JP6108951B2 - アルミニウム電線の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、アルミニウム電線の製造方法に関する。
従来、自動車や飛行機などの搬送機器、及びロボットなどの産業機器の配線構造には、複数の電線を束ねたワイヤーハーネスが利用されている。ワイヤーハーネスの電線用導体の構成材料は、導電性に優れた銅や銅合金といった銅系材料が主流である。
昨今、自動車や飛行機などの燃費の向上が望まれており、電線の軽量化のために、比重が銅の約１／３であるアルミニウムを導体に用いることが検討されている（例えば特許文献１参照）。
特許５０２１８５５号公報
しかし、特許文献１に記載のアルミニウム電線は、その製造過程において導体が断線し易く、電線製造の稼働率が低下してしまうという問題があった。すなわち、アルミは銅に比べ破断強度が５０％以下と低く、硬さも６０％以下であるため加工しやすい反面、少しでも余分な力が加わった場合すぐに断線してしまう。
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、電線製造の稼働率の向上を図ることが可能なアルミニウム電線の製造方法を提供することにある。
本発明のアルミニウム電線の製造方法は、１又は複数のアルミニウムを有した内層合金の素線からなる内層導体と、複数のアルミニウムを有した外層合金の素線からなり前記内層導体上に設けられる外層導体とを有したアルミニウム電線の製造方法であって、前記内層導体上に設けられた前記外層合金の素線を前記内層導体上で撚る撚り工程と、前記撚り工程において撚られた前記外層合金の素線を前記撚り工程における撚り方向と同方向に回転させながら圧縮する回転圧縮工程と、を有することを特徴とする。
このアルミニウム電線の製造方法によれば、撚り工程において撚られた外層合金の素線を撚り工程における撚り方向と同方向に回転させながら圧縮するため、圧縮による力が回転方向に逃げることで摩擦力が低下し、外層導体の伸びが低下し難くなる。これにより、製造過程における断線の可能性が低減されることとなり、電線製造の稼働率の向上を図ることができる。
また、本発明のアルミニウム電線の製造方法において、前記撚り工程における撚りピッチは１３ミリメートル以上３０ミリメートル以下とされていることが好ましい。
このアルミニウム電線の製造方法によれば、撚り工程における撚りピッチは１３ミリメートル以上とされているため、撚りピッチが１３ミリメートル未満のように外層合金の素線に掛かる張力が大きくなり過ぎて耐力を超えてしまい、加工硬化が起こって伸びが低下してしまう事態を防止することができる。また、撚り工程における撚りピッチは３０ミリメートル以下とされているため、屈曲性特性が低下してしまう事態を防止することができる。
また、本発明のアルミニウム電線の製造方法において、前記撚り工程に先だって、鉄を０．５質量％以上１．３質量％以下含有すると共に、マグネシウム０質量％以上０．４質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造する鋳造工程と、前記鋳造工程において鋳造された合金に対して２５０度以上４５０度以下の温度で焼鈍する焼鈍工程と、前記焼鈍工程において得られた合金を引き延ばして前記内層合金の素線と前記外層合金の素線とする伸線工程と、を有することが好ましい。
このアルミニウム電線の製造方法によれば、鉄を０．５質量％以上１．３質量％以下含有すると共に、マグネシウム０質量％以上０．４質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造し、２５０度以上４５０度以下の温度で焼鈍するため、合金内に固溶しているマグネシウムが析出することとなり、導体抵抗が向上することができる。
また、本発明のアルミニウム電線の製造方法において、前記撚り工程に先だって、マグネシウムを０．２質量％以上１．２質量％以下含有すると共に、シリコンを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造する鋳造工程と、前記鋳造工程において鋳造された合金に対して４００度以上６３０度以下の温度で焼鈍する第１焼鈍工程と、前記第１焼鈍工程において得られた合金を引き延ばして前記内層合金の素線と前記外層合金の素線とする伸線工程と、前記伸線工程にて得られた前記内層合金の素線と前記外層合金の素線とを１００度以上３００度以下の温度で焼鈍する第２焼鈍工程と、を有することが好ましい。
このアルミニウム電線の製造方法によれば、マグネシウムを０．２質量％以上１．２質量％以下含有すると共に、シリコンを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造し、４００度以上６３０度以下の温度で焼鈍するため、マグネシウムとシリコンとを固溶させ、更に１００度以上３００度以下の温度で焼鈍をすることにより微細な析出物を形成させて導体強度の向上を図ることができる。
本発明によれば、電線製造の稼働率の向上を図ることが可能なアルミニウム電線の製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係るアルミニウム電線の製造方法において製造されるアルミニウム電線の一例を示す概略図である。 本実施形態に係るアルミニウム電線の製造方法を示す工程図である。 図２に示した電線工程を行う製造装置を示す概略図である。 図３に示した内層回転ダイス及び外層回転ダイスの拡大図である。 本実施形態に係るアルミニウム電線の製造方法の他の例（第１例）を示す工程図である。 本実施形態に係るアルミニウム電線の製造方法の他の例（第２例）を示す工程図である。 本実施形態に係るアルミニウム電線の製造方法の他の例（第３例）を示す工程図である。 本実施形態に係るアルミニウム電線の製造方法の他の例（第４例）を示す工程図である。 外層回転圧縮工程における外層回転ダイスの回転数と外層導体の破断荷重との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。 外層回転圧縮工程における外層回転ダイスの回転数と外層導体の導体抵抗との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。 外層回転圧縮工程における外層回転ダイスの回転数と外層導体の伸びとの相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。 