JP2012089386A - フレキシブルフラットケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、高導電性を備え、かつ、高耐屈曲性を有するフレキシブルフラットケーブル及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｒからなる群から選択された添加元素及び２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える酸素を含有し、残部が不可避的不純物及び銅である導体の両面を絶縁フィルムで挟んだ構造を有するフレキシブルフラットケーブルであって、前記導体の内部では結晶粒が大きく、表層では前記結晶粒より小さい結晶粒を有する再結晶組織であることを特徴とする。
【選択図】図１３

Description

本発明は、新規なフレキシブルフラットケーブル及びその製造方法に関するものである。

近年の科学技術においては、動力源としての電力や、電気信号など、あらゆる部分に電気が用いられており、それらを伝達するためにケーブルやリード線などの導線が用いられている。そして、その導線に用いられている素材としては、銅、銀などの導電率の高い金属が用いられ、とりわけ、コスト面などを考慮し、銅線が極めて多く用いられている。

銅と一括りにする中にも、その分子の配列などに応じて、大きく分けて、硬質銅と軟質銅とに分けられる。そして利用目的に応じて所望の性質を有する種類の銅が用いられている。

電子部品用リード線には、硬質銅線が多く用いられ、例えば、医療機器、産業用ロボット、ノート型パソコンなどの電子機器などに用いられるケーブルは、過酷な曲げ、ねじれ、引張りなどが組み合わさった外力が繰り返し負荷される環境下で使用されているため、硬直な硬質銅線は不的確であり、軟質銅線が用いられている。

このような用途に使用される導線には、導電性が良好（高導電率)で、かつ、屈曲特性が良好であるという相反する特性が求められるが、今日までに、高導電性及び耐屈曲性を維持する銅材料の開発が進められている（特許文献１、特許文献２参照)。

例えば、特許文献１に係る発明は、引張強さ、伸び及び導電率が良好な耐屈曲ケーブル用導体に関する発明であり、特に純度９９.９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅に、純度９９.９９ｍａｓｓ％以上のインジウムを０.０５〜０.７０ｍａｓｓ％、純度９９.９ｍａｓｓ％以上のＰを０.０００１〜０.００３ｍａｓｓ％の濃度範囲で含有させてなる銅合金を線材に形成した耐屈曲ケーブル用導体について記載されている。

また、特許文献２に係る発明には、インジウムが０.１〜１.０ｍａｓｓ％、棚素が０.０１〜０.１ｍａｓｓ％、残部が銅である耐屈曲性銅合金線について記載されている。

一般に、フラットケーブルは、多数本の平板状の導体いわゆる平角導体を同一平面上に並列に配置し、導体の厚さ方向の両面から片面に接着剤層を施した絶縁体フィルムを接着剤層が内側にして挟みつけ、この絶縁フィルムの外側から加熱ロールなどで加熱して接着剤層を融着させることにより、絶縁フィルム間をラミネート一体化したものである。

又、平角導体には、錫又ははんだめっきされたタフピッチ銅又は無酸素銅の焼鈍材を適用しており、また、この種のフラットケーブル用の導体として、Ｃｕ−Ｓｎ合金を適用した例として特許文献３、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金を適用した例として特許文献４がある。

特開２００２−３６３６６８号公報 特開平９−２５６０８４号公報 実開昭６３−６１７０３号公報 特開平１１−１１１０７０号公報

しかしながら、特許文献１に係る発明は、あくまでも硬質銅線に関する発明であり、耐屈曲性に関する具体的な評価はされておらず、より耐屈曲性にすぐれる軟質銅線にっいての検討は何等なされていない。また、添加元素の量が多いため、導電性が低下してしまう。軟質銅線に関しては、まだまだ十分に検討がなされたとはいえない。

また、特許文献２に係る発明は、軟質銅線に関する発明であるが、特許文献１に係る発明と同様に、添加元素の添加量が多いため、導電性が低下してしまう。

一方で、原料となる銅材料として無酸素銅（ＯＦＣ)などの高導電性銅材を選択することで高い導電性を確保することが考えられる。

しかしながら、この無酸素銅（ＯＦＣ)を原料とし、導電性を維持すべく他の元素を添加せずに使用した場合には、銅荒引線の加工度をあげて伸線することにより無酸素銅線内部の結晶組織を細かくすることによって耐屈曲性を向上させることも有効と思われるが、この場合には、伸線加工による加工硬化により硬質線材としての用途には適しているが、軟質線材への適用ができないという問題がある。

近年の電子機器の小型化に伴い、機器内配線としてのフラットケーブルにおいても、高導電性、高耐屈曲性が要求されるようになってきた。

一方で、特許文献３のＣｕ−Ｓｎ合金、特許文献４のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金、タフピッチ銅を使用した導体では、耐屈曲性に優れるものであるものの、導電性という面においてはいまだ十分とはいえないものであった。導電性を重視すると、６Ｎ−ＯＦＣ（純度９９.９９９９ｍａｓｓ％以上の純度)や無酸素銅（酸素含有量２ｍａｓｓ ｐｐｍ未満)を使用するのが好ましいが、耐屈曲性の面においてはいまだ十分なものとはいえなかった。

本発明の目的は、高導電性を備え、かつ、高耐屈曲性を有するフレキシブルフラットケーブル及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｒからなる群から選択された添加元素及び２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える酸素を含有し、残部が不可避的不純物及び銅である導体の両面を絶縁フィルムで挟んだ構造を有するフレキシブルフラットケーブルであって、
前記導体の内部では結晶粒が大きく、表層では前記結晶粒より小さい結晶粒を有する再結晶組織であることを特徴とする。

