JP2018150610A - アルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】引張強度及び伸びを向上させることができるアルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネスを提供すること。【解決手段】アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって添加元素が少なくともＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有する、アルミニウム合金線。【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネスに関する。

近年、ワイヤハーネスなどの電線の素線として、軽量化、耐屈曲性及び耐衝撃性を同時に満足させる観点から、銅線の代わりにアルミニウム合金からなるアルミニウム合金素線が用いられるようになってきている。

このようなアルミニウム合金線としては、例えば下記特許文献１に開示されるものが知られている。下記特許文献１には、Ｓｉを０．２〜０．８質量％、Ｆｅを０．３６〜１．５質量％、Ｃｕを０．２質量％以下、Ｍｇを０．４５〜０．９質量％、Ｔｉを０．００５〜０．０３質量％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金導電線が開示されている。

特開２０１０−２６５５０９号公報

しかし、上記特許文献１に記載されているアルミニウム合金導電線は、引張強度及び伸びの点で改善の余地を有していた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、引張強度及び伸びを向上させることができるアルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネスを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため、析出強化型合金であるアルミニウム合金線の引張強度及び伸びに影響を及ぼし得る析出物の形態について研究を行った。ここで、析出物の形態については、アルミニウム合金線を示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線で現れる種々の発熱ピークや吸熱ピークなどで知ることができる。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム合金線を示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、アルミニウム合金線が特定の温度範囲に発熱ピークを有する場合に、この発熱ピークの有無と、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びとが相関関係を有することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって前記添加元素が少なくともＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有する、アルミニウム合金線である。

本発明のアルミニウム合金線によれば、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びを向上させることが可能となる。

上記アルミニウム合金線において、前記発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークであることが好ましい。

この場合、発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークでない場合と比べて、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びをより向上させることが可能となる。

上記アルミニウム合金線において、前記発熱ピークにおける発熱量が１．２Ｊ／ｇ以上であることが好ましい。

この場合、発熱ピークにおける発熱量が１．２Ｊ／ｇ未満である場合と比べて、アルミニウム合金線の伸びをより顕著に向上させることが可能となる。

また本発明は、上記アルミニウム合金線と、前記アルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線である。

この電線によれば、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線は、屈曲や振動が加えられる動的な箇所（例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍）に配置される電線として有用である。

更に本発明は、上記電線を複数本備えるワイヤハーネスである。

このワイヤハーネスによれば、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線を複数本備えるワイヤハーネスは、屈曲や振動が加えられる動的な箇所（例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍）に配置される電線として有用である。

なお、本発明において、示差走査熱分析曲線（以下、「ＤＳＣ曲線」と呼ぶ）は、示差走査熱量計（Differential Scanning Calorimeter：ＤＳＣ）を用い、アルミニウム合金を試料として下記の条件で示差走査熱分析して得られる曲線である。

標準物質：アルミニウム
試料容器：アルミニウム
昇温速度：４０℃／ｍｉｎ
試料重量：２０ｍｇ
分析中の雰囲気：窒素

また本発明において、「発熱量」は、ＪＩＳ Ｋ７１２２に準拠した方法で求められる「転移熱」を言う。

本発明によれば、引張強度及び伸びを向上させることができるアルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネスが提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

＜アルミニウム合金線＞
本発明のアルミニウム合金線は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって添加元素が少なくともＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金線は、示差走査熱分析して得られるＤＳＣ曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有する。

本発明のアルミニウム合金線によれば、引張強度及び伸びを向上させることが可能となる。

次に、本発明のアルミニウム合金線について詳細に説明する。

（アルミニウム合金）
アルミニウム合金中の添加元素は少なくともＳｉ及びＭｇを含有していればよい。

上記アルミニウム合金中のＳｉの含有率は０．４５質量％以上０．６５質量％以下であることが好ましい。この場合、Ｓｉの含有率が０．４５質量％未満である場合と比べて、アルミニウム合金線において、優れた引張強さと伸びとを両立でき、Ｓｉの含有率が０．６５質量％より多い場合と比べて、アルミニウム合金線が導電性に優れる。Ｓｉの含有率は好ましくは０．５質量％以上０．６質量％以下である。

