WO2002071563A1

WO2002071563A1 - Ensemble de distribution d'energie

Info

Publication number: WO2002071563A1
Application number: PCT/JP2001/005348
Authority: WO
Inventors: Hidemichi Fujiwara
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2002-09-12
Also published as: US6573454B2; EP1291992B1; KR20030008204A; DE60128468D1; DE60128468T2; EP1291992B9; EP1291992A4; EP1291992A1; US20020162683A1; KR100434617B1; JPWO2002071563A1

Description

明細書

配電アセンブリ技術分野

本発明は、軽量化を要求される自動車や車両などの移動体に適した、アルミニウム（以下、適宜、 A 1と記す）撚線ケーブル導体に A 1端子を装着した配電アセンブリに関する。背景技術

従来、ハ一ネスワイヤーやバッテリーケーブルなどの自動車内配電には、銅撚線を導体とする配電ケーブルに銅端子を組合せた銅製ァセンプリが用いられてきたが、近年、動力の一部または全部を電力で賄う自動車の開発が進められ、その一環として、軽量な A 1撚線を導体とする配電ケーブルに A 1端子を組合せた A 1製アセンブリの使用が検討されるようになった。

しかし、この A 1製アセンブリは、長期間使用すると A 1撚線導体と A 1端子との接続界面に厚い酸化膜が生じ、また腐食環境下では腐食が生じ易く、そのため A 1撚線導体と A 1端子間の接触抵抗が増大して接続特性が経時的に低下するという問題があった。この問題を解決するために、 A 1撚線導体に耐酸化性および耐食性に優れる N iをめつきする方法が考えられたが、以下のような問題があり、実用化されていない。

( 1 ) A 1線の太径の段階でめっきし、これを撚素線（撚合わせる素線）に伸線加工する方法は、生産性は優れるが、伸線加工中にめっき層が剥離したり断線したりする。

( 2 ) 撚素線にめっきする方法は生産性が劣る。

( 3 ) A 1撚線導体の A 1端子接続部分にめっきする方法はめつき液が A 1撚線導体に浸透して腐食の原因になる。この他、前記 A 1製配電アセンブリには、 A 1撚線導体が太径のため可撓性に劣り配電ケーブルの取扱いが困難で、また成形時や装着時に端子に割れが入るといった問題があった。

本発明の目的は、配電ケーブルが取扱い易く、端子の加工性が良好で、さらに A 1撚線導体と A 1端子間の接続特性が優れる移動体用配電ケーブルアセンブリを提供することにある。発明の開示

発明の第 1の態様は、アルミニウム撚線導体を絶縁被覆した配電ケーブルと、その端部に接続用端子が接合された配電アセンブリであって、前記撚線導体が導電率 50 % I A C S以上のアルミニウムまたはアルミニゥム合金により構成され、

前記撚線導体に接続された前記接続端子が金属で構成され、前記アルミ二ゥム撚線と前記接続端子は、超音波振動を負荷した圧接により接合されている配電ァセンブリ。発明の第 2の態様は、前記撚線導体に接続された前記金属の端子が、伸び 20 %以上のアルミニゥムまたはアルミニゥム合金により構成されている配電アセンブリである。発明の第 3の態様は、前記撚線導体を構成するアルミ二ゥム合金が、 Z r： 0. 03〜0. 4wt%、 F e： 0. 05〜0. 2wt%、

S i： 0. 0 5〜0. 2 wt%含み、

さらに B e、 S r、 Mg、 T i、 Vの中から 1種または 2種以上を合計で 0. 003〜0. 05wt%含み、

残部が A 1および不可避不純物からなる配電アセンブリである。発明の第 4の態様は、前記端子を構成するアルミ二ゥム合金が、

Z r ： 0. 03〜 0. 4wt%、 S i ： 0. 0 5〜 0. 1 5 wt%含み、残部が A 1および不可避不純物からなる配電ァセンプリである。発明の第 5の態様は、前記端子を構成するアルミニゥム合金が、 M g ： 0. 3〜 1. 8wt%、 S i ： 0. 1 5〜： L . 5wt%、