外層回転圧縮工程における外層回転ダイスの回転数と外層合金の素線の断線率との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。 外層撚り工程における撚りピッチと外層導体の破断荷重との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。 外層撚り工程における撚りピッチと外層導体の導体抵抗との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。 外層撚り工程における撚りピッチと外層導体の伸びとの相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。 外層撚り工程における撚りピッチと外層導体の屈曲性との相関を示す図であって、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図１は、本発明の実施形態に係るアルミニウム電線の製造方法において製造されるアルミニウム電線の一例を示す概略図である。
本実施形態に係るアルミニウム電線１は、図１に示すように、導体１０上に絶縁性の絶縁部材２０を被覆したものである。導体１０は、内層導体１１と内層導体１１上に設けられる外層導体１２とから構成されており、具体的にその断面積は０．１３平方ミリメートル〜１．５平方ミリメートルとなっている。
各導体１１，１２は、導電性の複数本の素線１１ａ，１２ａが撚られてなる撚線により構成されている。また、本実施形態において素線１１ａ，１２ａは、アルミニウムを有した合金（内層合金、外層合金）からなっており、具体的には鉄を０．５質量％以上１．３質量％以下含有すると共に、マグネシウム０質量％以上０．４質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金から構成されている。
また、素線１１ａ，１２ａは、これに限らず、マグネシウムを０．２質量％以上１．２質量％以下含有すると共に、シリコンを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金であってもよい。さらに、素線１１ａ，１２ａは、上記に限らず、鉄、マグネシウム、シリコン、チタン、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、銀、クロム、及びジルコニウムから選択される元素を所定質量％含有していてもよい。
加えて、図１に示す導体１０は、内層導体１１が３本の素線１１ａにより構成され、外層導体１２が８本の素線１２ａにより構成されているが、これに限らず、例えば内層導体１１が１本の素線１１ａにより構成され、外層導体１２が６本の素線１２ａにより構成されていてもよいし、内層導体１１が６本の素線１１ａにより構成され、外層導体１２が１０本の素線１２ａにより構成されていてもよいし、素線１１ａ，１２ａの本数は特に限定されるものではない。
次に、本実施形態に係るアルミニウム電線１の製造方法の概略について説明する。図２は、本実施形態に係るアルミニウム電線１の製造方法を示す工程図である。アルミニウム電線を製造するにあたっては、素線１１ａ，１２ａを製造する材料工程と、素線１１ａ，１２ａからアルミニウム電線１を製造する電線工程とに分けられる。
材料工程においては、鋳造工程、圧延工程、第１伸線工程、第１焼鈍工程（焼鈍工程）、及び第２伸線工程（伸線工程）が行われる。鋳造工程では、素線１１ａ，１２ａに用いられるアルミニウム合金が製造される。この工程において、鉄を０．５質量％以上１．３質量％以下含有すると共に、マグネシウム０質量％以上０．４質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなるアルミニウム合金（以下合金１という）が得られる。また、この工程においてマグネシウムを０．２質量％以上１．２質量％以下含有すると共に、シリコンを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなるアルミニウム合金（以下合金２という）が製造されてもよいし、他のアルミニウム合金が製造されてもよい。
次いで、アルミニウム合金に対して圧延処理が施され（圧延工程）、第１伸線工程においてアルミニウム合金が線状に引き延ばされることとなる。
その後、所定の温度で焼鈍される第１焼鈍工程が行われる。この工程において合金１を２５０度以上４５０度以下で焼鈍することにより、合金内に固溶しているマグネシウムが析出することとなり、導体抵抗が向上することとなる。また、合金２を４００度以上６３０度以下で焼鈍することにより、マグネシウムとシリコンとを固溶させ、更に１００度以上３００度以下の温度で焼鈍をすることにより微細な析出物を形成させて導体強度の向上を図ることができる。
さらに合金１にシリコンが含まれている場合には、マグネシウムの析出量を増やすことができ、一層導体抵抗を向上させることができる。また、アルミニウム合金にチタンを含む場合には、焼鈍時の結晶粒の肥大化を抑制して導体強度の低下を抑えることができる。
また、焼鈍方法は、雰囲気炉を用いたバッチ処理、通電による連続加熱処理、及び低周波誘導加熱による連続加熱処理のいずれであってもよい。このとき、連続加熱処理、及び低周波誘導加熱による連続加熱処理を実施する際はバッチ処理と同等のエネルギーを印加すればよい。
次いで、第２伸線工程において焼鈍された合金がさらに引き延ばされて素線１１ａ，１２ａが製造される。なお、上記において素線１１ａ，１２ａは同じ合金であるが、これに限らず、素線１１ａが合金１であり、素線１２ａが合金２であるなど、異なる合金にて製造されてもよい。
電線工程では、内層撚り工程、内層回転圧縮工程、外層撚り工程（撚り工程）、外層回転圧縮工程（回転圧縮工程）、第２焼鈍工程、及び押出工程が行われる。
図３は、図２に示した電線工程を行う製造装置を示す概略図である。図３に示すように、製造装置１００は、内層撚り口１０１と、内層回転ガイド１０２と、内層回転ダイス１０３と、外層撚り口１０４と、複数の外層回転ガイド１０５と、ローラ１０６ａ，１０６ｂと、外層回転ダイス１０７とを備えている。
複数の内層合金の素線１１ａは内層撚り口１０１により集められ、回転する内層回転ガイド１０２によって撚られる内層撚り工程が行われる。次いで、撚られた複数の内層合金の素線１１ａは、内層回転ダイス１０３に供給され、内層回転圧縮工程が行われる。
