JPWO2011105584A1 - アルミニウム合金導体 - Google Patents

Abstract

十分な導電率と引張強度を有し、加工性、柔軟性、及び耐屈曲疲労特性などに優れたアルミニウム合金導体を提供することを課題とする。上記課題を解決するためのアルミニウム合金導体は、以下のアルミニウム合金導体である。Ｆｅを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％と、Ｍｇを０．１〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｓｉを０．０４〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｃｕを０．１〜０．５ｍａｓｓ％とを含有し、さらにＴｉとＶを合わせて０.００１〜０．０１ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金導体であって、前記導体中に３種類の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、化合物Ａの粒子径が０．１μｍ以上２μｍ以下、化合物Ｂの粒子径が０．０３μｍ以上０．１μｍ未満、化合物Ｃの粒子径が０．００１μｍ以上０．０３μｍ未満であり、前記導体中の任意の範囲における、化合物Ａの面積率ａ、化合物Ｂの面積率ｂ、及び化合物Ｃの面積率ｃが、それぞれ、０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％、０．１％ ≦ ｂ ≦ ３％、１％ ≦ ｃ ≦ １０％を満足する。

Description

本発明は、電気配線体の導体として用いられるアルミニウム合金導体に関するものである。

従来、自動車、電車、航空機等の移動体の電気配線体として、ワイヤーハーネスと呼ばれる銅または銅合金の導体を含む電線に銅または銅合金（例えば、黄銅）製の端子（コネクタ）を装着した部材が用いられていたが、近年の移動体の軽量化の中で、電気配線体の導体として、銅又は銅合金より軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用いる検討が進められている。
アルミニウムの比重は銅の約１／３、アルミニウムの導電率は銅の約２／３（純銅を１００％ＩＡＣＳの基準とした場合、純アルミニウムは約６６％ＩＡＣＳ）であり、純アルミニウムの導体に純銅の導体と同じ電流を流すためには、純アルミニウムの導体の断面積を純銅の導体の約１．５倍にする必要があるが、それでも重量では銅に比べて約半分と有利な点がある。
なお、上記の％ＩＡＣＳとは、万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）の抵抗率１．７２４１×１０^−８Ωｍを１００％ＩＡＣＳとした場合の導電率を表したものである。

そのアルミニウムを移動体の電気配線体の導体として用いるためには幾つかの課題がある。
まず、このようなアルミニウム合金導体を電気配線材とするには、冷間伸線加工、撚線加工などの加工の際に断線、撚り乱れ等のような問題を起こさない加工性を有することが要求される。前記アルミニウム導体の加工性が劣るときは、その生産性を上げることができないばかりか、電気配線材として用いたときに、加工性が悪いまま無理に伸線加工、撚り加工が加えられていることによりその使用中に導体が破断することが懸念され、耐久性、信頼性に欠けるという問題を生ずる。

次に、耐屈曲疲労特性の向上がある。移動体の電気配線体に使用されるアルミニウム導体に耐屈曲疲労特性が要求されるのは、ドアなどに取り付けられたワイヤーハーネスではドアの開閉により繰り返し曲げ応力を受けるためである。アルミニウムなどの金属材料は、一回の負荷では破断しないような低い荷重でもドアの開閉のように荷重を加えたり除いたりを繰り返し行なうと、ある繰り返し回数で破断する疲労破壊が生じる。前記アルミニウム導体が開閉部に用いられたとき、耐屈曲疲労特性が悪いとその使用中に導体が破断することが懸念され、耐久性、信頼性に欠けるという問題を生ずる。
一般に強度の高い材料ほど疲労特性は良好と言われている。そこで、強度の高いアルミニウム導体を適用すればよいが、ワイヤーハーネスはその設置時の取り回し（車体への取り付け作業）がしやすいことが要求されているために、一般的には引張破断伸びが１０％以上確保できる鈍し材（焼鈍材）が使われていることが多い。

よって、移動体の電気配線体に使用されるアルミニウム導体には、取扱い及び取り付け時に必要となる強度、及び電気を多く流すために必要となる導電率に加えて、加工性及び耐屈曲疲労特性の優れた材料が求められている。

このような要求のある用途に対して、送電線用アルミニウム合金線材（ＪＩＳ Ａ１０６０やＪＩＳ Ａ１０７０）を代表とする純アルミニウム系では、ドアなどの開閉で生じる繰り返し曲げ応力に十分耐えることはできない。また、種々の添加元素を加えた合金化は強度には優れるものの、アルミニウム中への添加元素の固溶現象により導電率の低下を招くこと、柔軟性が低下すること、アルミニウム中に過剰な金属間化合物を形成することで加工性の劣化を引き起こすことが問題であった。そのため、添加元素を限定、選択して導電率低下、柔軟性低下及び加工性劣化を防ぎ、強度及び耐屈曲疲労特性を向上する必要があった。

