(57)【要約】【課題】優れた破断強度を有すると共に、より軽量な自動車用導体を提供する。【解決手段】ステンレスからなる芯材2と、芯材2の外周に銅、銅合金から選ばれる少なくとも一種からなる被覆層3とを具え、導電率が2％IACS以上10％IACS未満である。自動車用導体として、銅などの被覆層を具えるステンレスを用いることで、従来と比較して細径化及び軽量化が可能である。かつ、本発明は、より細径の導体としても、高い破断強度を確保することができる。【選択図】  図１
2004207080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレスからなる芯材と、
前記芯材の外周に銅、銅合金から選ばれる少なくとも一種からなる被覆層とを具え、
導電率が2％IACS以上10％IACS未満であることを特徴とする自動車用導体。
【請求項２】
芯材は、クロム系ステンレス又はニッケルクロム系ステンレスからなることを特徴とする請求項1記載の自動車用導体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤーハーネスなどに利用される自動車用導体に関するものである。特に、より軽量で信号用電線に最適な自動車用導体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車には、通常、車両内にワイヤーハーネス(内部配線)が配備されており、ワイヤーハーネスにより車両内の電装品への電源、通信、センシングなどを行っている。ワイヤーハーネスは、主に、自動車用電線、保護材、コネクタ類から構成される。上記自動車用電線として、従来、図2に示すものが知られている。図2は、従来の自動車用電線の断面模式図である。従来の自動車用電線100は、通常、素線101を7本撚り合わせて導体102を構成し、導体102の外周に塩化ビニルなどの樹脂被覆103を施している。導体102を構成する素線101は、線径rがφ0.32mm、φ0.26mmの銅線が一般的である。また、導体102は、線径rがφ0.32mmの場合、導体径R：φ1.0mm、断面積：約0.56mm2(公称断面積0.5sq)のもの、線径rがφ0.26mmの場合、導体径R：0.8mm、断面積：約0.37mm2(同0.3sq)のものが一般的である。なお、図2において、導体102の断面積が約0.56mm2の場合、電線100の径R0は、φ2.0mm、同約0.37mm2の場合、電線100の径R0は、φ1.4mmが一般的である。
【０００３】
近年、地球温暖化に代表される環境問題がクローズアップされている。そこで、従来のガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの自動車において、より低燃費化を進めるべく、車両の軽量化が叫ばれている。一方、エレクトロニクスの進歩につれて、ますます多岐にわたる回路が増加したことから、ワイヤーハーネスの重量も増加傾向にあり、一般的な自動車1台当りの重量が約25kg程度となっている。上記重量のうち、約60％を自動車用電線、約15％を保護材、約10％をコネクタ類が占めている。そこで、車両の軽量化に当り、上記ワイヤーハーネスの重量、特に、高重量を占める自動車用電線の重量を軽減することが検討されている。
【０００４】
軽量化の方法として、電気自動車の開発に伴い、銅より軽いアルミニウムを導体に使用した電線を実用化させつつある。しかし、この電線は、ニッケルメッキや錫メッキされた金属端子とアルミニウム導体との接触抵抗が従来の銅線に比べて大きくなるとの問題がある。そこで、従来、アルミニウム合金を芯材とし、その周囲に銅をクラッドした銅被覆アルミニウム複合線が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【０００５】
また、マルチワイヤ配線板や高周波回路のジャンパ線などに用いられる複合金属芯線として、ステンレス鋼からなる内層と、Cu系金属からなる外層とからなるものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
【０００６】
その他、ロボット、医療用機器などの可動体相互間を結ぶ導電線として、ステンレス鋼線の外周に銅、アルミニウム又はその合金からなる被覆層を具えるものが知られている(例えば、特許文献3参照)。
【０００７】
【特許文献1】
特開平4-230905号公報(特許請求の範囲、表2参照)
【特許文献2】
特開2002-157919号公報(特許請求の範囲参照)
【特許文献3】
