(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体に利用されるアルミニウム合金線であって、
添加元素として、質量％で、Ｍｇを０．１％以上１．５％以下、Ｓｉを０．０３％以上２．０％以下、Ｃｕを０．２％以上０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不純物からなり、
前記添加元素がアルミニウム合金中に析出して存在し、
前記Ｍｇ及びＳｉの質量比Ｍｇ／Ｓｉが０．８≦Ｍｇ／Ｓｉ≦３．５を満たし、
更に、質量％でＣｒを０．０１％以上０．５％以下含有し、
導電率が３５％ＩＡＣＳ以上５８％ＩＡＣＳ未満、
引張強さが１５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下、
伸びが１０％以上であるアルミニウム合金線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電線の導体に用いられるアルミニウム合金線及びアルミニウム合金撚り線、この合金線や撚り線を導体とする被覆電線、この被覆電線を具えるワイヤーハーネス、アルミニウム合金線の製造方法、及び被覆電線の製造方法に関するものである。特に、屈曲特性、強度、電気伝導性に優れるアルミニウム合金線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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には、端子を有する複数の電線を束ねたワイヤーハーネスと呼ばれる形態が利用されている。ワイヤーハーネスの電線用導体の構成材料は、電気伝導性に優れる銅や銅合金といった銅系材料が主流である。
【０００３】
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電線も増加傾向にある。一方、近年、環境対応のために自動車や飛行機などの燃費を向上するべく、軽量化が強く望まれている。
【０００４】
そこで、電線の軽量化のために、比重が銅の約１／３であるアルミニウムを導体に用いたアルミニウム電線が検討されている。しかし、純アルミニウムは、銅系材料よりも屈曲特性に劣る。例えば、ドア部のように開閉動作を行うような箇所に上記アルミニウム電線を適用すると早期に断線してしまい、上記箇所への適用が困難である。これに対し、特開２００４−１３４２１２号公報（特許文献１）は、純アルミニウムよりも強度が高いアルミニウム合金からなる導体を具える自動車ワイヤーハーネス用電線を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来のアルミニウム合金電線では、十分な屈曲特性を有しているとは言えない。従って、屈曲特性に更に優れるアルミニウム合金電線の開発が望まれる。
【０００７】
また、電線用導体には、電気伝導性や強度にも優れることが望まれることから、屈曲特性に加えて、導電率及び強度にも優れるアルミニウム合金線の開発が望まれる。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、屈曲特性、強度、及び電気伝導性に優れ、電線用導体に適したアルミニウム合金線、及びアルミニウム合金撚り線を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、屈曲特性、強度、及び電気伝導性に優れ、ワイヤーハーネスに適した被覆電線、及びワイヤーハーネスを提供することにある。
【００１０】
更に、本発明の他の目的は、上記アルミニウム合金線の製造方法、及び上記被覆電線の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、伸線後（直後でなくてもよい）の伸線材、代表的には最終線径の伸線材に溶体化処理を施すことで、屈曲特性に優れるアルミニウム合金線が得られる、との知見を得た。特に、特定の組成のアルミニウム合金とすることで、屈曲特性に優れると共に、強度及び導電率が高いアルミニウム合金線が得られる、との知見を得た。詳しくは、溶体化処理を行うことで、アルミニウム合金中の添加元素を母材のアルミニウムに十分に固溶させることができ、固溶強化により強度を向上することができるため、屈曲特性を向上することができる、との知見を得た。また、上記溶体化処理後に時効処理を施すことで、時効強化により強度を更に向上して、屈曲特性を更に向上することができる、との知見を得た。かつ、上記添加元素の含有量を特定の範囲とすることで、当該添加元素が固溶されたことによる導電率の低下を低減して、導電率が高いアルミニウム合金線とすることができる、との知見を得た。更に、強度をある程度制限することで、強度と靭性とをバランスよく有するアルミニウム合金線が得られる、との知見を得た。本発明は、これらの知見に基づくものである。
【００１２】
本発明アルミニウム合金線の製造方法は、以下の工程を具える。
１．  質量％で、Ｍｇを０．１％以上１．５％以下、Ｓｉを０．０３％以上２．０％以下、Ｃｕを０．０５％以上０．５％以下含有し、残部がＡｌからなるアルミニウム合金の溶湯を鋳造して鋳造材を形成する工程。
【００１３】
２．  上記鋳造材に圧延を施して圧延材を形成する工程。
３．  上記圧延材に伸線加工を施して伸線材を形成する工程。