移動体の電気配線体に用いられるアルミニウム導体として代表的なものに特許文献１〜４に記載のものがある。しかし下記のように、いずれの特許文献記載の発明も、さらに解決すべき課題を有する。
特許文献１記載の合金は、Ｆｅの量が１．１０〜１．５０％と比較的多く、Ｃｕが含まれていないため、金属間化合物を適切に制御することができず、加工性の劣化、及び伸線加工などの際に断線の原因となる。
特許文献２に記載の発明では、Ｓｉの量が規定されていないため、金属間化合物の効果（強度、耐屈曲疲労特性、及び耐熱性の向上）については、さらに検討が必要である。
特許文献３は、Ｓｉの量が多く、金属間化合物を適切に制御することができず、加工性の劣化、及び伸線加工などの際に断線の原因となる。
特許文献４記載の合金は、アンチモン（Ｓｂ）を０．０１〜０．５％含んでおり、環境負荷の観点から、代替製品に置き換えられつつある技術である。

特開２００６−１９１６３号公報 特開２００６−２５３１０９号公報 特開２００８−１１２６２０号公報 特公昭５５−４５６２６号公報

本発明は、十分な導電率と引張強度を有し、加工性、柔軟性、耐屈曲疲労特性などに優れたアルミニウム合金導体の提供を課題とする。

本発明者らは種々検討を重ね、特定の添加元素を添加したアルミニウム合金について、鋳造冷却速度、中間焼鈍、仕上げ焼鈍などの製造条件を制御することにより３種類の金属間化合物の粒子径及び面積率を制御して、加工性が良好で、優れた耐屈曲疲労特性、強度、柔軟性、及び導電率を具備するアルミニウム合金導体を製造しうることを見い出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下の解決手段を提供するものである。
（１）Ｆｅを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％と、Ｍｇを０．１〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｓｉを０．０４〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｃｕを０．１〜０．５ｍａｓｓ％とを含有し、さらにＴｉとＶを合わせて０.００１〜０．０１ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金導体であって、
前記導体中に３種類の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、
前記金属間化合物Ａの粒子径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であり、
前記金属間化合物Ｂの粒子径は０．０３μｍ以上０．１μｍ未満の範囲であり、
前記金属間化合物Ｃの粒子径は０．００１μｍ以上０．０３μｍ未満の範囲であり、
前記導体中の任意の範囲における、前記金属間化合物Ａの面積率ａ、前記金属間化合物Ｂの面積率ｂ、および前記金属間化合物Ｃの面積率ｃが、それぞれ０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％、０．１％ ≦ ｂ ≦ ３％、１％ ≦ ｃ ≦ １０％の関係を満足することを特徴とするアルミニウム合金導体。
（２）Ｆｅを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％と、Ｍｇを０．１〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｓｉを０．０４〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｃｕを０．１〜０．５ｍａｓｓ％と、Ｚｒを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％とを含有し、さらにＴｉとＶを合わせて０.００１〜０．０１ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金導体であって、
前記導体中に３種類の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、
前記金属間化合物Ａの粒子径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であり、
前記金属間化合物Ｂの粒子径は０．０３μｍ以上０．１μｍ未満の範囲であり、
前記金属間化合物Ｃの粒子径は０．００１μｍ以上０．０３μｍ未満の範囲であり、
前記導体中の任意の範囲における、前記金属間化合物Ａの面積率ａ、前記金属間化合物Ｂの面積率ｂ、および前記金属間化合物Ｃの面積率ｃが、それぞれ０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％、０．１％ ≦ ｂ ≦ ５．５％、１％ ≦ ｃ ≦ １０％の関係を満足することを特徴とするアルミニウム合金導体。
（３）前記導体の製造工程の最後に急熱、急冷の工程を含む連続通電熱処理が施されることにより、伸線方向の垂直断面における結晶粒径が１〜３０μｍとなされる、（１）または（２）に記載のアルミニウム合金導体。
（４）引張強度が１００ＭＰａ以上、及び導電率が５５％ＩＡＣＳ以上である（１）〜（３）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
（５）引張破断伸びが１０％以上である（１）〜（４）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
（６）再結晶組織を有する（１）〜（５）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
（７）前記導体が移動体内で、バッテリーケーブル、ハーネス、またはモータ用線材として用いられることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
（８）前記導体が車両、電車、または航空機に用いられることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。

本発明のアルミニウム合金導体は線材製造時の加工性、強度、柔軟性及び導電率に優れ、移動体に搭載されるバッテリーケーブル、ハーネスあるいはモータ用導体として有用なもので、優れた耐屈曲疲労特性が求められるドアやトランク、ボンネットなどにも好適に用いることができる。

