JP2018070915A

JP2018070915A - アルミニウム素線、並びにそれを用いたアルミニウム電線及びワイヤーハーネス

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Publication number: JP2018070915A
Application number: JP2016209004A
Authority: JP
Inventors: 隼人池谷; Hayato Iketani
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-25
Also published as: CN107978382B; US10134500B2; DE102017218957A1; US20180114606A1; JP6927685B2; CN107978382A

Abstract

【課題】強度及び伸びを向上させたアルミニウム素線、アルミニウム電線及びワイヤーハーネスを提供する。【解決手段】アルミニウム素線１０は、Ｆｅ：０〜２．０質量％、Ｍｇ：０〜１．０質量％、Ｚｒ：０〜０．５質量％、Ｓｉ：０〜１．２質量％、及びＮｉ：０〜０．３質量％からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる組成を有する。アルミニウム素線の長手方向１１に垂直な断面１５において、前記断面の全面積に対する、前記長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角１４が１０°以内である成分結晶の面積の割合が５０％以上であり、前記断面の全面積に対する、前記長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角１４が２０°以内である成分結晶の面積の割合が８５％以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム素線、並びにそれを用いたアルミニウム電線及びワイヤーハーネスに関する。詳細には本発明は、強度及び伸びに優れたアルミニウム素線、並びに当該アルミニウム素線を用いたアルミニウム電線及びワイヤーハーネスに関する。

昨今、自動車の軽量化のニーズに伴い、アルミニウム電線の車両への搭載が拡大している。そして、車両への搭載を拡大するためには、高いレベルで導電率を維持しつつも、高い強度と伸びを有する必要がある。また、近年、自動車の内部において、アルミニウム電線の配線箇所がますます多くなり、配線による占有割合の増大が進んでいることから、アルミニウム電線の細径化及び軽量化も求められている。

ここで、アルミニウム電線を細径化した場合、当該電線の耐荷重性は低下する。しかし、ワイヤーハーネスの製造工程や組付け工程において、電線端末の端子接合部や電線自体に衝撃が加わるため、その衝撃に耐えるべく、電線材料は高い強度と伸びを有する必要がある。

このような要請を満たすために、従来よりアルミニウムに所定量の元素を添加することが行われている。例えば、特許文献１では、所定量のＳｉ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎを含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物であるアルミニウム合金線材を開示している。そして、５５０℃で溶体化処理した後、更に１７０℃×８時間の時効処理した後の引張強さが４００ＭＰａ以上であり、時効処理した後、１５０℃×１０００時間の耐熱試験した後の引張強さが３７０ＭＰａ以上であることも開示している。また、当該アルミニウム合金線材は、横断面のＸ線回折における（１１１）面の配向度が０．５以上である組織を有することも開示している。

また、特許文献２では、所定量のＭｇ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、残部がＡｌおよび不可避不純物である組成を有するアルミニウム合金線材を開示している。そして、アルミニウム合金線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が６５％超であり、アルミニウム合金線材中に存在するＭｇ−Ｓｉ系化合物の分散密度が３×１０^−３個／μｍ^２以下であることを開示している。

特開２０１５−１２４４０９号公報特開２０１６−１０８６１２号公報

しかしながら、特許文献１及び２では、添加元素を選定して合金化することにより、アルミニウム電線の強度を高めているが、背反として伸びが低下するという問題があった。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、強度及び伸びを向上させたアルミニウム素線、並びに当該アルミニウム素線を用いたアルミニウム電線及びワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明の第１の態様に係るアルミニウム素線は、Ｆｅ：０〜２．０質量％、Ｍｇ：０〜１．０質量％、Ｚｒ：０〜０．５質量％、Ｓｉ：０〜１．２質量％、及びＮｉ：０〜０．３質量％からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる組成を有する。アルミニウム素線の長手方向に垂直な断面において、前記断面の全面積に対する、前記長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が１０°以内である成分結晶の面積の割合が５０％以上であり、前記断面の全面積に対する、前記長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である成分結晶の面積の割合が８５％以上である。

本発明の第２の様態に係るアルミニウム素線は、第１の態様に係るアルミニウム素線において、０．２％耐力が３０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上である。

