JP2004060006A

JP2004060006A - アルミニウム合金配線材料及びそれを用いた配線材の製造方法

Info

Publication number: JP2004060006A
Application number: JP2002220650A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Horikoshi; 堀越　稔之; Hiromitsu Kuroda; 黒田　洋光; Michiaki Shimizu; 清水　道晃; Hiroaki Hayashi; 林　裕昭; Shigeru Umehara; 梅原　茂; Mitsuhisa Otake; 大竹　光久
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: JP3867636B2

Abstract

【課題】導電性が良好で、引張強さ及び伸びが高く、かつ、耐熱性も良好なアルミニウム合金配線材料及びそれを用いた配線材の製造方法を提供するものである。
【解決手段】本発明に係るアルミニウム合金配線材料は、化学組成が、
Ｆｅ：０．２〜１．０重量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０重量％であり、
残余がＡｌ及び不可避不純物であるものである。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金配線材料及びそれを用いた配線材の製造方法に係り、特に、自動車等の装置の配線材に用いられるアルミニウム合金配線材料及びそれを用いた配線材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の配線材の配線材料としては、機械的強度および導電率の点から、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、銅又は銅合金は、引張強さ及び導電率は高いものの、比重が高いため、銅又は銅合金からなる配線材を自動車等の装置に適用した場合、配線材の重量割合が増え、装置全体のエネルギー効率の低下を招くという問題がある。
【０００４】
また、高温環境下では、銅又は銅合金自体が軟化するため、配線材の強度が不足するという問題がある。このため、配線材の周りの環境温度が高温になる自動車、特に電気自動車においては、銅又は銅合金からなる配線材の信頼性の確保が困難であった。
【０００５】
一方、アルミニウム合金からなる配線材は、導電率が低いため、ジュール熱が発生し、エネルギー損失が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
また、アルミニウム合金は、導電率が低く、かつ、引張強さが小さいため、アルミニウム合金からなる配線材の電流溶量及び機械的強度を満足させるためには、配線材の断面積を大きくする必要がある。このため、アルミニウム合金からなる配線材を自動車等の装置に適用した場合、装置全体に占める配線材の容積が大きくなって、大型化を招いてしまい、エネルギー効率を低下させてしまう。
【０００７】
さらに、アルミニウム合金からなる配線材で必要な引張強さを得ようとすると、伸びが低下してしまうことから、可撓性が低下し、屈曲寿命の低下を招くという欠点がある。
【０００８】
また、高温環境下での使用においては、銅又は銅合金と同様の理由で、信頼性の確保が困難であった。
【０００９】
以上より、自動車、特に電気自動車などに使用する配線材料としては、導電性、引張強さ、及び伸びが高いこと、また、耐熱性が良好であることが望まれている。しかしながら、従来の配線材料で、これらをすべて満足するものはなかった。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、導電性が良好で、引張強さ及び伸びが高く、かつ、耐熱性も良好なアルミニウム合金配線材料及びそれを用いた配線材の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るアルミニウム合金配線材料は、化学組成が、
Ｆｅ：０．２〜１．０重量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０重量％であり、
残余がＡｌ及び不可避不純物であるものである。
【００１２】
以上の化学組成により、導電性が良好で、引張強さ及び伸びが高く、かつ、耐熱性も良好なアルミニウム合金配線材料が得られる。
【００１３】
