JP4728604B2

JP4728604B2 - 自動車配線用アルミ導電線及び自動車配線用電線

Info

Publication number: JP4728604B2
Application number: JP2004196608A
Authority: JP
Inventors: 和生吉田; 雅信平井
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: JP2006019165A

Description

本発明はアルミ導電線に係り、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部位への適用に優れ、特に自動車の配線に適したもので、ワイヤハーネスやバッテリーケーブルに用いられるアルミ導電線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、及びこの軟銅線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て、所要の導電率を得て、はんだ付着性も改良すると共に屈曲性と引張強度を高めた自動車用電線導体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

更に、銅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０．３ｍｍ^２以下の自動車用電線導体も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献３では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、銅線の導体を使用しないので自動車をリサイクルする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。

更に、特許文献４には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｍｎを含むアルミ合金細線を撚り線とした自動車用ワイヤハーネス用アルミ電線が知られている。

特開平３−１８４２１０号公報特開平６−０６０７３９号公報特開平６−２０３６３９号公報特開２００４−１３４２１２号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に開示されている自動車用電線導体は、銅または銅合金を材料とした導体のため重く、更にハンダを使用して端子などと接続するために、リサイクルの際、ハンダに含まれる鉛などが環境汚染物質の一つとなり大きな問題となってきている。

次に、特許文献３で開示されている配線用電線導体は、亜鉛合金を被覆したアルミ線を導体に用いたもので、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。しかしながら、細電線に使用されるアルミ線は、通常電気用硬アルミ線（ＪＩＳＣ３１０８）などを主としたもので、銅線の導体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繰り返し開閉回数の多い部位へ適用されると、早期に破断してしまい、このような構造部位には使用できないという問題がある。

特許文献４では本発明と類似する成分組成の自動車ワイヤハーネス用アルミ電線が開示されているが、Ｆｅ含有量が０．６％以下と本発明より少なく、Ｓｉ含有量が０．２〜１．０％と多く含まれ本発明とは大きく異なるものである。更に、本発明の必須元素であるＭｎの含有量は、好ましくは０．０２％以下で、その実施例では０．０１％が下限となっていて、本発明よりは多く含まれている。これらのことから、５８％ＩＡＣＳを超える導電率を得ることができず、さらに柔軟性についても銅の電線よりも硬く、その効果が特別に優れているとはいえなかった。

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、自動車用ワイヤハーネス導体のアルミ線化について種々試験研究を行い、導電率、耐屈曲性などの導体としての特性を充分に満足すると共に、顕著な軽量化を進めることができる従来の銅線導体を用いた導電線を代替可能なアルミ導電線を提供しようとするものである。

請求項１記載の発明は、Ｆｅを１．１０〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．０２〜０．０６ｍａｓｓ％、Ｍｎを０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるアルミ合金を連続鋳造圧延法により荒引き線に加工し、この荒引き線を直径２．６ｍｍまで冷間伸線し、この直径２．６ｍｍにおいて引張強度が１５０ＭＰａ以下となる熱処理を温度３５０℃で２時間の条件で施し、さらに冷間伸線を施して得られる直径０．３２ｍｍ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度往復曲げにおいて破断するまでの曲げ回数が６５０００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配線用アルミ導電線である。

請求項２記載の発明は、前記素線は、引張強度が１７０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載のアルミ導電線である。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の自動車配線用アルミ導電線に、さらに被覆加工を施した自動車配線用電線であって、引張強度が１４０ＭＰａ以上であることを特徴とする自動車配線用電線である。

本発明に係るアルミ導電線によれば、アルミ線化により軽量化が図られ、伸線時の加工性、導電性、撚り性（撚り線加工の可否）、耐屈曲性（自動車ドアの開閉時）、柔軟性（ワイヤハーネス組付け時）、同種ならびに異種金属との接続性、及び耐熱性にも優れ、またリサイクルも銅製ワイヤハーネス導体に比べ大幅に容易となり、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奏するものである。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るアルミ導電線の実施態様の一例を示したアルミ導電線の断面図である。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、１はアルミ導電線、２は撚り線、２ａは圧縮導体撚り線、３はアルミ合金素線、４は被覆樹脂である。ここで、撚り線２、２ａを構成するアルミ合金素線３の本数は、使用する機器の性能によって、決められるものである。

