(57)【要約】【課題】メカニカルアロイングを実施するための設備が不要であり、導電率の低下、延性の低下が発生せず、引張強さを向上させることができるアルミニウム材料を提供する。【解決手段】純度９９％以上の純アルミニウム粉末を原料とし、酸素量０．１５ｗｔ．％〜０．４５ｗｔ．％の酸化アルミニウムが内部に分散し、かつ、結晶粒径が３μｍ以下となっていることで、引張強さが１１０ＭＰａ以上になっており、導電率が５３％以上になっているアルミニウム材料である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度９９％以上の純アルミニウム粉末を原料とし、酸素量０．１５ｗｔ．％〜０．４５ｗｔ．％の酸化アルミニウムが内部に分散し、かつ、結晶粒径が３μｍ以下となっていることで、引張強さが１１０ＭＰａ以上になっており、導電率が５３％以上になっていることを特徴とするアルミニウム材料。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニム材料を伸線加工し焼鈍することで得られることを特徴とする電線用導体。
【請求項３】
請求項２に記載の電線用導体を芯線とすることを特徴とする車両用電線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム材料とこのアルミニウム材料を用いて製造された電線用導体および上記電線用導体を用いて製造された車両用電線に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、純アルミニウム粉またはアルミニウム合金粉にメカニカルアロイングを施し、メカニカルアロイング粉中の構成元素の一部を処理工程中または処理後において一部酸化させ、これによって生成される酸化物を強化粒子として分散させることを含む高強度アルミニウム合金粉末の製造方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
また、金属ナノ結晶粒子の粒子間および／または粒子の内部に、結晶粒成長抑制物質として金属または半金属の酸化物を存在させる金属バルク材の製造方法が知られている（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
また、自然酸化物形成層を有するアルミニム粉末を熱間加工するナノアルミニウム／アルミナ金属母材複合材料の製造方法が知られている（たとえば特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、アルミニウム基粒子分散型複合材料やこの製造方法として、たとえば、特許文献４に示すものが知られており、酸化物分散型合金の製造方法として、たとえば、特許文献５に示すものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２６８４０１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４３５９６号公報
【特許文献３】特表２０１０−５１１０９８号公報
【特許文献４】特許第３４５８１４６号公報
【特許文献５】特開２００６−５７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１では、原料粉末内部に金属酸化物を導入するために、原料粉末にメカニカルアロイングを施している。
【０００８】
また、特許文献２では、原料としてナノ結晶粒子をもつナノ金属粉末を利用するので、その作成のためにメカニカルアロイングを施している。
【０００９】
また、特許文献３では、機械的特性、熱伝導率、比熱に着目しているだけである。
【００１０】
したがって、上記各先行技術文献に記載されているものでは、次に示すような問題点がある。
【００１１】
粉末へのメカニカルアロイングを実施するための設備が必要になる。酸化物を過剰に導入すると、導電率が低下してしまう。アルミニウムの高強度化の手法として合金化することが広く知られているが、合金化によって強度を向上させると、固溶元素によって導電率や延性が低下してしまう。また、材料のリサイクル性が悪化する。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、メカニカルアロイングを実施するための設備が不要であり、導電率の低下、延性の低下が発生せず、引張強さを向上させることができるアルミニウム材料、および、アルミニウム材料を用いた電線用導体およびこの電線用導体を用いた車両用電線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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、純度９９％以上の純アルミニウム粉末を原料とし、酸素量０．１５ｗｔ．％〜０．４５ｗｔ．％の酸化アルミニウムが内部に分散し、かつ、結晶粒径が３μｍ以下となっていることで、引張強さが１１０ＭＰａ以上になっており、導電率が５３％以上になっているアルミニウム材料である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアルミニム材料を伸線加工し焼鈍することで得られる電線用導体である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電線用導体を芯線とする車両用電線である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、メカニカルアロイングを実施するための設備が不要であり、導電率の低下、延性の低下が発生せず、引張強さを向上させることができるアルミニウム材料、および、アルミニウム材料を用いた電線用導体およびこの電線用導体を用いた車両用電線を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるアルミニウム材料の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアルミニウム材料の製造工程を示す図である。
【図３】（ａ）は酸素量と延性との関係を示す図（グラフ）であり、（ｂ）は酸素量と引張強さ増加量との関係を示す図（グラフ）であり、（ｃ）は酸素量と導電率との関係を示す図（グラフ）であり、（ｄ）は粉末の表面積と酸素量との関係を示す図（グラフ）である。
【図４】試料の粒径と押出材の酸素含有量との関係を示す図である。
【図５】試料の粒径と押出材の導電率等の特性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係るアルミニウム材料は、粉末冶金法によって原料粉末から製造されるものであり、アルミニウム材料を伸線加工し焼鈍することで電線用導体を得ることができる。また、電線用導体を絶縁性の合成樹脂等で構成された被覆体で覆うことで、電線用導体を芯線とする電線（たとえば自動車用電線等の車両用電線）を得ることができる。
