(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１〜１．０質量％のスカンジウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金から得られるアルミニウム基導電材料において、
時効処理された前記アルミニウム合金から形成されるワイヤを、ダイス伸線加工を行って、前記アルミニウムの結晶粒内及び粒界に存在している前記スカンジウムを金属間化合物として粒界に析出させ、平均粒径が２μｍ以下でかつ１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上含まれる結晶粒と、前記結晶粒の粒界に生成されピン止め効果を発揮する平均粒径が１〜６０ｎｍであるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物とを有する金属組織で構成され、３００万回の動的駆動試験に耐えることを特徴とするアルミニウム基導電材料。
【請求項２】
０．１〜１．０質量％（０．１〜０．３質量％を除く）のスカンジウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金から得られるアルミニウム基導電材料において、
時効処理された前記アルミニウム合金から形成されるワイヤを、ダイス伸線加工を行って、前記アルミニウムの結晶粒内及び粒界に存在している前記スカンジウムを金属間化合物として粒界に析出させ、平均粒径が２μｍ以下でかつ１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上含まれる結晶粒と、前記結晶粒の粒界に生成されピン止め効果を発揮する平均粒径が１〜６０ｎｍであるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物とを有する金属組織で構成され、３００万回の動的駆動試験に耐えることを特徴とするアルミニウム基導電材料。
【請求項３】
請求項１記載のアルミニウム基導電材料において、前記金属組織には、１μｍ以下の前記結晶粒が断面積率で２０％以上含まれ、１０００万回の動的駆動試験に耐えることを特徴とするアルミニウム基導電材料。
【請求項４】
請求項２記載のアルミニウム基導電材料において、前記金属組織には、１μｍ以下の前記結晶粒が断面積率で２０％以上含まれ、１０００万回の動的駆動試験に耐えることを特徴とするアルミニウム基導電材料。
【請求項５】
０．１〜１．０質量％のスカンジウム及び０を超え０．２質量％以下のジルコニウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金から得られるアルミニウム基導電材料において、
時効処理された前記アルミニウム合金から形成されるワイヤを、加工度５以上のダイス伸線加工を行って、前記アルミニウムの結晶粒内及び粒界に存在している前記スカンジウムを金属間化合物として粒界に析出させ、平均粒径が２μｍ以下でかつ１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上含まれる結晶粒と、前記結晶粒の粒界に生成されピン止め効果を発揮する平均粒径が１〜６０ｎｍであるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物とを有する金属組織で構成され、３００万回の動的駆動試験に耐えることを特徴とするアルミニウム基導電材料。
【請求項６】
請求項５記載のアルミニウム基導電材料において、前記金属組織には、１μｍ以下の前記結晶粒が断面積率で２０％以上含まれ、１０００万回の動的駆動試験に耐えることを特徴とするアルミニウム基導電材料。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム基導電材料において、前記ワイヤは熱処理された後、ダイス伸線加工が行われていることを特徴とするアルミニウム基導電材料。
【請求項８】
請求項１又は３記載のアルミニウム基導電材料を、線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線に使用することを特徴とする電線。
【請求項９】
請求項２又は４記載のアルミニウム基導電材料を、線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線に使用することを特徴とする電線。
【請求項１０】
請求項５又は６記載のアルミニウム基導電材料を、線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線に使用することを特徴とする電線。
【請求項１１】
請求項１又は３記載のアルミニウム基導電材料を導体素線に使用することを特徴とするケーブル。
【請求項１２】
請求項２又は４記載のアルミニウム基導電材料を導体素線に使用することを特徴とするケーブル。
【請求項１３】
請求項５又は６記載のアルミニウム基導電材料を導体素線に使用することを特徴とするケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、産業用ロボット、民生用ロボット、又は各種装置の配線において、特に駆動部分等の繰り返し曲げが負荷される配線に使用されるアルミニウム基導電材料並びにそれを用いた電線及びケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、産業用ロボットや民生用ロボットの駆動部分、例えばアーム部分の配線に使用するケーブルにはアームの駆動時に繰り返し曲げが負荷され、自動車のドア部分の配線に使用するケーブルにはドアの開閉時に繰り返し曲げが負荷される。このため、繰り返し曲げが負荷されるケーブルには、通常の導線ではなく繰り返し曲げに対して強い（破断し難い）導線が使用されている。また、導線も径が細くなると、繰り返し曲げに対しては破断し難くなるので、ケーブルの導線には、単線ではなく、複数本の細線から構成された縒り線が使用されている。
【０００３】
そして、例えば、特許文献１には、繰り返し曲げ負荷に対して強い、例えば常温におけるひずみ振幅±０．１５％の繰り返し曲げを加えた場合の破断回数（疲労寿命）が５００００回以上である導線として、鉄を０．１〜０．４質量％、銅を０．１〜０．３質量％、マグネシウムを０．０２〜０．２質量％、シリコンを０．０２〜０．２質量％、チタンとバナジウムを合わせて０．００１〜０．０１質量％含み、伸線方向の垂直断面における結晶粒径が５〜２５μｍであるアルミニウム合金線材が開示されている。
【０００４】
一方、軽量で耐熱性、引張り強度、及び導電性に優れたアルミニウム系の導電材料として、例えば特許文献２には、スカンジウムを０．１〜０．３質量％（重量％）含むアルミニウム合金が開示されている。
また、スカンジウムを含有するアルミニウム合金の耐熱性を更に向上させたものとして、例えば特許文献３には、ジルコニウムを０．１〜０．４質量％、スカンジウムを０．０５〜０．３質量％含み、塑性加工後に熱処理を行って製造するアルミニウム合金が、例えば特許文献４には、ジルコニウムを０．１〜０．５質量％、スカンジウムを０．０５〜０．５質量％含み、熱処理後に冷間加工を行って製造するアルミニウム合金が、例えば特許文献５には、ジルコニウムを０．１〜０．５質量％、スカンジウムを０．０５〜０．５質量％含み、冷間加工した後に熱処理を行い、再度冷間加工を行って製造するアルミニウム合金がそれぞれ開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６３６７５号公報
【特許文献２】特開平７−３１６７０５号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８６３７号公報
【特許文献４】特開２００２−２６６０４３号公報
【特許文献５】特開２００２−３０２７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載のアルミニウム合金線材は、疲労寿命を５００００回以上としており、実際のロボットにおいては、一回の動作が２秒であるとすると、２日間に８６４００回動くことになって、繰り返し回数は最低寿命を超えてしまう。このため、特許文献１記載のアルミニウム合金線材をロボットに適用した場合、ロボットを長期間に亘って安定して稼動させることができないという虞がある。
【０００７】
特許文献２に記載されたアルミニウム合金として、例えばスカンジウムを０．１質量％含むアルミニウム合金を用いて線径が８０μｍの素線を作製し、この素線を用いて製造した断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを試験体として左右繰り返し曲げ試験（試験体に荷重１００ｇを負荷した状態で、曲げ半径が１５ｍｍ、折り曲げ角度範囲が±９０度）を行うと、ケーブル破断回数は、例えば３０〜５０万回の範囲となる。