次に、アルミ導電線を構成するアルミ合金素線の成分組成において、先ず、Ｆｅ含有量を１．１０ｍａｓｓ％以上、１．５０ｍａｓｓ％以下（以下、ｍａｓｓ％を％と略す）に限定する理由は、１．１０％未満とした場合、引張強度が低くなり、屈曲性を特に要求される部位に用いることが難しくなる。又、１．５０％を超えての含有は、５８％ＩＡＣＳ以上の自動車用として求められる導電率を得ることができない。従って、Ｆｅの範囲は１．１０％以上、１．５０％以下とした。好ましくは１．２０％以上、１．４０％以下である。

Ｍｎの添加量を０．００１％以上、０．０１０％以下と限定する理由は、０．０１０％を超えると所望の導電性が得られず、０．００１％未満では屈曲性の向上が見られないためである。従って、Ｍｎの範囲は０．００１％以上、０．０１０％以下と限定し、好ましくは０．００３％以上、０．００５％以下がよい。

Ｓｉの含有量を０．０２％以上、０．０６％以下と限定する理由は、０．０６％を超えると、所望の導電性が得られず、逆に０．０２％未満を含有する場合では、屈曲性の向上が見られないためである。従って、Ｓｉの範囲は０．０２％以上、０．０６％以下と限定し、好ましくは０．０３％以上、０．０５％以下である。
なお、過剰の不可避不純物の含有は導電性を低下させるために少ないほうが良く、Ｔｉ及びＶは、その総量を０．０２５％以下とするのがよい。

次に、線径０．０７〜１．５０ｍｍのアルミ合金素線を撚り合わせ、その上に樹脂を被覆加工したアルミ導電線の引張強度を１４０ＭＰａ以上と限定したのは、例えば、このアルミ導電線を自動車に組付ける作業中に、アルミ導電線と端子との接続部が破断しないためには、所定以上の引張強度を有する必要があり、１４０ＭＰａの引張強度を有することにより接続部の健全性が保たれる。そのため、使用するアルミ合金素線にも少なくとも１４０ＭＰａ以上、望ましく１６０ＭＰａ以上の引張強度が必要である。なお、被覆樹脂の層はアルミ導電線の引張強度にはほとんど寄与しないことが知られている。
導電性は、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、その導電率は５８％ＩＡＣＳ以上が好ましい。

実用上、充分な屈曲性を維持しつつ、より高い柔軟性を必要とする場合には、伸線加工または撚り線加工後に、熱処理を加えることで、これらの効果を得ることが可能となる。
更に、伸線加工後に低温焼鈍を施すことで、引張強度を維持しつつも屈曲性を高めることが可能となる。その条件としては、温度８０℃〜１２０℃、時間１００〜１２０時間で熱処理するのがよい。

本発明で使用される被覆樹脂は、絶縁性および難燃性の面から、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）およびノンハロゲン樹脂が好ましい。特に、その厚みには制限はないが、工業的に見て厚すぎるのは好ましくない。撚り線の線径にもよるが、その厚みは０．１０ｍｍ〜１．７０ｍｍ程度が好ましい。

