JP2013089418A

JP2013089418A - Aluminum wire, covered electric wire, and method for manufacturing aluminum wire

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Publication number: JP2013089418A
Application number: JP2011228067A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ogawa; 正顕小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-05-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum wire improved in flex resistance and high in reliability, and a covered electric wire including the aluminum wire.SOLUTION: A plurality of aluminum wires 10 are stranded to be used as an aluminum stranded wire 15. In each aluminum wire 10, an amorphous carbon coat 12 is covered on a surface of an aluminum wire rod 11 made of aluminum or an aluminum alloy.

Description

本発明は、アルミニウム素線およびその製造方法に係り、特に、複数本撚り合わせることにより、アルミニウム撚り線として用いるに好適なアルミニウム素線およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum strand and a method for producing the same, and more particularly to an aluminum strand suitable for use as an aluminum strand by twisting a plurality of strands and a method for producing the same.

従来、自動車や飛行機などの搬送機器、ロボットなどの産業機器の配線構造として、導電性を有した金属素線を、複数本撚り合わせることにより、金属撚り線とし、この金属撚り線の外周に絶縁層を被覆した被覆電線が用いられている。 Conventionally, as a wiring structure for transportation equipment such as automobiles and airplanes, and industrial equipment such as robots, a plurality of conductive metal strands are twisted together to form a metal strand, which is insulated from the outer periphery of the metal strand. A covered electric wire coated with a layer is used.

昨今、自動車の高性能化や高機能化が急速に進められてきており、車載される各種電気機器、制御機器などの増加に伴い、これらの機器に使用される被覆電線も増加傾向にある。一方、近年、環境保全のため、自動車や飛行機などの燃費の向上が望まれている。 Recently, high performance and high functionality of automobiles have been rapidly advanced, and with the increase of various electric devices and control devices mounted on vehicles, the number of covered electric wires used for these devices is also increasing. On the other hand, in recent years, improvement of fuel consumption of automobiles, airplanes and the like is desired for environmental protection.

そこで、このような点を鑑みて、被覆電線を構成する金属素線の素材として、アルミニウム素線が用いられている。具体的には、図４（ａ）に示すように、被覆電線４は、複数本のアルミニウムおよびアルミニウム合金からなるアルミニウム素線４１を撚り合わせたアルミニウム撚り線４１を備えており、アルミニウム撚り線４１の外周には、高分子樹脂などからなる絶縁層４２が被覆されている。このように、アルミニウム素線にアルミニウムを用いたことにより、アルミニウムはたとえば銅などの他の金属に比べて軽量であるので、このような被覆電線４を自動車などに搭載した場合には、その燃費を向上させることができる。 Then, in view of such a point, the aluminum strand is used as a raw material of the metal strand which comprises a covered electric wire. Specifically, as shown in FIG. 4A, the covered electric wire 4 includes an aluminum stranded wire 41 in which aluminum strands 41 made of a plurality of aluminum and an aluminum alloy are twisted together. An insulating layer 42 made of a polymer resin or the like is coated on the outer periphery of the substrate. As described above, because aluminum is used for the aluminum element wire, aluminum is lighter than other metals such as copper. Therefore, when such a covered electric wire 4 is mounted on an automobile or the like, its fuel consumption is reduced. Can be improved.

ところで、アルミニウム素線４１は、屈曲による疲労強度を素線径、素線数、撚りピッチ数等により確保している。そのため、素材としてアルミニウムまたはアルミニウム合金で軽量化を図ったとしても、素線数の増量、素線径の増大により、所望の重量となるように、被覆電線の軽量化を図ることができないことがあった。これにより、被覆電線の高コスト化、配線設計の自由度の低下等を招くおそれがあった。 By the way, the aluminum strand 41 secures the fatigue strength due to bending by the strand diameter, the number of strands, the number of twisted pitches, and the like. Therefore, even if the weight is reduced by using aluminum or an aluminum alloy as a material, it is not possible to reduce the weight of the covered electric wire so that the desired weight is obtained by increasing the number of strands and the strand diameter. there were. As a result, the cost of the covered electric wire may be increased, and the degree of freedom in wiring design may be reduced.

そこで、このような被覆電線に対して、アルミニウム素線の耐屈曲性等の疲労強度を高めるべく、アルミニウム合金の組成を選定したり、熱処理温度の適正な範囲を求めたりすることがなされている（例えば特許文献１および２参照）。 Therefore, in order to increase the fatigue strength such as the bending resistance of the aluminum element wire for such a covered electric wire, the composition of the aluminum alloy is selected or an appropriate range of the heat treatment temperature is obtained. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

特開２０１１−９６５０５号公報JP 2011-96505 A 特開２００６−４７５２号公報JP 2006-4752 A

しかしながら、上述した素線は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム素線であるため、たとえ、無酸化雰囲気下で熱処理等をしたとしても、少なくとも絶縁層を被覆する際には、素線表面に酸化アルミニウム（アルミナ）の薄膜が形成される。この酸化アルミニウムには潤滑性がなく、薄くて剥離しやすい。 However, since the above-described strand is an aluminum strand made of aluminum or an aluminum alloy, even if heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, at least the surface of the strand is oxidized when covering the insulating layer. A thin film of aluminum (alumina) is formed. This aluminum oxide has no lubricity, is thin and easily peels off.

したがって、被覆電線４を繰り返し屈曲させた場合、図４（ｂ）に示すように、内部のアルミニウム素線４１，４１同士が摺り合わさって凝着し、アルミニウム素線４１，４１同士の間に凝着部４１ａが生成されることがある。これによりアルミニウム素線４１，４１同士が拘束され、滑りがなくなってしまう。この結果、局部的に引っ張り荷重が他の部分に比べて大きく作用し、図４（ｃ）に示すようにアルミニウム素線４１は部分的に断線し、被覆電線４の信頼性が低下するおそれがあった。 Therefore, when the covered electric wire 4 is repeatedly bent, as shown in FIG. 4B, the inner aluminum wires 41 and 41 are rubbed and adhered to each other, and the aluminum wires 41 and 41 are adhered to each other. The landing part 41a may be generated. As a result, the aluminum strands 41 and 41 are restrained, and slipping is lost. As a result, the tensile load acts locally as compared with other portions, and the aluminum wire 41 is partially broken as shown in FIG. 4C, and the reliability of the covered wire 4 may be reduced. there were.

