JP2017106070A

JP2017106070A - アルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法

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Publication number: JP2017106070A
Application number: JP2015240062A
Authority: JP
Inventors: 辰規篠田; Tatsunori Shinoda
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: JP6643886B2

Abstract

【課題】優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるアルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】Ｓｉを０．４質量％以上０．８質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｃｕを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｍｇを０．４質量％以上０．９質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、ＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上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、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法に関する。

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、軽量化の観点から、導電線として銅線の代わりにアルミニウム合金線が用いられるようになってきている。

例えば下記特許文献１には、Ｆｅを０．００５質量％以上２．２質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金線が開示されている。

特開２０１０−６７５９１号公報

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線は、耐衝撃性には優れるものの、耐久性の点では未だ改善の余地を有していた。すなわち、上記特許文献１に記載されているアルミニウム合金線は、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させる点では未だ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、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるアルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法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、優れた耐衝撃性と耐久性の両立には、アルミニウム合金の合金組成と引張強度及び伸びが重要であることを見出した。これにより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０．４質量％以上０．８質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｃｕを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｍｇを０．４質量％以上０．９質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、ＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上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線によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

また、本発明はＴｉ及び／又はＶをさらに含有し、Ｔｉ及びＶの合計が０．０１５質量％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、より優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

また本発明は、前記アルミニウム合金導電線と、前記アルミニウム合金導電線を被覆する被覆層とを備える電線である。

更に本発明は、複数の前記電線と、前記複数の電線の端部に接続された複数の端子部とを備えるワイヤハーネスである。

本発明は、Ｓｉを０．４質量％以上０．８質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｃｕを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｍｇを０．４質量％以上０．９質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からな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、前記荒引線を伸線してＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上であるアルミニウム合金電線を得る伸線ステップと、を備え、前記伸線ステップは、溶体化処理工程、伸線工程及び熱処理工程を連続して有し、前記熱処理工程における熱処理温度が１８０℃未満であるアルミニウム合金導電線の製造方法である。

本発明の製造方法によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるアルミニウム合金導電線を製造することが可能となる。

本発明によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるアルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法が提供される。

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を０．４質量％以上０．８質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｃｕを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｍｇを０．４質量％以上０．９質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、ＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上である。

また、本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｔｉ及び／又はＶを合計０．０１５質量％以下含有してもよい。ここで、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＶの含有率は、アルミニウム合金の質量を基準（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によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

以下、本発明のアルミニウム合金導電線についてより詳細に説明する。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｓｉの含有率を０．４質量％以上０．８質量％以下とするのは、Ｓｉの含有率が０．４質量％未満である場合、優れた耐久性を得ることができず、Ｓｉの含有率が０．８質量％より多いと、優れた耐衝撃性を得ることができないからである。Ｓｉの含有率は好ましくは０．５質量％以上０．７質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｆｅの含有率を０．０５質量％以上０．３質量％以下とするのは、Ｆｅの含有率が０．０５質量％未満である場合、優れた耐久性を得ることができず、Ｆｅの含有率が０．３質量％より多いと、優れた耐衝撃性を得ることができないからである。Ｆｅの含有率は好ましくは０．１質量％以上０．２５質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｃｕの含有率を０．０１質量％以上０．１質量％以下とするのは、Ｃｕの含有率が０．０１質量％未満である場合、優れた耐久性を得ることができず、Ｃｕの含有率が０．１質量％より多いと、優れた耐衝撃性を得ることができないからである。Ｃｕの含有率は好ましくは０．０３質量％以上０．０７質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｍｇの含有率を０．４質量％以上０．９質量％以下とするのは、Ｍｇの含有率が０．４質量％未満である場合、優れた耐久性を得ることができず、Ｍｇの含有率が０．９質量％より多いと、優れた耐衝撃性を得ることができないからである。Ｍｇの含有率は好ましくは０．５質量％以上０．８質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線はＴｉ及び／又はＶを含有することが好ましい。この場合、より優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。また、Ｔｉ及びＶの含有率を合計で０．０１５質量％以下とするのは、Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％より多く含有すると、優れた耐衝撃性を得ることができないからである。Ｔｉ及びＶの含有率の合計は好ましくは０．００３質量％以上０．０１質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線において、ＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びを、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上とするのは、引張強度が３００ＭＰａ未満であるか、伸びが３％未満であると、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができなくなるからである。

引張強度は３２０ＭＰａ以上であることがより好ましい。この場合、耐久性をより向上させることができる。但し、アルミニウム合金導電線の柔軟性を確保するという理由から、引張強度は４００ＭＰａ以下であることが好ましい。