特公平7-31939号公報(特許請求の範囲、特性比較表参照)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ワイヤーハーネスに用いられる自動車用電線の導体は、上記のように素線の複合体又は単体であり、その断面積は一般に約0.5mm2(公称断面積0.5sq)、約0.3mm2(同0.3sq)であるが、近年、車両を軽量にすべくより細径に、具体的には断面積が0.5mm2(同0.5sq)は0.3mm2(同0.3sq)以下に、0.3mm2(同0.3sq)は0.2mm2(同0.2sq)以下に、更に0.15mm2(同0.15sq)、0.1mm2(同0.1sq)にすることが要求されている。しかし、従来の自動車用導体では、細径化することで、破断強度が低くなるという問題がある。
【０００９】
ワイヤーハーネスに用いられる自動車用電線の導体に要求される破断強度は、一般に、断面積約0.1〜0.3mm2(公称断面積0.1〜0.3sq)で80N(ニュートン)である。導体の破断強度は、通常、断面積を小さくすることで低下する傾向にある。そのため、従来の自動車用電線の導体において、導体の公称断面積を0.1sq以下にするべく断面積を小さくすると、破断強度が80N以下になり、導体が破断し易くなる恐れがある。これは、銅線からなる導体だけでなく、特許文献1に記載される銅被覆アルミニウム複合線についても同様である。
【００１０】
従って、導体の破断強度が80N以上で、かつ導体の公称断面積が0.2sq以下、特に0.1sqならば、ワイヤーハーネスに用いられる自動車用電線の軽量化が実現できることになる。そこで、本発明の主目的は、優れた破断強度を有するより軽量な自動車用導体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、芯材にステンレスを用い、その外周に銅などからなる被覆層を具えることで上記目的を達成する。
【００１２】
即ち、本発明自動車用導体は、ステンレスからなる芯材と、前記芯材の外周に銅、銅合金から選ばれる少なくとも一種からなる被覆層とを具え、導電率が2％IACS以上10％IACS未満であることを特徴とする。
【００１３】
自動車用導体の細径化に伴う破断強度の低下を防止するために、特許文献2や3に記載されるように銅などの被覆層を具えるステンレス線を用いて破断強度を向上させることが考えられる。しかし、ステンレス線は、電気抵抗が比較的高く、ステンレス線を用いることで電気抵抗が上がるため、従来、銅などの被覆層を具えるステンレス線は、自動車用導体に用いられていなかった。自動車用電線の導体の抵抗値は、信号や電流を流すために電圧降下を考慮して許容電流値の限界を0.5A(アンペア)とすると、0.65Ω/m以下、望ましくは0.6Ω/m以下にすることが要求される。
【００１４】
一方、1台の自動車に使用される自動車用電線のうち約30％は、導電率10％IACS未満、電気抵抗値で5Ω/m以下、通常、1.4Ω/m程度の信号用電線である。この信号用電線の導体に要求される特性は、公称断面積0.1sqにおいて破断強度80N以上、電気抵抗5Ω/m以下を満足することである。そこで、本発明者らは、ステンレス線の破断強度が比較的高いことを利用し、自動車に使用される自動車用電線全体の30％程度を占める信号用電線について、破断強度を低下させることなく細径化及び軽量化を実現するものである。以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１５】
本発明において芯材は、ステンレスからなるものとする。ステンレスとしては、特に、クロム系ステンレス(鉄/クロム合金)、又はニッケルクロム系ステンレス(鉄/クロム/ニッケル合金)で形成されたものが好ましく、公知の化学成分のものを用いてもよい。クロム系ステンレスは、特に、フェライト系の場合、耐食性がよく好ましい。フェライト系の化学成分としては、炭素：0.4重量％未満、クロム：12重量％超18重量％未満が挙げられる。ニッケルクロム系ステンレスは、オーステナイト系であり、化学成分としては、炭素：0.15重量％未満、クロム：16重量％超26重量％未満、ニッケル：6重量％超25重量％未満が挙げられる。これらステンレスは、強度に優れるだけでなく、大量生産されて汎用されているため、比較的安価であり経済性がよく好ましい。その他、強度を向上させるためにモリブデンやアルミニウムなどが添加されたステンレスを用いてもよい。
【００１６】
