(57)【要約】【課題】高い強度を有するアルミニウム合金線を提供すること、及びそのようなアルミニウム合金撚り線、絶縁電線、及びワイヤーハーネスを提供すること。【解決手段】Ｃｕを２．０質量％以上かつ６．０質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、引張り強度が２２０ＭＰａ以上であり、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であるアルミニウム合金線とする。またそのようなアルミニウム合金線を用いたアルミニウム合金撚り線、絶縁電線、及びワイヤーハーネスとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕを２．０質量％以上かつ６．０質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、引張り強度が２２０ＭＰａ以上であり、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とするアルミニウム合金線。
【請求項２】
さらに、アルミニウム合金中のＣｕの結晶組織を微細化する微細化剤を含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金線。
【請求項３】
前記微細化剤は、０．０１質量％以上かつ０．０５質量％以下のＴｉ及び０．００１質量％以上かつ０．００５質量％以下のＢから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金線。
【請求項４】
さらに、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、及びＺｎから選択される１種又は２種以上の添加元素を合計で０．００５質量％以上かつ３．２質量％以下含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線。
【請求項５】
素線径が０．１５ｍｍ以上かつ０．４５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線を複数撚り合わせてなることを特徴とするアルミニウム合金撚り線。
【請求項７】
撚りピッチが層芯径の６０倍以下であることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金撚り線。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のアルミニウム合金撚り線、又は該アルミニウム合金撚り線を圧縮成形した圧縮線材の外周が、絶縁被覆層によって被覆されてなることを特徴とする絶縁被覆電線。
【請求項９】
請求項８に記載の絶縁被覆電線を有することを特徴とするワイヤーハーネス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金線、アルミニウム合金撚り線、絶縁電線、及びワイヤーハーネスに関し、さらに詳しくは、高強度を有するアルミニウム合金線及びそれを用いたアルミニウム合金撚り線、絶縁電線、ワイヤーハーネスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、架空送電線などの電力分野においては、電線の軽量化を目的として、アルミニウム系材料からなる導体を有するアルミニウム電線が使用されている。自動車分野においては、従来は、電気伝導性に優れた銅系材料からなる導体を有する銅電線が信号線、電力線として多く使用されてきたが、近年、車両の高性能・高機能化が急速に進められてきていることに伴い、電線の軽量化を図るべく、自動車分野においても、アルミニウム系材料からなる導体を有するアルミニウム電線を用いる試みがなされている。
【０００３】
アルミニウム電線は、従来から使用されている銅電線に比べて、強度が低いため、強度向上を目的として、自動車用電線としてアルミニウム合金電線の適用が進められている。この目的で、例えば、特許文献１〜３等に記載されるような、Ａｌ−Ｆｅ合金をベースとした合金が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／００４８１４号
【特許文献２】国際公開第２００９／０５４４５７号
【特許文献３】特開２０１０−１６３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ａｌ−Ｆｅ系合金よりなる電線は、Ａｌ電線よりも高い強度を有するものの、従来から使用されてきた銅電線との比較においては強度が低く、自動車において搭載できる箇所が限られている。特に、常時、曲げや振動が加えられる箇所においては、強度の不足による疲労破断が発生しやすく、適用することができない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、高い強度を有するアルミニウム合金線を提供すること、及びそのようなアルミニウム合金撚り線、絶縁電線、及びワイヤーハーネスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかるアルミニウム合金線は、Ｃｕを２．０質量％以上かつ６．０質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、引張り強度が２２０ＭＰａ以上であり、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であることを要旨とする。