図４は、図３に示した内層回転ダイス１０３及び外層回転ダイス１０７の拡大図である。図４に示すように、撚られた複数の内層合金の素線１１ａは、内層回転ダイス１０３によって圧縮され、内層導体１１が形成される。また、内層回転ダイス１０３は、撚られた内層合金の素線１１ａの長手方向を軸にして回転している。このため、内層回転ダイス１０３の圧縮力の一部は回転方向に逃げることとなり、撚られた複数の内層合金の素線１１ａはダイスとの摩擦力が低下する。
さらに、内層回転圧縮工程では、内層撚り工程における撚り方向と同方向に内層回転ダイス１０３を回転させるため、内層合金の素線１１ａの撚りが解ける方向に回転させることなく、撚りが解かれてしまう事態を防止することができる。
再度、図３を参照する。内層回転ダイス１０３によって形成された内層導体１１は、外層撚り口１０４に供給される。また、外層撚り口１０４には複数の外層合金の素線１２ａが供給され、内層導体１１上に複数の外層合金の素線１２ａが設けられる。そして、内層導体１１上に設けられた複数の外層合金の素線１２ａはローラ１０６ａを介して複数の外層回転ガイド１０５に導かれ、複数の外層回転ガイド１０５よって内層導体１１上で撚られる外層撚り工程が行われる。
この外層撚り工程において撚りピッチは１３ミリメートル以上３０ミリメートル以下とされている。撚りピッチを１３ミリメートル以上とすることにより、撚りピッチが１３ミリメートル未満のように外層合金の素線１２ａに掛かる張力が大きくなり過ぎて耐力を超えてしまい、加工硬化が起こって伸びが低下してしまう事態を防止することができるからである。また、撚りピッチを３０ミリメートル以下とすることにより、屈曲特性が低下してしまう事態を防止することができるからである。
また、外層回転ガイド１０５は、アーチ状に配置されている。このため、弓が１回転するときに２度撚ることが出来る。
このような複数の外層回転ガイド１０５によって内層導体１１上に撚られた複数の外層合金の素線１２ａは、ローラ１０６を介して外層回転ダイス１０７に供給され、外層回転圧縮工程が行われる。
そして、内層導体１１上に撚られた複数の外層合金の素線１２ａは、図４に示すように、外層回転ダイス１０７によって圧縮され、外層導体１２（導体１０）が形成される。また、外層回転ダイス１０７は、撚られた外層合金の素線１２ａの長手方向を軸にして回転している。このため、外層回転ダイス１０７の圧縮力の一部は回転方向に逃げることとなり、撚られた複数の外層合金の素線１２ａはダイスとの摩擦力が低下する。
さらに、外層回転圧縮工程では、外層撚り工程における撚り方向と同方向に外層回転ダイス１０７を回転させるため、外層合金の素線１２ａの撚りが解ける方向に回転させることなく、撚りが解かれてしまう事態を防止することができる。
再度、図２を参照する。外層回転圧縮工程が行われることにより上記した導体１０が製造される。導体１０を製造後、所定の温度で焼鈍される第２焼鈍工程が行われる。第２焼鈍工程は、第１焼鈍工程と同様に、雰囲気炉を用いたバッチ処理、通電による連続加熱処理、及び低周波誘導加熱による連続加熱処理のいずれによって行われる。このとき、連続加熱処理、及び低周波誘導加熱による連続加熱処理を実施する際はバッチ処理と同等のエネルギーを印加する。
この第２焼鈍工程において、導体加工（第１伸線工程、第２伸線工程、内層撚り工程、内層回転圧縮工程、外層撚り工程、及び外層回転圧縮工程）における加工硬化による歪を除去する。また、アルミニウム合金が合金１である場合には、第１焼鈍工程において析出しきれなかったマグネシウムを析出させ、導体抵抗の更なる向上を図ることとなる。
なお、第２焼鈍工程における焼鈍温度は、アルミニウム合金が合金１である場合には２５０度以上４５０度以下とすればよく、アルミニウム合金が合金２である場合には、１００度以上３００度以下とすればよい。
以上の工程を経て製造された導体１０は、押出工程によって絶縁部材２０が被覆される。これにより、本実施形態に係るアルミニウム電線１が製造されることとなる。
図５〜図８は、本実施形態に係るアルミニウム電線１の製造方法の他の例を示す工程図である。図５に示すように、アルミニウム電線１は、第２伸線工程と内層撚り工程との間に、第３伸線工程（電線工程の一部）が追加されていてもよい。このように、第１〜第３伸線工程により、合金が除々に引き延ばされて素線１１ａ，１２ａが製造されることとなる。これにより、合金を一気に引き延ばすことなく、合金を引き延ばす過程において金属が切れてしまう可能性を低減できると共に、より素線１１ａ，１２ａを細径化することができる。
また、図６に示すように、第２伸線工程を電線工程に含めるようにしてもよい。また、図７に示すように、第２焼鈍工程を内層撚り工程の前に行うようにしてもよい。この場合、後の工程における素線１１ａ，１２ａの加工硬化を予め予測して焼鈍を行うこととなる。
さらに、図８に示すように、図６に示す製造工程と図７に示す製造工程とを組み合わせるようにしてもよい。
このように、本実施形態に係るアルミニウム電線１の製造方法については種々の変更が可能であり、図２、及び図５〜図８に示した製造方法以外の製造方法についても採用できることはいうまでもない。
以上のように、製造されたアルミニウム電線１は、図９〜図１１に示す特性を有する。なお、以下に示すアルミニウム電線１は、アルミニウム合金が合金１の１つであって、鉄が０．６質量％、マグネシウムが０．３質量％、ジルコニウムが０．００２質量％含有され、残部がアルミニウム及び不純物により構成された第１電線と、鉄が１．２質量％、ジルコニウムが０．００２質量％含有され、残部がアルミニウム及び不純物により構成された第２電線とされている。
また、第１焼鈍工程においては４１０度で３時間の焼鈍を行った。さらに、内層合金及び外層合金の素線１１ａ，１２ａの断面積は０．７２６６平方ミリメートルであり、内層合金の素線１１ａの本数は３本とし、外層合金の素線１２ａの本数は８本とした。
図９は、外層回転圧縮工程における外層回転ダイス１０７の回転数と外層導体１２の破断荷重との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第１電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．５Ｎとなる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．２Ｎであり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．４Ｎである。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．２Ｎである。
