JP7394179B2 - アルミ電線、及びアルミ電線の製造方法 - Google Patents
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Description
一般的な絶縁電線は、導電性を有する芯線(素線)を束ねた導体と、導体を被覆する絶縁樹脂被覆とで構成されている。これまでは、導電性の優れた銅製あるいは銅合金製の芯線で構成する導体(以下において銅導体という)が用いられることが一般的であった。
詳述すると、アルミニウムが99質量%以上の複数本のアルミ系芯線で構成する導体を絶縁樹脂被覆で被覆したアルミ電線において、前記アルミ系芯線を非圧縮状態で且つ同ピッチで同心撚りして前記導体を構成することで、アルミ系芯線の柔軟性が高いことにより導体の柔軟性に優れ、絶縁樹脂の被覆時にもアルミ系芯線がばらけることなく、断面において秩序よく整列された状態の導体を構成することができる。
すなわち、絶縁体最小厚さが所定の厚さとなるように被覆する絶縁樹脂被覆は、絶縁体最大厚さの箇所における厚さを薄くすることができる。したがって、アルミ電線の外径を小さくできる。
詳述すると、アルミニウムが99質量%未満のアルミ系芯線を撚って導体を構成する場合、アルミ系芯線の硬度が増大するためアルミ系芯線で構成する導体を所定の圧着率で圧着すると、圧着端子の圧着部が損傷するおそれがあるが、硬度の低いアルミニウムが99質量%以上で含まれるアルミ系芯線で構成する導体を用いることにより、圧着する圧着部が損傷することなく、導体を適切に圧着して接続することができる。
この発明により、一種類のアルミ系芯線で導体を形成することができるため、導体の外径の誤差を減少させることができる。さらには、複数種のアルミ系芯線を製造する必要がないため、製造工程を簡略化できるとともに製造コストを削減することができる。
この発明によると、前記導体の断面積が2.5mm2以上17mm2未満であるため、所望の導電性を有するとともに、電線外径が大きくならないアルミ電線を構成することができる。
この発明により、絶縁樹脂被覆の最低肉厚を確保できるアルミ電線を構成することができる。
この発明により、電線外径が大きくならないとともに、絶縁樹脂被覆としての機械的強度が低下することなく、絶縁樹脂被覆の要求性能を満足するアルミ電線を構成することができる。
この発明により、厚みが薄い絶縁樹脂被覆であっても確実に所要の厚みを確保することができ、銅製の導体を有する絶縁電線と同程度の導電性を有するとともに、電線外径が大きくならないアルミ電線を構成することができる。
図3はアルミ電線1における絶縁樹脂被覆30の厚みに関する説明図を示し、図4は銅電線100の断面図を示している。
また、肉厚とはアルミ導体10を被覆する絶縁樹脂被覆30の肉厚の平均値をさし、具体的には、任意の複数点における電線外径(仕上外径R)と導体外径Φとの差を1/2倍した値の平均値をさす。
また、肉厚0.4mmの絶縁樹脂被覆30は、導体外径3.64mmのアルミ導体10に対して10%以上15%以下となる11%の厚みであり、仕上外径4.4mmのアルミ電線1に対して7%以上14%未満となる9%の厚みで構成している。
なお、アルミ電線1Aにおける偏肉度は、80%である。
また、肉厚0.4mmの絶縁樹脂被覆30は、導体外径3.65mmのアルミ導体10Aに対して10%以上15%以下となる11%の厚みであり、仕上外径4.4mmのアルミ電線1Aに対して7%以上14%未満となる9%の厚みで構成している。
まずは、アルミ電線1Aの製造装置及び製造装置について図5乃至図9に基づいて説明する。