本発明の第３の態様に係るアルミニウム電線は、第１又は第２の態様に係るアルミニウム素線と、アルミニウム素線の周縁を覆う絶縁体層とを備える。

本発明の第４の態様に係るワイヤーハーネスは、第３の態様に係るアルミニウム電線を備える。

本発明によれば、強度及び伸びを向上させたアルミニウム素線、並びに当該アルミニウム素線を用いたアルミニウム電線及びワイヤーハーネスを得ることができる。

本発明の実施形態に係るアルミニウム素線の一例を示す概略断面図である。アルミニウム素線の長手方向と、アルミニウム素線を構成するアルミニウムの結晶の＜１１１＞方向とのなす角を説明するための概略図である。（ａ）は、複数のダイスを用いてアルミニウム素線を細径化する様子を説明するための模式図である。（ｂ）は、細径化した後のアルミニウム素線を加熱する様子を説明するための模式図である。本発明の実施形態に係るアルミニウム電線の一例を示す概略断面図である。本発明の実施形態に係るケーブルの一例を示す概略断面図である。実施例２におけるアルミニウム素線の断面に対し、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）で金属組織の方位指数を測定した結果を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るアルミニウム素線、アルミニウム電線及びワイヤーハーネスについて詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

［アルミニウム素線］
一般に、熱処理系（析出系）合金は、溶体化及び時効のプロセスにより、合金母相に析出物が整合を保ちながら微細に析出することで、高強度化される。ここで、合金の高強度化とは、微視的には、析出物の介在により合金中で転位の運動の障壁が大きくなることを意味し、高強度化の背反として延性の低下が伴う。そのため、材料の強度を析出強化により求める以上、時効による析出前の延性特性を少なからず犠牲にする必要がある。したがって、合金の延性特性の低下を最小限に抑えた上で、どのように高強度化を図るかが課題となる。

本実施形態に係るアルミニウム素線は、線材の加工熱処理プロセスにより金属の結晶方位を制御し、高い強度と伸びの両立を図ったものである。図１に示すように、本実施形態に係るアルミニウム素線１０は、Ｆｅ：０〜２．０質量％、Ｍｇ：０〜１．０質量％、Ｚｒ：０〜０．５質量％、Ｓｉ：０〜１．２質量％、Ｎｉ：０〜０．３質量％からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなるものである。

アルミニウム素線１０における母材としてのアルミニウムは、純度９９．７質量％以上の純アルミニウムを用いることが好ましい。すなわち、日本工業規格ＪＩＳＨ２１０２（アルミニウム地金）に規定されるアルミニウム地金のうち、Ａｌ９９．７０以上の純度のものを好ましく用いることができる。具体的には、純度が９９．７質量％以上のＡｌ９９．７０、Ａｌ９９．９４、Ａｌ９９．９７、Ａｌ９９．９８、Ａｌ９９．９９、Ａｌ９９．９９０、Ａｌ９９．９９５が挙げられる。このように本実施形態では、アルミニウム地金としてＡｌ９９．９９５のような高価で高純度のものばかりではなく、価格的にも手頃な純度９９．７質量％以上のアルミニウム地金を使用することができる。

鉄（Ｆｅ）は、固溶限が低く、析出強化が主な強化機構となり、導電率の低下を最小限にしつつ、アルミニウム素線の強度を高めることができる元素である。しかし、アルミニウム中の鉄は高強度化に寄与するが、２．０質量％を超える量が含まれると、アルミニウムとの晶出物によりアルミニウム素線の延性や靭性が著しく低下する。そのため、鉄は、アルミニウム合金中に０〜２．０質量％含まれることが好ましく、０．１〜１．２質量％含まれることがより好ましい。

マグネシウム（Ｍｇ）は、アルミニウム母相中に析出することで、導電率の低下を最小限にしつつ、アルミニウム素線の強度を高めることができる元素である。しかし、マグネシウムが１．０質量％を超えると、得られるアルミニウム合金の導電率や延性、靱性が低下する傾向がある。そのため、マグネシウムは、アルミニウム合金中に０〜１．０質量％含まれることが好ましく、０．２５〜０．６質量％含まれることがより好ましい。

ジルコニウム（Ｚｒ）は、耐熱性の向上に有効な元素であり、固溶強化および析出・分散強化により強度の向上を図ることができる。しかし、ジルコニウムが０．５質量％を超えると、靭性が低下して伸線加工性が悪化する。そのため、ジルコニウムは、アルミニウム合金中に０〜０．５質量％含まれることが好ましく、０．００１〜０．４質量％含まれることがより好ましい。

