JP5608993B2 - 自動車用電線導体および自動車用電線 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用電線導体および自動車用電線に関し、さらに詳しくは、細径電線の導体として好適な自動車用電線導体および自動車用電線に関するものである。

従来より、自動車用電線の導体材料にはタフピッチ銅の軟質材が良く用いられている。自動車用電線は、車載される電装部品を電気的に接続し、束ねられてワイヤーハーネスの形で用いられることが多い。

近年、自動車の高性能化により電装部品の量が増加し、これに伴って電装部品を電気的に接続する自動車用電線の量が増加している。また、環境保護、省資源、燃費向上などの観点から、車両の軽量化が求められている。そのため、車載されるワイヤーハーネスには、軽量化が求められている。ワイヤーハーネスの軽量化のためには、例えば電線の細径化が試みられている。

特許文献１には、電線の細径化を図るために、錫を０．２５〜０．３５質量％含有する銅合金の硬質材を自動車用電線の導体として用いることが開示されている。

特開２００８−２７６４０号公報

電線を細径化すると、導体断面積が減少するため、電線の強度が低下する。タフピッチ銅の軟質材による導体を用いた従来の自動車用電線においては、電線強度が不足するため、細径化することが難しかった。一方、強度を向上させるために銅合金の硬質材による導体を用いた電線では、硬質材は伸びが小さいため、耐衝撃エネルギーが小さく、例えば短時間で急激に荷重が加わった場合に断線しやすいおそれがあった。そのため、細径電線においても、強度と伸びが大きく、耐衝撃エネルギーに優れた自動車用電線が求められている。

本発明が解決しようとする課題は、強度と伸びが大きく、耐衝撃エネルギーに優れることにより、電線細径化が可能な自動車用電線導体および自動車用電線を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明に係る自動車用電線導体は、亜鉛を２５〜４５質量％含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる銅合金の軟質材により構成されていることを要旨とするものである。

また、本発明に係る他の自動車用電線導体は、亜鉛を２５〜４５質量％、マグネシウムおよび錫から選択された１種または２種を総量で０．１〜５質量％含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる銅合金の軟質材により構成されていることを要旨とするものである。

また、本発明に係る他の自動車用電線導体は、亜鉛を２５〜４５質量％、銀、インジウム、ストロンチウム、および、カルシウムから選択された１種または２種以上を総量で０．０００５〜０．３質量％含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる銅合金の軟質材により構成されていることを要旨とするものである。

また、本発明に係る他の自動車用電線導体は、亜鉛を２５〜４５質量％、マグネシウムおよび錫から選択された１種または２種を総量で０．１〜５質量％、銀、インジウム、ストロンチウム、および、カルシウムから選択された１種または２種以上を総量で０．０００５〜０．３質量％含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる銅合金の軟質材により構成されていることを要旨とするものである。

そして、銅合金は、酸素濃度が５０ｐｐｍ以下である。

この際、銅合金の軟質材は、引張強さ３５０ＭＰａ以上、かつ、伸び１０％以上であることが望ましい。また、銅合金の軟質材は、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上であることが望ましい。さらに、銅合金の軟質材は、表面に、銅、錫、ニッケル、亜鉛、金、および、クロムから選択された１種又は２種以上の金属よりなる表面層を有していても良い。

そして、本発明に係る自動車用電線は、上記自動車用電線導体を備えたことを要旨とするものである。

本発明に係る自動車用電線は、導体断面積が０．２２ｍｍ^２以下のいわゆる細径電線に好適に用いることができる。また、本発明に係る自動車用電線は、信号線に好適に用いることができる。そして、本発明に係る自動車用電線は、長さ１ｍ、断面積１ｍｍ^２当たりの耐衝撃エネルギーが４０Ｊ以上であることが望ましい。

本発明に係る自動車用電線導体は、亜鉛を特定量含有する銅合金の軟質材により構成されているため、従来のタフピッチ銅の軟質材よりなる導体よりも高強度であり、伸びにも優れる。そのため、本発明に係る自動車用電線導体によれば、強度と伸びが大きく、耐衝撃エネルギーに優れ、例えば短時間で急激に荷重が加わった場合においても断線しにくい細径電線を得ることができる。これにより、電線の細径化およびワイヤーハーネスの軽量化を図ることができる。