本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。

実施例で行った繰返破断回数を測定する試験の説明図である。 実施例で行った加工性を評価する試験の説明図である。

本発明の好ましい第１の実施態様のアルミニウム合金導体は、Ｆｅを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％と、Ｍｇを０．１〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｓｉを０．０４〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｃｕを０．１〜０．５ｍａｓｓ％とを含有し、さらにＴｉとＶを合わせて０.００１〜０．０１ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金導体であって、
上記導体中に３種類の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、
前記金属間化合物Ａの粒子径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であり、
前記金属間化合物Ｂの粒子径は０．０３μｍ以上０．１μｍ未満の範囲であり、
前記金属間化合物Ｃの粒子径は０．００１μｍ以上０．０３μｍ未満の範囲であり、
前記導体中の任意の範囲における、前記金属間化合物Ａの面積率ａ、前記金属間化合物Ｂの面積率ｂ、および前記金属間化合物Ｃの面積率ｃが、それぞれ０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％、０．１％ ≦ ｂ ≦ ３％、１％ ≦ ｃ ≦ １０％の関係を満足する。

本実施態様において、Ｆｅの含有量を０．０１〜０．４ｍａｓｓ％とするのは、主にＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物による様々な効果を利用するためである。Ｆｅはアルミニウム中には６５５℃において０．０５ｍａｓｓ％しか固溶せず、室温では更に少ない。残りはＡｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉなどの金属間化合物として晶出または析出する。この晶出物または析出物は結晶粒の微細化材として働くと共に、強度、及び耐屈曲疲労特性を向上させる。一方、Ｆｅの固溶によっても強度が上昇する。Ｆｅの含有量が少なすぎるとこれらの効果が不十分であり、多すぎると晶出物の粗大化により伸線加工及び撚線加工において断線の原因となる。目的の耐屈曲疲労特性も得られず、柔軟性も低下する。Ｆｅの含有量は好ましくは０．１５〜０．３ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．１８〜０．２５ｍａｓｓ％である。

本実施態様において、Ｍｇの含有量を０．１〜０．３ｍａｓｓ％とするのは、Ｍｇはアルミニウム母材中に固溶して強化すると共に、その一部はＳｉと析出物を形成して強度、耐屈曲疲労特性、及び耐熱性を向上させることができるためである。Ｍｇの含有量が少なすぎると効果が不十分であり、多すぎると導電率低下及び柔軟性低下を引き起こす。また、Ｍｇの含有量が多いと耐力が過剰となり、成形性、撚り性を劣化させ、加工性が悪くなる。Ｍｇの含有量は好ましくは０．１５〜０．３ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．２〜０．２８ｍａｓｓ％である。

本実施態様において、Ｓｉの含有量を０．０４〜０．３ｍａｓｓ％とするのは、上記したようにＳｉはＭｇと化合物を形成して強度、耐屈曲疲労特性、及び耐熱性を向上させる働きを示すためである。Ｓｉの含有量が少なすぎると効果が不十分であり、多すぎると導電率低下及び柔軟性低下を引き起こし、成形性、撚り性を劣化させ、加工性が悪くなる。また、線材製造中の熱処理過程におけるＳｉ単体の析出が断線の原因になる。Ｓｉの含有量は好ましくは０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．１０〜０．２５ｍａｓｓ％である。

本実施態様において、Ｃｕの含有量を０．１〜０．５ｍａｓｓ％とするのは、Ｃｕはアルミニウム母材中に固溶して強化するためである。また、耐クリープ性、耐屈曲疲労特性、耐熱性の向上に寄与する。Ｃｕの含有量が少なすぎると効果が不十分であり、多すぎると耐食性低下、導電率低下、柔軟性低下を招く。さらに加工性が悪くなる。Ｃｕの含有量は好ましくは０．２０〜０．４５ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．２５〜０．４０ｍａｓｓ％である。

本実施態様において、ＴｉとＶは共に溶解鋳造時の鋳塊の微細化材として作用する。鋳塊の組織が粗大であると、線材加工工程で割れが発生して工業的に望ましくない。ＴｉとＶの含有量は、少なすぎると効果が不十分であり、多すぎると導電率を大きく低下させ、その効果も飽和する。ＴｉとＶの合計の含有量は好ましくは０．００２〜０．００８ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．００３〜０．００６ｍａｓｓ％である。

本発明の好ましい第２の実施態様はＦｅを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％と、Ｍｇを０．１〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｓｉを０．０４〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｃｕを０．１〜０．５ｍａｓｓ％と、Ｚｒを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％とを含有し、さらにＴｉとＶを合わせて０.００１〜０．０１ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金導体である。上記導体中に３種類の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、
前記金属間化合物Ａの粒子径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であり、
前記金属間化合物Ｂの粒子径は０．０３μｍ以上０．１μｍ未満の範囲であり、
前記金属間化合物Ｃの粒子径は０．００１μｍ以上０．０３μｍ未満の範囲であり、
前記導体中の任意の範囲における、前記金属間化合物Ａの面積率ａ、前記金属間化合物Ｂの面積率ｂ、および前記金属間化合物Ｃの面積率ｃが、それぞれ０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％、０．１％ ≦ ｂ ≦ ５．５％、１％ ≦ ｃ ≦ １０％の関係を満足する。

