JP6629016B2 - アルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法に関する。

近年、自動車のドアのように開閉を行う部分や自動車のエンジン回りなどで用いられるワイヤハーネスの電線には、軽量化の観点から、導電線として銅線の代わりにアルミニウム合金導電線が用いられるようになってきている。

例えば下記特許文献１には、Ｓｉ：０．２〜０．８質量％、Ｆｅ：０．３６〜１．５質量％、Ｍｇ：０．４５〜０．９質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金で形成された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、耐衝撃性には優れるものの、耐久性の点では未だ改善の余地を有していた。すなわち、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、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させる点では未だ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、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるアルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。

すなわち、本発明は、Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉを０質量％より多く、Ｖを０質量％より多く含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金導電線であって、Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％以下含有し、２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有するアルミニウム合金導電線である。

本発明のアルミニウム合金導電線によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

また本発明は、上述したアルミニウム合金導電線と、前記アルミニウム合金導電線を被覆する被覆層とを備える電線である。

本発明の電線によれば、上記アルミニウム合金導電線が優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるため、本発明の電線も、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

更に本発明は、上記電線を複数備えるワイヤハーネスである。

本発明のワイヤハーネスによれば、上記電線が優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるため、本発明のワイヤハーネスも、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

また本発明は、Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉを０質量％より多く、Ｖを０質量％より多く含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％以下含有するアルミニウム合金で構成される荒引線を形成する荒引線形成ステップと、前記荒引線に対し、下記処理工程Ａを行うことにより、２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有するアルミニウム合金導電線を得る処理ステップとを含む、アルミニウム合金導電線の製造方法である。
（処理工程Ａ）伸線工程及び熱処理工程を含み、前記熱処理工程のうち、いずれかの前記伸線工程の直前に行う熱処理工程において溶体化処理を行う処理工程であって、前記熱処理工程のうち、前記処理工程の最後に行われる前記熱処理工程を、１２０℃以上２００℃以下の熱処理温度で且つ３時間以上１８時間以下の熱処理時間で行う処理工程

この製造方法によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるアルミニウム合金導電線を製造することが可能となる。

本発明によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるアルミニウム合金導電線、これを用いた電線、ワイヤハーネス及びアルミニウム合金導電線の製造方法が提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

＜アルミニウム合金導電線＞
本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉを０質量％より多く、Ｖを０質量％より多く含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる。さらに本発明のアルミニウム合金導電線は、Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％以下含有し、２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有する。ここで、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖの含有率は、アルミニウム合金の重量を基準（１００質量％）としたものである。

本発明のアルミニウム合金導電線によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

以下、本発明のアルミニウム合金導電線についてより詳細に説明する。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｓｉの含有率を０．１５質量％以上０．２５質量％以下とするのは、Ｓｉの含有率が０．１５質量％未満である場合、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができず、Ｓｉの含有率が０．２５質量％より多いと、導電率が低下するからである。Ｓｉの含有率は好ましくは０．１８質量％以上０．２２質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｆｅの含有率を０．６質量％以上０．９質量％以下とするのは、Ｆｅの含有率が０．６質量％未満である場合、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができず、Ｆｅの含有率が０．９質量％より多いと、導電率が低下するからである。Ｆｅの含有率は好ましくは０．７質量％以上０．８質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｃｕの含有率を０．０５質量％以上０．１５質量％以下とするのは、Ｃｕの含有率が０．０５質量％未満である場合、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができず、Ｃｕの含有率が０．１５質量％より多いと、導電率が低下するからである。Ｃｕの含有率は好ましくは０．０６質量％以上０．１２質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線において、Ｍｇの含有率を０．３質量％以上０．５５質量％以下とするのは、Ｍｇの含有率が０．３質量％未満である場合、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができず、Ｍｇの含有率が０．５５質量％より多いと、導電率が低下するからである。Ｍｇの含有率は好ましくは０．４質量％以上０．５質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線がＴｉを０質量％より多く含有するのは、Ｔｉの含有率が０質量％である場合、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができないからである。

本発明のアルミニウム合金導電線がＶを０質量％より多く含有するのは、Ｖの含有率が０質量％である場合、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができないからである。

本発明のアルミニウム合金導電線がＴｉ及びＶを合計で０．０１５質量％以下含有するのは、Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％より多く含有すると、導電率が低下するである。Ｔｉお及びＶの合計含有率は好ましくは０．００３質量％以上０．０１２質量％以下である。

