JP5191144B2 - 素線、電線及び素線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一本が絶縁性の被覆部によって被覆されることで電線を構成する金属で構成された素線、該素線を備えた電線及び素線の製造方法に関する。

移動体としての自動車には、一般に、ヘッドランプ及びテールランプなどのランプ類、スタータモータ及びエアコンディショナ用のモータ等のモータ類、などの多種多様な電子機器が搭載されている。

前述した多種多様な電子機器に電力を供給するために、前記自動車は、ワイヤハーネスを配索している。ワイヤハーネスは、勿論、複数の電線を備えている。電線は、導電性の芯線と、該芯線を被覆した絶縁性の被覆部とを備えている。芯線は、複数の素線を備えている。素線は、銅などの導電性を有する金属で構成されている。素線は、断面円形状で長尺に形成されている。

前述した素線は、材料導体に圧延加工及び引抜加工などを施すことで得られる。このため、前述した素線は、たとえ引抜加工が施される前に結晶粒が等軸粒であっても、引抜加工が施されると結晶粒が伸長粒となってしまう。結晶粒が伸長粒である素線で構成された芯線は、一般に、延性が低下する傾向である（即ち、引っ張られると、破断しやすくなる）。このため、前述したワイヤハーネスを構成する電線の細線化に伴って、結晶粒が伸長粒である素線が細線化すると、該ワイヤハーネスの自動車などへの配索時に、電線の芯線を構成する素線が破断しやすくなって、ワイヤハーネスの取り扱いに注意を要することとなる。

また、前述した結晶粒が伸長粒である素線に熱処理を施すことで、結晶粒を等軸粒にすることが可能である。この場合には、結晶粒が肥大化していまい、芯線の延性が向上するものの強度が低下してしまうという問題が生じる。さらに、前述した結晶粒が伸長粒である素線を析出させて第２相を生じさせることで、結晶粒を微細な等軸粒とすることが可能である。この場合は、他の元素の添加、加熱による析出処理が必須となり、所要工数の増加に伴う電線のコストを高騰させることが考えられる。

したがって、本発明の目的は、延性を向上できる素線、該素線を備えた電線及び素線の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の素線は、少なくとも一本が絶縁性の被覆部によって被覆されることで電線を構成する金属で構成された素線において、前記金属は、銅、銅を含んだ銅合金、アルミニウム、アルミニウムを含んだアルミニウム合金、のうちいずれかの非アモルファス金属で構成され、当該素線の断面において所定の面積内の結晶粒のうち８０％以上を構成する結晶粒は、その最大寸法が１μｍ以下の微細な等軸粒であることを特徴としている。

請求項２に記載の本発明の素線は、請求項１記載の素線において、材料導体が、引抜加工を施されて、縮径された後に、曲げ加工を長手方向に沿って連続して施されて、得られたことを特徴としている。

請求項３に記載の本発明の素線は、請求項２記載の素線において、前記引抜加工を連続して複数回施されたことを特徴としている。

請求項４に記載の本発明の素線は、請求項２又は請求項３記載の素線において、引抜加工が施された材料導体が、該材料導体の長手方向に移動されながら屈曲した通し孔内に通されて、曲げ加工を長手方向に沿って連続して施されたことを特徴としている。

請求項５に記載の本発明の電線は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の素線を少なくとも一本有した芯線と、前記芯線を被覆した被覆部と、を備えたことを特徴としている。

請求項６に記載の本発明の素線の製造方法は、少なくとも一本が絶縁性の被覆部によって被覆されることで電線を構成する金属で構成された素線の製造方法において、前記金属は、銅、銅を含んだ銅合金、アルミニウム、アルミニウムを含んだアルミニウム合金、のうちいずれかの非アモルファス金属で構成され、材料導体に引抜加工を施して、縮径した後に、曲げ加工を長手方向に沿って連続して施して、前記素線の断面において所定の面積内の結晶粒のうち８０％以上を構成する結晶粒が等軸粒であり、かつ、該結晶粒の最大寸法が１μｍ以下とされた前記素線を得ることを特徴としている。