前記導体は、その導電率が１０１.５％ＩＡＣＳ以上であること、また、Ｔｉ４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍ及び酸素２〜３０ｍａｓｓ ｐｐｍを含有し、残部が不可避的不純物及び銅であることが好ましい。

添加元素として、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｒからなる群から選択されたされたものを選んだ理由は、これらの元素は他の元素と結合しやすい活性元素であり、Sと結合しやすいためSをトラップすることができ、銅母材（マトリクス)を高純度化することができるためである。添加元素は１種以上含まれていてもよい。また、合金の性質に悪影響を及ぼすことのないその他の元素および不純物を合金に含有させることもできる。

また、以下に説明する好適な実施の形態においては、酸素含有量が２を超え３０ｍａｓｓｐｐｍ以下が良好であることを説明しているが、添加元素の添加量およびSの含有量によっては、合金の性質を備える範囲において、２を超え４００ｍａｓｓ ｐｐｍを含むことができる。

本発明は、２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える酸素及びＭｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が不可避不純物及び銅である希薄銅合金材料を、ＳＣＲ連続鋳造圧延により、１１００℃以上１３２０℃以下の鋳造温度で形成した鋳造材からワイヤロッドを作製し、該ワイヤロッドを熱間圧延して、これを伸線して導体を形成する工程と、該導体の両面を絶縁フィルムで挟む工程とを備えたことを特徴とするフレキシブルフラットケーブルの製造方法にある。

前記熱間圧延での温度条件が、８８０℃以下、５５０℃以上であることが好ましい。

前記添加元素は一種又は二種以上の合計量が４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍを有することが好ましい。

本発明に係るＴｉを含み、残部が不可避的不純物及び銅からなる軟質希薄銅合金材料からなる導体は、表面から５０μｍ深さまでの平均結晶粒サイズが２０μｍ以下である表層を有する軟質希薄銅合金が好ましい。

本発明に係るＳＣＲ連続鋳造圧延システム（Ｓｏｕｔｈ Ｗｉｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ Ｓｙｓｔｅｍ）では、ＳＣＲ連続鋳造圧延装置の溶解炉内でベース素材を溶解して溶湯とし、その溶湯に所望の金属を添加して溶解し、この溶湯を用いて荒引き線（例えば直径φ８ｍｍ）を作製し、その荒引き線を、熱間圧延により例えば直径φ２．６ｍｍに伸線加工するものである。またφ２．６ｍｍ以下のサイズ或いは板材、異形材にも同様に加工することができる。さらに、丸型線材を角状に或いは異形条に圧延しても有効であり、鋳造材をコンフォーム押出成形し、異形材を製作することもできる。

本発明に係る軟質希薄銅合金からなる導体は、２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄、２を越え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素、Ｔｉを４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍ含み、残部が不可避的不純物及び銅からなる軟質希薄銅合金材料を加工し、焼鈍したものである。２を超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素を含有していることから、この実施の形態では、いわゆる低酸素銅（ＬＯＣ)を対象としている。

本発明に係る軟質希薄銅合金材料は、前記硫黄及び前記Ｔｉが、主に、ＴｉＯ、ＴｉＯ_２、ＴｉＳ、Ｔｉ−Ｏ−Ｓの形で化合物または、凝集物を形成し、残りのＴｉとＳが固溶体の形で存在しているものが好ましい。

本発明に係る軟質希薄銅合金材料は、ＴｉＯのサイズが２００ｎｍ以下、ＴｉＯ_２は１０００ｎｍ以下、ＴｉＳは２００ｎｍ以下、Ｔｉ−Ｏ−Ｓは３００ｎｍ以下に結晶粒内に分布し、５００ｎｍ以下の粒子が９０％以上を有するものが好ましい。

本発明に係る軟質希薄銅合金線は、ワイヤロッドを作製し、そのワイヤロッドを伸線加工したときの導電率が９８％ＩＡＣＳ以上が好ましい。

本発明に係る軟質希薄銅合金線は、その軟化温度が直径φ２.６ｍｍサイズで１３０℃〜１４８℃が好ましい。

以下、本発明の好適な実施の形態を詳述する。

先ず、本発明においては、導電率１０１.５ＩＡＣＳ（万国標準軟銅（International Annealed Copper Standard)抵抗率１.７２４１×１０^−８Ωｍを１００％とした導電率)を満足する軟質型銅材としての軟質希薄銅合金材料を得ることにある。また、副次的な目的は、ＳＣＲ連続鋳造設備を用い、表面傷が少なく、製造範囲が広く、安定生産が可能である。また、ワイヤロッドに対する加工度９０％（例えば直径φ８ｍｍ→φ２.６ｍｍ)での軟化温度が１４８℃以下の材料の開発にある。

高純度銅（６Ｎ、純度９９.９９９９％)に関しては、加工度９０％での軟花温度は１３０℃である。したがって安定生産が可能な１３０℃以上で１４８℃以下の軟化温度で軟質材の導電率が１０１.５％ＩＡＣＳ以上である軟質銅を安定して製造できる軟質希薄銅合金材料としての素材とその製造条件を求めることを検討した。