図6は、ボビン3aを取り付ける第2ボビン取付部522及び第3ボビン取付部612の個数が違うことを容易に理解できるように簡略化した撚線機4aの概略図である。
図8について詳述すると、図8(a)は絶縁体樹脂被覆機300の概略分解斜視図を示し、図8(b)は絶縁体樹脂被覆機300の中心を通るように進行方向Xに沿って直交する断面を示す概略斜視図を示し、図8(c)は図8(b)のα部の拡大図を示し、図8(d)は図8(b)におけるニップル320の先端部分を進行方向Xから視た正面断面図を示す。
なお図8(a)及び図8(b)は、内部構造が分かるように一部を破線で表している。部分的に断面図を示している。
フランジ31,31は、内周が軸芯の端部における外周に固定されている。
ボビン3bは、ボビン3aと同様の構成であるため、説明を省略する。
第1ボビン取付部51の回転制御部は、後述する導体巻き取り部7の回転制御部によって回転するボビン3bの自転速度に応じて、ボビン3aを取り付けた回転軸の自転速度を制御でき、巻き解くアルミ系芯線20Aに所望の張力を作用させることができる。
なお、回転機構は、第2層撚り合せ部材52を回転させることができれば、軸芯52aに設けることだけに限らず、第1フランジ52bや第2フランジ52cに設けてもよい。
軸芯61aは、内部に進行方向Xに沿って貫通する貫通孔を有する円筒状に形成されている(図示省略)。
これら第3ボビン取付部612及び挿通孔613は、進行方向Xからみて略正六角形となるように、互いに対向する位置に配置されており、各頂点に設けられた第3ボビン取付部612及び挿通孔613との間に、第3ボビン取付部612及び挿通孔613が1つずつ等間隔で設けられている。
なお、回転機構は、第2層撚り合せ部材52に備えた回転機構と同様に、軸芯61aに設けることだけに限定しない。
以下、アルミ導体10Aに絶縁樹脂被覆30を被覆する絶縁体樹脂被覆機300について、図8に基づいて説明する。なお図8は、絶縁体樹脂被覆機300の中心位置における、進行方向Xに沿った断面図を示す。
アルミ系芯線20Aのボビン3bへの固定が完了すると、第2層撚り合せ部材52及び第3層撚り合せ部材61を同方向に公転させながら、第1ボビン取付部51、第2ボビン取付部522、及び第3ボビン取付部612、及び導体巻き取り部7を自転させる。
なお、アルミ系芯線20Aに作用させる張力は、10.6Nだけに限らず、5.3N以上23.85N以下(単位断面積当たりの張力が、12.5N/mm2以上56.3N/mm2以下)の範囲で適宜設定することができる。
以上のような撚り合せ工程(ステップS2)は、アルミ導体10Aが所望の長さとなるまで行う。
一方、23.85Nよりも大きな張力をアルミ系芯線20Aに作用させて撚り合わせた場合、撚り合わせるアルミ系芯線20Aが伸びたり、破断したりするおそれがある。
詳述すると、撚り合せピッチPaが、導体外径Φaの8.6倍よりも小さい場合、アルミ導体10Aの中心軸に対して撚り合わせるアルミ系芯線20Aの角度が大きくなって、アルミ系芯線20Aに撚り乱れが生じるおそれがある。
またこの場合、アルミ系芯線は、撚り合せピッチを導体外径の約12.1倍となるように構成することだけに限らず、撚り合せピッチが導体外径Φbの6.4倍以上16.9倍以下としてもよく、より好ましくは、9.6倍以上15.4倍以下であればよい。
これにより、導体外径Φaは3.64mmとなり、撚り合わせたアルミ系芯線20の総断面積は約8.0mm2(8sq)となる。
なお、アルミ導体10は、撚り合せピッチを導体外径Φaの約8.7倍となるように構成することだけに限らず、撚り合せピッチが導体外径Φaの6.2倍以上15.7倍以下、より好ましくは、8.7倍以上14.8倍以下であればよい。