上記アルミニウム合金中のＭｇの含有率は０．４質量％以上０．６質量％以下であることが好ましい。この場合、Ｍｇの含有率が０．４質量％未満である場合と比べて、アルミニウム合金線において、優れた引張強さと伸びとを両立でき、Ｍｇの含有率が０．６質量％より多い場合と比べて、アルミニウム合金線がより導電性に優れる。Ｍｇの含有率は好ましくは０．４５質量％以上０．５５質量％以下である。

上記アルミニウム合金線中のＣｕの含有率は０．３質量％以下であることが好ましい。この場合、Ｃｕの含有率が０．３質量％より多い場合と比べて、アルミニウム合金線が導電性に優れる。Ｃｕの含有率は好ましくは０．１質量％以上０．２質量％以下である。

上記アルミニウム合金線中のＦｅの含有率は０．４質量％以下であることが好ましい。この場合、Ｆｅの含有率が０．４質量％より多い場合と比べて、アルミニウム合金線が導電性に優れる。Ｆｅの含有率は好ましくは０．３質量％以下である。但し、Ｆｅの含有率は０質量％より大きいことが好ましい。この場合、Ｆｅの含有率が０質量％である場合に比べて、アルミニウム合金線の伸びをより向上させることができる。

上記アルミニウム合金中のＴｉ及びＶの合計含有率は０．０５質量％以下であることが好ましい。この場合、Ｔｉ及びＶの合計含有率を０．０５質量％より大きくする場合に比べて、アルミニウム合金線がより導電性に優れる。Ｔｉ及びＶの合計含有率は好ましくは０．０３質量％以下である。なお、Ｔｉ及びＶの合計含有率は０．０５質量％以下であればよく、０質量％であってもよい。すなわち、Ｔｉ及びＶの含有率がいずれも０質量％であってもよい。またＴｉ及びＶのうちＴｉの含有率のみが０質量％であってもよく、Ｖの含有率のみが０質量％であってもよい。

なお、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＭｇの含有率、並びにＴｉ及びＶの合計含有率は、アルミニウム合金線の質量を基準（１００質量％）としたものである。

（発熱ピーク）
本発明のアルミニウム合金線は、示差走査熱分析して得られるＤＳＣ曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有する。この場合、アルミニウム合金線が、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有さない場合に比べて、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びをより向上させることができる。本発明のアルミニウム合金線は、示差走査熱分析して得られるＤＳＣ曲線において、２３０〜２７５℃の温度範囲に発熱ピークを有することが好ましい。この場合、引張強度及び伸びをさらに向上させることができる。

発熱ピークにおける発熱量は、特に限定されるものではないが、１．２Ｊ／ｇ以上であることが好ましい。この場合、発熱量が１．２Ｊ／ｇ未満である場合と比べて、アルミニウム合金線の伸びがより顕著に向上する。発熱ピークにおける発熱量は、１．８Ｊ／ｇ以上であることがより好ましい。この場合、伸びがさらに向上する。但し、発熱ピークにおける発熱量は、５．０Ｊ／ｇ以下であることが好ましい。この場合、引張強度がさらに向上する。

発熱ピークとしては、ＧＰゾーンの形成、β相の析出、β’相の析出、β’’相の析出などさまざまな相転移に由来する発熱ピークが挙げられるが、発熱ピークは、β’’相の析出に由来する発熱ピークであることが好ましい。この場合、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びをより向上させることができる。

次に、本発明のアルミニウム合金線の製造方法について説明する。

本発明のアルミニウム合金線の製造方法は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって添加元素が少なくともＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金からなる荒引線を形成する荒引線形成工程と、この荒引線に対して、処理ステップを行うことにより、アルミニウム合金線を得る荒引線処理工程とを含む。

次に、上述した荒引線形成工程及び荒引線処理工程について詳細に説明する。

＜荒引線形成工程＞
荒引線形成工程は、上述したアルミニウム合金からなる荒引線を形成する工程である。

上記荒引線は、例えば上述したアルミニウム合金からなる溶湯に対し、連続鋳造圧延やビレット鋳造後の熱間押出し等を行うことにより得ることができる。

＜荒引線処理工程＞
荒引線処理工程は、荒引線に対し、処理ステップを行うことにより、アルミニウム合金線を得る工程である。

（処理ステップ）
処理ステップとしては、例えば以下の態様が挙げられる。
・伸線処理ステップ→溶体化処理ステップ→伸線処理ステップ→溶体化処理ステップ→時効処理ステップ