【００１９】
アルミニウム材料の製造方法について、図２等を参照して詳しく説明する。
【００２０】
まず、原料粉末（純度９９％以上の純アルミニウム粉末）を秤量する（Ｓ１）。続いて、秤量した原料粉末を圧粉成形する（Ｓ３）。続いて、圧粉成形した圧粉体を焼結する（Ｓ５）。続いて、焼結された焼結体を熱間もしくは温間押出し成形して（Ｓ７）、素材（細長い棒状のアルミニウム材料）を得る（Ｓ９）。
【００２１】
工程Ｓ１で秤量される原料粉末（アルミニウム粉末）は、たとえば概ね球形状または雫状に形成されており、粉体径は１．２μｍ〜１８０μｍになっている。なお、アルミニウム粉末が雫状になっている場合、短径もしくは長径を粉体径として採用してもよいし、短径と長径の平均値を粉体径として採用してもよい。
【００２２】
工程Ｓ１で秤量したアルミニウム粉末は、所定時間大気中に置かれ、これによって表面に酸化被膜が形成される。酸化被膜が形成されたアルミニウム粉末が、工程Ｓ３で圧粉成形される。
【００２３】
工程Ｓ３での圧粉の条件に特に限定は無いが、圧粉体の密度は２．７ｍｇ/ｍ３付近とすることが望ましい。２．７ｍｇ/ｍ３とは、社団法人  日本アルミニウム協会発行「アルミニウムハンドブック 第６版」に記載される純アルミニウムの密度の値である。
【００２４】
焼結工程Ｓ５での焼結温度は、圧粉された純アルミニウム粉末が焼結可能であり、かつ、純アルミニウムの融点を超えない温度（４００℃〜６３０℃）であることが望ましい。
【００２５】
押出し成形工程Ｓ７における純アルミニウム焼結体の温度は、純アルミニウム焼結体が押出し可能な温度（３００℃以上）であることが望ましい。ただし、純アルミニウムの融点を超えない温度を超えないようにすることが望ましい。
【００２６】
所望の強度特性を得るために、図２で示す工程を経て作成されたアルミニウム材料の結晶粒径は、３μｍ以下（伸長粒の場合は短径）となっていることが必要であり、かつ、酸素量０．１５ｗｔ．％〜０．４５ｗｔ．％（重量％；質量％）の酸化アルミニウムが内部に分散していることが必要である。
【００２７】
なお、図１はアルミニウム材料中に酸化物が分散した状態を示しており、円Ｃ１が酸化物を示している。本実施形態に係るアルミニウム材料では、結晶粒の粒径が３μｍ以下になっており、結晶粒内に酸化物が分散している。
【００２８】
原料粉末の粉体径が１．２μｍ〜１８０μｍであることについて詳しく説明する。
【００２９】
粉体径が１８０μｍ以上（酸素量０．１５ｗｔ％以下）である場合、粉末の表面積が減少するので酸化物含有量が低下し酸化物の分散度も低下する。この結果、酸化物分散強化の寄与は低下し、溶融法に対する利点が失われる。たとえば、すでに一般的に製造されている溶融法によるＡｌ−Ｆｅ合金（O材）の特性は、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に定義される引張強さ（ＵＴＳ）１１０ＭＰａ、導電率５９％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒ）であり、アルミニウム材料（粉末冶金法によって作成されたアルミニウム材料）で１１０ＭＰａ以上の引張強さとするには、粉体径を１８０μｍ以下にする必要がある。なお、アルミニウム材料の引張強さの上限は、特に定めないが、たとえば、アルミニウム材料の引張強さの範囲は、１１０ＭＰａ〜２３０ＭＰａになっている。２３０ＭＰａとは、粉体径３μｍの粉末で作製した押出材をひずみε≒４まで伸線加工した材料の引張強さである。
【００３０】
また、アルミニウム材料を断面積０．５ｍｍ２の自動車用電線（一般電線および耐熱電線）の導体として用いる場合、１０Ａヒューズとのマッチングをとるために導電率を５３％以上としつつ、引張強さを１４０ＭＰａとする必要がある。
【００３１】
導電率を５３％以上（たとえば、５３％〜１００％）にするためには、図３で示す導電率と酸素量との相関関係、酸素量と粉末表面積との相関関係から、粉体径を１．２μｍ以上（酸素量０．４５ｗｔ．％以下）にする必要がある。
【００３２】
また、アルミニウム材料を大きい断面積０．７５ｍｍ２の自動車用電線（一般電線および耐熱電線）の導体として用いる場合、引張強さを９４ＭＰａ以上とし、導電率を５８％以上とする必要がある。これは、粉体径を２０μｍ〜１８０μｍとすることで満足させることができる。
【００３３】
図４や図５を参照すると、アルミニウム材料（粉末冶金法による高強度純アルミニウム材料）によれば、溶融法によって作成された純アルミニウム材料の引張強さが７０ＭＰａ程度であるのに対し、粉末表面に形成された酸化物を均一分散（アルミニウム材料中に酸化物を高密微細に分散）させることで、導電率５３％以上を確保しつつ、かつ、伸び（延性）を著しく低下させることなく、引張強さが向上している。
【００３４】
また、アルミニウム材料によれば、粉体径１．２μｍ〜１８０μｍの純アルミニウム粉末を大気中に置くことによって生じる酸化被膜をそのまま活用するので、メニカルアロイングを実施するための設備が不要になり、メカニカルアロイングなどの高エネルギーのミリング工程が不要になる。
【００３５】
すなわち、原料となるアルミニウム粉末の径を調整するだけで、アルミニウム材料の強度や導電率を制御できる。
【００３６】
また、アルミニウム材料によれば、第２の元素（アルミニウムと酸素以外の金属元素等の元素）を添加していないので、導電率の著しい低下が抑制されている。すなわち、アルミニウム材料の引張強さが１４０ＭＰａ以上であっても、導電率が５３％になり、断面積０．５ｍｍ２の電線にも使用することができ、リサイクル性にも優れている。
【００３７】
また、アルミニウム材料によれば、断面積０．７５ｍｍ２の電線の要件（引張強さ９４ＭＰａ以上、導電率５８％以上）も満足する。
【００３８】
なお、図５で示す「ＹＳ」は、「Ｙｉｅｌｄ  Ｓｔｒｅｓｓ」であり、「ＵＴＳ」は、「Ｕｌｔｉｍａｔｅ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ」である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｓ１  秤量工程
Ｓ３  圧粉成形工程
Ｓ５  焼結工程
Ｓ７  押出し成形工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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