JP3824809B2

JP3824809B2 - 自動車用電力ケーブルおよび前記電力ケーブル用端子

Info

Publication number: JP3824809B2
Application number: JP16941199A
Authority: JP
Inventors: 英道藤原
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: US20030111256A1; JP2000357420A; US6867372B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源（駆動源）の全部または一部に電力を用いた電気自動車やハイブリッドカーなどの車内配線に適した電力ケーブルおよび前記電力ケーブル用端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保全を目的に、動力源（駆動源）の全部または一部に電力を用いた電気自動車やハイブリッドカーが注目を集めている。このような電気自動車やハイブリッドカーの車内配線用電力ケーブルには、従来より、銅撚線の周囲を塩化ビニル系樹脂絶縁層と銅線編組体のシールド層で被覆した電力ケーブルが使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の自動車用電力ケーブルは、重くしかも可撓性に劣るため配線時の作業性が劣り、また重いため撚費が嵩むという問題があった。また、近年、軽量化のためにインバーターやバッテリーの配線にアルミニウムバスバーが使用されるようになったが、導体やシールド層が銅系材料のため、接続部分でアルミニウムバスバーが優先腐食することが懸念されている。このようなことから、導体に軟質アルミニウム（以下アルミニウムをＡｌと記す）撚線を用いた電力ケーブルの使用も検討されたが、軟質Ａｌ撚線は耐クリープ特性に劣りまた強度が低いため、端子接続部の接触抵抗が経時的に増大し、特に振動下で使用される自動車用電力ケーブルでは、良好な接続特性が安定して得られないという問題があった。
【０００４】
またシールド層には電磁遮蔽効果を期待して銅線の編組体が用いられていたが、銅線は重くまた可撓性に劣るため配線時の作業性が劣るという問題があった。
【０００５】
本発明は、安価であり、車体が軽量化され、Ａｌ製バスバーの優先腐食が防止され、電気接続特性、電磁遮蔽性、配線作業性に優れ、良好な難燃性、可撓性、リサイクル性が得られる自動車用電力ケーブル、およびＡｌ合金導体との接触抵抗が小さく良好な電気接続特性が安定して得られる前記電力ケーブル用端子の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
請求項１記載の発明は、Ｚｒを０．０３〜０．４wt％、Ｆｅを０．２〜０．７wt％、Ｓｉを０．２〜０．６wt％、Ｍｇを０．３５〜１．２wt％、Ｃｕを０．０５〜０．４wt％、ＴｉまたはＶの１種または２種を合計で０．００３〜０．０５wt％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる高強度導電性Ａｌ合金素線の撚線が絶縁層およびＡｌを９９wt％以上含む編組体からなるシールド層により被覆されていることを特徴とする自動車用電力ケーブルである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記Ａｌ合金素線の表面にＮｉ層がコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の自動車用電力ケーブルである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記絶縁層が難燃性ポリオレフィン樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載の自動車用電力ケーブルである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載の自動車用電力ケーブルの撚線に接続される筒状の端子であって、Ｚｒを０．０３〜０．４wt％、Ｓｉを０．０５〜０．１５wt％含み、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金により構成され、前記端子の撚線に接する面にＮｉ層がコーティングされ、さらに深さ０．１ｍｍ以上の抜け防止溝が設けられていることを特徴とする自動車用電力ケーブル用端子である。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車用電力ケーブルの撚線に接続される筒状の端子であって、Ｚｎを１０〜４０wt％含み、残部がＣｕと不可避不純物からなるＣｕ合金により構成され、前記端子の撚線に接する面にＳｎ層がコーティングされ、さらに深さ０．１ｍｍ以上の抜け防止溝が設けられていることを特徴とする自動車用電力ケーブル用端子である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１記載発明の自動車用電力ケーブルの導体には、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｕを添加して耐熱性を高め、Ｓｉ、Ｍｇを添加して析出強化（Ｍｇ_２Ｓｉの析出）させ、Ｔｉ、Ｖを添加して結晶粒を微細化して強度を高めた高強度導電性Ａｌ合金撚線が使用される。
前記合金組成についてさらに説明する。Ｚｒは時効処理により析出して（Ａｌ _３Ｚｒ）、耐クリープ特性を高める。ＳｉはＺｒの析出を促進させることにより耐クリープ特性の向上に寄与する。Ｆｅは耐熱性を高める。
【００１２】
この発明において、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｕの含有量を、それぞれ０．０３〜０．４wt％、０．２〜０．７wt％、０．０５〜０．４wt％に規定する理由は、いずれが下限値未満でもその耐熱性向上効果が十分に得られず、いずれが上限値を超えても加工性が低下するためである。
【００１３】
Ｓｉ、Ｍｇの含有量をそれぞれ０．２〜０．６wt％、０．３５〜１．２wt％に規定する理由は、いずれが下限値未満でもその析出強化効果が十分に得られず、いずれが上限値を超えても加工性が低下するためである。
【００１４】
Ｔｉまたは／およびＶの含有量を合計で０．００３〜０．０５wt％に規定する理由は、下限値未満ではその結晶粒微細化効果が十分に得られず、上限値を超えて含有させてもその効果が飽和してコスト的に不利になるためである。
【００１５】
この発明の電力ケーブルにおいて、絶縁層には任意の絶縁材料が使用できるが、環境保全上塩素を含まないものが良く、特に難燃性ポリオレフィン樹脂は可撓性に富み望ましい絶縁材料である。絶縁層は単層で用いても良いが、図１に示すように、導体１の周囲に第１の絶縁層２を被覆し、その上にシールド層３を被覆し、その上に第２の絶縁層４を被覆するなど、２層以上の多層に被覆することもできる。