【００１４】
４．  上記伸線材に溶体化処理を施して熱処理材を形成する工程。
上記１．〜４．の工程を経て、本発明製造方法は、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上５８％ＩＡＣＳ未満、引張強さが１５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下、かつ伸びが２％以上であるアルミニウム合金線を製造する。得られたアルミニウム合金線は、導体に利用される。
【００１５】
上記製造方法により、本発明アルミニウム合金線が得られる。本発明アルミニウム合金線は、導体に利用されるものであり、質量％で、Ｍｇを０．１％以上１．５％以下、Ｓｉを０．０３％以上２．０％以下、Ｃｕを０．０５％以上０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不純物からなる。上記Ｍｇ及びＳｉの質量比Ｍｇ／Ｓｉは、０．８≦Ｍｇ／Ｓｉ≦３．５を満たす。そして、このアルミニウム合金線（以下、Ａｌ合金線と呼ぶ）は、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上５８％ＩＡＣＳ未満、引張強さが１５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下、伸びが２％以上である。
【００１６】
本発明Ａｌ合金線は、上述のように溶体化処理が施された線材であることで、固溶強化により、優れた強度及び屈曲特性を有する。かつ、本発明Ａｌ合金線は、添加元素の含有量が特定の範囲であることで、電気伝導性にも優れる。
【００１７】
また、本発明者らは、ワイヤーハーネスを機器などに組み付ける際、導体の強度が高過ぎると、導体において端子部との境界近傍で導体が破断することがある、との知見を得た。従って、特に、ワイヤーハーネスの電線用導体を構成する線材には、強度だけでなく、靭性にも優れることが望まれる。本発明Ａｌ合金線は、上述のように強度を特定の範囲とすることで、高強度化による靭性の低下を抑制し、靭性にも優れる。
【００１８】
上述のように本発明Ａｌ合金線は、屈曲特性、強度、電気伝導性、及び靭性に優れることから、ワイヤーハーネスに望まれる特性を十分に具えており、ワイヤーハーネスの電線用導体に好適に利用できる。特に、本発明Ａｌ合金線を導体とする電線は、屈曲動作が行われる箇所に配置された場合であっても、断線し難い。
【００１９】
以下、本発明をより詳細に説明する。なお、元素の含有量は、質量％を示す。
［Ａｌ合金線］
＜組成＞
本発明Ａｌ合金線を構成するＡｌ合金は、Ｍｇ（マグネシウム）を０．１％〜１．５％、Ｓｉ（シリコン）を０．０３％〜２．０％、Ｃｕ（銅）を０．０５％〜０．５％含有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金である。Ｍｇを０．１％以上、Ｓｉを０．０３％以上、及びＣｕを０．０５％以上含有し、これらの元素がＡｌに固溶又は析出して存在することで、本発明Ａｌ合金線は、屈曲特性、強度に優れる。Ｍｇ，Ｓｉ，Ｃｕの含有量が高いほどＡｌ合金線の屈曲特性や強度が高まるが、導電率や靭性が低下する上に、伸線加工時などで断線が生じ易くなるため、Ｍｇ：１．５％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｃｕ：０．５％以下とする。
【００２０】
Ｍｇは、Ａｌ合金線の導電率の低下が大きいものの、屈曲特性や強度の向上効果が高い元素である。特に、Ｍｇと同時にＳｉを特定の範囲で含有することで、時効硬化による強度の向上を効果的に図ることができる。Ｃｕは、Ａｌ合金線の導電率の低下が少なく、屈曲特性や強度を向上することができる。より好ましい含有量は、Ｍｇ：０．２％以上１．５％以下、Ｓｉ：０．１％以上１．５％以下、Ｃｕ：０．１％以上０．５％以下である。かつ、Ｍｇ及びＳｉの質量比Ｍｇ／Ｓｉが０．８≦Ｍｇ／Ｓｉ≦３．５を満たす。Ｍｇ／Ｓｉが０．８未満では、Ａｌ合金線の屈曲特性や強度の向上の効果が十分に得られず、３．５超では、導電率の低下が大きくなる。より好ましくは、０．８≦Ｍｇ／Ｓｉ≦３である。
【００２１】
更に、上記Ａｌ合金は、Ｆｅ（鉄）及びＣｒ（クロム）の少なくとも一方を含有してもよい。Ｆｅは、導電率の低下をあまり招くことなく屈曲特性や強度を向上することができるが、Ｆｅを添加し過ぎると、伸線加工などの加工性の低下を招くことから、含有量は、０．１％以上１．０％以下、特に０．２％以上０．９％以下が好ましい。Ｃｒは、導電率の低下が大きいものの、屈曲特性や強度の向上効果が高い元素であり、含有量は、０．０１％以上０．５％以下、特に、０．０５％以上０．４％以下が好ましい。
【００２２】
更に、上記Ａｌ合金は、Ｔｉ（チタン）及びＢ（ホウ素）の少なくとも一方を含有することが好ましい。ＴｉやＢは、鋳造時のＡｌ合金の結晶組織を微細にする効果がある。結晶組織が微細であると、強度を向上することができる。Ｂ単独の含有でもよいが、Ｔｉ単独、特に双方を含有すると、結晶組織の微細化効果が更に向上する。この微細化効果を十分に得るには、質量割合で、Ｔｉは１００ｐｐｍ以上、Ｂは１０ｐｐｍ以上含有することが好ましい。但し、Ｔｉ：５００ｐｐｍ超、Ｂ：５０ｐｐｍ超では、上記微細化効果が飽和したり、導電率の低下を招くことから、Ｔｉ：５００ｐｐｍ以下、Ｂ：５０ｐｐｍ以下が好ましい。