F e ： 0. ；!〜 1. Owt%、 C u ： 0. 05〜0. 5wt%含み、さらに Mn、 C r、 T iの中の 1種または 2種以上を合計で 0. 03 〜0. 6wt%含み、

残部が A 1と不可避不純物からなる記載の配電アセンブリである。発明の第 6の態様は、前記端子の表面に N iまたは N iを主成分とする合金が 5〃 m以下の厚さに被覆されている配電アセンブリである。発明の第 7の態様は、前記配電アセンブリの外周に、更に電磁シールド金属層とこの金属層の外周に絶縁被覆層を備える配電ァセンプリである。発明の第 8の態様は、前記電磁シールド層は、アルミニウム又はアルミニゥム合金の網状体で構成された配電アセンブリである。図面の簡単な説明

図 1 (a)、 (b) は、本発明のアセンブリを構成する配電ケーブルの実施形態を示す横断面図である。

図 2は、本発明のアセンブリを構成する金属端子の実施形態を示し、 (a)は接合状態を示す斜視図であり、（b)は内面に溝又は凸部を備えた金属端子の展開斜視図である。

図 3は、本発明のアセンブリを構成する金属端子の他の実施形態を示す斜視図である。

図 4は、本発明のアセンブリを構成する金属端子を超音波を付加して圧接する 1態様を説明する図である。発明の詳細な説明

本発明のアセンブリ ¾構成する配電ケーブル 1は、図 1 ( a) に示す A 1撚線導体 2の外周に絶縁層 3を被覆したもの、或いは図 1 (b) に示す A 1撚線導体 2の外周に絶縁層 3、磁気シールド層 4、絶縁層 5をこの順に被覆したものなどである。

本発明において、 A 1撚線導体 2 とは、 A 1線を撚合わせた通常の A 1 撚線導体の他、 A 1線を束ねたものなど、複数の A 1線から構成される任意の導体を含む。

本発明において、 A 1 撚線導体の導電率を 5 0 % I A C S ( International Annealed Copper Standard)以上とする理由は、導電率が 5 0 % I A C S未満では、所望の電流を流すのに A 1撚線導体の外径を太くすることになり可撓性が悪化する。また外径が太いと、軽量化に逆行し、材料コストが嵩むことになる。なお、 A 1撚線導体の可撓性は A 1素線の線径を 0 . 8 mm以下に細くすることにより担保される。本発明のアセンブリを構成する金属の端子としては、電気伝導性の高い銅、銅合金、更にはアルミニウム、アルミニウム合金等を利用できる。しかし、軽量化の点からアルミニウムまたはアルミニウム合金が望ましい。金属の端子には、図 2 ( a) に示すオープンバレル型端子 6は A 1線を把持する把持部 6 1を備える。

前記オープンバレル型端子 6では、図 2 (b) に示すように、 A 1撚線導体 2 と圧接される把持部 6 2内面に A 1撚線導体 2の長手方向と直交する方向に平行な複数の溝または凸部（セレーシヨン） 6 3を形成しておくと、圧着の際に A 1撚線導体 2 とセレ一シヨン 6 3 とが係合して金属端子 6が A 1撚線導体 2から抜け難くなる効果がある。図 3は、金属端子の他の態様を示し、端子 7は管型の把持部 7 1 と接続しており、圧着箇所 7 2が四角形である。

図 2に示す撚線 1 と把持部 6 1、 6 2 との接合は、通常常温で図 4に示すように圧接機 8の受台 8 1に把持部を受けて、超音波振動する押込みヘッド 82を押し込んで行う。望ましい超音波振動数は例えば 10〜3 0kHzである。尚、図 4は圧接法の 1態様であり、本発明を限定するものでない。本発明において、金属端子がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合にはその伸びを 20 %以上にすることが望ましい。この理由は、 2 0 %未満では、加工性が悪化して A 1端子に成形する際や A 1撚線導体に圧着する際に A 1端子にクラックが発生することがあるためである。本発明において、 A 1撚線導体に金属端子を圧着法により装着する理由は、装着作業が容易で生産性に優れるためである。また前記圧着を超音波振動を付加しつつ行う理由は、超音波振動を付加することにより A 1撚線導体の素線自体の酸化膜と金属端子の酸化膜が破壊され、撚素線自体が相互に金属接合して一体的な導体となり、また撚線導体と金属端子とが金属接合し、接触抵抗が小さくなり良好な接続特性が安定して得られるためである。本発明において、配電ケーブルを形成する A 1撚線導体には、導電率が 50 % I A C S以上の任意の A 1または A 1合金が使用できるが、特に望ましい合金成分組成は以下の通りである。

