JP2012109228A - 絶縁電線の製造方法及びケーブルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高く、軟化温度に優れており、また、ケーブル完成時において加工硬化が少ない可とう性の優れた絶縁電線の製造方法及びケーブルの製造方法を提供する。
【解決手段】実施の形態に係る絶縁電線の製造方法は、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する硬銅線作製工程と、硬銅線の外周に樹脂を被覆する被覆工程と、を含み、被覆工程の熱量によって、硬銅線を軟銅線に変質させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、絶縁電線の製造方法及びケーブルの製造方法に関する。

従来の技術として、電気用銅合金荒引き線を所定の径まで伸線して硬銅線を作製し、作製した硬銅線に焼鈍処理を行って軟銅線を作製する導体の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２２４５３８号公報

従来の導体の製造方法は、軟銅線を得るために焼鈍処理が必要であり、この焼鈍処理により、導体の硬さが決定する。また、従来の導体の製造方法は、複数の導体から撚り線を作製する撚り線工程、及び焼鈍工程の後の搬出工程においても、導体の硬化が進み、作製されたケーブルの導体が所望の硬さよりも硬化が進んだ導体となる問題があった。

従って、本発明の目的は、生産性が高く、軟化温度に優れており、また、ケーブル完成時において加工硬化が少ない可とう性の優れた絶縁電線の製造方法及びケーブルの製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する硬銅線作製工程と、硬銅線の外周に樹脂を被覆する被覆工程と、を含み、被覆工程の熱量によって、硬銅線を軟銅線に変質させる絶縁電線の製造方法を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する硬銅線作製工程と、硬銅線の外周に樹脂を被覆する被覆工程と、被覆した樹脂に架橋処理を施す架橋工程と、を含み、架橋工程の熱量によって、硬銅線を軟銅線に変質させる絶縁電線の製造方法を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する硬銅線作製工程と、硬銅線を複数本用意し、これらを撚り合わせることで撚り線を作製する撚線作製工程と、撚り線に予熱処理を施して硬銅線を軟銅線に変質させる予熱工程と、軟銅線の外周に樹脂を被覆する被覆工程と、を含む絶縁電線の製造方法を提供する。

また、上記の絶縁電線の製造方法は、添加元素が、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンと、を含むことが好ましい。

また、上記の絶縁電線の製造方法は、ＳＣＲ連続鋳造圧延により、１１００℃以上１３２０℃以下の溶銅温度で溶湯として希薄銅合金材料を作製し、希薄銅合金材料を熱間圧延して希薄銅合金線を作製する工程を含むことが好ましい。

また、上記の絶縁電線の製造方法は、希薄銅合金線を作製する工程が、熱間圧延加工における圧延ロールの温度が８８０℃以下５５０℃以上で行われることが好ましい。

また、上記の絶縁電線の製造方法のいずれか１つにより作製された絶縁電線にシースを被覆するシース被覆工程を含むケーブルの製造方法。

本発明に係る絶縁電線の製造方法及びケーブルの製造方法によれば、生産性が高く、軟化温度に優れており、また、ケーブル完成時において加工硬化が少ない可とう性の優れた絶縁電線の製造方法及びケーブルの製造方法を提供することができる。

図１は、ＴｉＳ粒子のＳＥＭ像を示す図である。 図２は、図１の分析結果を示す図である。 図３は、ＴｉＯ₂粒子のＳＥＭ像を示す図である。 図４は、図３の分析結果を示す図である。 図５は、Ｔｉ−Ｏ−Ｓ粒子のＳＥＭ像を示す図である。 図６は、図５の分析結果を示す図である。 図７は、実施例５に係るケーブルの概略図である。

［実施の形態］
（絶縁電線の構成）
本実施の形態に係る絶縁電線は、例えば、自動車等に用いられるパワーモジュールの小型化、及び／又はパワーモジュールに供給される電流の電流密度の増大の観点から、アルミニウム（Ａｌ）よりも熱伝導率の高い材料である銅（Ｃｕ）から構成する。

