合、１．５〜２．０質量％の範囲を外れる場合に比べて、より高い導電性と引張強さを兼ね備えることができる。

（銅被覆層）
銅被覆層２は銅、又は、銅を主成分とする銅合金から構成される。特に、導電性に優れるという点から銅を用いることが好ましい。ここで、銅とは成分が銅及び不可避的不純物からなるものである。

銅被覆層２はアルミニウム合金線１の外周に厚さが均等になるように形成することが好ましい。さらに、銅被覆アルミニウム合金線３全体の断面積に対する銅被覆層２の断面積の占める割合を表す銅被覆層２の占積率は１〜５０％であり、より好ましくは１〜２０％である。銅被覆層２の占積率が１％未満の場合、銅被覆層２の厚さが薄くなりすぎるため、銅被覆層２が割れてアルミニウム合金線１が露出する恐れがある。この場合、銅とアルミニウム合金との間で異種金属接触による腐食が生じ、導電性や引張り強さが低下してしまう。また、銅被覆層２の占積率が５０％より大きいの場合、銅被覆アルミニウム合金線３における銅の割合が多くなりすぎるため、重量や製造コストが上昇してしまう。特に、銅被覆層２の占積率を２０％以下とすることで軽量化や製造コストの削減効果が高くなる。なお、本発明の実施形態における銅被覆アルミニウム合金線３及び銅被覆層２の断面積とは、銅被覆アルミニウム合金線３の軸方向に対して実質的に直交する方向に沿って銅被覆アルミニウム合金線３を切断した場合の断面の断面積である。

（絶縁層）
絶縁層４は絶縁材料で構成される。絶縁材料としては、ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、エチレン‐プロピレン−ジエンゴムなどのゴムや、それらをベースとした樹脂組成物などが用いられる。

次に、ケーブル１０の製造方法について説明する。

［銅被覆アルミニウム合金線形成工程］
まず銅被覆アルミニウム合金線３を形成する。以下、銅被覆アルミニウム合金線３の製造方法について図２を参照して説明する。図２は、図１の銅被覆アルミニウム合金線を製造する装置の一例を概略的に示す図である。

（キャストバー作製工程）
はじめに、図２に示すように、第一の添加元素として上述した範囲の含有量を有するケイ素、銅、チタンと、第二の添加元素として上述した範囲の含有量を有する鉄、ニッケル、ニオブ及びホウ素のいずれか１種と、アルミニウムとを溶解し、連続鋳造機１１にて鋳造して、キャストバー１２を作製する。なお、ここで用いられるアルミニウムは、アルミニウム合金線１の導電性を良好にするために高い純度を有することが望ましい。具体的には、アルミニウムの純度は９９．９５％以上であることが好ましい。

（ワイヤロッド作製工程）
そして、キャストバー１２を熱間圧延機１３にて熱間圧延してワイヤロッド１４を作製する。このワイヤロッド１４の線径は特に限定されるものではないが、例えば９．０〜１０．０ｍｍ程度とすることが出来る。

（電解脱脂工程、ブラシ研磨工程）
次に、ワイヤロッド１４を電解脱脂装置１５にてワイヤロッド１４の表面を電解脱脂する。さらに、研磨装置１６にてブラシ研磨を行うことによりワイヤロッド１４の表面を荒らす。これは、後述する銅被覆工程において、ワイヤロッド１４と銅テープ３０との界面に不純物を残さないようにするとともに、銅テープ３０がワイヤロッド１４からずれないようワイヤロッド１４の表面を滑りにくくするためである。

（銅被覆工程）
次いで、別途用意した送り出し機２０から送り出した銅テープ３０を長手方向に移動するワイヤロッド１４に対して連続的に縦添えし、銅テープの合わせ目をＴＩＧ溶接装置１７にてＴＩＧ溶接することで、銅被覆層２が形成された銅被覆ワイヤロッド１８を作製する。

（伸線加工工程）
次に、銅被覆ワイヤロッド１８を伸線加工機１９にて冷間伸線加工し、線径が例えば０．１〜１ｍｍ程度となるまで伸線し、銅被覆アルミニウム合金線３を得る。

［絶縁層形成工程］
次に、銅被覆アルミニウム合金線３を絶縁層４で被覆する。銅被覆アルミニウム合金線３を絶縁層４で被覆するためには、銅被覆アルミニウム合金線３を押出機のクロスヘッド部などに導入し、その押出機からチューブ状に押出加工した樹脂あるいは樹脂組成物で被覆すればよい。