ここで、酸素濃度１〜２ｍａｓｓ ｐｐｍの高純度銅（４Ｎ)を用い、実験室にて小型連続鋳造機を用いて、溶湯にチタンを数ｍａｓｓ ｐｐｍ添加した溶湯から製造した直径φ８ｍｍのワイヤロッドをφ２.６ｍｍ（加工度９０％)にして軟化温度を測ると１６０〜１６８℃であり、これ以上低い軟化温度にはならない。また、導電率は、１０１.７％ＩＡＣＳ程度である。よって、酸素濃度を低くして、Ｔｉを添加しても、軟化温度を下げることができず、また高純度銅（６Ｎ）の導電率１０２.８％ＩＡＣＳよりも悪くなることがわかった。

この原因は、溶湯の製造中に不可避的不純物として、硫黄を数ｍａｓｓ ｐｐｍ以上含み、この硫黄とチタンとでＴｉＳ等の硫化物が十分形成されないために、軟化温度が下がらないものと推測される。

そこで、本発明では、軟化温度を下げることと、導電率を向上させるために、２つの方策を検討し、２つの効果を合わせることで目標を達成した。
[本発明に係る希薄銅合金材料及びＳＣＲ連続鋳造設備の製造条件について]
合金組成について
本発明においては、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｒからなる群から選択された添加元素及び２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える酸素を含有し、残部が不可避的不純物及び銅である導体を用いるものである。

遵電率が１０１.５％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合、不可避的不純物を含む純銅に３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄と、２を越え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、Ｔｉを４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍ含む軟質希薄銅合金材料でワイヤロッドとするのがよい。

通常、純銅の工業的製造において、電気銅を製造する際に、硫黄が銅中に取り込まれてしまうため、硫黄を３ｍａｓｓ ｐｐｍ以下とするのは難しい。汎用電解銅の硫黄濃度上限は１２ｍａｓｓ ｐｐｍである。

制御する酸素は、上述したように、少ないと軟化温度が下がり難いので、２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える量とする。また酸素が多すぎると、熱間圧延工程で、表面傷が出やすくなるので３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下とする。
（２)分散粒子について
分散粒子のサイズは小さく沢山分布することが望ましい。その理由は、硫黄の析出サイトとして働くためサイズが小さく数が多いことが要求される。

硫黄及びチタンは、ＴｉＯ、ＴｉＯ_２、ＴｉＳ、Ｔｉ−Ｏ−Ｓの形で化合物または、凝集物を形成し、残りのＴｉとＳが固溶体の形で存在し、ＴｉＯのサイズが２００ｎｍ以下、ＴｉＯ_２は１０００ｎｍ以下、ＴｉＳは２００ｎｍ以下、Ｔｉ−Ｏ−Ｓは３００ｎｍ以下に結晶粒内に分布し、５００ｎｍ以下の粒子が９０％以上を有する軟質希薄銅合金材料とする。

但し、鋳造時の溶銅の保持時間や冷却状況により、形成される粒子サイズが変わるので鋳造条件の設定も必要である。
（３)連続鋳造圧延条件について
ＳＣＲ連続鋳造圧延システム（Ｓｏｕｔｈ Ｗｉｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ Ｓｙｓｔｅｍ)は、ＳＣＲ連続鋳造圧延装置の溶解炉内で、べ一ス素材を溶解して溶湯とし、その溶湯に所望の金属を添加して溶解し、この溶湯を用いて荒引き線（例えば直径φ８ｍｍ)を作製し、その荒引き線を、熱間圧延により例えば直径φ２.６ｍｍに伸線加工するものである。またφ２.６ｍｍ以下のサイズ或いは板材、異形材にも同様に加工することができる。更に、丸型線材を角状に或いは異形条に圧延しても有効であるし、鋳造材をコンフォーム押出成形し、異形材を製作することもできる。

ＳＣＲ連続鋳造圧延により、鋳塊ロッドの加工度が９０％（３０ｍｍ)〜９９.８％（５ｍｍ)でワイヤロッドを造る、一例として、加工度が９９.３％でφ８ｍｍワイヤロッドを造る方法を用いる。
（ａ)溶解炉内での溶銅温度は、１１００℃以上１３２０℃以下とする。溶銅の温度が高いとブローホールが多くなり、傷が発生するとともに粒子サイズが大きくなる傾向にあるので１３２０℃以下とする。１１００℃以上としたのは銅が固まりやすく製造が安定しないためであるが、溶銅温度は、出来るだけ低い温度が望ましい。
（ｂ)熱間圧延温度は、最初の圧延ロールでの温度が８８０℃以下、最終圧延ロールでの温度が５５０℃以上とする。

通常の純銅製造条件と異なり、溶銅中での硫黄の晶出と熱間圧延中の硫黄の析出が本発明の課題であるので、その駆動力である固溶限をより小さくするためには、溶銅温度と熱間圧延温度を（ａ)、（ｂ)とするのがよい。

従来の熱間圧延温度は、最初の圧延ロールでの温度が９５０℃、最終圧延ロールでの温度が６００℃であるが、固溶限をより小さくするためには、最初の圧延ロールでの温度が８８０℃以下、最終圧延ロールでの温度が５５０℃以上に設定する。

５５０℃以上にする理由は、この温度以下ではワイヤロッドの傷が多いので製品にならないためである。熱間圧延温度は、最初の圧延ロールでの温度が８８０℃以下、最終圧延ロールでの温度が５５０℃以上で、できるだけ低い方が望ましい。こうすることで、軟化温度（φ８ｍｍ→φ２.６ｍｍに加工後)が限りなく高純度銅（６Ｎ、軟化温度１３０℃)に近くなる。
（ｃ)直径φ８ｍｍサイズのワイヤロッドの導電率が１０２％ＩＡＣＳ以上であり、冷間伸線加工後の線材（例えばφ２.６ｍｍ）の軟化温度が１３０℃〜１４８℃である軟質希薄銅合金線又は板状材料を得ることができる。

