JP6277299B1 - アルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネス - Google Patents

アルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネス Download PDF

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Abstract

【課題】引張強度及び伸びを向上させることができるアルミニウム合金線、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】アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって添加元素が少なくともSi及びMgを含有するアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、200〜300℃の温度範囲に発熱ピークを有する、アルミニウム合金線。【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金線、これを用いた電線及びワイヤハーネスに関する。
近年、ワイヤハーネスなどの電線の素線として、軽量化、耐屈曲性及び耐衝撃性を同時に満足させる観点から、銅線の代わりにアルミニウム合金からなるアルミニウム合金素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線としては、例えば下記特許文献1に開示されるものが知られている。下記特許文献1には、Siを0.2〜0.8質量%、Feを0.36〜1.5質量%、Cuを0.2質量%以下、Mgを0.45〜0.9質量%、Tiを0.005〜0.03質量%含み、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導電線が開示されている。
特開2010−265509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導電線は、引張強度及び伸び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、引張強度及び伸びを向上させることができるアルミニウム合金線、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。
本発明者らは、上記課題を解決するため、析出強化型合金であるアルミニウム合金線の引張強度及び伸びに影響を及ぼし得る析出物の形態について研究を行った。ここで、析出物の形態については、アルミニウム合金線を示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線で現れる種々の発熱ピークや吸熱ピークなどで知ることができる。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム合金線を示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、アルミニウム合金線が特定の温度範囲に発熱ピークを有する場合に、この発熱ピークの有無と、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びとが相関関係を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって前記添加元素がSi、Mg、Cu、Fe、Ti及びVで構成されるアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、前記アルミニウム合金中のSiの含有率が0.46質量%以上0.63質量%以下であり、前記アルミニウム合金中のMgの含有率が0.45質量%以上0.57質量%以下であり、前記アルミニウム合金中のCuの含有率が0.03質量%以上0.25質量%以下であり、前記アルミニウム合金中のFeの含有率が0.12質量%以上0.36質量%以下であり、前記アルミニウム合金中のTi及びVの合計含有率が0.010質量%以上0.042質量%以下であり、示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、200〜300℃の温度範囲に発熱ピークを有し、前記発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークであり、前記発熱ピークにおける発熱量が1.5J/g以上である、アルミニウム合金線である。
本発明のアルミニウム合金線によれば、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びを向上させることが可能となる。
また、発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークでない場合と比べて、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びをより向上させることが可能となる。
さらに、発熱ピークにおける発熱量が1.2J/g未満である場合と比べて、アルミニウム合金線の伸びをより顕著に向上させることが可能となる。
また本発明は、上記アルミニウム合金線と、前記アルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線である。
この電線によれば、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線は、屈曲や振動が加えられる動的な箇所(例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍)に配置される電線として有用である。
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、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線を複数本備えるワイヤハーネスは、屈曲や振動が加えられる動的な箇所(例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍)に配置される電線として有用である。
なお、本発明において、示差走査熱分析曲線(以下、「DSC曲線」と呼ぶ)は、示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimeter:DSC)を用い、アルミニウム合金を試料として下記の条件で示差走査熱分析して得られる曲線である。

