JP2011252185A - Al合金導電線 - Google Patents
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Abstract
【課題】導電線として必要な導電率を確保しつつ、伸び、及び引張強さを兼ね備えたAl合金導電線を提供することを目的とする。
【解決手段】Fe、Si、及びCuを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなるAl合金導電線であって、前記Feは質量%において0.8以上3.0以下であり、Al合金導電線中にFeを多く含む領域2a〜2eが複数存在し、かつ、領域の長軸方向の長さWが全て5μm以下であることを特徴とするAl合金導電線。
【選択図】図1
【解決手段】Fe、Si、及びCuを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなるAl合金導電線であって、前記Feは質量%において0.8以上3.0以下であり、Al合金導電線中にFeを多く含む領域2a〜2eが複数存在し、かつ、領域の長軸方向の長さWが全て5μm以下であることを特徴とするAl合金導電線。
【選択図】図1
Description
本発明は、Al合金導電線に係り、特にワイヤハーネスやバッテリーケーブル等に好適に用いられるAl合金導電線に関する。
近年、導電線の軽量化・コストダウンを実現するにあたっては、Cuの代替として純アルミニウム(Al)あるいはAl合金を芯材として使用する、Al合金導電線が提案されている。導電線用のAl合金としては、JISの1000系、6000系が用いられることが一般的である。
一方、自動車の分野においては、車両のエレクトロニクス化が進んでおり、車両に搭載される各種電子機器を接続するための配線(ワイヤハーネス)が増加、複雑化している。電子機器同士の接続にはワイヤハーネスと呼ばれる自動車用組電線が用いられているが、ワイヤハーネスを構成する導電線には、電気抵抗が少なく、機械的特性が優れていること、すなわち十分な引張強さと可撓性(伸び)が求められている。
例えば、上述したような自動車の分野にAl合金導電線を使用する場合においても、高い導電性はもちろん、高い引張強さ及び高い可撓性が要求される。しかしながら、JISの1000系のAl合金では、高い導電性を確保することはできるが、引張強さと伸びの両立が困難であった。
引張強さと伸びの両立を目指したAl合金として、Feを多く含有した合金が提案されている。例えば、特許文献1には、Fe、Mg、Siを含むAl合金導電線が開示されている。特許文献1に記載のAl合金導電線は、Feを1.10〜1.50質量%、Mgを0.03質量%、Siを0.02〜0.06質量%含んだ導電線を撚り線とすることによって、高い導電率を保ちながら、軽量化、高い伸びを達成している。
また、特許文献2には、Fe、Si、Mnを含むAl合金導電線が開示されている。特許文献2に記載のAl合金導電線は、Feを1.10〜1.50質量%、Siを0.02〜0.06質量%、Mnを0.001〜0.010質量%含んだ導電線を撚り線とすることによって、高い導電率を保ちながら、軽量化、高い伸びを達成している。
しかし、上記特許文献に記載されているFeを多く含有したAl合金導電線でも、引張強さと伸びの両立は困難であった。
そこで、本発明は、可撓性、加工性を備え、高導電で、引張強さと伸びが両立するAl合金導電線を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、可撓性、加工性を備え、高導電で、引張強さと伸びが両立するAl合金導電線を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、この発明は以下の構成を提供している。
本発明のAl合金導電線は、Fe、Si、及びCuを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなるAl合金導電線であって、前記Feは質量%において0.8以上3.0以下であり、前記Al合金導電線中にFeを多く含む領域(析出物、晶出物等)が複数存在し、かつ、前記領域の長軸方向の長さが全て5μm以下であることを特徴とする。
本発明のAl合金導電線は、Fe、Si、及びCuを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなるAl合金導電線であって、前記Feは質量%において0.8以上3.0以下であり、前記Al合金導電線中にFeを多く含む領域(析出物、晶出物等)が複数存在し、かつ、前記領域の長軸方向の長さが全て5μm以下であることを特徴とする。