この際、銅合金がマグネシウム、錫を含有する場合には、より一層、強度が大きい。また、銅合金が銀、インジウム、ストロンチウム、カルシウムを含有する場合には、より一層、伸びが大きい。さらに、銅合金中における酸素濃度が５０ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下であると、強度および伸びの低下を防止できる。

このとき、銅合金の軟質材の引張強さと伸びとが特定範囲内にあれば、特に上記効果に優れる。また、銅合金の軟質材の導電率が特定範囲内にあれば、導体の電気抵抗を小さく抑えることができ、例えば信号線として好適に使用できる。さらに、銅合金の軟質材の表面に上記金属よりなる表面層が形成されていれば、端子との接続性の向上あるいは耐食性の向上が図れる。

そして、本発明に係る自動車用電線によれば、上記自動車用電線導体を備えるため、強度と伸びが大きく、耐衝撃エネルギーに優れ、例えば短時間で急激に荷重が加わった場合においても断線しにくい細径電線とすることができる。これにより、ワイヤーハーネスの軽量化および車両の軽量化に貢献できる。

本発明に係る自動車用電線の構成の一例を表わす断面図である。 衝撃強度の測定方法を説明する模式図である。 軟化処理温度と引張強さおよび伸びとの関係を表わすグラフである。

次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明に係る自動車用電線導体は、少なくとも特定量の亜鉛を含有する銅合金の軟質材により構成されている。銅合金中には、亜鉛以外に、特定の成分が添加されていても良い。銅合金における残部は、亜鉛等の添加成分を除いた成分をいう。残部は、銅および不可避的不純物からなる。

本発明においては、引張強さおよび伸びのバランスに優れ、自動車用電線導体として好適に用いることができるなどの観点から、銅合金中の亜鉛含有率は２５〜４５質量％の範囲内である。亜鉛含有率が２５質量％未満では、引張強さの向上効果が小さい。一方、亜鉛含有率が４５質量％超では、β層の出現により、脆くなりやすい。引張強さおよび伸びのバランスに特に優れるなどの観点から、より好ましくは、亜鉛含有率が３０〜４０質量％の範囲内である。

銅合金は、強度向上などの観点から、亜鉛に加えて、マグネシウム、錫から選ばれる１種又は２種を含んでいても良い。この際、マグネシウム、錫の含有率は、総量で０．１〜５質量％の範囲内であることが好ましい。含有率が０．１質量％未満では強度向上効果が得られにくい。一方、含有率が５質量％超では、脆くなりやすく、線材の加工性が低下しやすい。

銅合金は、伸びの向上などの観点から、銀、インジウム、ストロンチウム、カルシウムから選択される１種または２種以上を含んでいても良い。この際、銀等の金属の含有率は、総量で０．００５〜０．３質量％の範囲内であることが好ましい。含有率が０．００５％未満では、伸びの向上効果が得られにくい。一方、含有率が０．３％超としても、伸びの向上効果は飽和する。

銅合金中の酸素濃度は、含有する亜鉛が酸化物となり、強度および伸びの低下の原因となるため、５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１０ｐｐｍ以下である。

銅合金の軟質材は、引張強さ３５０ＭＰａ以上、かつ、伸び１０％以上であることが好ましい。引張強さおよび伸びがこの範囲内であるものは、耐衝撃エネルギー性に優れる。また、従来の軟銅線よりなる導体よりも高強度で、伸びにも優れる。より好ましくは、引張強さが４５０ＭＰａ以上であり、かつ、伸びが２０％以上である。

銅合金の導電率は２０％ＩＡＣＳ以上が好ましい。導電率が２０％ＩＡＣＳを下回ると、導体の電気抵抗が大きく、電圧降下が大きくなるため、例えば信号線の導体としては用いにくい。

銅合金の軟質材は、銅、錫、ニッケル、亜鉛、金、クロムから選択される１種または２種以上の金属による表面層を有していても良い。この場合には、端子との接続性の向上あるいは耐食性の向上が図れる。表面層は、めっき等により形成できる。

銅合金の軟化処理条件としては、高い引張強さを確保しつつ伸びを与えて、引張強さおよび衝撃強度に優れた電線にする観点から、処理温度が２００℃以上であることが好ましい。銅合金の軟化処理方法としては、通電による連続軟化、高周波誘導加熱による連続軟化、箱型炉によるバッチ軟化等、特に限定されるものではない。

