導電用アルミニウム導体材料、アルミニウム電線、および、アルミニウム電線用導体の製造方法
【課題】特に自動車用の信号線などの細線径電線に適した、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上のアルミニウム電線用芯線、および、このようなアルミニウム電線用導体を提供する。
【解決手段】銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されている導電用アルミニウム導体材料。
【解決手段】銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されている導電用アルミニウム導体材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の信号線などに用いることができるアルミニウム電線用芯線、そのような芯線を可能とする導電用アルミニウム導体材料、および、アルミニウム電線用芯線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の軽量化に貢献し、燃費向上による環境負荷低減が実現可能となるとして、現在、主として銅合金からなる芯線が用いられている細線径の電線、例えば断面積が０．１３ｍｍ2や０．３５ｍｍ2の電線分野に応用できる導体が求められている。
【０００３】
ここで、アルミニウムは低導電率であるために銅と同じ電流を流すためには導体のサイズ（断面積）を１．６倍にする必要があるが、比重が銅の約１／３であるために、このような太い芯線を用いた場合でも従来の銅電線よりも軽くなるために、現在注目を浴びている。ここで例えば、自動車のワイヤーハーネス中の銅導体全て、一例を挙げると約２５ｋｇをアルミニウム導体に置換した場合、約１３ｋｇと５０％程度の劇的な軽量化効果が得られる。
【０００４】
しかしながら、上記のような細線径レベルの銅電線の置換を想定すると、自動車用電線のうちの信号線などに用いられる細線径電線用途において、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上の導体を用いることが必要となる。
【０００５】
しかし、特開２００５−３３６５４９公報（特許文献１）などで提案されている方法では、この様な条件が達成されておらず懸案となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３６５４９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、特に自動車用の信号線などの細線径電線に適した、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上のアルミニウム電線用芯線、および、このようなアルミニウム電線用導体を実現させるための導電用アルミニウム導体材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の導電用アルミニウム導体材料は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されて導電用アルミニウム導体材料である。
【０００９】
本発明のアルミニウム電線用導体の製造方法は請求項２に記載の通り、請求項１に記載の導電用アルミニウム導体材料からなる荒引線を鋳造する鋳造工程、４５０℃以上５００℃以下の温度で５時間以上１０時間以下溶体化処理する溶体化処理工程、５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程、所望の太さまで伸線する伸線工程、および、１００℃以上３００℃以下で１時間以上５０時間以上時効処理を行う時効処理工程をこの順で備えたことを特徴とするアルミニウム電線用導体の製造方法である。
【００１０】
本発明のアルミニウム電線は、請求項３に記載の通り、請求項２に記載のアルミニウム電線用導体の製造方法により製造されたアルミニウム電線用導体から構成されていることを特徴とするアルミニウム電線である。
【００１１】
また、本発明のアルミニウム電線は請求項４に記載の通り、請求項３に記載のアルミニウム電線において、導体の断面積が、０．０５ｍｍ2以上２ｍｍ2以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の導電用アルミニウム導体材料およびアルミニウム電線用導体の製造方法によれば、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上の引張強度を有するアルミニウム電線用導体が実現でき、自動車用電線のうち、特に信号線用途などに好適な軽量な電線が実現可能となり、このとき、１０％以上の伸びが可能となり、ワイヤーハーネスに用いられる電線として充分な伸線加工性や取り扱い性が得られる。
【００１３】
本発明のアルミニウム電線は、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上のアルミニウム電線用導体を用いるのでので、自動車用電線、特に信号線用途などの細線径電線に特に好適なアルミニウム電線用導体である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は実施例で製造された本発明に係るアルミニウム電線用導体の断面を示すモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の導電用アルミニウム導体材料において、銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されていることが必要であり、これら成分範囲を満足しない場合には、電線芯線としたときに充分な引張強度が得られない。
【００１６】
