JP2011252185A

JP2011252185A - Ａｌ合金導電線

Info

Publication number: JP2011252185A
Application number: JP2010124827A
Authority: JP
Inventors: Tatsunori Shinoda; 辰規篠田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-15

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

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。

特開２００６−１９１６３号公報特開２００６−１９１６５号公報

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。

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。

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。

本発明に係るＡｌ合金導電線の断面の拡大図である。析出物の長手方向の長さと伸びとの関係を示すグラフである。

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。

＜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／ｃｍ^３、銅の密度は８．９ｇ／ｃｍ^３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。

＜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。

＜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。

＜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。

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。

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。

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。

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、ＪＩＳＣ３００２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。

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。

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。

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。

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。

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

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。