特許文献３に記載されたアルミニウム合金として、例えばジルコニウムを０．１質量％、スカンジウムを０．１質量％含み、断面積減少率が８５％の冷間加工を行って製造されたアルミニウム合金を用いて線径が８０μｍの素線を作製し、この素線を用いて製造した断面積が０．２ｍｍ2 のケーブルを試験体とし、同様の左右繰り返し曲げ試験を行うと、ケーブル破断回数は、例えば５０〜８０万回の範囲となる。
【０００８】
特許文献４に記載されたアルミニウム合金として、例えばジルコニウムを０．３質量％、スカンジウムを０．２質量％含み、断面積減少率９０％の冷間加工を行って製造されたアルミニウム合金を用いて線径が８０μｍの素線を作製し、この素線を用いて製造した断面積が０．２ｍｍ2 のケーブルを試験体とし、同様の左右繰り返し曲げ試験を行うと、ケーブル破断回数は、例えば２００〜３００万回の範囲となる。
特許文献５に記載されたアルミニウム合金として、例えばジルコニウムを０．３質量％、スカンジウムを０．２質量％含み、断面積減少率３０％で冷間加工し、次いで３５０℃で５０時間の熱処理を行ってから、断面積減少率７５％の冷間加工を施して製造されたアルミニウム合金を用いて線径が８０μｍの素線を作製し、この素線を用いて製造した断面積が０．２ｍｍ2 のケーブルを試験体とし、同様の左右繰り返し曲げ試験を行うと、ケーブル破断回数は、例えば３００〜４００万回の範囲となる。
【０００９】
したがって、スカンジウムを添加することにより破断回数１００万回を超えるケーブルが得られるものの、高機能ロボット用ケーブルの要求特性に対しては必ずしも十分なものではない。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ロボット又は各種装置の駆動部分の配線に使用され、実際の使用に十分耐えて、使用途中での断線が極めて少ない、例えば、３００万回、５００万回又は１０００万回の動的駆動試験に耐えることが可能なアルミニウム基導電材料並びにそれを用いた電線及びケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的に沿う第１の発明に係るアルミニウム基導電材料は、０．１〜１．０質量％のスカンジウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金から得られるアルミニウム基導電材料において、
時効処理された前記アルミニウム合金から形成されるワイヤを、ダイス伸線加工を行って、前記アルミニウムの結晶粒内及び粒界に存在している前記スカンジウムを金属間化合物として粒界に析出させ、平均粒径が２μｍ以下でかつ１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上含まれる結晶粒と、前記結晶粒の粒界に生成されピン止め効果を発揮する平均粒径が１〜６０ｎｍであるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物とを有する金属組織で構成され、３００万回の動的駆動試験に耐える。
第２の発明に係るアルミニウム基導電材料は、０．１〜１．０質量％（０．１〜０．３質量％を除く）のスカンジウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金から得られるアルミニウム基導電材料において、
時効処理された前記アルミニウム合金から形成されるワイヤを、ダイス伸線加工を行って、前記アルミニウムの結晶粒内及び粒界に存在している前記スカンジウムを金属間化合物として粒界に析出させ、平均粒径が２μｍ以下でかつ１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上含まれる結晶粒と、前記結晶粒の粒界に生成されピン止め効果を発揮する平均粒径が１〜６０ｎｍであるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物とを有する金属組織で構成され、３００万回の動的駆動試験に耐える。
【００１２】
金属組織を構成している結晶粒の平均粒径を２μｍ以下とする方法としては、例えば、冷媒（例えば油）で冷却しながら加工度を５以上とする低温での圧延加工方法（ダイス引抜き方法を含む）がある。なお、加工度は、ｌｎ( Ｓ0 ／Ｓ1)式で示され、Ｓ0 は加工前の断面積、Ｓ1 は加工後の断面積である。
【００１３】
結晶粒の平均粒径を２μｍ以下にすることで、発生したき裂が伝播する際の結晶粒との衝突が顕著となって、き裂の偏向とき裂の分岐を促進し、き裂が一方向に進展するのを抑制できる。また、結晶粒の粒界にナノ析出物を生成させることで、き裂がナノ析出物と衝突した際、き裂をピン止めして、き裂の進展を抑制することができる。ここで、スカンジウムの含有量が０．１質量％未満の場合、生成するナノ析出物の量が少なく、き裂のピン止め効果が顕著とならない。一方、スカンジウムの含有量が１．０質量％を超えると、アルミニウム基導電材料の導電率が低下し、導電材料としての機能が低下するので好ましくない。
【００１４】
また、第３の発明に係るアルミニウム基導電材料は、０．１〜１．０質量％のスカンジウム及び０を超え（好ましくは０．０５質量％以上）０．２質量％以下のジルコニウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金から得られるアルミニウム基導電材料において、
時効処理された前記アルミニウム合金から形成されるワイヤを、加工度５以上のダイス伸線加工を行って、前記アルミニウムの結晶粒内及び粒界に存在している前記スカンジウムを金属間化合物として粒界に析出させ、平均粒径が２μｍ以下でかつ１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上含まれる結晶粒と、前記結晶粒の粒界に生成されピン止め効果を発揮する平均粒径が１〜６０ｎｍであるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物とを有する金属組織で構成され、３００万回の動的駆動試験に耐える。
ここで、前記ナノ析出物は、前記結晶粒の粒内にも生成することができる。
【００１５】
結晶粒の平均粒径を２μｍ以下とする方法としては、第１の発明に係るアルミニウム基導電材料の場合と同様の方法を採用することができる。
また、結晶粒の平均粒径を２μｍ以下にすることの作用、スカンジウムの含有量を０．１〜１．０質量％の範囲とすることの作用は、第１の発明に係るアルミニウム基導電材料の場合と同一なので説明は省略する。
【００１６】
ジルコニウムは、一部が結晶粒に固溶し、残部は結晶粒の粒界に存在し、高温下での結晶粒及び粒界の変形を抑制し、アルミニウム基導電材料の高温の熱履歴後の引張り強度の低下を防止する。ここで、高温強度の改善効果は、ジルコニウムの含有量の増加に伴って増加するが、含有量が０．０５質量％以上で顕著となる。一方、ジルコニウムの含有量が０．２質量％を超えると、アルミニウム基導電材料の導電率の低下が顕著となり、導電材料としての機能が低下するので好ましくない。またジルコニウムの過剰な固溶は金属組織の動的柔軟性を損ない（動的駆動試験の耐久性が低下し）、これにより、繰り返し曲げ負荷に対する耐屈曲性（破断までの繰り返し曲げ回数、即ち破断回数）が低下するために好ましくない。
【００１７】
第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料において、前記ナノ析出物の平均粒径は１〜６０ｎｍである。
ここで、前記ナノ析出物の平均粒径は５〜５０ｎｍであることがより好ましい。
【００１８】
アルミニウム基導電材料の組織観察から、含有されるスカンジウムは、ほぼ全量がナノ析出物として存在することが確認できるので、ナノ析出物の粒径が大きくなると、ナノ析出物の個数は減少する。また、ナノ析出物によりき裂のピン止め作用は、ナノ析出物の粒径が大きいほど顕著となる。したがって、アルミニウム基導電材料中に発生したき裂が進展する際に、き裂がナノ析出物によりピン止めされる効果は、ナノ析出物の個数とナノ析出物の粒径に依存することになって、ナノ析出物の平均粒径が１ｎｍ未満ではナノ析出物の個数が多くなってき裂のピン止め発生の頻度は高まるが、ナノ析出物によるき裂のピン止め作用は大きくなく、き裂のピン止め効果は顕著とならない。一方、ナノ析出物の平均粒径が６０ｎｍを超えると、ナノ析出物によるき裂のピン止め作用は大きくなるが、ナノ析出物の個数が少なくなってき裂のピン止め発生の頻度は低下し、き裂のピン止め効果は顕著とならない。このため、ナノ析出物の平均粒径の範囲を１〜６０ｎｍとした。
そして、ナノ析出物によるき裂のピン止め発生の頻度とナノ析出物によるき裂のピン止めの作用を共に増大させるナノ析出物の平均粒径の範囲は、５〜５０ｎｍである。
【００１９】