【００２３】
＜特性＞
上述のように特定の組成のＡｌ合金から構成され、かつ溶体化処理が施されている本発明Ａｌ合金線は、高強度である上に、導電率、伸びも高く、導電率：３５％ＩＡＣＳ以上、引張強さ：１５０ＭＰａ以上、伸び：２％以上を満たす。但し、本発明Ａｌ合金線は、母材のＡｌに添加元素を積極的に固溶させているため、電気伝導性の向上には限界があり、導電率は５８％ＩＡＣＳ未満である。引張強さは２００ＭＰａ以上がより好ましいが、単に高強度なだけで靭性に劣る電線用導体ではワイヤーハーネスに適さないことから、本発明Ａｌ合金線は、引張強さを４００ＭＰａ以下とする。引張強さが上記範囲を満たすことで、本発明Ａｌ合金線は、靭性と強度とをバランスよく具えることができる。
【００２４】
Ａｌ合金線の導電率、引張強さ、伸びは、添加元素の種類や量、伸線条件、溶体化条件、更に後述する時効処理の有無、時効処理条件によって変化させることができる。例えば、添加元素を少なくすると、導電率及び靭性が高くなる傾向にあり、添加元素を多くすると、強度や屈曲特性が高くなる傾向にある。例えば、本発明Ａｌ合金線として、導電率：４０％ＩＡＣＳ以上、伸び：１０％以上を満たすものが挙げられる。
【００２５】
＜形状＞
本発明Ａｌ合金線は、伸線加工時の加工度（断面減少率）を適宜調整することで、種々の線径（直径）を有することができる。例えば、自動車用ワイヤーハーネスの電線用導体に利用する場合、線径は０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。
【００２６】
また、本発明Ａｌ合金線は、伸線加工時のダイス形状によって種々の断面形状を有することができる。断面円形状が代表的であり、その他、楕円形状、矩形や六角形といった多角形状などの断面形状が挙げられる。断面形状は特に問わない。
【００２７】
［Ａｌ合金撚り線］
上記本発明Ａｌ合金線を複数本撚り合わせた撚り線とすることができる。細径の線材であっても撚り合わせることで、屈曲特性や強度の高い線材（撚り線）とすることができる。撚り合わせ本数は、特に問わない。例えば、７，１１，１９，３７本が挙げられる。また、本発明Ａｌ合金撚り線は、撚り合わせた後、圧縮成形した圧縮線材とすると、撚り合わせた状態よりも線径を小さくすることができ、導体の小径化に寄与することができる。
【００２８】
［被覆電線］
上記本発明Ａｌ合金線や本発明Ａｌ合金撚り線、上述した圧縮線材は、電線用導体に好適に利用することができる。用途に応じて、このまま導体として使用することもできるし、この導体の外周に絶縁被覆層を具える本発明被覆電線として使用することもできる。上記絶縁被覆層を構成する絶縁材料は、適宜選択することができる。例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やノンハロゲン樹脂、難燃性に優れる材料などが挙げられる。絶縁被覆層の厚さは、所望の絶縁強度を考慮して適宜選択することができ、特に限定されない。
【００２９】
［ワイヤーハーネス］
上記被覆電線は、本発明ワイヤーハーネスの構成部材に好適に利用することができる。本発明ワイヤーハーネスは、上記被覆電線と、この被覆電線の端部に装着された端子部とを具える。この端子部を介して、被覆電線は、機器などの接続対象に接続される。このワイヤーハーネスは、端子部が装着された複数の被覆電線に対して一つのコネクタを共有するような電線群を含んでいてもよい。上記端子部は、雄型、雌型、圧着型、溶接型などの種々の形態が挙げられ、特に限定されない。また、上記ワイヤーハーネスに具える複数の被覆電線は、結束具などにより一纏まりに束ねることで、ハンドリング性に優れる。更に、このワイヤーハーネスは、軽量化が望まれている種々の分野、特に、燃費の向上のために更なる軽量化が望まれている自動車に好適に利用することができる。
【００３０】
［製造方法］
＜鋳造工程＞
本発明製造方法は、まず、上記特定の組成のＡｌ合金からなる鋳造材を形成する。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（以下、ビュレット鋳造と呼ぶ）のいずれも利用することができる。特に、連続鋳造では、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。このような鋳造材を素材にすると、微細な結晶組織を有するＡｌ合金線を製造し易く、結晶の微細化による屈曲特性や強度の向上を図ることができる。冷却速度は、適宜選択することができるが、固液共存温度域である６００℃〜７００℃において２０℃／ｓｅｃ以上が好ましい。例えば、水冷銅鋳型や強制水冷機構などを有する連続鋳造機を用いると、上述のような冷却速度による急冷凝固を実現できる。
【００３１】
ＴｉやＢを添加する場合、溶湯を鋳型に注湯する直前に添加すると、Ｔｉなどの局所的な沈降を抑制して、Ｔｉなどが均等に混合された鋳造材を製造することができて好ましい。
【００３２】
＜圧延工程＞
次に、上記鋳造材に（熱間）圧延を施し、圧延材を形成する。特に、上記鋳造工程と上記圧延工程とは、連続的に行うと、鋳造材に蓄積される熱を利用して熱間圧延を容易に行えて、エネルギー効率がよい上に、バッチ式の鋳造方法により作製した鋳造材に圧延を施して圧延材を生産する場合と比較して、圧延材（連続鋳造圧延材）の生産性に優れる。更に、鋳造材を連続鋳造材とすると、微細な結晶組織を有する鋳造材に対して連続的に圧延が施されることで、得られた圧延材（連続鋳造圧延材）も、微細な結晶組織を有することができて好ましい。