以上説明したように請求項１に記載の本発明は、素線全体の８０％以上を構成する結晶粒の最大寸法が１μｍ以下の微細な等軸粒であるので、延性が向上する。このため、ワイヤハーネスの配索時などに素線が切れにくくなり、該ワイヤハーネスの取り扱いに注意を要する必要がなくなる。

また、素線全体の８０％以上を構成する結晶粒が１μｍ以下の微細な等軸粒であるので、自動車に配索されるワイヤハーネスを構成する電線に用いられた場合には、高強度及び高延性であるので、特に電線を製造する際、ワイヤハーネスを組み立てる際やワイヤハーネスを自動車に配索する際に、素線が破断しにくくなるという効果を奏でる。

請求項２に記載の本発明は、引抜加工の後に曲げ加工を長手方向に沿って連続して施すので、材料導体の伸長粒が曲げ加工によって分断されて、素線全体を構成する結晶粒が微細な等軸粒となる。したがって、素線の延性が確実に向上する。

請求項３に記載の本発明は、引抜加工を複数行うので、素線の細線化を行うことができる。

請求項４に記載の本発明は、引抜加工が施された材料導体を屈曲した通し孔内に通すので、該引抜加工が施された材料導体に曲げ加工を長手方向に沿って連続して施すことができ、素線全体を構成する結晶粒が確実に微細な等軸粒となる。したがって、素線の延性がより確実に向上する。

請求項５に記載の本発明は、前述した素線を備えているので、延性を向上することができる。したがって、ワイヤハーネスの配索時などに素線が切れにくくなり、該ワイヤハーネスの取り扱いに注意を要する必要がなくなる。

請求項６に記載の本発明は、銅、銅を含んだ銅合金、アルミニウム、アルミニウムを含んだアルミニウム合金などの非アモルファス金属で構成された素線に対し、引抜加工の後に曲げ加工を長手方向に沿って連続して施すので、素線の断面において所定の面積内の結晶粒のうち８０％以上を構成する結晶粒が等軸粒であり、かつ、該結晶粒の最大寸法が１μｍ以下とされた微細な等軸粒となる。したがって、素線の延性が確実に向上する。

以下、本発明の一実施形態にかかる素線及び該素線を備えた電線を図１乃至図３、図４を参照して説明する。

本実施形態にかかる電線１は、図１に示すように、断面形状が丸形に形成されている。電線１は、導電性の芯線２と、絶縁性の被覆部３とを備えている。芯線２は、複数の素線４を備えている。素線４は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの導電性の金属で構成されている。素線４は、外表面に軸芯方向に沿って平坦な平坦面が形成されて、略断面丸形に形成されている。即ち、素線４の断面の外縁には、円状の円状部と、直線部とが設けられている。

素線４は、その長手方向の全長に亘って、全体を構成する結晶粒が、図４に示すように、微細な等軸粒Ｔとなっている。なお、本明細書でいう等軸粒Ｔとは、アスペクト比（幅／長さ）が０．１以上の結晶粒を示し、伸長粒Ｓ（図５に示す）とは、アスペクト比（幅／長さ）が０．１未満の結晶粒を示している。本明細書でいう素線４全体を構成する結晶粒が、微細な等軸粒Ｔであるとは、素線４の断面において所定の面積内の結晶粒のうち８０％以上の結晶粒が等軸粒Ｔであることを示している。このため、本発明では、素線４全体を構成する結晶粒のうち２０％未満が伸長粒Ｓであっても、結晶粒が等軸粒Ｔであるという。また、本明細書でいう微細な等軸粒Ｔとは、最大寸法が１μｍ以下の等軸粒を示している。

前述した素線４は、図２に示された素線の製造装置（以下、単に、製造装置と呼ぶ）１０などによって、断面丸形の材料導体１５に引抜加工と、曲げ加工と伸ばし加工とが施されて、得られる。製造装置１０は、複数のダイス１１，１２，１３と、曲げ伸ばし型１４と、図示しない送り装置とを備えている。