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐屈曲性を向上させた、信頼性の高いアルミニウム素線およびこれを備えた被覆電線を提供することにある。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a highly reliable aluminum element wire having improved bending resistance and a covered electric wire including the same. It is in.

発明者は、鋭意検討を重ねた結果、被覆電線を繰り返し屈曲したときに、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム素線（線材）同士の凝着を抑制するには、これらのアルミニウム素線同士の表面が滑りやすい状態にすることが重要であると考えた。そこで、発明者は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム線材の表面に、非晶質炭素被膜を被覆することでアルミニウム素線とすれば、この被膜を構成する非晶質炭素材料が固体潤滑材として作用し、アルミニウム素線の凝着を抑制することができるとの新たな知見を得た。 As a result of intensive studies, the inventor has found that the surface of these aluminum strands can be suppressed in order to suppress adhesion between aluminum strands (wires) made of aluminum or an aluminum alloy when the coated electric wire is repeatedly bent. I thought it was important to make it slippery. Therefore, if the inventor forms an aluminum strand by coating an amorphous carbon coating on the surface of an aluminum wire made of aluminum or an aluminum alloy, the amorphous carbon material constituting the coating is used as a solid lubricant. The new knowledge that it acted and the adhesion of an aluminum strand can be controlled was acquired.

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明に係るアルミニウム素線は、複数本撚り合わせることにより、アルミニウム撚り線として用いるアルミニウム素線であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム線材の表面に、非晶質炭素被膜が被覆されていることを特徴とする。 This invention is made | formed in view of such a point, The aluminum strand which concerns on this invention is an aluminum strand used as an aluminum strand by twisting together two or more, Comprising: From aluminum or aluminum alloy The surface of the resulting aluminum wire is coated with an amorphous carbon coating.

本発明に係るアルミニウム素線は、アルミニウムおよびアルミニウム合金からなるアルミニウム線材の表面に非晶質炭素被膜が被覆されているため、このアルミニウム素線を複数本撚り合わせたアルミニウム撚り線において、アルミニウム素線同士の滑動性を向上させることができる。これにより、アルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム撚り線を繰り返し屈曲させたとしても、アルミニウム素線同士の凝着を抑制し、居部的に引っ張り荷重が他の部分に比べて作用することを回避することができる。 In the aluminum strand according to the present invention, since the surface of an aluminum wire made of aluminum and an aluminum alloy is coated with an amorphous carbon coating, the aluminum strand is obtained by twisting a plurality of aluminum strands. The sliding property between each other can be improved. This prevents the aluminum strands from sticking to each other and prevents the tensile load from acting locally compared to other parts, even if the aluminum strands that are twisted together are repeatedly bent. can do.

ここで本発明でいう「アルミニウム線材」とは、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の圧延材から伸線加工された線材であり、「アルミニウム素線」とは、撚り線のもととなる素線のことをいい、ここでは、アルミニウム線材の表面（外周面）に、非晶質炭素被膜が被覆されたものをいう。 Here, the “aluminum wire” in the present invention is a wire drawn from a rolled material made of aluminum or an aluminum alloy, and the “aluminum wire” is a wire that is a source of a stranded wire. Here, the surface (outer peripheral surface) of the aluminum wire is coated with an amorphous carbon coating.

また、アルミニウム線材の表面に被覆される非晶質炭素被膜は、アルミニウム素線同士の凝着を抑制しつつ、アルミニウム線材の表面から非晶質炭素被膜が剥離しなければ、特にその膜厚は限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記非晶質炭素被膜の膜厚は、１．０〜５．０μｍである。 In addition, the amorphous carbon film coated on the surface of the aluminum wire is not particularly peeled off from the surface of the aluminum wire while suppressing the adhesion between the aluminum wires. Although it is not limited, as a more preferable aspect, the film thickness of the amorphous carbon film is 1.0 to 5.0 μm.

この態様によれば、非晶質炭素被膜の膜厚を、このような範囲とすることにより、アルミニウム素線同士の凝着を抑制しやすく、さらには、各アルミニウム素線の表面からの非晶質炭素被膜の剥離を抑制することができる。ここで、非晶質炭素被膜の膜厚が、１．０μｍ未満の場合には、アルミニウム素線同士の凝着が生じるおそれがあり、その膜厚が、５．０μｍを超えた場合には、非晶質炭素被膜が剥離するおそれがある。 According to this aspect, by setting the film thickness of the amorphous carbon film in such a range, it is easy to suppress adhesion between the aluminum strands, and further, the amorphous carbon from the surface of each aluminum strand. The exfoliation of the carbonaceous film can be suppressed. Here, when the film thickness of the amorphous carbon coating is less than 1.0 μm, there is a possibility that adhesion between the aluminum strands may occur, and when the film thickness exceeds 5.0 μm, There is a possibility that the amorphous carbon coating may peel off.

そして、本発明に係る被覆電線は、このようなアルミニウム素線を、複数本撚り合わせたアルミニウム撚り線を備え、該アルミニウム撚り線の外周に絶縁層を被覆させることにより得られるものである。このような被覆電線は、各アルミニウム線材の表面に非晶質炭素被膜を被覆したアルミニウム素線を撚り線に備えるので、被覆電線の耐屈曲性は向上し、その信頼性が向上される。 The covered electric wire according to the present invention is obtained by providing an aluminum stranded wire obtained by twisting a plurality of such aluminum strands and covering an outer periphery of the aluminum stranded wire with an insulating layer. Since such a covered electric wire is provided with an aluminum element wire in which an amorphous carbon film is coated on the surface of each aluminum wire, the bending resistance of the covered electric wire is improved and the reliability is improved.