第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料において、前記金属組織には、１μｍ以下の前記結晶粒が断面積率で１５％以上含まれている。
ここで、前記金属組織には、１μｍ以下の前記結晶粒が断面積率で２０％以上含まれると、少なくとも１０００万回の動的駆動試験に耐えることができる。
【００２０】
金属組織中に、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で１５％以上含まれるようにするには、例えば、冷媒（例えば油）で冷却しながら加工度を３．０以上とする低温での圧延加工方法（ダイス引抜き方法を含む）を用いることができ、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で２０％以上含まれるようにするには、冷媒で冷却しながら加工度を３．５以上とする低温での圧延加工方法を用いることができる。
金属組織中に、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で１５％以上とすることで、発生したき裂が伝播する際の結晶粒との衝突を顕著とすることができ、き裂の偏向とき裂の分岐を促進することができ、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で２０％以上とすることで、発生したき裂が伝播する際の結晶粒との衝突を更に顕著とすることができ、き裂の偏向とき裂の分岐を更に促進することができる。
【００２１】
前記目的に沿う第４の発明に係る電線は、第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料を、線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線に使用している。そして、該電線を機器内配線用の電線に使用することができる。
【００２２】
前記目的に沿う第５の発明に係るケーブルは、第１〜第３に係る明に係るアルミニウム基導電材料を導体素線に使用している。ここで、前記導体素線径は、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
そして、該ケーブルを急速充電スタンド機のコネクターケーブル又は電気溶接機のキャブタイヤケーブルに使用することができる。
更に、該ケーブルを機器内配線用のケーブルに使用することもできる。
【発明の効果】
【００２３】
第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料においては、結晶粒の平均粒径が２μｍ以下なので、発生したき裂は、伝播する際に結晶粒と頻繁に衝突し、き裂の偏向とき裂の分岐が促進され、き裂が一方向に進展する際の速度が低下する。また、アルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が生成しているので、発生したき裂の先端がナノ析出物によりピン止めされてき裂の進展停止、又はき裂の進展速度低下が更に促進される。これにより、アルミニウム基導電材料は、動的駆動試験に耐えることができ、例えば、ロボットのアームや各種装置の駆動部分等の繰り返し曲げが負荷される部分に使用される電線やケーブルの素材として使用すると、電線やケーブルの使用時の断線を防止することができ、ロボットや各種装置の信頼性を向上させることができる。更に、ロボットや各種装置のメンテナンス負担を軽減することができ、運用コストの低減を図ることができる。
【００２４】
第３の発明に係るアルミニウム基導電材料において、ナノ析出物が、結晶粒の粒内にも生成する場合、き裂が結晶粒の粒内を伸展する際、き裂の先端がナノ析出物によりピン止めされてき裂の進展停止、又はき裂の進展速度低下が促進され、結晶粒の粒内破壊を抑制できる。
【００２５】
第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料において、ナノ析出物の平均粒径が１〜６０ｎｍであるので、ナノ析出物によるき裂のピン止め効果により、き裂の進展停止やき裂の進展速度低下を図ることができる。
また、ナノ析出物の平均粒径が５〜５０ｎｍである場合、ナノ析出物によるき裂のピン止め発生の頻度とナノ析出物によるき裂のピン止めの作用を共に増大させることができ、ナノ析出物によるき裂のピン止め効果を効果的に生じさせることができる。
【００２６】
第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料において、金属組織に、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で１５％以上含まれているので、発生したき裂が金属組織内を伝播する際に、結晶粒との衝突頻度を向上させ、き裂の偏向、き裂の分岐を促進することができ、き裂の進展に伴う抵抗が大きくなって、き裂の進展速度を低下させることができる。
また、金属組織に、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で２０％以上含まれている場合、発生したき裂が金属組織内を伝播する際に、結晶粒との衝突頻度を更に向上させ、き裂の偏向、き裂の分岐を更に促進することができ、き裂の進展に伴う抵抗が更に大きくなって、き裂の進展速度を更に低下させることができる。これにより、少なくとも１０００万回の動的駆動試験に耐えることが可能になる。
【００２７】
第４の発明に係る電線においては、第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料を使用するので、例えば、繰り返し曲げが負荷される部分に使用することが可能な電線を作製することができる。これにより、電線の使用時の早期断線を防止して、この電線を使用した各種装置の信頼性を向上させることができると共に、各種装置のメンテナンス負担を軽減することができる。
【００２８】
第４の発明に係る電線においては、第１〜第３の発明に係るアルミニウム基導電材料を導体素線に使用するので、例えば、ロボットのアームや各種装置の駆動部分のように、繰り返し曲げが負荷される部分の配線に使用することにより早期断線を防止して、ロボットや各種装置の信頼性を向上させることができると共に、ロボットや各種装置のメンテナンス負担を軽減することができる。
【００２９】
第４の発明に係る電線において、導体素線径が、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であるので、電線に繰り返し曲げが負荷された際に導体素線に生じるひずみを小さくすることができ、導体素線（電線）の早期断線を更に防止することができる。
また、電線を機器内配線用の電線に使用する場合、機器の軽量化を図ることができる。
【００３０】
第５の発明に係るケーブルにおいては、第１、第２の発明に係るアルミニウム基導電材料を導体素線に使用するので、例えば、ロボットのアームや各種装置の駆動部分のように、繰り返し曲げが負荷される部分の配線に使用することにより早期断線を防止して、ロボットや各種装置の信頼性を向上させることができると共に、ロボットや各種装置のメンテナンス負担を軽減することができる。
【００３１】
第５の発明に係るケーブルにおいて、導体素線径が、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である場合、ケーブルに繰り返し曲げが負荷された際に導体素線に生じるひずみを小さくすることができ、導体素線（ケーブル）の早期断線を更に防止することができる。
ここで、ケーブルを急速充電スタンド機のコネクターケーブルに使用する場合、アルミニウム基導電材料で構成されているためコネクターケーブルが軽量となって、操作性を向上できる。
また、ケーブルを電気溶接機のキャブタイヤケーブルに使用する場合、アルミニウム基導電材料で構成されているためキャブタイヤケーブルが軽量となって、大型構造物の作製を行う際にキャブタイヤケーブルが長尺になっても、キャブタイヤケーブルの移動を比較的容易に行うことができ、溶接の作業性を向上させることができる。
更に、ケーブルを機器内配線用のケーブルに使用する場合、機器の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施例に係るアルミニウム基導電材料の組織の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るアルミニウム基導電材料の組織の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施例について説明する。
