JP4330005B2

JP4330005B2 - アルミ導電線

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Publication number: JP4330005B2
Application number: JP2004260894A
Authority: JP
Inventors: 和生吉田; 雅信平井
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP2006079885A

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
層高く要求される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（例えば、特許文献１参照）や、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（例えば、特許文献２参照）も開示されている。
又、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（例えば、特許文献３参照）がある。

更に、特許文献４では架空送電線用としてのアルミ合金による導体が開示されている。

特開平３−１８４２１０号公報特開平６−６０７３９号公報特開平６−２０３６３９号公報特開昭５８−２２４１４３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、鋼または銅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、早期に破断していまい、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架空送電線に用いられる導電率、引張強度及び耐熱性を損なわずに曲げ性を向上させた導電用高力耐熱アルミニウム合金が開示されているが、架空送電線の架線工事における釣車通し時に要求される程度の曲げ性向上であり、本発明が使用される自動車用ワイヤハーネスに要求される繰り返しの屈曲性を満足していない。更に、その線径は３．５ｍｍ程度と太く、細径線を縒り合わせて用いる自動車用ワイヤハーネス導体に適用することは難しい。

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自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線（以下、アルミ導電線と称す）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０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｚｒを０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕを０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ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、温度４５０℃で２時間の熱処理、冷間伸線の順で伸線加工された線径０．０７〜１．５０ｍｍ、半径９０ｍｍ相当の曲げ応力付与時の屈曲回数が１００，０００回以上である屈曲性に優れたアルミ合金素線を撚り合わせて形成した撚線から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記載の発明は、Ｆｅを０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｚｒを０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕを０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ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、温度４５０℃で２時間の熱処理、冷間伸線の順で伸線加工された線径０．０７〜１．５０ｍｍ、半径９０ｍｍ相当の曲げ応力付与時の屈曲回数が１００，０００回以上である屈曲性に優れたアルミ合金素線を撚り合わせて形成した撚線と、該撚線を被覆する樹脂層とから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。

請求項３記載の発明は、引張強度が１４０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項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である。

請求項４記載の発明は、導体と、該導体の外周に設けられる被覆層とを備え、該導体が請求項１乃至請求項３記載のいずれかの自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線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）、同種金属および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）〜（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において、１はアルミ導電線、２は撚り線、３はアルミ合金素線、４は被覆樹脂である。
図１（ａ）は、１９本のアルミ合金素線３からなる撚り線２に被覆樹脂４を被せたアルミ導電線１であり、図１（ｂ）は、７本のアルミ合金素線３からなる撚り線２に被覆樹脂４を被せたアルミ導電線１であり、更に図１（ｃ）は、７本のアルミ合金素線３からなる圧縮した撚り線２に被覆樹脂４を被せたアルミ導電線１である。ここで、撚り線２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０．１０ｍａｓｓ％以上、０．４０ｍａｓｓ％以下（以下、ｍａｓｓ％を％と略す）に限定する理由は、０．１０％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強度、ならびに屈曲性が満たせない。また、０．４０％を超えると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０．１０％以上、０．４０％以下とした。好ましくは０．２０％以上、０．３０％以下である。

Ｚｒの含有量を０．２０％以上、０．５０％以下と限定する理由は、０．５０％を超えると、所望の導電性が得られず、逆に０．２０％未満を含有する場合では、屈曲性が劣るためである。従って、Ｚｒの範囲は０．２０％以上、０．５０％以下と限定し、好ましくは０．３０％以上、０．４０％以下である。

Ｃｕの添加量を０．１０％以上、０．４０％以下と限定する理由は、０．４０％を超えると所望の導電性が得られず、０．１０％未満では屈曲性の向上が見られないためである。従って、Ｃｕの範囲は０．１０％以上、０．４０％以下と限定し、好ましくは０．２０％以上、０．３０％以下がよい。
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、Ｍｎ０．０２％以下、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配線用電線として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５６％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層に使用される樹脂組成物は、絶縁性および難燃性の面から、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、およびハロゲンを実質的に含有しないベース樹脂、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体等のエチレン系共重合体に金属水和物等の難燃剤が配合されることにより、ハロゲンを配合せずに難燃性が実現される樹脂組成物が使用される。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。

(実施例１)
以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
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。
この荒引き線を線径０．９ｍｍまで伸線加工し、次に熱処理上がりの引張強度が１５０ＭＰａ以下となるような４５０℃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。
なお、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、並びに軽量化の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１０００００回以上、引張強度は２１５ＭＰａ以上、導電性は導電率５６％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１１００００回以上の屈曲性、２２５ＭＰａ以上の引張強度、５８％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に劣っている。

比較例Ｎｏ．２０では、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｃｕの各含有量が少ないために屈曲性及び引張強度の両者に劣っている。Ｆｅの含有量が少ない比較例Ｎｏ．２１、Ｎｏ．２２では屈曲性が劣り、引張強度も低い。Ｆｅの含有量の多い比較例Ｎｏ．２７では導電率の低下が見られる。
Ｚｒの含有量が少ない比較例Ｎｏ．２３では屈曲性が劣り、Ｚｒの含有量が多い比較例Ｎｏ．２４では導電率の低下が見られる。
Ｃｕの含有量が少ない比較例Ｎｏ．２５では屈曲性が劣り、Ｃｕの含有量の多い比較例Ｎｏ．２６では導電率の低下が見られるのがわかる。

（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用いて７本撚りの圧縮導体を作製した。次いでその外周に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１９８ＭＰａ、２１０ＭＰａ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．１０１の純アルミ線を、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点支持型柔軟性試験冶具９の支持間隔を１００ｍｍに設定する支持体である直径１９ｍｍのマンドレル１０に、長さ３５０ｍｍの試料１１をマンドレル１０上に支持し、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．９の引抜強さは１４．３Ｎ、銅線の従来例Ｎｏ．１００では１３．６Ｎ、純アルミ線からなる従来例Ｎｏ．１０１では１５．８Ｎ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、従来のアルミ導電線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（変形抵抗）試験の説明図である。

符号の説明

１アルミ導電線
２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０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｚｒを０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕを０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ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、温度４５０℃で２時間の熱処理、冷間伸線の順で伸線加工された線径０．０７〜１．５０ｍｍ、半径９０ｍｍ相当の曲げ応力付与時の屈曲回数が１００，０００回以上である屈曲性に優れたアルミ合金素線を撚り合わせて形成した撚線から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。
Ｆｅを０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｚｒを０．２０〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕを０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ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、温度４５０℃で２時間の熱処理、冷間伸線の順で伸線加工された線径０．０７〜１．５０ｍｍ、半径９０ｍｍ相当の曲げ応力付与時の屈曲回数が１００，０００回以上である屈曲性に優れたアルミ合金素線を撚り合わせて形成した撚線と、該撚線を被覆する樹脂層とから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。
引張強度が１４０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項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。
導体と、該導体の外周に設けられる被覆層とを備え、該導体が請求項１乃至請求項３記載のいずれかの自動車ワイヤハーネス用アルミ導電線であることを特徴とする自動車配線用電線。