【００１６】
この発明の電力ケーブルにおいて、シールド層をＡｌまたはＡｌ合金の編組体で構成する理由は、ＡｌまたはＡｌ合金は軽量で、可撓性に富み、透磁率が高くシールド性に優れるためである。ここでシールド層を、Ａｌを９９wt％以上含む編組体で構成する理由は、９９wt％未満では、前記効果が十分に得られないためである。
【００１７】
請求項１記載発明におけるＡｌ合金撚線は、所定組成のＡｌ合金溶湯を連続鋳造圧延、または鋳塊を熱間圧延して線材とし、これを冷間加工して素線とする常法において、前記線材または／および素線に時効処理を施して得られる素線を撚線加工して製造される。前記時効処理により導電性および機械的性質が改善される。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明のＡｌ合金導体にそれぞれＮｉ層をコーティングして端子との接触抵抗を小さくし、電気接続性をより安定化させた電力ケーブルである。Ｎｉ層のコーティングには通常の電気めっき法などが適用される。電気めっき法では、電気めっきに先立ちＮａＣｌ置換処理を施すとＮｉ層の密着性が向上する。
【００１９】
請求項４、５記載の発明の端子は、前記本発明の自動車用電力ケーブルの接続に適した端子である。請求項４記載の発明の端子は、ＺｒおよびＳｉを添加して耐熱性を向上させたＡｌ合金からなる。前記Ｚｒ、Ｓｉの含有量をそれぞれ０．０３〜０．４wt％、０．０５〜０．１５wt％に規定する理由は、いずれが下限値未満でもその効果が十分に得られず、いずれが上限値を超えても導電性が低下するためである。この端子では、撚線と接する面にＮｉ層がコーティングされているので、Ａｌ合金撚線との接触抵抗が小さい。Ｎｉ層は電気めっきなどの常法によりコーティングされる。
【００２０】
この端子は、例えば、片面にＮｉ層をめっきしたＡｌ合金板から、図２（イ）に示す、端部にボルト穴部５を設けた端子部材６を打ち抜き、この端子部材６の把持部７となる部分のＮｉ層めっき面８に溝９をプレス加工し、溝９加工面を内側にして筒状に丸め、縁部をろう付けして端子に加工され、この端子１０は、図２（ロ）に示すように電力ケーブル１１の導体１にかしめて接続される。
【００２１】
溝９は、導体（Ａｌ合金撚線）の抜け防止のために設けられる。溝９の本数および間隔は任意である。溝９は導体１の長さ方向に直角に設けるのが抜け防止に有効である。溝９の深さは、０．１ｍｍ未満ではその効果が十分に得られないため０．１ｍｍ以上とする。溝９には端子１０と導体１との接触面積を増大させて接触抵抗を小さくする働きもある。
【００２２】
請求項５記載の発明の端子は、Ｚｎを１０〜４０wt％含む銅合金からなり強度、耐熱性、成形性などに優れる。この端子の内面にＳｎ層をコーティングする理由は、Ａｌ合金撚線との密着性を改善し、両者間の接触抵抗を小さくするためである。この端子においても、請求項４記載の発明の場合と同じ理由で溝を設ける。
【００２３】
現在バッテリーの電圧を、現行の１２Ｖから３６Ｖ程度に上昇させる検討がなされているが、このような電圧上昇により導体温度が上昇した場合でも、本発明で用いられる導体は耐クリープ性に優れているので、端子接続部でのクリープ変形による接触抵抗の増大を防止できる。
【００２４】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
【００２５】
（実施例１）
Ｚｒを０．２wt％、Ｓｉを０．５wt％、Ｆｅを０．４wt％、Ｍｇを０．６wt％、Ｃｕを０．１５wt％、Ｔｉを０．００３wt％、Ｖを０．００２wt％含む直径０．４５ｍｍのＡｌ合金素線を２６本撚りにし、この撚線をさらに７本撚りしてＡｌ合金撚線を製造した。
【００２６】
（実施例２）
実施例１で用いたＡｌ合金素線にＮｉ層を電気めっきした他は、実施例１と同じ方法によりＡｌ合金撚線を製造した。
【００２７】
（比較例１）
直径０．４５ｍｍのＳｎめっき軟銅線を２０本撚りにし、この撚線をさらに７本撚りした銅撚線を製造した。
【００２８】
（比較例２）
直径０．４５ｍｍの軟Ａｌ素線（Ｆｅ０．０２wt％、Ｓｉ０．０３wt％）を２６本撚りにし、この撚線をさらに７本撚りした軟Ａｌ撚線を製造した。
【００２９】
実施例１、２、比較例１、２で得られた各々の撚線について、クリープ試験及び通電サイクル試験を行った。クリープ試験は、９０℃で５ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷して行い、そのときのクリープ速度を求めた。通電サイクル試験は、各撚線に、撚線と接する面にＳｎめっきした黄銅製端子をかしめにより接続し、この接続部に９０℃で４ｋＶＡと０ｋＶＡの通電サイクルを付与して行い、この間、端子と、撚線上で端子から１００ｍｍ離れた位置との間の電気抵抗値を測定し、前記電気抵抗値が初期値の１．５倍に達したときのサイクル数（寿命サイクル数）を求めた。比較例１の撚線には断面積２２ｍｍ^２導体用の端子を用い、その他の撚線には断面積２９ｍｍ^２導体用の端子を用いた。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１より明らかなように、本発明例（Ｎｏ．１、２）はクリープ速度が１．２×１０^−５％／ｈｒと遅く、寿命サイクル数が１３００〜１４００と多く、寿命が長かった。特にＮｉをめっきしたもの（Ｎｏ．２）は寿命が長かった。これに対し、比較例のＮｏ．３、４はいずれもクリープ速度が速く、そのため寿命が短かった。以上から、本発明の電力ケーブルは、従来の電力ケーブルと比べて極めて高い電気接続性が得られ、信頼性に優れることが判る。
【００３２】
（実施例３）
導体に、実施例２で用いたＮｉめっきＡｌ合金撚線を用いて図１に示した横断面構造の自動車用電力ケーブルを製造した。即ち、前記ＮｉめっきＡｌ合金撚線１上に、厚さ０．６ｍｍの水酸化Ａｌを複合した難燃性ポリオレフィン樹脂絶縁層２を被覆し、その上にシールド層（０．５ｗｔ％Ｆｅ、０．１ｗｔ％Ｓｉを含む、直径０．２ｍｍの硬Ａｌ線）３を被覆し、その上に厚さ０．７ｍｍの前記難燃性ポリオレフィン樹脂絶縁層４を被覆して自動車用電力ケーブルを製造した。
【００３３】
（比較例３）
導体に、比較例１で用いた軟銅撚線を用いた他は、実施例３と同じ方法により自動車用電力ケーブルを製造した。
【００３４】
（比較例４）
シールド層に、直径０．２ｍｍの軟銅線の編組体を用いた他は、比較例３と同じ方法により自動車用電力ケーブルを製造した。
【００３５】
実施例３、比較例３、４で得られた各々の電力ケーブルについて、単位長さあたりの重量と、曲げ半径４０ｍｍで曲げた時の曲げ荷重を測定した。結果を表２に示す。表２には軟銅線導体に軟銅線編組体を被覆した従来の電力ケーブル（比較例４）の測定値を１００としたときの比率で示した。
【００３６】
【表２】