本発明の第１の実施例に係るアルミニウム基導電材料は、図１に示すように、０．１〜１．０質量％のスカンジウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物（不可避的不純物の含有量は、例えば０．１〜０．３５質量％）からなり、平均粒径が２μｍ以下のアルミニウムの結晶粒１１と、結晶粒１１の粒界１２に生成したアルミニウム−スカンジウム系の金属間化合物であるＡｌ3 Ｓｃのナノ析出物１３とを有する金属組織１０で構成されている。そして、結晶粒１１は、１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上、好ましくは２０％以上含まれており、ナノ析出物１３の平均粒径は１〜６０ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍである。なお、不可避的不純物の一部は結晶粒１１内に固溶し、残部は粒界１２に存在している。以下、詳細に説明する。
【００３４】
純度が９９．９質量％以上のアルミニウムと、純度が９９質量％以上のスカンジウムを用いて、スカンジウムが０．１〜１．０質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して、導電材料ブロックを作製する。次いで、２５０〜４５０℃で０．５〜３０時間、例えば３５０℃で１時間の時効処理を行った導電材料ブロックから、例えば直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により作製する。そして、ワイヤロッドをスエージング機により所定の直径に至るまで回転鍛造加工を実施してワイヤとし、３００〜５００℃で０．１〜５時間、例えば４５０℃で１時間の熱処理を行う。スエージング加工後に熱処理を行うことにより、等軸晶の形成を促進し、平均結晶粒の微細化並びに１μｍ以下の微細な結晶粒の形成確率を向上させることができる。
なお、アルミニウム基導電材料から、例えばケーブルを製造する場合は、熱処理後のワイヤに対して、ダイス伸線加工を行って伸線材（８０〜１２０μｍ）を形成し、伸線材を導体素線として縒り線を形成しケーブルを作製する。
【００３５】
ここで、スエージング機を用いて加工したワイヤの最終仕上がり直径を、例えば１．５ｍｍとした後に、等軸晶形成を促進するための熱処理を行い、その後、直径が８０ミクロンに至るまで加工度が５．９となるダイス伸線加工を行うことにより金属組織１０を構成する結晶粒１１の平均粒径が２μｍ以下で、１μｍ以下の結晶粒１１が存在する割合が断面積率で１５％以上となる。
また、スエージング機を用いて加工したワイヤの最終仕上がり直径を、例えば２．０ｍｍとした後に、等軸晶形成を促進するための熱処理を行い、その後、直径が８０ミクロンに至るまで加工度が６．４となるダイス伸線加工を行うことにより金属組織１０を構成する結晶粒１１の平均粒径が２μｍ以下で、１μｍ以下の結晶粒１１が存在する割合が断面積率で２０％以上となる。そして、ワイヤの最終仕上がり直径を、例えば３．０ｍｍとし、その後、直径が８０ミクロンに至るまで、加工度が７．２となるダイス伸線加工を行うことにより金属組織１０を構成する結晶粒１１の平均粒径が２μｍ以下で、１μｍ以下の結晶粒１１が存在する割合が断面積率で５０％以上となる。
【００３６】
結晶粒１１の平均粒径を２μｍ以下にすることで、単位体積の金属組織１０に含まれる結晶粒１１の個数が多くなって、例えば繰り返し曲げ負荷によってき裂が発生すると、き裂が伝播する際にき裂は結晶粒１１と頻繁に衝突する。このため、き裂が進展する際、き裂の偏向とき裂の分岐が促進され、き裂が一方向に進展する際の速度を低下させることができる。その結果、繰り返し曲げ負荷に対する耐屈曲性（破断までの繰り返し曲げ回数、即ち破断回数）を向上させることができる。
ここで、１μｍ以下の結晶粒１１が、断面積率で１５％以上であると、単位体積の金属組織１０に含まれる結晶粒１１の個数を増大させることができ、き裂と結晶粒１１との衝突が顕著になって、き裂の偏向及びき裂の分岐を促進させることができる。更に、１μｍ以下の結晶粒１１が、断面積率で２０％以上であると、単位体積の金属組織１０に含まれる結晶粒１１の個数を更に増大させることができ、き裂と結晶粒１１との衝突が更に顕著になって、き裂の偏向及びき裂の分岐がより促進され、少なくとも１０００万回の動的駆動試験に耐えることが可能になる。
【００３７】
そして、時効処理中に、アルミニウムの結晶粒１１内及び粒界１２に存在しているスカンジウムはアルミニウムと反応して、金属間化合物であるＡｌ3 Ｓｃのナノ析出物１３として粒界１２に析出する。なお、時効処理温度及び時効処理時間の範囲内で、温度及び時間を選択することで、ナノ析出物１３の平均粒径を１〜６０ｎｍの範囲で調整できる。
【００３８】
粒界１２にナノ析出物１３が生成していると、粒界１２に沿って進展するき裂の先端がナノ析出物１３に衝突し、き裂の先端がナノ析出物１３によりピン止めされてき裂の進展停止が起こり、き裂の進展速度低下が更に促進される。ここで、スカンジウムの含有量が０．１質量％未満では、生成するナノ析出物１３の量が少なくなって、き裂のピン止め効果が低下する。一方、スカンジウムの含有量が１．０質量％を超えると、粒界１２に存在するナノ析出物１３が多くなって、き裂のピン止め効果は向上するが、導電性が低下し、導電材料としての機能が低下する。このため、スカンジウムの含有量を０．１〜１．０質量％の範囲とした。
【００３９】
生成するナノ析出物１３の総量はスカンジウムの含有量で決まるので、ナノ析出物１３の個数が増加するとナノ析出物１３の粒径は減少し、ナノ析出物１３の個数が減少するとナノ析出物１３の粒径は増加することになる。一方、金属組織１０中に発生したき裂が進展する際に、き裂がナノ析出物１３によりピン止めされる効果は、ナノ析出物１３の個数が多くなるほど、ナノ析出物１３の粒径が大きくなるほど増加する。
ここで、ナノ析出物１３の平均粒径が１ｎｍ未満では、ナノ析出物１３の個数が多くなってき裂のピン止め発生の頻度は高まるが、ナノ析出物１３によるき裂のピン止め作用は大きくなく、き裂のピン止め効果は顕著とならない。一方、ナノ析出物１３の平均粒径が６０ｎｍを超えると、ナノ析出物１３によるき裂のピン止め作用は大きくなるが、ナノ析出物１３の個数が少なくなってき裂のピン止め発生の頻度は低下し、き裂のピン止め効果は顕著とならない。このため、ナノ析出物１３の総量が一定の場合、ナノ析出物１３の平均粒径を１〜６０ｎｍにすることで、ナノ析出物１３によるき裂のピン止め効果により、き裂の進展停止やき裂の進展速度低下を図ることができる。そして、ナノ析出物１３の平均粒径を５〜５０ｎｍにすることで、ナノ析出物１３によるき裂のピン止め発生の頻度を高位に維持しながらナノ析出物１３によるき裂のピン止めの作用も高位に維持することができ、ナノ析出物１３によるき裂のピン止め効果を向上させることができる。
【００４０】
本発明の第１の実施例に係るアルミニウム基導電材料では、１μｍ以下の結晶粒１１が断面積率で１５％以上含まれるように組織制御を行うと、金属組織１０中にき裂が発生しても、金属組織１０中の粒界１２をき裂が進展する際に生じるき裂の偏向及びき裂の分岐と、き裂がナノ析出物１３に衝突した際のき裂のピン止め効果が相乗することになって、金属組織１０中をき裂が一方向に進展するのに要する時間が長くなる。その結果、長期間の動的駆動試験（例えば繰り返し曲げ試験）に耐えることが可能になる。そして、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で２０％以上含まれるように組織制御を行うと、少なくとも１０００万回の動的駆動試験に耐えることができる。
【００４１】
このため、本発明の第１の実施例に係るアルミニウム基導電材料からなり、導体素線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線を使用した電線又はケーブルを、例えば、エレベータの昇降部やロボットのアーム部分等の駆動部の配線（機器内配線用の電線又はケーブルの一例）に使用することにより、電線又はケーブルに繰り返し曲げが負荷されても、導体素線に生じるひずみを小さくすることができ、導体素線（電線又はケーブル）の早期断線を更に防止することができる。その結果、アルミニウム合金系の特徴である軽量化及び高柔軟性に加えて、高耐久性（電線又はケーブルの早期における断線防止）を達成することができ、装置を長期間に亘って安定して稼動させることができ、装置の信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
また、本発明の第１の実施例に係るアルミニウム基導電材料からなり、導体素線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線を使用したケーブルを、電気自動車の急速充電スタンド機用のコネクターケーブルや電気溶接機のキャブタイヤケーブル等のように使用時に引張り、曲げ、及び捩れが加わる用途に使用することで、アルミニウム合金系の特徴である軽量化及び高柔軟性に加えて、高耐久性（ケーブルの早期における断線防止）を達成することができ、装置を長期間に亘って安定して稼動させることができ、装置の信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