但し、処理ステップは、上記の態様に限定されるものではない。例えば上記の態様は、伸線処理ステップを２回含んでいるが、伸線処理ステップは、１回でもよく、３回以上であってもよい。

（伸線処理ステップ）
上記伸線処理ステップは、荒引線、荒引線を伸線して得られる伸線材、又は伸線材をさらに伸線して得られる伸線材（以下、「荒引線」、「荒引線を伸線して得られる伸線材」、および「伸線材をさらに伸線して得られる伸線材」を「線材」と呼ぶ）などの径を低減させるステップである。伸線処理ステップは、熱間伸線であっても冷間伸線であってもよいが、通常は冷間伸線である。

（溶体化処理ステップ）
溶体化処理ステップは、アルミニウム及び添加元素の固溶体を形成した後、焼き入れ処理するステップである。ここで、固溶体の形成は、線材を高温に加熱して熱処理することにより、アルミニウム中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウムに溶け込ませることで行われる。

焼き入れ処理は、固溶体を形成した後に線材に対して行われる急冷処理である。線材を急冷処理するのは、自然冷却する場合と比べて、アルミニウム中に溶け込んだ添加元素が冷却中に析出することを抑制するためである。ここで、急冷とは、１００Ｋ／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することを言う。

溶体化処理ステップにおいて、固溶体を形成する際の熱処理温度は、アルミニウム中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウム中に溶け込ませることができる温度であれば特に制限されるものではないが、４５０℃以上であることが好ましい。但し、固溶体を形成する際の熱処理温度は６００℃以下であることが好ましい。この場合、熱処理温度が６００℃より高い場合と比べて、線材が部分的に溶解することをより十分に抑制できる。

固溶体を形成する際の熱処理時間は、特に制限されるものではないが、アルミニウム中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウム中に十分に溶け込ませる観点からは、１時間以上であればよい。

急冷は例えば液体を用いて行うことができる。このような液体としては、水又は液体窒素などを用いることができる。

（時効処理ステップ）
時効処理ステップは、最終線材を構成するアルミニウム合金中に析出物を形成させることにより、最終線材の時効処理を行うステップである。時効処理ステップにおいて、最終線材を１００〜１８０℃の温度範囲で１〜７２時間熱処理することで、示差走査熱分析して得られるＤＳＣ曲線において、２００〜３００℃の温度範囲にピークを有するアルミニウム合金線が得られる。

発熱ピークにおける発熱量は、主として、時効処理における熱処理時間を短くするほど大きくなる傾向がある。従って、発熱量を大きくするためには、時効処理における熱処理時間を短くし、発熱量を小さくするためには、時効処理における熱処理時間を長くすればよい。

（電線）
本発明の電線は、上記アルミニウム合金線と、アルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する。

この電線によれば、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線は、屈曲や振動が加えられる動的な箇所（例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍）に配置される電線として有用である。

本発明の電線は通常、上記アルミニウム合金線を被覆する被覆層をさらに有する。被覆層は、例えばポリ塩化ビニル樹脂や、ポリオレフィン樹脂に難燃剤等を添加してなる難燃性樹脂組成物などの絶縁材で構成される。

被覆層の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば０．１〜１ｍｍである。

（ワイヤハーネス）
本発明のワイヤハーネスは、上記電線を複数本備える。

このワイヤハーネスによれば、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線を複数本備えるワイヤハーネスは、屈曲や振動が加えられる動的な箇所（例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍）に配置されるワイヤハーネスとして有用である。

ワイヤハーネスにおいては、すべての電線が異なる線径を有していてもよいし、同じ線径を有していてもよい。

また、ワイヤハーネスにおいては、すべての電線が異なる組成のアルミニウム合金で構成されていてもよいし、同じ組成のアルミニウム合金で構成されていてもよい。

また、ワイヤハーネスにおいて用いる電線の本数は、２本以上であれば特に限定されるものではないが、２００本以下であることが好ましい。

以下、本発明の内容を実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜１２及び比較例１〜９）
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＶを表１に示す含有率となるようにアルミニウムとともに溶解し、直径２５ｍｍの鋳型に流し込むことで線径２５ｍｍのアルミニウム合金を鋳造した。こうして得られたアルミニウム合金について、スウェージングマシン（吉田記念社製）によって線径９．５ｍｍとなるようにスウェージング加工を行った後、２７０℃、８時間で熱処理することで線径９．５ｍｍの荒引線を得た。こうして得られた荒引線に対し、下記の処理ステップを行うことによりアルミニウム合金線を得た。