Z r ： 0. 03〜0. 4wt%、 F e ： 0. 05〜0. 2 wt%、

S i ： 0. 05〜0. 2 wt%含有し、さらに B e、 S r、 Mg、 T i、

Vの中から 1種または 2種以上を合計で 0. 0 03〜0. 05wt%含有し、

残部が A 1および不可避不純物からなる A 1合金である。

この合金は、強度、導電性、耐クリープ特性などに優れ望ましい。さらにこの A 1合金は酸化膜の成長が遅く、 A 1撚線導体における撚素線同士の接触抵抗が小さく、より長期間安定して高い導電性が維持される。上記 A 1合金において、 Z rは固溶および析出して耐クリーブ特性を高める。その含有量を 0. 03〜0. 4 wt%に規定する理由は、 0. 0 3wt%未満ではその効果が十分に得られず、 0. 4wt%を超えると導電率が低下するためである。

S iは Z rの析出を促進して導電率と耐クリ一プ特性を高める。その含有量を 0. 05〜0. 2 wt%に規定する理由は、 0. 05wt%未満ではその効果が十分に得られず、 0. 2 wt%を超えると導電率が低下するためである。

F eは耐熱性を高める。その含有量を 0. 05〜0. 2wt%に規定する理由は、 0. 05 wt%未満ではその効果が十分に得られず、 0. 2wt% を超えると導電率が低下するためである。

選択元素の B e、 S ] 、 Mg、 T i、 Vは、固溶または析出して強度向上に寄与し、さらに Z rの析出を促進して導電率と耐クリ一プ特性を高める。これら選択元素の含有量を合計で 0. 003〜0. 05wt%に規定する理由は、 0. 003wt%未満ではその効果が十分に得られず、 0. 05wt%を超えるとその効果が飽和するためである。

上記 A 1合金は、常法により撚素線に加工できる。例えば、前記 A 1 合金の溶湯を、連続錶造後に熱間圧延する方法または連続錶造圧延法により、熱延材に加工し、この熱延材を冷間加工して撚素線とする。

冷間加工の途中またはノおよび冷間加工後に時効処理を施して強度と導電率を調整することが望ましい。本発明において、金属端子としては、伸びが 2 0 %以上の任意の A 1 または A 1合金が望ましく使用できる。特に望ましい合金の成分組成は以下の通りである。

Z r ： 0. 03〜 0. 4wt%、 S i ： 0. 05〜 0. 1 5 wt%含有し、残部が A 1および不可避不純物からなる A 1— Z r— S i合金、前記 A 1— Z r— S i合金において、前記 Z rは耐クリーブ特性を高める。その含有量を 0. 03〜 0. 4 wt%に規定する理由は、 0. 03wt% 未満ではその効果が十分に得られず、 0. 4wt%を超えると導電率が低下するためである。

S iは Z rの析出を促進し端子の導電率と耐クリーブ特性を高める。その含有量を 0. 05〜0. 1 5wt%に規定する理由は、 0. 0 5wt% 未満ではその効果が十分に得られず、 0. 1 5wt%を超えると導電率が低下するためである。

また、以下の A 1合金も端子として望ましく利用できる。

M g ： 0. 3〜； L . 8wt%、 S i ： 0. 1 5〜： L . 5 wt%、

F e ： 0. 1〜； L . Owt%、 Cuを 0. 05〜0. 5wt%含有し、さらに Mn、 Cr、 T iの中の 1種または 2種以上を合計で 0. 03 〜0. 6wt%含有し、

残部が A 1および不可避不純物からなる A l— Mg— S i—F e— C u系合金である。

この合金は、導電率 40 % I A C S以上で、かつ耐クリープ特性に優れ推奨される。

この A l— Mg— S i— F e— C u系合金において、 M gと S iは反応して化合物を形成（析出）して耐クリープ特性を高める。 Mgの含有量を 0. 3〜 1. 8wt%に規定し、 S iの含有量を 0. 1 5〜 1. 5 wt% に規定する理由は、いずれが下限値未満でもその効果が十分に得られず、いずれが上限値を超えても導電率が低下するためである。

