JP2017031500A - アルミニウム合金導電線、これを用いた電線及びワイヤハーネス - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた耐熱性を有するアルミニウム合金導電線、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】Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉ、Ｖ及びＢを合計で０．０１５質量％以下含有し、引張強さが１７０ＭＰａ以下であり、平均結晶粒径が５μｍ以下であるアルミニウム合金導電線。
【選択図】なし
【解決手段】Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉ、Ｖ及びＢを合計で０．０１５質量％以下含有し、引張強さが１７０ＭＰａ以下であり、平均結晶粒径が５μｍ以下であるアルミニウム合金導電線。
【選択図】なし
Description
本発明は、アルミニウム合金導電線、これを用いた電線及びワイヤハーネスに関する。
近年、自動車のドアのように開閉を行う部分や自動車のエンジン回りなどで用いられるワイヤハーネスの電線には、導電線として銅線の代わりにアルミニウム合金導電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導電線としては、例えばＭｇと、Ｓｉと、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＺｒから選択される少なくとも一種の元素とを含み、引張強さが１５０ＭＰａ以上であり且つ最大結晶粒径が５０μｍ以下であるアルミニウム合金導電線が知られている（例えば下記特許文献１参照）。
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、耐熱試験後に強度の低下が見られ、耐熱性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、優れた耐熱性を有するアルミニウム合金導電線、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。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＭｇの含有率を特定の範囲とし、Ｔｉ、Ｖ及びＢの合計含有率を特定の値以下とし、引張強さ及び平均結晶粒径を特定の値以下とするアルミニウム合金導電線によって上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉ、Ｖ及びＢを合計で０．０１５質量％以下含有し、引張強さが１７０ＭＰａ以下であり、平均結晶粒径が５μｍ以下であるアルミニウム合金導電線である。
本発明のアルミニウム合金導電線によれば、優れた耐熱性を有することが可能となる。
上記アルミニウム合金導電線においては、引張強さが１３０ＭＰａ以上１６５ＭＰａ以下であり且つ平均結晶粒径が３μｍ以下であることが好ましい。
この場合、アルミニウム合金導電線を高温に加熱した後にその引張強さが過大となることをより十分に抑制できる。
また本発明は、上記アルミニウム合金導電線を有する電線である。
この電線によれば、アルミニウム合金導電線が優れた耐熱性を有することが可能であるため、優れた耐熱性を有することが可能となる。
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、電線が優れた耐熱性を有することが可能であるため、優れた耐熱性を有することが可能となる。
なお、本発明において、「平均結晶粒径」とは、本発明のアルミニウム合金導電線を長手方向と直交する方向に沿って切断し、そのとき観察される断面を、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）を用いた走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）にて観察し、そのとき観察されるＳＩＭ像に互いに平行な１０本の直線を引き、各直線が横切る結晶粒の数を測定した場合に、以下の式に基づいて算出される平均結晶粒径を言う。
平均結晶粒径＝１０×Ｌ／Ｎ
（上記式中、Ｌは結晶粒を横切っている直線の長さを表し、Ｎは全直線が横切った結晶粒の総数を表す）
平均結晶粒径＝１０×Ｌ／Ｎ
（上記式中、Ｌは結晶粒を横切っている直線の長さを表し、Ｎは全直線が横切った結晶粒の総数を表す）
また本発明において、「引張強さ」は、ＪＩＳ Ｃ３００２に準拠して行われる引張試験によって測定される引張強さを言う。
本発明によれば、優れた耐熱性を有するアルミニウム合金導電線、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。
＜アルミニウム合金導電線＞
本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｓｉ（珪素）を０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅ（鉄）を０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕ（銅）を０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇ（マグネシウム）を０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）及びＢ（ホウ素）を合計で０．０１５質量％以下含有し、引張強さが１７０ＭＰａ以下であり、平均結晶粒径が５μｍ以下である。ここで、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＭｇの含有率、並びにＴｉ、Ｖ及びＢの合計含有率は、アルミニウム合金導電線の質量を基準（１００質量％）としたものである。