上記Al合金導電線において、前記Feは質量%において0.8以上2.5以下であることが好ましい。
本発明のAl合金導電線は、Fe、Si、及びCuを含み、Feを多く含む領域の長軸方向の長さが全て5μm以下であるため、導電線として必要な導電率を確保しつつ、伸び、及び引張強さを兼ね備えたAl合金導電線となっている。
本願発明者等は、導線線として必要な導電率を確保しつつ、伸び、及び引張強さを兼ね備えたAl合金導電線を得るために鋭意研究した結果、Fe(鉄)、Si(ケイ素)、Cu(銅)を含み、残部がAl(アルミニウム)及び不可避的不純物からなるAl合金導電線において、Al合金導電線を構成するアルミニウム合金中のFeを多く含む領域(析出物、晶出物など。以下、単に析出物と称すこともある)の大きさと、Al合金導電線の伸びとの間に相関関係があることを見出した。特に、析出物の長軸方向の長さを5μm以下とすれば、導電線として必要な導電率を確保しながら、伸び、及び引張強さに優れるAl合金導電線が得られることを見出した。
以下、本発明に係るAl合金導電線の構成、含有される化学成分、及びその組成限定理由について説明する。本発明のAl合金導電線は、アルミニウム合金の母相中に、Fe、Si、Cuを固溶させ、アルミニウム合金の機械的特性を向上させた導電線である。本願発明者等は、アルミニウム合金中のSi、Cu、及びFeの含有量を変化させ、これら化学成分の含有量、特にFeの含有量がアルミニウム合金の機械的特性、特に伸びに及ぼす影響を検討した。
まず、本発明に係るAl合金導電線の機械的特性について説明する。
<伸び>
本発明に係るAl合金導電線の伸びは、10%以上とする。10%以上の伸びを有するAl合金導電線であれば、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等に要求される可撓性や耐屈曲性を満たすことができる。
本発明に係るAl合金導電線の伸びは、10%以上とする。10%以上の伸びを有するAl合金導電線であれば、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等に要求される可撓性や耐屈曲性を満たすことができる。
<引張強さ>
本発明に係るAl合金導電線の引張強さは、140MPa以上とする。引張強さを140MPaとした理由は、軟銅線と同等の引張強さ(約210MPa)を断面積1.5倍のAl合金導電線で実現するための引張強さは、210MPa×2/3=140MPaであるからである。なお、断面積を1.5倍にしてもアルミニウムの密度は2.7g/cm3、銅の密度は8.9g/cm3なので、軽量化が可能である。
本発明に係るAl合金導電線の引張強さは、140MPa以上とする。引張強さを140MPaとした理由は、軟銅線と同等の引張強さ(約210MPa)を断面積1.5倍のAl合金導電線で実現するための引張強さは、210MPa×2/3=140MPaであるからである。なお、断面積を1.5倍にしてもアルミニウムの密度は2.7g/cm3、銅の密度は8.9g/cm3なので、軽量化が可能である。
<導電率>
本発明に係るAl合金導電線の導電率は、56%IACS以上とする。56%IACS以上の導電率があれば、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等に本発明のAl合金導電線を好適に利用することができる。
本発明に係るAl合金導電線の導電率は、56%IACS以上とする。56%IACS以上の導電率があれば、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等に本発明のAl合金導電線を好適に利用することができる。
<Feの含有量>
本発明のAl合金導電線を構成するAl合金は、Feを0.8〜3.0質量%含有する。より好ましくは、Feを0.8〜2.5質量%含有する。Feの含有量を0.8〜3.0質量%としたのは、Feの含有量が0.8質量%より少ないと、伸びが低下し、3.0質量%より多いと、導電率が低下するからである。
本発明のAl合金導電線を構成するAl合金は、Feを0.8〜3.0質量%含有する。より好ましくは、Feを0.8〜2.5質量%含有する。Feの含有量を0.8〜3.0質量%としたのは、Feの含有量が0.8質量%より少ないと、伸びが低下し、3.0質量%より多いと、導電率が低下するからである。
<Siの含有量>