本発明のアルミニウム合金導電線が、２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有するのは、引張強度が２２０ＭＰａ未満であるか、伸びが２％未満であると、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができなくなるからである。

引張強度は２２０ＭＰａ以上であることが好ましく、２４０ＭＰａ以上であることがより好ましい。但し、アルミニウム合金導電線の柔軟性を確保するという理由から、引張強度は３２０ＭＰａ以下であることが好ましい。

伸びは２％以上であることが好ましく、２．４％以上であることがより好ましい。但し、伸びは３０％以下であることが好ましい。

次に、本発明のアルミニウム合金導電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導電線の製造方法は、Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉを０質量％より多く、Ｖを０質量％より多く含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％以下含有するアルミニウム合金で構成される荒引線を形成する荒引線形成ステップと、この荒引線に対して、下記処理工程Ａを行うことにより、２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有するアルミニウム合金導電線を得る処理ステップとを含む。
（処理工程Ａ）伸線工程及び熱処理工程を含み、熱処理工程のうち、いずれかの伸線工程の直前に行う熱処理工程において溶体化処理を行う処理工程

次に、上述した荒引線形成ステップ及び処理ステップについて詳細に説明する。

＜荒引線形成ステップ＞
荒引線形成ステップは、上述したアルミニウム合金で構成され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。

＜処理ステップ＞
処理ステップは、荒引線に対し、上記処理工程Ａを行うことにより、２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有するアルミニウム合金導電線を得るステップである。

（処理工程Ａ）
上記処理工程Ａは、伸線工程及び熱処理工程を含み、熱処理工程のうち、いずれかの伸線工程の直前に行う熱処理工程において溶体化処理を行う工程である。

処理工程Ａの具体的な態様としては、例えば以下のものが挙げられる。
（１）熱処理工程（溶体化処理工程）→伸線工程→熱処理工程
（２）熱処理工程→伸線工程→熱処理工程（溶体化処理工程）→伸線工程→熱処理工程
（３）熱処理工程（溶体化処理工程）→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
（４）熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程（溶体化処理工程）→伸線工程→熱処理工程
（５）熱処理工程→伸線工程→熱処理工程（溶体化処理工程）→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程
（６）熱処理工程（溶体化処理工程）→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程→伸線工程→熱処理工程

但し、処理工程Ａの手順は上記の態様に限定されるものではない。例えば上記の具体的な態様では伸線工程が１〜３回行われているが、伸線工程は４回以上行われてもよい。この場合、各伸線工程の後に熱処理を行うことが必要である。

伸線工程は、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など（以下、「線材」と呼ぶ）の径を低減させる工程である。伸線工程は、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。

溶体化処理は、線材を構成するアルミニウム合金中に溶け込んでいないＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ又はＶなどの添加元素をアルミニウム合金に溶け込ませ均質化させる熱処理を行った後、線材を液体に入れて急冷する処理である。線材を急冷するのは、自然冷却する場合と比べて、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。

溶体化処理における熱処理温度は、アルミニウム合金中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウム合金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。この場合、熱処理温度が４５０℃未満である場合と比べて、添加元素がより十分に均質化する。但し、熱処理温度は５５０℃以下であることが好ましい。この場合、熱処理温度が５５０℃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。

溶体化処理における熱処理時間は、特に制限されるものではないが、アルミニウム合金中に溶け込んでいない添加元素をアルミニウム合金中に十分に溶け込ませる観点からは、２時間以上であることが好ましい。但し、熱処理時間は、２時間以上処理してもあまり効果が変わらないため、生産効率を向上させるという理由から、４時間以下であることが好ましい。

急冷のために用いる液体としては、水、液体窒素などを用いることができる。

熱処理工程は、線材を熱処理する工程である。特に、伸線工程の後に行われる熱処理工程は、伸線工程で線材中に発生した歪を除去するために行われるものである。

熱処理工程における熱処理温度は特に制限されるものではないが、通常は１００〜３００℃であり、好ましくは２００〜３００℃である。

また熱処理工程における熱処理時間は、熱処理温度にも依存するので一概には言えないが、通常は１〜２０時間であり、より好ましくは８〜１５時間である。

特に熱処理工程のうち最後に行われる熱処理工程（以下、「最終熱処理工程」と呼ぶ）では、線材を２００℃以下で熱処理することが好ましい。この場合、熱処理温度が２００℃を超える場合に比べて、高い引張強度及び伸びが得られる。但し、線材の熱処理温度は、溶体化させた元素を微細な結晶として析出させるという理由から、１２０℃以上であることが好ましい。