伸びは５％以上であることがより好ましい。この場合、耐衝撃性をより向上させることができる。但し、伸びは３０％以下であることが好ましい。

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の製造方法は、Ｓｉを０．４質量％以上０．８質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｃｕを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｍｇを０．４質量％以上０．９質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からな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、前記荒引線を伸線してＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上であるアルミニウム合金電線を得る伸線ステップと、を備え、前記伸線ステップは、溶体化処理工程、伸線工程及び熱処理工程を連続して有し、前記熱処理工程における熱処理温度が１８０℃未満である。

次に、上述した荒引線形成ステップ及び伸線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。

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。

＜伸線ステップ＞
伸線ステップは、荒引線を伸線してＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上であるアルミニウム合金電線を得るステップであり、このステップには、少なくとも、溶体化処理工程、伸線工程及び熱処理工程の３工程を連続して有している。

伸線ステップにおける、溶体化処理工程、伸線工程及び熱処理工程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。
（１）溶体化処理工程→伸線工程→熱処理工程
（２）伸線工程→溶体化処理工程→伸線工程→熱処理工程
（３）溶体化処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
（４）伸線工程→溶体化処理工程→伸線工程→熱処理工程
（５）伸線工程→熱処理工程→伸線工程→溶体化処理工程→伸線工程→熱処理工程

但し、伸線工程と溶体化処理工程及び熱処理工程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では伸線工程が１〜３回行われているが、伸線工程は４回以上行われてもよい。また、上述の伸線ステップにおいて、少なくとも１回以上の伸線工程が含まれるとして、伸線工程の前に行う溶体化処理工程と最後の伸線工程の後に行われる熱処理工程とが少なくとも含まれていればよい。

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など（以下、「線材」と呼ぶ）の径を低減させる工程である。伸線は、熱間伸線で行っても冷間伸線で行ってもよいが、通常は冷間伸線で行う。

溶体化処理工程は、線材を構成するアルミニウム合金中に溶け込んでいないＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖなどの添加元素をアルミニウム合金に溶け込ませ均質化させる熱処理を行った後、線材を液体に入れて急冷する処理である。線材を急冷するのは、自然冷却する場合と比べて、溶け込んだ添加元素が冷却中に析出することを抑制するためである。

本発明者が検討したところ、溶体化処理を行う前の状態において、アルミニウム合金中にはＭｇ_２Ｓｉからなる粗大な析出物が存在し、引張強度や伸びが低下させる原因となっていることが判明した。溶体化処理工程は、Ｍｇ_２Ｓｉからなる粗大な析出物を含む添加元素をアルミニウム合金中に均質に溶け込ませることで、引張強度や伸びを向上させることを目的としている。

溶体化処理における熱処理温度は、アルミニウム合金中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウム合金中に溶け込ませることができる温度であれば特に制限されるものではないが、４５０℃以上であることが好ましい。この場合、熱処理温度が４５０℃未満である場合と比べて、添加元素がより十分に均質化する。但し、熱処理温度は５５０℃以下であることが好ましい。熱処理温度が５５０℃より高い場合、線材が溶解して形状を保てなくなる可能性がある。

溶体化処理における熱処理時間は、上述のようにＭｇ_２Ｓｉからなる粗大な析出物を含む添加元素をアルミニウム合金中に均質に溶け込ませる観点からは、２時間以上であることが好ましい。但し、熱処理時間は、２時間以上処理してもあまり効果が変わらないため、生産性を向上させるという理由から、４時間以下であることが好ましい。

急冷のために用いる液体としては、水、液体窒素などを用いることができる。

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とともに、アルミニウム合金中に溶け込んだ添加元素からＭｇ_２Ｓｉの微細な析出物を析出させるために行われるものである。

熱処理温度は１８０℃未満であり、好ましくは１６０℃以下である。但し、熱処理温度は、Ｍｇ_２Ｓｉの微細な析出物が十分に析出しないという理由から、１２０℃以上であることが好ましい。

本発明者が検討したところ、アルミニウム合金中にＭｇ_２Ｓｉの微細な析出物が分散していると引張強度や伸びがさらに向上することが判明した。１８０℃未満の温度で熱処理する熱処理工程は、アルミニウム合金中に溶け込んだ添加元素からＭｇ_２Ｓｉの微細な析出物を析出させ、引張強度や伸びをより向上させることを目的としている。但し、熱処理温度が１８０℃以上の場合、Ｍｇ_２Ｓｉの粗大な析出物が析出してしまい、引張強度や伸びが低下してしまう。

また熱処理時間は、熱処理温度や熱処理工程の回数にも依存するので一概には言えないが、通常は３〜７２時間であり、より好ましくは５〜２４時間である。

（電線）
本発明の電線は、上述したアルミニウム合金導電線と上述したアルミ合金導電線を被覆する被覆層を備える。

この電線によれば、上述したアルミニウム合金導電線が、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるため、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