本発明のAl合金導電線を構成するAl合金は、Siを0.2質量%含有するが、本願発明者等が行った実験では、0.15〜0.4質量%に変化させても同じ傾向であった。Siの含有量が0.15質量%より少ないと、引張強度と伸びの両立ができず、0.4質量%より多いと、導電率が低下する。
本発明のAl合金導電線を構成するAl合金は、Siを0.2質量%含有するが、本願発明者等が行った実験では、0.15〜0.4質量%に変化させても同じ傾向であった。Siの含有量が0.15質量%より少ないと、引張強度と伸びの両立ができず、0.4質量%より多いと、導電率が低下する。
<Cuの含有量>
本発明のAl合金導電線を構成するAl合金は、Cuを0.1%含有するが、本願発明者等が行った実験では、0.06〜0.2質量%に変化させても同じ傾向であった。Cuの含有量が0.06質量%より少ないと、引張強さと伸びの両立ができず、0.2質量%より多いと、導電線への加工時に、割れや断線が発生する虞がある。
本発明のAl合金導電線を構成するAl合金は、Cuを0.1%含有するが、本願発明者等が行った実験では、0.06〜0.2質量%に変化させても同じ傾向であった。Cuの含有量が0.06質量%より少ないと、引張強さと伸びの両立ができず、0.2質量%より多いと、導電線への加工時に、割れや断線が発生する虞がある。
また、残部はAl及び不可避的不純物が含有されている。Alは、導電線の導電率を良好にするために高い純度が望ましく、純度99.95%以上が好ましい。また、不可避的不純物は、導電性を低下させる原因となるので、その含有量はできるだけ少なくすることが好ましい。
<Fe析出物>
本発明に係るAl合金導電線には、主にFeからなる析出物(Feを多く含む領域)が複数存在している。この析出物は、Al合金導電線中に細かく分散しており、種々の大きさを有している。図1にAl合金導電線の断面の拡大図を示す。図1において、符号1がAl合金導電線におけるAl合金部分、符号2a〜2eが析出物である。
本発明に係るAl合金導電線には、主にFeからなる析出物(Feを多く含む領域)が複数存在している。この析出物は、Al合金導電線中に細かく分散しており、種々の大きさを有している。図1にAl合金導電線の断面の拡大図を示す。図1において、符号1がAl合金導電線におけるAl合金部分、符号2a〜2eが析出物である。
図1は、Al合金導電線の断面のうち、長軸方向の長さWの長い析出物2が観測できる部分を示すものである。また、析出物2(Feを多く含む領域)は、析出物2の長軸方向がAl合金電線の長手方向、つまり、Al合金導電線を伸線処理した方向に沿うように析出している。
図1に示すAl合金導電線に形成されている析出物2のうち、もっとも長軸方向の長さの長い符号2cの析出物の長さをWであるとすると、Al合金導電線中に形成された析出物の長手方向の長さは全てW以下となる。
本発明に係るAl合金導電線は、Feからなる析出物の長軸方向の長さを全て5μm以下とする。この上限値を超えると、Al合金導電線の伸びが低下するため、上述した10%の伸びの基準を満たさない。
図1に示すAl合金導電線に形成されている析出物2のうち、もっとも長軸方向の長さの長い符号2cの析出物の長さをWであるとすると、Al合金導電線中に形成された析出物の長手方向の長さは全てW以下となる。
本発明に係るAl合金導電線は、Feからなる析出物の長軸方向の長さを全て5μm以下とする。この上限値を超えると、Al合金導電線の伸びが低下するため、上述した10%の伸びの基準を満たさない。
Al合金導電線は、例えば、複数本撚り合わせて撚線としたり、複数本の撚線を更に撚り合わせた撚線としたり、これらの撚線を円形に圧縮した圧縮導体として使用することができ、これらの撚線や圧縮導体に、合成樹脂の被覆をする等の加工が施され、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等に使用できる導電線を形成することができる。
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
実施例1〜11、比較例1〜13においては、下記表1に示す組成でSi、Fe、Cu、及びAlを溶融し、鋳造してφ25mmのAl合金を鋳造した。鋳造したAl合金をφ5.65mmまで伸線処理を行った後、550℃で3時間溶体化処理を行い、この溶体化処理の後、水冷により、線を冷却し、更にφ0.33mmまで冷間伸線処理を行った。このAl合金線を230〜240℃で熱処理を施した。