これに対して、第１電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の破断荷重は８．１Ｎとなる。
さらに、第２電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．２Ｎとなる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．１Ｎであり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．３Ｎである。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．３Ｎである。
これに対して、第２電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の破断荷重は７．０Ｎとなる。
図１０は、外層回転圧縮工程における外層回転ダイス１０７の回転数と外層導体１２の導体抵抗との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、第１電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９８ｍΩ／ｍとなる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０１ｍΩ／ｍであり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０２ｍΩ／ｍとなる。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．１３ｍΩ／ｍとなる。
これに対して、第１電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の導体抵抗は５．８１ｍΩ／ｍとなる。
さらに、第２電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９２ｍΩ／ｍとなる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０３ｍΩ／ｍであり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９４ｍΩ／ｍとなる。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９８ｍΩ／ｍとなる。
これに対して、第２電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の導体抵抗は５．６４ｍΩ／ｍとなる。
図１１は、外層回転圧縮工程における外層回転ダイス１０７の回転数と外層導体１２の伸びとの相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、第１電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは１７．２％となる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは１８．５％であり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは１７．６％となる。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは１８．２％となる。
これに対して、第１電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の伸びは１５．３％となる。
さらに、第２電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは２０．８％となる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは１９．７％であり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは２０．６％となる。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の伸びは２０．５％となる。
これに対して、第２電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の伸びは１８．１％となる。
ここで、導体において導体抵抗と伸びとには相関があることが知られている。すなわち、導体抵抗が高まると伸びが小さくなる傾向にあることが知られている。また、破断荷重と伸びとにも相関があることが知られている。すなわち、破断荷重が小さくなると伸びが大きくなる傾向にあることが知られている。
このように、本実施形態に係るアルミニウム電線１の製造方法では、外層回転ダイス１０７により外層合金の素線１２ａを回転させながら圧縮することにより、ダイスとの摩擦を低減し、破断荷重は低下するものの外層導体１２の伸びを高めることがわかった。
そして、外層導体１２の伸びが高まることから、図１２に示す特性が得られる。図１２は、外層回転圧縮工程における外層回転ダイス１０７の回転数と外層合金の素線１２ａの断線率との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。なお、断線率は１回の断線が発生するまでに製造される外層導体１２の長さ（メートル）を示す値である。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、第１電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１５７０００メートルとなる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１５００００メートルであり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１６００００メートルとなる。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１５９０００メートルとなる。
これに対して、第１電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の断線率は７０００メートルとなった。
