(57)【要約】【課題】  安価に構成されるとともに、導電率が６２％ＩＡＣＳ以上であり、伸び率が大きく、且つ、引張強度が１２０ＭＰａ以上であるアルミニウム合金線を提供すること。【解決手段】  Ｆｅの含有量が１．０質量％以上且つ２．５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物である、アルミニウム合金により構成されるアルミニウム合金線とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅの含有量が１．０質量％以上且つ２．５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物である、アルミニウム合金。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム合金線において、
Ｓｉの含有量が、０．１質量％以上且つ２．０質量％以下である、アルミニウム合金。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアルミニウム合金線において、
Ｆｅの含有量が、２．０質量％よりも多く且つ２．５質量％以下である、アルミニウム合金。
【請求項４】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金により構成される、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、アルミニウム合金及びアルミニウム合金線に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネットワイヤー、ワイヤーハーネス等の電線として、銅線或いは銅合金線が良く用いられている。銅線或いは銅合金線の需要は、電気自動車やハイブリッド自動車の普及、及び、各種の機械的システムの電気的システムへの転化により、増加している。このため、資源としての銅の枯渇或いは値段の高騰が予測される。そこで、銅に代えた材料を用いた電線の開発が望まれる。
【０００３】
電線に用いる銅や銅合金の代替材料として、アルミニウムが有力視されている。アルミニウム線の導電率は比較的高い。例えば、一般的な工業用アルミニウム（Ａ１０６０：純度９９．６％）を用いたアルミニウム線の導電率は６２％ＩＡＣＳ（international  annealed  copper  standard）である。また、アルミニウム線は銅線と比較して軽い。従って、アルミニウム線を使用することによって、電気部品の軽量化をも図ることもできる。
【０００４】
しかし、アルミニウムは銅に比べて伸び率が小さいため、伸線加工により線径の小さいアルミニウム線を得ることが困難である。例えば、従来では、線径（直径）φ０．５ｍｍのアルミニウム線を作製することは難しい。
【０００５】
また、アルミニウム線の引張強度は低い。例えば、Ａ１０６０のアルミニウムの引張強度は約７０ＭＰａ程度でしかない。このため、アルミニウム線に絶縁被覆を形成するとき、或いは、絶縁被覆されたアルミニウム線をモータのコア等に巻回するときに、引張強度が低いことに起因して、アルミニウム線が破断する虞がある。また、アルミニウム線に端子をかしめ接合する際に発生する応力によっても、アルミニウム線が破断する虞がある。なお、車載用のモータのコアに電線を巻回する際には、電線の引張強度が１２０ＭＰａ以上でないと、電線が破断する虞がある。
【０００６】
アルミニウム線の上記した欠点を克服するために、様々な成分を含有させてなるアルミニウム合金線が提案されている。特許文献１は、０．２５質量％〜０．４５質量％のＺｒＯ、０．０３質量％〜０．３質量％のＳｉＯ、０．１質量％〜０．３質量％のＦｅ、０．０１質量％〜０．０５質量％のＴｉ、を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金線を開示する。特許文献２は、０．２質量％〜１．０質量％のＦｅ、０．０１質量％〜０．１０質量％のＺｒを含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金線を開示する。特許文献３は、０．６質量％〜１．５質量％のＦｅ、０．０５質量％〜０．５質量％のＭｇを含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金線を開示する。特許文献４は、０．８質量％〜３．０質量％のＦｅ、Ｓｉ及びＣｕを含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金線を開示する。非特許文献１は、０．６質量％のＦｅ及び０．０２質量％のＺｒを含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金線を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３１１５４９号公報