なお、下記処理ステップの溶体化処理では、アルミニウム及び添加元素の固溶体を形成した後、水冷による焼き入れ処理を行った。このときの焼き入れ処理の冷却速度は８００Ｋ／ｍｉｎとした。また、伸線は冷間伸線とした。

（処理ステップ）
線径１．２ｍｍまで伸線
→５５０℃×３時間で溶体化処理
→線径０．３３ｍｍまで伸線
→５７０℃×６秒で溶体化処理
→表１に示す「時効処理における熱処理条件」で時効処理

また上記のようにして得られたアルミニウム合金線について、ＤＳＣ（製品名「Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｄｓｃ」、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ，Ｉｎｃ．製）を用いて下記の条件で示差走査熱分析を行い、ＤＳＣ曲線を得た。得られたＤＳＣ曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に現れた発熱ピークの有無について確認した。結果を表１に示す。

標準物質：アルミニウム
試料容器：アルミニウム
昇温速度：４０℃／ｍｉｎ
試料重量：２０ｍｇ
分析中の雰囲気：窒素

さらに上記のようにして得られたＤＳＣ曲線中の２００〜３００℃における発熱ピークについて、ＪＩＳ Ｋ７１２２に準拠して発熱ピークにおける転移熱を計算し、計算された転移熱を発熱ピークの「発熱量」とした。結果を表１に示す。なお、「発熱量」の単位はＪ／ｇである。また、例えば実施例１〜４では、発熱ピークのピーク温度は、それぞれ２６５℃、２６１℃、２４５℃、２５０℃であった。

［特性評価］
（引張強度及び伸び）
実施例１〜１２及び比較例１〜９のアルミニウム合金線について、ＪＩＳ Ｃ３００２に準拠した引張試験による引張強度及び伸びを測定した。結果を表１に示す。
また、比較例１〜９の引張強さ及び伸びを１００とした場合の実施例１〜１２及び比較例１〜９の引張強さ及び伸びの相対値も併記した。結果を表１に示す。表１において、実施例１〜４の引張強さ及び伸びの相対値はそれぞれ、比較例１の引張強さ及び伸びを１００としたときの相対値、実施例５〜１２の引張強さ及び伸びの相対値はそれぞれ、比較例２〜９のそれぞれの引張強さ及び伸びを１００としたときの相対値である。

表１に示す結果より、本発明のアルミニウム合金線によれば、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びを向上させることができることが確認された。

すなわち、本発明は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって前記添加元素が少なくともＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、前記アルミニウム合金中のＳｉの含有率が０．４６質量％以上０．６３質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＭｇの含有率が０．４５質量％以上０．５７質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＣｕの含有率が０．２５質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＦｅの含有率が０．３６質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＴｉ及びＶの合計含有率が０．０４２質量％以下であり、示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有し、前記発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークであり、前記発熱ピークにおける発熱量が１．２Ｊ／ｇ以上である、アルミニウム合金線である。

また、発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークでない場合と比べて、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びをより向上させることが可能となる。

さらに、発熱ピークにおける発熱量が１．２Ｊ／ｇ未満である場合と比べて、アルミニウム合金線の伸びをより顕著に向上させることが可能となる。

すなわち、本発明は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって前記添加元素がＳｉ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＶで構成されるアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、前記アルミニウム合金中のＳｉの含有率が０．４６質量％以上０．６３質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＭｇの含有率が０．４５質量％以上０．５７質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＣｕの含有率が０．０３質量％以上０．２５質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＦｅの含有率が０．１２質量％以上０．３６質量％以下であり、前記アルミニウム合金中のＴｉ及びＶの合計含有率が０．０１０質量％以上０．０４２質量％以下であり、示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有し、前記発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークであり、前記発熱ピークにおける発熱量が１．５Ｊ／ｇ以上である、アルミニウム合金線である。

Claims (5)

1. アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって前記添加元素が少なくともＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、
   示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、２００〜３００℃の温度範囲に発熱ピークを有する、アルミニウム合金線。
2. 前記発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークである、請求項１に記載のアルミニウム合金線。
3. 前記発熱ピークにおける発熱量が１．２Ｊ／ｇ以上である、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金線。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金線と、
   前記アルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線。
5. 請求項４に記載の電線を複数本備えるワイヤハーネス。