さらに、第２電線において、外層回転ダイス１０７の回転数を１０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１６００００メートルとなる。また、外層回転ダイス１０７の回転数を１５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１５８０００メートルであり、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１５２０００メートルとなる。さらに、外層回転ダイス１０７の回転数を２５００ｒｐｍとした場合、外層導体１２の断線率は１５７０００メートルとなる。
これに対して、第２電線において、外層回転ダイス１０７を回転させなかった場合、外層導体１２の断線率は１００００メートルとなった。
このように、本実施形態に係るアルミニウム電線１の製造方法は、外層導体１２の伸びを高めることで断線率を高め、電線製造の稼働率を向上させることがわかった。このようになる理由は、外層回転ダイス１０７の圧縮力の一部が回転方向に逃げることであり、撚られた複数の外層合金の素線１２ａが均一に圧縮されると共にダイスとの摩擦力を低減したためであると考えられる。
また、外層撚り工程における撚りピッチは１３ミリメートル以上３０ミリメートル以下であることが望ましい。以下、図１３〜図１６を参照して説明する。なお、図１３〜図１６に示すデータは、第１電線及び第２電線を構成する導体１０を対象に、外層回転ダイス１０７の回転数を２０００ｒｐｍとして計測したデータである。
図１３は、外層撚り工程における撚りピッチと外層導体１２の破断荷重との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、第１電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は８．１Ｎとなる。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．８Ｎであり、撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．３Ｎである。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．４Ｎであり、撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．２Ｎである。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．５Ｎであり、撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．４Ｎである。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．３Ｎである。
さらに、第２電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．３Ｎとなる。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は７．１Ｎであり、撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．６Ｎである。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．４Ｎであり、撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．５Ｎである。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．３Ｎであり、撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．２Ｎである。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の破断荷重は６．３Ｎである。
図１４は、外層撚り工程における撚りピッチと外層導体１２の導体抵抗との相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、第１電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．３４ｍΩ／ｍとなる。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．２２ｍΩ／ｍであり、撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０８ｍΩ／ｍである。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０３ｍΩ／ｍであり、撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０２ｍΩ／ｍである。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．００ｍΩ／ｍであり、撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０３ｍΩ／ｍである。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９８ｍΩ／ｍである。
さらに、第２電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は５．０６ｍΩ／ｍとなる。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９９ｍΩ／ｍであり、撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９４ｍΩ／ｍである。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９５ｍΩ／ｍであり、撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９２ｍΩ／ｍである。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９１ｍΩ／ｍであり、撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９３ｍΩ／ｍである。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の導体抵抗は４．９２ｍΩ／ｍである。