ケイ素（Ｓｉ）は、固溶強化および析出分散強化により、アルミニウム素線の強度の向上を図ることができる。しかし，ケイ素が１．２質量％を超えると、靭性が低下して伸線加工性が悪化する。そのため、ケイ素は、アルミニウム合金中に０〜１．２質量％含まれることが好ましく、０．４〜０．６質量％含まれることがより好ましい。

ニッケル（Ｎｉ）は、析出強化及び析出密度の増加により、アルミニウム素線を高強度化することができる。ニッケルの含有量が増加しても、得られるアルミニウム合金における導電率の低下は少ないが、ニッケルが０．３質量％を超えると延性や靱性が低下する傾向がある。そのため、ニッケルは、アルミニウム合金中に０〜０．３質量％含まれることが好ましく、０．０１〜０．２質量％含まれることがより好ましい。

本実施形態に係るアルミニウム素線１０は、添加元素として、上述のＦｅ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎｉからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有してもよいが、Ｔｉ及びＶの少なくとも一方を含有してもよい。具体的には、本実施形態に係るアルミニウム素線１０は、Ｆｅ：０〜２．０質量％、Ｍｇ：０〜１．０質量％、Ｚｒ：０〜０．５質量％、Ｓｉ：０〜１．２質量％、Ｎｉ：０〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００２〜０．０９質量％、Ｖ：０．００２〜０．０９質量％からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなるものであってもよい。

チタン（Ｔｉ）は、鋳塊の結晶組織を微細化する効果を有する元素である。鋳塊の結晶組織が粗大な場合、鋳塊割れや圧延、伸線加工工程における断線が発生する可能性があり、生産性を悪化させる。ただ、チタンの含有量が０．００２質量％未満であると微細化効果を十分に発揮することができず、０．０９質量％を超えると導電率が低下する傾向がある。そのため、チタンは、アルミニウム合金中に０．００２〜０．０９質量％含まれることが好ましい。

バナジウム（Ｖ）は、鋳塊の結晶組織を微細化する効果を有する元素である。鋳塊の結晶組織が粗大な場合、鋳塊割れや圧延、伸線加工工程における断線が発生する可能性があり、生産性を悪化させる。ただ、バナジウムの含有量が０．００２質量％未満であると微細化効果を十分に発揮することができず、０．０９質量％を超えると導電率が低下する傾向がある。そのため、バナジウムは、アルミニウム合金中に０．００２〜０．０９質量％含まれることが好ましい。

アルミニウム素線１０を構成するアルミニウム合金に含まれる可能性がある不可避不純物としては、銅（Ｃｕ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、ホウ素（Ｂ）、マンガン（Ｍｎ）、鉛（Ｐｂ）、カルシウム（Ｃａ）、コバルト（Ｃｏ）が挙げられる。これらは本実施形態の効果を阻害せず、本実施形態のアルミニウム素線の特性に格別な影響を与えない範囲で不可避的に含まれるものである。そして、使用する純アルミニウム地金に予め含有されている元素も、ここでいう不可避不純物に含まれる。不可避不純物の量としては、アルミニウム合金中に合計で０．１５質量％以下であることが好ましく、０．１２質量％以下であることがより好ましい。

上述のように、本実施形態のアルミニウム素線１０は、添加元素として例えばＦｅ及びＭｇを含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなるものである。また、アルミニウム素線１０は、添加元素として例えばＦｅ、Ｍｇ及びＺｒを含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなるものである。さらに、アルミニウム素線１０は、添加元素として例えばＭｇ、Ｓｉ及びＮｉを含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなるものである。Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｉ及びＮｉの添加量が０質量％の場合には、アルミニウム素線１０は不可避不純物を含むアルミニウムからなるものである。そして、アルミニウム素線１０の強度と伸びの両立を図るために、本実施形態では、アルミニウム素線１０を構成する金属の結晶方位を制御している。具体的には、アルミニウム素線１０の長手方向に垂直な断面において、前記断面の全面積に対する、当該長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が１０°以内である成分結晶の面積の割合が５０％以上である。さらに、アルミニウム素線１０の長手方向に垂直な断面において、前記断面の全面積に対する、当該長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である成分結晶の面積の割合が８５％以上である。なお、本明細書において、断面の全面積に対する、長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が１０°以内である成分結晶の面積の割合を「＜１１１＞配向度（１０°以内）」という。また、断面の全面積に対する、長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である成分結晶の面積の割合を「＜１１１＞配向度（２０°以内）」という。