【００４２】
本発明の第２の実施例に係るアルミニウム基導電材料は、図２に示すように、０．１〜１．０質量％のスカンジウム及び０を超え０．２質量％以下のジルコニウムを含み、残部がアルミニウム及び不可避的不純物（不可避的不純物の含有量は、例えば０．１〜０．３５質量％）からなり、平均粒径が２μｍ以下のアルミニウムの結晶粒１５と結晶粒１５の粒界１６に生成したアルミニウム−スカンジウム系の金属間化合物であるＡｌ3 Ｓｃのナノ析出物１７とを有する金属組織１４で構成されている。そして、結晶粒１５は、１μｍ以下のサイズのものが断面積率で１５％以上、好ましくは２０％以上含まれており、ナノ析出物１７の平均粒径は１〜６０ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍである。ここで、ナノ析出物の一部を、アルミニウムの結晶粒界に加えて、アルミニウムの結晶粒内にも存在させることができる。
なお、ジルコニウムの一部は結晶粒１５内に固溶し、残部は粒界１６に存在する。不可避的不純物の一部は結晶粒１５内に固溶し、残部は粒界１６に存在している。以下、詳細に説明する。
【００４３】
純度が９９．９質量％以上のアルミニウムと、純度が９９質量％以上のスカンジウムと、純度が９９質量％以上のジルコニウムを用いて、スカンジウムが０．１〜１．０質量％、ジルコニウムが０を超え０．２質量％以下含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製する。次いで、２５０〜４５０℃で０．５〜３０時間、例えば３５０℃で２４時間の時効処理を行った導電材料ブロックから、例えば直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により作製する。そして、ワイヤロッドをスエージング機により所定の直径に至るまで回転鍛造加工を実施してワイヤとし、３００〜５００℃で０．１〜５時間、例えば４５０℃で１時間の熱処理を行う。スエージング加工後に熱処理を行うことにより、等軸晶の形成を促進し、平均結晶粒の微細化並びに１μｍ以下の微細な結晶粒の形成確率を向上させることができる。
なお、アルミニウム基導電材料から、例えばケーブルを製造する場合は、熱処理後のワイヤに対して、ダイス伸線加工を行って伸線材（８０〜１２０μｍ）を形成し、伸線材を導体素線として縒り線を形成しケーブルを作製する。
【００４４】
ここで、スエージング機を用いて加工したワイヤの最終仕上がり直径を、例えば１．５ｍｍとした後に、等軸晶形成を促進するための熱処理を行い、その後、直径が８０ミクロンに至るまで加工度が５．９となるダイス伸線加工を行うことにより金属組織１４を構成する結晶粒１５の平均粒径が２μｍ以下で、１μｍ以下の結晶粒１５が存在する割合が断面積率で１５％以上となる。また、スエージング機を用いて加工したワイヤの最終仕上がり直径を、例えば２．０ｍｍとした後に、等軸晶形成を促進するための熱処理を行い、その後、直径が８０ミクロンに至るまで加工度が６．４となるダイス伸線加工を行うことにより金属組織１４を構成する結晶粒１５の平均粒径が２μｍ以下で、１μｍ以下の結晶粒１５が存在する割合が断面積率で２０％以上となる。そして、ワイヤの最終仕上がり直径を、例えば３．０ｍｍとし、その後、直径が８０ミクロンに至るまで、加工度が７．２となるダイス伸線加工を行うことにより金属組織１４を構成する結晶粒１５の平均粒径が２μｍ以下で、１μｍ以下の結晶粒１５が存在する割合が断面積率で５０％以上となる。
【００４５】
結晶粒１５の平均粒径を２μｍ以下にすることで、単位体積の金属組織１４に含まれる結晶粒１５の個数が多くなって、例えば繰り返し曲げ負荷によってき裂が発生すると、き裂が伝播する際にき裂は結晶粒１５と頻繁に衝突する。このため、き裂が進展する際、き裂の偏向とき裂の分岐が促進され、き裂が一方向に進展する際の速度を低下させることができる。その結果、繰り返し曲げ負荷に対する耐屈曲性（破断に到るまでに加えた繰り返し曲げ回数、即ち破断回数）を向上させることができる。
ここで、１μｍ以下の結晶粒１５が、断面積率で１５％以上であると、単位体積の金属組織１４に含まれる結晶粒１５の個数を増大させることができ、き裂と結晶粒１５との衝突が顕著になって、き裂の偏向及びき裂の分岐を促進させることができる。更に、１μｍ以下の結晶粒１５が、断面積率で２０％以上であると、単位体積の金属組織１４に含まれる結晶粒１５の個数を更に増大させることができ、き裂と結晶粒１５との衝突が更に顕著になって、き裂の偏向及びき裂の分岐がより促進され、少なくとも１０００万回の動的駆動試験に耐えることが可能になる。
【００４６】
そして、時効処理中に、アルミニウムの結晶粒１５の粒界１６に存在しているスカンジウムはアルミニウムと反応してナノ析出物１７として粒界１６に析出する。なお、時効処理温度及び時効処理時間の範囲内で、温度及び時間を選択することで、ナノ析出物１７の平均粒径を１〜６０ｎｍの範囲で調整できる。
ここで、スカンジウムをアルミニウムの結晶粒の粒界及び粒内にそれぞれ存在させると、スカンジウムはアルミニウムとそれぞれ反応して、結晶粒の粒界及び粒内にそれぞれナノ析出物として析出する。
【００４７】
粒界１６にナノ析出物１７が生成すると、粒界１６に沿って進展するき裂の先端がナノ析出物１７に衝突し、き裂の先端がナノ析出物１７によりピン止めされてき裂の進展停止が起こり、き裂の進展速度低下が更に促進される。ここで、スカンジウムの含有量が０．１質量％未満では、生成するナノ析出物１７の量が少なくなって、き裂のピン止め効果が低下する。一方、スカンジウムの含有量が１．０質量％を超えると、粒界１６に存在するナノ析出物１７が多くなって、き裂のピン止め効果は向上するが、導電性が低下し、導電材料としての機能が低下する。このため、スカンジウムの含有量を０．１〜１．０質量％の範囲とした。
なお、ナノ析出物がアルミニウムの結晶粒の粒内にも生成する場合、即ち、金属組織がアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界に存在するナノ析出物と、アルミニウムの結晶粒の粒内に存在するナノ析出物とを有する場合、金属組織内を進展するき裂は、結晶粒の粒界に沿って進展する際は粒界に存在するナノ析出物と衝突して、結晶粒の粒内を進展する際は粒内に存在するナノ析出物とそれぞれ衝突してピン止めされる。このため、金属組織内を進展するき裂の進展停止、又はき裂の進展速度低下が促進される。
【００４８】
生成するナノ析出物１７の総量は、スカンジウムの含有量で決まるので、ナノ析出物１７の個数が増加するとナノ析出物１７の粒径は減少し、ナノ析出物１７の個数が減少するとナノ析出物１７の粒径は増加することになる。一方、金属組織１４中に発生したき裂が進展する際に、き裂がナノ析出物１７によりピン止めされる効果は、ナノ析出物１７の個数が多くなるほど、ナノ析出物１７の粒径が大きくなるほど増加する。
ここで、ナノ析出物１７の平均粒径が１ｎｍ未満では、ナノ析出物１７の個数が多くなってき裂のピン止め発生の頻度は高まるが、ナノ析出物１７によるき裂のピン止め作用は大きくなく、き裂のピン止め効果は顕著とならない。一方、ナノ析出物１７の平均粒径が６０ｎｍを超えると、ナノ析出物１７によるき裂のピン止め作用は大きくなるが、ナノ析出物１７の個数が少なくなってき裂のピン止め発生の頻度は低下し、き裂のピン止め効果は顕著とならない。このため、ナノ析出物１７の総量が一定の場合、ナノ析出物１７の平均粒径を１〜６０ｎｍにすることで、ナノ析出物１７によるき裂のピン止め効果により、き裂の進展停止やき裂の進展速度低下を図ることができる。そして、ナノ析出物１７の平均粒径を５〜５０ｎｍにすることで、き裂のピン止め発生の頻度を高位に維持しながらナノ析出物１７によるき裂のピン止め作用も高位に維持することができ、ナノ析出物１７によるき裂のピン止め効果を更に向上させることができる。
【００４９】
また、ジルコニウムが結晶粒１５内及び粒界１６に存在することで、高温の熱履歴後の引張り強度の低下を防止できる。例えば、スカンジウムを０．３質量％含有するアルミニウム基導電材料から形成した線材の常温における引張り強度σＲＴは３００ＭＰａ、２６０℃で１時間加熱直後における引張り強度σ２６０は２９４ＭＰａとなって、引張り強度は低下する。ここで、線材の耐熱性を、（σ２６０／σＲＴ）×１００で評価すると、スカンジウムを０．３質量％含有するアルミニウム基導電材料の耐熱性は９８％となる。
【００５０】