一方、本発明に係るアルミニウム合金配線材の製造方法は、純度９９．９５％以上の純アルミニウムからなる母材中にＦｅ、Ｚｒを特定の割合で添加し、化学組成が、
Ｆｅ：０．２〜１．０重量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０重量％であり、
残余がＡｌ及び不可避不純物のアルミニウム合金鋳造体を形成し、その鋳造体で線材を形成するものである。
【００１４】
以上の製造方法により、前述した組成を有するアルミニウム合金鋳造体が得られ、その鋳造体を用いることでアルミニウム合金配線材を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１６】
本発明者らが鋭意研究を行った結果、所定以上の純度を有するアルミニウムに、Ｆｅ及びＺｒを特定の割合で微量添加することで、アルミニウムの特長である低比重および良好な導電性を維持しつつ、機械的強度および伸びが高く、かつ、耐熱性も良好となるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
具体的には、本発明に係るアルミニウム合金配線材料は、
Ｆｅを０．２〜１．０重量％、好ましくは０．２〜０．７重量％、特に好ましくは０．３〜０．６重量％、
Ｚｒを０．０１〜０．１０重量％、好ましくは０．０１〜０．０５重量％、特に好ましくは０．０２重量％前後含有し、
かつ、残余がＡｌ及び０．０５重量％以下の不可避不純物で構成されるものである。
【００１８】
一方、本発明に係るアルミニウム合金材料を用いた配線材の製造方法は、先ず、純度９９．９５％以上の純アルミニウムからなるＡｌ母材の溶湯中に、Ｆｅ及びＺｒを添加すると共に、それらの添加割合を調整し、前述した化学組成を有するＡｌ合金溶湯を作製する。次に、このＡｌ合金溶湯を用いて鋳造体の形成を行い、その後、その鋳造体に、線材加工および熱処理を施す。これによって、本発明に係るアルミニウム合金材料からなる配線材が得られる。
【００１９】
ここで、Ａｌ母材として、純度が９９．９５％以上の純アルミニウムを用いるのは、純度が９９．９５％よりも低いと、得られる配線材料において良好な導電率が得られないためである。
【００２０】
また、鋳造体に施す線材加工としては、特に限定するものではないが、例えば、断面減少率（減面率）が８５％以上、好ましくは９０％以上の塑性加工（冷間加工）が挙げられる。
【００２１】
次に、本発明に係るアルミニウム合金配線材料の作用を説明する。
【００２２】
本発明のアルミニウム合金配線材料は、母材となる純アルミニウムの純度と、ＦｅおよびＺｒの重量比とを規定したことにより、純アルミニウムと略同等の良好な導電率が得られ、従来のアルミニウム合金のようにジュール熱の発生に伴うエネルギー損失が多くなるということはない。よって、この配線材料を用いた配線材を適用した装置、例えば自動車などにおいては、エネルギーの高効率化、すなわちエネルギー効率の向上を図ることができる。
【００２３】
また、Ａｌ以外の元素（Ｆｅ、Ｚｒ等）の含有量は、最大でも１％強であるため、本発明の配線材料の比重は純アルミニウムと略同等である。よって、この配線材料を用いた配線材を自動車等の装置に適用しても、配線材の重量割合は純アルミニウムの場合と略同等であり、その結果、装置全体の重量を小さくすることができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の配線材料は、純アルミニウムと略同等の良好な導電率を有し、かつ、室温での引張強さは純アルミニウムよりも高いことから、配線材の電流溶量及び機械的強度を満足させるために、配線材の断面積を大きくする必要はない。よって、この配線材料を用いた配線材の断面積を小さく抑えることができ、装置全体に占める配線材の容積が小さくなり、その結果、装置の容積を小さくすることができる。
【００２５】
また、本発明の配線材料は、純アルミニウムと比較して室温での引張強さは同等以上で、かつ、伸びは著しく高い。よって、この配線材料を用いた配線材の可撓性が良好となり、その結果、従来の配線材と比較して配線材の屈曲寿命が向上する。
【００２６】
また、本発明の配線材料は、高温環境下においても引張強さは殆ど低下せず、高温強度が良好であることから、この配線材料を用いた配線材は高温環境下での信頼性が高い。よって、この配線材料を用いた配線材を、高温耐熱性が要求される装置、例えば電気自動車に適用すれば、自動車の信頼性を著しく向上させることができる。
【００２７】