【００３３】
＜伸線工程＞
次に、上記圧延材又は連続鋳造圧延材に（冷間）伸線加工を施し、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。
【００３４】
伸線加工途中に適宜中間熱処理を行うと、中間熱処理前までの加工により導入された歪を除去して、中間熱処理後の伸線加工性を高められる。中間熱処理条件は、例えば、加熱温度：１５０℃〜４００℃、加熱時間：０．５時間以上が挙げられる。中間熱処理条件は、後述する溶体化処理条件と同じとしてもよい。
【００３５】
＜撚り線工程＞
得られた最終線径の伸線材は、単線のままとしてもよいが、本発明製造方法の一形態として、更に、複数の上記伸線材を用意し、これらの伸線材を撚り合せて撚り線を形成する工程を具え、撚り線とすることができる。更に、本発明製造方法の一形態として、上記撚り線を圧縮成形して所定の線径の圧縮線材を形成する工程を具え、圧縮線材とすることができる。上記撚り線や上記圧縮線材とする場合、後述する溶体化処理は、当該撚り線や当該圧縮線材に施してもよいし、上記伸線材に溶体化処理を施した後、或いは、溶体化処理に加えて時効処理を施す場合は時効処理を施した後に上記撚り線としてもよい。
【００３６】
＜溶体化工程＞
次に、上記最終線径の伸線材、撚り線とする場合には、撚り合せる前の伸線材、又は撚り合せ後の撚り線、圧縮線材とする場合には、圧縮前の撚り線、又は圧縮後の圧縮線材に溶体化処理を施す。この溶体化処理は、主として固溶強化を目的とし、固溶強化による屈曲特性の向上、強度の向上のために行う。なお、鋳造材としてビュレット材を利用する場合は、鋳造後と、上記伸線後との双方に溶体化処理を行ってもよい。ビュレット材に溶体化処理を施すことで、添加元素が十分に固溶した状態となるため、その後の圧延や伸線などの塑性加工を行い易く、伸線後に更に溶体化処理や時効処理を施すことで、強度の向上、引いては屈曲性の向上を図ることができる。
【００３７】
溶体化処理は、上記特定の添加元素を母材のＡｌ中に固溶させて過飽和固溶体を形成できる条件で行う。例えば、上記最終線径の伸線材や撚り線、圧縮線材などを４５０℃以上に加熱した後、急冷する、具体的には、５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することが挙げられる。加熱温度を４５０℃以上とすることで、上述した特定の組成からなるＡｌ合金において、添加元素を母材のＡｌ中に十分に固溶することができる。かつ上述のように冷却速度を大きくして急冷することで、母材に固溶させた元素が冷却工程で析出されることを抑制することができる。上記冷却速度は、水や液体窒素といった液体冷媒を利用したり、送風を行うなどの強制冷却により実現することができる。特に、冷却速度が１００℃／ｍｉｎ以上となるように冷却状態を調整することが好ましい。
【００３８】
溶体化処理中の雰囲気は、代表的には、大気雰囲気が挙げられる。その他、酸素含有量がより少ない雰囲気、例えば、非酸化性雰囲気とすると、溶体化処理中の熱により処理対象の線材の表面に酸化膜が生成されることを抑制することができる。非酸化性雰囲気は、例えば、真空雰囲気（減圧雰囲気）、窒素（Ｎ２）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス雰囲気、水素含有ガス（例えば、水素（Ｈ２）のみ、Ｎ２、Ａｒ、ヘリウム（Ｈｅ）といった不活性ガスと水素（Ｈ２）との混合ガスなど）や炭酸ガス含有ガス（例えば、一酸化炭素（ＣＯ）と二酸化炭素（ＣＯ２）との混合ガスなど）といった還元ガス雰囲気が挙げられる。
【００３９】
また、溶体化処理は、連続加熱処理又はバッチ式加熱処理が利用できる。
（バッチ式加熱処理）
バッチ式加熱処理は、加熱用容器（雰囲気炉、例えば、箱型炉）内に加熱対象を封入した状態で加熱する処理方法であり、一度の処理量が限られるものの、温度制御が行い易く、加熱対象全体の加熱状態を管理し易い処理方法である。バッチ式加熱処理では、加熱対象が所定の温度に加熱されるように、加熱用容器内の雰囲気温度を設定するとよい。
【００４０】
（連続加熱処理）
連続加熱処理は、加熱用容器内に加熱対象を連続的に供給して、加熱対象を連続的に加熱する処理方法であり、１．連続的に加熱できるため作業性に優れる、２．加熱対象となる線材の長手方向に均一的に加熱できるため線材の長手方向における特性のばらつきを抑制できる、といった利点がある。特に、電線用導体に利用されるような長尺な線材に溶体化処理を施す場合、連続加熱処理が好適に利用できる。
【００４１】
上記連続加熱処理は、加熱対象を抵抗加熱により加熱する直接通電方式（通電連続加熱処理）、加熱対象を高周波の電磁誘導により加熱する間接通電方式（高周波誘導連続加熱処理）、その他、加熱雰囲気とした加熱用容器（パイプ炉）内に加熱対象を導入して熱伝導により加熱する炉式が挙げられる。
【００４２】