第２の実施態様では、合金組成については上述の第１の実施態様の合金組成に加えて、さらにＺｒを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％含有させたものである。ＺｒはＡｌと金属間化合物を形成し、また、Ａｌ中に固溶して、アルミニウム合金導体の強度と耐熱性の向上に寄与する。Ｚｒの含有量が少なすぎるとその効果が期待できず、多すぎると溶解温度が高くなり伸線形成が困難になる。さらに、導電率、柔軟性、加工性及び耐屈曲疲労特性も劣る。Ｚｒの含有量は好ましくは０．１〜０．３５ｍａｓｓ％、より好ましくは０．１５〜０．３ｍａｓｓ％である。
その他の合金組成とその作用については上述の第１の実施態様と同様である。

本発明のアルミニウム合金導体には、上記の成分以外に金属間化合物の寸法（粒子径）と面積率を規定することにより、所望の優れた加工性、耐屈曲疲労特性、強度、及び導電率を具備したアルミニウム合金導体を得ることができる。

（金属間化合物の寸法（粒子径）と面積率）
本発明は前記第１及び第２の実施態様に示すように粒子径の異なる３種類の金属間化合物をそれぞれ所定の面積率で含有する。ここで、金属間化合物とは、結晶粒内に存在する、晶出物、析出物などの粒子である。主として、晶出物は溶解鋳造時に形成され、析出物は中間焼鈍及び仕上げ焼鈍で形成される、例えば、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｚｒ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の粒子である。なお、面積率は本合金に含まれる金属間化合物の割合を面積で表したものであり、ＴＥＭにより観察した写真を基に、以下に詳述するようにして算出できる。
金属間化合物Ａは主にＡｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｒ等により構成される。これらの金属間化合物は結晶粒の微細化材として働くと共に、強度、及び耐屈曲疲労特性を向上させる。金属間化合物Ａの面積率ａを０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％としたのは、少なすぎるとこれらの効果が不十分であり、多すぎると晶出物の粗大化により線材加工において断線の原因となるためである。また目的の耐屈曲疲労特性も得られず、柔軟性も低下する。
金属間化合物Ｂは主にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｒ等により構成される。これらの金属間化合物は析出により強度、及び耐屈曲疲労特性を向上させる。金属間化合物Ｂの面積率ｂを第１の実施態様では０．１％ ≦ ｂ ≦ ３％、第２の実施態様では０．１％ ≦ ｂ ≦ ５．５％としたのは、少なすぎるとこれらの効果が不十分であり、多すぎると析出過剰により断線の原因となるためである。また柔軟性も低下する。
金属間化合物Ｃは、強度を高め、耐屈曲疲労特性を大幅に向上させる。金属間化合物Ｃの面積率ｃを１％ ≦ ｃ ≦ １０％としたのは、少なすぎるとこれらの効果が不十分であり、多すぎると析出過剰により断線の原因となるためである。また柔軟性も低下する。

本発明の第１及び第２の実施態様において、上記の３種類の寸法の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃの面積率を上記の値とするには、それぞれの合金組成を前述の範囲に設定する必要がある。そして、鋳造冷却速度、中間焼鈍温度、仕上げ焼鈍条件などを適切に制御することにより実現できる。

鋳造冷却速度とは、アルミニウム合金鋳塊の凝固開始から２００℃までの平均の冷却速度のことである。この冷却速度を変える方法として、例えば、以下の３つの方法が挙げられる。すなわち、（１）鉄製鋳型のサイズ（肉厚）を変える、（２）鋳型下面に水冷モールドを設けて強制冷却する（水量を変えることでも冷却速度が変わる）、（３）溶湯の鋳込み量を変えるといったものである。鋳造冷却速度が遅すぎると、Ｆｅの過剰晶出が起き、目的の組織が得られず、加工性が損なわれる。速すぎると、Ｆｅの過剰固溶が起き、目的の組織が得られず、導電率の低下を招く。場合によっては鋳造割れも起こりうる。鋳造冷却速度は、好ましくは１〜２０℃／秒、より好ましくは５〜１５℃／秒である。

中間焼鈍温度とは、伸線途中に熱処理を施す際の温度のことである。中間焼鈍は主に伸線加工で硬くなった線材の柔軟性を取り戻すために行なう。中間焼鈍温度が低すぎる場合、再結晶が不十分なため耐力が過剰となり柔軟性が確保できず、後の伸線加工で断線を起し線材が得られなくなる恐れが高まる。高すぎる場合、過焼鈍状態となり再結晶粒粗大化が起き柔軟性が著しく低下し、後の伸線加工で断線を起し線材が得られなくなる恐れが高まる。中間焼鈍温度は好ましくは３００〜４５０℃、より好ましくは３００〜４００℃である。中間焼鈍の時間は、通常１０分以上とする。１０分未満であると、再結晶粒形成及び成長に必要な時間が足りず、線材の柔軟性を取り戻すことができないためである。好ましくは１〜４時間である。また、中間焼鈍時の熱処理温度から１００℃までの平均冷却速度は特に規定しないが、０．１〜１０℃／分が望ましい。