また、本発明として、上述したアルミニウム素線を好適に製造することができる製造方法をも開示する。本発明に係るアルミニウム素線の製造方法は、複数本撚り合わせることにより、アルミニウム撚り線として用いるアルミニウム素線の製造方法であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるコイル状のアルミニウム線材の表面に、ＣＶＤ法により非晶質炭素被膜を成膜することを特徴とする。 Moreover, the manufacturing method which can manufacture suitably the aluminum strand mentioned above as this invention is also disclosed. The manufacturing method of the aluminum strand which concerns on this invention is a manufacturing method of the aluminum strand used as an aluminum strand wire by twisting together several, Comprising: On the surface of the coil-shaped aluminum wire which consists of aluminum or an aluminum alloy, it is CVD. An amorphous carbon film is formed by a method.

本発明によれば、コイル状のアルミニウム線材を準備し、これに対してＣＶＤ法により、非晶質炭素被膜を成膜するので、直線状のアルミニウム線材に非晶質炭素被膜を成膜するのに対し、一度により長い線長のアルミニウム線材に、非晶質炭素被膜を被覆することができる。また、ＣＶＤ法により被覆するので、アルミニウム線材の表面には、均質かつ均一の膜厚を有した非晶質炭素被膜を被覆することができる。 According to the present invention, a coiled aluminum wire is prepared, and an amorphous carbon film is formed thereon by CVD, so that an amorphous carbon film is formed on a linear aluminum wire. On the other hand, an amorphous carbon film can be coated on an aluminum wire having a longer wire length at one time. Moreover, since it coat | covers by CVD method, the amorphous carbon film with a uniform and uniform film thickness can be coat | covered on the surface of an aluminum wire.

また、アルミニウム線材のアルミニウムは、非晶質炭素被膜を被覆前に、予め焼鈍し処理を行なってもよいが、より好ましい態様としては、前記アルミニウム素線の製造方法において、前記非晶質炭素被膜の成膜しながら、前記アルミニウム線材に焼鈍し処理を行なう。この態様によれば、アルミニウム線材の表面に非晶質炭素被膜を成膜しながら、焼鈍し処理を行うので、２つの処理を同時に行なえる。 In addition, the aluminum of the aluminum wire may be pre-annealed before the amorphous carbon film is coated, but as a more preferable aspect, in the method for producing an aluminum wire, the amorphous carbon film While the film is formed, the aluminum wire is annealed. According to this aspect, since the annealing process is performed while forming the amorphous carbon film on the surface of the aluminum wire, the two processes can be performed simultaneously.

さらに好ましい態様としては、前記非晶質炭素被膜の成膜を、炭化水素系ガスを用いて行う。本発明によれば、炭化水素系ガスを用いることにより、アルミニウム線材の表面に酸化アルミニウム（アルミナ）薄膜が生成されることを抑制することができる。 In a more preferred embodiment, the amorphous carbon film is formed using a hydrocarbon gas. According to the present invention, it is possible to suppress the formation of an aluminum oxide (alumina) thin film on the surface of an aluminum wire by using a hydrocarbon-based gas.

特に、通常、アルミニウム線材に焼鈍し処理をする際には、その表面に酸化アルミニウム薄膜が生成されやすいところ、炭化水素系ガスを用いて、非晶質炭素被膜の成膜およびアルミニウム線材の焼鈍し処理を行なった場合には、非酸化性雰囲気下での処理となる。したがって、焼鈍し処理において、アルミニウム線材の表面への酸化アルミニウム（アルミナ）薄膜の生成が抑制されるので、得られたアルミニウム素線の非晶質炭素被膜の密着性を高め、非晶質炭素被膜の低摩擦効果（凝着し難い効果）により、屈曲時のアルミニウム素線の凝着を防ぐため、耐屈曲性を向上させることができる。 In particular, when an aluminum wire is usually annealed, an aluminum oxide thin film is likely to be formed on the surface thereof. Using a hydrocarbon-based gas, an amorphous carbon film is formed and an aluminum wire is annealed. When the treatment is performed, the treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere. Accordingly, in the annealing treatment, the formation of an aluminum oxide (alumina) thin film on the surface of the aluminum wire is suppressed, so that the adhesion of the amorphous carbon film of the obtained aluminum wire is improved, and the amorphous carbon film Because of this low friction effect (an effect that hardly adheres), the aluminum wire is prevented from adhering at the time of bending, so that the bending resistance can be improved.

本発明によれば、アルミニウム素線同士の凝着を抑制し、これにより、アルミニウム素線の耐屈曲性を向上させて、被覆電線の信頼性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the adhesion of aluminum strands can be suppressed and, thereby, the bending resistance of an aluminum strand can be improved and the reliability of a covered electric wire can be improved.

本発明の実施形態に係るアルミニウム素線と被覆電線の模式的概念図であり、（ａ）はアルミニウム素線の径方向の断面図、（ｂ）は被覆電線の径方向の断面図。It is a typical conceptual diagram of the aluminum strand and covering electric wire concerning the embodiment of the present invention, (a) is a sectional view of the diameter direction of an aluminum strand, (b) is a sectional view of the diameter direction of a covering electric wire. 図１（ａ）に示す、アルミニウム線材に非晶質炭素被膜を成膜する装置を説明するための模式的概念図。The typical conceptual diagram for demonstrating the apparatus which forms an amorphous carbon film in the aluminum wire shown in FIG. 1 (a). 実施例１および２、比較例１〜４の屈曲試験の結果を示した図。The figure which showed the result of the bending test of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1-4. 従来の被覆電線を説明するための模式的概念図であり、（ａ）は、被覆電線の径方向の模式的概念図、（ｂ）は、アルミニウム素線同士の凝着を説明するための模式図、（ｃ）は、（ｂ）に示す凝着後のアルミニウム素線の断線を説明するための模式図。It is a schematic conceptual diagram for demonstrating the conventional covered electric wire, (a) is a schematic conceptual diagram of the radial direction of a covered electric wire, (b) is a schematic for demonstrating adhesion of aluminum strands. FIG. 4C is a schematic diagram for explaining disconnection of the aluminum wire after the adhesion shown in FIG.