図２に示すように、アルミニウム素線１０は、面心立方構造であるアルミニウムを主成分とするため、アルミニウム素線１０を構成する金属の単位格子は立方晶となる。そして、「アルミニウム素線１０の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角」とは、アルミニウム素線１０の長手方向１１と、立方晶である金属の結晶１２の＜１１１＞方向１３とがなす角度１４をいう。なお、＜１１１＞は、［１１１］と等価な全ての結晶軸を表している。

そして、アルミニウム素線１０の長手方向に垂直な断面１５における金属結晶の配向を測定する。この際、アルミニウム素線１０の長手方向１１と、金属の結晶１２の＜１１１＞方向１３とのなす角が１０°以内である成分結晶の面積を、断面１５の面積で除して得た割合が５０％以上であることが好ましい。また、アルミニウム素線１０の長手方向１１と、金属の結晶１２の＜１１１＞方向１３とのなす角が２０°以内である成分結晶の面積を、断面１５の面積で除して得た割合が８５％以上であることが好ましい。＜１１１＞配向度（１０°以内）が５０％であり、かつ、＜１１１＞配向度（２０°以内）が８５％であることにより、アルミニウム素線１０を細径化した場合でも高い強度と伸びを有し、車載環境における信頼性を高めることが可能となる。

＜１１１＞配向度（１０°以内）及び＜１１１＞配向度（２０°以内）が上記数値であることにより、アルミニウム素線１０の強度と伸びを両立できるメカニズムは必ずしも明確ではない。しかし、＜１１１＞配向度（１０°以内）及び＜１１１＞配向度（２０°以内）が上記数値であることで、引張変形に対してのテーラー因子の増加、すなわち変形抵抗の増加により高強度化を図ることができる。また、＜１１１＞配向度（１０°以内）及び＜１１１＞配向度（２０°以内）が上記数値であることで、アルミニウム素線を構成する金属結晶の多くが引張変形方向と結晶の変形方向が近くなり、結晶変形距離が長くなる。この距離は結晶粒径にも依存するが、変形距離が長くなることで延性の向上を図ることができる。ただ、本発明の技術的範囲は、このようなメカニズムによって効果が発現する実施態様に限定されるわけではない。

本実施形態のアルミニウム素線１０の最終線径は、特に限定されない。ただ、アルミニウム素線１０は、強度や伸びなどの機械特性が高く、細径化することが可能であることから、最終線径は例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。

次に、本実施形態に係るアルミニウム素線の製造方法について説明する。

（鋳造工程）
まず、アルミニウム素線が不可避不純物を含むアルミニウムで構成される場合には、アルミニウム地金を融解して鋳造することにより、鋳塊を製造する。また、アルミニウム素線が例えばＦｅ及びＭｇを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金で構成される場合には、ＡｌとＦｅ及びＭｇとを融解して鋳造することにより、鋳塊を製造する。アルミニウム素線が例えばＦｅ、Ｍｇ及びＺｒを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金で構成される場合には、ＡｌとＦｅ、Ｍｇ及びＺｒとを融解して鋳造することにより、鋳塊を製造する。アルミニウム素線がＭｇ、Ｓｉ及びＮｉを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金で構成される場合には、ＡｌとＭｇ、Ｓｉ及びＮｉとを融解して鋳造することにより、鋳塊を製造する。なお、鋳塊は、例えばφ１８ｍｍとすることができる。

（圧延工程）
次に、上述の鋳塊を圧延することにより、アルミニウム荒引線を得る。当該圧延工程により、得られるアルミニウム荒引線の結晶粒を微細にすることが可能となる。アルミニウム鋳塊の荒引の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。

アルミニウム荒引線は、通常、断面が円形、又は三角形、四角形等の多角形になっている。アルミニウム荒引線の断面の大きさは、アルミニウム荒引線の断面が円形の場合、その直径が例えば５ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは７ｍｍ〜２０ｍｍである。本実施形態では、アルミニウム荒引線の直径を９．５ｍｍとすることができる。なお、上記のアルミニウム荒引線は、次工程である溶体化処理工程の原料となる。

