JP5988067B2 - アルミニウム合金線 - Google Patents
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Description
1. 質量%で、Mgを0.1%以上1.5%以下、Siを0.03%以上2.0%以下、Cuを0.05%以上0.5%以下含有し、残部がAlからなるアルミニウム合金の溶湯を鋳造して鋳造材を形成する工程。
3. 上記圧延材に伸線加工を施して伸線材を形成する工程。
上記1.〜4.の工程を経て、本発明製造方法は、導電率が35%IACS以上58%IACS未満、引張強さが150MPa以上400MPa以下、かつ伸びが2%以上であるアルミニウム合金線を製造する。得られたアルミニウム合金線は、導体に利用される。
[Al合金線]
<組成>
本発明Al合金線を構成するAl合金は、Mg(マグネシウム)を0.1%〜1.5%、Si(シリコン)を0.03%〜2.0%、Cu(銅)を0.05%〜0.5%含有するAl−Mg−Si−Cu系合金である。Mgを0.1%以上、Siを0.03%以上、及びCuを0.05%以上含有し、これらの元素がAlに固溶又は析出して存在することで、本発明Al合金線は、屈曲特性、強度に優れる。Mg,Si,Cuの含有量が高いほどAl合金線の屈曲特性や強度が高まるが、導電率や靭性が低下する上に、伸線加工時などで断線が生じ易くなるため、Mg:1.5%以下、Si:2.0%以下、Cu:0.5%以下とする。
上述のように特定の組成のAl合金から構成され、かつ溶体化処理が施されている本発明Al合金線は、高強度である上に、導電率、伸びも高く、導電率:35%IACS以上、引張強さ:150MPa以上、伸び:2%以上を満たす。但し、本発明Al合金線は、母材のAlに添加元素を積極的に固溶させているため、電気伝導性の向上には限界があり、導電率は58%IACS未満である。引張強さは200MPa以上がより好ましいが、単に高強度なだけで靭性に劣る電線用導体ではワイヤーハーネスに適さないことから、本発明Al合金線は、引張強さを400MPa以下とする。引張強さが上記範囲を満たすことで、本発明Al合金線は、靭性と強度とをバランスよく具えることができる。
本発明Al合金線は、伸線加工時の加工度(断面減少率)を適宜調整することで、種々の線径(直径)を有することができる。例えば、自動車用ワイヤーハーネスの電線用導体に利用する場合、線径は0.1mm以上1.5mm以下が好ましい。
上記本発明Al合金線を複数本撚り合わせた撚り線とすることができる。細径の線材であっても撚り合わせることで、屈曲特性や強度の高い線材(撚り線)とすることができる。撚り合わせ本数は、特に問わない。例えば、7,11,19,37本が挙げられる。また、本発明Al合金撚り線は、撚り合わせた後、圧縮成形した圧縮線材とすると、撚り合わせた状態よりも線径を小さくすることができ、導体の小径化に寄与することができる。
上記本発明Al合金線や本発明Al合金撚り線、上述した圧縮線材は、電線用導体に好適に利用することができる。用途に応じて、このまま導体として使用することもできるし、この導体の外周に絶縁被覆層を具える本発明被覆電線として使用することもできる。上記絶縁被覆層を構成する絶縁材料は、適宜選択することができる。例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)やノンハロゲン樹脂、難燃性に優れる材料などが挙げられる。絶縁被覆層の厚さは、所望の絶縁強度を考慮して適宜選択することができ、特に限定されない。
上記被覆電線は、本発明ワイヤーハーネスの構成部材に好適に利用することができる。本発明ワイヤーハーネスは、上記被覆電線と、この被覆電線の端部に装着された端子部とを具える。この端子部を介して、被覆電線は、機器などの接続対象に接続される。このワイヤーハーネスは、端子部が装着された複数の被覆電線に対して一つのコネクタを共有するような電線群を含んでいてもよい。上記端子部は、雄型、雌型、圧着型、溶接型などの種々の形態が挙げられ、特に限定されない。また、上記ワイヤーハーネスに具える複数の被覆電線は、結束具などにより一纏まりに束ねることで、ハンドリング性に優れる。更に、このワイヤーハーネスは、軽量化が望まれている種々の分野、特に、燃費の向上のために更なる軽量化が望まれている自動車に好適に利用することができる。
<鋳造工程>
本発明製造方法は、まず、上記特定の組成のAl合金からなる鋳造材を形成する。鋳造は、可動鋳型又は枠状の固定鋳型を用いる連続鋳造、箱状の固定鋳型を用いる金型鋳造(以下、ビュレット鋳造と呼ぶ)のいずれも利用することができる。特に、連続鋳造では、溶湯を急冷凝固できるため、微細な結晶組織を有する鋳造材が得られる。このような鋳造材を素材にすると、微細な結晶組織を有するAl合金線を製造し易く、結晶の微細化による屈曲特性や強度の向上を図ることができる。冷却速度は、適宜選択することができるが、固液共存温度域である600℃〜700℃において20℃/sec以上が好ましい。例えば、水冷銅鋳型や強制水冷機構などを有する連続鋳造機を用いると、上述のような冷却速度による急冷凝固を実現できる。
次に、上記鋳造材に(熱間)圧延を施し、圧延材を形成する。特に、上記鋳造工程と上記圧延工程とは、連続的に行うと、鋳造材に蓄積される熱を利用して熱間圧延を容易に行えて、エネルギー効率がよい上に、バッチ式の鋳造方法により作製した鋳造材に圧延を施して圧延材を生産する場合と比較して、圧延材(連続鋳造圧延材)の生産性に優れる。更に、鋳造材を連続鋳造材とすると、微細な結晶組織を有する鋳造材に対して連続的に圧延が施されることで、得られた圧延材(連続鋳造圧延材)も、微細な結晶組織を有することができて好ましい。