不可避不純物の含有量としては、ケイ素：０．４質量％以下、鉄：０．５質量％以下、マンガン：０．３質量％以下、クロム：０．１８質量％〜０．２８質量％、チタン：０．２質量％以下、ジルコンとチタンの和が０．２５質量％以下、および、その他の成分：０．１５質量％以下、とすることが必要である。
【００１７】
本発明のアルミニウム電線用導体の製造方法では、まず、上記のような組成となる荒引線を鋳造する（鋳造工程）。鋳造は連続鋳造で行うことができ、熱間延伸により荒引線とする。荒引線の太さは、自由に選択できるが、細線径電線とした場合、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが特に好ましい。
【００１８】
このような鋳造工程で鋳造された荒引線を４５０℃以上５００℃以下の温度で５時間以上１０時間以下溶体化処理（溶体化処理工程）する。具体的には巻き取ったコイル状の荒引線を加熱炉（大気中）内で溶体化処理を行う。
【００１９】
このとき、４５０℃未満の温度であると充分な強度が得られず、また、５００℃超の温度であると同様に充分な強度が得られない。また、溶体化処理工程の処理時間が１０時間未満であるとやはり充分な強度が得られず、本発明の効果が得られない。
【００２０】
ここで溶体化処理の処理時間が１０時間以上であれば本発明の効果が得られるが、それを越えてさらに長時間の溶体化処理を行っても長時間の処理に見合った効果は得られないので、通常、８時間程度以下の処理時間とする。
【００２１】
上記の溶体化処理工程の後に、５℃／秒以上の冷却速度で冷却する（冷却工程）。このような冷却工程は空気中で放冷することで実現できる。
【００２２】
冷却工程後の荒引線を、銅電線と同様に伸線ダイスなどを用いて所望の太さまで伸線する（伸線工程）。次いで、延伸された線材を加熱炉などを用いて１００℃以上３００℃以下で１時間以上５０時間以上、時効処理を行う（時効処理工程）。
【００２３】
時効処理の温度が１００℃未満、あるいは３００℃超であると、充分な強度が得られない。また処理時間が１時間未満、あるいは、５０時間を越えて時効処理を行うと充分な強度が得られない。この時効処理工程では、コイル状に巻き取った連続処理、あるいは、バッチ処理が可能である。
【００２４】
このような一連の工程を実施することにより、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上の引張強度を有するアルミニウム電線用芯線が得られ、必要に応じて数本より合わせて、導体として、オレフィン系樹脂、あるいは、塩化ビニル樹脂などにより絶縁層を、押出し成形などによって形成して絶縁電線とする。
【００２５】
本発明に係るアルミニウム電線は、自動車用途、特に、細線径電線用途、特に信号線に好適に用い得る。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明の導電用アルミニウム導体材料、および、アルミニウム電線用導体の製造方法の実施例について具体的に説明する。
【００２７】
銅、マグネシウム、亜鉛を表１〜表３に示す配合量（質量％）となるようにそれぞれアルミニウムと配合し、連続鋳造し、直径が０．３７５ｍｍの荒引線を得た。なお、アルミニウム中の不可避不純物とその存在量はケイ素が０．０１〜０．０５質量％、その他、微量のチタン、ニッケル、マンガン、亜鉛が発光分光分析法によって検出された。
【００２８】
この２２種類の荒引線を加熱炉により、空気中で４７５℃で８時間保ち溶体化処理を行った。次いで、空気中で放冷することで５℃／秒の冷却速度で室温まで冷却した（ただし、合金番号１７の実施例では水中で２０℃／秒の冷却速度で室温まで冷却した）。その後伸線ダイスを用いて直径が０．３７５ｍｍとなるように伸線し、ボビンにコイル状に巻き取り、加熱炉により空気中で２００℃で３０時間保つ時効処理をそれぞれ行って芯線を得て、次いでこの芯線を７本撚り合わせて、断面（図１参照）が１．５ｍｍ2のアルミニウム電線用導体とした。
【００２９】
このようにして得られた２６種類のアルミニウム電線用導体をＪＩＳ Ｃ３００２に準拠して導電率（％ＩＡＣＳ）、および、引張強度を測定した。結果を併せて表１〜表３に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
表１〜表３により、本発明に係るアルミニウム電線用導体は、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上を満足していることが判る。
【符号の説明】
【００３４】
１ アルミニウム電線用導体
１ａ アルミニウム電線用芯線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の信号線などに用いることができるアルミニウム電線用芯線、そのような芯線を可能とする導電用アルミニウム導体材料、および、アルミニウム電線用芯線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の軽量化に貢献し、燃費向上による環境負荷低減が実現可能となるとして、現在、主として銅合金からなる芯線が用いられている細線径の電線、例えば断面積が０．１３ｍｍ2や０．３５ｍｍ2の電線分野に応用できる導体が求められている。
【０００３】
ここで、アルミニウムは低導電率であるために銅と同じ電流を流すためには導体のサイズ（断面積）を１．６倍にする必要があるが、比重が銅の約１／３であるために、このような太い芯線を用いた場合でも従来の銅電線よりも軽くなるために、現在注目を浴びている。ここで例えば、自動車のワイヤーハーネス中の銅導体全て、一例を挙げると約２５ｋｇをアルミニウム導体に置換した場合、約１３ｋｇと５０％程度の劇的な軽量化効果が得られる。
【０００４】