本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｓｉ（珪素）を０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅ（鉄）を０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕ（銅）を０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇ（マグネシウム）を０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）及びＢ（ホウ素）を合計で０．０１５質量％以下含有し、引張強さが１７０ＭＰａ以下であり、平均結晶粒径が５μｍ以下である。ここで、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＭｇの含有率、並びにＴｉ、Ｖ及びＢの合計含有率は、アルミニウム合金導電線の質量を基準（１００質量％）としたものである。
本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下含有する。Ｓｉの含有率を０．１５質量％以上０．２５質量％以下とするのは、Ｓｉの含有率が０．１５質量％未満である場合と比べて、引張強さと伸びとを両立でき、Ｓｉの含有率が０．２５質量％より多い場合と比べて、導電性に優れているからである。Ｓｉの含有率は好ましくは０．１６質量％以上０．２２質量％以下である。
本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下含有する。Ｆｅの含有率を０．６質量％以上０．９質量％とするのは、Ｆｅの含有率が０．６質量％未満である場合と比べて、引張強さと伸びとを両立でき、Ｆｅの含有率が０．９質量％より多い場合と比べて、導電性に優れているからである。Ｆｅの含有率は好ましくは０．６８質量％以上０．８２質量％以下である。
本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下含有する。Ｃｕの含有率を０．０５質量％以上０．１５質量％以下とするのは、Ｃｕの含有率が０．０５質量％未満である場合と比べて、引張強さと伸びとを両立でき、Ｃｕの含有率が０．１５質量％より多い場合と比べて、導電性に優れているからである。Ｃｕの含有率は好ましくは０．０６質量％以上０．１２質量％以下である。
本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下含有する。Ｍｇの含有率を０．３質量％以上０．５５質量％以下とするのは、Ｍｇの含有率が０．３質量％未満である場合と比べて、引張強さと伸びとを両立でき、Ｍｇの含有率が０．５５質量％より多い場合と比べて、導電性に優れているからである。Ｍｇの含有率は好ましくは０．３１質量％以上０．５２質量％以下である。
また、本発明のアルミニウム合金導電線では、Ｔｉ、Ｖ及びＢの合計含有率が０．０１５質量％以下である。Ｔｉ、Ｖ及びＢの合計含有率を０．０１５質量％以下とするのは、Ｔｉ、Ｖ及びＢの合計含有率を０．０１５質量％より大きくする場合に比べて、より導電性に優れるからである。Ｔｉ、Ｖ及びＢの合計含有率は好ましくは０．０１１質量％以下である。なお、Ｔｉ、Ｖ及びＢの合計含有率は０．０１５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、Ｖ及びＢの含有率がいずれも０質量％であってもよい。またＴｉ、Ｖ及びＢ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％であってもよく、Ｂの含有率のみが０質量％であってもよい。
さらに、本発明のアルミニウム合金導電線においては、引張強さが１７０ＭＰａ以下である。この場合、引張強さが１７０ＭＰａを超える場合に比べて、より優れた耐熱性が得られる。引張強さは好ましくは１３０ＭＰａ以上１６５ＭＰａ以下である。
さらにまた、本発明のアルミニウム合金導電線においては、平均結晶粒径が５μｍ以下である。この場合、平均結晶粒径が５μｍを超える場合と比べて、より優れた耐熱性が得られる。平均結晶粒径は好ましくは３μｍ以下である。
本発明のアルミニウム合金導電線においては、引張強さが１３０ＭＰａ以上１６５ＭＰａ以下である場合、平均結晶粒径は３μｍ以下であることが好ましい。この場合、アルミニウム合金導電線を高温に加熱した後にその引張強さが過大となることをより十分に抑制できる。
なお、本発明のアルミニウム合金導電線の線径は、特に限定されるものではないが、例えば０．１４〜０．４５ｍｍである。
＜アルミニウム合金導電線の製造方法＞
次に、本発明のアルミニウム合金導電線の製造方法について説明する。
次に、本発明のアルミニウム合金導電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導電線は、Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉ、Ｖ及びＢを合計で０．０１５質量％以下含有するアルミニウム合金で構成される荒引線を形成する荒引線形成ステップと、この荒引線に対して、熱処理工程及び伸線工程を含む処理工程を行うことによりアルミニウム合金導電線を得る処理ステップとを含む製造方法によって得ることができる。