標準物質:アルミニウム
試料容器:アルミニウム
昇温速度:40℃/min
試料重量:20mg
分析中の雰囲気:窒素
また本発明において、「発熱量」は、JIS K7122に準拠した方法で求められる「転移熱」を言う。
本発明によれば、引張強度及び伸びを向上させることができるアルミニウム合金線、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。
<アルミニウム合金線>
本発明のアルミニウム合金線は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって添加元素が少なくともSi及びMgを含有するアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金線は、示差走査熱分析して得られるDSC曲線において、200〜300℃の温度範囲に発熱ピークを有する。
本発明のアルミニウム合金線によれば、引張強度及び伸びを向上させることが可能となる。
次に、本発明のアルミニウム合金線について詳細に説明する。
(アルミニウム合金)
アルミニウム合金中の添加元素は少なくともSi及びMgを含有していればよい。
上記アルミニウム合金中のSiの含有率は0.45質量%以上0.65質量%以下であることが好ましい。この場合、Siの含有率が0.45質量%未満である場合と比べて、アルミニウム合金線において、優れた引張強さと伸びとを両立でき、Siの含有率が0.65質量%より多い場合と比べて、アルミニウム合金線が導電性に優れる。Siの含有率は好ましくは0.5質量%以上0.6質量%以下である。
上記アルミニウム合金中のMgの含有率は0.4質量%以上0.6質量%以下であることが好ましい。この場合、Mgの含有率が0.4質量%未満である場合と比べて、アルミニウム合金線において、優れた引張強さと伸びとを両立でき、Mgの含有率が0.6質量%より多い場合と比べて、アルミニウム合金線がより導電性に優れる。Mgの含有率は好ましくは0.45質量%以上0.55質量%以下である。
上記アルミニウム合金線中のCuの含有率は0.3質量%以下であることが好ましい。この場合、Cuの含有率が0.3質量%より多い場合と比べて、アルミニウム合金線が導電性に優れる。Cuの含有率は好ましくは0.1質量%以上0.2質量%以下である。
上記アルミニウム合金線中のFeの含有率は0.4質量%以下であることが好ましい。この場合、Feの含有率が0.4質量%より多い場合と比べて、アルミニウム合金線が導電性に優れる。Feの含有率は好ましくは0.3質量%以下である。但し、Feの含有率は0質量%より大きいことが好ましい。この場合、Feの含有率が0質量%である場合に比べて、アルミニウム合金線の伸びをより向上させることができる。
上記アルミニウム合金中のTi及びVの合計含有率は0.05質量%以下であることが好ましい。この場合、Ti及びVの合計含有率を0.05質量%より大きくする場合に比べて、アルミニウム合金線がより導電性に優れる。Ti及びVの合計含有率は好ましくは0.03質量%以下である。なお、Ti及びVの合計含有率は0.05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及びVの含有率がいずれも0質量%であってもよい。またTi及びV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%であってもよい。
なお、Si、Fe、Cu及びMgの含有率、並びにTi及びVの合計含有率は、アルミニウム合金線の質量を基準(100質量%)としたものである。
(発熱ピーク)
本発明のアルミニウム合金線は、示差走査熱分析して得られるDSC曲線において、200〜300℃の温度範囲に発熱ピークを有する。この場合、アルミニウム合金線が、200〜300℃の温度範囲に発熱ピークを有さない場合に比べて、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びをより向上させることができる。本発明のアルミニウム合金線は、示差走査熱分析して得られるDSC曲線において、230〜275℃の温度範囲に発熱ピークを有することが好ましい。この場合、引張強度及び伸びをさらに向上させることができる。
発熱ピークにおける発熱量は、特に限定されるものではないが、1.2J/g以上であることが好ましい。この場合、発熱量が1.2J/g未満である場合と比べて、アルミニウム合金線の伸びがより顕著に向上する。発熱ピークにおける発熱量は、1.8J/g以上であることがより好ましい。この場合、伸びがさらに向上する。但し、発熱ピークにおける発熱量は、5.0J/g以下であることが好ましい。この場合、引張強度がさらに向上する。
発熱ピークとしては、GPゾーンの形成、β相の析出、β’相の析出、β’’相の析出などさまざまな相転移に由来する発熱ピークが挙げられるが、発熱ピークは、β’’相の析出に由来する発熱ピークであることが好ましい。この場合、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びをより向上させることができる。
次に、本発明のアルミニウム合金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線の製造方法は、アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって添加元素が少なくともSi及びMgを含有するアルミニウム合金からなる荒引線を形成する荒引線形成工程と、この荒引線に対して、処理ステップを行うことにより、アルミニウム合金線を得る荒引線処理工程とを含む。
次に、上述した荒引線形成工程及び荒引線処理工程について詳細に説明する。
<荒引線形成工程>
荒引線形成工程は、上述したアルミニウム合金からな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。
<荒引線処理工程>
荒引線処理工程は、荒引線に対し、処理ステップを行うことにより、アルミニウム合金線を得る工程である。
(処理ステップ)
処理ステップとしては、例えば以下の態様が挙げられる。