F eは固溶または析出して耐クリーブ特性を高める。その含有量を 0. 1〜 1. 0 wt%に規定する理由は、 0. 1 wt%未満ではその効果が十分に得られず、 1. 0wt%を超えると導電率が低下するためである。

C uは固溶または析出して耐クリーブ特性を高める。その含有量を 0. 0 5〜0. 5 wt%に規定する理由は、 0. 05 wt%未満ではその効果が十分に得られず、 0. 5wt%を超えると導電率が低下するためである。本発明における端子用 A 1合金は、パイプ材、棒材、条材などに加工後、曲げ加工、切削加工、打抜加工などが施されて端子に成形される。前記パイプ材、棒材、条材などは、（ 1 )前記熱延材をコンフォーム押出しする方法、（ 2 )前記コンフォーム押出材をさらに冷間圧延する方法、 ( 3 ) A 1合金をビレットに連続鎵造し、これを熱間で押出または圧延し、次いで冷間圧延し、所定寸法に切断する方法などにより加工される。上記加工方法では、加工の途中或いは最終段階で、適宜、時効処理を施して導電率と強度の向上を図るのが望ましい。本発明では、更に端子の表面に N i、または N i — P合金や N i — B 合金などの N iを主成分とする合金を被覆することにより端子の耐食性が向上し、腐食環境下でも安定して使用できる。また接続先の外部装置ゃバッテリ一などとの間で生じる電食が防止できる。

前記被覆層の厚みを 5 m以下に規定する理由は、 5 z mを超えると A 1撚線導体と端子を圧着する際に端子にクラックが生じその効果が得られなくなるためである。端子に N iを被覆するには、電気めつき法、無電解めつき法、圧延圧接法、物理的蒸着法など任意の方法が適用できる。

移動体内では、配電ケーブル上に、送電時に発生する電磁場を遮蔽する金属製の磁気シールド層、例えば A 1製ネット或いは銅製ネット、及び複数の絶縁層を付加的に設ける場合がある。そのような場合も、本発明のアセンブリは、配電ケーブルの外層の絶縁層構造によらず有効に作用する。何故なら、配電ケーブル外層に設けた磁気シールド層や複数の絶縁層によって通電機能が変化するわけではないからである。また、絶縁層は、例えば塩化ビニル（P V C；)、ポリオレフィン等合成樹脂で構成する。実施例

以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。

(実施例 1 )

Z rを 0 . 1 wt%、 F eを 0 . 1 wt%、 S iを 0 . 1 wt%、 T iを 0 . 003wt%含み、残部が A 1と不可避不純物からなる A 1合金を常法により溶解し、得られた溶湯を連続錶造圧延して荒引線（熱延材）とし、次いで冷間伸線して直径 0. 32 mmの素線とし、この素線を 2 5本撚合わせ、さらにこの撚合わせ体を 1 9本撚合わせて A 1撚線導体（A) とし、この A 1撚線導体に P VCを厚さ 1 mmに押出被覆して、図 1 (a) に示した構造の配電ケーブルを作製した。

また、 2 を 0. lwt%、 3 :1を0. 1 wt%含み、残部が A 1と不可避不純物からなる A 1合金、および Mgを 0. 5wt%、 3丄を0. 35 wt%、 F eを 0. lwt%、 0\1を0. lwt%、 Mnを 0. lwt%含み、残部が A 1と不可避不純物からなる A 1合金をそれそれ溶解し、得られた溶湯をそれそれ連続錶造圧延して荒引線とし、これをフィ一ドストツクとしてコンフォーム押出法により幅 45 mm、厚さ 2. 5 mmの板材に押出し、これを厚さ 2. 3 mmに冷間圧延し、この冷間圧延材を 35 0°Cで 6時間焼鈍した。次いで、これにプレス加工および曲げ加工をこの順に施して、 J I S規格に規定される B A 608サイズのォ一ブンバレル型の端子（図 2 (a)、（b)参照）を 2種（ Z ：前記 A 1 - Z r - S i 合金製、 M :前記 A1— Mg— S i— F e— C u— Mn合金製）作製した。