一方、ジルコニウムを０．０１質量％、スカンジウムを０．３質量％含有するアルミニウム基導電材料から形成した線材の常温における引張り強度σＲＴは３００ＭＰａ、２６０℃で１時間加熱直後における引張り強度σ２６０は２９４ＭＰａ（耐熱性９８％）で、ジルコニウムを含まない場合と大差ない。ところが、ジルコニウムを０．０５質量％、スカンジウムを０．３質量％含有するアルミニウム基導電材料から形成した線材の常温における引張り強度σＲＴは３０５ＭＰａ、２６０℃で１時間加熱直後における引張り強度σ２６０は３０３ＭＰａ（耐熱性９９％）、ジルコニウムを０．１質量％、スカンジウムを０．３質量％含有するアルミニウム基導電材料から形成した線材の常温における引張り強度σＲＴは３１０ＭＰａ、２６０℃で１時間加熱直後における引張り強度σ２６０は３０９ＭＰａ（耐熱性１００％）となって、ジルコニウムが含有されることにより、２６０℃で１時間加熱直後における引張り強度を改善（引張り強度の低下を防止）できる。したがって、アルミニウム基導電材料の高温の熱履歴を受けた直後においても線材としての強度を確保することができる。
【００５１】
なお、アルミニウム基導電材料の高温下での引張り強度改善効果は、ジルコニウム含有量が０．０５質量％以上で顕著となる。一方、ジルコニウムの含有量が０．２質量％を超えると、熱履歴後の引張り強度改善効果は増大するが、導電性が低下し、導電材料としての機能が低下する。このため、ジルコニウムの含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、上限は０．２質量％とした。
【００５２】
本発明の第２の実施例に係るアルミニウム基導電材料では、１μｍ以下の結晶粒１５が断面積率で１５％以上含まれるように組織制御を行うと、金属組織１４中にき裂が発生しても、金属組織１４中の粒界１６をき裂が進展する際に生じるき裂の偏向及びき裂の分岐と、き裂がナノ析出物１６に衝突した際のき裂のピン止め効果が相乗することになって、金属組織１４中をき裂が一方向に進展するのに要する時間が長くなる。その結果、長期間の動的駆動試験（例えば繰り返し曲げ試験）に耐えることが可能になる。そして、１μｍ以下の結晶粒が断面積率で２０％以上含まれるように組織制御を行うと、少なくとも１０００万回の動的駆動試験に耐えることができる。
【００５３】
このため、本発明の第２の実施例に係るアルミニウム基導電材料からなり、導体素線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線に使用した電線又はケーブルを、例えば、エレベータの昇降部やロボットのアーム部分等の駆動部の配線（機器内配線用の電線又はケーブルの一例）、に使用することにより、電線又はケーブルに繰り返し曲げが負荷されても、導体素線に生じるひずみを小さくすることができ、導体素線（電線又はケーブル）の早期断線を更に防止することができる。その結果、アルミニウム合金系の特徴である軽量化及び高柔軟性に加えて、高耐久性（電線又はケーブルの早期における断線防止）を達成することができ、装置を長期間に亘って安定して稼動させることができ、装置の信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
また、本発明の第２の実施例に係るアルミニウム基導電材料からなり、導体素線径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の導体素線を導体素線に使用したケーブルを、電気自動車の急速充電スタンド機用のコネクターケーブルや電気溶接機のキャブタイヤケーブル等のように使用時に引張り、曲げ、及び捩れが加わる用途に使用することで、アルミニウム合金系の特徴である軽量化及び高柔軟性に加えて、高耐久性（ケーブルの早期における断線防止）を達成することができ、装置を長期間に亘って安定して稼動させることができ、装置の信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
【００５４】
また、ジルコニウムの一部が結晶粒１５内に固溶し、残部が粒界１６に存在するので、第２の実施例に係るアルミニウム基導電材料では、高温の熱履歴後の引張り強度の低下が防止でき、高温の熱履歴後を受けたアルミニウム基導電材料の耐屈曲性の低下を防止できる。このため、例えば、電気自動車の急速充電スタンド機用のコネクターケーブル、電気溶接機のキャブタイヤケーブルのように使用時に大きな電流が流れて一時的に温度が上昇するケーブル、太陽光発電モジュールの接続用ケーブル（機器内配線用のケーブルの一例）のように環境変化により温度が大きく変化するケーブル、工場や災害現場等の高温環境下に曝される可能性のあるロボットの駆動部分( アーム部分）の配線用ケーブル（機器内配線用のケーブルの一例）の導体素線を、第２の実施例に係るアルミニウム基導電材料を使用して作製すると、一時的高熱下に曝された際の引張り強度ひいては耐久性をも確保することができ、ケーブルを長期間に亘って安定して使用することができる。その結果、ケーブルや装置の信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
【００５５】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験例（比較例も含む）について、以下に説明する。
（比較例１）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムのインゴットから直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径２ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で１時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2 のケーブルを作製して常温でケーブル屈曲試験を行った。なお、ケーブル屈曲試験では、ケーブルに荷重１００ｇを負荷した状態で、曲げ半径が１５ｍｍ、折り曲げ角度範囲が±９０度の左右繰り返し曲げを加えた。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果（ケーブルの破断回数）を表１に示す。
【００５６】
【表１】
0005589175.tif 000002
【００５７】
（実験例１〜６、比較例２〜４）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウムを用いて、スカンジウムが０．０５〜５．０質量％含有されるアルミニウム合金をそれぞれ鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、導電材料ブロックに３５０℃で１時間の時効処理を行った後に、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径２ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で１時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、スカンジウムが０．０５〜２．０質量％含有される場合、比較例３、実験例２〜６では、結晶粒の粒界に粒径が２０ｎｍのＡｌ3 Ｓｃのナノ析出物が存在し、比較例２では検出されず（ＮＤ）、実験例１では２ｎｍのＡｌ3 Ｓｃのナノ析出物が存在する。スカンジウムが５．０質量％含有される場合（比較例４）は、結晶粒の粒界には粒径が１００ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在している。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表１に示す。
【００５８】
比較例２、実験例１〜４の各伸線材はスカンジウムの含有量が０．４質量％以下で、導電率は６１％ＩＡＣＳであり、アルミニウム（比較例１）の導電率と同一の値を示した。そして、スカンジウムの含有量が０．４質量％を超えると、導電率は徐々に低下し、実験例５、６、比較例３、４（スカンジウムの含有量が０．６、１．０、２．０、５．０質量％）では、それぞれ６０、５９、５７、５３％ＩＡＣＳであった。ケーブル屈曲試験では、スカンジウムの含有量が０．０５〜２．０質量％の範囲では、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径が２μｍ、１μｍ以下の結晶粒の割合が断面積率で２０％、ナノ析出物の粒径が２０ｎｍ以下となっているため、比較例２、実験例１〜３では、スカンジウムの含有量の増加に伴って破断回数が増大するが、スカンジウムの含有量が０．４質量％以上の実験例４〜６、比較例３では破断回数はほぼ一定となった。一方、比較例３、４では、ケーブルの破断回数はそれぞれ１２００万回、９００万回と高い値を示すが、アルミニウム−スカンジウム系の金属間化合物であるＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が粒界に多く析出するため導電率が低下し、比較例３、４の各伸線材からなる導体素線を用いて電線又はケーブルを形成するのは問題がある。