ダイス１１，１２，１３は、材料導体１５の長手方向に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。ダイス１１，１２，１３は、各々、金属で構成されている。ダイス１１，１２，１３の中央部には、それぞれ、材料導体１５を通して、該材料導体１５を縮径（外径を小さくすること）させる成形孔１１ａ，１２ａ，１３ａが設けられている。成形孔１１ａ，１２ａ，１３ａは、それぞれ、大径部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂと小径部１１ｃ，１２ｃ，１３ｃとが互いに直列で同軸に配置されている。大径部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、小径部１１ｃ，１２ｃ，１３ｃに近づくのにしたがって徐々に内径が縮小するように、内周面がテーパ状に形成されている。小径部１１ｃ，１２ｃ，１３ｃは、内径が軸芯方向に一定に形成されている。

前述したダイス１１，１２，１３を、以下、図２中の右側順に、第１ダイス１１、第２ダイス１２、第３ダイス１３と呼ぶ。第１ダイス１１の大径部１１ｂの内径は、成形前の材料導体１５の外径と等しい。第１ダイス１１の小径部１１ｃの内径と、第２ダイス１２の大径部１２ｂの内径とは互いに等しい。第２ダイス１２の小径部１２ｃの内径と、第３ダイス１３の大径部１３ｂの内径とは互いに等しい。第３ダイス１３の小径部１３ｃの内径と、素線４の外径とは互いにほぼ等しい。前述したダイス１１，１２，１３は、成形孔１１ａ，１２ａ，１３ａが互いに同軸となる位置に配置されている。

曲げ伸ばし型１４は、内部でく字状に屈曲し、かつ両端が開口して、内側に材料導体１５を通すことのできる通し孔１６を備えている。通し孔１６は、断面丸形に形成されている。図示例では、通し孔１６は、曲げ伸ばし型１４内で９０度屈曲している。このため、通し孔１６には、互いに交差した二つの直線部１６ａ，１６ｂと、該直線部１６ａ，１６ｂ同士が交差した屈曲部１６ｃとが設けられている。

送り装置は、ダイス１１，１２，１３の成形孔１１ａ，１２ａ，１３ａ内に順に通されて、更に、曲げ伸ばし型１４の通し孔１６内に通された材料導体１５を、該材料導体１５の長手方向に沿って、第１ダイス１１から離れる方向に移動させる。

前述した製造装置１０は、送り装置によって、材料導体１５を、第１ダイス１１の成形孔１１ａと第２ダイス１２の成形孔１２ａと第３ダイス１３の成形孔１３ａ内に順に通して、該材料導体１５に引抜加工を連続して複数（三）回施して、該材料導体１５を段階的に縮径させる。このとき、材料導体１５の結晶粒は、伸長粒となっている。

そして、製造装置１０は、引抜加工が施された材料導体１５を、曲げ伸ばし型１４の通し孔１６内に通して、該材料導体１５の長手方向に沿って移動させる。すると、製造装置１０は、通し孔１６がく字状に屈曲しているので、曲げ伸ばし型１４内で材料導体１５を一旦、屈曲部１６ｃにてく字状に曲げた後、屈曲部１６ｃよりも材料導体１５の移動方向の下流側の直線部１６ｂ内にて直線状に延在させる。

こうして、製造装置１０は、曲げ伸ばし型１４内で、材料導体１５に曲げ加工と伸ばし加工とを順に施す。このように、製造装置１０は、材料導体１５の伸長粒Ｓを曲げ加工によって分断して、素線４全体を構成する結晶粒を微細な等軸粒Ｔにする。また、製造装置１０は、送り装置によって材料導体１５を移動させるので、該材料導体１５に曲げ加工と伸ばし加工とを順に長手方向に沿って連続して施す。このとき、材料導体１５の一部が、屈曲部１６ｃの内周面に当接する。こうして、全体を構成する前述した結晶粒が微細な等軸粒Ｔである素線４が得られる。

