JP2010077535A - アルミニウム合金線の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルミニウム合金線は、質量%で、Mgを0.2%以上1.0%以下、Siを0.1%以上1.0%以下、Cuを0.1%以上0.5%以下含有し、残部がAl及び不純物からなり、0.8≦質量比Mg/Si≦2.7を満たす。このAl合金線は、導電率が58%IACS以上であり、かつ伸びが10%以上である。このAl合金線は、鋳造→圧延→伸線→軟化処理という工程を経て製造される。軟化処理を施すことで、伸びや耐衝撃性といった靭性に優れるため、ワイヤーハーネスを組み付ける際に端子部近傍で電線が破断することを低減することができる。軟化処理を施すことで、伸線などの塑性加工に伴う歪を除去して、導電率も向上することができる。
【選択図】図1
Description
1. 質量%で、Mgを0.2%以上1.0%以下、Siを0.1%以上1.0%以下、Cuを0.1%以上0.5%以下含有し、かつ、Mg及びSiの質量比Mg/Siが0.8≦Mg/Si≦2.7を満たし、残部がAlからなるアルミニウム合金の溶湯を鋳造して鋳造材を形成する工程。
2. 上記鋳造材に圧延を施して圧延材を形成する工程。
3. 上記圧延材に伸線加工を施して伸線材を形成する工程。
4. 上記伸線材に軟化処理を施して軟材を形成する工程。
そして、本発明製造方法は、軟化処理後の線材の伸びが10%以上となるように上記伸線材に軟化処理を施す。上記工程を経て、導電率が58%IACS以上、伸びが10%以上であり、導体に利用されるアルミニウム合金線を製造する。
《組成》
上記Al合金線を構成するAl合金は、Mgを0.2〜1.0%、Siを0.1〜1.0%、Cuを0.1〜0.5%含有するAl-Mg-Si-Cu系合金である。Mgを0.2%以上、Siを0.1%以上、及びCuを0.1%含有することで、強度に優れるAl合金線が得られる上に、耐応力緩和性に優れる、即ち、端子部を装着した際の応力が応力緩和により低下して端子部と電線との固着力が緩まることを低減することができる。Mg,Si,Cuの含有量が高いほどAl合金の強度が高まるが、導電率や靭性が低下する上に、伸線加工時などで断線が生じ易くなるため、Mg:1.0%以下、Si:1.0%以下、Cu:0.5%以下とする。具体的には、Mgは、導電率の低下が大きいものの、強度の向上効果が高い元素である。特に、Mgと同時にSiを特定の範囲で含有することで、時効硬化による強度の向上を効果的に図ることができる。Cuは、導電率の低下が少なく、強度を向上することができる。より好ましい含有量は、Mg:0.3%以上0.9%以下、Si:0.1%以上0.8%以下、Cu:0.1%以上0.4%以下である。かつ、Mg及びSiの質量比Mg/Siが0.8≦Mg/Si≦2.7を満たす。Mg/Siが0.8未満では、十分な強度向上の効果が得られず、2.7超では、導電率の低下が大きくなる。より好ましくは、0.9≦Mg/Si≦2.6である。
上記Al合金線は、特定の組成の上記Al合金から構成されると共に軟材であるため、導電性及び靭性に優れ、導電率:58%IACS以上、伸び:10%以上である。添加元素の種類や量、軟化条件にもよるが、上記Al合金線は、導電率:59%IACS以上、伸び:20%以上を満たすこともできる。
上記Al合金線は、伸線加工時の加工度(断面減少率)を適宜調整することで、種々の線径(直径)を有することができる。例えば、自動車用ワイヤーハーネスの電線用導体に利用する場合、線径は0.2mm以上1.5mm以下が好ましい。
上記Al合金線は、複数の線材を撚り合わせた撚り線とすることができる。細径の線材であっても撚り合わせることで、強度の高い線材(撚り線)とすることができる。撚り合わせ本数は、特に問わない。例えば、7,11,19,37本が挙げられる。また、このAl合金撚り線は、撚り合わせた後、圧縮成形した圧縮線材とすると、撚り合わせた状態よりも線径を小さくすることができる。
上記Al合金線や上記Al合金撚り線、圧縮線材は、電線用導体に好適に利用することができる。用途に応じて、このまま導体として使用することもできるし、この導体の外周に絶縁材料により形成した絶縁被覆層を具える被覆電線として使用することもできる。絶縁材料は、適宜選択することができる。例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)やノンハロゲン樹脂、難燃性に優れる材料などが挙げられる。絶縁被覆層の厚さは、所望の絶縁強度を考慮して適宜選択することができ、特に限定されない。