軸芯81aは、内部に進行方向Xに沿って貫通する貫通孔を有する円筒状に形成されている。
これら第4ボビン取付部812及び挿通孔813は、進行方向Xからみて略正六角形となるように、互いに対向する位置に配置され、各頂点の間に2個ずつ第4ボビン取付部812及び挿通孔813が等間隔で設けられている。
なお、回転機構は、第2層撚り合せ部材52に備えた回転機構と同様に、軸芯81aに設けることだけに限定しない。
アルミ導体10は、図12に示すように、軟化処理工程(ステップU1)を行った後、撚り合せ工程(ステップU2)を行って製造する。
アルミ系芯線20のボビン3bへの固定が完了すると、第2層撚り合せ部材52、第3層撚り合せ部材61、及び第4層撚り合せ部材81を同方向に公転させながら、第1ボビン取付部51、第2ボビン取付部522、第3ボビン取付部612、第4ボビン取付部812、及び導体巻き取り部7を自転させる。
なお、アルミ系芯線20に作用させる張力は、10.6Nだけに限らず、5.3N以上23.85N以下、好ましくは、7.95以上13.25N以下(単位断面積当たりの張力が、12.5N/mm2以上56.3N/mm2以下、好ましくは18.8N/mm2以上31.3N/mm2以下)の範囲で適宜設定することができる。
なお本実施形態では、第2層撚り合せ部材52、第3層撚り合せ部材61及び第4層撚り合せ部材81の公転速度を同一とすることにより、第2層乃至第4層の撚り合せピッチを同じ撚り合せピッチとすることができる。
最後に、撚り合せ工程(ステップU2)で製造されたアルミ導体10の外周に絶縁樹脂被覆30を被覆する被覆工程(ステップS3)を行い、アルミ電線1を製造する。なお、被覆工程(ステップS3)は上述したアルミ導体10Aの製造方法における被覆工程(ステップS3)と同様であるため説明を省略する。
一方、1875.0N/mm2よりも大きな張力を内層部111に作用させて撚り合せた場合、内層部111を構成するアルミ系芯線20が伸びたり、破断したりするおそれがある。
例えば5sqのアルミ電線1と集合撚りのアルミ電線は、導体外径が共に2.80mmと等しいが、アルミ電線1,1Aの偏肉度が76%、75%であるのに対して、集合撚りのアルミ電線の偏肉度は45%である。
詳述すると、アルミ電線1,1Aを構成するアルミ系芯線20は銅導体110を構成する銅芯線120よりも比重が軽いため、アルミ系芯線20,20Aの総断面積が大きくともアルミ電線1,1Aの質量を軽くすることができる(表1及び、表2、表3参照)。
例えば、絶縁樹脂被覆30の厚さが10%未満である場合、絶縁性や強度などの絶縁樹脂被覆30に求められる要求性能を満足できないおそれがある。
詳述すると、アルミニウムが99質量%未満のアルミ系芯線を撚ってアルミ導体10,10Aを構成する場合、アルミ系芯線の硬度が増大するためアルミ系芯線で構成するアルミ導体を所定の圧着率で圧着すると、圧着端子の圧着部が損傷するおそれがあるが、硬度の低いアルミニウムが99質量%以上のアルミ系芯線20,20Aで構成するアルミ導体10,10Aを用いることにより、圧着端子の圧着部は損傷することなく、アルミ導体10,10Aを適切に圧着して接続することができる。
また、絶縁樹脂被覆30が、温度23℃における引張強さが19MPa以上、加熱変形率が25%以下、耐寒性が-20℃以下、かつ、温度30℃における体積抵抗率が3×1012Ωcm以上であるため、所望の導電性を有するとともに、電線外径が大きくならないとともに、絶縁樹脂被覆30としての機械的強度が低下することなく、絶縁樹脂被覆30の要求性能を満足するアルミ電線1,1Aを構成することができる。
