JP2015183276A - 銅被覆アルミニウム合金線、及び、これを用いたケーブル - Google Patents
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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2種の元素を、合計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
【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2種の元素を、合計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に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、残部が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。
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2種の元素を、合計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。
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を含む。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2種の元素を合計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。
アルミニウム合金線1はアルミニウム合金を含む。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2種の元素を合計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、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2種の元素を合計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。
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2種の元素を合計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2種の元素の含有量の合計が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。
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。
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2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。
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2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。
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。
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。
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。
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、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1〜42及び比較例1〜30)
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2種と、アルミニウム(表1ではAlと表示する)とを表1〜3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層厚は8μmであり、銅被覆層の占積率は15%であった。
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2種と、アルミニウム(表1ではAlと表示する)とを表1〜3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層厚は8μmであり、銅被覆層の占積率は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
(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1〜3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1〜3において「×」で示した。
表1〜3に示す結果より、本発明の要件を満たす実施例1〜42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1〜30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8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
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 (2)
- 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2種の元素を、合計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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014063269A JP2015183276A (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 銅被覆アルミニウム合金線、及び、これを用いたケーブル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014063269A JP2015183276A (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 銅被覆アルミニウム合金線、及び、これを用いたケーブル |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015183276A true JP2015183276A (ja) | 2015-10-22 |
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ID=54350166
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JP2014063269A Pending JP2015183276A (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | 銅被覆アルミニウム合金線、及び、これを用いたケーブル |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106057274A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-10-26 | 江苏长峰电缆有限公司 | 一种耐冲击防雷系统引下线用电缆 |
-
2014
- 2014-03-26 JP JP2014063269A patent/JP2015183276A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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