なお、芯材として、例えば、ステンレス以外の鉄系高強度材やチタン系金属線材などの高強度材も考えられる。しかし、前者の場合、水や塩水などで腐食され易く、自動車用導体の適応試験の塩水噴霧試験に合格できない恐れがある。自動車用電線は、水や塩水などが用いられるエンジンルーム内に配置されることがあるため、一般に、導体に対して塩水噴霧試験を行って適正を調べている。ステンレス以外の鉄系高強度材では、上記のように腐食され易いためこの塩水噴霧試験に合格しない恐れがある。一方、後者の場合、水や塩水などに対する耐食性は高いが、比較的高価であり、経済性を考慮すると好ましくない。そこで、本発明では、水や塩水の害などの環境面及び経済面を考慮して、ステンレスに規定する。
【００１７】
芯材の外周に設ける被覆層は、銅、銅合金から選ばれる少なくとも一種とする。従って、被覆層は、単一種からなる単一層としてもよいし、複数種のものを組み合わせて複数層としてもよい。なお、銅は、化学成分が銅及び不可避的不純物からなるものが挙げられる。銅合金は、化学成分が銅と、Sn、Ag、Ni、Si、Cr、Zr、In、Al、Ti、Fe、P、Mg、Zn、Beよりなる群から選ばれる1種以上の元素と不可避的不純物とからなるものが挙げられる。
【００１８】
被覆層の形成方法としては、メッキ法、特に電気メッキが作業性がよく、また低コストであって好ましい。その他、銅管や銅合金管の内部にステンレスの芯材を挿入して金属結合させるクラッド法や、溶融銅や溶融銅合金にステンレスの芯材を浸漬して被覆するディップ法なども挙げられるが、導電率10％IACS未満となるように被覆する場合、メッキ法が最も好ましい。被覆層の形成にメッキ法を用いる場合は、電解前処理又は酸系前処理を施した後、ニッケル、スズなどの金属を薄く置換メッキ又はストライクメッキした後に上記銅などをメッキすることが好ましい。
【００１９】
本発明導体は、ステンレスの芯材を所定の寸法に伸線した後に上記被覆層を形成してもよいし、ステンレス線に予め上記被覆層を形成しておき、その後所定の寸法に伸線して形成してもよい。
【００２０】
本発明において上記被覆層は、導体の導電率が2％IACS以上10％IACS未満となるようにステンレスの芯材の外周に設ける。本発明者らは、本発明を検討するに当り、まず、破断強度80N以上を得ることについて検討した。例えば、導体の公称断面積を0.1sqとする場合、直径φ0.135mmの素線7本を撚り合わせて導体とする。このとき、ステンレスの芯材の表面に銅などを被覆した素線を用いる場合、導電率約15％IACS(被覆層が銅の場合、銅の重量比約15％)以上、特に20％IACSとなると、破断強度が70N以下となるとの知見を得た。また、導電率を10％IACS未満(同約10％)、特に、5％IACS(同約5％)以下とするとほぼ確実に80N以上の破断強度が得られるとの知見を得た。次に、電気抵抗を考慮すると、導体の断面積が0.1mm2で電気抵抗5Ω/m以下とするには、導電率が2％IACS(同約2％)以上となるように被覆層を設けることが好ましいとの知見を得た。また、被覆層が銅からなる場合、重量比が2％未満、特に0.5％未満の場合、被覆層の表面が擦れて被覆層が剥がれるなどの恐れがあると共に、被覆層がはがれてステンレスの表面が露出されると、ステンレス表面に不働態酸化膜を生じて、金属端子との接触抵抗が大きくなるとの知見を得た。これらの知見に基づき、本発明では、導体の導電率を2％IACS以上10％IACS未満に規定する。なお、％IACSとは、国際軟銅標準(International  Annealed  Copper  Standard)の電気抵抗値（1.7241×10-8Ω・m）に相当する導電率を100として相対比で表示したものである。
【００２１】
特に、被覆層をメッキ法で設ける場合、メッキ厚の安定化を考慮すると3％IACS(同約3％)以上とすることが好ましい。また、被覆層が銅合金の場合、銅合金の重量比を2〜10％とすると、導体の導電率：2％IACS以上10％IACS未満を実現することができる。
【００２２】
本発明自動車用導体は、単体で用いてもよいし、複数本を組み合わせて用いてもよい。そして、その外周に樹脂被覆を行い、自動車用電線、特に、信号用電線に用いることが好適である。樹脂は、例えば、塩化ビニル、ノンハロゲン樹脂などが挙げられる。樹脂被覆を施した自動車用電線は、ワイヤーハーネスに用いることが好適である。このようなワイヤーハーネスは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンの自動車や、電気自動車(EV)などの各種自動車において、その内部配線に用いられる。
【００２３】
本発明自動車用導体を複数組み合わせて用いる場合、撚り合わせてもよいし、並列させて用いてもよい。並列させて用いる場合、導体の外周に樹脂被覆を施してテープ状電線として用いてもよい。このようなテープ状電線の導体に用いても、本発明導体は、自動車用導体として、適当な破断強度と導電率とを有するものを提供することが可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