【特許文献２】特開２００６−０８６６９４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６２８２６号公報
【特許文献４】特開２０１１−２５２１８５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日立電線技報  Ｎｏ．２５  （２００６−１）  ｐ．３１−３４
【発明の概要】
【０００９】
（発明が解決しようとする課題）
特許文献１，２，及び非特許文献１に記載のアルミニウム合金線は、合金成分中にレアメタルであるＺｒやＴｉが含有されているため、これらのレアメタルの使用による資源の枯渇といった問題、及び、材料コストが高いといった問題を有する。さらに、特許文献１，２及び非特許文献１に開示されたアルミニウム合金線は、高い強度を有するものの、伸び率が小さい（靱性が低い）ために断線が生じやすく、また、線径φ０．５ｍｍ以下の線に伸線加工することが困難である。また、特許文献３，４及び非特許文献１に記載のアルミニウム合金線の導電率は６０％ＩＡＣＳ以下であり、一般的な工業用アルミニウム（Ａ１０６０）により形成されるアルミニウム線の導電率（約６２％ＩＡＣＳ）に比べて低い。さらに、特許文献３に記載のアルミニウム線の引張強度は低いため、車載用のモータのコアに巻回する電線として利用することはできない。
【００１０】
このように、従来のアルミニウム合金線は、種々の問題点を有している。本発明は、安価に構成されるとともに、導電率が６２％ＩＡＣＳ以上であり、伸び率が大きく、且つ、引張強度が１２０ＭＰａ以上であるアルミニウム合金線、及びそのようなアルミニウム合金線を形成するためのアルミニウム合金を提供することを、目的とする。
【００１１】
（課題を解決するための手段）
本発明は、Ｆｅの含有量が１．０質量％以上且つ２．５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物である、アルミニウム合金を提供する。この場合、Ｓｉの含有量が、０．１質量％以上且つ２．０質量％以下であるのが好ましい。また、Ｆｅの含有量が、２．０質量％よりも多く且つ２．５質量％以下であるのが好ましい。さらに、本発明は、上記構成のアルミニウム合金により構成されるアルミニウム合金線を提供する。
【００１２】
本発明によれば、資源として豊富に存在するＦｅ、Ｓｉ、Ａｌによりアルミニウム合金及びアルミニウム合金線が構成されるため、資源の枯渇による材料コストの高騰は生じない。よって、安価なアルミニウム合金及びアルミニウム合金線を提供することができる。また、Ｆｅ，Ｓｉ，Ａｌの産地の偏りは小さいため、アルミニウム合金及びアルミニウム合金線の安定供給を実現できる。また、本発明に係るアルミニウム合金及びアルミニウム合金線は、リサイクル性に優れる。
【００１３】
さらに、本発明に係るアルミニウム合金は、伸び率が大きいため、線径φ０．２ｍｍ程度のアルミニウム合金線を作製することができる。また、本発明に係るアルミニウム合金を用いて形成されるアルミニウム合金線の引張強度は１２０ＭＰａ以上であり、且つ、導電率は６２％ＩＡＣＳ以上である。以上のことから、本発明によれば、安価に構成されるとともに、導電率が６２％ＩＡＣＳ以上であり、伸び率が高く、且つ引張強度が１２０ＭＰａ以上であるアルミニウム合金線及び、そのようなアルミニウム合金線を形成するためのアルミニウム合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】屈曲性試験の方法を示す図である。
【図２】アルミニウム合金成分中に含有されるＦｅの含有率が１．２０質量％である場合における、アルミニウム合金成分中のＳｉの含有率と導電率との関係を示すグラフである。
【図３】アルミニウム合金成分中に含有されるＦｅの含有率が２．４５質量％である場合における、アルミニウム合金成分中のＳｉの含有率と導電率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態に係るアルミニウム合金線は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｓｉ（ケイ素）、及び不可避不純物により構成される。Ａｌ，Ｆｅ，Ｓｉは、資源として豊富に存在するため、これらを原料としてアルミニウム合金線を作製した場合に資源の枯渇による材料コストの高騰は生じない。よって、安価にアルミニウム合金線を構成することができる。
【００１６】
アルミニウム合金線を構成する成分（アルミニウム合金成分）中にＦｅを含有させた場合、アルミニウム合金線の引張強度が向上する。Ｆｅの含有量が多いほど、引張強度は高まる。例えば、Ｆｅの含有量が１．８質量％以上である場合、アルミニウム合金線の引張強度は１２０ＭＰａ以上である。
【００１７】
アルミニウム合金成分中におけるＦｅの含有量が多いほど、引張強度は高まるが、その反面、導電率は低下する。例えば、６２％ＩＡＣＳ以上の導電率を得るためには、Ｆｅの含有量は１．１質量％以下でなければならない。また、Ｆｅの含有量が多いほど、伸び率も低下する。
