JP2011231342A - ケーブル用導体の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも導体の走行線速を１５０ｍ／分とすることを可能とし、導体の軟化および伸び特性を低下させることなく錫メッキ層が粗くならないケーブル用導体の熱処理方法と熱処理装置を提供する。
【解決手段】錫メッキされた銅の導体１に第１と第２の給電シープ間６ａ，６ｂで通電することにより錫メッキの融点以上まで加熱し、次いで、冷却装置４の冷却水５に浸して冷却するケーブル用導体の熱処理で、導体の線速を１５０ｍ／分以上とし、下流側に位置する第２の給電シープ６ｂを冷却水中に配する。そして、導体１の横断面の周囲長さが１.４７ｍｍ〜１.８０ｍｍで冷却水温度を２８〜３０℃、導体の横断面の周囲長さが０.６７ｍｍ〜０.７０ｍｍで冷却水温度を３８〜４０℃とし、導体の冷却を第２の給電シーブに達する前に開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多心のフラットケーブルに用いる導体に可撓性を付与するための熱処理方法に関する。

携帯電話機等の小型通信機器等の電気配線に多心のフラットケーブルが用いられが、該ケーブル用の導体としては、通常、導電率がよく、延性に富み適度な強度を有し、他の金属によるメッキが容易な銅導体が用いられる。この銅を用いた配線部材は、通常、耐腐食性、半田付け性等を目的として錫メッキが施されている（例えば特許文献１参照）。また、小型通信機器に用いられる導体は、原材料の線材を伸線機のダイスを通し、細く線引きすることにより製造される。このため、線引き加工により硬質となり、また、丸線を平形線とするために圧延する工程を経ると硬質となる。

硬質化された導体は、剛性が大きく、可撓性や曲げ性が劣るため、通常、焼鈍（熱処理）することにより軟質化される。この導体の熱処理には、設備が小形で省エネルギー的にも優位な通電による方法が用いられる。通電による熱処理方法は、一対の給電シーブ（導電性のローラ）に走行する硬質の導体を電気的に接触させて、給電シーブ間の導体部分に電流を流して導体自体の抵抗で発熱させることにより加熱する方法である（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−２６７３３８号公報 特開２００２−２３５１１９号公報

錫メッキが施された銅の導体を通電により熱処理する場合、この導体を所定の線速で走行させ、通電により錫メッキが融点温度となるように加熱した後、温水に浸して除冷する。しかしながら、導体の線速が１５０ｍ／分以上とすると、溶融した錫メッキが硬化しないうちに下流側の給電シーブに接触してしまう。この結果、錫メッキ層が粗くなって、導体表面が白く変色した状態となる。

一方、導体の加熱後の温水除冷を冷水急冷とすることにより、錫メッキの硬化を早めることで、錫メッキが粗くなるのを回避することが可能となる。しかし、冷水急冷は、導体の軟化および伸び特性が低下し、破断されやすくなるという問題がある。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、少なくとも導体の走行線速を１５０ｍ／分とすることを可能とし、導体の軟化および伸び特性を低下させることなく錫メッキ層が粗くならないケーブル用導体の熱処理方法と熱処理装置の提供を目的とする。

本発明によるケーブル用導体の熱処理方法は、錫メッキされた銅の導体に第１と第２の給電シーブ間で通電することにより前記錫メッキの融点以上まで加熱し、次いで、冷却装置の冷却水に浸して冷却するケーブル用導体の熱処理方法で、導体の線速を１５０ｍ／分以上とし、下流側に位置する第２の給電シーブを冷却水の中に配する。そして、導体の横断面の周囲長さが１.４７ｍｍ〜１.８０ｍｍで冷却水温度を２８〜３０℃、導体の横断面の周囲長さが０.６７ｍｍ〜０.７０ｍｍで冷却水温度を３８〜４０℃とし、導体の冷却を第２の給電シーブに達する前に開始する。また、前記の導体は、断面円形の導体を平形に圧延されている導体とすることができる。

本発明によれば、銅導体の線速を１５０ｍ／分以上としても、銅導体の軟化および伸び特性を低下させることなく錫メッキ層が粗くならないようにすることができる。この結果、ケーブル用導体の生産性を高めることが可能となる。

本発明の実施形態を説明する模式図である。 本発明の他の実施形態を説明する模式図である。 本発明による銅導体の評価結果を示す図である。

図により本発明の実施の形態を説明する。図中、１は導体、２は繰出しボビン、３は巻取りボビン、４は冷却水槽、５は冷却水、６ａは第１の給電シーブ、６ｂは第２の給電シーブ、７は給電用電源、８はガイドロール、９は温風吹付け装置、１０は水温制御装置、１１は圧接ローラを示す。