導体は、上記銅合金の軟質材よりなる素線の単芯線であっても良いし、複数本の素線を撚り合わせてなる撚線であっても良い。導体が撚線である場合には、円形圧縮加工しても良い。また、導体が撚線である場合には、軟化処理した複数本の素線を撚った構成でも良いし、硬質状態の複数本の素線を撚った後で軟化処理した構成でも良い。導体を円形圧縮加工する場合には、硬質状態の複数本の素線を撚った後で軟化処理することが好ましい。

次に、本発明に係る自動車用電線について詳細に説明する。本発明に係る自動車用電線は、本発明に係る自動車用電線導体を備えるものである。本発明に係る自動車用電線は、上記導体と、導体の外周に被覆された絶縁体とを有する構成であっても良いし、さらに絶縁体の外周にシールド層やシースなどを有する構成であっても良い。

本発明に係る自動車用電線の一例を図を用いて説明すると、図１（ａ）に示すように、自動車用電線１０は、特定の銅合金の軟質材よりなる複数の素線１２ａを撚り合わせて形成された導体１２の外周に絶縁体１４が被覆されてなるものである。また、図１（ｂ）に示すように、自動車用電線１０は、特定の銅合金の軟質材よりなる複数の素線１２ａを撚り合わせて形成された導体１２が円形圧縮加工されていても良い。

絶縁体を構成する絶縁材料としては、特に限定されるものではない。エチレン、プロピレンなどのオレフィンの単独重合体、エチレンとαオレフィンとの共重合体、オレフィンと（メタ）アクリル酸エステル、酢酸ビニルなどとの共重合体など、ハロゲン原子を有していないノンハロゲン系材料であっても良いし、塩化ビニル樹脂などのハロゲン系材料であっても良い。絶縁材料中には、樹脂成分の他に、各種添加剤が含有されていても良い。

本発明に係る自動車用電線の用途は、特に限定されるものではないが、導電率などの観点から、信号線に好適である。

本発明に係る自動車用電線は、例えば、特定の銅合金を伸線加工した後、得られた素線を複数本撚り合わせ、これを所定の処理条件で軟化処理することにより導体を形成し、この導体の外周に絶縁材料を押出機などにより押出被覆するなどして、導体の外周に絶縁体を形成することにより、製造できる。また、シールド層やシースを有する構成のものでは、絶縁体の外周に編組や金属線、金属箔などからなるシールド層を形成後、シールド層の外周に絶縁材料よりなるシースを押出被覆などするなどすれば良い。

本発明によれば、従来の軟銅線を用いた自動車用電線よりも細径にしても、従来の軟銅線を用いた自動車用電線と同等以上の引張強さ、衝撃強度を有する自動車用電線が得られる。そのため、現行の自動車用電線の強度を確保しつつ、電線の細径化を図ることができる。これにより、ワイヤーハーネスの軽量化および車両の軽量化に貢献できる。

本発明に係る自動車用電線は、従来の軟銅線を用いた自動車用電線よりも細径にできるものであり、例えば導体断面積を０．２２ｍｍ^２以下にすることができる。より好適な導体断面積の範囲としては、０．０１〜０．２２ｍｍ^２の範囲内である。

また、本発明に係る自動車用電線は、長さ１ｍ、断面積１ｍｍ^２当たりの耐衝撃エネルギーが４０Ｊ以上であることが好ましい。耐衝撃エネルギーが４０Ｊ未満では、短時間で急激に荷重が加わった場合において断線しやすいからである。

以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

（実施例）
表１に示す所望の成分の銅合金の軟質素線（軟化処理温度３５０℃、通電加熱）７本を撚り合わせて導体とし、この導体の外周にポリ塩化ビニルを押出被覆して、実施例に係る絶縁電線を作製した。素線外径０．１６ｍｍ、導体外径０．４８ｍｍ、電線外径１．０８ｍｍ、導体断面積０．１３ｍｍ^２。