以下に、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るアルミニウム素線と被覆電線の模式的概念図であり、（ａ）はアルミニウム素線の径方向の断面図、（ｂ）は被覆電線の径方向の断面図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic conceptual view of an aluminum element wire and a covered electric wire according to an embodiment of the present invention, (a) is a radial cross-sectional view of the aluminum element wire, and (b) is a radial cross section of the covered electric wire. FIG.

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るアルミニウム素線１０は、アルミニウム線材１１の表面（外周面）に、非晶質炭素被膜１２を被覆した素線である。ここで、アルミニウム線材１１は、アルミニウム（純アルミ）またはアルミニウム合金からなる線材である。アルミニウム合金の場合には、Ａｌに、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｃｕなどの元素が添加されており、その他にも、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｂ等がさらに添加されていてもよい。 As shown in FIG. 1A, an aluminum strand 10 according to this embodiment is a strand in which an amorphous carbon coating 12 is coated on the surface (outer peripheral surface) of an aluminum wire 11. Here, the aluminum wire 11 is a wire made of aluminum (pure aluminum) or an aluminum alloy. In the case of an aluminum alloy, elements such as Mg, Si, and Cu are added to Al, and in addition, Fe, Mn, Ti, B, and the like may be further added.

このようなアルミニウム線材１１は、鋳造工程、圧延工程、伸線工程の工程を順次経て得ることができる。鋳造工程では、アルミニウムの溶湯、さらに、これに添加元素を加えた溶湯を鋳造して鋳造材を成形する。鋳造は、可動鋳型又は枠状の固定鋳型を用いる連続鋳造、箱状の固定鋳型を用いる金型鋳造のいずれも利用することができる。連続鋳造は、溶湯を急冷凝固できるため、微細な結晶組織を有する鋳造材が得られる。 Such an aluminum wire 11 can be obtained through a casting process, a rolling process, and a drawing process in sequence. In the casting process, a cast material is formed by casting a molten aluminum and a molten metal obtained by adding an additive element thereto. For casting, either continuous casting using a movable mold or a frame-shaped fixed mold, or mold casting using a box-shaped fixed mold can be used. In continuous casting, since the molten metal can be rapidly solidified, a cast material having a fine crystal structure can be obtained.

得られた鋳造材に、熱間圧延を施し、圧延材を形成する。特に、上述したＭｇ，Ｓｉの添加元素を含むアルミニウム合金からなる鋳造材を用いた場合、鋳造後圧延前に溶体化処理および時効処理を行うと、Ｍｇ_２Ｓｉといった析出物を析出させることができ、析出強化（時効硬化）により強度を向上することができる。 The obtained cast material is hot-rolled to form a rolled material. In particular, when a cast material made of an aluminum alloy containing the above-described additive elements of Mg and Si is used, precipitates such as Mg ₂ Si can be deposited by performing solution treatment and aging treatment after rolling after casting. The strength can be improved by precipitation strengthening (age hardening).

なお、このような時効処理は、圧延後伸線加工前の圧延材や、後述する伸線加工途中の線材（伸線材）に施してもよい。さらには、後述するように、非晶質炭素被膜を被覆する際に、アルミニウム線材に対して、時効処理を行なってもよい。さらに、後述するように、アルミニウム素線を撚り合わせた撚り線に対して時効処理を施してもよい。 In addition, you may give such an aging process to the rolling material before a wire drawing process after rolling, and the wire material (wire drawing material) in the middle of the wire drawing process mentioned later. Further, as will be described later, when the amorphous carbon film is coated, an aging treatment may be performed on the aluminum wire. Furthermore, as will be described later, an aging treatment may be applied to a stranded wire obtained by twisting aluminum strands.

次に、圧延材に対して冷間伸線加工を施し、アルミニウム線材１１（伸線材）を形成する。伸線加工度は、所望の線径に応じて適宜選択することができる。なお、この伸線加工の段階で、得られるアルミニウム線材１１に対して、焼鈍し処理を行なってもよい。しかしながら、本実施形態では、後述するように、アルミニウム線材１１の表面に、非晶質炭素被膜１２の成膜する際に、アルミニウム線材１１の焼鈍し処理を行なう。 Next, cold drawing is performed on the rolled material to form an aluminum wire 11 (wire drawing material). The degree of wire drawing can be appropriately selected according to a desired wire diameter. In addition, you may perform an annealing process with respect to the obtained aluminum wire 11 in the stage of this wire drawing process. However, in this embodiment, as described later, when the amorphous carbon coating 12 is formed on the surface of the aluminum wire 11, the aluminum wire 11 is annealed.

次に、図１（ａ）に示すように、アルミニウム線材１１の表面に、非晶質炭素被膜１２を成膜する。具体的には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム線材１１として、コイル状のアルミニウム線材１１を準備し、このコイル状のアルミニウム線材１１の表面に、図２に示すＣＶＤ成膜装置３０を用いて、非晶質炭素被膜１２を成膜する。 Next, an amorphous carbon film 12 is formed on the surface of the aluminum wire 11 as shown in FIG. Specifically, a coiled aluminum wire 11 is prepared as an aluminum wire 11 made of aluminum or an aluminum alloy, and a CVD film forming apparatus 30 shown in FIG. 2 is used on the surface of the coiled aluminum wire 11. An amorphous carbon film 12 is formed.

成膜炉３１内には、４本の導電性を有した支持柱３３が設けられており、この支持柱３３は、成膜炉３１を介して接地されている。ここで、４本の支持柱３３を巻くように、コイル状のアルミニウム線材１１を４本の支持柱３３の上方から挿入し、コイル状のアルミニウム線材１１を４本の支持柱３３で保持する。 In the film forming furnace 31, four supporting columns 33 having conductivity are provided, and the supporting columns 33 are grounded via the film forming furnace 31. Here, the coil-shaped aluminum wire 11 is inserted from above the four support columns 33 so that the four support columns 33 are wound, and the coil-shaped aluminum wire 11 is held by the four support columns 33.