本発明のＦＦＣ用導体としては、従来のタフピッチ銅よりも高い導電率を有することが好ましく、１０１.５％ＩＡＣＳ以上必要であり、軟化温度はその工業的価値から見て１４８℃以下である。Ｔｉを添加しない場合は、１６０〜１６５℃である。高純度銅（６Ｎ）の軟化温度は１２７〜１３０℃であったので、得られたデータから限界値を１３０℃とする。このわずかな違いは、高純度銅（６Ｎ）ない不可避的不純物にある。
（４)シャフト炉による鋳造条件について
銅はシャフト炉で溶解の後、還元状態の樋になるように制御した、すなわち還元ガス（ＣＯ)雰囲気の下で、希薄合金の構成元素の硫黄濃度、Ｔｉ濃度、酸素濃度を制御して鋳造し、圧延するワイヤロッドを安定して製造する方法がよい。銅酸化物の混入や粒子サイズが大きいので品質を低下させる。

ここで、添加物としてＴｉを選択した理由は次の通りである。
（ａ）Ｔｉは溶融銅の中で硫黄と結合し化合物を造りやすい。
（ｂ)Ｚｒなど他の添加金属に比べて加工でき扱いやすい。
（ｃ)Ｎｂなどに比べて安価である。
（ｄ)酸化物を核として析出しやすい。

以上により、本発明に係る希薄銅合金材料は、溶融半田めっき材（線、板、箔)、軟質純銅、高導電率銅、やわらかい銅線として使用でき、生産性が高く、導電率、軟化温度、表面品質に優れた実用的な希薄銅合金材料を得ることが可能となる。

また、本発明の希薄銅合金線の表面にめっき層を形成してもよい。めっき層としては、例えば、錫、ニッケル、銀を主成分とするものを適用可能であり、いわゆるＰｂフリーめっきを用いてもよい。

また、上述の実施の形態では、ＳＣＲ連続鋳造圧延法によりワイヤロッドを作製し、熱間圧延にて軟質材を作製する例で説明したが、本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法またはプロペルチ式連続鋳造圧延法により製造するようにしても良い。

本発明によれば、高い導電性を備え、且つ、軟質銅材においても高い屈曲寿命を有する軟質希薄銅合金材料からなるフレキシブルフラットケーブル及びその製造方法を提供できるという優れた効果を発揮するものである。

ＴｉＳ粒子のＳＥＭ像を示す図である。 図１の分析結果を示す図である。 ＴｉＯ_２粒子のＳＥＭ像を示す図である。 図３の分析結果を示す図である。 本発明において、Ｔｉ−Ｏ−Ｓ粒子のＳＥＭ像を示す図である。 図５の分析結果を示す図である。 屈曲疲労試験装置の概略を示す図である。 ４００℃で１時間の焼鈍処理を施した後の、無酸素銅線を用いた比較材１３と低酸素銅にＴｉを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材７における屈曲寿命を測定したグラフである。 ６００℃で１時間の焼鈍処理を施した後の、無酸素銅線を用いた比較材１４と低酸素銅にＴｉを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材８における屈曲寿命を測定したグラフである。 比較材１４の試料の幅方向の断面組織の写真を表した図である。 実施材8の幅方向の断面組織の写真を表した図である。 試料の表層における平均結晶粒サイズの測定方法について説明するための図面である。 本発明に係るフレキシブルフラットケーブルの断面図である。

［実施形態１］
表１は、本実施形態に係る軟質希薄銅合金材料の酸素濃度、Ｓ濃度、Ｔｉ濃度と、半軟化温度、導電率、分散粒子サイズ、総合評価について結果を示すものである。

先ず、実験材として、表１に示した酸素濃度、硫黄濃度、Ｔｉ濃度で、直径φ８ｍｍの銅線（ワイヤロッド):加工度９９.３％をそれぞれ作製した。Φ８ｍｍの銅線は、ＳＣＲ連続鋳造圧延により、熱間圧延加工を施したものである。Ｔｉは、シャフト炉で溶解された銅溶湯を還元ガス雰囲気で樋に流し、樋に流した銅溶湯を同じ還元ガス雰囲気の鋳造ポットに導き、この鋳造ポットにて、Ｔｉを添加した後、これをノズルを通して鋳造輪と無端ベルトとの問に形成される鋳型にて鋳塊ロッドを作製した。この鋳塊ロッドを熱間圧延加工してφ８ｍｍの銅線を作成したものである。その実験材を冷間伸線して、直径φ２.６ｍｍのサイズにおける半軟化温度と導電率を測定し、またφ８ｍｍの銅線における分散粒子サイズを評価した。

酸素濃度は、酸素分析器（レコ（Ｌｅｃｏ;商標)酸素分析器)で測定した。硫黄、Ｔｉの各濃度はＩＣＰ発光分光分析器で分析した結果である。

φ２.６ｍｍのサイズにおける半軟化温度の測定は、４００℃以下で各温度１時間の保持後、水中急冷し、引張試験を実施しその結果から求めた。室温での引張試験の結果と４００℃で１時間のオイルバス熱処理した軟質銅線の引張試験の結果を用いて求め、この２つの引張試験の引張強さを足して２で割った値を示す強度に対応する温度を半軟化温度と定義し求めた。