最終熱処理工程における熱処理時間は３時間以上であることが好ましい。この場合、伸線材の熱処理を３時間未満行う場合に比べて、伸び及び導電性がより向上する。但し、熱処理時間は１８時間以下であることが好ましい。

（電線）
本発明の電線は、上述したアルミニウム合金導電線とアルミ合金導電線を被覆する被覆層を備える。

この電線によれば、アルミニウム合金導電線が、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるため、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

本発明の電線に含まれる被覆層は、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で構成される。

（ワイヤハーネス）
本発明のワイヤハーネスは、上記電線を複数備えるものである。

このワイヤハーネスによれば、電線が優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるため、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができる。

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１〜８及び比較例１〜１１）
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、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、プロペルチ法によって連続鋳造圧延することによって線径９．５ｍｍの荒引線を得た。その後、下記の処理工程Ａ〜Ｃのいずれか一つの処理工程を行うことによりアルミニウム合金導電線を得た。
（処理工程Ａ）２７０℃×８時間で熱処理→線径３．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間で熱処理→線径１．２５ｍｍまで伸線→熱処理（溶体化処理）→線径０．３３ｍｍまで伸線→表１に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
（処理工程Ｂ）２７０℃×８時間で熱処理→線径３．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間で熱処理→線径０．３３ｍｍまで伸線→表１に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理
（処理工程Ｃ）２７０℃×８時間で熱処理→線径３．２ｍｍまで伸線→２７０℃×８時間で熱処理→線径０．３３ｍｍまで伸線→熱処理（溶体化処理）→表１に示す最終熱処理の温度及び時間で熱処理

なお、処理工程Ａ及び処理工程Ｃにおいて、溶体化処理は、５３０℃×３時間で伸線材の熱処理を行った後、伸線材を水中に浸漬し、伸線材を急冷することによって行った。
上記のようにして得られた実施例１〜８及び比較例１〜１１のアルミニウム合金導電線について、ＪＩＳ Ｃ３００２に準拠した引張試験による引張強さ及び伸びを測定した。結果を表１に示す。

［特性評価］
（耐衝撃性）
実施例１〜８及び比較例１〜１１の長さ１ｍのアルミニウム合金導電線に、８０ｇの錘を接続し、錘を５０ｃｍ持ち上げて落下させた際にアルミニウム合金導電線が断線するか否かによって耐衝撃性を評価した。結果を表１に示す。

（耐久性）
実施例１〜８及び比較例１〜１１のアルミニウム合金導電線について、２ｋｇの錘をぶら下げた際に断線するか否かによって耐久性を評価した。結果を表１に示す。

（導電性）
実施例１〜８及び比較例１〜１１のアルミニウム合金導電線について、ＪＩＳ Ｃ３００２に準拠した導電率測定を行った。結果を表１に示す。

表１に示す結果より、実施例１〜８のアルミニウム合金導電線は、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができるのに対し、比較例１〜１１のアルミニウム合金導電線は、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができないことが分かった。

以上より、本発明のアルミニウム合金導電線によれば、優れた耐衝撃性及び耐久性を両立させることができることが確認された。

Claims (4)

1. Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉを０質量％より多く、Ｖを０質量％より多く含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金導電線であって、
   Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％以下含有し、
   ２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有するアルミニウム合金導電線。
2. 請求項１に記載のアルミニウム合金導電線と、
   前記アルミニウム合金導電線を被覆する被覆層とを備える電線。
3. 請求項２に記載の電線を複数備えるワイヤハーネス。
4. Ｓｉを０．１５質量％以上０．２５質量％以下、Ｆｅを０．６質量％以上０．９質量％以下、Ｃｕを０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｍｇを０．３質量％以上０．５５質量％以下、Ｔｉを０質量％より多く、Ｖを０質量％より多く含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ及びＶを合計で０．０１５質量％以下含有するアルミニウム合金で構成される荒引線を形成する荒引線形成ステップと、
   前記荒引線に対し、下記処理工程Ａを行うことにより、２２０ＭＰａ以上の引張強度及び２％以上の伸びを有するアルミニウム合金導電線を得る処理ステップとを含む、アルミニウム合金導電線の製造方法。
   （処理工程Ａ）伸線工程及び熱処理工程を含み、前記熱処理工程のうち、いずれかの前記伸線工程の直前に行う熱処理工程において溶体化処理を行う処理工程であって、前記熱処理工程のうち、前記処理工程の最後に行われる前記熱処理工程を、１２０℃以上２００℃以下の熱処理温度で且つ３時間以上１８時間以下の熱処理時間で行う処理工程