(57)【要約】【課題】機械特性・耐屈曲性を向上させ、細径化することが可能なアルミニウム電線及びそれを用いたワイヤーハーネスを提供する。【解決手段】本発明のアルミニウム電線（１０）は、アルミニウム素線（１）を備える。そして、アルミニウム素線における長手方向に垂直な断面において、アルミニウム素線は、中心部における金属組織の平均結晶粒子径が外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい。このような構成により、アルミニウム素線は、高い機械的強度及び破断伸び、並びに耐高サイクル疲労性、耐高温クリープ性を得ることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム素線を備えるアルミニウム電線であって、
前記アルミニウム素線における長手方向に垂直な断面において、前記アルミニウム素線は、中心部における金属組織の平均結晶粒子径が外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きいアルミニウム電線。
【請求項２】
前記アルミニウム素線における長手方向に垂直な断面において、前記アルミニウム素線は、中心部に存在する大粒径ドメインと、大粒径ドメインの周囲に存在する小粒径ドメインとを有し、
前記大粒径ドメインを構成する金属組織の平均結晶粒子径は、前記小粒径ドメインを構成する金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい請求項１に記載のアルミニウム電線。
【請求項３】
前記アルミニウム素線における長手方向に垂直な断面において、前記大粒径ドメインの断面積（Ａlarge）と前記小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）との合計（Ａtotal）に対する前記小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）は、以下の関係を満たす請求項２に記載のアルミニウム電線。
０．１０≦Ａsmall／Ａtotal≦０．９９
【請求項４】
前記アルミニウム素線の外周部を構成する金属組織の結晶状態は、（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が支配的である請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアルミニウム電線。
【請求項５】
前記小粒径ドメインを構成する金属組織の結晶状態は、（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が支配的である請求項２又は３に記載のアルミニウム電線。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアルミニウム電線を備え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電線及びワイヤーハーネスに関する。詳細には本発明は、機械特性を向上させたアルミニウム電線及びワイヤーハーネスに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、自動車の軽量化の流れに伴い、アルミニウム電線の細径化の要求が高まっている。つまり、近年、自動車内部においてアルミニウム電線の配線箇所が益々多くなり、配線による占有割合の増大が進んでいることから、アルミニウム電線の細径化及び軽量化が求められている。また、アルミニウム電線に対して、車載環境における信頼性の向上も要求されている。
【０００３】
通常、細電線に使用されるアルミニウム線は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｃ３１０８に規定の電気用硬アルミニウム線などを主としている。しかし、アルミニウム線は銅線と比較すると屈曲性が著しく低く、自動車のドアヒンジ回りなど繰り返して屈曲する部位に適用することは困難であった。
【０００４】
そのため、従来、アルミニウムに金属元素を添加することで、屈曲性を高める試みが成されてきた。例えば、特許文献１では、所定量のＦｅ、Ｃｕ及びＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物から成る線径０．０７〜１．５０ｍｍの自動車配線用アルミニウム導電線が開示されている。また、特許文献２では、所定量のＦｅ、Ｚｒ及びＣｕを含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなり、所定の製法により得られた線径０．０７〜１．５０ｍｍの自動車ワイヤーハーネス用アルミニウム導電線が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９２７３６６号明細書
【特許文献２】特許第４３３０００５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２の電線は引張強さが不十分であるため、断面積が０．７５ｓｑ（ｍｍ２）より小さい電線サイズ、例えば０．５ｓｑや０．３５ｓｑ、あるいはそれ以下の電線に適用することが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、機械特性及び耐屈曲性を向上させ、細径化することが可能なアルミニウム電線及びそれを用いた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】
