導体材料としてのアルミニウム: より軽量で経済的な代替品

スポンサー付きコンテンツ別 | 2019年5月24日

さまざまな業界や用途に合わせて導電性金属を選択するのは難しい場合があります。 銅は、優れた導電性と展性があるため、ケーブルやワイヤーによく使用されます。 しかし、アルミニウムに比べて比較的重く、高価です。 銅よりも軽量でコストが大幅に低いアルミニウムへの切り替えは、多くの場合実行可能な選択肢です。 アルミニウムをうまく使用するには、この導電性金属の機能を理解し、アルミニウムが引き起こす課題にどう対処するかが重要です。 銅は 1 トンあたり 4,323 ドルで、現在、1 トンあたり 2,043 ドルのアルミニウムの 2 倍以上の価格です (2015 年 2 月 2 日現在)。 この価格の大きな違いは、銅に比べて生アルミニウムの入手可能性が高いことが原因です。 アルミニウムは酸素とシリコンに次いで地球の上部地殻で 3 番目に一般的な元素であり、銅は原材料リストの入手可能性で 25 位にランクされています。 現在の価格の評価は、原材料市場の変動によってさらに強化されます。 過去 5 年間 (2010 年から 2014 年) の数字を見ると、銅価格は 1 トンあたり 3,674 ドルから 5,980 ドルの範囲内で変動しました。 2004 年の年間平均値は依然として 1 トンあたり 1,895 ドルでした。 アルミニウム部門にはそのような変動幅は存在しないため、より適切な材料計画が可能になります。 アルミニウムを導体材料として使用する場合、その導電性は低いため、銅線の約 3 分の 1 大きなワイヤサイズが必要になります。 ただし、最終的には、ワイヤに使用される絶縁材料が性能において重要な役割を果たし、アルミニウム ワイヤは H07RN-F 銅線と同じ電流容量を持つことができます。 アルミニウムのより大きなワイヤサイズは、高密度に配置された制御ボックスに設置される場合など、狭い間隔が必要な用途では不利になるだけです。 重量の問題に関しては、アルミニウムの事実がすべてを物語っています。 原材料としてのアルミニウムは銅よりも約 70% 軽いです。 これは、すべてのコンポーネントの重量を削減しようとする多くのアプリケーション分野の取り組みに役立ちます。 当然のことながら、電気ケーブルに使用すると、重量が軽いため設置が容易になります。 高圧線は長い間アルミニウムで作られてきました。 軽量化により、ワイヤーとマストにかかる張力が大幅に軽減されます。 しかし、自動車製造や航空産業などの業界でもアルミニウム線への切り替えが進んでいます。 これが、エアバス A380 にすでにアルミニウム製のワイヤーハーネス全体が取り付けられている理由です。 アルミニウム線は、同等の通電銅線よりも最大 60% 軽量です。 柔軟なケーブル接続が必要なアプリケーションでも、銅を第一の選択肢とする必要はなくなりました。 HELUWIND® WK POWERLINE ALU シリーズは、接続技術を含む細線配線プログラムを提供します。 アルミニウムの材料特性は銅の材料特性とは大きく異なります。 ケーブルを加工したり接続コンポーネントを選択したりする際には、これらの違いを考慮する必要があります。

空気中の酸化

酸素にさらされると、アルミニウムの表面に硬くて耐久性のある酸化被膜が短時間のうちに形成されます。 コーティングは、下の材料をさらなる腐食から保護します。 この効果により、アルミニウムは耐久性に優れた素材となります。 しかし、材料表面の保護酸化物コーティングは、電気工学の観点からは望ましくありません。 アルミニウムの導電性が低下し、接触が困難になります。 酸化した導体を前処理（被覆を除去する）せずに接続すると、アルミニウム導体とコネクタ部品間の接触抵抗が増加します。 これにより、温度が上昇し、最悪の場合はケーブル火災が発生する可能性があります。 このような問題を防ぐには、酸化被膜を物理的に破壊するか除去する必要があります。 これは、コンタクトを作成する前と圧着プロセス中に、裸のアルミニウム導体の端をブラシで磨くことによって行うことができます。アルミニウム導体のコネクタ コンポーネントには、工場から供給される特殊なコンタクト グリースが塗布されています。これは通常、コランダムなどの粒状の研磨材です。 コランダム粒子は高圧と組み合わせることで研磨効果を引き起こし、アルミニウム上の非導電性酸化物コーティングを破壊し、接触特性と電気接続を改善します。 また、グリースは湿気や酸素が侵入して接点に新たな腐食を引き起こすのを防ぎます。 より高品質のケーブル ラグには通常、保管中に接触グリースが乾燥したり漏れたりするのを防ぐプラスチック プラグが装備されています。