上記連続加熱処理では、例えば、各種の制御パラメータを適宜変化させて試料に溶体化処理を行い、そのときの試料の特性（ここでは、引張強さ、導電率、伸び）、及び試料の温度（例えば、非接触式の温度測定装置を利用して測定）を測定し、パラメータ値と測定データとの相関データを予め作成する。この相関データに基づいて、所望の特性（ここでは、引張強さ：１５０ＭＰａ〜４００ＭＰａ、導電率：３５％ＩＡＣＳ〜５８％ＩＡＣＳ、伸び：２％以上）を有する溶体化処理材が得られるように上記制御パラメータを調整すると共に、温度の制御を行うことで、連続加熱処理により容易に溶体化処理を行える。例えば、通電方式の制御パラメータは、容器内への供給速度（線速）、加熱対象の大きさ（線径）、電流値などが挙げられる。炉式の制御パラメータは、容器内への供給速度（線速）、加熱対象の大きさ（線径）、炉の大きさ（パイプ軟化炉の直径）などが挙げられる。
【００４３】
＜時効処理＞
本発明製造方法は、更に、上記溶体化処理が施された溶体化処理材（熱処理材）に時効処理を施して熱処理材（時効処理材）を形成する工程を具えることができる。溶体化処理後に時効処理を行うことで、Ａｌ合金中の添加元素を析出させ、Ａｌ合金中に析出物を分散させることができる。この析出物の分散強化、即ち、時効強化により強度の向上を図ることができると共に、固溶元素の低減による導電率の向上を図ることができる。特に、Ａｌ合金が上述のように微細組織であると、析出物が均一的に分散した組織となり易く、強度を更に向上でき、強度及び導電率が高いＡｌ合金線が得られる。
【００４４】
上記時効処理は、上述した連続加熱処理を利用してもよいが、バッチ式加熱処理を利用すると、熱処理時間を十分に保持できるため、析出物を十分に析出させることができる。バッチ式加熱処理により時効処理を行う場合の具体的な条件は、例えば、加熱温度：１００℃以上、加熱時間：０．５時間以上が挙げられ、加熱温度：１００℃〜２５０℃、加熱時間：１時間〜２４時間がより好ましい。また、時効処理も大気雰囲気でもよいし、上述した酸素含有量が少ない雰囲気としてもよい。
【００４５】
＜被覆工程＞
上記溶体化処理、及び適宜時効処理が施された熱処理材（単線、撚り線、及び圧縮線材のいずれか）を用意し、この熱処理材の外周に上述した絶縁材料からなる絶縁被覆層を形成する工程を具えることで、本発明被覆電線を製造することができる。
【００４６】
更に、得られた上記被覆電線の端部に端子部を装着し、端子部付きの被覆電線を複数束ねることで、ワイヤーハーネスを製造することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明Ａｌ合金線、本発明Ａｌ合金撚り線、本発明被覆電線、本発明ワイヤーハーネスは、屈曲特性、強度、電気伝導性に優れる。本発明製造方法は、上記本発明Ａｌ合金線や上記本発明被覆電線を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるアルミニウム合金線を用いた被覆電線の断面模式図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。
【図３】図１および図２に示した被覆電線の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明によるアルミニウム合金撚り線を用いた被覆電線の断面模式図である。
【図５】図４に示した被覆電線の第１の変形例を示す断面模式図である。
【図６】図４に示した被覆電線の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図７】図４に示した被覆電線の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明による被覆電線を用いたワイヤーハーネスを示す模式図である。
【図９】屈曲特性を調べる試験方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００５０】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本発明によるアルミニウム合金線を用いた被覆電線を説明する。
【００５１】
図１および図２に示すように、本発明の一実施形態である被覆電線１０は、アルミニウム合金線２（以下、Ａｌ合金線２と記す）と、当該Ａｌ合金線２の外周を覆い、絶縁体からなる絶縁被覆層３とを備える。Ａｌ合金線２は、Ｍｇを０．１％〜１．５％、Ｓｉを０．０３％〜２．０％、Ｃｕを０．０５％〜０．５％含有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなる。また、Ａｌ合金線２では、Ｍｇ及びＳｉの質量比Ｍｇ／Ｓｉが０．８≦Ｍｇ／Ｓｉ≦３．５を満たし、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上５８％ＩＡＣＳ未満であって、引張強さが１５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下、伸びが２％以上である。Ｍｇを０．１％以上、Ｓｉを０．０３％以上、及びＣｕを０．０５％以上含有し、これらの元素がＡｌに固溶又は析出して存在することで、本発明によるＡｌ合金線２は、屈曲特性、強度に優れる。なお、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｃｕの含有量が高いほどＡｌ合金線の屈曲特性や強度が高まるが、導電率や靭性が低下する上に、伸線加工時などで断線が生じ易くなるため、Ｍｇ：１．５％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｃｕ：０．５％以下とすることが好ましい。