次に、上記圧延材又は連続鋳造圧延材に(冷間)伸線加工を施し、伸線材を形成する。伸線加工度は、所望の線径に応じて適宜選択することができる。
得られた最終線径の伸線材は、単線のままとしてもよいが、本発明製造方法の一形態として、更に、複数の上記伸線材を用意し、これらの伸線材を撚り合せて撚り線を形成する工程を具え、撚り線とすることができる。更に、本発明製造方法の一形態として、上記撚り線を圧縮成形して所定の線径の圧縮線材を形成する工程を具え、圧縮線材とすることができる。上記撚り線や上記圧縮線材とする場合、後述する溶体化処理は、当該撚り線や当該圧縮線材に施してもよいし、上記伸線材に溶体化処理を施した後、或いは、溶体化処理に加えて時効処理を施す場合は時効処理を施した後に上記撚り線としてもよい。
次に、上記最終線径の伸線材、撚り線とする場合には、撚り合せる前の伸線材、又は撚り合せ後の撚り線、圧縮線材とする場合には、圧縮前の撚り線、又は圧縮後の圧縮線材に溶体化処理を施す。この溶体化処理は、主として固溶強化を目的とし、固溶強化による屈曲特性の向上、強度の向上のために行う。なお、鋳造材としてビュレット材を利用する場合は、鋳造後と、上記伸線後との双方に溶体化処理を行ってもよい。ビュレット材に溶体化処理を施すことで、添加元素が十分に固溶した状態となるため、その後の圧延や伸線などの塑性加工を行い易く、伸線後に更に溶体化処理や時効処理を施すことで、強度の向上、引いては屈曲性の向上を図ることができる。
(バッチ式加熱処理)
バッチ式加熱処理は、加熱用容器(雰囲気炉、例えば、箱型炉)内に加熱対象を封入した状態で加熱する処理方法であり、一度の処理量が限られるものの、温度制御が行い易く、加熱対象全体の加熱状態を管理し易い処理方法である。バッチ式加熱処理では、加熱対象が所定の温度に加熱されるように、加熱用容器内の雰囲気温度を設定するとよい。
連続加熱処理は、加熱用容器内に加熱対象を連続的に供給して、加熱対象を連続的に加熱する処理方法であり、1.連続的に加熱できるため作業性に優れる、2.加熱対象となる線材の長手方向に均一的に加熱できるため線材の長手方向における特性のばらつきを抑制できる、といった利点がある。特に、電線用導体に利用されるような長尺な線材に溶体化処理を施す場合、連続加熱処理が好適に利用できる。
本発明製造方法は、更に、上記溶体化処理が施された溶体化処理材(熱処理材)に時効処理を施して熱処理材(時効処理材)を形成する工程を具えることができる。溶体化処理後に時効処理を行うことで、Al合金中の添加元素を析出させ、Al合金中に析出物を分散させることができる。この析出物の分散強化、即ち、時効強化により強度の向上を図ることができると共に、固溶元素の低減による導電率の向上を図ることができる。特に、Al合金が上述のように微細組織であると、析出物が均一的に分散した組織となり易く、強度を更に向上でき、強度及び導電率が高いAl合金線が得られる。
上記溶体化処理、及び適宜時効処理が施された熱処理材(単線、撚り線、及び圧縮線材のいずれか)を用意し、この熱処理材の外周に上述した絶縁材料からなる絶縁被覆層を形成する工程を具えることで、本発明被覆電線を製造することができる。
図1および図2を参照して、本発明によるアルミニウム合金線を用いた被覆電線を説明する。
図4を参照して、本発明によるアルミニウム合金線を用いた被覆電線を説明する。
図7を参照して、図7の鋳造工程(S10)〜伸線工程(S30)までは、図3に示した鋳造工程(S10)〜伸線工程(S30)と同様の工程を実施する。その後、図7に示すように加工工程(S70)を実施する。この工程(S70)では、具体的には上記工程(S30)で得られた伸線材を用意し、これらの伸線材を撚り合せて撚り線を形成する。このようにして、アルミニウム合金撚り線20を得る事ができる。なお、更に、本発明による被覆電線の製造方法の一形態として、上記撚り線を圧縮成形して所定の線径の圧縮線材を形成してもよい。
図8を参照して、本発明によるワイヤーハーネスを説明する。
Al合金線を作製してAl合金線の種々の特性を調べた。Al合金線は、溶解→連続鋳造圧延→伸線(適宜中間熱処理)→撚り線化→溶体化(→適宜時効)という手順で作製する。
まず、Al合金線を作製する。ベースとして純アルミニウム(99.7質量%以上Al)を用意して溶解し、得られた溶湯(溶融アルミニウム)に表1に示す添加元素を表1に示す含有量となるように投入して、Al合金溶湯を作製する。成分調整を行ったAl合金溶湯は、適宜、水素ガス除去処理や、異物除去処理を行うことが望ましい。
Claims (1)
- 導体に利用されるアルミニウム合金線であって、
添加元素として、質量%で、Mgを0.1%以上1.5%以下、Siを0.03%以上2.0%以下、Cuを0.2%以上0.5%以下含有し、残部がAl及び不純物からなり、
前記添加元素がアルミニウム合金中に析出して存在し、
前記Mg及びSiの質量比Mg/Siが0.8≦Mg/Si≦3.5を満たし、
更に、質量%でCrを0.01%以上0.5%以下含有し、
導電率が35%IACS以上58%IACS未満、
引張強さが150MPa以上400MPa以下、
伸びが10%以上であるアルミニウム合金線。
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