（従来例および比較例）
導体材料の成分および質別（軟化処理の有無）が異なる点以外は、実施例と同様にして、従来例、比較例に係る絶縁電線を作製した。

各絶縁電線について、下記測定方法に従って、引張強さ、伸び、耐衝撃エネルギーを測定した。

（引張強さおよび伸びの測定方法）
絶縁電線から絶縁体を剥がして導体を取り出してサンプルとした。このサンプルを用いて、引張試験機により５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で測定した。

（耐衝撃エネルギーの測定方法）
図２に示すように、絶縁電線のサンプル１の一端を固定し、他端に重り２を取付け、他端の重り２を垂直方向に自由落下させた。他端に取付ける重り２を重くしていき、サンプル１が破断するまで行なった。サンプル１が破断したときの重りの重さを最大荷重とし、以下の計算式にて耐衝撃エネルギーを算出した。耐衝撃エネルギーは、電線１ｍ、導体断面積１ｍｍ^２当たりに換算するために、サンプル長ｌ（ｍ）と導体断面積Ｓ（ｍｍ^２）で除した。

（式１）
耐衝撃エネルギー（Ｊ）＝最大荷重ｍ（ｋｇ）×重力加速度ｇ（ｍ／ｓ^２）×落下距離Ｌ（ｍ）

従来例によれば、導体材料がＣｕ−Ｓｎ合金の硬質材であるため、伸び、耐衝撃エネルギーに劣っている。比較例１によれば、導体材料に従来の軟銅を用いて従来よりも電線を細径化しているため、引張強さ、耐衝撃エネルギーに劣っている。比較例２によれば、亜鉛含有量が少ないため、引張強さ、耐衝撃エネルギーに劣っている。比較例３によれば、亜鉛含有量が多いため、線材加工性に劣っている。また、導電率が不十分である。

これに対し、実施例によれば、導体材料に特定の銅合金の軟質材を用いたことにより、タフピッチ銅の軟質材を用いた比較例よりも引張強さ、伸び、耐衝撃エネルギーに優れることが確認できた。

（軟化条件の検討）
Ｃｕ−３５％Ｚｎ合金を用いて軟化条件の検討を行なった。軟化処理は真空雰囲気により行なった。各処理温度でそれぞれ軟化処理を行なった後、上記測定方法に従って、それぞれ素線の引張強さおよび伸びを測定した。図３に、軟化処理温度と引張強さおよび伸びとの関係を表わした。

図３によれば、銅合金を軟化処理することにより、引張強さ３５０ＭＰａ以上、かつ、伸び１０％以上のものが得られることが確認できた。そして、引張強さおよび伸びを上記範囲内とするには、軟化処理温度を２００℃以上とすることが好ましいことが確認できた。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１０ 絶縁電線
１２ 導体
１２ａ 素線
１４ 絶縁体

Claims (9)

1. 亜鉛を２５〜４５質量％、銀、インジウム、ストロンチウム、および、カルシウムから選択された１種または２種以上を総量で０．０００５〜０．３質量％含有し、残部が銅および不可避的不純物からなり、酸素濃度が５０ｐｐｍ以下である銅合金の軟質材により構成されていることを特徴とする自動車用電線導体。
2. 亜鉛を２５〜４５質量％、マグネシウムおよび錫から選択された１種または２種を総量で０．１〜５質量％、銀、インジウム、ストロンチウム、および、カルシウムから選択された１種または２種以上を総量で０．０００５〜０．３質量％含有し、残部が銅および不可避的不純物からなり、酸素濃度が５０ｐｐｍ以下である銅合金の軟質材により構成されていることを特徴とする自動車用電線導体。
3. 前記銅合金の軟質材は、引張強さ３５０ＭＰａ以上、かつ、伸び１０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用電線導体。
4. 前記銅合金の軟質材は、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自動車用電線導体。
5. 前記銅合金の軟質材は、表面に、銅、錫、ニッケル、亜鉛、金、および、クロムから選択された１種または２種以上の金属よりなる表面層を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自動車用電線導体。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の電線導体を備えた自動車用電線。
7. 前記導体の断面積は０．２２ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項６に記載の自動車用電線。
8. 長さ１ｍ、断面積１ｍｍ^２当たりの耐衝撃エネルギーが４０Ｊ以上であることを特徴とする請求項６または７に記載の自動車用電線。
9. 信号線として用いられることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の自動車用電線。

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