（溶体化処理工程）
溶体化処理工程は、溶体化処理前線材において、アルミニウム母相中に十分に溶け込んでいない元素をアルミニウム母相中に均一に溶け込ませ、結晶組織を均質化する工程である。そのため、アルミニウム素線がアルミニウム合金からなる場合には、溶体化処理工程を施すことが好ましい。溶体化処理工程は特に限定されず、例えば５００〜６００℃の温度でアルミニウム荒引線を保持した後、水冷等で急冷する工程とすることができる。なお、当該工程は、時効析出型のアルミニウム合金に適応される。

（時効熱処理工程）
時効熱処理工程は、溶体化処理後線材においてアルミニウム母相中に溶け込ませた元素を析出させる工程であり、主に高強度化させる工程である。時効熱処理工程は溶体化処理後に施されるものであるが、時効熱処理工程の前に後述の伸線工程等が施されてもよい。また、時効熱処理工程を必要としない場合もある。

時効熱処理工程は特に限定されず、例えば２００〜４００℃の温度でアルミニウム線を一定時間保持した後、水冷又は炉冷等で冷却する工程とすることができる。なお、当該工程は、時効析出型のアルミニウム合金に適応される。

（伸線工程）
伸線工程は、溶体化処理工程で得られた溶体化処理後線材、又は溶体化処理工程を行っていない場合にはアルミニウム荒引線を、最終線径まで伸線加工することにより、アルミニウムの結晶組織をさらに微細にする工程である。伸線工程での伸線方法としては、公知の乾式伸線法又は湿式伸線法が用いられる。伸線工程で得られる線材である伸線線材は、通常、断面が円形になっている。伸線線材の線径（直径）φは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍ〜０．３５ｍｍである。

溶体化処理後線材又はアルミニウム荒引線を最終線径まで細径化する際には、図３（ａ）に示すように、複数のダイス２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを用いて、溶体化処理後線材又はアルミニウム荒引線１０ａを漸次細くすることが好ましい。この際、各ダイスの減面率は例えば５〜２０％とすることができる。

ここで、伸線線材の減面率（（伸線処理前の線材の断面積−伸線処理前の線材の断面積）／（伸線処理前の線材の断面積））は、９０〜９９．９９％であることが好ましい。また、伸線工程において、溶体化処理後線材又はアルミニウム荒引線を最終線径まで細径化する際、熱処理を行わないことが好ましい。つまり、伸線工程は常温で行うことが好ましい。減面率を上記範囲とし、さらに伸線工程で熱処理を行わないことにより、＜１１１＞配向度（１０°以内）及び＜１１１＞配向度（２０°以内）を上記数値とすることが可能となる。

（通電加熱工程（最終熱処理））
通電加熱工程は、伸線工程で得られた伸線線材を通電することにより、ジュール熱により焼鈍する工程である。

本工程の焼鈍としては、通常、伸線線材を移動させながら焼鈍を行う連続焼鈍が用いられる。本実施形態の製造方法において、連続焼鈍は、焼鈍を極短時間で行うことにより、金属の結晶方位を所定方向に制御し、アルミニウム素線の引張強さ及び伸びを大きくする重要な処理である。なお、伸線線材に対する通電時間は極短時間であることが好ましく、例えば０．２秒〜２．０秒とすることが好ましい。

連続焼鈍としては、例えば、連続通電熱処理が用いられる。連続通電熱処理とは、図３（ｂ）に示すように、２つの電極輪３０を伸線線材１０ｂが連続的に通過することにより伸線線材１０ｂに電流を流して、伸線線材１０ｂにジュール熱を発生させ、このジュール熱により伸線線材１０ｂを連続的に焼鈍する処理である。

伸線線材が焼鈍を経て得られる焼鈍後伸線線材は、組成が伸線線材と実質的に同じであるが、内部の加工歪の一部又は全部が除去されて延性が回復しており、さらに再結晶粒が形成され、適度な柔軟性が付与されたものとなっている。