【０００８】
本発明の第１の態様に係るアルミニウム電線は、アルミニウム素線を備える。さらに、アルミニウム素線における長手方向に垂直な断面において、アルミニウム素線は、中心部における金属組織の平均結晶粒子径が外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい。
【０００９】
本発明の第２の態様に係るアルミニウム電線は、第１の態様のアルミニウム電線に関し、アルミニウム素線における長手方向に垂直な断面において、アルミニウム素線は、中心部に存在する大粒径ドメインと、大粒径ドメインの周囲に存在する小粒径ドメインとを有する。そして、大粒径ドメインを構成する金属組織の平均結晶粒子径は、小粒径ドメインを構成する金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい。
【００１０】
本発明の第３の態様に係るアルミニウム電線は、第２の態様のアルミニウム電線に関し、アルミニウム素線における長手方向に垂直な断面において、大粒径ドメインの断面積（Ａlarge）と小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）との合計（Ａtotal）に対する小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）は、以下の関係を満たす。
０．１０≦Ａsmall／Ａtotal≦０．９９
【００１１】
本発明の第４の態様に係るアルミニウム電線は、第１乃至第３のいずれか一つの態様に係るアルミニウム電線に関し、アルミニウム素線の外周部を構成する金属組織の結晶状態は、（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が支配的である。
【００１２】
本発明の第５の態様に係るアルミニウム電線は、第２又は第３の態様のアルミニウム電線に関し、小粒径ドメインを構成する金属組織の結晶状態は、（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が支配的である。
【００１３】
本発明の第６の態様に係るワイヤーハーネスは、第１乃至第５のいずれか一つの態様に係るアルミニウム電線を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアルミニウム電線は、中心部における金属組織の平均結晶粒子径が外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きいアルミニウム素線を有することから、高い機械特性及び耐屈曲性を有している。そのため、断面積が０．７５ｓｑ（ｍｍ２）より小さい電線サイズ、例えば０．５ｓｑや０．３５ｓｑ、あるいはそれ以下の電線に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るアルミニウム電線の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアルミニウム電線の他の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るケーブルの一例を示す概略断面図である。
【図４】実施例１における、最終熱処理温度が２５０℃、３００℃及び３５０℃のアルミニウム素線の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図５】実施例１における、最終熱処理温度が３００℃及び３５０℃のアルミニウム素線の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果と、アルミニウム素線の断面積に対する小粒径ドメインの断面積の割合とを示す図である。
【図６】実施例１における、最終熱処理温度が３００℃のアルミニウム素線の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果と、金属組織の粒子径との関係を示す図である。
【図７Ａ】実施例１における、最終熱処理温度が２５０℃、３００℃及び４００℃のアルミニウム素線の断面に対し、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）で金属組織の配向を測定した結果を示す図である。
【図７Ｂ】実施例１のステレオ三角形（逆極点図）における位置と結晶方位の対応を示す図である。
【図８】実施例２における、最終熱処理温度が２００℃、２５０℃及び３００℃のアルミニウム素線の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図９】実施例２における、最終熱処理温度が３００℃のアルミニウム素線の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果と、アルミニウム素線の断面積に対する小粒径ドメインの断面積の割合とを示す図である。
【図１０】実施例１のアルミニウム素線における最終熱処理温度と導電率との関係を示すグラフである。
【図１１】屈曲試験の方法を説明するための概略図である。