【００１８】
この点につき、本発明者等は、アルミニウム合金成分中に、Ｆｅに加えて、０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下のＳｉを含有させた場合、Ｆｅを含有させたことによる導電率の低下が抑制されることを見出した。つまり、Ｆｅが含有されたアルミニウム合金成分中に上記した所定量のＳｉを加えた場合、Ｓｉを加えていない場合に比べて、導電率が高まる。換言すれば、Ｓｉの添加によって導電率が回復する。
【００１９】
しかも、アルミニウム合金成分中におけるＦｅの含有量が１．８質量％以下である場合にあっては、上記した所定量のＳｉを加えることによって、アルミニウム合金線の引張強度も向上する。このため、Ｆｅの含有量が１．０質量％以上であれば、上記した所定量のＳｉを加えることによって、アルミニウム合金線の引張強度が１２０ＭＰａ以上となる。また、アルミニウム合金成分中におけるＦｅの含有量が１．８質量％を越えている場合、上記した所定量のＳｉを加えると、Ｓｉを加えていない場合と比較して引張強度は低下するものの、それでも引張強度が１２０ＭＰａを下回ることはない。
【００２０】
さらに、Ｆｅが含有されたアルミニウム合金成分中に上記所定量のＳｉを加えることにより、伸び率も向上する。以上のことから、Ｆｅが含有されたアルミニウム合金成分中に０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下のＳｉを加えることで、安価であり、導電率が６２％ＩＡＣＳ以上であり、伸び率が大きく、且つ、引張強度が１２０ＭＰａ以上であるアルミニウム合金線を得ることができる。
【００２１】
Ｆｅの含有量が１．０質量％未満であると、アルミニウム合金成分中に上記した所定量のＳｉを含有させた場合であっても、引張強度が低い。また、Ｆｅの含有量が２．５質量％を越えると、アルミニウム合金成分中に上記した所定量のＳｉを含有させた場合であっても、導電率が低い。故に、アルミニウム合金成分中におけるＦｅの必要な含有量は、１．０質量％以上であり且つ２．５質量％以下である。
【００２２】
アルミニウム合金成分中におけるＦｅの含有量が１．０質量％以上且つ２．５質量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下であるときに、Ｓｉの含有量とアルミニウム合金線の導電率とは相関を示す。導電率のピークはＳｉの含有量の上記範囲内に存在すると考えられる。Ｓｉの含有量が０．０５質量％未満である場合、及び、０．２５質量％を越える場合、導電率は６２％ＩＡＣＳ未満を示す。また、Ｓｉの含有量が０．２５質量％を越えると、アルミニウム合金の伸び率が低下する。従って、アルミニウム合金成分中におけるＳｉの必要な含有量は、０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下である。
【００２３】
すなわち、本実施形態に係るアルミニウム合金は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ａｌ及び不可避不純物からなり、Ｆｅの含有量が１．０質量％以上且つ２．５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下であり、残部がＡｌび不可避不純物である。このようなアルミニウム合金により形成されるアルミニウム合金線は、資源の豊富な材料のみによって安価に構成することができ、導電率が６２％ＩＡＣＳ以上であり、伸び率が大きく伸線加工が容易であり、且つ、引張強度が１２０ＭＰａ以上である。
【００２４】
アルミニウム合金成分中におけるＳｉの含有量は、０．１質量％以上且つ０．２５質量％以下であるのが好ましい。より好ましくは、アルミニウム合金成分中におけるＳｉの含有量は、０．１質量％以上且つ０．２質量％以下である。Ｓｉの含有量が上記した範囲内であれば、アルミニウム合金線の導電率を安定した高い値に維持することができる。
【００２５】
アルミニウム合金成分中におけるＦｅの含有量は、２．０質量％よりも多く且つ２．５質量％以下であるのが好ましい。より好ましくは、アルミニウム合金成分中におけるＦｅの含有量は、２．２質量％よりも多く且つ２．５質量％以下である。Ｆｅの含有量が上記した範囲内であれば、アルミニウム合金線の引張強度を安定した高い値に維持することができる。
【００２６】
（実施例）
１．試料の作製
溶解・鋳造工程、鍛造工程、第１熱処理工程、伸線加工工程、第２熱処理工程を経て、表１の各例（実施例１〜５、比較例Ｃ１〜Ｃ６）に示す組成を有するアルミニウム合金線（試料）を作製した。各工程の詳細を、以下に示す。
【００２７】
［溶解・鋳造工程］
原料として、純度９９．９５％以上のアルミニウム塊、１０質量％の鉄を含有したアルミニウム合金塊、及び、２０質量％のシリコン（ケイ素）を含有したアルミニウム合金塊を用意した。次いで、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）の組成が表１の各例に示す組成になるように、それぞれの原料を秤量した。そして、秤量したそれぞれの原料を溶解炉に投入して加熱することにより合金溶湯を作製した。作製した合金溶湯を鋳型に注湯し、金型鋳造によりφ１６ｍｍのビレットを作製した。