分散粒子のサイズは小さく沢山分布することが望ましい。その理由は、硫黄の析出サイトとして働くためサイズが小さく数が多いことが要求される。すなわち直径５００μｍ以下の分散粒子が９０％以上である場合を合格とした。ここに「サイズ」とは化合物のサイズであり、化合物の形状の長径と短径のうちの長径のサイズを意味する。また、「粒子」とは前記ＴｉＯ、ＴｉＯ_２、ＴｉＳ、Ｔｉ−Ｏ−Ｓのことを示す。また、「９０％」とは、全体の粒子数に対しての該当粒子数の割合を示すものである。

表１において、比較材１は、実験室でＡｒ雰囲気において直径φ８ｍｍの銅線を試作した結果であり、Ｔｉを、０〜１８ｍａｓｓ ｐｐｍ添加したものである。

このＴｉ添加で、Ｔｉ添加量ゼロの半軟化温度２１５℃に対して、１３ｍａｓｓ ｐｐｍは１６０℃まで低下して最小となり、１５、１８ｍａｓｓ ｐｐｍの添加で高くなっており、要望の軟化温度１４８℃以下にはならなかった。また、導電率１０２%以上を満足していないため、総合評価は×であった。

そこで、次にＳＣＲ連続鋳造圧延法にて、酸素濃度を７〜８ｍａｓｓ ｐｐｍに調整してφ８ｍｍ銅線（ワイヤロッド)の試作を行った。

比較材２は、ＳＣＲ連続鋳造圧延法で試作した中でＴｉ濃度の少ないもの（０、２ｍａｓｓ ｐｐｍ)であり、導電率は１０１.５％ＩＡＣＳ以上であるが、半軟化温度が１６４℃、１５７℃であり、要求の１４８℃以下を満足しないので、総合評価で、×となった。

実施材1については、酸素濃度７〜８ｍａｓｓ ｐｐｍと硫黄濃度５ｍａｓｓ ｐｐｍが、ほぼ一定、Ｔｉ濃度の異なる（４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍ)試作材の結果である。

このＴｉ濃度４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍの範囲では、軟化温度１４８℃以下であり、導電率も１０１.５％ＩＡＣＳ以上であり、分散粒子サイズも５００ｎｍ以下の粒子が９０％以上であり良好である。そしてワイヤロッドの表面もきれいであり、いずれも製品性能として満足している（総合評価○)。

ここで、導電率１０１.５％ＩＡＣＳ以上を満たすものは、Ｔｉ濃度が４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍのときである。Ｔｉ濃度が１３ｍａｓｓ ｐｐｍのとき導電率が最大値である１０２.４％ＩＡＣＳを示し、この濃度の周辺では、導電率は、僅かに低い値であった。これは、Ｔｉが１３ｍａｓｓ ｐｐｍのときに、銅中の硫黄分を化合物として捕捉することで、高純度銅（６Ｎ)に近い導電率を示したためである。

よって、酸素濃度を高くし、Ｔｉを添加することで、半軟化温度と導電率の双方を満足させることができる。

比較材４は、Ｔｉ濃度が25ｍａｓｓ ｐｐｍを超える試作材である。この比較材４は、半軟化温度は要望を満足しているが、導電率が１０１.５％ＩＡＣＳを下回っているため、総合評価は×であった。

比較材５は、Ｔｉ濃度を６０ｍａｓｓ ｐｐｍと高くした試作材である。この比較材３は、導電率は要望を満足しているが、半軟化温度は１４８℃以上であり、製品性能を満足していない。さらにワイヤロッドの表面傷も多い結果であり、製品にすることは難しかった。よって、Ｔｉの添加量は６０ｍａｓｓ ｐｐｍ未満がよい。

次に、実施材２については、硫黄濃度を５ｍａｓｓ ｐｐｍとし、Ｔｉ濃度を１０〜１３ｍａｓｓ ｐｐｍとし、酸素濃度を変えて、酸素濃度の影響を検討した試作材である。

酸素濃度に関しては、２ｍａｓｓ ｐｐｍを越え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下まで、大きく濃度が異なる試作材とした。但し、酸素が２ｍａｓｓ ｐｐｍ未満は、生産が難しく安定した製造できないため、総合評価は△とした。また酸素濃度を３０ｍａｓｓ ｐｐｍと高くしても半軟化温度と導電率の双方を満足することがわかった。

また、比較材６に示すように、酸素が４０ｍａｓｓ ｐｐｍの場合には、ワイヤロッド表面の傷が多く、製品にならない状況であった。

よって、酸素濃度が２を越え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の範囲とすることで、半軟化温度、導電率１０１.５％ＩＡＣＳ以上、分散粒子サイズいずれの特性も満足させることができ、またワイヤロッドの表面もきれいであり、いずれも製品性能を満足させることができる。

次に、実施材３は、それぞれ酸素濃度とＴｉ濃度とを比較的同じ近い濃度とし、硫黄濃度を４〜２０ｍａｓｓ ｐｐｍと変えた試作材の例である。この実施材３においては、硫黄が２ｍａｓｓ ｐｐｍより少ない試作材は、その原料面から実現できなかったが、Ｔｉと硫黄の濃度を制御することで、半軟化温度と導電率の双方を満足させることができる。

比較材７の硫黄濃度が１８ｍａｓｓ ｐｐｍで、Ｔｉ濃度が１３ｍａｓｓ ｐｐｍの場合には、半軟化温度が１６２℃で高く、必要特性を満足できなかった。また、特にワイヤロッドの表面品質が悪いので、製品化は難しかった。

以上より、硫黄濃度が２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの場合には、半軟化温度、導電率１０１.５％ＩＡＣＳS以上、分散粒子サイズいずれの特性も満足しており、ワイヤロッドの表面もきれいですべての製品性能を満足することがわかった。