上記被覆電線は、ワイヤーハーネスに好適に利用することができる。このとき、被覆電線の端部には、機器などの接続対象に接続できるように端子部が装着される。このワイヤーハーネスは、複数の被覆電線に対して一つの端子部を共有するような電線群を含んでいてもよい。また、このワイヤーハーネスに具える複数の被覆電線は、結束具などにより一纏まりに束ねることで、ハンドリング性に優れる。このワイヤーハーネスは、軽量化が望まれている種々の分野、特に、燃費の向上のために更なる軽量化が望まれている自動車に好適に利用することができる。
《鋳造工程》
本発明製造方法は、まず、上記特定の組成のAl合金からなる鋳造材を形成する。鋳造は、可動鋳型又は枠状の固定鋳型を用いる連続鋳造、箱状の固定鋳型を用いる金型鋳造(以下、ビレット鋳造と呼ぶ)のいずれも利用することができる。連続鋳造は、溶湯を急冷凝固できるため、微細な結晶組織を有する鋳造材が得られる。このような鋳造材を素材にすると、微細な結晶組織を有するAl合金線を製造し易く、結晶の微細化による強度の向上を図ることができる。冷却速度は、適宜選択することができるが、固液共存温度域である600〜700℃において20℃/sec以上が好ましい。例えば、水冷銅鋳型や強制水冷機構などを有する連続鋳造機を用いると、上述のような冷却速度による急冷凝固を実現できる。
次に、上記鋳造材に(熱間)圧延を施し、圧延材を形成する。特に、上記特定の組成のAl合金からなるビレット鋳造材を用いた場合、鋳造後圧延前に溶体化処理及び時効処理を行うと、Mg2Siといった析出物を析出して、析出強化(時効硬化)により強度を向上することができて好ましい。時効処理は、加熱温度を100℃以上として行うことが好ましい。上記時効処理は、圧延後伸線加工前の圧延材や伸線加工途中の線材(伸線材)に施してもよい。また、撚り合わせた撚り線に時効処理を施してもよい。鋳造材、圧延材、伸線材の少なくとも一つに時効処理を施すことで、上述のように析出強化による強度向上の効果が得られる。
次に、上記圧延材又は連続鋳造圧延材に(冷間)伸線加工を施し、伸線材を形成する。伸線加工度は、所望の線径に応じて適宜選択することができる。得られた伸線材は、所望の本数を用意して撚り合わせ、撚り線とすることもできる。
次に、上記伸線材又は撚り線に軟化処理を施す。軟化処理は、軟化処理後の線材(単線材又は撚り線)の伸びが10%以上となるような条件により行う。伸線後及び撚り合わせ後の双方に軟化処理を施して、最終的な撚り線の伸びが10%以上となるようにしてもよい。この軟化処理は、結晶組織の微細化、及び加工硬化によって高めた線材の強度を極端に低下させることなく軟化して、線材の靭性を高めるために行う。
バッチ処理は、加熱用容器(雰囲気炉、例えば、箱型炉)内に加熱対象を封入した状態で加熱する処理方法であり、一度の処理量が限られるものの、加熱対象全体の加熱状態を管理し易い処理方法である。バッチ処理では、加熱温度を250℃以上とすることで、線材の伸びを10%以上にすることができる。好ましい条件は、加熱温度:300℃以上400℃以下、保持時間:0.5時間以上6時間以下である。加熱温度が250℃未満では靭性及び導電率が向上し難く、加熱温度が400℃超、又は保持時間が6時間超では、強度が低下する。
連続処理は、加熱用容器内に加熱対象を連続的に供給して、加熱対象を連続的に加熱する処理方法であり、1.連続的に加熱できるため作業性に優れる、2.線材の長手方向に均一的に加熱できるため線材の長手方向における特性のばらつきを抑制できる、といった利点がある。特に、電線用導体に利用されるような長尺な線材に軟化処理を施す場合、連続処理が好適に利用できる。連続処理は、加熱対象に直接通電して加熱する直接通電方式(通電連続軟化処理)、高周波数の電磁誘導を利用して加熱対象に間接的に通電して加熱する間接通電方式(高周波誘導加熱連続軟化処理)、加熱雰囲気とした加熱用容器(パイプ軟化炉)内に加熱対象を導入して熱伝導により加熱する炉式が挙げられる。連続処理により伸びが10%以上である線材を得るには、例えば、以下のようにする。所望の特性(ここでは、伸び)に関与し得る制御パラメータを適宜変化させて軟化処理を行い、そのときの特性(伸び)を測定し、パラメータ値と測定データとの相関データを予め作成する。この相関データに基づいて、所望の特性(伸び)が得られるようにパラメータを調整する。通電方式の制御パラメータは、容器内への供給速度(線速)、加熱対象の大きさ(線径)、電流値などが挙げられる。炉式の制御パラメータは、容器内への供給速度(線速)、加熱対象の大きさ(線径)、炉の大きさ(パイプ軟化炉の直径)などが挙げられる。伸線機における伸線材の排出側に軟化装置を配置させる場合、線速を数百m/min以上、例えば、400m/min以上とすることで、伸びが10%以上の線材が得られる。