通信用のフラットケーブル等に用いられる導体１には、導電率がよく、延性に富み適度な強度を有し、他の金属によるメッキが容易な銅導体が用いられることが多い。銅導体は、太い外径の原材料を伸線ダイスを用いて順次径を小さくし、所定の細い外径（１ｍｍ以下）とし、耐腐食性、半田付け性を目的として、通常は錫メッキが施される。

錫メッキで被覆された銅の導体（以下、銅導体という）としては、伸線ダイスを通すことで硬質化されているため、剛性が大きく伸びも小さくなっている。このため、通常、熱処理により軟質化し、伸びも大きくする。本発明における熱処理としては、比較的設備が簡単で小形で済む、銅導体に直接電流を流し、銅導体の抵抗で発熱させる方法を用いる。

図１は、本発明における熱処理の概略を示し、まずは、銅導体１が繰出しボビン２から繰出され、第１の給電シーブ６ａと第２の給電シーブ６ｂに電気的に接触するように這わせられる。第１および第２の給電シーブ６ａ，６ｂは、例えば、直径１００ｍｍ程度で真ちゅう等の導電材で給電可能なローラで形成されていて、給電用電源７に接続されている。そして、第１および第２の給電シーブ６ａ，６ｂに所定の線速で走行する銅導体１が接触することで、第１の給電シーブ６ａと第２の給電シーブ６ｂとの区間（距離：１０００ｍｍ程度）で銅導体１に所定の電流が流され、この電流と銅導体自体の抵抗による発熱で加熱される。

銅導体１が走行するパスラインの下流側に位置する第２の給電シーブ６ｂは、冷却水槽４内に設置される。したがって、銅導体１が所定の温度で実際に加熱される区間Ｈは、上流側の第１の給電シーブ６ａと、銅導体１が冷却水槽４内の冷却水５に浸される点Ｓまでの間でとなる。そして、この区間Ｈの間で、銅導体１は、例えば、該導体上の錫メッキの融点（２３２℃）以上となるように加熱される。なお、錫メッキを融点以上に加熱することにより再結晶化することができ、ウイスカの発生を抑制することが期待できる。

加熱された銅導体１は、上記の点Ｓで冷却水槽４の冷却水５に浸され、冷却が開始される。しかし、銅導体１には、冷却水槽４内の下流側の第２の給電シーブ６ｂとの間で、依然として電流が流れていて発熱が継続され、発熱と冷却が同時並行で行われることになる。この加熱しながら冷却する区間距離Ｃは、例えば、２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度としている。また、冷却水５の温度は、水温制御装置１０により適切に制御される。

上記の冷却開始点Ｓと第２の給電シーブ６ｂとの間の銅導体１は、急冷されるのではなく、徐冷される形態で冷却されるので、銅導体１の加熱による軟質性と伸び特性を損なうことはない。そして、錫の融点に達していた加熱温度は、冷却水に浸されることにより融点以下に下がり硬化される。硬化された錫メッキは、第２の給電シーブ６ｂを通ることになるが、錫は十分に冷却硬化された状態にあるので、銅導体１が第２の給電シーブ６ｂに接触しても、錫メッキが粗くなって導体表面が白く変色することはない。

第２の給電シーブ６ｂを通過した銅導体１は、給電が解除され、冷却水槽４の冷却水５に浸されて冷却された後に、ガイドローラ８を経て巻取りボビン３で巻取られる。なお、冷却水槽４から出た銅導体１は、ホットジェット等の温風吹付け装置９で乾燥（例えば、温風８０℃）して巻取るようにする。

図２は、他の実施形態を説明する図で、銅導体１を平形導体とした例である。この場合、錫メッキが施された丸銅線をローラ手段１１等を用いて圧延して断面が平形の銅導体とすることができ、多心のフラットケーブルの形成に適している。錫メッキが施された平形導体の熱処理も、上記と同様な方法で行うことができ、平形形状に圧延した後、一対の給電シーブ６ａ，６ｂを用いて自己発熱により加熱される。