【００３７】
表２より明らかなように、本発明例のＮｏ．５は、従来品（Ｎｏ．７）に較べて軽く、曲げ荷重が小さいため配線作業がし易いものであった。これに対し、比較例のＮｏ．６、７は導体または導体とシールド層に軟銅が使用されているため、いずれも、重く、曲げ荷重が大きく配線作業がやり難いものであった。
【００３８】
（実施例４）
図２に示したのと同じ形状の端子（断面積２９ｍｍ^２導体用）を２種類製造した。即ち、１つはＺｒを０．１ｗｔ％、Ｓｉを０．１ｗｔ％、Ｆｅを０．１ｗｔ％含むＡｌ合金製Ｎｉめっき端子、もう１つはＳｎめっき黄銅（Ｚｎ３５ｗｔ％）製端子で、いずれも把持部となる部分のめっき面に深さ０．１２ｍｍの溝が、導体の長さ方向に対し直角に０．５ｍｍ間隔に４本プレス加工されたものである。
【００３９】
（比較例５）
Ｚｒを０．１ｗｔ％、Ｓｉを０．１ｗｔ％、Ｆｅを０．１ｗｔ％含むＡｌ合金製Ｎｉめっき端子、Ｓｎめっき黄銅製端子、軟Ａｌ製端子の３種類を製造した。前記溝はいずれの把持部となる部分にも形成しなかった。
【００４０】
（比較例６）
端子の把持部となる部分のＮｉめっき面に実施例４と同じように溝を形成した軟Ａｌ製端子を製造した。
【００４１】
実施例３で製造した本発明の電力ケーブルの絶縁層およびシールド層を除去して導体（断面積２９ｍｍ^２）を露出させ、この導体端部に、実施例４、比較例５、６で製造した各々の端子をかしめ加工（圧着）して接続した（図２ロ参照）。この接続部について、実施例１と同じ方法により通電サイクル試験を行い、同じ方法により寿命サイクル数を調べた。結果を表３に示す。
【００４２】
【表３】