また、比較材８としてＣｕ（６Ｎ)を用いた検討結果を示したが、半軟化温度１２７〜１３０℃であり、導電率も１０２.８％ＩＡＣＳであり、分散粒子サイズも、５００μｍ以下の粒子はまったく認められなかった。

表２は、製造条件としての溶融銅の温度及び圧延温度と、半軟化温度、導電率、表面状況、分散粒子サイズ、総合評価を示したものである。

比較材９は、溶銅温度が高めの１３３０〜１３５０℃で且つ圧延温度が９５０〜６００℃でφ８ｍｍのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。

この比較材８は、半軟化温度と導電率は満足するものの、分散粒子のサイズに関しては、１０００ｎｍ程度のものもあり５００ｎｍ以上の粒子も１０％を超えていた。よってこれは不適とし、総合評価は×となった。

実施材４は、溶銅温度が１２００〜１３２０℃で且つ圧延温度が低めの８８０〜５５０℃でφ８ｍｍのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この実施材４については、ワイヤ表面品質、分散粒子サイズも良好で、総合評価は○であった。

比較材１０は、溶銅温度が１１００℃で且つ圧延温度が低めの８８０〜５５０℃でφ８ｍｍのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この比較材8は、溶銅温度が低いため、ワイヤロッドの表面傷が多く製品には適さなかった。これは、溶銅温度が低いため、圧延時に傷が発生しやすいためであり、総合評価は×となった。

比較材１１は、溶銅温度が１３００℃で、且つ、圧延温度が高めの９５０〜６００℃でφ８ｍｍのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この比較材１０は、熱間圧延温度が高いため、ワイヤロッドの表面品質が良いが、分散粒子サイズも大きなものがあり、総合評価は×となった。

比較材１２は、溶銅温度が１３５０℃で且つ圧延温度が低めの８８０〜５５０℃でφ８ｍｍのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この比較材１１は、溶銅温度が高いため、分散粒子サイズが大きなものがあり、総合評価は×となった。
[分散粒子について]
（ａ)素材の酸素濃度を２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える量に増やしてチタンを添加する。これにより、先ず溶銅中ではＴｉＳとチタン酸化物（ＴｉＯ_２)やＴｉ−Ｏ−Ｓ粒子が形成されると考えられる（図１、図３のＳＥＭ像と、図２、図４の分析結果参照)。なお、図２、図４、図６において、Ｐｔ及びＰｄは観察のための蒸着元素である。
（ｂ)次に熱間圧延温度を、通常の銅の製造条件（最初の圧延ロールで９５０℃〜最終の圧延ロールで６００℃)よりも低く設定（最初の圧延ロールで８８０℃〜最終の圧延ロールで５５０℃)することで、銅中に転位を導入し、Ｓが析出し易いようにする。これによって転位上へのＳの析出又はチタンの酸化物（ＴｉＯ_２)を核としてＳを析出させ、その一例として溶銅と同様Ｔｉ−Ｏ−Ｓ粒子等を形成させる（図５のＳＥＭ像と、図６の分析結果参照)。図１〜６は、表１の実施例１の上から三段目に示す酸素濃度、硫黄濃度、Ｔｉ濃度をもつφ８ｍｍの銅線（ワイヤロッド)の横断面をＳＥＭ観察及びＥＤＸ分析にて評価したである。観察条件は、加速電圧１５ｋｅＶ、エミッション電流１０μＡとした。

（ａ)と（ｂ)により、銅中の硫黄が晶出と析出を行い、冷間伸線加工後に軟化温度と導電率を満足する銅ワイヤロッドができる。
[軟質希薄銅合金線の軟質特性について]
表３は、無酸素銅線を用いた比較材１２と低酸素銅に１３ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを含有した軟質希薄銅合金線を用いた実施材５とを試料とし、異なる焼鈍温度で１時間の焼鈍を施したもののビッカース硬さ（Ｈｖ)を検証した結果を示すものである。

実施材５は、表１の実施材１に記載した１３ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを含む合金組成のものを使用した。なお、試料としては、２.６ｍｍ径の試料を用いた。この表によると、焼鈍温度が４００℃のときに比較材１２と実施材５とのビッカース硬さ（Ｈｖ)は同等レベルとなり、焼鈍温度が６００℃でも同等のビッカース硬さ（Ｈｖ)を示している。このことから、本発明の軟質希薄銅合金線は十分な軟質特性を有するとともに、無酸素銅線と比較しても、特に焼鈍温度が４００℃を超える領域においては優れた軟質特性を備えていることがわかる。

以上のように、本実施材によれば、ＦＦＣに用いられる希薄銅合金材料として、生産性が高く、導電率、軟化温度、表面品質に優れた実用的な材料が得られるものである。

しかし、いずれの比較材においては、ＦＦＣに用いられる希薄銅合金材料として、生産性が低く、導電率、軟化温度、表面品質が劣るもので実用的な材料が得られなかった。

[軟質希薄銅合金線の耐力及び屈曲寿命について]
表４は、無酸素銅線を用いた比較材１３と実施材１の１３ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを含有した軟質希薄銅合金線を用いた実施材６を試料とし、異なる焼鈍温度で１時間の焼鈍を施したものの０.２％耐力値の推移を検証した結果を示すものである。なお、試料としては、２.６ｍｍ径の試料を用いた。

この表によると、焼鈍温度が４００℃のときに比較材１３と実施材６の０.２％耐力値が同等レベルであり、焼鈍温度６００℃では実施材６も比較材１３もほぼ同等の０.２％耐力値となっていることがわかる。

