JP4413591B2

JP4413591B2 - 自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線および自動車ワイヤハーネス用アルミ電線

Info

Publication number: JP4413591B2
Application number: JP2003407983A
Authority: JP
Inventors: 和生吉田; 雅信平井; 好一川口
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP2005174554A

Description

本発明はアルミ導電線等に係り、軽量で屈曲性および柔軟性に優れ、駆動部など動きを伴う箇所に優れ、特に自動車用として、ワイヤハーネスやバッテリーケーブルに使用できるアルミ導電線等に関するものである。

従来、自動車の配線用電線として主にＪＩＳＣ３１０２に規定されるような軟銅線、またはこれに錫めっきなどを施した線を撚り合わせて撚り線導体とし、この導体に塩化ビニール、架橋ポリエチレンなどの絶縁体を被覆した電線が使用されてきた。

近年、自動車の高性能化、高機能化に伴って各種電子機器の制御回路が増加して、自動車内の配線箇所が多くなり配線による重量の増大が進む一方、それらに対する信頼性が一層高く要求されようになってきている。また配線スペースの縮減や軽量化の要求に対しては細線化により対応し、さらに環境保護気運の高まりから、リサイクルし易い自動車用電線が要求されている。

このような要求に対して、鋼線に銅を被覆した複合線を用いることにより、所要の導電率とはんだ付着性を改良すると共に屈曲性と引張り強度を高めた自動車用電導体が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平０３−１８４２１０号公報

また、銅の合金線を用いることなく、硬銅素線と軟銅素線とを撚り合わせて細径化により機械的強度を確保し、併せて軽量化とリサイクル性を高めた導体断面積０．３ｍｍ２．０ｍｍ以下の自動車用電線導体が知られている（例えば、特許文献２）。

特開平０６−０６０７３９号公報

また、アルミ線に亜鉛合金被覆を有する配線用導体とすることにより、電気接続上の問題の解決を図ると共に、銅材を用いていないので自動車のリサイクルの際に銅の混入がなく、リサイクル鉄鋼材の品質低下が抑制される配線用電線導体が知られている（例えば、特許文献３）。

特開平０６−２０３６３９号公報

また、主に架空電線用としてアルミ合金による導体が知られている（例えば、特許文献４、５、６、７）。

特開昭５１−０４３３０７号公報特開昭５１−０５０２１２号公報特開昭５１−０５８６９８号公報特開昭５２−０４５５１４号公報

上記特許文献１、２の自動車用電線導体は、銅または銅合金を材料とした導体であり、重量が大きい。またこの導体は接続時にはんだが使用されており、リサイクルの際、導体の接続時に使用されたハンダに含まれている鉛などが環境汚染物質の一つとなり大きな問題とされるようになっている。

また、特許文献３のように自動車用ワイヤハーネス導体として亜鉛合金被覆したアルミ線を用いるものは、リサイクルのし易さ、および軽量化の一環として極めて有効である。しかし、通常の細電線に使用されているアルミ線は、電気用硬アルミ線（ＪＩＳＣ３１０８）等を主体としたもので、銅線などに比較すると屈曲性が著しく低く、自動車のドアヒンジ回りなど開閉繰り返し回数の多い箇所では、銅線と比較して早期に破断するので、従来の構造部位には使用できないという問題があった。

また、主目的が架空電線用である特許文献４、５、６、７も、特に屈曲性が優れているわけではなく、さらに一般的に線自体も太く構造的に自動車用とは異なるため、不適であった。

本発明は、自動車の性能向上の観点から可能な限りの軽量化を図るために、自動車ワイヤハーネス用電線のアルミ線化について種々試験研究を行った。自動車ワイヤハーネス用電線をアルミ線化により軽量化しても、導電率、耐屈曲性等が低下しては意味をなさないから、これらを両立させたアルミ材料を用い、従来の銅線に匹敵する自動車ワイヤハーネス用アルミ電線を提供しようとするものである。

請求項１記載発明は、０．１５〜０．４０ｍａｓｓ％のＦｅ、０．０５〜０．２５ｍａｓｓ％のＣｕ、０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％のＭｇを含有し、残部がアルミニウムおよび不可避不純物から成るアルミ合金が連続鋳造圧延法により荒引き線に加工され、その後、冷間伸線加工、３５０℃で２時間の熱処理、冷間伸線加工の順で伸線加工が施されて得られる線径０．０７〜１．５０ｍｍのアルミ細線を素線とし、前記素線は、半径９０ｍｍ相当で１００回／分の３０°往復曲げにおいて破断するまでの曲げ回数が７２０００回以上であり、前記素線を撚り合わせてなることを特徴とする自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線である。