本発明の電線に含まれる被覆層は、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、複数の上述した電線と、上述した複数の電線の端部に接続された複数の端子部とを備えるものである。

このワイヤハーネスによれば、上述した電線が優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるため、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。なお、端子部とは、他の電子部品等と接続するための接続部品である。

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１〜１８及び比較例１〜１８）
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＶを表１、２に示す含有率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。その後、下記の伸線ステップＡ〜Ｄのいずれか一つの伸線ステップを行うことによりアルミニウム合金導電線を得た。
（伸線ステップＡ）５３０℃×３時間で溶体化処理→線径２．６ｍｍまで伸線→１５０℃×８時間で熱処理→線径０．３３ｍｍまで伸線→表１、２に示す温度及び時間で熱処理
（伸線ステップＢ）線径２．６ｍｍまで伸線→５３０℃×３時間で溶体化処理→線径０．３３ｍｍまで伸線→表１、２に示す温度及び時間で熱処理
（伸線ステップＣ）線径１．２５ｍｍまで伸線→５３０℃×３時間で溶体化処理→線径０．３３ｍｍまで伸線→表１、２に示す温度及び時間で熱処理
（伸線ステップＤ）５３０℃×３時間で溶体化処理→線径２．６ｍｍまで伸線→２００℃×８時間で熱処理→線径０．３３ｍｍまで伸線→表２に示す温度及び時間で熱処理
なお、溶体化処理は、５３０℃×３時間で伸線材の熱処理を行った後、伸線材を水中に浸漬し、伸線材を急冷することによって行った。

［特性評価］
（引張強度及び伸び）
上述のようにして得られた実施例１〜１８及び比較例１〜１８のアルミニウム合金導電線について、ＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験によって引張強度及び伸びを測定した。結果を表１、２に示す。

（耐衝撃性）
実施例１〜１８及び比較例１〜１８のアルミニウム合金導電線について、長さ１ｍのアルミニウム合金導電線を作製した。次いで、アルミニウム合金導電線の一方の端部に重さ１６０ｇの錘を取り付けた。さらに、アルミニウム合金導電線の他方の端部を固定した状態で、錘が下になるようにアルミニウム合金導電線を垂直に吊り下げた。この状態で、錘を５０ｃｍ持ち上げて自由落下させた際にアルミニウム合金導電線が断線するか否かによって耐衝撃性を評価した。結果を表１、２に示す。
断線しなかった場合：○
断線した場合：×

（耐久性）
実施例１〜１８及び比較例１〜１８のアルミニウム合金導電線について、長さ１ｍのアルミニウム合金導電線を作製した。次いでアルミニウム合金導電線の一方の端部に重さ２．７ｋｇの錘を取り付けた。さらに、アルミニウム合金導電線の他方の端部を固定した状態で、錘が下になるようにアルミニウム合金導電線を垂直に吊り下げた。この状態を１分間維持し、断線するか否かによって耐久性を評価した。結果を表１、２に示す。
断線しなかった場合：○
断線した場合：×

（導電率）
実施例１〜１８及び比較例１〜１８のアルミニウム合金導電線について、ＪＩＳＣ３００２に準拠した導電率測定を行った。結果を表１、２に示す。
なお、特に限定されるものではないが、アルミニウム合金導電線を電線やワイヤハーネスとして使用する場合、導電率は４５％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。

表１、２に示す結果より、実施例１〜１８のアルミニウム合金導電線は、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるのに対し、比較例１〜１８のアルミニウム合金導電線は、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができ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、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができることが確認された。

Claims

Ｓｉを０．４質量％以上０．８質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｃｕを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｍｇを０．４質量％以上０．９質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、ＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上であるアルミニウム合金導電線。
Ｔｉ及び／又はＶをさらに含有し、Ｔｉ及びＶの合計が０．０１５質量％以下である請求項１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と、
前記アルミニウム合金導電線を被覆する被覆層とを備える電線。
複数の請求項３に記載の電線と、前記複数の電線の端部に接続された複数の端子部とを備えるワイヤハーネス。
Ｓｉを０．４質量％以上０．８質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｃｕを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｍｇを０．４質量％以上０．９質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からな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、
前記荒引線を伸線してＪＩＳＣ３００２に準拠した引張試験により測定された引張強度及び伸びが、それぞれ３００ＭＰａ以上及び３％以上であるアルミニウム合金電線を得る伸線ステップと、を備え、
前記伸線ステップは、溶体化処理工程、伸線工程及び熱処理工程を連続して有し、前記熱処理工程における熱処理温度が１８０℃未満であるアルミニウム合金導電線の製造方法。