仕上げ焼鈍は、例えば、２つの電極輪を連続的に通過する線材に電流を流すことによって自身から発生するジュール熱により焼鈍する連続通電熱処理によって行なう。連続通電熱処理は、急熱、急冷の工程を含み、線材温度と時間で制御し線材を焼鈍することができる。冷却は、急熱後、水中に線材を連続的に通過させることによって行なう。焼鈍時の線材温度が低すぎるもしくは高すぎる場合、焼鈍時間が短すぎるもしくは長すぎる場合の一方または両方の場合には、目的の組織が得られなくなる。さらに、焼鈍時の線材温度が低すぎる場合、焼鈍時間が短すぎる場合の一方または両方の場合には車載取り付けの際に必要な柔軟性が得られず、焼鈍時の線材温度が高すぎる場合、焼鈍時間が長すぎる場合の一方または両方の場合には強度が低下し、耐屈曲疲労特性も悪くなる。すなわち、線材温度ｙ（℃）、焼鈍時間ｘ（秒）で表される数式を用いると、０．０３≦ｘ≦０．５５の範囲で２６ｘ^−０．６＋３７７ ≦ ｙ ≦ １９ｘ^−０．６＋４７７を満たす焼鈍条件であるのが好ましい。線材温度は、線材で最も高くなる水中に通過する直前の温度を表す。
なお、仕上げ焼鈍は連続通電熱処理の他に、急熱、急冷過程を含む、例えば、高温に保持した焼鈍炉中を線材が連続的に通過して焼鈍させる走間焼鈍や、磁場中を線材が連続的に通過して焼鈍させる誘導加熱でもよい。雰囲気や熱伝達率が異なるため焼鈍条件は連続通電熱処理と同一条件ではないが、これらの急熱、急冷過程を含む、走間焼鈍や誘導加熱の場合であっても、所定の金属間化合物の析出状態を有してなる本発明のアルミニウム合金導体が得られるように、代表例としての前記の連続通電熱処理における焼鈍条件を参考に仕上げ焼鈍条件（熱履歴）を適切に制御することで、本発明のアルミニウム合金導体を作製することができる。

（結晶粒径）
本発明ではアルミニウム合金導体の伸線方向の垂直断面における結晶粒径を１〜３０μｍとする。この理由は、粒径が小さすぎると部分再結晶組織が残存して引張破断伸びが著しく低下するためであり、大きすぎると粗大な組織を形成して変形挙動が不均一となり、同様に引張破断伸びが低下、さらに強度が著しく低下するためである。結晶粒径は、より好ましくは１〜２０μｍである。

（引張強度と導電率）
本発明のアルミニウム合金導体は、引張強度（ＴＳ）が１００ＭＰａ以上、及び導電率が、５５％ＩＡＣＳ以上であり、さらに好ましくは、引張強度が１００〜１６０ＭＰａ及び導電率が５５〜６５％ＩＡＣＳ、より好ましくは、引張強度が１００〜１５０ＭＰａ及び導電率が５８〜６３％ＩＡＣＳである。
引張強度と導電率は相反する性質のものであり、引張強度が高いほど導電率が低く、逆に引張強度が低い純アルミニウムは導電率が高い。アルミニウム合金導体を考えた場合、引張強度が１００ＭＰａ未満では取り扱いを含めて強度不足であり、工業用導体として使用することが難しい。動力線に用いる場合には数十Ａ（アンペア）の高電流が流れるため、導電率は５５％ＩＡＣＳ以上であることが望まれる。

（柔軟性）
本発明のアルミニウム合金導体は、十分な柔軟性を有する。これは前述の仕上げ焼鈍を行なうことにより得ることができる。柔軟性の指標として前述の通り、引張破断伸びを用い、好ましくは１０％以上とする。この理由は、引張破断伸びが小さすぎると前述の通り電気配線体設置時の取り回し（例えば車体への取り付け作業）がしにくくなるためである。また、引張破断伸びが大きすぎると強度不足となり取り回し時に弱々しく、断線の原因になりうるため、５０％以下であることが望ましい。引張破断伸びはより好ましくは１０％〜４０％であり、更に好ましくは１０〜３０％である。

本発明のアルミニウム合金導体は、[１]溶解、[２]鋳造、[３]熱間または冷間加工（溝ロール加工など）、[４]伸線加工、[５]熱処理（中間焼鈍）、[６]伸線加工、[７]熱処理（仕上げ焼鈍）の各工程を経て製造することができる。

［１］溶解
本発明のアルミニウム合金組成を得るには、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ及びＡｌ、またはＦｅ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ及びＡｌを所望の濃度となるような分量で溶製する。

［２］鋳造及び［３］熱間または冷間加工（溝ロール加工など）
次いで、例えば、鋳造輪とベルトを組み合わせたプロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を水冷した鋳型で連続的に鋳造しながら圧延を行ない、約１０ｍｍφの棒材とする。このときの鋳造冷却速度は上述の通り好ましくは１〜２０℃／秒である。鋳造及び熱間圧延は、鋳造冷却速度を１〜２０℃／秒としたビレット鋳造、及び押出法などにより行なってもよい。