次に、前記 A 1撚線導体（A) に前記端子（Z、 M) を超音波振動（ 1 400Wx l s e c：)を付加しつつ圧着して 2種のアセンブリ（A/Z、 A/M) を製造した。

(比較例 1 )

M g： 4 wt%、 M n： 0. 4wt%、 F e： 0. 5 wt%、 S i： 0. 4 wt%、 Z n: 0. 2 5 wt%含み、残部が A 1と不可避不純物からなる従来の A 1 合金を用いて A 1撚線導体 Bを作製した他は、実施例 1と同様にして 2 種のアセンブリ（BZZ、 B/M) を製造した。

(比較例 2 ) 前記 A 1撚線導体 Aに上記端子 Zまたは Mを超音波振動を付加せずに圧着した他は、実施例 1 と同様にして 2種のアセンブリを製造した。

(比較例 3 )

前記 A 1撚線導体 Bに前記端子 Zまたは Mを超音波振動を付加せずに圧着した他は、比較例 1 と同様にして 2種のアセンブリを製造した。実施例 1および比較例 1〜 3で製造した各々のアセンブリについて、

4 k V Aの電力をオン一オフする通電サイクル試験を行い、 1、 1 0、

5 0、 1 0 0、 5 0 0、 1 0 0 0サイクル後に、端子の a点と前記 a点から 1 0 0 m m離れた配電ケ一プルの b点（図 2 ( a)参照）との間の電気抵抗値を測定した。初期抵抗値の 1 . 5倍を超えたとき寿命と判定した。結果を表 1に示す。

【表 1】 EC：電気伝導度

表 1から明らかなように、本発明のアセンブリ（N o . 1、 2 ) は良好な接続特性を示した。これらの本発明のアセンブリは、 1 0 0 0サイクル試験後に初期電気抵抗値の 1 . 0 8倍以下の電気抵抗値を示した。これに対し、比較例 1の N o . 3、 4は A 1撚線導体の導電率が低かつたため通電サイクル 5 00〜 100回で寿命となった。比較例 2の N 0. 5、 6は圧着時に超音波振動を付加しなかったため通電サイクル 5 0〜 10回で寿命となった。比較例 3の N o . 7、 8は A 1撚線導体の導電率が低いうえ、圧着時に超音波振動を付加しなかったため通電サイクル 1回で寿命となった。

(比較例 4)

M g： 4. 0wt%、 Mn： 0. 4wt%、 F e ： 0. 5wt%、 S i ： 0. 4wt%、 Z n : 0. 25 wt%を含有し、残部が A 1と不可避不純物からなる A 1合金ビレットを厚さ 5 mmに熱間圧延し、次いでこれを 2. 3 mmに冷間圧延し、次いで焼鈍後、幅 45 mmにスリットし、これにプレス加工および曲げ加工をこの順に施して A 1端子を作製し、この A 1 端子を前記 A 1撚線導体 Aに超音波振動を付加しつつ圧着した。しかし、この端子は伸びが 1 8 %しかないため圧着時に割れが生じた。

(実施例 2 )

実施例 1で作製した A 1端子 Zに、 N iを 3〃mの厚さに電解めつきし、または N i— Pを 3 imの厚さに無電解めつきし、これら N iめつき A 1端子をそれそれ A 1撚線導体 Aに超音波振動（ 1400 Wx 1 s e c ) を付加しつつ圧着して 2種のアセンブリを製造した。

(比較例 5 )

実施例 1で作製した A 1端子 Zに、 N iを 1 0 /mの厚さに電解めつきし、または N i— Pを 1 0 mの厚さに無電解めつきし、または Sn を 3 mの厚さに電解めつきし、これらめつき後の A 1端子を用いて、実施例 2と同様にして 3種のァセンプリを製造した。実施例 2および比較例 5で製造した各々のアセンブリに J I S Z 237 1に準拠して 96時間塩水噴霧試験を行い、前記塩水噴霧試験後のアセンブリについて実施例 1 と同じ方法によりサイクル試験を行って各々の寿命を調べた。比較のため、めっきを施さない端子についても同様の調査を行つた。