銅導体１が丸線の場合は太さ、平形導体である場合はその導体幅Ｂの大きさによって冷却水５の温度範囲を管理する。冷却水５の温度は、水温制御装置１０を用いることにより管理される。
例えば、導体幅Ｂが０.７ｍｍ〜０.８ｍｍ、導体厚さＤが０.０３５ｍｍ〜０.１ｍｍのものは、導体の長さ方向に垂直な横断面の周囲長さが１.４７ｍｍ〜１.８０ｍｍで、冷却水温を２８〜３０℃とするのが好ましい。導体幅Ｂが０.３ｍｍ、導体厚さＤが０.０３５ｍｍ〜０.０５ｍｍの細幅のものは、導体の長さ方向に垂直な横断面の周囲長さが０.６７ｍｍ〜０.７０ｍｍで、冷却水温を３８〜４０℃とするのが好ましい。

図３は、本発明の評価結果を示す図で、図３（Ａ）は本発明の結果を示し、図３（Ｂ）は比較例の結果を示す。
評価は、錫メッキ平形導体で行い、導体幅が０.７ｍｍと０.３ｍｍのものを用いた。図３（Ａ）に示すように、試料１，４は導体厚さＤを０.０３５ｍｍ、試料２は導体厚さＤを０.０５ｍｍ、試料３は導体厚さＤを０.１０ｍｍとしたものである。試料１〜試料４に示すように導体の厚さを変えることによる大きな差は見られず、これは導体幅が同じであれば、導体厚さの違いは冷却され方の違いとしては現れないと考えられる。

導体幅Ｂが０.７ｍｍの試料１〜４の何れの場合も、冷却水温を２８℃〜３０℃の好ましい冷却水温に設定し、線速を１５０ｍ／分としたところ、熱処理後の銅導体の「表面外観」および「伸び」の何れも良好であった。また、試料４の線速を３００ｍ／分としても熱処理後の銅導体の「表面外観」および「伸び」の何れも良好であった。導体幅Ｂが０.３ｍｍの試料５は、冷却水温を４０℃の好ましい冷却水温度に設定すると、熱処理後の銅導体の「表面外観」および「伸び」の何れも良好であった。
なお、表面外観が良好であるとは、錫メッキの表面が白くならないものであり、錫メッキの表面が白くなったものは表面外観が不良であるとした。伸びは、破断伸びが１８％であるものを良好、１８％未満のものを不良とした。

これに対し、図３（Ｂ）に示すように、試料６のように試料１より高い冷却水温３５℃で、線速を試料１の倍の３００ｍ／分としたところ、「伸び」は特に問題は無かったが「表面外観」がよくなかった。試料７のように、試料１より低い冷却水温２５℃で、線速を試料１と同じ１５０ｍ／分としたところ、「表面外観」はよかったが、「伸び」はあまりよくなかった。試料８は、試料６と同じ冷却水温３５℃で、線速を１／３の１００ｍ／分としたところ、熱処理後の銅導体の「表面外観」および「伸び」の何れも良好であった。
試料９では、試料５より低い冷却水温３５℃で、線速を同じ１５０ｍ／分としたところ、「表面外観」は不良であったが、「伸び」は良好であった。

以上の結果からは、試料８に見られるように、線速が遅ければ、冷却水温が多少高めであっても、熱処理後の銅導体の「表面外観」および「伸び」の何れもＯＫで問題はないが、線速が遅いと言うことは生産性が上がらないということでもある。本発明は、平形導体の導体幅に応じて適切な冷却水温を設定することにより、少なくとも１５０ｍ／分以上の線速で「表面外観」および「伸び」の何れも満足させることができる。

１…銅導体、２…繰出しボビン、３…巻取りボビン、４…冷却水槽、５…冷却水、６ａ…第１の給電シーブ、６ｂ…第２の給電シーブ、７…給電用電源、８…ガイドロール、９…温風吹付け装置、１０…水温制御装置、１１…圧接ローラ。

Claims (2)

1. 錫メッキされた銅の導体に第１と第２の給電シーブ間で通電することにより前記錫メッキの融点以上まで加熱し、次いで、冷却装置の冷却水に浸して冷却するケーブル用導体の熱処理方法であって、
   前記導体の線速を１５０ｍ／分以上とし、下流側に位置する前記第２の給電シーブを前記冷却水の中に配し、前記導体の横断面の周囲長さが１.４７ｍｍ〜１.８０ｍｍで冷却水温度を２８〜３０℃、前記導体の横断面の周囲長さが０.６７ｍｍ〜０.７０ｍｍで冷却水温度を３８〜４０℃とし、前記導体の冷却を前記第２の給電シーブに達する前に開始することを特徴とするケーブル用導体の熱処理方法。
2. 前記導体は、断面円形の導体を平形に圧延された導体であることを特徴とする請求項２に記載のケーブル用導体の熱処理方法。
   

Images