【図１２】実施例１のアルミニウム素線における曲げひずみと屈曲サイクル数との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例１のアルミニウム素線における最終熱処理温度と引張強さ及び０．２％耐力との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例１のアルミニウム素線における最終熱処理温度と破断伸び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】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るアルミニウム電線及びワイヤーハーネスについて詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１７】
［アルミニウム電線］
一般に、材料強度と破断伸びは負の相関を持ち、高強度材料ほど高サイクル疲労に強く、高延性材料ほど低サイクル疲労に強いと言われる。したがって、基本的に高延性と耐高サイクル疲労性とを両立させることは困難である。さらに、一般にアルミニウム及びアルミニウム合金は、１００〜２００℃で高温変形（クリープ現象）が顕著に表れてくる。これを考慮すると、線材について常温で強度を高くするための処方として結晶粒の微細化がよく行われるが、微細な結晶粒からなる材料は、クリープの観点からは不利であるといえる。
【００１８】
このような材料特性を改善すべく、本実施形態に係るアルミニウム電線１０は、図１に示すように、アルミニウム素線１を備えている。さらに、アルミニウム素線１における長手方向に垂直な断面において、アルミニウム素線１は、中心部における金属組織の平均結晶粒子径が外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい構成となっている。
【００１９】
また、アルミニウム素線１における長手方向に垂直な断面において、アルミニウム素線１は、中心部に存在する大粒径ドメイン２と、大粒径ドメインの周囲に存在する小粒径ドメイン３とを有していることが好ましい。そして、大粒径ドメイン２を構成する金属組織の平均結晶粒子径は、小粒径ドメイン３を構成する金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい構成となっている。
【００２０】
図１に示すアルミニウム素線１は、長手方向に垂直な断面の微細組織が、内層としての大粒径ドメイン２と外層としての小粒径ドメイン３よりなる同心円構造をとる。つまり、大粒径ドメイン２は断面の中心部に略円状に存在しており、小粒径ドメイン３は大粒径ドメイン２と接触し、さらに大粒径ドメイン２の周囲全体をトーラス型に囲うように存在する。
【００２１】
ここで、高サイクル疲労は、金属材料の弾性域における繰り返し変形時の疲労現象である。そして、金属材料に対して繰り返し変形を行った際、内部に形成されたすべり帯が材料表面に突き出すか又は入り込むことで、高サイクル疲労による破断が開始する。そのため、高サイクル疲労は、すべり帯の形成を抑制することで起こり難くなる。
【００２２】
また、高サイクル疲労は、金属材料内部での転位の増殖を抑制することでも起こり難くなる。一般に金属材料の結晶粒が小さい場合、変形による外場（応力場）に対して転位が運動し難いことが知られている。
【００２３】
本実施形態のアルミニウム素線１では、金属組織の平均結晶粒子径が小さい小粒径ドメイン３が外層として形成されている。小粒径ドメイン３は上述のように高サイクル疲労の原因である転位の運動によるすべり帯が形成し難いことから、小粒径ドメインは素線の耐力及び耐高サイクル疲労性に寄与する。
【００２４】
ただ、金属の高温疲労特性の観点から、金属組織を構成する結晶粒が小さい場合、高温変形時に粒界すべりが起きやすくなり、耐クリープ性が低下する。したがって、高温振動などの環境を想定する場合、結晶粒子径はある程度の大きさを持つ必要がある。
【００２５】
そのため、本実施形態のアルミニウム素線１では、金属組織の平均結晶粒子径が大きい大粒径ドメイン２が内層として形成されている。大粒径ドメイン２は、素線の延性及び耐クリープ性に寄与することから、小粒径ドメイン３の耐クリープ性の低下を大粒径ドメイン２で補うことが可能となる。
【００２６】
このように、本実施形態のアルミニウム素線１では、中心部における金属組織の平均結晶粒子径が外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい構成となっている。また、アルミニウム素線１では、内層として大粒径ドメイン２を有し、さらに外層として小粒径ドメイン３を有する構成となっている。そのため、中心部の金属組織である大粒径ドメイン２が素線の延性と耐クリープ性を高め、さらに外周部の金属組織である小粒径ドメイン３が素線の耐力及び高サイクル疲労性を高める。したがって、アルミニウム素線１全体として、高い機械的強度及び破断伸び、並びに耐高サイクル疲労性、耐高温クリープ性を得ることが可能となる。その結果、アルミニウム素線１は、高い耐熱性及び耐屈曲・振動性も発揮することができる。
【００２７】
なお、アルミニウム素線１では、大粒径ドメイン２と小粒径ドメイン３の境界が明確に区別できない場合がある。しかしながら、本実施形態では、少なくともアルミニウム素線１の中心部における金属組織の平均結晶粒子径が、外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい構成であればよい。このように、中心部に大粒径の金属組織が存在し、アルミニウム素線１の表面１ａに隣接する外周部に小粒径の金属組織が存在する場合には、中心部の金属組織が延性と耐クリープ性を高め、外周部の金属組織が耐力及び高サイクル疲労性を高めることが可能となる。