図１５は、外層撚り工程における撚りピッチと外層導体１２の伸びとの相関を示す図であり、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第１電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１１．３％となる。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１２．６％であり、撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１５．５％である。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１９．２％であり、撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１８．１％である。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１８．６％であり、撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１８．２％である。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１８．３％である。
さらに、第２電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１２．４％となる。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１２．８％であり、撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１７．９％である。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは２０．０％であり、撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１９．８％である。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは２０．４％であり、撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは１９．２９である。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の伸びは２１．０％である。
以上のように、外層導体１２の破断荷重は、撚りピッチが長くなるほど減少する傾向にあるが、撚りピッチが１３ミリメートル以上であっても破断荷重が約６Ｎ以上を維持しており、製品として問題無いことがわかった。また、導体抵抗は、撚りピッチが１３ミリメートル以上であれば５．１０ｍΩ／ｍ以下を維持できるものの、撚りピッチが１３ミリメートル未満となると、５．１０ｍΩ／ｍを維持できなくなることがわかった。さらに、伸びは、撚りピッチが１３ミリメートル以上であれば１５％以上を維持できるものの、撚りピッチが１３ミリメートル未満となると、１５％を維持できなくなることがわかった。
よって、外層撚り工程における撚りピッチは１３ミリメートル以上であることが好ましいことがわかった。
図１６は、外層撚り工程における撚りピッチと外層導体１２の屈曲性との相関を示す図であって、（ａ）はグラフを示し、（ｂ）は表を示している。なお、図１６では、φ２５のマンドレルを用い、荷重４００ｇ、屈曲速度２回／ｓとする１８０°屈曲試験を行った結果を示している。また、外層導体１２は抵抗値が１０％上昇すると、導体抵抗管理が必要な機器に使用できなくなるため、図１６では１０％抵抗値が上昇するまでの屈曲回数を測定した。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、第１電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は２０５０回であった。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１９８０回であった。撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１９００回であった。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１８２０回であった。撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１８００回であった。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１７５０回であった。撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１７００回であった。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１５８０回であった。
さらに、第２電線において、撚りピッチを１０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１９９０回であった。また、撚りピッチを１２ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１９００回であった。撚りピッチを１３ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１８３０回であった。撚りピッチを１５ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１８００回であった。撚りピッチを２０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１７２０回であった。撚りピッチを２５ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１６８０回であった。撚りピッチを３０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１６６０回であった。さらに、撚りピッチを４０ミリメートルとした場合、外層導体１２の抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数は１５４０回であった。