しかしながら、上記のような細線径レベルの銅電線の置換を想定すると、自動車用電線のうちの信号線などに用いられる細線径電線用途において、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上の導体を用いることが必要となる。
【０００５】
しかし、特開２００５−３３６５４９公報（特許文献１）などで提案されている方法では、この様な条件が達成されておらず懸案となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３６５４９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、特に自動車用の信号線などの細線径電線に適した、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上のアルミニウム電線用芯線、および、このようなアルミニウム電線用導体を実現させるための導電用アルミニウム導体材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の導電用アルミニウム導体材料は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されて導電用アルミニウム導体材料である。
【０００９】
本発明のアルミニウム電線用導体の製造方法は請求項２に記載の通り、請求項１に記載の導電用アルミニウム導体材料からなる荒引線を鋳造する鋳造工程、４５０℃以上５００℃以下の温度で５時間以上１０時間以下溶体化処理する溶体化処理工程、５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程、所望の太さまで伸線する伸線工程、および、１００℃以上３００℃以下で１時間以上５０時間以上時効処理を行う時効処理工程をこの順で備えたことを特徴とするアルミニウム電線用導体の製造方法である。
【００１０】
本発明のアルミニウム電線は、請求項３に記載の通り、請求項２に記載のアルミニウム電線用導体の製造方法により製造されたアルミニウム電線用導体から構成されていることを特徴とするアルミニウム電線である。
【００１１】
また、本発明のアルミニウム電線は請求項４に記載の通り、請求項３に記載のアルミニウム電線において、導体の断面積が、０．０５ｍｍ2以上２ｍｍ2以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の導電用アルミニウム導体材料およびアルミニウム電線用導体の製造方法によれば、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上の引張強度を有するアルミニウム電線用導体が実現でき、自動車用電線のうち、特に信号線用途などに好適な軽量な電線が実現可能となり、このとき、１０％以上の伸びが可能となり、ワイヤーハーネスに用いられる電線として充分な伸線加工性や取り扱い性が得られる。
【００１３】
本発明のアルミニウム電線は、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上のアルミニウム電線用導体を用いるのでので、自動車用電線、特に信号線用途などの細線径電線に特に好適なアルミニウム電線用導体である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は実施例で製造された本発明に係るアルミニウム電線用導体の断面を示すモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の導電用アルミニウム導体材料において、銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されていることが必要であり、これら成分範囲を満足しない場合には、電線芯線としたときに充分な引張強度が得られない。
【００１６】
不可避不純物の含有量としては、ケイ素：０．４質量％以下、鉄：０．５質量％以下、マンガン：０．３質量％以下、クロム：０．１８質量％〜０．２８質量％、チタン：０．２質量％以下、ジルコンとチタンの和が０．２５質量％以下、および、その他の成分：０．１５質量％以下、とすることが必要である。
【００１７】
本発明のアルミニウム電線用導体の製造方法では、まず、上記のような組成となる荒引線を鋳造する（鋳造工程）。鋳造は連続鋳造で行うことができ、熱間延伸により荒引線とする。荒引線の太さは、自由に選択できるが、細線径電線とした場合、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが特に好ましい。
【００１８】
このような鋳造工程で鋳造された荒引線を４５０℃以上５００℃以下の温度で５時間以上１０時間以下溶体化処理（溶体化処理工程）する。具体的には巻き取ったコイル状の荒引線を加熱炉（大気中）内で溶体化処理を行う。
【００１９】
このとき、４５０℃未満の温度であると充分な強度が得られず、また、５００℃超の温度であると同様に充分な強度が得られない。また、溶体化処理工程の処理時間が１０時間未満であるとやはり充分な強度が得られず、本発明の効果が得られない。
【００２０】
ここで溶体化処理の処理時間が１０時間以上であれば本発明の効果が得られるが、それを越えてさらに長時間の溶体化処理を行っても長時間の処理に見合った効果は得られないので、通常、８時間程度以下の処理時間とする。
【００２１】
上記の溶体化処理工程の後に、５℃／秒以上の冷却速度で冷却する（冷却工程）。このような冷却工程は空気中で放冷することで実現できる。
【００２２】
冷却工程後の荒引線を、銅電線と同様に伸線ダイスなどを用いて所望の太さまで伸線する（伸線工程）。次いで、延伸された線材を加熱炉などを用いて１００℃以上３００℃以下で１時間以上５０時間以上、時効処理を行う（時効処理工程）。