【０００８】
ここで、前記アルミニウム合金線は、さらに、アルミニウム合金中のＣｕの結晶組織を微細化する微細化剤を含有すると良い。
【０００９】
この場合、前記微細化剤は、０．０１質量％以上かつ０．０５質量％以下のＴｉ及び０．００１質量％以上かつ０．００５質量％以下のＢから選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００１０】
また、前記合金は、さらに、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、及びＺｎから選択される１種又は２種以上の添加元素を合計で０．００５質量％以上かつ３．２質量％以下含有するものであるとよい。
【００１１】
そして、素線径が０．１５ｍｍ以上かつ０．４５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明にかかるアルミニウム合金撚り線は、上記のアルミニウム合金線を複数撚り合わせてなることを要旨とする。
【００１３】
ここで、撚りピッチが層芯径の６０倍以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明にかかる絶縁被覆電線は、上記のアルミニウム合金撚り線、又は該アルミニウム合金撚り線を圧縮成形した圧縮線材の外周が、絶縁被覆層によって被覆されてなることを要旨とする。
【００１５】
本発明にかかるワイヤーハーネスは、上記の絶縁被覆電線を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記発明にかかるアルミニウム合金線は、Ｃｕを２．０質量％以上含有していることで、高い強度を有し、適切な熱処理を経ることで、２２０ＭＰａ以上の引張り強度を達成することができる。これにより、屈曲や振動を加えられても断線しにくいアルミニウム合金線となる。加えて、Ｃｕの含有量が６．０質量％以下とされ、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上とされていることにより、Ｃｕを含有していても、導電性の点で自動車用の信号線として実用可能なアルミニウム合金線とすることができる。
【００１７】
ここで、前記アルミニウム合金線が、さらに、アルミニウム合金中のＣｕの結晶組織を微細化する微細化剤を含有する場合には、アルミニウム合金中でＣｕが微細な結晶組織として分散され、アルミニウム合金を鋳造、圧延する際に亀裂等の欠陥が発生するのが抑制される。
【００１８】
この場合、前記微細化剤が、０．０１質量％以上かつ０．０５質量％以下のＴｉ及び０．００１質量％以上かつ０．００５質量％以下のＢから選択される少なくとも１種であると、Ｃｕ結晶組織の微細化を効果的に実現することができる。
【００１９】
また、前記合金が、さらに、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、及びＺｎから選択される１種又は２種以上の添加元素を合計で０．００５質量％以上かつ３．２質量％以下含有するものであると、アルミニウム合金の強度がさらに向上されやすく、導電率も向上される。
【００２０】
そして、素線径が０．１５ｍｍ以上かつ０．４５ｍｍ以下であると、アルミニウム合金線を高い加工性をもって製造することができるとともに、屈曲の際に受ける歪みの影響を抑制することができる。
【００２１】
本発明にかかるアルミニウム合金撚り線は、上記のアルミニウム合金線を複数撚り合わせてなるものであることから、高い引張り強度と導電率を有する。ここで、撚りピッチが層芯径の６０倍以下である場合には、振動や屈曲を受けても、アルミニウム合金素線の撚りが解消されにくくなる。
【００２２】
本発明にかかる絶縁被覆電線及びワイヤーハーネスは、上記のアルミニウム合金撚り線を有することから、高い引張り強度と導電率を有し、自動車中の振動や屈曲を受ける箇所にも好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態にかかるアルミニウム合金撚り線を示し、（ｂ）はそれを圧縮成形した圧縮線材を示し、（ｃ）は（ａ）のアルミニウム合金撚り線を有する絶縁電線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。本明細書において、成分元素の含有量は全て質量％を単位として示す。