そして、素線４が複数束ねられて、外周に絶縁性の被覆部３が被覆されて、前述した電線１が得られる。こうして得られた電線１は、端末などに端子金具が取り付けられるなどして、自動車などに配索されるワイヤハーネスを構成する。

本実施形態によれば、素線４全体を構成する結晶粒が微細な等軸粒Ｔであるので、該素線４の延性が向上する。このため、素線４を備えた電線１で構成されたワイヤハーネスの配索時などに電線１の素線４が切れにくくなり、該ワイヤハーネスの取り扱いに注意を要する必要がなくなる。

また、素線４全体を構成する結晶粒が微細な等軸粒Ｔであるので、自動車に配索されるワイヤハーネスを構成する電線１に用いられた場合には、高強度及び高延性であるので、特に電線１を製造する際、該電線１を組み合わせてワイヤハーネスを組み立てる際やワイヤハーネスを自動車に配索する際に、素線４が破断しにくくなるという効果を奏でる。

また、材料導体１５の引抜加工の後に曲げ加工と伸ばし加工を順に、該材料導体１５の長手方向に沿って連続して施すので、材料導体１５の伸長粒Ｓが曲げ加工によって分断されて、素線４全体を構成する結晶粒が微細な等軸粒Ｔとなる。したがって、電線１の素線４の延性が確実に向上する。さらに、引抜加工を複数行うので、素線４即ち電線１の細線化を行うことができる。

さらに、引抜加工が施された材料導体１５を、曲げ伸ばし型１４の屈曲した通し孔１６内に通すので、該引抜加工が施された材料導体１５に曲げ加工と伸ばし加工を順に長手方向に沿って連続して確実に施すことができ、素線４全体を構成する結晶粒が確実に微細な等軸粒Ｔとなる。したがって、素線４の延性がより確実に向上する。

次に、発明者は、引抜加工のみを施して得られた従来の素線１００（図３に示し、以下、比較例と呼ぶ）と、前述した実施形態に示されたように引抜加工を施した後に曲げ加工と伸ばし加工との順に施した本発明の素線４（以下、本発明品と呼ぶ）と、を比較して、本発明の効果を確認した。結果を以下の表１に示す。

表１中の比較例は、銅合金で構成された外径が２．６ｍｍの材料導体１５に、外径が０．２１ｍｍとなるまで引抜加工を繰り返し施した。即ち、比較例の外径は、０．２１ｍｍである。また、比較例の試験前の断面を拡大して結晶粒を撮像した結果を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）は、比較例の結晶粒を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）は、比較例の断面を拡大して撮像した実際に得た画像である。図５（ａ）及び図５（ｂ）によれば、比較例の結晶粒は、殆ど（８０％以上）伸長粒Ｓである。即ち、本発明でいう比較例の結晶粒は、伸長粒Ｓとなっている。

表１中の本発明品は、銅合金で構成された外径が２．６ｍｍの材料導体１５に、外径が０．２０ｍｍとなるまで引抜加工を繰り返し施した。その後、更に、曲げ伸ばし型１４の通し孔１６内に材料導体１５を通して、該材料導体１５に曲げ加工と伸ばし加工とを順に長手方向に沿って全長に亘って施した。即ち、本発明品の外径は、０．２０ｍｍである。また、本発明品の試験前の断面を拡大して結晶粒を撮像した結果を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）は、本発明品の結晶粒を模式的に示す説明図であり、図４（ａ）は、本発明品の断面を拡大して撮像した実際に得た画像である。図４（ａ）及び図４（ｂ）によれば、本発明品の結晶粒は、殆ど（８０％以上）微細な等軸粒である。即ち、本発明でいう本発明品の結晶粒は、微細な等軸粒Ｔとなっている。