次に、パルス電源３５に接続され、成膜炉３１内に配置された電極３６に、バイアス電圧を作用させ、これと同時に、炭化水素系ガス（たとえば、メタンガス）を、成膜炉３１内に供給する。これにより、電極３６と支持柱３３との間において、炭化水素系ガスがプラズマ化され、炭化水素系ガスを構成する少なくとも炭素が、コイル状のアルミニウム線材１１の表面に付着して成長し、非晶質炭素被膜が成膜される。このように、ＣＶＤ法（化学気相成長法）を利用することにより、コイル状のアルミニウム線材１１の表面（外周面）に、非晶質炭素被膜が均一に成膜される。 Next, a bias voltage is applied to the electrode 36 connected to the pulse power source 35 and disposed in the film forming furnace 31, and at the same time, a hydrocarbon-based gas (for example, methane gas) is introduced into the film forming furnace 31. Supply. As a result, between the electrode 36 and the support column 33, the hydrocarbon-based gas is turned into plasma, and at least carbon constituting the hydrocarbon-based gas grows while adhering to the surface of the coiled aluminum wire 11, A crystalline carbon coating is deposited. Thus, an amorphous carbon film is uniformly formed on the surface (outer peripheral surface) of the coiled aluminum wire 11 by using the CVD method (chemical vapor deposition method).

コイル状のアルミニウム線材１１の表面に被覆される非晶質炭素被膜１２は、図１（ｂ）に示すような被覆電線１として用いたときに、アルミニウム素線１０、１０同士の凝着を抑制しつつ、アルミニウム線材１１の表面から非晶質炭素被膜１２が剥離しなければ、特にその膜厚は限定されるものではない。 When the amorphous carbon coating 12 coated on the surface of the coiled aluminum wire 11 is used as the coated electric wire 1 as shown in FIG. However, the film thickness is not particularly limited as long as the amorphous carbon coating 12 does not peel from the surface of the aluminum wire 11.

本実施形態では、非晶質炭素被膜１２の膜厚は、１．０〜５．０μｍである。非晶質炭素被膜１２の膜厚は、成膜時間に応じて調整することができる。また、成膜される非晶質炭素被膜１２の硬さは、Ｈｖ１０００〜２０００程度が好ましく、バイアス電圧を調整することにより、この硬さを調整することができる。 In the present embodiment, the film thickness of the amorphous carbon coating 12 is 1.0 to 5.0 μm. The film thickness of the amorphous carbon film 12 can be adjusted according to the film formation time. Further, the hardness of the amorphous carbon film 12 to be formed is preferably about Hv 1000 to 2000, and this hardness can be adjusted by adjusting the bias voltage.

なお、後述する発明者の実験によれば、非晶質炭素被膜１２の膜厚が、１．０μｍ未満の場合には、アルミニウム素線１０，１０同士の凝着が生じるおそれがあり、その膜厚が、５．０μｍを超えた場合には、非晶質炭素被膜１２が、アルミニウム線材１１の表面から剥離するおそれがある。 In addition, according to the experiment of the inventor described later, when the film thickness of the amorphous carbon coating 12 is less than 1.0 μm, there is a possibility that the aluminum strands 10 and 10 may adhere to each other. If the thickness exceeds 5.0 μm, the amorphous carbon coating 12 may be peeled off from the surface of the aluminum wire 11.

また、非晶質炭素被膜１２の硬さが、Ｈｖ１０００未満の場合には、非晶質炭素被膜１２の硬さが柔らか過ぎるため、繰り返しの屈曲時にアルミニウム素線１０，１０同士が摺り合わさった際に、その部分の非晶質炭素被膜１２が摩滅するおそれがある。一方、非晶質炭素被膜１２の硬さがＨｖ２０００を超えた場合には、繰り返しの屈曲時に、非晶質炭素被膜１２が、アルミニウム線材１１から剥離するおそれがある。 Further, when the hardness of the amorphous carbon coating 12 is less than Hv1000, the hardness of the amorphous carbon coating 12 is too soft. In addition, the amorphous carbon coating 12 in the portion may be worn away. On the other hand, when the hardness of the amorphous carbon coating 12 exceeds Hv2000, the amorphous carbon coating 12 may peel from the aluminum wire 11 during repeated bending.

ここで、本実施形態では、非晶質炭素被膜１２を成膜しながら、アルミニウム線材１１のアルミニウムまたはアルミニウム合金に対して焼鈍し処理を行なっている。焼き戻し温度および時間は、例えば、アルミニウム（純アルミ）の場合、一般的には、３５０℃程度で少なくとも１時間程度であり、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金の場合、溶体化処理および時効処理後の焼き戻し温度は、４１０℃程度で少なくとも２〜３時間程度である。 Here, in this embodiment, the annealing treatment is performed on the aluminum or aluminum alloy of the aluminum wire 11 while forming the amorphous carbon film 12. For example, in the case of aluminum (pure aluminum), the tempering temperature and time are generally about 350 ° C. and at least about 1 hour, and in the case of Al—Cu and Al—Mg aluminum alloys, solution treatment is performed. The tempering temperature after the treatment and the aging treatment is about 410 ° C. and at least about 2 to 3 hours.

したがって、コイル状のアルミニウム線材１１が、このような焼き戻し温度となるように、成膜炉３１内の温度およびバイアス電圧を調整しながら、上述した焼き戻し時間内において、非晶質炭素被膜が所望の膜厚となるように、非晶質炭素被膜を、アルミニウム線材１１の表面に被覆することが好ましい。なお、成膜炉３１内の温度を上述の如く調整をすべく、加熱装置または冷却装置を別途設けてもよい。 Therefore, the amorphous carbon film is formed within the tempering time described above while adjusting the temperature and bias voltage in the film forming furnace 31 so that the coiled aluminum wire 11 has such a tempering temperature. It is preferable to coat the surface of the aluminum wire 11 with an amorphous carbon coating so as to obtain a desired film thickness. In order to adjust the temperature in the film forming furnace 31 as described above, a heating device or a cooling device may be separately provided.