以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
表１は本発明例と比較例におけるＡｌ合金の成分組成を示したものである。表１に示す成分組成のＡｌ合金を常法により溶解し、連続鋳造圧延法により線径９．５ｍｍの荒引き線に加工した。なお、この荒引き線への加工方法は、連続鋳造圧延法に限定されるものでなく、押出法などの他の加工方法を用いてもよい。
次に、この荒引き線を線径２．６ｍｍまで伸線加工した後、熱処理上がりの引張強度が１５０ＭＰａ以下となるような３５０℃で２時間保持の熱処理を加え、更に伸線加工を続けて線径０．３２ｍｍのアルミ合金素線を作製した。
撚り線を樹脂被覆した本発明に係るアルミ導電線における引張強度、屈曲性、導電性は、用いたアルミ合金素線の諸特性に影響されることから、作製した線径０．３２ｍｍのアルミ合金素線を用いて引張強度、屈曲性、導電性の評価を行った。

引張強度は、線径０．３２ｍｍのアルミ合金素線の引張強度をＪＩＳＺ２２４１に準じてｎ＝３で測定し、その平均値を求めた。

導電性についても引張強度と同様に、線径０．３２ｍｍのアルミ合金素線を２０℃（±０．５℃）に保った恒温漕中で、四端子法を用い、その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。

屈曲性に関しては、図２に示す屈曲試験装置を用いて行った。試料５の線径０．３２ｍｍのアルミ合金素線をマンドレル６で挟み、線のたわみを抑えるため下端部に５０ｇの錘７をつるして荷重をかけている。試料５の上端部は接続具８で固定される。
この状態で左右に３０度ずつ折り曲げ、毎分１００回の速さで繰り返しの折り曲げを行い、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、折り曲げ回数は一往復を一回と数え、又マンドレル６の間隔は、試験中に試料５を圧迫しないように１ｍｍとした。
破断の判定は、試料５の下端部に吊るした錘７が落下したときに、破断したものとした。なおマンドレル６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、これにより半径９０ｍｍ相当の曲げ応力を加えることが可能となる。上記、測定結果を表１に合わせて記す。

総合評価は、引張強度、屈曲性及び導電性の材料特性、並びに軽量化可能性及びリサイクル性の環境特性について評価した。
屈曲性は６５０００回以上、引張強度は１７０ＭＰａ以上、導電性は導電率５８．５％ＩＡＣＳ以上、軽量化可能性は従来のＣｕ製より軽くできるもの、リサイクル性は自己転回が容易なもの、これらの全てを満足する場合を「○」、材料特性は満足するが環境特性を満足しないものを「△」、材料特性を一つでも満足しないものを「×」とした。なお、特に７００００回以上の屈曲性、１９０ＭＰａ以上の引張強度、６０％ＩＡＣＳ以上の導電性を有して環境特性も満足するものについては「◎」と記した。

表１から明らかなように、本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６では、屈曲性、引張強度、導電性のいずれもが優れ、アルミ合金による軽量性およびリサイクル性を充分に利用できるものである。

これに対し、従来例Ｎｏ．１００では屈曲性などは優れているが、Ｃｕ合金製であるため重く、リサイクル性に劣った。従来例Ｎｏ．１０１は純アルミ電線なので屈曲性が大きく劣っている。特許文献４記載の本発明例１に準拠した成分組成のアルミ合金素線である比較例Ｎｏ．１０２は、導電率が５６．０％ＩＡＣＳと低い。

比較例Ｎｏ．２０では、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎの各含有量が少ないために屈曲性が大きく劣っている。Ｆｅの含有量が少ない比較例Ｎｏ．２１，Ｎｏ．２２においてはＳｉ、Ｍｎ含有量がそれぞれ等しい本発明例Ｎｏ．２、Ｎｏ．３に対して屈曲性が大きく低下しているのがわかる。又、Ｆｅの含有量の多い比較例Ｎｏ．２７、Ｎｏ．２８では導電率の低下が見られる。
Ｓｉの含有量が少ない比較例Ｎｏ．２３、Ｎｏ．２６ではＦｅ、Ｍｎ含有量の等しい本発明例Ｎｏ．５、Ｎｏ．９に比較して屈曲性が大きく低下している。Ｓｉの含有量が多い比較例Ｎｏ．２５では導電率の低下が見られる。
Ｍｎの含有量が少ない比較例Ｎｏ．２４ではＦｅ、Ｓｉ含有量がそれぞれ等しい本発明例Ｎｏ．７より屈曲性が大きく低下している。Ｍｎ含有量の多い比較例Ｎｏ．２７では、導電率の低下が見られる。