以上のように、外層導体１２は撚りピッチが３０ミリメートル以下であると、抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数が約１６００回以上を維持できるが、撚りピッチが３０ミリメートルを超えると、抵抗値が１０％上昇するまでの屈曲回数が約１６００回を維持できなくなることがわかった。
よって、外層撚り工程における撚りピッチは３０ミリメートル以下であることが好ましいことがわかった。従って、外層撚り工程における撚りピッチは１３ミリメートル以上３０ミリメートル以下であることが好ましいことがわかった。
このようにして、本実施形態に係るアルミニウム電線１の製造方法によれば、撚り工程において撚られた外層合金の素線１２ａを撚り工程における撚り方向と同方向に回転させながら圧縮するため、圧縮による力が回転方向に逃げることで摩擦力が低下し、加工硬化が起こり難く、外層導体１２の伸びが低下し難くなる。これにより、製造過程における断線の可能性が低減されることとなり、電線製造の稼働率の向上を図ることができる。
さらに、撚り工程における撚り方向と同方向に回転させるため、回転圧縮工程において外層導体１２の撚りが解ける方向に回転させることなく、撚りが解かれてしまう事態を防止することができる。
また、撚り工程における撚りピッチは１３ミリメートル以上とされているため、撚りピッチが１３ミリメートル未満のように外層合金の素線１２ａに掛かる張力が大きくなり過ぎて耐力を超えてしまい、加工硬化が起こって伸びが低下してしまう事態を防止することができる。また、撚り工程における撚りピッチは３０ミリメートル以下とされているため、屈曲性特性が低下してしまう事態を防止することができる。
また、鉄を０．５質量％以上１．３質量％以下含有すると共に、マグネシウム０質量％以上０．４質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造し、２５０度以上４５０度以下の温度で焼鈍するため、合金内に固溶しているマグネシウムが析出することとなり、導体抵抗が向上することができる。
また、マグネシウムを０．２質量％以上１．２質量％以下含有すると共に、シリコンを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造し、４００度以上６３０度以下の温度で焼鈍し、マグネシウムとシリコンとを固溶させ、更に１００度以上３００度以下で焼鈍することにより微細な析出物を形成させて導体強度の向上を図ることができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、本実施形態において導体１１は、０．１３ｓｑ以下であることを想定しているが、これに限られず、導体サイズは０．１３ｓｑを超えるものであってもよい。
また、上記実施形態において第２焼鈍工程は、外層撚り工程の後、且つ、外層回転圧縮工程の前に行われてもよい。この場合、外層回転圧縮工程における加工硬化を予め予想して焼鈍を行うこととなる。また、第２焼鈍工程は、内層撚り工程の後、且つ、内層回転圧縮工程の前に行われてもよい。この場合、内層回転圧縮工程及び外層回転圧縮工程における加工硬化を予め予想して焼鈍を行うこととなる。
さらに、内層導体１１及び外層導体１２のアルミニウム合金は合金１及び合金２に限られず、内層合金の素線１１ａ及び外層導体１２の素線１２ａの本数も上記したものに限られない。また、内層合金の素線１１ａが１本である場合には、図２及び図５〜図８に示した内層撚り工程及び内層回転圧縮工程は省略されてもよい。
１…アルミニウム電線
１０…導体
１１…内層導体
１１ａ…素線
１２…外層導体
１２ａ…素線
２０…被覆部材
１００…製造装置
１０１…内層撚り口
１０２…内層回転ガイド
１０３…内層回転ダイス
１０４…外層撚り口
１０５…複数の外層回転ガイド
１０６ａ，１０６ｂ…ローラ
１０７…外層回転ダイス

Claims (4)

  1. １又は複数のアルミニウムを有した内層合金の素線からなる内層導体と、複数のアルミニウムを有した外層合金の素線からなり前記内層導体上に設けられる外層導体とを有したアルミニウム電線の製造方法であって、
    前記内層導体上に設けられた前記外層合金の素線を前記内層導体上で撚る撚り工程と、
    前記撚り工程において撚られた前記外層合金の素線を前記撚り工程における撚り方向と同方向に回転させながら圧縮する回転圧縮工程と、
    を有することを特徴とするアルミニウム電線の製造方法。
  2. 前記撚り工程における撚りピッチは１３ミリメートル以上３０ミリメートル以下とされている
    ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム電線の製造方法。
  3. 前記撚り工程に先だって、鉄を０．５質量％以上１．３質量％以下含有すると共に、マグネシウム０質量％以上０．４質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造する鋳造工程と、
    前記鋳造工程において鋳造された合金に対して２５０度以上４５０度以下の温度で焼鈍する焼鈍工程と、
    前記焼鈍工程において得られた合金を引き延ばして前記内層合金の素線と前記外層合金の素線とする伸線工程と、
    を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のアルミニウム電線の製造方法。
  4. 前記撚り工程に先だって、マグネシウムを０．２質量％以上１．２質量％以下含有すると共に、シリコンを０．１質量％以上２．０質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不純物からなる合金を鋳造する鋳造工程と、
    前記鋳造工程において鋳造された合金に対して４００度以上６３０度以下の温度で焼鈍する第１焼鈍工程と、
    前記第１焼鈍工程において得られた合金を引き延ばして前記内層合金の素線と前記外層合金の素線とする伸線工程と、
    前記伸線工程にて得られた前記内層合金の素線と前記外層合金の素線とを１００度以上３００度以下の温度で焼鈍する第２焼鈍工程と、
    を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のアルミニウム電線の製造方法。
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