【００４３】
表３より明らかなように、本発明例のＮｏ．８、９はいずれも寿命サイクル数が多く、寿命が長かった。これに対し、比較例のＮｏ．１０、１１は溝が形成されていないため、Ｎｏ．１３は端子材質が軟質Ａｌのため寿命が短かかった。Ｎｏ．１２は端子材質が軟質Ａｌの上、把持部内面に溝が形成されていないため、更に寿命が短かかった。以上から、本発明の端子は、従来の端子（Ｎｏ．１２、１３）と比べて極めて高い電気接続性が得られ、信頼性に優れることが判る。
【００４４】
【効果】
以上に述べたように、本発明の自動車用電力ケーブルは、（１）導体（撚線）がＡｌ合金により、シールド層がＡｌまたはＡｌ合金で構成されているため、安価であり、軽量で可撓性に優れるため配線作業がし易く、車体が軽量化されて燃費効率が向上し、Ａｌ製バスバーの優先腐食が防止され、また電磁遮蔽性も良好に維持される。（２）導体に用いるＡｌ合金は高導電高耐クリープ特性または高強度高耐熱性のため良好な電気接続特性が安定して得られる。（３）絶縁層に塩素を含まない樹脂を用いることによりリサイクル性が改善され、特に難燃性ポリオレフィン樹脂は可撓性に富み好適である。また本発明の端子は、ＺｒおよびＳｉを含有させて耐熱性を向上させたＡｌ合金または強度、耐熱性に優れる黄銅（Ｚｎを１０〜４０wt％含む銅合金）からなり、把持部内面に前者はＮｉ層を、後者はＳｎ層をコーティングし、さらに導体抜け防止のための溝を形成したものなので、Ａｌ合金導体との密着性が改善され接触抵抗の小さい、安定した電気接続特性が得られる。依って、本発明の自動車用電力ケーブルおよび端子は、動力源（駆動源）の全部または一部に電力を用いた電気自動車やハイブリッドカーなどの車内配線に用いて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車用電力ケーブルの実施形態を示す横断面説明図である。
【図２】（イ）（ロ）は本発明の端子の説明図である。
【符号の説明】
１導体（Ａｌ合金素線の撚線）
２第１の絶縁層
３シールド層
４第２の絶縁層
５ボルト穴部
６端子部材
７把持部
８Ｎｉ層めっき面
９溝
１０端子
１１電力ケーブル

Claims

Ｚｒを０．０３〜０．４wt％、Ｆｅを０．２〜０．７wt％、Ｓｉを０．２〜０．６wt％、Ｍｇを０．３５〜１．２wt％、Ｃｕを０．０５〜０．４wt％、ＴｉまたはＶの１種または２種を合計で０．００３〜０．０５wt％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる高強度導電性Ａｌ合金素線の撚線が絶縁層およびＡｌを９９wt％以上含む編組体からなるシールド層により被覆されていることを特徴とする自動車用電力ケーブル。
前記Ａｌ合金素線の表面にＮｉ層がコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の自動車用電力ケーブル。
前記絶縁層が難燃性ポリオレフィン樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載の自動車用電力ケーブル。
請求項１乃至３記載の自動車用電力ケーブルの撚線に接続される筒状の端子であって、Ｚｒを０．０３〜０．４wt％、Ｓｉを０．０５〜０．１５wt％含み、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金により構成され、前記端子の撚線に接する面にＮｉ層がコーティングされ、さらに深さ０．１ｍｍ以上の抜け防止溝が設けられていることを特徴とする自動車用電力ケーブル用端子。
請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車用電力ケーブルの撚線に接続される筒状の端子であって、Ｚｎを１０〜４０wt％含み、残部がＣｕと不可避不純物からなるＣｕ合金により構成され、前記端子の撚線に接する面にＳｎ層がコーティングされ、さらに深さ０．１ｍｍ以上の抜け防止溝が設けられていることを特徴とする自動車用電力ケーブル用端子。