10,10A…アルミ導体
20,20A…アルミ系芯線
30…絶縁樹脂被覆
Claims (12)
- アルミニウムが99質量%以上の複数本のアルミニウム系芯線で構成した導体が絶縁樹脂被覆で被覆されたアルミ電線であって、
19本あるいは37本の前記アルミニウム系芯線が非圧縮状態且つ同ピッチで同心撚りされて前記導体が構成され、
前記導体が19本の前記アルミニウム系芯線で構成される場合は、前記アルミニウム系芯線の外径が0.56mm以上1.06mm以下であり、
前記導体が37本の前記アルミニウム系芯線で構成される場合は、前記アルミニウム系芯線の外径が0.40mm以上0.76mm以下であり、
前記導体を構成する前記アルミニウム系芯線が断面正六角形状に配置され、
前記導体が形成する断面略正六角形の外接円の直径を導体外径とし、
複数点における電線外径と前記導体外径との差を1/2倍した値の平均値を絶縁被覆の厚みとし、
絶縁被覆の厚みが、前記導体外径の10%以上15%以下であるとともに、前記電線外径の7%以上14%未満であり、
前記導体の断面積が5mm 2 以上17mm 2 未満である
アルミ電線。 - 前記導体を構成する19本あるいは37本の前記アルミニウム系芯線の芯線径が同径である
請求項1に記載のアルミ電線。 - 前記絶縁樹脂被覆が、塩化ビニル樹脂である
請求項1又は請求項2に記載のアルミ電線。 - 中心に配置され、アルミニウムが99質量%以上の1本のアルミニウム系芯線と、前記中心から同心状に配置された6本、12本及び18本の前記アルミニウム系芯線とを撚り合わせて構成した導体を絶縁樹脂被覆で被覆するアルミ電線の製造方法であって、
前記アルミニウム系芯線の外径が0.40mm以上0.76mm以下であり、
前記アルミニウム系芯線は断面正六角形状に配置されて前記導体を構成、前記導体が形成する断面略正六角形の外接円の直径を導体外径とし、撚り合せピッチを、前記導体外径の6.2倍以上15.7倍以下に設定するとともに、単位断面積あたりの張力が12.5N/mm2以上56.3N/mm2以下となる張力を前記アルミニウム系芯線に作用させて、前記アルミニウム系芯線を撚り合わせて前記導体を構成する撚り合せ工程と、
構成された前記導体を前記絶縁樹脂被覆で被覆する被覆工程とをこの順で行い、
複数点における電線外径と前記導体外径との差を1/2倍した値の平均値である絶縁被覆の厚みを、前記導体外径の10%以上15%以下であるとともに、前記電線外径の7%以上14%未満とし、
前記導体の断面積が5mm 2 以上17mm 2 未満とする
アルミ電線の製造方法。 - 前記撚り合せ工程の前に、
前記アルミニウム系芯線に軟化処理を施す軟化処理工程を行う
請求項4に記載のアルミ電線の製造方法。 - 中心に配置され、アルミニウムが99質量%以上の1本のアルミニウム系芯線と、前記中心から同心状に配置された所定本数の前記アルミニウム系芯線とを撚り合わせて構成した導体を絶縁樹脂被覆で被覆するアルミ電線の製造方法であって、
前記アルミニウム系芯線の外径が0.56mm以上1.06mm以下であり、
前記中心から同心状に断面正六角形状に配置された6本及び12本の前記アルミニウム系芯線を撚り合わせて、前記導体を構成する撚り合せ工程と、
構成された前記導体を前記絶縁樹脂被覆で被覆する被覆工程とをこの順で行い、
該撚り合せ工程において、
前記導体が形成する断面略正六角形の外接円の直径を導体外径とし、
撚り合せピッチを、前記導体外径の6.4倍以上22.0倍以下に設定し、
前記アルミニウム系芯線に、単位断面積あたりの張力が12.5N/mm2以上87.5N/mm2以下となる張力を作用させ、