【００５２】
次に、図１および図２に示した被覆電線１０の製造方法を、図３を参照しながら説明する。
【００５３】
本発明による被覆電線１０の製造方法では、図３に示すように、まず鋳造工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、上述した組成のＡｌ合金からなる鋳造材を形成する。鋳造材の形成方法としては、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（以下、ビュレット鋳造と呼ぶ）など、従来周知の任意の方法を用いることができる。
【００５４】
次に、図３に示すように圧延工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）では、上記鋳造材に（熱間）圧延を施し、圧延材を形成する。なお、上記鋳造工程（Ｓ１０）と上記圧延工程（Ｓ２０）とは、連続的に行うことが好ましい。
【００５５】
次に、図３に示すように伸線工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）では、上記圧延材（又は連続鋳造圧延材）に（冷間）伸線加工を施し、伸線材を形成する。伸線加工の方法は従来周知の任意の方法を用いることができる。
【００５６】
次に、図３に示すように溶体化工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）では、上記伸線材に溶体化処理を施す。例えば、上記伸線材を大気雰囲気中で４５０℃以上に加熱した後、急冷（たとえば、５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却）することで、伸線材の母材であるＡｌ中に添加元素を固溶させて過飽和固溶体を形成する。
【００５７】
次に、図３に示すように時効処理工程（Ｓ５０）を実施する。この工程（Ｓ５０）では、例えば、加熱温度：１００℃以上、加熱時間：０．５時間以上といった時効処理が行われる。
【００５８】
次に、図３に示すように被覆工程（Ｓ６０）を実施する。この工程（Ｓ６０）では、上述した時効処理がなされた熱処理材（時効処理材）に絶縁材料からなる絶縁被覆層を形成する。当該絶縁被覆層の形成方法は従来周知の任意の方法を用いることができる。このようにして、図１および図２に示した被覆電線１０を得る事ができる。
【００５９】
（実施の形態２）
図４を参照して、本発明によるアルミニウム合金線を用いた被覆電線を説明する。
【００６０】
図４に示すように、本発明の一実施形態である被覆電線１０は、本発明によるＡｌ合金線２を複数本撚り合せたアルミニウム合金撚り線２０と、当該アルミニウム合金撚り線２０の外周に形成された絶縁被覆層３とを備える。アルミニウム合金撚り線２０では、複数のＡｌ合金線２が図４の紙面に垂直な方向に沿って延びると共に互いに撚り合わされている。また、絶縁被覆層３はアルミニウム合金撚り線２０の外周上に配置されているが、絶縁被覆層３は図４に示すように当該アルミニウム合金撚り線２０の外周面に密着するように形成されていてもよいし、当該外周面と絶縁被覆層３の内周面との間に間隙が形成されていてもよい。このような被覆電線１０によっても、実施の形態１に示した被覆電線１０と同様に優れた屈曲特性および強度を得る事ができる。
【００６１】
図４に示すように、細径の線材（Ａｌ合金線２）であっても撚り合わせることで、屈曲特性や強度の高い線材（撚り線）とすることができる。Ａｌ合金線２の撚り合わせ本数は、特に問わない。例えば、図４に示すように７本のＡｌ合金線２を撚り合わせることでアルミニウム合金撚り線２０としてもよい。また、アルミニウム合金撚り線２０におけるＡｌ合金線の撚り合わせ本数は１１本、１９本、または３７本としてもよい。また、本発明のアルミニウム合金撚り線２０は、撚り合わせた後、後述するように圧縮成形した圧縮線材とすると、撚り合わせた状態よりも線径を小さくすることができ、導体の小径化に寄与することができる。Ａｌ合金線２の断面形状は、図４に示すような円形状であってもよいが、他の任意の形状であってもよい。たとえば、Ａｌ合金線２の断面形状を多角形状（四角形、三角形、台形など）としてもよい。また、アルミニウム合金撚り線２０を構成する複数のＡｌ合金線２は、その径が同じであってもよいが、異なる径のＡｌ合金線２を組み合わせてアルミニウム合金撚り線２０を構成してもよい。たとえば、中心に位置するＡｌ合金線の径を、他の（周囲に位置する）Ａｌ合金線２の径と異なる（たとえば相対的に径を大きくする、あるいは相対的に径を小さくする）ようにしてもよい。また、アルミニウム合金撚り線２０では、強度の安定性などを考慮して、図４に示す断面において中心対称となるようにＡｌ合金線２を配置することが好ましい。
【００６２】
次に、図５を参照して、図４に示した被覆電線１０の第１の変形例を説明する。図５を参照して、被覆電線１０は、基本的には図４に示した被覆電線１０と同様の構成を備えるが、アルミニウム合金撚り線２０を構成するＡｌ合金線２の本数が図４に示した被覆電線１０とは異なっている。すなわち、図５に示した被覆電線１０を構成するアルミニウム合金撚り線２０は、Ａｌ合金線２が１９本撚り合わせられることで形成されている。このような構造の被覆電線１０によっても、図４に示した被覆電線１０と同様の効果を得る事ができる。