（実施例２）
実施例１で作製した表１の本発明例Ｎｏ．１及びＮｏ．９の線径０．３２ｍｍのアルミ合金素線を７本撚りし、ノンハロゲン樹脂を被覆して、図１（ｃ）に示すアルミ導電線を作製し、その引張強度を実施例１と同様の方法で測定したところ、それぞれ１４２ＭＰａ、１５０ＭＰａの値を得た。この値は、自動車への組み付け時のアルミ導電線と端子の接続部の信頼性を満足するものである。

（実施例３）
実施例1で作製した線径０．３２ｍｍの表１の本発明例Ｎｏ．９、従来例Ｎｏ．１００の銅線、及び従来例Ｎｏ．１０２のＡｌ−０．４Ｆｅ−０．３Ｓｉ−０．０１Ｍｎ−０．３Ｍｇ合金線をそれぞれ７本ずつ撚り合わせ、導体面積０．５ｍｍ^２の撚り線を作製し、さらにその線に樹脂被覆を施した上でそれぞれ３０本束ね、ＰＶＣテープで結束した試料を作製し、この試料を用いて柔軟性の評価を行った。
図３は、柔軟性試験方法の説明図で、２点支持柔軟性試験冶具９の支持間隔１００ｍｍに設定された支持体の直径１９ｍｍのマンドレル１０に、長さ３５０ｍｍとした試料１１をマンドレル上で支持し、両マンドレルの中間部を引張試験機（図示せず）を用いて下方に引張することで試料１１の引抜強さを測定し、柔軟性の評価を行った。
本発明例Ｎｏ．１０の引抜強さは１４．５Ｎ、銅線の従来例Ｎｏ．１００では１３．６Ｎ、特許文献４の発明例である従来例Ｎｏ．１０２では２１．６Ｎとなり、本発明に係るアルミ導電線の柔軟性は、ほぼ銅線のそれと同じであり、従来のアルミ導電性と比べて格段に柔軟性が向上することがわかる。

本発明に係るアルミ導電線の実施様態の一例を示すアルミ導電線の断面図で、（ａ）１９本のアルミ合金素線からなる撚り線に樹脂被覆したアルミ導電線、（ｂ）７本のアルミ合金素線からなる撚り線に樹脂被覆したアルミ導電線である。（ｃ）７本のアルミ合金素線からなる圧縮導体撚り線に樹脂被覆したアルミ導電線である。本発明で用いた屈曲性試験の説明図である。本発明で用いた柔軟性試験方法の説明図である。

符号の説明

１アルミ導電線
２撚り線
２ａ圧縮導体撚り線
３アルミ合金素線
４被覆樹脂
５試料（アルミ合金素線）
６マンドレル
７錘
８接続具
９２点支持型柔軟性試験冶具
１０マンドレル
１１試料

Claims

Ｆｅを１．１０〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．０２〜０．０６ｍａｓｓ％、Ｍｎを０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるアルミ合金を連続鋳造圧延法により荒引き線に加工し、この荒引き線を直径２．６ｍｍまで冷間伸線し、この直径２．６ｍｍにおいて引張強度が１５０ＭＰａ以下となる熱処理を温度３５０℃で２時間の条件で施し、さらに冷間伸線を施して得られる直径０．３２ｍｍ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度往復曲げにおいて破断するまでの曲げ回数が６５０００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配線用アルミ導電線。
前記素線は、引張強度が１７０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の自動車配線用アルミ導電線。
請求項１に記載の自動車配線用アルミ導電線に、さらに被覆加工を施した自動車配線用電線であって、引張強度が１４０ＭＰａ以上であることを特徴とする自動車配線用電線。