本発明のアルミニウム合金配線材料は、自動車用配線材の他にも、自動車用ハーネス、モーター用巻線、ケーブル用接続端子、その他のアッセンブリー品などにも適用することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明に係る配線材料の製造方法及び化学組成などは、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
配線材料母材として純度９９．９５％のＡｌを用いて、化学組成がＡｌ−０．３Ｆｅ−０．０２Ｚｒ（重量％）のアルミニウム合金を鋳造し、その鋳造体に断面減少率９０％の塑性加工（減面加工）を施して線材を形成し、その線材に２５０〜３５０℃で約１時間の熱処理を施し、アルミニウム合金配線材を作製した（試料１）。
【００３１】
（実施例２）
配線材料母材として純度９９．９５％のＡｌを用いて、化学組成がＡｌ−０．６Ｆｅ−０．０２Ｚｒ（重量％）のアルミニウム合金からなる鋳造体を作製し、その後は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金配線材を作製した（試料２）。
【００３２】
（比較例１）
配線材料として純度９９．９５％のＡｌを用いて純アルミニウム鋳造体を作製し、その後は、実施例１と同様にしてアルミニウム配線材を作製した（試料３）。
【００３３】
（比較例２）
配線材料母材として純度９９．９５％のＡｌを用いて、化学組成がＡｌ−０．３Ｆｅ（重量％）のアルミニウム合金からなる鋳造体を作製し、その後は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金配線材を作製した（試料４）。
【００３４】
（比較例３）
配線材料母材として純度９９．９５％のＡｌを用いて、化学組成がＡｌ−０．６Ｆｅ（重量％）のアルミニウム合金からなる鋳造体を作製し、その後は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金配線材を作製した（試料５）。
【００３５】
実施例１，２及び比較例１〜３の各配線材（試料１〜５）について、導電率（％ＩＡＣＳ）、室温（２０℃）での引張強さ（ＭＰａ）、伸び（％）、及び高温環境下（２８０℃）での強度残存率（％）を測定した。尚、高温環境下での強度残存率は、（２８０℃での引張強さ×１００／室温での引張強さ）によって求めた。各配線材のそれぞれの測定値を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１から明らかなように、実施例１の配線材（試料１）の導電率は６０．５％ＩＡＣＳ、常温引張強さは１２８ＭＰａであり、比較例２の配線材（試料４）と略同程度であり、特に伸び（１０％）については同等以上であった。また、実施例２の配線材料（試料２）の導電率は６０．３％ＩＡＣＳ、常温引張強さは１３０ＭＰａであり、比較例３の配線材（試料５）と略同程度であり、特に伸び（１５％）については同等以上であった。ところが、試料１，２の高温環境下での強度残存率は９１％、９６％であり、試料４，５のそれ（８０％、８５％）と比較して１０％以上も向上している。このことから、試料１，２においては、Ｚｒの微量添加により高温強度（耐熱性）が改善されていることがわかる。
【００３８】
また、試料１，２と比較例１の配線材（試料３）とを比較すると、試料１，２の導電率が試料３のそれよりもやや劣る他は、常温の引張強さは同等以上であり、また、伸びについては２倍以上、高温強度については１．５倍以上となっていることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、化学組成を、
Ｆｅ：０．２〜１．０重量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０重量％、
残余をＡｌ及び不可避不純物と規定することで、導電性が良好で、引張強さ及び伸びが高く、かつ、耐熱性も良好なアルミニウム合金配線材料が得られるという優れた効果を発揮する。

Claims

化学組成が、
Ｆｅ：０．２〜１．０重量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０重量％であり、
残余がＡｌ及び不可避不純物であることを特徴とするアルミニウム合金配線材料。
純度９９．９５％以上の純アルミニウムからなる母材中にＦｅ、Ｚｒを特定の割合で添加し、化学組成が、
Ｆｅ：０．２〜１．０重量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０重量％であり、
残余がＡｌ及び不可避不純物のアルミニウム合金鋳造体を形成し、その鋳造体で線材を形成することを特徴とするアルミニウム合金配線材の製造方法。