【００６３】
次に、図６を参照して、図４に示した被覆電線１０の第２の変形例を説明する。図６を参照して、被覆電線１０は、基本的には図４に示した被覆電線１０と同様の構成を備えるが、アルミニウム合金撚り線２０が径方向の中心に向けて圧縮されている点が図４に示した被覆電線１０と異なっている。具体的には、アルミニウム合金撚り線２０の中心に位置するＡｌ合金線２の断面形状はほぼ六角形状となっている。また、中心に位置するＡｌ合金線２の外周に配置された複数の（図６では６本の）Ａｌ合金線２の断面形状は、アルミニウム合金撚り線２０の中心側の辺の長さが、外周側の辺の長さより短くなっているほぼ台形状となっている。なお、外周に配置された複数のＡｌ合金線２において、アルミニウム合金撚り線２０の外周側に位置する表面（台形の相対的に長い辺を構成する表面）は、アルミニウム合金撚り線２０の中心側から外側に向けて凸形状となった曲面状の形状となっている。また、当該外周に配置された複数のＡｌ合金線２が互いに隣接する部分の断面形状は、アルミニウム合金撚り線２０の中心から径方向外側に向かってほぼ直線状となっている。このようにすれば、図４に示した被覆電線１０と同様の効果に加えて、断面が円形状のＡｌ合金線２を単に撚り合わせた状態よりも、被覆電線１０の線径を小さくすることができるので、導体の小径化に寄与する。また、同じ被覆電線１０の線径であれば、当該被覆電線１０の断面におけるＡｌ合金線２の断面の割合をより大きくすることができる。
【００６４】
次に、図７を参照して図４に示した被覆電線１０の製造方法を説明する。
図７を参照して、図７の鋳造工程（Ｓ１０）〜伸線工程（Ｓ３０）までは、図３に示した鋳造工程（Ｓ１０）〜伸線工程（Ｓ３０）と同様の工程を実施する。その後、図７に示すように加工工程（Ｓ７０）を実施する。この工程（Ｓ７０）では、具体的には上記工程（Ｓ３０）で得られた伸線材を用意し、これらの伸線材を撚り合せて撚り線を形成する。このようにして、アルミニウム合金撚り線２０を得る事ができる。なお、更に、本発明による被覆電線の製造方法の一形態として、上記撚り線を圧縮成形して所定の線径の圧縮線材を形成してもよい。
【００６５】
次に、図７に示した溶体化工程（Ｓ４０）〜被覆工程（Ｓ６０）までは、図３に示した工程（Ｓ４０）〜工程（Ｓ６０）における処理と同様の処理を上記撚り線（または圧縮線）に対して行う。このようにして、図４に示した被覆電線１０を得る事ができる。
【００６６】
（実施の形態３）
図８を参照して、本発明によるワイヤーハーネスを説明する。
【００６７】
図８を参照して、本発明の一実施形態であるワイヤーハーネス３０は、複数本の本発明による被覆電線１０と、これらの被覆電線１０の端部に接続された端子部３１とを備える。なお、端子部３１は、個々の被覆電線１０のそれぞれの端部に個別の端子部材を接続した後、当該端子部材を複数個まとめて固定することで形成されていてもよいし、被覆電線１０の端部を接続可能な接続部が複数個形成されたものであってもよい。また、図８に示したようなワイヤーハーネス３０をさらに複数本束ねてより大きなワイヤーハーネスを構成してもよい。このようなワイヤーハーネスにおいても、本発明による被覆電線１０が屈曲特性や強度に優れることから、十分な耐久性を実現できる。
【００６８】
（実施例）
Ａｌ合金線を作製してＡｌ合金線の種々の特性を調べた。Ａｌ合金線は、溶解→連続鋳造圧延→伸線（適宜中間熱処理）→撚り線化→溶体化（→適宜時効）という手順で作製する。
【００６９】
［Ａｌ合金線の特性］
まず、Ａｌ合金線を作製する。ベースとして純アルミニウム（９９．７質量％以上Ａｌ）を用意して溶解し、得られた溶湯（溶融アルミニウム）に表１に示す添加元素を表１に示す含有量となるように投入して、Ａｌ合金溶湯を作製する。成分調整を行ったＡｌ合金溶湯は、適宜、水素ガス除去処理や、異物除去処理を行うことが望ましい。
【００７０】
【表１】
0005988067.tif 000002
【００７１】
ベルト−ホイール式の連続鋳造圧延機を用いて、用意したＡｌ合金溶湯に鋳造及び熱間圧延を連続的に施して連続鋳造圧延を行い、φ９．５ｍｍのワイヤーロッド（連続鋳造圧延材）を作製する。Ｔｉ、又はＴｉ及びＢを含有する試料は、表１に示す含有量となるように、鋳造直前のＡｌ合金溶湯にＴｉ粒又はＴｉＢ２ワイヤを供給する。
【００７２】
上記ワイヤーロッドに冷間伸線加工を施して、最終線径φ０．３ｍｍ又はφ１ｍｍの伸線材を作製する。表２において「中間熱処理有り」の試料は、伸線加工途中に、適宜中間熱処理（３００℃×３時間、又は溶体化処理と同様の条件）を行う。得られた最終線径φ０．３ｍｍ又はφ１ｍｍの伸線材に、表２に示す熱処理条件により、溶体化処理、適宜時効処理を施して熱処理材（Ａｌ合金線）を作製する。
【００７３】