【００２８】
ここで、アルミニウム素線１の中心部における金属組織の平均結晶粒子径は特に限定されないが、例えば２μｍ〜５０μｍであることが好ましく、２μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。さらに、大粒径ドメイン２を構成する金属組織の平均結晶粒子径も特に限定されないが、例えば２μｍ〜５０μｍであることが好ましく、２μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。当該平均結晶粒子径がこの範囲内であることにより、素線の耐低サイクル疲労、耐熱性及び延性をより向上させることが可能となる。
【００２９】
アルミニウム素線１の外周部における金属組織の平均結晶粒子径は、中心部における金属組織の平均結晶粒子径より小さいならば特に限定されないが、例えば１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ〜５μｍであることがより好ましい。さらに、小粒径ドメイン３を構成する金属組織の平均結晶粒子径は、大粒径ドメイン２を構成する金属組織の平均結晶粒子径より小さいならば特に限定されないが、例えば１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ〜５μｍであることがより好ましい。当該平均結晶粒子径がこの範囲内であることにより、素線の耐高サイクル疲労性及び耐振動性をより向上させることが可能となる。なお、金属組織の平均結晶粒子径は、面積比による重みつき求積法により求めることができる。
【００３０】
ここで、一般的に、面心立方格子構造（ｆｃｃ）を有する金属又は合金からなる線材は、伸線工程の圧縮応力により、輪切断面が（１１１）配向となることが多い。そして、面心立方格子の（１１１）面よりなる結晶粒は（００１）面に比べて微細であるが，表面エネルギー的に不安定で、外部からの熱に対して安定ではない。そのため、（１１１）配向のアルミニウム線材は、熱により組織が変化する可能性がある。なお、（１１１）配向の微細な結晶粒を熱的に安定化させるには、（１１１）の結晶粒界および粒内に機械的に強い微粒子（ピン止め粒子）を多数分散させることが有効である。
【００３１】
このように（００１）面は（１１１）面に比べて熱的に安定であることから、アルミニウム素線１において、耐高温クリープ性を担う大粒径ドメイン２を構成する金属組織の結晶状態は、（００１）配向が支配的であることが好ましい。また、アルミニウム素線１の外周部及び小粒径ドメイン３を構成する金属組織の結晶状態は、（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が支配的であることが好ましい。つまり、アルミニウム素線１は、（００１）配向が支配的である大粒径ドメイン２と、（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が支配的である小粒径ドメイン３よりなる同心円構造をとることが好ましい。（１１１）、（２１１）及び（３１１）配向ドメインは、アルミニウム素線１の高サイクル疲労性及び耐力の向上に寄与し、（００１）配向ドメインはアルミニウム素線１の耐クリープ性に寄与する。そのため、このような結晶状態であることにより、アルミニウム素線１全体として、高い機械的強度及び破断伸び、並びに耐高サイクル疲労性、耐高温クリープ性を得ることが可能となる。
【００３２】
ここで、アルミニウム素線１における長手方向に垂直な断面において、大粒径ドメイン２の断面積（Ａlarge）と小粒径ドメイン３の断面積（Ａsmall）との合計（Ａtotal）に対する小粒径ドメイン３の断面積（Ａsmall）は、式（１）の関係を満たすことが好ましい。
０．１０≦Ａsmall／Ａtotal≦０．９９    （１）
【００３３】
上述のように、大粒径ドメイン２は伸線組織の等軸粒化による、耐熱性及び延性の向上に寄与し、小粒径ドメイン３は耐高サイクル疲労性及び耐振動性の向上に寄与する。そのため、大粒径ドメイン２と小粒径ドメイン３の比率を制御することにより、上述の背反する特性をバランスよく得ることが可能となる。そして、小粒径ドメイン３の断面積の割合が上記の関係を満たすことにより、アルミニウム素線１は、高サイクル特性、延性及び耐熱性を高めることが可能となる。
【００３４】
なお、大粒径ドメイン２の断面積（Ａlarge）と小粒径ドメイン３の断面積（Ａsmall）との合計（Ａtotal）に対する小粒径ドメイン３の断面積（Ａsmall）は、式（２）の関係を満たすことがより好ましい。
０．３４≦Ａsmall／Ａtotal≦０．９９    （２）
【００３５】
本実施形態のアルミニウム電線１０におけるアルミニウム素線１は、上述の大粒径ドメイン２と小粒径ドメイン３を備えていれば、金属組織の組成は特に限定されない。ただ、アルミニウム素線１を構成するアルミニウム合金は、母材となるアルミニウム地金に所定の元素を添加して含有させたものであることが好ましい。
【００３６】
アルミニウム地金としては、純度９９．７質量％以上の純アルミニウムを用いることが好ましい。すなわち、ＪＩＳ  Ｈ２１０２（アルミニウム地金）に規定される純アルミニウム地金のうち、１種アルミニウム地金以上の純度のものを好ましく用いることができる。具体的には、純度９９．７質量％の１種アルミニウム地金、純度９９．８５質量％以上の特２種アルミニウム地金、及び純度９９．９０質量％以上の特１種アルミニウム地金が挙げられる。