結果を表 2に示す。

【表 2】 EC：電気伝導度

表 2から明らかなように、本発明例のアセンブリ（ Ν ο . 1 1 1 2 ) は良好な接続特性を示した。これら本発明のアセンブリの 1 0 0 0サイクル試験後の電気抵抗値はいずれも初期電気抵抗値の 1 . 1 1倍程度でめった。

これに対し、比較例 5の Ν 0 . 1 3 1 4は N iめっき層が厚かったため圧着時に N iめっき層にクラックが生じ、このクラックから腐食媒が浸透し浸食が起きて N iめっき層が剥離したため、 N iめっきを行わなかった N o . 1 6 と同じ 1 0 0 0回以下 5 0 1回以上の寿命となった。なお、この試験で寿命が 5 0 1サイクル以上であれば実用上問題ないと判断される。 N o . 1 5は S nめっきの耐食性が劣り、しかも端子の銅合金と反応したため 5 0 0回以下 1 0 1回以上の寿命となった。産業上の利用性

以上に説明したように、本発明のアセンブリは、配電ケーブルの A 1 撚線導体に金属の端子を装着したもので軽量である。前記 A 1撚線導体は導電率が 5 0 % I A C S以上のため径を細くでき可撓性が良好で取扱い易く、前記金属端子は、望ましくは伸び 2 0 %以上のアルミニウム又はアルミニウム合金であり、そのため端子成形時や端子圧着時にクラックが入るようなことがない。この金属の端子は A 1撚線導体に超音波振動を付加しつつ圧着されるので圧着時に A 1撚線導体と金属の端子の酸化膜が破壊され両者は金属部分が接触して接続され良好な接続特性が安定して得られる。また端子に N iを被覆しておくことにより腐食環境下でも十分使用できる。依って、工業上顕著な効果を奏する。

Claims

請求の範囲

1. アルミニウム撚線導体を絶縁被覆した配電ケーブルと、その端部に接続用端子が接合された配電アセンブリであって、

前記撚線導体が導電率 50 % I A C S以上のアルミニゥムまたはアルミニゥム合金により構成され、

前記撚線導体に接続された前記接続端子が金属で構成され、前記アルミ二ゥム撚線と前記接続端子は、超音波振動を付加した圧接により接合されている配電ァセンプリ。

2. 前記金属の接続端子が、伸び 20 %以上のアルミニウムまたはアルミニゥム合金により構成されている請求項 1記載の配電アセンブリ。

3. 前記撚線導体を構成するアルミニウム合金が、

Z r： 0. 03〜0. 4wt%、 F e： 0. 05〜0. 2wt%、

S i： 0. 05〜0. 2 wt%含み、

残部が A 1および不可避不純物からなる請求項 1又は 2に記載の配電ァセンブリ。

4. 前記端子を構成するアルミニウム合金が、

Z r ： 0. 03〜0. 4wt%、 S i ： 0. 05〜0. 1 5wt%含み、残部が A 1および不可避不純物からなる請求項 2又は 3に記載の配電ァセンプリ。

5. 前記端子を構成するアルミニウム合金が、

M g ： 0. 3〜： L . 8wt%、 S i ： 0. 1 5〜： L . 5wt%、

F e ： 0. 1〜： L . 0wt%、 C u ： 0. 05〜0. 5wt%含み、さらに Mn、 C r、 T iの中の 1種または 2種以上を合計で 0. 03 〜0. 6wt%含み、

残部が A 1と不可避不純物からなる請求項 2又は 3に記載の配電ァセンブリ。

6. 前記端子の表面に N iまたは N iを主成分とする合金が 5 m以下の厚さに被覆されている請求項 1から 5のいずれか 1項に記載の配電ァセンプリ。

7 . 前記配電アセンブリの外周に、更に電磁シールド作用がある金属層とこの金属層の外周に絶縁被覆層を備える請求項 1記載の配電ァセンブ

U o

8 . 前記電磁シールド作用がある金属層は、アルミニウム又はアルミ二ゥム合金の網状体で構成された請求項 7記載の配電ァセンプリ。