このように、本実施形態のアルミニウム素線の製造方法では、添加元素を含む場合には、溶体化処理工程、時効熱処理工程、伸線工程及び通電加熱工程の順番、又は溶体化処理工程、伸線工程、時効熱処理工程及び通電加熱工程の順番、又は溶体化処理工程、伸線工程、時効熱処理工程、伸線工程及び通電加熱工程の順番に処理が行われる。また、添加元素を含まない場合には、伸線工程及び通電加熱工程の順番に処理が行われる。すなわち、本実施形態のアルミニウム電線の製造方法では、伸線工程、通電加熱工程が溶体化処理工程の後に行われる。このような順序で処理が行われることにより、アルミニウム素線が適度な強度と伸びを有することが可能となる。

上述のように、本実施形態のアルミニウム素線１０は、Ｆｅ：０〜２．０質量％、Ｍｇ：０〜１．０質量％、Ｚｒ：０〜０．５質量％、Ｓｉ：０〜１．２質量％、Ｎｉ：０〜０．３質量％からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる組成を有する。アルミニウム素線１０の長手方向１１に垂直な断面１５において、断面１５の全面積に対する、長手方向１１と結晶の＜１１１＞方向１３とのなす角１４が１０°以内である成分結晶の面積の割合が５０％以上であり、断面１５の全面積に対する、長手方向１１と結晶の＜１１１＞方向１３とのなす角１４が２０°以内である成分結晶の面積の割合が８５％以上である。このように、線材の加工熱処理プロセスにより金属の結晶方位を制御することで、アルミニウム素線１０の金属結晶の変形抵抗が増加し、また、結晶変形距離を長くすることができるため、アルミニウム素線１０の高強度と高延性を両立することが可能となる。その結果、後述するアルミニウム電線の車両への搭載の拡大に貢献し、かつ、ワイヤーハーネスの軽量化にも貢献することが可能となる。

本実施形態のアルミニウム素線１０は、０．２％耐力が３０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。アルミニウム素線１０の０．２％耐力及び伸びがこのような値であることにより、機械的強度が向上し、車体への取り付け時や取り付け後に断線し難くなる。そのため、自動車のドアヒンジ回りなど繰り返して屈曲する部位や、エンジンルームなど振動する部位へ適用することが可能となる。なお、常温での０．２％耐力及び伸び（破断伸び）は、ＪＩＳＺ２２４１（金属材料引張試験方法）に準じて測定することができる。また、導電率は、ＪＩＳＨ０５０５（非鉄金属材料の体積抵抗率及び導電率測定方法）に準じて測定することができる。

［アルミニウム電線］
次に、本実施形態に係るアルミニウム電線について説明する。本実施形態に係るアルミニウム電線４０は、図４に示すように、アルミニウム素線１０と、アルミニウム素線１０の周縁を覆う、被覆材としての絶縁体層４１とを備える。

本実施形態のアルミニウム電線４０では、導体として、１本のアルミニウム素線１０で構成された単線を用いてもよく、複数のアルミニウム素線１０を撚り合わせて構成された撚り線を用いてもよい。撚り線も、１本又は数本の素線を中心とし、その周囲に素線を同心状に撚り合わせた同心撚り線；複数の素線を一括して同方向に撚り合わせた集合撚り線；複数の集合撚り線を、同心状に撚り合わせた複合撚り線のいずれも使用することができる。

アルミニウム電線４０の外周を被覆する絶縁体層４１は、アルミニウム電線４０に対する電気絶縁性を確保できるならば、材料及び厚さは特に限定されない。絶縁体層４１を構成する樹脂材料としては、例えば、塩化ビニル、耐熱塩化ビニル、架橋塩化ビニル、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、発泡ポリエチレン、架橋発泡ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（ナイロン）、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−四フッ化エチレン共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴムを用いることができる。これらの材料は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。

［ケーブル］
次に、本実施形態に係るケーブルについて説明する。本実施形態に係るケーブル５０は、図５に示すように、束ねられた複数のアルミニウム電線４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）と、束ねられた複数のアルミニウム電線４０の周縁を覆う、被覆材としてのシース５１とを備える。なお、シース５１の材料は特に限定されず、上述の絶縁体層４１と同様のものを使用することができる。このようなアルミニウム電線４０及びケーブル５０は、高い強度、耐久性及び導電性が要求される自動車用のワイヤーハーネスに用いることが好ましい。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［アルミニウム素線の作製］
ＪＩＳＨ２１０２のＡｌ９９．７を用い、ここに所定量の鉄、マグネシウム、ジルコニウム、ケイ素、ニッケルを選択的に添加することにより、表１に示すアルミニウム又はアルミニウム合金を得た。これを常法により溶解し、連続鋳造圧延法により線径が９．５ｍｍの荒引線に加工した。