図７は、屈曲疲労試験機の正面図であり、屈曲寿命の測定方法は、屈曲疲労試験機を用いて行った。屈曲疲労試験装置は、屈曲ヘッド１０、対向して配置されたリング１１、試料１２を屈曲ヘッド１０に固定するクランプ１３、試料１２に荷重を加える錘１４を有、試料表面に引張と圧縮の繰返し曲げひずみを与える試験である。

屈曲疲労試験は、荷重を負荷し、試料表面に引張と圧縮の繰返し曲げひずみを与える試験である。試料は、（Ａ）のように曲げ治具（図中リングと記載）の間にセットし荷重を負荷したまま、（Ｂ）のように治具が９０度回転し曲げを与える。この操作で、曲げ治具に接している線材表面には、圧縮ひずみが、これに対応して反対側の表面には、引張ひずみが負荷される。その後、再び（Ａ）の状態に戻る。次に（Ｂ）に示した向きと反対方向に９０度回転し曲げを与える。この場合も、曲げ治具に接している線材表面には、圧縮ひずみが、これに対応して反対側の表面には、引張ひずみが負荷され（Ｃ）の状態になる。そして（Ｃ）から最初の状態（Ａ）に戻る。この屈曲疲労１サイクル（Ａ）（Ｂ）（Ａ）（Ｃ）（Ａ）に要する時間は４秒である。表面曲げ歪は以下の式により求めることができる。

表面曲げ歪（％）＝ｒ／（Ｒ＋ｒ）×１００
[Ｒ：素線曲げ半径（３０ｍｍ）、ｒ＝素線半径]
図８は、無酸素銅線を用いた比較材１４と実施材１のＴｉ１３ｍａｓｓ ｐｐｍを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材７における屈曲寿命を測定した結果を表すグラフである。ここでは試料としては、０.２６ｍｍ径の線材に対して焼鈍温度４００℃で１時間の焼鈍を施したものを用い、比較材１４は比較材１２と同様の成分組成であり、実施材７も実施材５と同様の成分組成のものを使用した。尚、本発明に係る軟質希薄銅合金線は、屈曲寿命の高さが要求される。図８の実験データによると、本発明に係る実施材７は比較材１２に比して高い屈曲寿命を示した。

図９は、無酸素銅線を用いた比較材１３と低酸素銅にＴｉを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材８における屈曲寿命を測定した結果を示すグラフである。ここでは試料としては、０．２６ｍｍ径の線材に対して焼鈍温度６００℃で１時間の焼鈍を施したものを用い、比較材１５は比較材１１と同様の成分組成であり、実施材８も実施材５と同様の成分組成のものを使用した。屈曲寿命の測定方法は、図８の測定方法と同様の条件によって行った。この場合も、本発明に係る実施材８は比較材１４に比して高い屈曲寿命を示した。この結果は、いずれの焼鈍条件下においても実施材７、８の方が比較材１４、１５比して０．２％耐力値が大きい値を示していたことに起因するものであると理解される。
[軟質希薄銅合金線の結晶構造について]
図１０は、実施材８の試料の幅方向の断面組織の写真を表したものであり、図１１は、比較材１４の幅方向の断面組織の写真を表したものである。

これをみると、比較材１５の結晶構造は、表面部から中央部にかけて全体的に大きさの等しい結晶粒が均一に並んでいることがわかる。これに対し、実施材８の結晶構造は、全体的に結晶粒の大きさがまばらであり、特筆すべきは、試料の断面方向の表面付近に薄く形成されている層における結晶粒サイズが内部の結晶粒サイズに比べて極めて小さくなっていることである。

発明者らは、比較材１５には形成されていない、表層に現れた微細結晶粒層が実施材８の屈曲特性の向上に寄与しているものと考えている。このことは、通常であれば、焼鈍温度６００℃で１時間の焼鈍処理を行えば、比較材１５のように再結晶により均一に粗大化した結晶粒が形成されるものであると理解されるが、本発明の場合には、焼鈍温度６００℃で１時間の焼鈍処理を行ってもなお、その表層には微細結晶粒層が残存していることから、軟質銅材でありながら、屈曲特性の良好な軟質希薄銅合金材料が得られたものであると考えられる。

図１２は、表層における平均結晶粒サイズの測定方法を説明するもので、図１０及び図１１に示す結晶構造の断面写真をもとに、実施材８および比較材１５の試料の表層における平均結晶粒サイズを測定した。ここに、表層における平均結晶粒サイズの測定は、０．２６ｍｍ径の幅方向断面の表面から深さ方向に１０μｍ間隔で５０μｍの深さまでのところの長さ１ｍｍの線上の範囲での結晶粒サイズを測定し、夫々の実測値を平均した値を表層における平均結晶粒サイズとした。

測定の結果、比較材１５の表層における平均結晶粒サイズは、５０μｍ程度であったのに対し、実施材８の表層における平均結晶粒サイズは、１０μｍである点で大きく異なっていた。表層の平均結晶粒サイズが細かいことによって、屈曲疲労試験による亀裂の進展が抑制され、屈曲疲労寿命が延びたと考えられる（結晶粒サイズが大きいと結晶粒界に沿って亀裂が進展してしまうが、結晶粒サイズが小さいと亀裂の進展の方向が変わるため、進展が抑制される)。このことが、上述のとおり、比較材と実施材との屈曲特性の面で大きな相違を生じたものと考えられる。