従来では、焼き戻し処理は、連続処理またはバッチ処理などを利用して、アルミニウム線材１１の表面が酸化しないように、非酸化性雰囲気下（例えば、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、または還元性ガス雰囲気下）で、伸線加工されたアルミニウム線材１１に対して行われていた。 Conventionally, the tempering process is performed in a non-oxidizing atmosphere (for example, a vacuum atmosphere, an inert gas atmosphere, or a reducing gas so that the surface of the aluminum wire 11 is not oxidized by using a continuous process or a batch process. Under the atmosphere), this was performed on the drawn aluminum wire 11.

しかしながら、本実施形態では、焼鈍し処理時に、メタンガスなどの炭化水素系ガス（非酸化性ガス）の雰囲気下であるため、非晶質炭素被膜を成膜しながら、コイル状のアルミニウム線材１１の表面に、酸化アルミニウム（アルミナ）薄膜が生成されることを抑制することができる。 However, in the present embodiment, during the annealing process, since it is in an atmosphere of a hydrocarbon-based gas (non-oxidizing gas) such as methane gas, the coil-shaped aluminum wire 11 is formed while forming an amorphous carbon film. Generation of an aluminum oxide (alumina) thin film on the surface can be suppressed.

このような結果、焼鈍し処理において、アルミニウム線材の表面への酸化アルミニウム（アルミナ）薄膜の生成が抑制されるので、得られたアルミニウム素線の非晶質炭素被膜の密着性を高め、アルミニウム素線１０の耐屈曲性を向上させることができる。 As a result, since the formation of an aluminum oxide (alumina) thin film on the surface of the aluminum wire is suppressed in the annealing treatment, the adhesion of the amorphous carbon film of the obtained aluminum wire is improved, and the aluminum element The bending resistance of the wire 10 can be improved.

このようにして得られたアルミニウム素線１０を用いて、図１（ｂ）に示すように、中心に、アルミニウム素線１０を配置し、その周囲に同径のアルミニウム素線１０を６本配置して撚り合わせて、２層構造に形成されたアルミニウム撚り線１５を得ることができる。 Using the aluminum strand 10 thus obtained, as shown in FIG. 1B, the aluminum strand 10 is arranged at the center, and six aluminum strands 10 having the same diameter are arranged around the aluminum strand 10. And twisted together to obtain the aluminum stranded wire 15 formed in a two-layer structure.

特に、同一線径のアルミニウム素線１０を撚り合わせる場合、複数本のアルミニウム素線１０を相互に撚るよりも、中心線である１本のアルミニウム素線１０の周りに他のアルミニウム素線１０を撚る同心撚りが低張力で安定して撚ることができる。また、同心撚りにおいてもアルミニウム素線１０を隙間無く最密充填することが電線の細径化に好適である。 In particular, when the aluminum strands 10 having the same wire diameter are twisted together, other aluminum strands 10 are surrounded around one aluminum strand 10 as a center line than twisting a plurality of aluminum strands 10 with each other. Can be twisted stably with low tension. Further, in concentric twisting, it is preferable to close-pack the aluminum wires 10 without gaps in order to reduce the diameter of the electric wires.

さらに、図１（ｂ）に示すように、得られたアルミニウム撚り線１５の外周に絶縁層２０を被覆して、被覆電線１とする。絶縁層２０は、電気的な絶縁材料からなり、例えば、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、カプトン、ゴム状重合体、シリコーン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ノンハロゲン樹脂、などが挙げることができる。絶縁層の厚さは、所望の絶縁強度を考慮して適宜選択することができ、特に限定されるものではない。 Furthermore, as shown in FIG. 1B, the outer periphery of the obtained aluminum stranded wire 15 is covered with an insulating layer 20 to obtain a covered electric wire 1. The insulating layer 20 is made of an electrically insulating material, and examples thereof include polyethylene, crosslinked polyethylene, polyvinyl chloride, kapton, rubbery polymer, silicone, polypropylene, fluororesin, and non-halogen resin. The thickness of the insulating layer can be appropriately selected in consideration of a desired insulating strength, and is not particularly limited.

このようにして、アルミニウム素線１０を、複数本撚り合わせたアルミニウム撚り線１５を備え、アルミニウム撚り線１５の外周に絶縁層２０が被覆された被覆電線１を得ることができる。 Thus, the covered electric wire 1 provided with the aluminum stranded wire 15 obtained by twisting a plurality of the aluminum strands 10 and having the outer periphery of the aluminum stranded wire 15 covered with the insulating layer 20 can be obtained.

アルミニウム素線１０は、アルミニウム線材１１の表面に非晶質炭素被膜１２が被覆されているため、このアルミニウム素線１０を複数本撚り合わせたアルミニウム撚り線１５において、アルミニウム素線１０，１０同士の滑動性を向上させることができる。 In the aluminum strand 10, since the surface of the aluminum wire 11 is covered with the amorphous carbon coating 12, the aluminum strand 10 is formed by twisting a plurality of the aluminum strands 10. The sliding property can be improved.

これにより、アルミニウム撚り線１５を備えた被覆電線１を繰り返し屈曲させたとしても、内部のアルミニウム素線１０，１０同士の凝着は抑制され、居部的に引っ張り荷重が他の部分に比べて作用することを回避することができる。これにより、被覆電線１の信頼性を向上させることができる。 Thereby, even if the covered electric wire 1 provided with the aluminum stranded wire 15 is repeatedly bent, the adhesion between the inner aluminum wires 10 and 10 is suppressed, and the tensile load is partially compared with other portions. It is possible to avoid acting. Thereby, the reliability of the covered electric wire 1 can be improved.