表２の溶体化処理において「通電加熱」は、上記伸線材に直接通電して抵抗加熱により加熱する連続加熱処理、「誘導加熱」は、高周波の電磁誘導により上記伸線材を加熱する連続加熱処理、表２に加熱温度及び加熱時間が記載されている試料は、加熱用容器を用いたバッチ式加熱処理を適用している。連続加熱処理では、上述した、制御パラメータ値と測定データとの相関データを予め作成しておき、この相関データに基づいて所望の特性（導電率など）が得られるように制御パラメータ（線速や電流値など）を調整して、各試料に加熱処理を施す。時効処理は、加熱用容器を用いたバッチ式加熱処理を適用している。
【００７４】
【表２】
0005988067.tif 000003
【００７５】
得られた最終線径φ１．０ｍｍの熱処理材について、引張強さ（ＭＰａ）、導電率（％ＩＡＣＳ）、伸び（％）、屈曲特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００７６】
引張強さ（ＭＰａ）及び伸び（％、破断伸び）は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（金属材料引張試験方法、１９９８）に準拠して、汎用の引張試験機を用いて測定した。導電率（％ＩＡＣＳ）は、ブリッジ法により測定した。
【００７７】
屈曲特性は、以下のようにして測定した。図９に示すように、対向配置させた一対のマンドレルｍ間に試料Ｓ（直径：φ０．３ｍｍ）を配置し、試料Ｓの一端に錘ｗ（負荷加重：１００ｇ）を取り付け、他端を試験機のレバーｌで把持してマンドレルｍの外周に沿って試料Ｓに曲げ半径Ｒ（＝１５ｍｍ）の曲げを加え、試料Ｓが破断するまでの曲げ回数を測定した。曲げ回数は、９０°往復を１回と数える。例えば、図９に示す矢印のように曲げた場合、曲げ回数は２回となる。
【００７８】
【表３】
0005988067.tif 000004
【００７９】
表３に示すように、溶体化処理を行うことで、屈曲特性に優れるＡｌ合金線が得られることが分かる。特に、特定の組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなり、溶体化処理を施した試料Ｎｏ．１〜５は、屈曲特性及び強度に優れる。かつ、これらの試料Ｎｏ．１〜５は、導電率及び伸びも高く、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上、伸びが２％以上を満たす。特に、導電率が４０％ＩＡＣＳ以上、伸びが１０％以上でありながら、引張強さが２５０ＭＰａ程度以上である試料が得られていることが分かる。また、溶体化処理後に時効処理を施すことで、強度及び導電率が向上する傾向にあることが分かる。
【００８０】
これに対し、特定の組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ではない試料Ｎｏ．１０１，１０２は、最終線径の伸線材に溶体化処理及び時効処理を施しても、屈曲特性や強度に劣ることが分かる。一方、ＭｇやＣｕを多く含む試料Ｎｏ．１０３，１０４は、高強度で耐屈曲性に優れるが、伸びが小さく、導電率も低いことが分かる。
【００８１】
上述のように特定の組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなり、最終線径の伸線材に溶体化処理、適宜時効処理を施して得られたＡｌ合金線は、屈曲特性に優れる上に、強度、電気伝導性、靭性にも優れている。従って、これらのＡｌ合金線は、ワイヤーハーネスの電線用導体、特に軽量であることが望まれる自動車用ワイヤーハーネスの電線用導体に好適に利用できると期待される。
【００８２】
なお、上述した実施形態および実施例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、Ａｌ合金の組成、Ａｌ合金線の線径、溶体化処理条件などを特定の範囲で変化させてもよい。また、Ａｌ合金線を撚り線としたり、圧縮線材とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明被覆電線は、軽量で、かつ屈曲特性及び強度に優れることが望まれる用途、例えば、自動車のワイヤーハーネスの電線に好適に利用することができる。本発明アルミニウム合金線及び本発明アルミニウム合金撚り線は、上記被覆電線の導体に好適に利用することができる。本発明ワイヤーハーネスは、例えば、自動車の配線に好適に利用することができる。本発明アルミニウム合金線の製造方法、及び本発明被覆電線の製造方法は、上記本発明アルミニウム合金線や本発明被覆電線の製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
２  アルミニウム合金線、３  絶縁被覆層、１０  被覆電線、２０  アルミニウム合金撚り線、３０  ワイヤーハーネス、３１  端子、ｌ  レバー、Ｓ  試料、ｗ  錘、ｍ  マンドレル、Ｒ  曲げ半径。
【図１】
0005988067.tif 000005
【図２】
0005988067.tif 000006
【図３】
0005988067.tif 000007
【図４】
0005988067.tif 000008
【図５】
0005988067.tif 000009
【図６】
0005988067.tif 000010
【図７】
0005988067.tif 000011
【図８】
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【図９】
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