また、スカンジウムの含有量が０．３質量％の実験例３の伸線材については、２６０℃で１時間加熱直後における引張り強度σ２６０及び常温での引張強度σＲＴを求め、線材の耐熱性（σ２６０／σＲＴ）×１００を求めた。その結果、耐熱性は９８％であった。
なお、スカンジウムの含有量が５．０質量％の比較例４では破断回数が低下した。これは、結晶粒の粒界に１００ｎｍのナノ析出物が存在することにより、伸線材の強度が低下したためと考えられる。
【００５９】
（実験例７）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、導電材料ブロックに対して３５０℃で１時間の時効処理を行った後に、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、次いでスエージング機により直径１ｍｍのワイヤに成形した。そのワイヤを４５０℃で１時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、結晶粒の粒界には粒径が２０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在した。得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表１に示す。伸線材の導電率は６１％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は９５０万回であった。
【００６０】
（実験例８）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。そして、３５０℃で１時間の時効処理を行った後に、導電材料ブロックから直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径１．５ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で０．５時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で１５％であった。また、結晶粒の粒界には粒径が２０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在した。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表１に示す。伸線材の導電率は６１％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は９７０万回であった。
【００６１】
（実験例９、１０）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、３５０℃で８分間、１２０時間の時効処理をそれぞれ行った後に、導電材料ブロックから、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径１．５ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で１時間の熱処理をそれぞれ施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、３５０℃で８分間の時効処理を行った実験例９では、結晶粒の粒界には粒径が３ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が、３５０℃で１２０時間の時効処理を行った実験例１０では、結晶粒の粒界には粒径が６０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在した。
【００６２】
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表１に示す。実験例９の伸線材の導電率は６１％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は１０５０万回、実験例１０の伸線材の導電率は６１％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は９００万回であった。実験例３と比較して、実験例９の破断回数が１０５０万回と低下したのは、ナノ析出物の粒径が小さいため、ナノ析出物によるき裂のピン止め作用が低下したためと考えられる。
【００６３】
（実験例１１〜１４）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％含有されるアルミニウム合金をそれぞれ鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、導電材料ブロックに３２５℃で１時間、３００℃で１時間、３００℃で３０分間、３００℃で８分間の時効処理をそれぞれ行った後に、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径２ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤをそれぞれ３２５℃で１時間、３２５℃で１時間、２５０℃で１時間、２５０℃で１時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、３２５℃で１時間の時効処理を行った場合、結晶粒の粒界に粒径が８ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在し（実験例１１）、３００℃で１時間の時効処理を行った場合、粒界に平均粒径が５ｎｍのナノ析出物が存在し（実験例１２）、３００℃で３０分間の時効処理を行った場合、粒界に平均粒径が２ｎｍのナノ析出物が存在し（実験例１３）、３００℃で８分間の時効処理を行った場合、粒界に平均粒径が１ｎｍのナノ析出物が存在している（実験例１４）。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表１に示す。
【００６４】
実験例１１〜１４の各伸線材の導電率は６１％ＩＡＣＳであった。また、比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行うと、ナノ析出物の平均粒径が８ｎｍ（実験例１１）、５ｎｍ（実験例１２）の場合、破断回数は１３００万回を超えたが、ナノ析出物の平均粒径が２ｎｍ（実験例１３）に減少すると破断回数は１０５０万回に低下し、ナノ析出物の平均粒径が１ｎｍ（実験例１４）に減少すると破断回数は８５０万回となった。これは、ナノ析出物の平均粒径が１ｎｍでは、ナノ析出物の粒成長が不十分なため、ナノ析出物によるき裂のピン止め効果が低下したためと考えられる。従って、ナノ析出物の平均粒径は５〜５０ｎｍがより好ましいことが判る。
【００６５】
（実験例１５）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。そして、３５０℃で１時間の時効処理を行った後に、導電材料ブロックから直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径３ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で１時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で３０％であった。また、結晶粒の粒界には粒径が２０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在した。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表１に示す。伸線材の導電率は６１％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は１３００万回であった。
【００６６】
（実験例１６〜１９、比較例５〜７）
純度が９９．９５質量％のアルミニウム、純度が９９質量％のスカンジウム、及び純度が９９質量％のジルコニウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％、ジルコニウムが０．０１〜１．０質量％含有されるアルミニウム合金をそれぞれ鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、３５０℃で２４時間の時効処理を行った後に、導電材料ブロックから、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径１．５ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で１時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、結晶粒の粒界には粒径が２０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在している。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行い、実験例３と同様の方法で線材の耐熱性を評価した。導電率の値、ケーブル屈曲試験結果、及び耐熱性の評価結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