・伸線処理ステップ→溶体化処理ステップ→伸線処理ステップ→溶体化処理ステップ→時効処理ステップ
但し、処理ステップは、上記の態様に限定されるものではない。例えば上記の態様は、伸線処理ステップを2回含んでいるが、伸線処理ステップは、1回でもよく、3回以上であってもよい。
(伸線処理ステップ)
上記伸線処理ステップは、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」、「荒引線を伸線して得られる伸線材」、および「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ステップである。伸線処理ステップは、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。
(溶体化処理ステップ)
溶体化処理ステップは、アルミニウム及び添加元素の固溶体を形成した後、焼き入れ処理するステップである。ここで、固溶体の形成は、線材を高温に加熱して熱処理することにより、アルミニウム中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウムに溶け込ませることで行われる。
焼き入れ処理は、固溶体を形成した後に線材に対して行われる急冷処理である。線材を急冷処理するのは、自然冷却する場合と比べて、アルミニウム中に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。ここで、急冷とは、100K/min以上の冷却速度で冷却することを言う。
溶体化処理ステップにおいて、固溶体を形成する際の熱処理温度は、アルミニウム中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウム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。但し、固溶体を形成する際の熱処理温度は600℃以下であることが好ましい。この場合、熱処理温度が600℃より高い場合と比べて、線材が部分的に溶解することをより十分に抑制できる。
固溶体を形成する際の熱処理時間は、特に制限されるものではないが、アルミニウム中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウム中に十分に溶け込ませる観点からは、1時間以上であればよい。
急冷は例えば液体を用いて行うことができる。このような液体としては、水又は液体窒素などを用いることができる。
(時効処理ステップ)
時効処理ステップは、最終線材を構成するアルミニウム合金中に析出物を形成させることにより、最終線材の時効処理を行うステップである。時効処理ステップにおいて、最終線材を100〜180℃の温度範囲で1〜72時間熱処理することで、示差走査熱分析して得られるDSC曲線において、200〜300℃の温度範囲にピークを有するアルミニウム合金線が得られる。
発熱ピークにおける発熱量は、主として、時効処理における熱処理時間を短くするほど大きくなる傾向がある。従って、発熱量を大きくするためには、時効処理における熱処理時間を短くし、発熱量を小さくするためには、時効処理における熱処理時間を長くすればよい。
(電線)
本発明の電線は、上記アルミニウム合金線と、アルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する。
この電線によれば、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線は、屈曲や振動が加えられる動的な箇所(例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍)に配置される電線として有用である。
本発明の電線は通常、上記アルミニウム合金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の絶縁材で構成される。
被覆層の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば0.1〜1mmである。
(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。
このワイヤハーネスによれば、アルミニウム合金線が引張強度及び伸びを向上させることができる。このため、このようなアルミニウム合金線とアルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線を複数本備えるワイヤハーネスは、屈曲や振動が加えられる動的な箇所(例えば自動車のドア部、又は自動車のエンジンの近傍)に配置されるワイヤハーネスとして有用である。
ワイヤハーネスにおいては、すべての電線が異なる線径を有していてもよいし、同じ線径を有していてもよい。
また、ワイヤハーネスにおいては、すべての電線が異なる組成のアルミニウム合金で構成されていてもよいし、同じ組成のアルミニウム合金で構成されていてもよい。
また、ワイヤハーネスにおいて用いる電線の本数は、2本以上であれば特に限定されるものではないが、200本以下であることが好ましい。
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1〜12及び比較例1〜9)
Si、Fe、Mg、Cu、Ti及びVを表1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、直径25mmの鋳型に流し込むことで線径25mmのアルミニウム合金を鋳造した。こうして得られたアルミニウム合金について、スウェージングマシン(吉田記念社製)によって線径9.5mmとなるようにスウェージング加工を行った後、270℃、8時間で熱処理することで線径9.5mmの荒引線を得た。こうして得られた荒引線に対し、下記の処理ステップを行うことによりアルミニウム合金線を得た。
なお、下記処理ステップの溶体化処理では、アルミニウム及び添加元素の固溶体を形成した後、水冷による焼き入れ処理を行った。このときの焼き入れ処理の冷却速度は800K/minとした。また、伸線は冷間伸線とした。