【００２５】
本発明の実施形態にかかるアルミニウム合金線は、Ｃｕを２．０〜６．０％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物で構成されている。そして、２２０ＭＰａ以上の引張り強度を有し、かつ３０％ＩＡＣＳ（万国軟銅標準）以上の導電率を有する。
【００２６】
Ｃｕは、アルミニウム合金線の強度を向上させるのに寄与する。その効果を得るために、Ｃｕの含有量は２．０％以上とされる。Ｃｕの含有量が２．０％未満であると、アルミニウム合金線が十分な強度を有さない。Ｃｕの含有量は、好ましくは２．５％以上である。
【００２７】
一方、Ｃｕの含有量が６．０％以下とされることで、アルミニウム合金線が、十分に高い導電率を有する。Ｃｕの含有量が６．０％を超えると、アルミニウム合金線の導電率が低くなりすぎ、自動車用電線としての使用が難しくなる。Ｃｕの含有量は、好ましくは５．５％以下であり、より好ましくは４．５％以下である。
【００２８】
上記のように、アルミニウム合金線中のＣｕ含有量が２．０％以上であることにより、高い強度が得ることが可能であるが、同じ組成を有するアルミニウム合金でも、溶体化処理、時効処理等の熱処理をはじめとする製造条件を適切に選択しないと、自動車用電線として十分な強度を達成することができない場合もある。そこで、本発明のアルミニウム合金線においては、上記組成を有するとともに、２２０ＭＰａ以上の引張り強度を有することが規定される。２２０ＭＰａ以上との引張り強度は、自動車用銅電線の引張り強度と同等又はそれ以上であり、自動車用電線として使用するのに、十分なものである。電線の引張り強度は、屈曲運動や振動運動に対する強度の良い指標となり、２２０ＭＰａ以上の引張り強度を有する場合には、屈曲や振動による電線の疲労破断の発生が抑制される。アルミニウム合金線は、より好ましくは２５０ＭＰａ以上の引張り強度を有する。
【００２９】
また、上記のように、アルミニウム合金線中のＣｕ含有量が６．０％以下であることによって、高い導電率を得ることが可能であるが、導電率も、引張り強度と同様に、熱処理条件等の製造条件に依存する。そこで、本発明のアルミニウム合金線においては、上記組成を有するとともに、３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有することが規定される。３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有することで、自動車用の信号線として、アルミニウム合金線を好適に使用することができる。アルミニウム合金線は、好ましくは３５％ＩＡＣＳ以上、より好ましくは４０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有する。
【００３０】
本アルミニウム合金線は、Ｃｕに加えて微細化剤を含有していてもよい。微細化剤とは、アルミニウム合金中のＣｕの結晶組織を微細化するものである。Ｃｕの結晶組織が微細化されることで、鋳造や圧延等の工程において、亀裂などの欠陥が発生することが抑制され、アルミニウム合金線の製造性が向上される。これにより、アルミニウム合金線の生産性が高められる。
【００３１】
微細化剤としては、Ｔｉ及びＢを例示することができる。これらは１種のみが含有されてもよいし、ともに含有されてもよい。Ｔｉの含有率は、０．０１〜０．０５％とするとよい。また、Ｂの含有量は、０．００１〜０．００５％とするとよい。Ｔｉの含有量が０．０１％未満である場合、またＢの含有量が０．００１％未満である場合には、結晶組織の微細化効果が得られにくい。一方、Ｔｉの含有量が０．０５％を超える場合、またＢの含有量が０．００５％を超える場合には、添加による効果が飽和するうえ、アルミニウム合金線の導電率を低下させやすい。より好ましくは、Ｔｉの含有量は０．０１〜０．０３％であり、Ｂの含有量は０．００１〜０．００３％である。
【００３２】
本アルミニウム合金線は、さらに、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎから選択される１種又は２種以上の添加元素を含有していてもよい。これらの元素は、アルミニウム合金線の強度を向上させるのに寄与する。その効果を得るためには、これらの元素の含有量の合計を０．００５〜３．２％とするよい。合計の含有量が０．００５％未満では、強度向上効果が小さい。一方、合計の含有率が３．２％を超えると、アルミニウム合金線の導電率を低下させやすくなる。上記４元素のうち、強度向上効果に優れるという意味で、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉがより好ましい。また、４元素の合計の含有量は、より好ましくは、０．１〜３．２％である。
【００３３】