複数点における電線外径と前記導体外径との差を1/2倍した値の平均値である絶縁被覆の厚みを、前記導体外径の10%以上15%以下であるとともに、前記電線外径の7%以上14%未満とし、
前記導体の断面積が5mm 2 以上17mm 2 未満とする
アルミ電線の製造方法。 - 前記撚り合せ工程において、
前記撚り合せピッチを、前記導体外径の6.4倍以上16.9倍以下に設定し、
前記アルミニウム系芯線に、単位断面積あたりの張力が62.5N/mm2以上87.5N/mm2以下となる張力を作用させ、
前記撚り合せ工程の後且つ前記被覆工程の前に、導体軟化処理を施す軟化処理工程を行う
請求項6に記載のアルミ電線の製造方法。 - 前記撚り合せ工程の前に、前記アルミニウム系芯線に軟化処理を施す軟化処理工程を行い、
前記撚り合せ工程において、
前記撚り合せピッチを、前記導体外径の8.6倍以上22.0倍以下に設定し、
前記アルミニウム系芯線に、単位断面積あたりの張力が12.5N/mm2以上56.3N/mm2以下となる張力を作用させる
請求項6に記載のアルミ電線の製造方法。 - 中心に配置され、アルミニウムが99質量%以上の1本のアルミニウム系芯線と、前記中心から同心状に配置された所定本数の前記アルミニウム系芯線とを撚り合わせて構成した導体を絶縁樹脂被覆で被覆するアルミ電線の製造方法であって、
前記アルミニウム系芯線の外径が0.40mm以上0.76mm以下であり、
前記中心から同心状に断面正六角形状に配置された6本及び12本の前記アルミニウム系芯線を撚り合わせて、内層部を構成する内層撚り合せ工程と、
前記内層部の外側に同心状に配置された18本の前記アルミニウム系芯線によって最外層を撚り合わせ、前記導体を構成する外層撚り合せ工程とをこの順で行う撚り合せ工程と、
構成された前記導体を前記絶縁樹脂被覆で被覆する被覆工程とをこの順で行い、
前記導体が形成する断面略正六角形の外接円の直径を導体外径とし、
前記内層撚り合せ工程において、
撚り合せピッチを、前記導体外径の6.4倍以上22.0倍以下に設定し、
前記アルミニウム系芯線に、単位断面積あたりの張力が12.5N/mm 2 以上87.5N/mm 2 以下となる張力を作用させ、
前記外層撚り合せ工程において、
前記最外層を撚り合わせる外層撚り合せピッチを、前記内層部の撚り合わせピッチと同ピッチとなるように設定し、
前記アルミニウム系芯線に、単位断面積あたりの張力が12.5N/mm2以上56.3N/mm2以下となる張力を作用させるとともに、前記内層部に、単位断面積あたりの張力が250.0N/mm2以上1875.0N/mm2以下となる張力を作用させ、
複数点における電線外径と前記導体外径との差を1/2倍した値の平均値である絶縁被覆の厚みを、前記導体外径の10%以上15%以下であるとともに、前記電線外径の7%以上14%未満とし、
前記導体の断面積が5mm 2 以上17mm 2 未満とする
アルミ電線の製造方法。 - 前記撚り合せ工程の後且つ前記被覆工程の前に、導体軟化処理を施す軟化処理工程を行う
請求項4、5、8、9のいずれかに記載のアルミ電線の製造方法。 - 前記導体は、19本の前記アルミニウム系芯線が撚り合わされて構成されるとともに、撚り合わせピッチが前記導体外径の6.4倍以上22.0倍以下で構成された
請求項1乃至請求項3のうちのいずれかに記載のアルミ電線。 - 前記導体は、37本の前記アルミニウム系芯線が撚り合わされて構成されるとともに、撚り合わせピッチが前記導体外径の6.2倍以上15.7倍以下で構成された
請求項1乃至請求項3のうちのいずれかに記載のアルミ電線。
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