次に、このアルミニウム荒引線を、５００℃で３０分間加熱後に水冷することにより、溶体化処理された線材（溶体化処理後線材）を得た。そして、この溶体化処理後線材を連続伸線機にて伸線することにより、最終線径φ０．３２ｍｍまで伸線した線材（伸線線材）を得た。各例の伸線線材の減面率は表１に示す。さらに、実施例５〜８及び比較例４〜７は、溶体化処理後に所定の条件で時効熱処理を施した。

そして、各例の伸線線材に対し、表１に示す最終熱処理を施すことにより、各例のアルミニウム素線を得た。具体的には、実施例１〜８並びに比較例１、４及び７は、伸線線材に対して１２Ｖで０．６秒の条件で通電することにより、最終熱処理を行った。また、比較例２，３，５及び６は、伸線線材に対してバッチ炉を用いて、それぞれ２５０℃、３００℃、２８５℃、２８０℃で１時間加熱することにより、最終熱処理を行った。

［評価］
（金属組織の配向測定）
実施例１〜８並びに比較例１〜７で得られたアルミニウム素線の長手方向に垂直な断面に関し、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）で金属組織の配向を測定した。そして、アルミニウム素線の長手方向と、金属結晶の＜１１１＞方向とのなす角が１０°以内である成分結晶の面積を求め、当該面積をアルミニウム素線の断面積で除することにより、＜１１１＞配向度（１０°以内）を求めた。同様に、アルミニウム素線の長手方向と、金属結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である成分結晶の面積を求め、当該面積をアルミニウム素線の断面積で除することにより、＜１１１＞配向度（２０°以内）を求めた。得られた結果を表１に合わせて示す。

（引張強さ及び破断伸びの測定）
実施例１〜８並びに比較例１〜７で得られたアルミニウム素線について、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して常温時の引張強さ及び破断伸びを測定した。これらの測定結果を表１に合わせて示す。

表１に示すように、実施例１〜８のアルミニウム素線では、＜１１１＞配向度（１０°以内）が５０％以上となり、＜１１１＞配向度（２０°以内）が８５％以上となった。これに対し、比較例１〜７のアルミニウム素線では、＜１１１＞配向度（１０°以内）が５０％以下となり、＜１１１＞配向度（２０°以内）が８５％以下となった。そのため、伸線線材の焼鈍は、通電焼鈍により極短時間で行うことが好ましいことが分かる。

図６では、実施例２のアルミニウム素線の断面に対し、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）で金属組織の方位指数を測定した結果を示している。なお、図６の結晶方位は、図中の標準三角形に準拠している。図６に示すように、減面率を９０％以上にし、さらに極短時間の通電焼鈍を行うことがより、結晶が＜１１１＞方位に配向していることが分かる。

また、表１より、実施例１〜８のアルミニウム素線は、比較例１〜７に対して伸びが向上し、さらに強度も２０〜３０ＭＰａ向上している。そのため、アルミニウム素線を構成する金属の結晶方位を所定方向に制御することにより、高い強度と伸びを両立できることが分かる。

以上、本発明を実施例及び比較例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１０アルミニウム素線
１１長手方向
１２結晶
１３結晶の＜１１１＞方向
１４角度
１５断面
４０アルミニウム電線
４１絶縁体層

Claims

Ｆｅ：０〜２．０質量％、Ｍｇ：０〜１．０質量％、Ｚｒ：０〜０．５質量％、Ｓｉ：０〜１．２質量％、及びＮｉ：０〜０．３質量％からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム素線であって、
前記アルミニウム素線の長手方向に垂直な断面において、前記断面の全面積に対する、前記長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が１０°以内である成分結晶の面積の割合が５０％以上であり、前記断面の全面積に対する、前記長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である成分結晶の面積の割合が８５％以上である、アルミニウム素線。
０．２％耐力が３０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上である、請求項１に記載のアルミニウム素線。
請求項１又は２に記載のアルミニウム素線と、
前記アルミニウム素線の周縁を覆う絶縁体層と、
を備える、アルミニウム電線。
請求項３に記載のアルミニウム電線を備える、ワイヤーハーネス。