［４］伸線加工
次いで、表面の皮むきを実施して、９〜９．５ｍｍφとし、これを伸線加工する。ここで、伸線加工前の線材断面積をＡ_０、伸線加工後の線材断面積をＡ_１とすると、η＝ｌｎ（Ａ_０／Ａ_１）で表される加工度は、１以上６以下が望ましい。１未満であると、次工程の熱処理時、再結晶粒が粗大化し強度及び引張破断伸びが著しく低下し、断線の原因にもなる。６を越えると、加工硬化しすぎて伸線加工が困難となり、伸線加工中に断線するなど品質の面で問題がある。線材表面の皮むきは、行なうことによって表面の清浄化がなされるが、行なわなくてもよい。

［５］熱処理（中間焼鈍）
冷間伸線した加工材に中間焼鈍を施す。中間焼鈍の条件は上述の通り好ましくは３００〜４５０℃、１０分以上である。

［６］伸線加工
さらに伸線加工を施す。この際も加工度は前述の理由により１以上６以下が望ましい。

［７］熱処理（仕上げ焼鈍）
冷間伸線した加工材に連続通電熱処理により仕上げ焼鈍を行なう。仕上げ焼鈍条件は上述の通り線材温度ｙ（℃）、焼鈍時間ｘ（秒）で表される数式を用いると、０．０３≦ｘ≦０．５５の範囲で２６ｘ^−０．６＋３７７ ≦ ｙ ≦ １９ｘ^−０．６＋４７７を満たすのが好ましい。

以上のように熱処理を施して作製した本発明のアルミニウム合金導体は再結晶組織を有する。再結晶組織とは、塑性加工により導入される転位などの格子欠陥が少ない結晶粒で構成された組織状態のことである。再結晶組織を有することにより、引張破断伸び、導電率が回復し、十分な柔軟性を得ることができる。

本発明を以下の実施例に基づきさらに詳細に説明する。なお本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。

実施例１〜２７、比較例１〜１８
後記の表１−１及び表２−１に示すように、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ及びＡｌ、またはＦｅ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ及びＡｌを、所定量比（質量％）で用いて合金とし、プロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を水冷した鋳型で連続的に鋳造しながら圧延を行ない、約１０ｍｍφの棒材とした。このときの鋳造冷却速度は１〜２０℃／秒（比較例では０．２℃／秒、５０℃／秒を含む）である。
次いで、表面の皮むきを実施して、９〜９．５ｍｍφとし、これを伸線加工して、２．６ｍｍφとする。次に表１−１及び表２−１に示すように、この冷間伸線した加工材に温度３００〜４５０℃（比較例では２００℃、５５０℃を含む）で０．１７〜４時間（比較例では０．１時間を含む）の中間焼鈍を施し、更に、実施例１〜２３、比較例１〜１８では０．３１ｍｍφまで、実施例２４、２５では０．３７ｍｍφまで、実施例２６，２７では０．４３ｍｍφまで伸線加工を行った。
最後に仕上げ焼鈍として連続通電熱処理を温度４２８〜６２４℃、時間０．０３〜０．５４秒行なった。温度はファイバ型放射温度計（ジャパンセンサー株式会社製）で線材の温度が最も高くなる水面直上の温度を測定した。