【００２３】
時効処理の温度が１００℃未満、あるいは３００℃超であると、充分な強度が得られない。また処理時間が１時間未満、あるいは、５０時間を越えて時効処理を行うと充分な強度が得られない。この時効処理工程では、コイル状に巻き取った連続処理、あるいは、バッチ処理が可能である。
【００２４】
このような一連の工程を実施することにより、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上の引張強度を有するアルミニウム電線用芯線が得られ、必要に応じて数本より合わせて、導体として、オレフィン系樹脂、あるいは、塩化ビニル樹脂などにより絶縁層を、押出し成形などによって形成して絶縁電線とする。
【００２５】
本発明に係るアルミニウム電線は、自動車用途、特に、細線径電線用途、特に信号線に好適に用い得る。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明の導電用アルミニウム導体材料、および、アルミニウム電線用導体の製造方法の実施例について具体的に説明する。
【００２７】
銅、マグネシウム、亜鉛を表１〜表３に示す配合量（質量％）となるようにそれぞれアルミニウムと配合し、連続鋳造し、直径が０．３７５ｍｍの荒引線を得た。なお、アルミニウム中の不可避不純物とその存在量はケイ素が０．０１〜０．０５質量％、その他、微量のチタン、ニッケル、マンガン、亜鉛が発光分光分析法によって検出された。
【００２８】
この２２種類の荒引線を加熱炉により、空気中で４７５℃で８時間保ち溶体化処理を行った。次いで、空気中で放冷することで５℃／秒の冷却速度で室温まで冷却した（ただし、合金番号１７の実施例では水中で２０℃／秒の冷却速度で室温まで冷却した）。その後伸線ダイスを用いて直径が０．３７５ｍｍとなるように伸線し、ボビンにコイル状に巻き取り、加熱炉により空気中で２００℃で３０時間保つ時効処理をそれぞれ行って芯線を得て、次いでこの芯線を７本撚り合わせて、断面（図１参照）が１．５ｍｍ2のアルミニウム電線用導体とした。
【００２９】
このようにして得られた２６種類のアルミニウム電線用導体をＪＩＳ Ｃ３００２に準拠して導電率（％ＩＡＣＳ）、および、引張強度を測定した。結果を併せて表１〜表３に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
表１〜表３により、本発明に係るアルミニウム電線用導体は、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上で、かつ、引張強度が３５０Ｐａ以上を満足していることが判る。
【符号の説明】
【００３４】
１ アルミニウム電線用導体
１ａ アルミニウム電線用芯線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されていることを特徴とする導電用アルミニウム導体材料。
【請求項２】
請求項１に記載の導電用アルミニウム導体材料からなる荒引線を鋳造する鋳造工程、４５０℃以上５００℃以下の温度で５時間以上１０時間以下溶体化処理する溶体化処理工程、５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程、所望の太さまで伸線する伸線工程、および、１００℃以上３００℃以下で１時間以上５０時間以上時効処理を行う時効処理工程をこの順で備えたことを特徴とするアルミニウム電線用導体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のアルミニウム電線用導体の製造方法により製造されたアルミニウム電線用導体から構成されていることを特徴とするアルミニウム電線。
【請求項４】
前記アルミニウム電線用の断面積が、０．０５ｍｍ2以上２ｍｍ2以下であることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム電線。
【請求項１】
銅０．２質量％以上３質量％以下、マグネシウム０．５質量％以上３．５質量％以下、および、亜鉛５質量％以上７．５質量％以下を含み、かつ、残部がアルミニウムと不可避不純物とから構成されていることを特徴とする導電用アルミニウム導体材料。
【請求項２】
請求項１に記載の導電用アルミニウム導体材料からなる荒引線を鋳造する鋳造工程、４５０℃以上５００℃以下の温度で５時間以上１０時間以下溶体化処理する溶体化処理工程、５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程、所望の太さまで伸線する伸線工程、および、１００℃以上３００℃以下で１時間以上５０時間以上時効処理を行う時効処理工程をこの順で備えたことを特徴とするアルミニウム電線用導体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のアルミニウム電線用導体の製造方法により製造されたアルミニウム電線用導体から構成されていることを特徴とするアルミニウム電線。
【請求項４】
前記アルミニウム電線用の断面積が、０．０５ｍｍ2以上２ｍｍ2以下であることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム電線。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１３２０７３（Ｐ２０１２−１３２０７３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５７０２（Ｐ２０１０−２８５７０２）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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