実施例1〜11、比較例1〜13においては、下記表1に示す組成でSi、Fe、Cu、及びAlを溶融し、鋳造してφ25mmのAl合金を鋳造した。鋳造したAl合金をφ5.65mmまで伸線処理を行った後、550℃で3時間溶体化処理を行い、この溶体化処理の後、水冷により、線を冷却し、更にφ0.33mmまで冷間伸線処理を行った。このAl合金線を230〜240℃で熱処理を施した。
このようにして作製したAl合金導電線の特性評価として、JIS C 3002に準じて20℃での引張試験と、20℃での導電率測定を行った。また、断面観察を行い、Fe含有析出物の大きさの測定を行った。
結果を表1に示す。判定基準は、引張強さが140MPa以上、伸びが10%以上、導電率が56%IACS以上の全てを達成したもの(表中「◎」で示す)及び、導電率以外の全てを達成したもの(表中「○」で示す)を合格とし、伸び、及び導電率の基準を満たさないものは不合格(表中「×」で示す)とした。
結果を表1に示す。判定基準は、引張強さが140MPa以上、伸びが10%以上、導電率が56%IACS以上の全てを達成したもの(表中「◎」で示す)及び、導電率以外の全てを達成したもの(表中「○」で示す)を合格とし、伸び、及び導電率の基準を満たさないものは不合格(表中「×」で示す)とした。
表1から明らかなように、全ての実施例及び比較例(実施例1〜11、比較例1〜13)のSiとCuの含有量は同一である。Siについては、その含有量を0.2質量%と固定しているが、上述したように、本願発明者等が行った予備実験では、0.15〜0.4質量%に変化させても同じ傾向であった。また、Cuについては、その含有量を0.1質量%と固定しているが、0.06〜0.2質量%に変化させても同じ傾向であった。
一方、Feについては、0.7〜3.2質量%の範囲で、含有量を変化させた。
一方、Feについては、0.7〜3.2質量%の範囲で、含有量を変化させた。
また、同じ合金組成からなるAl合金から、3〜4本のAl合金導電線を作製し、それぞれ析出物の大きさ(長軸方向の長さ)等を測定した。
表1より、Feの組成比率が0.7質量%のAl合金導電線は、引張強さが140MPaの基準と、導電率が56%IACSの基準は満たすものの、伸びが10%以下と低い結果となった。10%の伸びを実現するには、一定の(本発明においては0.8質量%以上)Feの組成比率が必要であると考えられる。
また、Feの組成比率が3.2質量%のAl合金導電線は、伸びに加えて導電率も基準を満たすことができなかった。
また、Feの組成比率が3.2質量%のAl合金導電線は、伸びに加えて導電率も基準を満たすことができなかった。
Feの含有量が0.8〜2.5質量%の範囲では、複数回の試験を行った結果、Feからなる析出物の長軸方向の長さが全て5μm以下のAl合金導電線であれば、伸び、引張強さ、導電率の全ての基準を満たす結果となった。
Feの含有量が3.0質量%とした場合は、析出物の長軸方向の長さが全て5μm以下であっても導電率の基準を僅かに下回った。
Feの含有量が3.0質量%とした場合は、析出物の長軸方向の長さが全て5μm以下であっても導電率の基準を僅かに下回った。
また、表1に示したFeからなる析出物の大きさと、伸びの相関関係を図2にグラフとして示す。このグラフは、Feの含有率0.8質量%〜3.0質量%のデータのうち、析出物の長軸方向の長さが5μm以下であった結果(つまり実施例1〜11)について、析出物の大きさ(単位:μm)を横軸、伸び(単位:%)を縦軸としてプロットしたものである。
この図より、析出物の大きさ(長軸方向の長さ)と、伸びとの間には直線的な相関関係が見られることがわかり、伸び10%以上を達成するための析出物の大きさが5μm以下とする必要があることがわかる。
この図より、析出物の大きさ(長軸方向の長さ)と、伸びとの間には直線的な相関関係が見られることがわかり、伸び10%以上を達成するための析出物の大きさが5μm以下とする必要があることがわかる。
本発明は、ワイヤハーネス、バッテリーケーブル等、高い導電率とともに、伸び、引張強さが求められる導電線に適用可能である。
1…Al合金部分、2…析出物(Feを多く含む領域)、W…Feを多く含む領域の長軸方向の長さ。
Claims (2)
- Fe、Si、及びCuを含み、残部がAl及び不可避的不純物からなるAl合金導電線であって、
前記Feは質量%において0.8以上3.0以下であり、
前記Al合金導電線中にFeを多く含む領域が複数存在し、かつ、前記領域の長軸方向の長さが全て5μm以下であることを特徴とするAl合金導電線。 - 前記Feは質量%において0.8以上2.5以下であることを特徴とする請求項1に記載のAl合金導電線。
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