0005589175.tif 000003
【００６８】
実験例１６〜１９、比較例５〜７の各伸線材の導電率は、ジルコニウムの含有量の増加に伴って低下し、ジルコニウムの含有率が０．３質量％以上の比較例５〜７では、それぞれ５５、５２、４４％ＩＡＣＳと大きく減少した。
室温におけるケーブル屈曲試験では、破断回数はジルコニウムの含有量が０．０１質量％から１．０質量％まで増加するのに伴って、１３００万回から７００万回まで低下した。ここで、比較例５〜７では、ケーブルの破断回数はそれぞれ９５０万回、８００万回、及び７００万回と高い値を示すが、ジルコニウムが金属組織の粒界及び粒内に存在するため導電率が低下し、比較例５〜７の各伸線材からなる導体素線を用いて電線又はケーブルを形成するのは問題がある。
また、線材の耐熱性を評価すると、ほぼ１００％となった。一方、ジルコニアを添加しない実験例３の線材の耐熱性は９８％であるので、ジルコニアを添加することにより、耐熱性低下を防止できることが確認できた。
【００６９】
（実験例２０）
純度が９９．９質量％のアルミニウム、純度が９９質量％のスカンジウム、及び純度が９９質量％のジルコニウムを用いて、スカンジウム及びジルコニウムがそれぞれ０．３及び０．１質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、３５０℃で２４時間の時効処理を行った後に、導電材料ブロックから、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径１．５ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で１時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、結晶粒の粒界には粒径が２０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在した。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表２に示す。伸線材の導電率は６０％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は９４０万回であった。
【００７０】
（実験例２１）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウム、及び純度が９９質量％のジルコニウムを用いて、スカンジウム及びジルコニウムがそれぞれ０．３及び０．１質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、３５０℃で２４時間の時効処理を行った後に、導電材料ブロックから、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径１．５ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で０．５時間の熱処理を施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で１５％であった。また、結晶粒の粒界には粒径が２０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在した。
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行った。導電率の値及びケーブル屈曲試験の結果を表２に示す。伸線材の導電率は６０％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は９５０万回であった。
【００７１】
（実験例２２、２３）
純度が９９．９５質量％のアルミニウムと、純度が９９質量％のスカンジウム、及び純度が９９質量％のジルコニウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％、ジルコニウムが０．１質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、３５０℃で８分間、１２０時間の時効処理をそれぞれ行った後に、導電材料ブロックから、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径１．５ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを４５０℃で１時間の熱処理をそれぞれ施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、３５０℃で８分間の熱処理を行った実験例２２では、結晶粒の粒界には粒径が３ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が、３５０℃で１２０時間の熱処理を行った実験例２３では、結晶粒の粒界には粒径が６０ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在した。
【００７２】
（実験例２４）
純度が９９．９５質量％のアルミニウム、純度が９９質量％のスカンジウム、及び純度が９９質量％のジルコニウムを用いて、スカンジウムが０．３質量％、ジルコニウムが０．１質量％含有されるアルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製した。次いで、３２５℃で５時間の時効処理を行った後に、導電材料ブロックから、直径が１０ｍｍのワイヤロッドを切削加工により取出し、取出したワイヤロッドをスエージング機により直径２．０ｍｍのワイヤに成形した。次いで、ワイヤを３２５℃で１時間の熱処理をそれぞれ施した後、ダイス伸線加工を行って直径８０μｍの伸線材を作製した。伸線材の金属組織観察から、金属組織を構成している結晶粒の平均結晶粒径は２μｍであり、１μｍ以下の結晶粒の割合は断面積率で２０％であった。また、結晶粒の粒界には粒径が８ｎｍのＡｌ3Ｓｃのナノ析出物が存在している。
【００７３】
得られた伸線材の導電率を測定し、伸線材から断面積が０．２ｍｍ2のケーブルを作製して比較例１と同様のケーブル屈曲試験を行い、実験例３と同様の方法で線材の耐熱性を評価した。導電率の値、ケーブル屈曲試験結果、及び耐熱性の評価結果を表２に示す。
伸線材の導電率は６０％ＩＡＣＳ、ケーブル屈曲試験の破断回数は１１００万回、線材の耐熱性はほぼ１００％となった。
【００７４】
本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、アルミニウム合金を鋳造して導電材料ブロックを作製し、次いでこの導電材料ブロックの時効処理を行ったが、作製した導電材料ブロックの溶体化処理（例えば５５０〜６００℃）を施した後に時効処理を行ってもよい。
また、導体素線を構成する導体素線径（伸線材の線径）を、８０〜１２０μｍとしたが、電線又はケーブルの使用箇所、使用状態に応じて、伸線材の線径は０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲で任意に選択できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のアルミニウム基導電材料並びにそれを用いた電線及びケーブルは、少なくとも３００万回（より好ましくは、５００万回、更に好ましくは１０００万回）の動的駆動試験（例えば繰り返し曲げ）にも耐えるので、例えば、産業用ロボット、民生用ロボット、又は各種装置の配線において、特に駆動部分等の繰り返し曲げが負荷される配線に使用することができ、電線やケーブルの使用時の断線を防止することができ、ロボットや各種装置の信頼性を向上させることができる。その結果、ロボットや各種装置のメンテナンス負担を軽減することができ、運用コストの低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０：金属組織、１１：結晶粒、１２：粒界、１３：ナノ析出物、１４：金属組織、１５：結晶粒、１６：粒界、１７：ナノ析出物
【図１】
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【図２】
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