作製した各々の実施例及び比較例の線材について下記に記す方法により各特性を測定した。その結果を後記の表１−２及び表２−２に示す。

（ａ）結晶粒径
伸線方向に垂直に切り出した供試材の横断面を樹脂で埋め、機械研磨後、電解研磨を行った。電解研磨条件は、研磨液が過塩素酸２０％のエタノール溶液、液温は０〜５℃、電圧は１０Ｖ、電流は１０ｍＡ、時間は３０〜６０秒である。次いで、結晶粒コントラストを得るため、２％ホウフッ化水素酸を用いて、電圧２０Ｖ、電流２０ｍＡ、時間２〜３分の条件でアノーダイジング仕上げを行なった。この組織を２００〜４００倍の光学顕微鏡で撮影し、交差法による粒径測定を行った。具体的には、撮影された写真に任意に直線を引いて、その直線の長さと粒界が交わる数を測定して平均粒径を求めた。なお、粒径は５０〜１００個が数えられるように直線の長さと本数を変えて評価した。
（ｂ）金属間化合物の寸法（粒子径）及び面積率
実施例および比較例の線材を電解研磨薄膜法（ツインジェット研磨法）にて薄膜にして、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い、倍率６０００〜３００００倍で任意の範囲を観察した。次いで、エネルギー分散型Ｘ線検出器（ＥＤＸ）を用いて、金属間化合物に電子線を絞り、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｚｒ系等の金属間化合物を検出した。
金属間化合物の寸法は撮影された写真のスケールから判断し、形状を等体積球相当に換算して算出した。金属間化合物の面積率ａ、ｂ、ｃは、撮影された写真を基に、金属間化合物Ａについては約５〜１０個、金属間化合物Ｂについては２０〜５０個、金属間化合物Ｃについては５０〜１００個をカウントできる範囲を設定して、それぞれの金属間化合物の大きさ及び個数から金属間化合物の面積を算出して、ぞれぞれの金属間化合物の面積をカウント対象とした範囲の面積で割って求めた。
面積率は上記薄片の試料厚さを０．１５μｍを基準厚さとして算出している。試料厚さが基準厚さと異なる場合、試料厚さを基準厚さに換算して、つまり、（基準厚さ／試料厚さ）を撮影された写真を基に算出した面積率にかけることによって、面積率を算出できる。本実施例および比較例では試料厚さは写真から観察された等厚縞の間隔を観測することにより算出し、すべての試料においてほぼ０．１５μｍであった。
（ｃ）引張強度（ＴＳ）及び引張破断伸び
ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて各３本ずつ試験し、その平均値を求めた。
（ｄ）導電率（ＥＣ）
長さ３００ｍｍの試験片を２０℃（±０．５℃）に保持した恒温漕中で、四端子法を用いて比抵抗を各３本ずつ測定し、その平均導電率を算出した。端子間距離は２００ｍｍとした。
（ｅ）繰返破断回数
耐屈曲疲労特性の基準として、常温におけるひずみ振幅は±０．１７％とした。耐屈曲疲労特性はひずみ振幅によって変化する。ひずみ振幅が大きい場合疲労寿命は短くなり、ひずみ振幅が小さい場合疲労寿命は長くなる。ひずみ振幅は図１記載の線材１の線径と曲げ冶具２、３の曲率半径により決定することができるため、線材１の線径と曲げ冶具２、３の曲率半径は任意に設定して屈曲疲労試験を実施することが可能である。
藤井精機株式会社（現 株式会社フジイ）製の両振屈曲疲労試験機を用い、線材に±０．１７％の曲げ歪みが与えられる治具を使用して、繰り返し曲げを実施することにより、繰返破断回数を測定した。繰返破断回数は各４本ずつ測定し、その平均値を求めた。図１の説明図に示すように、線材１を、曲げ治具２及び３の間を１ｍｍ空けて挿入し、冶具２及び３に沿わせるような形で繰り返し運動をさせた。線材の一端は繰り返し曲げが実施できるよう押さえ冶具５に固定し、もう一端には約１０ｇの重り４をぶら下げた。試験中は押さえ冶具５が動くため、それに固定されている線材１も動き、繰り返し曲げが実施できる。繰り返しは１．５Ｈｚ（１秒間に往復１．５回）の条件で行い、線材の試験片１が破断すると、重り４が落下し、カウントを停止する仕組みになっている。
１日あたりの開閉回数を１０回とし２０年間の使用を想定した場合、開閉回数は７３０００回となる（１年３６５日として計算）。実際に使用される電線は単線ではなく、撚り線構造となり、さらに被覆処理がされているために電線導体への負担は数分の一となる。単線での評価値として十分な耐屈曲疲労特性が確保できる８００００回以上の繰返破断回数が好ましく、より好ましくは１０００００回以上である。
（ｆ）加工性
図２（Ａ）の説明図に示すように伸線加工後の線材１の両端を、押さえ冶具５１、５２に８０ｍｍの長さになるように固定した後、図２（Ｂ）に示すように一端５１をスライドさせ所定の長さＬまで他端に近づけて曲げ、その後図２（Ａ）に示す状態に戻す動きを繰り返し行う自由曲げ試験を行った。図２（Ａ）→（Ｂ）→（Ａ）のサイクルを繰り返し回数１回とした。図中４Ｒ、０．５Ｒはそれぞれ曲率半径４ｍｍ、０．５ｍｍであるコーナー部を示す。繰り返し回数は負荷する応力によって変化する。応力負荷が大きい場合繰り返し回数は少なく、応力負荷が小さい場合繰り返し回数は多くなる。応力負荷は図２記載の線材１の線径と近づけた際[図２（Ｂ）]の押さえ冶具５１，５２間の距離Ｌにより決定することができる。よって、同様の応力負荷がかかるように、線径０．３１ｍｍφではＬ＝１０．０ｍｍ、線径０．３７ｍｍφではＬ＝１１．９ｍｍ、線径０．４３ｍｍφではＬ＝１３．９ｍｍと設定して試験を行った。破断するまでの繰り返し回数について、各３本ずつ試験を行った平均値が３回以上のものについては「良」と評価して表に「○」を付し、３回に満たないものについては「否」と評価して表に「×」を付した。