以下に本発明を実施例により説明する。なお、以下の実施例は本発明を限定的に解釈するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. The following examples do not limit the present invention.

＜実施例１＞
表１に示すようにして、被覆電線を作製した。素線径０．４ｍｍ純アルミニウムからなるコイル状のアルミニウム線材を準備した。このアルミニウム線材を上述した図２に示すＣＶＤ成膜装置の成膜炉内に配置した。次に、成膜炉内にメタンガスを導入した。次に、バイアス電圧０．１〜５ｋＶ印加して、成膜炉内の温度を３５０℃に調整し、純アルミニウムの焼鈍し温度に相当する温度（３５０℃）となるように、３時間、アルミニウム線材に焼鈍し処理を行いながら、その表面に、膜厚１．０μｍ、硬さＨｖ１０００の非晶質炭素被膜を成膜して、アルミニウム素線を作製した。 <Example 1>
As shown in Table 1, coated electric wires were produced. A coiled aluminum wire made of pure aluminum having an element wire diameter of 0.4 mm was prepared. This aluminum wire was placed in the film forming furnace of the CVD film forming apparatus shown in FIG. Next, methane gas was introduced into the film forming furnace. Next, a bias voltage of 0.1 to 5 kV is applied, the temperature in the film forming furnace is adjusted to 350 ° C., and aluminum is heated for 3 hours so that the temperature corresponds to the annealing temperature of pure aluminum (350 ° C.). While the wire was annealed, an amorphous carbon film having a thickness of 1.0 μm and a hardness of Hv1000 was formed on the surface to produce an aluminum strand.

次に、得られたアルミニウム素線の芯数が１６本となるように、これらを撚り合わせて、アルミニウム撚り線（線断面積２ｍｍ^２）を作製した。得られたアルミニウム撚り線の外周に、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を被覆して被覆電線を作製した。 Next, these were twisted so that the number of cores of the obtained aluminum strands was 16, and aluminum strands (line cross-sectional area 2 mm ² ) were produced. A coated electric wire was prepared by coating polyvinyl chloride (PVC) on the outer periphery of the obtained aluminum stranded wire.

＜実施例２＞
実施例１と同じように、被覆電線を作製した。実施例１と相違する点は、成膜時間を調整して、アルミニウム線材の表面の非晶質炭素被膜の膜厚を５μｍにした点である。 <Example 2>
A coated electric wire was produced in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the film formation time is adjusted so that the film thickness of the amorphous carbon coating on the surface of the aluminum wire is 5 μm.

＜比較例１＞
実施例１と同じように、被覆電線を作製した。実施例１と相違する点は、アルミニウム線材の表面に非晶質炭素被膜を被覆していない点である。すなわち、比較例１の場合は、アルミニウム線材そのものがアルミニウム素線となっている。 <Comparative Example 1>
A coated electric wire was produced in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the surface of the aluminum wire is not coated with an amorphous carbon coating. That is, in the case of the comparative example 1, the aluminum wire itself is an aluminum strand.

＜比較例２＞
実施例１と同じように、被覆電線を作製した。実施例１と相違する点は、成膜時間を調整して、アルミニウム線材の表面の非晶質炭素被膜の膜厚を０．１μｍにした点である。なお、比較例２は、本願発明に含まれるものである。 <Comparative example 2>
A coated electric wire was produced in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the film formation time is adjusted so that the film thickness of the amorphous carbon coating on the surface of the aluminum wire is 0.1 μm. Comparative example 2 is included in the present invention.

＜比較例３＞
実施例１と同じように、被覆電線を作製した。実施例１と相違する点は、成膜時間を調整して、アルミニウム線材の表面の非晶質炭素被膜の膜厚を１０．０μｍにした点である。なお、比較例３は、本願発明に含まれるものである。 <Comparative Example 3>
A coated electric wire was produced in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the film formation time is adjusted so that the film thickness of the amorphous carbon coating on the surface of the aluminum wire is 10.0 μm. Note that Comparative Example 3 is included in the present invention.

＜比較例４＞
実施例１と同じように、被覆電線を作製した。実施例１と相違する点は、アルミニウム線材の表面に非晶質炭素被膜を被覆していない（アルミニウム線材そのものをアルミニウム素線とした）点と、芯数を１９本にしてアルミニウム素線を撚り合わせた点である。 <Comparative example 4>
A coated electric wire was produced in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the surface of the aluminum wire is not coated with an amorphous carbon coating (the aluminum wire itself is aluminum strand), and the number of cores is 19 and the aluminum strand is twisted. It is a combined point.

〔素線破断寿命試験〕
実施例１、２および比較例１〜４の被覆電線を、折り返し試験機を用いて、素線破断寿命試験を行った。具体的には、角度±９０°、半径：２．５ｍｍ、速度３０回／分、荷重５００ｇを作用させて、繰り返し折り曲げを行った。折り曲げ途中の被覆電線のアルミニウム撚り線の電気抵抗値が、初期電気抵抗値に対して所定の割合で低下した時点で、素線が破断し寿命になったとみなし、そのときの折り曲げ回数（屈曲回数）を破断寿命とした。この結果を、図３に示す。なお、図３は、比較例１の被覆電線の折り曲げ回数（破断寿命）を１として、その他の疲労電線の折り曲げ回数を正規化している。 [Wire break life test]
The covered electric wires of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 were subjected to a strand break life test using a folding tester. Specifically, bending was performed repeatedly by applying an angle of ± 90 °, a radius of 2.5 mm, a speed of 30 times / minute, and a load of 500 g. When the electric resistance value of the aluminum stranded wire of the covered electric wire in the middle of bending decreases at a predetermined rate with respect to the initial electric resistance value, it is considered that the element wire has broken and has reached the end of its life. ) As the fracture life. The result is shown in FIG. In FIG. 3, the number of times of bending of the other fatigue wires is normalized by setting the number of times of bending (breaking life) of the covered wire of Comparative Example 1 to 1.