表１では、比較例と本発明品との双方に、引張試験を施して、試験開始から破断するまでの伸び（ｍｍ）と、破断時の応力（ＭＰａ）を測定した。

表１によれば、比較例に対して、本発明品が、伸びで２３７％増加し、応力で９％増加した。したがって、前述した実施形態のように、引抜加工を施した後に、曲げ加工と伸ばし加工とを順に施して、素線４全体を構成する結晶粒を、微細な等軸粒Ｔとすることで、素線４の延性が向上し（延びやすくなり）、強度が向上することが明らかとなった。

本発明では、素線４を構成する金属を、アモルファス金属としなければ、銅、該銅を含んだ銅合金、アルミニウム、該アルミニウムを含んだアルミニウム合金などの単一の元素で構成してもよく、二つ以上の元素で構成された合金としても良い。また、本発明では、芯線２を、一本の素線４で構成しても良く、複数の素線４を拠り合わせたり、複数の素線４を束ねて構成しても良い。又、通し孔１６は、９０度に限らず種々の角度に屈曲していても良い。さらに、前述した実施形態では、引抜加工が施された材料導体１５に曲げ加工と伸ばし加工とを順に施しているが、本発明では、引抜加工が施された材料導体１５に曲げ加工を少なくとも施せばよく、伸ばし加工を必ずしも施す必要がない。

また、前述した実施形態では、素線４に直線部を形成している。しかしながら、本発明では、等軸粒Ｔを維持されているのであれば、直線部が形成された素線４を円形のダイスに通して成形することで、素線４を断面円形に形成しても良い。なお、前述した図示例では、引抜加工を３回施す場合を示しているが、本発明では、所望の外径まで縮径するために、材料導体１５に何回でも引抜加工を繰り返し施しても良い。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る素線を備えた電線の斜視図である。 図１に示された素線を製造する素線の製造装置の構成を示す説明図である。 比較例である素線の断面図である。 （ａ）は本発明品の断面を拡大して得た画像であり、（ｂ）は本発明品の断面を模式的に示す説明図である。 （ａ）は図３に示された比較例の断面を拡大して得た画像であり、（ｂ）は図３に示された比較例の断面を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ 電線
２ 芯線
３ 被覆部
４ 素線
１５ 材料導体
１６ 通し孔
Ｔ 等軸粒

Claims (6)

1. 少なくとも一本が絶縁性の被覆部によって被覆されることで電線を構成する金属で構成された素線において、
   前記金属は、銅、銅を含んだ銅合金、アルミニウム、アルミニウムを含んだアルミニウム合金、のうちいずれかの非アモルファス金属で構成され、
   当該素線の断面において所定の面積内の結晶粒のうち８０％以上を構成する結晶粒は、その最大寸法が１μｍ以下の微細な等軸粒であることを特徴とする素線。
2. 材料導体が、引抜加工を施されて、縮径された後に、曲げ加工を長手方向に沿って連続して施されて、得られたことを特徴とする請求項１記載の素線。
3. 前記引抜加工を連続して複数回施されたことを特徴とする請求項２記載の素線。
4. 引抜加工が施された材料導体が、該材料導体の長手方向に移動されながら屈曲した通し孔内に通されて、曲げ加工を長手方向に沿って連続して施されたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の素線。
5. 請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の素線を少なくとも一本有した芯線と、
   前記芯線を被覆した被覆部と、を備えたことを特徴とする電線。
6. 少なくとも一本が絶縁性の被覆部によって被覆されることで電線を構成する金属で構成された素線の製造方法において、
   前記金属は、銅、銅を含んだ銅合金、アルミニウム、アルミニウムを含んだアルミニウム合金、のうちいずれかの非アモルファス金属で構成され、
   材料導体に引抜加工を施して、縮径した後に、曲げ加工を長手方向に沿って連続して施して、前記素線の断面において所定の面積内の結晶粒のうち８０％以上を構成する結晶粒が等軸粒であり、かつ、該結晶粒の最大寸法が１μｍ以下とされた前記素線を得ることを特徴とする素線の製造方法。