請求項２記載発明は、請求項１記載のアルミ導電線において、前記素線は、引張り強度が１４０ＭＰａ以上、かつ導電率が５６．２％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線である。
請求項３記載発明は、請求項１または請求項２記載のアルミ導電線に、さらに被覆加工を施して電線とした際の引張り強さが４０Ｎ以上を有することを特徴とする自動車ワイヤハーネス用アルミ電線である。

本発明の自動車ワイヤハーネス用アルミ電線によれば、アルミ線化により軽量化が図られ、伸線時の加工性、導電率（％）、撚り性（撚り線加工の可否）、耐屈曲性（ドア開閉時）、柔軟性（ワイヤハーネス組付け時）、接続性（異種金属）、耐熱性に優れ、またリサイクル化も銅線のワイヤハーネス導体に比べ大幅に容易になり、環境に対する有害物質の発生もなくクリーンであるなどの有用な効果を有するものである。

以下に本発明を具体的に説明する。Ｆｅの添加量を０．１５ｍａｓｓ％以上０．４０ｍａｓｓ％以下と限定する理由は、０．１５ｍａｓｓ％未満とした場合、強度が減少し、自動車用導電線として求められる引張り強度を満たせない。また、０．４０ｍａｓｓ％を超えると自動車用として求められる導電率が得られない。よって、Ｆｅの範囲は０．１５ｍａｓｓ％以上０．４０ｍａｓｓ％以下と限定する。好ましくは０．２０ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下である。

Ｃｕの添加量を０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下と限定する理由は、０．２５％を超えると求められる導電率を満たせず、逆に０．０５％未満の場合屈曲性が著しく劣るためである。よって、Ｃｕの範囲は０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下と限定する。好ましくは０．１０ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下である。

Ｍｇの添加量を０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下と限定する理由は、０．２０ｍａｓｓ％を超える場合は導電率が満たせず、０．０５ｍａｓｓ％未満では屈曲性に劣るためである。よって、Ｍｇの範囲は０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下と限定した。好ましくは０．１０ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下である。

不可避不純物は導電率を低下させるため少ないほうが良い。好ましくは、Ｓｉが０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎが０．０２ｍａｓｓ％以下、ＴｉとＶの総量が０．０２５ｍａｓｓ％以下である。

また、直径０．０７〜１．５０ｍｍの素線を撚り合わせ、さらに被覆加工を施した電線の引張り強さが４０Ｎ以上としたのは、被覆加工後の電線を、例えば自動車に組付けるとすると、作業中に電線または端子との接続部が破断されないためにも、ある引張り強さ以上を有する必要がある。その引張り強さが４０Ｎ以上である。被覆樹脂は電線の引張り強さに影響を及ぼさない。被覆加工を施した電線において引張り強さを４０Ｎ以上とするためには、直径０．３２ｍｍのアルミ素線においては引張強度を１４０ＭＰａ以上とする必要がある。

導電性については、自動車の車載電子機器の高度化につれ、高導電性であることが求められている。導電率は５７％ＩＡＣＳ以上が好ましい。

また、実用上耐えうる屈曲性を維持しつつ、より高い柔軟性を必要とする際は、伸線または撚り線後に、さらに熱処理を加えてそれらの効果を得ることが可能となる。
さらに、伸線加工後に低温アニールをすることで、引張り強度を維持しつつも屈曲性を高めることが可能となる。好ましくは８０℃〜１２０℃を１００時間〜１２０時間で熱処理するのが望ましい。

被覆は絶縁性と難燃性がもとめられ、好ましくはＰＶＣとノンハロゲンのものが好ましい。特に、厚さには制限はないが、工業的に見て厚すぎるのは好ましくない。電線の太さにもよるが直径０．１０ｍｍ〜１．７０ｍｍが好ましい。