次に、上述した荒引線形成ステップ及び処理ステップについて詳細に説明する。
［荒引線形成ステップ］
荒引線形成ステップは、上述したアルミニウム合金で構成される荒引線を形成する工程である。
荒引線形成ステップは、上述したアルミニウム合金で構成され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。
［処理ステップ］
処理ステップは、荒引線に対し、上記処理工程を行うことによりアルミニウム合金導電線を得るステップである。
処理ステップは、荒引線に対し、上記処理工程を行うことによりアルミニウム合金導電線を得るステップである。
（処理工程）
処理工程は、伸線工程及び熱処理工程を含む工程である。
処理工程は、伸線工程及び熱処理工程を含む工程である。
処理工程は、伸線工程及び熱処理工程を含んでいればよい。処理工程の手順の具体的な態様としては、例えば以下のものが挙げられる。
・熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
・熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
・熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
伸線工程→熱処理工程
・伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
・伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
・熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
・熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
・熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
伸線工程→熱処理工程
・伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
・伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
但し、処理工程の手順は、上記の態様に限定されるものではない。例えば上記の具体的な態様の各々において、伸線工程をさらに行ってもよい。この場合、伸線工程の後に熱処理工程を行う必要がある。
伸線工程は、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」、「伸線材」及び「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工程である。伸線工程は、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。
また伸線工程の対象となる線材の径が大きい場合（例えば３ｍｍ以上である場合）には、伸線工程において、伸線によって発生した歪を除去するために、途中から熱処理を行うことが好ましい。
熱処理工程は、線材を熱処理する工程である。特に、伸線工程の後に行われる熱処理工程は、伸線工程で線材中に発生した歪を除去するために行われるものである。
引張強さを１７０ＭＰａ以下とし、且つ平均結晶粒径を５μｍ以下とするためには、熱処理工程における熱処理温度は通常、３５０℃以下とし、熱処理工程における熱処理時間は通常、１分〜１８時間とすればよい。
特に熱処理工程のうち最後に行われる熱処理工程（以下、「最終熱処理工程」と呼ぶ）では、線材を３００℃以下で熱処理することが好ましい。この場合、熱処理温度が３００℃を超える場合に比べて、平均結晶粒径が小さい線材が得られる。但し、最終熱処理工程における線材の熱処理温度は、強度がより十分に低下することから、２００℃以上であることが好ましい。
最終熱処理工程における熱処理時間は１時間以上であることが好ましい。この場合、伸線材の熱処理を１時間未満行う場合に比べて、全長にわたってより均質な線材が得られる。但し、熱処理時間は１２時間以下であることが好ましい。
＜電線＞
本発明の電線は、上述したアルミニウム合金導電線を有する。
本発明の電線は、上述したアルミニウム合金導電線を有する。
この電線によれば、アルミニウム合金導電線が優れた耐熱性を有することが可能であるため、優れた耐熱性を有することが可能となる。
本発明の電線は通常、上記アルミニウム合金導電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で構成される。
＜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。
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、電線が優れた耐熱性を有することが可能であるため、優れた耐熱性を有することが可能となる。
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１〜２８及び比較例１〜２３）
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ及びＢを表１又は２に示す含有率（単位は質量％）となるようにアルミニウムとともに溶解し、プロペルチ法によって連続鋳造圧延することによって線径９．５ｍｍの荒引線を得た。こうして得られた荒引線を、下記のＡ〜Ｄの４種類の処理工程を用いて処理することによりアルミニウム合金導電線を得た。
Ａ：３００℃×１時間の熱処理→線径３．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