【００２８】
［鍛造工程］
次に、作製したビレット（φ１６ｍｍ）を２００℃に加熱した状態で鍛造した。２００℃での鍛造を１５回繰り返すことにより、φ１６ｍｍのビレットを伸ばし、φ１０ｍｍのアルミニウム合金円柱を成形した。
【００２９】
［第１熱処理工程］
φ１０ｍｍのアルミニウム合金円柱を加熱炉に投入し、４００℃で１０分間保持した。１０分経過後にアルミニウム合金円柱を加熱炉から取り出し、大気中で冷却した。この第１熱処理工程により、アルミニウム合金円柱を構成する材料の組織が均質化される。
【００３０】
［伸線加工工程］
第１熱処理工程を経たアルミニウム合金円柱を冷間でスエージング加工して、線径φ１ｍｍのアルミニウム合金線を作製した。さらに、作製した線径φ１ｍｍのアルミニウム合金線を引抜加工して、線径φ０．５ｍｍのアルミニウム合金線を作製した。
【００３１】
［第２熱処理工程］
線径φ０．５ｍｍのアルミニウム合金線を雰囲気炉（Ａｒガスフロー炉）に投入し、昇温速度約２０℃／分にて４００℃になるまで加熱した。４００℃での加熱を２時間実施し、２時間経過後に冷却した。この第２熱処理工程により、アルミニウム合金線の歪を除去するとともに析出物を均一分散させて、導電率及び強度を向上させる。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
２．作製した各試料の評価
作製した各試料の導電率［％ＩＡＣＳ］、引張強度［ＭＰａ］、伸び率［％］を測定した。また、作製した各試料の耐屈曲性を評価した。さらに、作製した各試料をさらに引抜加工して、線径φ０．２ｍｍのアルミニウム合金線を成形できるか否かを評価した。
【００３４】
導電率の測定にあたり、作製した各試料を３００ｍｍの長さに切断し、それを２０℃（±０．５℃）の温度に維持した恒温槽中に投入した。そして、恒温槽中にて４端子法（端子間距離は２００ｍｍ）により、導電率を測定した。また、引張強度及び伸び率は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠した引張試験法を実施することにより測定した。
【００３５】
また、耐屈曲性を評価するにあたり、屈曲性試験を実施した。図１は、屈曲性試験の方法を示す図である。図１（ａ）に示すように、耐屈性試験に用いられる試験装置１０は、直径２．０ｍｍの一対のマンドレル２，２と、２００ｇの錘３と、チャック４と、保持板５と、を備える。一対のマンドレル２，２は、それぞれの周面が対面するように、１ｍｍの間隔を開けて平行に配設される。一対のマンドレル２，２の下方側に保持板５が配設される。
【００３６】
試験装置１０に、試料である所定の長さのアルミニウム合金線１がセットされる。このとき、セットされるアルミニウム合金線１の下端に錘３が取り付けられる。錘３が下端に取り付けられたアルミニウム合金線１は、保持板５に形成された振れ防止用の貫通孔５ａ及び一対のマンドレル２，２間を挿通するように、錘３から上方に延設される。そして、アルミニウム合金線１の上端がチャック４で保持される。
【００３７】
図１（ａ）に示される状態においては、チャック４は一対のマンドレル２，２の上方に位置する。そのためアルミニウム合金線１は上下方向に真っ直ぐに延びている。図１（ａ）に示すアルミニウム合金線１の配設状態を、中立状態と呼ぶ。また、図１（ｂ）に示される状態においては、チャック４は、図１（ａ）に示す位置から、一対のマンドレル２，２を中心として時計周り方向に９０°回転した位置に配置されている。チャック４の時計周り方向への回転に伴い、アルミニウム合金線１は、マンドレル２，２に挟まれている部分を屈曲部位として図の右側に折れ曲がる。図１（ｂ）に示すアルミニウム合金線１の配設状態を、右傾状態と呼ぶ。また、図１（ｃ）に示される状態においては、チャック４は、図１（ｂ）に示す位置から、一対のマンドレル２，２を中心として反時計周り方向に１８０°回転した位置に配置されている。チャック４の反時計周り方向への回転に伴い、アルミニウム合金線１は、マンドレル２，２に挟まれている部分を屈曲部位として図の左側に折れ曲がる。図１（ｃ）に示すアルミニウム合金線１の配設状態を、左傾状態と呼ぶ。
【００３８】
試験装置１０は、セットされているアルミニウム合金線１の配設状態が、中立状態（図１（ａ））→右傾状態（図１（ｂ））→左傾状態（図１（ｃ）の順で連続的に変化するように、チャック４を往復回動させることにより、アルミニウム合金線１（試料）を屈曲させる。図１（ａ）→図１（ｂ）→図１（ｃ）に示すアルミニウム合金線１の一連の配設状態の変化を１回とカウントし、これを繰り返す。この繰り返し回数を屈曲回数と呼ぶ。このときにおけるチャック４の往復回動速度、すなわちアルミニウム合金線１の折り曲げ速度は、３０回／分とする。そして、アルミニウム合金線１が破断したときにおける屈曲回数を、破断曲げ回数として測定する。こうして測定された破断曲げ回数によって、耐屈曲性が評価される。