【００３７】
また、アルミニウム地金からなる母材中に、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銅（Ｃｕ）及びケイ素（Ｓｉ）からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を添加することが好ましい。チタンは、アルミニウム合金の結晶粒を微細化して粒径分布の幅を小さくすることにより、強度と伸びを大きくし、加工性を向上させ、アルミニウム合金素線の製造時の断線を低減させる元素である。鉄は、固溶限が低く、粒界強化が主な強化機構となり、導電率を下げずに強度を増加させることのできる元素である。ジルコニウムは、耐熱性の向上に有効な元素であり、粒界強化で強度を向上させることができる元素である。銅は、析出により強度の向上を図ることができる元素である。ケイ素は、アルミニウムに固溶し、アルミニウム素線１の強度を高めることができる元素である。
【００３８】
本実施形態で用いられるアルミニウム合金に含まれる可能性がある不可避不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、バナジウム（Ｖ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）などが挙げられる。これらは本発明の効果を阻害せず、本発明のアルミニウム合金の特性に格別な影響を与えない範囲で不可避的に含まれるものであり、使用する純アルミニウム地金に予め含有されている元素も、ここでいう不可避不純物に含まれる。
【００３９】
本実施形態のアルミニウム電線１０では、導体として、１本のアルミニウム素線１で構成された単線を用いてもよく、複数のアルミニウム素線１を撚り合わせて構成された撚り線を用いてもよい。撚り線も、１本又は数本の素線を中心とし、その周囲に素線を同心状に撚り合わせた同心撚り線；複数の素線を一括して同方向に撚り合わせた集合撚り線；複数の集合撚り線を、同心状に撚り合わせた複合撚り線のいずれも使用することができる。
【００４０】
本実施形態に係るアルミニウム電線１０は、図１に示すように、アルミニウム素線１を備える裸線であってもよい。また、図２に示すように、本実施形態におけるアルミニウム電線１０は、アルミニウム素線１と、アルミニウム素線１の周縁を覆う、被覆材としての絶縁体層１１とを備えてもよい。
【００４１】
アルミニウム電線１０の外周を被覆する絶縁体層１１は、アルミニウム電線１０に対する電気絶縁性を確保できるならば、材料及び厚さは特に限定されない。絶縁体層１１を構成する樹脂材料としては、例えば、塩化ビニル、耐熱塩化ビニル、架橋塩化ビニル、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、発泡ポリエチレン、架橋発泡ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（ナイロン）、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−四フッ化エチレン共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴムを用いることができる。これらの材料は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００４２】
本実施形態のアルミニウム電線におけるアルミニウム素線は、引張強さが２３０ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以上であり、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であり、伸び率が７％以上であることが好ましい。アルミニウム素線は、引張強さ、０．２％耐力及び伸び率がこのような値であることにより、機械的強度が向上し車体への取り付け時や取り付け後に断線し難くなる。そのため、自動車のドアヒンジ回りなど繰り返して屈曲する部位や、エンジンルームなど振動する部位へ適用することが可能となる。また、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であることにより、自動車用電線として適用することが可能となる。なお、引張強さ、０．２％耐力及び伸び率（破断伸び）は、ＪＩＳ  Ｚ２２４１（金属材料引張試験方法）に準じて測定することができる。また、導電率は、ＪＩＳ  Ｈ０５０５（非鉄金属材料の体積抵抗率及び導電率測定方法）に準じて測定することができる。
【００４３】
本実施形態のアルミニウム電線におけるアルミニウム素線の最終線径は、特に限定されない。ただ、本実施形態に係るアルミニウム素線は、引張強さや伸び率などの機械特性が高く、細径化することが可能であることから、最終線径は例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。
【００４４】
本実施形態のアルミニウム電線１０は、アルミニウム素線１を備えている。さらにアルミニウム素線１における長手方向に垂直な断面において、アルミニウム素線１は、中心部における金属組織の平均結晶粒子径が外周部における金属組織の平均結晶粒子径よりも大きい。このようなアルミニウム電線は、アルミニウム素線が２３０ＭＰａ以上の引張強さ、７％以上の伸び率という機械特性を有しているため、断面積が０．７５ｓｑ（ｍｍ２）より小さい電線サイズに適用することができる。つまり、本実施形態のアルミニウム電線は、例えば０．５ｓｑや０．３５ｓｑ、あるいはそれ以下の電線に適用することができる。さらに当該アルミニウム電線は、耐高サイクル疲労性・延性及び耐高温クリープ性を有するため、自動車の高温振動部位に好適に使用することができる。