以上のようにして銅被覆アルミニウム合金線３と絶縁層４とで構成されるケーブル１０が得られる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、ケーブル１０は、銅被覆アルミニウム合金線３と絶縁層４とで構成されるが、絶縁層４の外周をさらにシース等で被覆しても良い。

また、上記実施形態では、ケーブル１０は、絶縁層４で被覆された銅被覆アルミニウム合金線３単体で構成されているが、絶縁層４で被覆された銅被覆アルミニウム合金線３を複数本束ねて構成されるものであってもよい。

さらに、上記実施形態では銅テープ３０で銅被覆層２を形成しているが、ワイヤロッド１４を所定の線径まで伸線しておき、その表面に銅めっきする方法や、ワイヤロッド１４を銅管に挿入した状態で伸線加工する方法などで銅被覆層２を形成してもよい。

以下、本発明の内容を実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜１８及び比較例１〜１４）
第一の添加元素であるケイ素（表１ではＳｉと表示する）、銅（表１ではＣｕと表示する）、チタン（表１ではＴｉと表示する）と、第二の添加元素である鉄（表１ではＦｅと表示する）、ニッケル（表１ではＮｉと表示する）、ニオブ（表１ではＳｂと表示する）及びホウ素（表１ではＢと表示する）のいずれか１種と、アルミニウム（表１ではＡｌと表示する）とを表１に示す組成で溶解し、連続鋳造機にて鋳造して、線径２５ｍｍのキャストバーを作製した。そして、キャストバーを熱間圧延して線径９．８ｍｍのワイヤロッドを作製した。次いでワイヤロッドの表面について電解脱脂、ブラシ研磨を行った。このワイヤロッドに、厚さ０．４ｍｍの銅テープを縦添えして連続的に被覆し、銅テープの合わせ目をＴＩＧ溶接することで銅被覆ワイヤロッドを作製した。最後に、銅被覆ワイヤロッドを線径が０．２ｍｍとなるまで冷間伸線加工した。このようにして銅被覆アルミニウム合金線を得た。銅被覆アルミニウム合金線における銅被覆層の銅被覆層の層厚は８μｍであり、占積率は１５％であった。

このようにして得た銅被覆アルミニウム合金線について、ＪＩＳＣ３００２に準拠して２０℃で引張試験を行うことにより引張強さを測定した。結果を表１に示す。

また、ＪＩＳＣ３００２に準拠して２０℃において銅被覆アルミニウム合金線の導電率を測定した。結果を表１に示す。

銅被覆アルミニウム合金線についての判定（評価）は以下の基準に基づいて行った。
（１）引張強さが５００ＭＰａ以上
（２）導電率が６０％ＩＡＣＳ以上

そして、上記（１）、（２）の全ての基準を満たす銅被覆アルミニウム合金線は合格とし、表１において「○」で示した。一方、上記（１）、（２）の基準のうち１つでも満たさない銅被覆アルミニウム合金線は不合格とし、表１において「×」で示した。

表１に示す結果より、本発明の要件を満たす実施例１〜１８は、上記（１）、（２）の基準を満たした。従って、判定は合格であった。一方、本発明の要件を満たさない比較例１〜１４は、上記（１）、（２）の基準のうちの少なくとも１つを満たすことができなかった。従って、判定は不合格であった。なお、比較例１２は銅被覆ワイヤロッドを伸線加工する工程で断線が多発し、銅被覆アルミニウム合金線を得ることができなかった。

以上のことから、本発明の銅被覆アルミニウム合金線によれば、高い導電性と引張強さを兼ね備えることができることが確認された。

１…アルミニウム合金線
２…銅被覆層
３…銅被覆アルミニウム合金線
４…絶縁層
１０…ケーブル

Claims

アルミニウム合金線の芯材と、
前記芯材を被覆する銅被覆層と、
を備えた銅被覆アルミニウム合金線であって、
前記アルミニウム合金線は第一の添加元素として、ケイ素を０．１５〜０．５質量％、銅を０．０６〜０．４質量％、チタンを０．００１〜０．０２質量％含み、第二の添加元素として、鉄、ニッケル、ニオブ及びホウ素からなる群より選ばれる１種の元素を、１．２〜２．２質量％含み、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする銅被覆アルミニウム合金線。
導体と、
前記導体を被覆する絶縁層とを有する絶縁電線を備えており、
前記導体が、請求項１に記載の銅被覆アルミニウム合金線であることを特徴とするケーブル。