本アルミニウム合金線は、０．１５〜０．４５ｍｍの線径を有することが好ましい。線径が０．１５ｍｍ未満である場合には、アルミニウム合金を電線状に加工する際の加工性が低くなってしまう。一方、線径が０．４５ｍｍを超える場合には、屈曲させて使用した際に、歪みの影響を受けやすくなる。
【００３４】
上記アルミニウム合金線は、どのように製造されてもかまわないが、以下のような製造法を例示することができる。
【００３５】
最初に、上述の合金組成よりなるアルミニウム合金を鋳造する。この鋳造工程において、まず、所望の合金組成のアルミニウム合金溶湯を形成する。アルミニウム合金溶湯を形成するには、溶解炉にベースとなる純アルミを溶解させ、溶融した純アルミに、Ｃｕ及び必要な添加元素を所望の濃度となるように投入する。成分調整したアルミニウム合金溶湯は、適宜、水素ガス除去処理や異物除去処理を行なうと良い。そして、アルミニウム合金溶湯を急冷凝固させる。
【００３６】
次に、得られたアルミニウム合金を塑性加工して、アルミニウム合金線を形成する。具体的には、まず、鋳造して得られたアルミニウム合金を圧延してワイヤーロッドを作製し、その後、伸線加工により所望の素線径になるまで伸線する。伸線加工は、冷間加工にて行なうと良い。
【００３７】
このようにして得られたアルミニウム合金線に対して、適宜熱処理を施すとよい。アルミニウム合金線の引張り強度及び導電率は、成分組成だけでなく、熱処理の条件にも依存する。具体的な熱処理としては、溶体化処理とそれに続く時効処理を挙げることができる。
【００３８】
溶体化処理は、４８０〜５５０℃で行うことが好ましい。なぜなら、溶体化温度が４８０℃未満であると、固溶量が不十分となって最終強度が低くなり、５５０℃を超えると、融点を超えるために製造が困難であるからである。
【００３９】
時効処理は、室温から２００℃の温度で行うことが好ましい。より好ましくは、室温から１７０℃の温度で行えばよい。時効処理の温度が２００℃よりも高いと、アルミニウム合金の引張り強度を向上させることが困難になる。時効処理の時間は、処理温度と所望の引張り強度に応じて適宜設定すればよいが、室温の場合に１００時間以上、１７０℃の場合に１０時間以上とする構成を示すことができる。
【００４０】
本発明の実施形態にかかるアルミニウム合金撚り線１０は、図１（ａ）に断面図を示すように、上記本発明の実施形態にかかるアルミニウム合金線１を素線として、複数撚り合わせてなる。撚り合わせるアルミニウム合金線１の本数は、アルミニウム合金撚り線１０に所望される強度と導電率を考慮して適宜選択すればよい。
【００４１】
アルミニウム合金撚り線１０は、層芯径の６０倍以下の撚りピッチを有しているとよい。この場合には、屈曲や振動等を受けても、アルミニウム合金線１間の撚り合わせが解消されにくくなる。
【００４２】
アルミニウム合金撚り線１０は、円形に圧縮成形し、図１（ｂ）のような圧縮線材１０ａとしてもよい。圧縮成形により、全体の線径を小さくすることができる。
【００４３】
本発明の実施形態にかかる被覆電線２０は、図１（ｃ）のように、アルミニウム合金撚り線１０又は圧縮線材１０ａの外周が、絶縁被覆２によって被覆されてなる。絶縁被覆２を構成する絶縁材料は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やノンハロゲン樹脂などの絶縁性の樹脂材料であれば良い。特に、難燃性に優れる材料を用いると良い。被覆する厚みも、特に限定されるものではない。
【００４４】
本発明の実施形態にかかるワイヤーハーネスは、上記被覆電線２０を有する。ワイヤーハーネスを構成する複数の被覆電線が全て上記被覆電線２０であってもよいし、その一部のみが上記被覆電線２０であってもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
【００４６】
（アルミニウム合金線の作製）
表１に示す合金組成となるようにアルミニウム合金溶湯を調製し、鋳造によって、φ９．５ｍｍのワイヤーロッドを作製した。得られたワイヤーロッドに冷間伸線加工を施して、φ０．３ｍｍのアルミニウム合金素線を作製した。さらに、５００℃で３時間、溶体化処理を行ったうえで、表１に示す条件で、時効処理を行った。これにより、実施例１〜１５及び比較例１〜６にかかるアルミニウム合金線を得た。
【００４７】
（引張り強度の評価）
ＪＩＳ Ｚ ２２４１（金属材料引張試験方法）に準拠して、汎用引張試験機にて、各アルミニウム合金線の引張り強度を測定した。そして、引張り強度が２２０ＭＰａ以上の場合を合格「○」とし、２２０ＭＰａ未満の場合を不合格「×」とした。
【００４８】
（導電率の評価）
ブリッジ法にて、各アルミニウム合金線の導電率を測定した。導電率が３０％ＩＡＣＳ以上の場合を合格「○」とし、３０％ＩＡＣＳ未満の場合を不合格「×」とした。
【００４９】
（製造性の評価）