【００３９】
表２に、各試料についての測定結果及び評価結果を示す。
【表２】
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【００４０】
表２において、破断曲げ回数の欄に示される数値は、各試料について複数回の屈曲性試験を実施した場合における平均値である。また、φ０．２ｍｍ加工の欄において、線径φ０．２ｍｍのアルミニウム合金線を引抜加工により作製できた試料については○（合格）と表記し、作製できなかった試料については×（不合格）と表記した。また、評価の欄において、導電率が６２％ＩＡＣＳ以上であり、引張強度が１２０ＭＰａ以上であり、伸び率が１０％以上であり、破断曲げ回数が１０回以上であり、且つ、線形φ０．２ｍｍの引抜加工ができた試料については○（合格）と表記し、上記のうちの一つでも達成できなかった試料（すなわち○以外の試料）については×（不合格）と表記した。
【００４１】
表２によれば、本実施例に係るアルミニウム合金線は、目標とする高い引張強度、高い伝導率、高い伸び率を示し、さらに、耐屈曲性も良好で、且つ、線径φ０．２ｍｍの伸線加工をすることができることがわかる。
【００４２】
図２は、アルミニウム合金成分中に含有されるＦｅの含有率が１．２０質量％である場合における、アルミニウム合金成分中のＳｉの含有率と導電率との関係を示すグラフである。図２のグラフは、作製した試料について測定した導電率のうち、表２の比較例Ｃ１，実施例１，実施例２，実施例３，比較例Ｃ２について測定した導電率を用いて作成した。また、図３は、アルミニウム合金成分中に含有されるＦｅの含有率が２．４５質量％である場合における、アルミニウム合金成分中のＳｉの含有率と導電率との関係を示すグラフである。図３のグラフは、作製した試料について測定した導電率のうち、表２の比較例Ｃ３，実施例４，実施例５，比較例Ｃ４について測定した導電率を用いて作成した。各グラフにおいて、測定点位置に試料の番号を合わせて示す。
【００４３】
図２及び図３からわかるように、Ｓｉの含有率と導電率とに相関が認められる。導電率のピークは、Ｓｉの含有量が０．０５質量％〜０．２５質量％である範囲内に存在すると考えられる。また、Ｆｅの含有量が１．２０質量％である場合も、２．４５質量％である場合も、Ｓｉの含有量が０．１質量％以上且つ０．２質量％以下である場合に、導電率は６２％ＩＡＣＳを越える。従って、Ｓｉの含有量は、０．１質量％以上且つ０．２質量％以下であるのが好ましい。
【００４４】
また、実施例１及び４に係るアルミニウム合金線に絶縁ポリアミドを塗布して絶縁被覆を形成することによって、マグネットワイヤーを作製した。そして、作製したマグネットワイヤーを車載用モータのコアに巻回した。このとき、断線は生じなかった。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係るアルミニウム合金は、１．０質量％以上且つ２．５質量％以下のＦｅ及び、０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下のＳｉを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物である。また、本実施形態に係るアルミニウム合金線は、１．０質量％以上且つ２．５質量％以下のＦｅ及び、０．０５質量％以上且つ０．２５質量％以下のＳｉを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金により構成される。このようなアルミニウム合金及びアルミニウム合金線は、資源として豊富に存在するＦｅ、Ｓｉ、Ａｌにより構成されるため、資源の枯渇による材料コストの高騰は生じない。よって、安価なアルミニウム合金及びアルミニウム合金線を提供することができる。また、Ｆｅ，Ｓｉ，Ａｌの産地の偏りは小さいため、アルミニウム合金及びアルミニウム合金線の安定供給を実現できる。また、本実施形態に係るアルミニウム合金及びアルミニウム合金線は、リサイクル性に優れる。
【００４６】
さらに、本実施形態に係るアルミニウム合金は、伸び率が大きいため、線径φ０．２ｍｍ程度のアルミニウム合金線を作製することができる。また、本実施形態に係るアルミニウム合金を用いて形成されるアルミニウム合金線の引張強度は１２０ＭＰａ以上であり、且つ、導電率は６２％ＩＡＣＳ以上である。よって、本実施形態によれば、安価に構成されるとともに、導電率が６２％ＩＡＣＳ以上であり、伸び率が高く、且つ引張強度が１２０ＭＰａ以上であるアルミニウム合金線及び、そのようなアルミニウム合金線を形成するためのアルミニウム合金を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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