また、２.６ｍｍ径である実施材６、比較例１３の表層における平均結晶粒サイズは、２.６ｍｍ径の幅方向断面の表面から深さ方向に５０μｍの深さのところの長さ１０ｍｍの範囲での結晶粒サイズを測定した。測定の結果、比較材１３の表層における平均結晶粒サイズは、１００μｍであったのに対し、実施材６の表層３０μｍにおける平均結晶粒サイズは、２０μｍであった。本発明の効果を奏するものとして、表層の平均結晶粒サイズの上限値としては、２０μｍ以下のものが好ましく、製造上の限界値から５μｍ以上のものが想定される。

以上、本発明に係る実施材５〜８のいずれも、比較材に比べて、硬さが低く、耐力が高く、屈曲回数が多い、優れた特性が得られるものである。
［実施形態２］

図１３は、本実施例のフレキシブルフラットケーブルの断面図である。図１３に示すように、本発明材により得られた平角導体１を複数本同一平面上に並列に配置して、導体フラット面の両面から片面接着剤層つきの絶縁性フィルム３を接着剤層２が内側となるように挟みつけて加熱により融着一体化したものである。接着剤層２は融着により平角導体１の面及び平角導体１間及び平角導体の両外側で一体化されたものである。以下に、本発明の実施例を比較例と併せて示す。

本実施例は、実施材１の上から３番目の素材に記載のＴｉ１３ｍａｓｓ ｐｐｍを含む合金組成のものを使用して作製した素線にＳｎめっきを施し、これを幅０.２ｍｍ、厚さ０.０２ｍｍに圧延して得られた平角導体に、絶縁体フィルムにＰＥＴフィルム、接着剤層にポリエステルを用いて、図１３に示す構造のフレキシブルフラットケーブルを作製した。ここに上記導体に使用する素線の製造方法は、ＳＣＲ連続鋳造圧延により溶銅温度１３２０℃で、熱間圧延での最初の圧延ロール温度が８８０℃以下〜最終圧延ロール温度を５５０℃以上で直径φ８ｍｍのワイヤロッドを作製し、これを伸線加工して直径３２μｍの素線を得て、さらにこれを平角導体に加工し、焼鈍して作製された平角導体のその内部の平均結晶粒径が５０μｍ程度で、その表面の深さ５０μｍにおいてその平均結晶粒径が１０μｍ程度の微細結晶層が形成されていた。
［比較材１４］
導体として、無酸素銅（ＯＦＣ）を用い、実施例１と同様にＦＦＣを作製した。
［比較材１５］
導体として、タフピッチ銅（ＴＰＣ）を用い、実施例１と同様にＦＦＣを作製した。
［比較材１６］
導体として、Ｃｕ−０.３％Ｓｎ合金を用い、実施例１と同様にＦＦＣを作製した。

表５は、本実施形態の屈曲試験及び導電性についての結果を示すものである。

屈曲試験は、前述した屈曲試験機を用いて、左右９０°屈曲試験を行い、前述した屈曲試験と同様の方法によった。屈曲試験の評価において、○記号は、比較例１４を基準に屈曲寿命がそれを超えていたものとした。△記号は、比較例１と同等のものとした。

導電性の評価においては、○記号は、比較材１４を基準に導電率がそれと同等であるものとした。×記号は、比較例１４よりも低い値を示したものである。

比較例１５、１６の構造では、比較例１４のＯＦＣ素材を用いたものに比して屈曲回数が多いが、いずれも導電性に劣っていた。

これに対し、実施例１の構造では比較例１４に比して屈曲回数が多く、かつ、導電性の点においても同等レベルであることがわかった。

以上のように、本実施例においては、導体の結晶組織において、内部では結晶粒が大きく、外周部ではその内部より結晶粒が小さい粒度分布を有する再結晶組織を有するものであり、その結果、屈曲回数が多く、かつ、導電性の高い優れたフレキシブルフラットケーブルが得られるものである。

１・・・平角導体、２・・・接着剤層、３・・・絶縁性フィルム、１０・・・屈曲ヘッド１０、１１・・・リング１１、１２・・・試料１２、１３・・・クランプ１３、１４・・・錘。

Claims (5)

1. Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｒからなる群から選択された添加元素及び２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える酸素を含有し、残部が不可避的不純物及び銅である導体の両面を絶縁フィルムで挟んだ構造を有するフレキシブルフラットケーブルであって、
   前記導体の内部では結晶粒が大きく、表層では前記結晶粒より小さい結晶粒を有する再結晶組織であることを特徴とするフレキシブルフラットケーブル。
2. 請求項１において、前記導体は、その導電率が１０１.５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とするフレキシブルフラットケーブル。
3. 請求項１又は２において、前記導体は、Ｔｉ４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍ及び酸素２〜３０ｍａｓｓ ｐｐｍを含有し、残部が不可避的不純物及び銅であることを特徴とするフレキシブルフラットケーブル。
4. ２ｍａｓｓ ｐｐｍを越える酸素及びＭｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が不可避不純物及び銅である希薄銅合金材料を、ＳＣＲ連続鋳造圧延により、１１００℃以上１３２０℃以下の鋳造温度で形成した鋳造材からワイヤロッドを作製し、該ワイヤロッドを熱間圧延して、これを伸線して導体を形成する工程と、該導体の両面を絶縁フィルムで挟む工程とを備えたことを特徴とするフレキシブルフラットケーブルの製造方法。
5. 請求項４において、前記熱間圧延での温度条件が、８８０℃以下、５５０℃以上であることを特徴とするフレキシブルフラットケーブルの製造方法。

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