微細化剤の添加の製造性に対する影響を調べるため、各アルミニウム合金線の製造性を評価した。つまり、アルミニウム合金線の製造工程において、欠陥や割れが生じなかったものを、製造性が特に良好「◎」とし、欠陥や割れが生じたものの、製造が可能であったものを、製造性が良好「○」とした。また、欠陥や割れが多数生じ、製造がきわめて困難であったものを、製造性が悪い「×」とした。
【００５０】
（結果及び考察）
表１に各アルミニウム合金線の成分組成と時効処理条件を示し、表２に引張り強度及び導電率の評価結果を示す。表１の時効処理の欄は、「温度×時間」の形式で表示してあり、ＲＴは室温を示す。「ＲＴ×１００ｈｒ」の場合、室温で１００時間の時効処理を行うことを示している。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
【表２】
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【００５３】
各実施例にかかるアルミニウム合金線は、Ｃｕを２．０〜６．０％の範囲で含み、２２０ＭＰａ以上の引張り強度と３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有している。
【００５４】
実施例１〜４にかかるアルミニウム合金線は、添加元素としてＣｕ以外にはＴｉとＢのみ含み、それらの含有量が相互に同一であるが、これらを比較すると、Ｃｕの含有量が２．０〜６．０％の範囲内で多いほど、引張り強度が大きくなる傾向が見られている。また、Ｃｕの含有量が２．０〜６．０％の範囲内で少ないほど、導電率が高くなる傾向が見られている。一方、比較例２、５にかかるアルミニウム合金線も実施例１〜４と同量のＴｉとＢを含んでいるが、比較例２においては、Ｃｕの含有量が６．５％と多すぎるため、導電率が低くなりすぎ、３０％ＩＡＣＳ未満となっている。また、比較例５においては、Ｃｕの含有量が１．８０％と少なすぎるため、引張り強度が小さくなりすぎ、２２０ＭＰａ未満となっている。
【００５５】
Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｎから選択される１種または２種以上の添加元素を合計で０．００５〜３．２％の範囲で含有する実施例６〜８および実施例１０、１１にかかるアルミニウム合金線を、それぞれＣｕの含有量が近接または一致し、これらの添加元素を含有しない実施例３および実施例４にかかるアルミニウム合金線と比較すると、上記添加元素を含有することで、アルミニウム電線の引張り強度が一層向上されていることが分かる。一方、比較例６にかかるアルミニウム合金線おいては、Ｃｕの含有量は２．０〜６．０％の範囲にあるものの、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉが合計で３．２％を超えて多量に含有されている。これに起因して、導電率が３０％ＩＡＣＳ未満となっている。また、比較例１においては、Ｃｕの含有量が少なすぎるため、これらの添加元素を添加しても、十分な引張り強度が達成されていない。
【００５６】
実施例１５にかかるアルミニウム合金線は、微細化剤であるＴｉおよびＢを含有していない。これと、Ｃｕの含有量が同一で、微細化剤を含んでいる実施例１および実施例１３にかかるアルミニウム合金線を比較すると、微細化剤の有無によらず、同程度の引張り強度と導電率が達成されているものの、微細化剤が含有されない場合に、製造性がやや劣っている。つまり、微細化剤としてのＴｉおよびＢは、アルミニウム合金線の製造性を向上させる効果を有する。
【００５７】
また、比較例４においては、成分組成が実施例６、７のものと同じであるものの、時効温度が３４５℃と高温であることに起因し、引張り強度が２２０ＭＰａ未満となっている。成分組成が同じで時効条件が異なる実施例６、７及び比較例４の引張り強度及び導電率の相互比較は、アルミニウム合金線の引張り強度及び導電率が、成分組成のみではなく、熱処理条件にも依存することを示している。
【００５８】
以上のように、Ｃｕの含有量を２．０〜６．０％の範囲とし、適切な熱処理を経ることで、２２０ＭＰａ以上の引張り強度と３０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有するアルミニウム合金線を得ることができる。さらに、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｎから選択される１種または２種以上の添加元素を０．００５〜３．２％の範囲で添加することで、引張り強度を一層向上させることができる。また、Ｔｉ、Ｂ微細化剤として添加することで、アルミニウム合金線の製造性が向上される。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１、１ａ    アルミニウム合金線
２          絶縁被覆
１０        アルミニウム合金撚り線
１０ａ      圧縮線材
２０        被覆電線
【図１】
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