(処理ステップ)
線径1.2mmまで伸線
→550℃×3時間で溶体化処理
→線径0.33mmまで伸線
→570℃×6秒で溶体化処理
→表1に示す「時効処理における熱処理条件」で時効処理
また上記のようにして得られたアルミニウム合金線について、DSC(製品名「Diamond−Dsc」、PerkinElmer,Inc.製)を用いて下記の条件で示差走査熱分析を行い、DSC曲線を得た。得られたDSC曲線において、200〜300℃の温度範囲に現れた発熱ピークの有無について確認した。結果を表1に示す。

標準物質:アルミニウム
試料容器:アルミニウム
昇温速度:40℃/min
試料重量:20mg
分析中の雰囲気:窒素
さらに上記のようにして得られたDSC曲線中の200〜300℃における発熱ピークについて、JIS K7122に準拠して発熱ピークにおける転移熱を計算し、計算された転移熱を発熱ピークの「発熱量」とした。結果を表1に示す。なお、「発熱量」の単位はJ/gである。また、例えば実施例1〜4では、発熱ピークのピーク温度は、それぞれ265℃、261℃、245℃、250℃であった。
[特性評価]
(引張強度及び伸び)
実施例1〜12及び比較例1〜9のアルミニウム合金線について、JIS C3002に準拠した引張試験による引張強度及び伸びを測定した。結果を表1に示す。
また、比較例1〜9の引張強さ及び伸びを100とした場合の実施例1〜12及び比較例1〜9の引張強さ及び伸びの相対値も併記した。結果を表1に示す。表1において、実施例1〜4の引張強さ及び伸びの相対値はそれぞれ、比較例1の引張強さ及び伸びを100としたときの相対値、実施例5〜12の引張強さ及び伸びの相対値はそれぞれ、比較例2〜9のそれぞれの引張強さ及び伸びを100としたときの相対値である。

Figure 0006277299

表1に示す結果より、本発明のアルミニウム合金線によれば、アルミニウム合金線の引張強度及び伸びを向上させることができることが確認された。

Claims (3)

  1. アルミニウム、添加元素及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であって前記添加元素がSi、Mg、Cu、Fe、Ti及びVで構成されるアルミニウム合金からなるアルミニウム合金線であって、
    前記アルミニウム合金中のSiの含有率が0.46質量%以上0.63質量%以下であり、
    前記アルミニウム合金中のMgの含有率が0.45質量%以上0.57質量%以下であり、
    前記アルミニウム合金中のCuの含有率が0.03質量%以上0.25質量%以下であり、
    前記アルミニウム合金中のFeの含有率が0.12質量%以上0.36質量%以下であり、
    前記アルミニウム合金中のTi及びVの合計含有率が0.010質量%以上0.042質量%以下であり、
    示差走査熱分析して得られる示差走査熱分析曲線において、200〜300℃の温度範囲に発熱ピークを有し、
    前記発熱ピークがβ’’相の析出に由来する発熱ピークであり、
    前記発熱ピークにおける発熱量が1.5J/g以上である、アルミニウム合金線。
  2. 請求項1に記載のアルミニウム合金線と、
    前記アルミニウム合金線を被覆する被覆層とを有する電線。
  3. 請求項2に記載の電線を複数本備えるワイヤハーネス。
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