【００４５】
［アルミニウム素線の製造方法］
本実施形態に係るアルミニウム電線に用いられるアルミニウム素線の製造方法について説明する。まず、アルミニウム合金を鋳造し、連続鋳造圧延法等により所定の径の荒引線を作製する。荒引線の直径は特に限定されず、例えばφ３ｍｍやφ８ｍｍなどの任意の径とすることができる。なお、アルミニウム合金は、アルミニウム地金に所定の元素を添加し、通常の製法に従って鋳造することができる。
【００４６】
次に、荒引線に対して細線加工を行う。具体的には、当該荒引線に対して、ダイスを用いて伸線することで素線を作製する。素線の直径は、例えばφ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で適宜調整することができる。なお、細線加工は、アルミニウム合金の強度、得られる加工硬化度、ダイスの形状、用いる伸線油の潤滑性によってその条件が決定される。
【００４７】
そして、細線加工を施した素線に対し、最終熱処理を施す。最終熱処理の温度及び時間を調整することにより、大粒径ドメイン２と小粒径ドメイン３の割合を変化させることが可能となる。最終熱処理の条件は、大粒径ドメイン２と小粒径ドメイン３の所望割合、素線径、及び素線の金属組成により調整する必要があるが、例えば２６０〜３４０℃で１時間以上とすることが好ましい。このような最終熱処理を施すことにより、中心部に存在する大粒径ドメインと、周囲に存在する小粒径ドメインとを有するアルミニウム素線を得ることができる。
【００４８】
なお、細線する際の加工性を向上させるために、細線加工の前に、荒引線に焼鈍処理を施してもよい。焼鈍処理は連続焼鈍炉を用いて行うことができ、例えば荒引線を所定速度で搬送して加熱炉中を通過させ、所定区間において加熱して焼鈍することができる。加熱手段としては、例えば高周波加熱炉等が挙げられる。また、バッチ焼鈍も好適に利用できる。搬送速度、焼鈍温度、焼鈍時間などは特に限定されず、焼鈍後の冷却条件も特に限定されない。ただ、焼鈍温度は２６０〜３４０℃とすることが好ましく、焼鈍時間は１〜１０時間とすることが好ましい。
【００４９】
［ケーブル］
次に、本実施形態に係るケーブルについて説明する。本実施形態に係るケーブル２０は、図３に示すように、束ねられた複数のアルミニウム電線１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）と、束ねられた複数のアルミニウム電線１０の周縁を覆う、被覆材としてのシース２１とを備える。なお、シース２１の材料は特に限定されず、上述の絶縁体層１１と同様のものを使用することができる。なお、このようなアルミニウム電線１０及びケーブル２０は、高い強度、耐久性及び導電性が要求される自動車用のワイヤーハーネスに用いることが好ましい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５１】
［アルミニウム素線の作製］
（実施例１）
まず、高純度アルミニウム（４Ｎ）を溶解し、ここに所定量のマグネシウム、マンガン及びクロムを添加して鋳造した。これにより、マグネシウムを２．６質量％、マンガンを０．２８質量％、クロムを０．０９６質量％含有し、直径φが２５ｍｍで長さが２０ｃｍのアルミニウム合金を得た。
【００５２】
次に、当該アルミニウム合金を圧延し、直径φが８ｍｍの荒引線に加工した。そして、得られた荒引線に対し、３５０℃で１時間保持する焼鈍処理を行った。さらにダイスを用いて焼鈍処理後の荒引線を細線化することで、直径φが０．３２ｍｍの素線を作製した。
【００５３】
得られた素線に対し、温度が１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、又は４００℃であり、加熱時間が１時間である最終熱処理を行い、試験片として六種類のアルミニウム素線を得た。
【００５４】
（実施例２）
まず、高純度アルミニウム（４Ｎ）を溶解し、ここに所定量のマグネシウム及びマンガンを添加して鋳造した。これにより、マグネシウムを２．５質量％、マンガンを０．４１質量％含有し、直径φが２５ｍｍで長さが２０ｃｍのアルミニウム合金を得た。
【００５５】
次に、当該アルミニウム合金を圧延し、直径φが８ｍｍの荒引線に加工した。そして、得られた荒引線に対し、３５０℃で１時間保持する焼鈍処理を行った。さらにダイスを用いて焼鈍処理後の荒引線を細線化することで、直径φが０．３２ｍｍの素線を作製した。
【００５６】
得られた素線に対し、温度が２００℃、２５０℃、又は３００℃であり、加熱時間が１時間である最終熱処理を行い、試験片として三種類のアルミニウム素線を得た。
【００５７】
［評価］
（断面観察）
実施例１における、最終熱処理温度が２５０℃、３００℃及び３５０℃の試験片の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。その結果を図４乃至図６に示す。図４の（ａ）に示すように、熱処理温度が２５０℃の場合では、試験片の断面全体で結晶粒が小さく、大粒径ドメインが形成されていないことが分かる。これに対し、図４の（ｂ）に示すように、熱処理温度が３００℃の場合には断面の中心部から粒成長が起き、中心部の平均結晶粒子径が外周部の平均結晶粒子径よりも大きいことが分かる。また、中心部に大粒径ドメイン２が生成し、外周部に小粒径ドメイン３が生成していることも分かる。さらに図４の（ｃ）に示すように、熱処理温度が３５０℃の場合には中心部の粒成長が進行し、大粒径ドメイン２の領域が拡大していることが確認できる。