本発明の実施例について説明する。表１は発明例と比較例のＡｌ合金の組成を示したものであり、表１に示す組成のＡｌ合金を常法により溶解、連続鋳造圧延法によりφ９．５ｍｍの荒引き線を得た。得られた荒引き線を直径２．６ｍｍまで伸線加工し、３５０℃で２時間の熱処理を加えた。このとき、熱処理上がりの引張り強度を１５０ＭＰａ以下となるように仕上げ、そしてさらに伸線加工を行い直径０．３２ｍｍのアルミ素線を得た。

引張強度はＪＩＳＺ２２４１に準じて３本測定しその平均値を示した。導電率は２０℃（±０．５℃）に保たれた恒温漕中で四端子法により比抵抗を計測して導電率を算出した。なお、端子間距離は１００ｍｍとした。

屈曲試験は図１に示すように、試験サンプル１である直径０．３２ｍｍの素線をマンドレル２で挟み、線のたわみを抑えるため下端部に重量が５０ｇおもり３をつるし荷重をかける。上端部は接続具４で固定される。この状態で左右に３０度ずつ折り曲げ、破断するまでの折り曲げ回数をそれぞれの試料について測定した。なお、回数は一往復を一回と数えた。また、マンドレル２の間隔は、試験中に試料１を圧迫しないように１ｍｍとした。破断するまでの折り曲げ回数の計測は、サンプル１の下端部に吊るしたおもり３が落下したときに、破断したものとした。また、試料１の繰り返し折り曲げは、１００回／分（ｒｐｍ）の速さで行った。なおマンドレル２は半径９０ｍｍの円に相当するような、円弧部をもちあわせたマンドレルである。これによって、半径９０ｍｍ相当の曲げ応力を加えることが可能となる。

表１から明らかなように、実施例１〜１６では、屈曲性、引張強度、導電性の両立が可能であり、またアルミ電線なので軽量でリサイクル性も優れた。

これに対し、従来例１では屈曲性等は優れているがＣｕ合金であるため重力が重く、リサイクル性に劣った。従来例２では純アルミ電線なので屈曲性に劣った。比較例１はＦｅ、Ｃｕ、Ｍｇ量が少ないため屈曲性が劣った。比較例２はＦｅ量が少ないため屈曲性と引張強度が劣った。比較例３はＦｅ量が少ないため屈曲性と導電率が劣った。比較例４はＦｅ量が少なくＣｕ、Ｍｇ量が多いため導電率が劣った。比較例５はＣｕ量が少ないため屈曲性と導電率が劣った。比較例６はＭｇ量が多いため屈曲性と導電率が劣った。比較例７はＭｇ量が少ないため屈曲性と導電率が劣った。比較例８はＣｕ量が多いため屈曲性と導電率が劣った。比較例９はＣｕ量が少ないため屈曲性と導電率が劣った。比較例１０はＭｇ量が少ないため屈曲性が劣った。比較例１１はＭｇ量が多いため導電率が劣った。比較例１２はＣｕ量が多いため導電率が劣った。比較例１３はＦｅ、Ｍｇ量が多くＣｕ量が少ないため導電率が劣った。比較例１４はＦｅ量が多いため屈曲性と導電率が劣った。比較例１５はＦｅ量が多いため導電率が劣った。比較例１６はＦｅ、Ｃｕ量が多くＭｇ量が少ないため導電率が劣った。

本発明の屈曲性試験の説明図である。

符号の説明

１素線
２マンドレル
３おもり
４接続具

Claims

０．１５〜０．４０ｍａｓｓ％のＦｅ、０．０５〜０．２５ｍａｓｓ％のＣｕ、０．０５〜０．２０ｍａｓｓ％のＭｇを含有し、残部がアルミニウムおよび不可避不純物から成るアルミ合金が連続鋳造圧延法により荒引き線に加工され、その後、冷間伸線加工、３５０℃で２時間の熱処理、冷間伸線加工の順で伸線加工が施されて得られる線径０．０７〜１．５０ｍｍのアルミ細線を素線とし、前記素線は、半径９０ｍｍ相当で１００回／分の３０°往復曲げにおいて破断するまでの曲げ回数が７２０００回以上であり、前記素線を撚り合わせてなることを特徴とする自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線。
前記素線は、引張り強度が１４０ＭＰａ以上、かつ導電率が５６．２％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１記載の自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線。
請求項１または請求項２記載の自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線に、さらに被覆加工を施して電線とした際の引張り強さが４０Ｎ以上を有することを特徴とする自動車ワイヤハーネス用アルミ電線。