表１−１、表１−２、表２−１及び表２−２の結果から以下のことが分かる。
比較例１〜９ではアルミニウム合金の添加成分が本発明の範囲外である。比較例１では、Ｆｅが多すぎるため、金属間化合物Ａ及びＢが多く、加工性、繰返破断回数、引張破断伸びが悪い。比較例２は、Ｍｇが少なすぎるため、金属間化合物Ｃが少なく、引張強度、繰返破断回数が悪い。比較例３は、Ｍｇが多すぎるため、金属間化合物Ｃが多く、加工性、繰返破断回数が悪い。比較例４は、Ｓｉが少なすぎるため、金属間化合物Ｃが少なく、引張強度、繰返破断回数が悪い。比較例５は、Ｓｉが多すぎるため、金属間化合物Ｂが多く、加工性、繰返破断回数が悪い。比較例６は、Ｃｕが少なすぎるため、引張強度、繰返破断回数が悪い。比較例７は、Ｃｕが多すぎるため、金属間化合物Ｂが多く、加工性、導電率が悪い。比較例８は、ＴｉとＶの合計量が多すぎるため、加工性、繰返破断回数、導電率が悪い。比較例９は、Ｚｒが多すぎるため、金属間化合物Ｂが多く、加工性、繰返破断回数が悪い。
比較例１０〜１８は、アルミニウム合金導体中の金属間化合物の面積率が本発明の範囲外であるか、製造中に断線したものを示す。ここでは、アルミニウム合金の製造条件によって本発明の規定するアルミニウム合金導体が得られなかった例を示す。比較例１０は、鋳造冷却速度が遅すぎて、金属間化合物Ａが多すぎるため、加工性、繰返破断回数、引張破断伸びが悪い。比較例１１は、金属間化合物Ｂが多すぎるため、加工性、繰返破断回数が悪く、鋳造冷却速度が速すぎるため、導電率が悪い。比較例１２〜１４では、仕上げ焼鈍を行わなかったために、いずれも伸線工程で断線した。比較例１５は、仕上げ焼鈍工程での軟化不足が原因で未焼鈍状態となり、金属間化合物が観察されなかったため、加工性、引張破断伸びが悪い。比較例１６は、仕上げ焼鈍温度が高すぎることにより金属間化合物Ｃが少なすぎるため、加工性、引張強度、繰返破断回数、引張破断伸びが悪い。比較例１７〜１８は、仕上げ焼鈍をバッチ焼鈍とした結果、金属間化合物Ｃが少なすぎるため、繰返破断回数が悪い。
これに対し実施例１〜２７では、加工性が良好で、繰返破断回数（耐屈曲疲労特性）、引張破断伸び（柔軟性）、引張強度、及び導電率に優れたアルミニウム合金導体が得られた。

本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。

本願は、２０１０年２月２６日に日本国で特許出願された特願２０１０−０４３４８７に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。

１ 試験片（線材）
２、３ 曲げ治具
４ 重り
５、５１、５２ 押さえ冶具

Claims (8)

1. Ｆｅを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％と、Ｍｇを０．１〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｓｉを０．０４〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｃｕを０．１〜０．５ｍａｓｓ％とを含有し、さらにＴｉとＶを合わせて０.００１〜０．０１ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金導体であって、
   前記導体中に３種類の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、
   前記金属間化合物Ａの粒子径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であり、
   前記金属間化合物Ｂの粒子径は０．０３μｍ以上０．１μｍ未満の範囲であり、
   前記金属間化合物Ｃの粒子径は０．００１μｍ以上０．０３μｍ未満の範囲であり、
   前記導体中の任意の範囲における、前記金属間化合物Ａの面積率ａ、前記金属間化合物Ｂの面積率ｂ、および前記金属間化合物Ｃの面積率ｃが、それぞれ０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％、０．１％ ≦ ｂ ≦ ３％、１％ ≦ ｃ ≦ １０％を満足することを特徴とするアルミニウム合金導体。
2. Ｆｅを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％と、Ｍｇを０．１〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｓｉを０．０４〜０．３ｍａｓｓ％と、Ｃｕを０．１〜０．５ｍａｓｓ％と、Ｚｒを０．０１〜０．４ｍａｓｓ％とを含有し、さらにＴｉとＶを合わせて０.００１〜０．０１ｍａｓｓ％含み、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金導体であって、
   前記導体中に３種類の金属間化合物Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、
   前記金属間化合物Ａの粒子径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であり、
   前記金属間化合物Ｂの粒子径は０．０３μｍ以上０．１μｍ未満の範囲であり、
   前記金属間化合物Ｃの粒子径は０．００１μｍ以上０．０３μｍ未満の範囲であり、
   前記導体中の任意の範囲における、前記金属間化合物Ａの面積率ａ、前記金属間化合物Ｂの面積率ｂ、および前記金属間化合物Ｃの面積率ｃが、それぞれ０．１％ ≦ ａ ≦ ２．５％、０．１％ ≦ ｂ ≦ ５．５％、１％ ≦ ｃ ≦ １０％を満足することを特徴とするアルミニウム合金導体。
3. 前記導体の製造工程の最後に急熱、急冷の工程を含む連続通電熱処理が施されることにより、伸線方向の垂直断面における結晶粒径が１〜３０μｍとなされる、請求項１または請求項２に記載のアルミニウム合金導体。
4. 引張強度が１００ＭＰａ以上、及び導電率が５５％ＩＡＣＳ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
5. 引張破断伸びが１０％以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
6. 再結晶組織を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
7. 前記導体が移動体内で、バッテリーケーブル、ハーネス、またはモータ用線材として用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。
8. 前記導体が車両、電車、または航空機に用いられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体。

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