【００５８】
また、図５では、最終熱処理温度が３００℃と３５０℃の試験片の断面ＳＥＭ像と、大粒径ドメインの断面積（Ａlarge）と小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）との合計（Ａtotal）に対する小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）の割合とを示している。図５に示すように、これらの試験片では、中心部の大粒径ドメインと外周部の小粒径ドメインとが同心円状に形成されていることが確認できる。また、最終熱処理温度が高まるほど中心部の粒成長が進行し、小粒径ドメインの割合が低下することが分かる。さらに最終熱処理の温度で、大粒径ドメインと小粒径ドメインの比率を制御できることが分かる。
【００５９】
図６では、最終熱処理温度が３００℃の試験片の断面ＳＥＭ像と、金属組織の粒子径との関係を示している。なお、図６のグラフでは、素線の中心を「０μｍ」として径方向の位置を規定している。図６に示すように、大粒径ドメインでは金属組織の粒子径が７μｍ〜１４μｍ程度となっており、特に大粒径ドメインの中心では粒子径が最も大きくなっている。そして、小粒径ドメインでは金属組織の粒子径が２μｍ〜５μｍ程度となっている。また、図６より、試験片の中心から外周に向けて、金属組織の粒子径が徐々に小さくなっていくことが確認できる。
【００６０】
（金属組織の配向測定）
最終熱処理温度が２５０℃、３００℃及び４００℃の試験片の断面に対し、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）で金属組織の配向を測定した。その結果を図７Ａに示す。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、最終熱処理温度が２５０℃の試験片では、全体として（１１１）配向が支配的となっている。そして、最終熱処理温度が４００℃の試験片では全体として無配向となっていることが分かる。
【００６１】
これに対し、最終熱処理温度が３００℃の試験片では、外周部の小粒径ドメインでは、（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が維持されているが、中心の大粒径ドメインでは（００１）配向が増加して支配的となっていることが分かる。つまり、大粒径ドメインにおける金属組織の結晶状態は、小粒径ドメインの金属組織と比べて（００１）配向が支配的であり、小粒径ドメインにおける金属組織の結晶状態は、大粒径ドメインを構成する金属組織と比べて（１１１）配向、（２１１）配向または（３１１）配向が支配的であることが分かる。そして、面心立方格子構造における結晶面の熱安定性に関し、（１１１）配向は低温域で安定であり、（００１）配向は高温域で安定であることが分かる。
【００６２】
さらに、実施例２における、最終熱処理温度が２００℃、２５０℃及び３００℃の試験片の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。その結果を図８及び図９に示す。図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱処理温度が２００℃及び２５０℃の場合では、試験片の断面全体で結晶粒が小さく、大粒径ドメインが形成されていないことが分かる。これに対し、図８の（ｃ）に示すように、熱処理温度が３００℃の場合には断面の中心部から粒成長が起き、中心部に大粒径ドメイン２が生成し、外周部に小粒径ドメイン３が生成していることが確認できる。
【００６３】
また、図９では、最終熱処理温度が３００℃の試験片の断面ＳＥＭ像と、大粒径ドメインの断面積（Ａlarge）と小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）との合計（Ａtotal）に対する小粒径ドメインの断面積（Ａsmall）の割合とを示している。図９に示すように、実施例１と同様に、この試験片でも中心部の大粒径ドメインと外周部の小粒径ドメインとが略同心円状に形成されていることが確認できる。
【００６４】
（導電率測定）
実施例１における最終熱処理温度が１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃の試験片の導電率をＪＩＳ  Ｈ０５０５に準じて測定した。測定結果を図１０及び表１に示す。また、実施例１における最終熱処理を行わなかったアルミニウム素線の導電率も同様に測定し、結果を図１０及び表１に示す。図１０に示すように、全ての試験片の導電率は３０％ＩＡＣＳ以上であったが、最終熱処理温度が高まるにつれて導電率も向上することが分かる。特に最終熱処理温度が２５０℃以上の試験片では、導電率が３２.５％ＩＡＣＳ以上となることが分かる。
【００６５】
【表１】
2016225159.tif 000003
【００６６】
さらに、実施例２における、最終熱処理温度が３００℃の試験片の導電率をＪＩＳ  Ｈ０５０５に準じて測定した。測定結果を表２に示す。実施例２においても、最終熱処理温度が３００℃の試験片では導電率が３２.５％ＩＡＣＳ以上となることが分かる。