(実施例1)
本発明導体を用いて自動車用電線を作製し、更に、この電線を用いてワイヤーハーネスを作製して、その特性と重量を調べてみた。
【００２５】
ワイヤーハーネスは、以下のようにして得た。まず、SUS304系ステンレス線を所定の寸法に伸線した後軟化して、電解前処理を施した後、ニッケルを薄く置換メッキし、更にその上に、重量比が所定の量になるように銅を電気メッキにて被覆して、図1に示すようなステンレスの芯材2に被覆層3を具える本発明導体1を得た(試料No.1〜4、6)。また、直径φ0.8mmのSUS304系ステンレス線に、酸系前処理を施した後、ニッケルを薄くストライクメッキし、更にその上に、重量比が所定の量になるように銅を電解メッキにて被覆したものを直径φ0.135mmに伸線してから温度1000℃のトンネル炉にて軟化して本発明導体を得た(試料No.5)。これら本発明導体(素線)を7本束ねて撚り線とし、その外周に塩化ビニルを所定の厚み被覆して自動車用電線を製造する(断面構造は、図2参照)。次に、得られた電線を定尺長に切断した後、電線の先端を皮むきして金属端子を圧着させる。そして、この端子をハウジング中に挿入し、約200本からなるサブアッシーを束ねて保護材をかぶせ、ワイヤーハーネスを得る。
【００２６】
本例において各試料のSUS304系ステンレス線は、JIS  G  4308相当品を用いた。被覆層に用いた銅は、99.9重量％以上の銅と、不可避的不純物とからなるものを用いた。
【００２７】
比較試料として、導電率が2％IACS未満となるように被覆層の銅の重量比を変化させた導体(試料No.7)、同様に10％IACS超となるように被覆層の銅の重量比を変化させた導体(試料No.8)、電気銅線のみを用いた導体(試料No.9、10)を用いた試料を作製した。これら比較試料は、導体を構成する各素線の材質を変化させたものであり、その他の製造工程は、上記試料No.1〜4、6と同様にしてワイヤーハーネスを得た。表1に特性及び重量を示す。表1において、銅比(wt％)とは、導体の全重量に対する銅の重量の割合(重量比)である。
【００２８】
【表１】
2004207080.tif 000003
【００２９】
表1に示すように試料No.1〜6は、銅被覆層を具えるステンレスからなる導体を用いたことで、公称断面積が0.2sq、特に、0.1sqといった細径になっても、導体が銅のみからなる従来の試料No.10と比較して、公称断面積が0.3sqである太径の試料No.9と同等、又は同等以上の優れた破断強度を有することがわかる。
【００３０】
また、これらの試料No.1〜6は、2％IACS以上10％IACS未満の導電率を有する。一方、銅比が小さ過ぎる試料No.7は、破断強度に優れるものの、導電率が2％IACS未満と低過ぎる。また、銅比が大きすぎる試料No.8は、導電率が高いものの、破断強度が80N未満である。これらのことから、導電率が2％IACS以上10％IACS未満を満たすように銅被覆層を具えたステンレスを導体に用いると、公称断面積が0.1sqといった細径であっても、十分な破断強度を有すると共に、信号用電線として求められる電気抵抗や導電率を満たし、自動車用電線、特に、信号用電線の導体に適するものであることが確認された。
【００３１】
上記実施例1の他に、ステンレスからなる芯材の外周に銅被覆層、銅合金被覆層を具える素線を用意し、これら素線を並列に並べてテープ状電線を作製し、同様にその特性と重量を調べたところ、上記実施例1と同様の結果が得られた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明自動車用導体によれば、銅などの被覆層を具えるステンレスを用いることで、従来と比較して細径化及び軽量化が可能であり、かつより細径の導体としても、高い破断強度を確保することができるという優れた効果を奏し得る。また、ステンレスからなる芯材に銅などの被覆層を具えることで、適当な導電率を得ることができる。従って、本発明自動車用導体は、自動車用電線、特に、信号用電線に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明自動車用導体の断面模式図である。
【図２】従来の自動車用電線の断面模式図である。
【符号の説明】
1  導体  2  芯材  3  被覆層
100  自動車用電線  101  素線  102  導体  103  樹脂被覆
r  線径  R  導体径  R0  電線の径
【図１】
2004207080.tif 000004
【図２】
2004207080.tif 000005