（結果）
実施例１および２の被覆電線の屈曲回数のほうが、比較例１、２、および３のものよりも多く、比較例１、２および３に比べて、実施例１および２のほうが、折り曲げに対して被覆電線（撚り線）の寿命が長いといえる。また、実施例１および２の被覆電線は、比較例４の如く、芯数が多いものと同程度の寿命であるといえる。なお、図３からは明確ではないが、比較例２の被覆電線の屈曲回数ほうが、比較例１のものよりも、若干多かった。 (result)
The number of bends of the covered electric wires of Examples 1 and 2 is larger than that of Comparative Examples 1, 2, and 3, and compared with Comparative Examples 1, 2, and 3, Examples 1 and 2 are more resistant to bending. Therefore, it can be said that the life of the covered electric wire (stranded wire) is long. Moreover, it can be said that the covered electric wires of Examples 1 and 2 have the same life as those having a large number of cores as in Comparative Example 4. Although not clear from FIG. 3, the number of times of bending of the covered electric wire of Comparative Example 2 was slightly larger than that of Comparative Example 1.

以上の結果から、アルミニウム線材の表面に非晶質炭素被膜を被覆することにより、被覆電線の曲げに対する素線寿命が向上しているといえる。これは、繰り返し曲げる際に、アルミニウム素線同士の凝着を、非晶質炭素被膜により抑制したからであると考えられる。 From the above results, it can be said that by covering the surface of the aluminum wire with an amorphous carbon coating, the wire life against bending of the covered electric wire is improved. This is presumably because the adhesion between the aluminum strands was suppressed by the amorphous carbon coating during repeated bending.

そして、非晶質炭素被膜の膜厚を、１．０〜５．０μｍの範囲に選定した場合には、素線の寿命をより効果的に向上させることができると考えられる。非晶質炭素被膜の膜厚が、１．０μｍ未満の場合には、アルミニウム素線同士の凝着が生じるおそれがあると考えられ、その膜厚が、５．０μｍを超えた場合には、非晶質炭素被膜が剥離するおそれがあると考えられる。 And when the film thickness of an amorphous carbon film is selected in the range of 1.0-5.0 micrometers, it is thought that the lifetime of a strand can be improved more effectively. When the film thickness of the amorphous carbon film is less than 1.0 μm, it is considered that there is a possibility that adhesion between the aluminum strands may occur, and when the film thickness exceeds 5.0 μm, It is considered that the amorphous carbon film may be peeled off.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.

本実施例では、炭化水素系ガスとしてメタンガスを用いたが、ＣＶＤ法により非晶質炭素被膜を成膜することができるのであれば、炭化水素系ガスとして、エチレンガス、メチレンガス、アセチレンガス等の炭化水素系ガスを用いてもよい。さらに、成膜時に、アルミニウム線材の表面の酸化を抑制することができるのであれば、水素ガスまたは、アルゴンガス等の不活性ガスを混合した混合ガスを用いてもよい。 In this embodiment, methane gas is used as the hydrocarbon gas. However, as long as an amorphous carbon film can be formed by the CVD method, the hydrocarbon gas includes ethylene gas, methylene gas, acetylene gas, and the like. A hydrocarbon-based gas may be used. Furthermore, a mixed gas mixed with an inert gas such as hydrogen gas or argon gas may be used as long as oxidation of the surface of the aluminum wire can be suppressed during film formation.

１：被覆電線、１０：アルミニウム素線、１１：アルミニウム線材、１２：非晶質炭素被膜、１５：アルミニウム撚り線、２０：絶縁層、３０：ＣＶＤ成膜装置、３１：成膜炉、３３：支持柱、３５：パルス電源、３６：電極 1: covered wire, 10: aluminum wire, 11: aluminum wire, 12: amorphous carbon coating, 15: twisted aluminum wire, 20: insulating layer, 30: CVD film forming apparatus, 31: film forming furnace, 33: Support pillar, 35: pulse power supply, 36: electrode

Claims

複数本撚り合わせることにより、アルミニウム撚り線として用いるアルミニウム素線であって、
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム線材の表面に、非晶質炭素被膜が被覆されていることを特徴とするアルミニウム素線。 An aluminum strand used as an aluminum stranded wire by twisting a plurality of wires,
An aluminum wire characterized in that an amorphous carbon film is coated on the surface of an aluminum wire made of aluminum or an aluminum alloy.

前記非晶質炭素被膜の膜厚は、１．０〜５．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム素線。 The aluminum element wire according to claim 1, wherein the amorphous carbon film has a thickness of 1.0 to 5.0 µm.

請求項１または２に記載のアルミニウム素線を、複数本撚り合わせたアルミニウム撚り線を備え、
該アルミニウム撚り線の外周に絶縁層が被覆されたことを特徴とする被覆電線。 The aluminum strand of Claim 1 or 2 is provided with the aluminum strand wire which twisted together two or more,
A covered electric wire characterized in that an outer periphery of the aluminum stranded wire is covered with an insulating layer.

複数本撚り合わせることにより、アルミニウム撚り線として用いるアルミニウム素線の製造方法であって、
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるコイル状のアルミニウム線材の表面に、ＣＶＤ法により非晶質炭素被膜を成膜することを特徴とするアルミニウム素線の製造方法。 A method for producing an aluminum strand used as an aluminum strand by twisting a plurality of strands,
A method for producing an aluminum wire, comprising forming an amorphous carbon film on a surface of a coiled aluminum wire made of aluminum or an aluminum alloy by a CVD method.

前記非晶質炭素被膜を成膜しながら、前記アルミニウム線材に焼鈍し処理を行なうことを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム素線の製造方法。 The method of manufacturing an aluminum strand according to claim 4, wherein the aluminum wire is annealed while forming the amorphous carbon film.

前記非晶質炭素被膜の成膜を、炭化水素系ガスを用いて行うことを特徴とする請求項４または５に記載のアルミニウム素線の製造方法。 The method for producing an aluminum strand according to claim 4 or 5, wherein the amorphous carbon film is formed using a hydrocarbon-based gas.