本発明製造方法は、更に、複数の上記伸線材又は軟材を撚り合わせて撚り線を形成する工程と、上記撚り線を圧縮成形して所定の線径の圧縮線材を形成する工程とを具えることで、圧縮線材を製造することができる。このとき、軟化処理は、撚り合わせ前後の双方で行ってもよいし、撚り合わせ前の伸線材に施さず、圧縮線材にのみ施してもよい。撚り合わせ前に所定の伸びを有する軟材を作製し、この軟材により圧縮線材を形成する場合、圧縮後に軟化処理を施さなくてもよい。得られた圧縮線材に上述の絶縁被覆層を形成することで、被覆電線を製造することができる。得られた被覆電線の端部に端子部を装着し、複数の端子部付きの被覆電線を束ねることで、ワイヤーハーネスを製造することができる。
まず、Al合金線を作製する。ベースとして純アルミニウム(99.7質量%以上Al)を用意して溶解し、得られた溶湯(溶融アルミニウム)に表1に示す添加元素を表1に示す含有量となるように投入して、Al合金溶湯を作製する。成分調整を行ったAl合金溶湯は、適宜、水素ガス除去処理や、異物除去処理を行うことが望ましい。
軟化処理の条件を変えた試料を作製し、得られた試料について導電率(%)及び引張強さ(MPa)を調べた。その結果を図1に示す。ここでは、試料No.1-4の組成を有する線径φ0.3mmの伸線材に軟化処理を施した。軟化処理は、加熱温度(軟化温度)を200〜400℃の範囲で適宜選択して伸線材に施した(保持時間:3時間)。
上述のように特定の組成のAl-Mg-Si-Cu系合金からなり、軟化処理を施したAl合金線は、ワイヤーハーネスの電線用導体に好適に利用できると期待される。そこで、被覆電線を作製して、その機械的特性を調べた。
S 試料 w 錘 10 支持台 11 凸部 12 押圧治具
20 端子チャック 21 線材チャック
Claims (5)
- 導体に利用されるアルミニウム合金線の製造方法であって、
質量%で、Mgを0.2%以上1.0%以下、Siを0.1%以上1.0%以下、Cuを0.1%以上0.5%以下含有し、かつ、Mg及びSiの質量比Mg/Siが0.8≦Mg/Si≦2.7を満たし、残部がAlからなるアルミニウム合金の溶湯を鋳造して鋳造材を形成する工程と、
前記鋳造材に圧延を施して圧延材を形成する工程と、
前記圧延材に伸線加工を施して伸線材を形成する工程と、
前記伸線材に軟化処理を施して軟材を形成する工程とを具え、
前記軟化処理は、この軟化処理後の線材の伸びが10%以上となるように前記伸線材に施し、
導電率が58%IACS以上であり、伸びが10%以上であるアルミニウム合金線を製造することを特徴とするアルミニウム合金線の製造方法。 - 前記軟化処理は、雰囲気炉を用いたバッチ処理であり、非酸化性雰囲気で、雰囲気温度を250℃以上として行うことを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
- 前記鋳造工程及び圧延工程は、連続的に行って、連続鋳造圧延材を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
- 前記鋳造後圧延前の鋳造材、圧延後伸線加工前の圧延材、及び伸線途中の線材の少なくとも一つに、加熱温度100℃以上で時効処理を施すことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
- 複数の前記伸線材又は軟材を撚り合わせて撚り線を形成する工程と、
前記撚り線を圧縮成形して所定の線径の圧縮線材を形成する工程とを具え、
前記圧縮線材に軟化処理を施すことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
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