【００６７】
【表２】
2016225159.tif 000004
【００６８】
（屈曲試験）
図１１に示す屈曲試験を行い、実施例１及び実施例２の試験片を屈曲させたときの試験片に対する曲げひずみと屈曲サイクル数との関係を測定した。具体的には、図１１（ａ）に示すように、まず直線状の試験片１０Ａを曲げＲ治具３０の側面に配置し、次に図１１（ｂ）に示すように、曲げＲ治具３０を、符号Ｏを中心として回転しつつ、試験片１０Ａを片側に９０°屈曲させる。その後、図１１（ｃ）に示すように、曲げＲ治具３０を、符号Ｏを中心として元の位置に回転しつつ、試験片１０Ａを直線状に戻す。この図１１（ａ）〜図１１（ｃ）を１サイクルとし、試験片１０Ａが破断するまでのサイクル数を測定した。なお、試験片を屈曲させたときの曲げひずみは、曲げＲ治具３０の直径を変えることにより調整することができる。
【００６９】
図１２及び表３では、実施例１の３００℃、３５０℃及び４００℃の試験片における曲げひずみと屈曲サイクル数との関係を示す。図１２より、曲げひずみが１％以下の場合には、大粒径ドメイン２と小粒径ドメイン３とを備える３００℃及び３５０℃の試験片が高い屈曲サイクル数となり、屈曲性に優れることが分かる。特に、これらの試験片は、断面積が式（２）の関係を満たすため、当該関係を満たすことで屈曲性が向上することが確認できる。
【００７０】
【表３】
2016225159.tif 000005
【００７１】
表４では、実施例２の３００℃の試験片における曲げひずみと屈曲サイクル数との関係を示す。表４より、曲げひずみが１％以下の場合には、高い屈曲サイクル数となり、屈曲性に優れることが分かる。
【００７２】
【表４】
2016225159.tif 000006
【００７３】
（引張強さ及び０．２％耐力測定）
実施例１における最終熱処理温度が１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃の試験片の引張強さ及び０．２％耐力をＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定した。測定結果を図１３及び表１に示す。また、実施例１における最終熱処理を行わなかったアルミニウム素線の引張強さ及び０．２％耐力も同様に測定し、結果を図１３及び表１に示す。図１３に示すように、最終熱処理温度が高まるにつれて、引張強さ及び０．２％耐力が低下する傾向がある。ただ、大粒径ドメイン及び小粒径ドメインの両方を有している場合には、高強度を維持できることが分かる。
【００７４】
さらに、実施例２における、最終熱処理温度が３００℃の試験片の引張強さ及び０．２％耐力をＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定した。測定結果を表２に示す。表２より、実施例２においても高強度を維持できることが分かる。
【００７５】
（破断伸び測定）
実施例１における最終熱処理温度が１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃の試験片の破断伸びをＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定した。測定結果を図１４及び表１に示す。また、実施例１における最終熱処理を行わなかったアルミニウム素線の破断伸びも同様に測定し、結果を図１４及び表１に示す。図１４に示すように、最終熱処理温度が高まるにつれて、破断伸びが向上する傾向がある。特に、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃の試験片では、破断伸び（伸び率）が７％以上となる。この結果から、大粒径ドメインの割合が増加するにつれて伸び率が向上し、屈曲性が高まることが分かる。
【００７６】
さらに、実施例２における、最終熱処理温度が３００℃の試験片の破断伸びをＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定した。測定結果を表２に示す。表２より、実施例２においても破断伸び（伸び率）が７％以上となることが分かる。
【００７７】
以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  アルミニウム素線
２  大粒径ドメイン
３  小粒径ドメイン
１０  アルミニウム電線
【図１】
2016225159.tif 000007
【図２】
2016225159.tif 000008
【図３】
2016225159.tif 000009
【図４】
2016225159.tif 000010
【図５】
2016225159.tif 000011
【図６】
2016225159.tif 000012
【図７Ａ】
2016225159.tif 000013
【図７Ｂ】
2016225159.tif 000014
【図８】
2016225159.tif 000015
【図９】
2016225159.tif 000016
【図１０】
2016225159.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
2016225159.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
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