Ｂ：２７０℃×８時間の熱処理→線径３．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間の熱処理→線径１．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
Ｃ：３００℃×１時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
Ｄ：線径３．２ｍｍまで伸線→３００℃×１０時間の熱処理→線径１．２ｍｍまで伸線→３１０℃×１０時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ及びＢを表１又は２に示す含有率（単位は質量％）となるようにアルミニウムとともに溶解し、プロペルチ法によって連続鋳造圧延することによって線径９．５ｍｍの荒引線を得た。こうして得られた荒引線を、下記のＡ〜Ｄの４種類の処理工程を用いて処理することによりアルミニウム合金導電線を得た。
Ａ：３００℃×１時間の熱処理→線径３．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
Ｂ：２７０℃×８時間の熱処理→線径３．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間の熱処理→線径１．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
Ｃ：３００℃×１時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
Ｄ：線径３．２ｍｍまで伸線→３００℃×１０時間の熱処理→線径１．２ｍｍまで伸線→３１０℃×１０時間の熱処理→表１又は２に示す最終線径まで伸線→表１又は２に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
こうして得られた実施例１〜２８及び比較例１〜２３のアルミニウム合金導電線について、その長手方向と直交する方向に沿って切断し、そのとき観察される断面を、ＦＩＢを用いたＳＩＭにて観察し、そのとき観察されるＳＩＭ像に互いに平行な１０本の直線を引き、各直線が横切る結晶粒の数を測定した。そして、以下の式に基づいて平均結晶粒径を算出した。
平均結晶粒径＝１０×Ｌ／Ｎ
（上記式中、Ｌは結晶粒を横切っている直線の長さを表し、Ｎは全直線が横切った結晶粒の総数を表す）
結果を表１及び２に示す。
平均結晶粒径＝１０×Ｌ／Ｎ
（上記式中、Ｌは結晶粒を横切っている直線の長さを表し、Ｎは全直線が横切った結晶粒の総数を表す）
結果を表１及び２に示す。
また上記のようにして得られたアルミニウム合金導電線について、ＪＩＳ Ｃ３００２に準拠した引張試験を行い、引張強さを測定した。結果を表１及び２に示す。
（耐熱性）
上記のようにして得られた実施例１〜２８及び比較例１〜２３のアルミニウム合金導電線について耐熱試験を行った。耐熱試験は、上記アルミニウム合金導電線を１５０℃で１０００時間保持することによって行った。そして、耐熱試験後のアルミニウム合金導電線について、ＪＩＳ Ｃ３００２に準拠した引張試験を行い、引張強さを測定した。そして、耐熱試験前後の引張強さ、及び、下記式に基づいて、耐熱試験前の引張強さに対する耐熱試験後の引張強さの残率を算出した。結果を表１及び２に示す。
残率（％）＝１００×耐熱試験後の引張強さ／耐熱試験前の引張強さ
なお、表１及び２において、残率が９５％以上であるものについては優れた耐熱性を有するものとして合格とし、「○」と表記した。また残率が９５％未満であるものについては耐熱性に劣るとして不合格とし、表１及び２において「×」と表記した。
上記のようにして得られた実施例１〜２８及び比較例１〜２３のアルミニウム合金導電線について耐熱試験を行った。耐熱試験は、上記アルミニウム合金導電線を１５０℃で１０００時間保持することによって行った。そして、耐熱試験後のアルミニウム合金導電線について、ＪＩＳ Ｃ３００２に準拠した引張試験を行い、引張強さを測定した。そして、耐熱試験前後の引張強さ、及び、下記式に基づいて、耐熱試験前の引張強さに対する耐熱試験後の引張強さの残率を算出した。結果を表１及び２に示す。
残率（％）＝１００×耐熱試験後の引張強さ／耐熱試験前の引張強さ
なお、表１及び２において、残率が９５％以上であるものについては優れた耐熱性を有するものとして合格とし、「○」と表記した。また残率が９５％未満であるものについては耐熱性に劣るとして不合格とし、表１及び２において「×」と表記した。
表１に示す結果より、実施例１〜２８のアルミニウム合金導電線は全て残率が９５％以上であり、耐熱性の点で合格基準を満たすことが分かった。一方、表２に示す結果より、比較例１〜２３のアルミニウム合金導電線は、残率が９５％未満であり、耐熱性の点で合格基準に満たさないことが分かった。
以上より、本発明のアルミニウム合金導電線によれば、優れた耐熱性を有することが確認された。
Claims (4)
- Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉ、Ｖ及びＢを合計で０．０１５質量％以下含有し、
引張強さが１７０ＭＰａ以下であり、
平均結晶粒径が５μｍ以下であるアルミニウム合金導電線。 - 引張強さが１３０ＭＰａ以上１６５ＭＰａ以下であり且つ平均結晶粒径が３μｍ以下である請求項１に記載のアルミニウム合金導電線。
- 請求項１又は２に記載のアルミニウム合金導電線を有する電線。
- 請求項３に記載の電線を複数本備えるワイヤハーネス。
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