例えば、本実施の形態に係る絶縁電線の導体は、導電率９８％ＩＡＣＳ（万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅｌｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上、抵抗率１．７２４１×１０^-8Ωｍを１００％とした場合の導電率）、好ましくは１００％ＩＡＣＳ以上、より好ましくは１０２％ＩＡＣＳ以上を満足する軟質型銅材としての軟質希薄銅合金材料を用いて構成される。

また、本実施の形態に係る絶縁電線の導体は、ＳＣＲ（Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ）連続鋳造設備を用い、表面の傷が少なく、製造範囲が広く、安定生産が可能である。ワイヤロッドに対する加工度９０％（例えば、φ８ｍｍからφ２．６ｍｍのワイヤへの加工）での軟化温度が１４８℃以下の材料を用いて構成される。

また、本実施の形態に係る絶縁電線の導体は、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄（Ｓ）と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素（Ｏ）と、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタン（Ｔｉ）とを含む。更に、硫黄（Ｓ）及びチタン（Ｔｉ）は、ＴｉＯ、ＴｉＯ₂、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物又はＴｉＯ、ＴｉＯ₂、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物の凝集物として絶縁電線の導体に含まれ、残部のＴｉ及びＳは、固溶体として絶縁電線の導体に含まれる。２ｍａｓｓ ｐｐｍ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。

また、ＴｉＯ、ＴｉＯ₂、ＴｉＳ、Ｔｉ−Ｏ−Ｓの形の化合物又は凝集物は絶縁電線の導体を構成する結晶粒の内部に分布しており、ＴｉＯは、２００ｎｍ以下のサイズを有し、ＴｉＯ₂は、１０００ｎｍ以下のサイズを有し、ＴｉＳは、２００ｎｍ以下のサイズを有し、Ｔｉ−Ｏ−Ｓの形の化合物又は凝集物は、３００ｎｍ以下のサイズを有する。更に、本実施の形態に係る絶縁電線の導体は、５００ｎｍ以下の粒子を９０％以上含む。ここに「サイズ」とは化合物のサイズであり、化合物の形状の直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、ＴｉＯ₂、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。

（絶縁電線の導体の製造方法）
本実施の形態に係る絶縁電線の製造方法は以下のとおりである。まず、絶縁電線の導体の製造方法について説明する。この導体の原料としてのチタン（Ｔｉ）を含む軟質希薄銅合金材料を準備する（原料準備工程）。次に、この軟質希薄銅合金材料を１１００℃以上１３２０℃以下の溶銅温度で溶湯にする（溶湯製造工程）。次に、溶湯からワイヤロッドを作製する（ワイヤロッド作製工程）。続いて、ワイヤロッドに８８０℃以下５５０℃以上の温度で、圧延ロールを用いた熱間圧延加工を施す（熱間圧延工程）。更に、熱間圧延工程を経たワイヤロッドに伸線加工を施す（伸線加工工程）。これにより、本実施の形態に係る絶縁電線の導体が製造される。

また、絶縁電線の導体の製造には、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄（Ｓ）と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素（Ｏ）と、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタン（Ｔｉ）とを含む軟質希薄銅合金材料を用いる。具体的に、φ２．６ｍｍのサイズで１３０℃以上１４８℃以下の軟化温度を有する軟質希薄銅合金材料を用いる。

以下、本実施の形態に係る絶縁電線の導体の実現において、本発明者が検討した内容を説明する。

まず、純度が６Ｎ（つまり、９９．９９９９％）の高純度銅は、加工度９０％における軟化温度は１３０℃である。したがって、本発明者は、安定生産することができる１３０℃以上１４８℃以下の軟化温度で軟質材の導電率が９８％ＩＡＣＳ以上、好ましくは１００％ＩＡＣＳ以上、より好ましくは１０２％ＩＡＣＳ以上である軟質銅を安定して製造することができる軟質希薄銅合金材料と、この軟質希薄銅合金材料の製造方法について検討した。

ここで、酸素濃度が１〜２ｍａｓｓ ｐｐｍである高純度銅（４Ｎ）を準備して、実験室に設置した小型連続鋳造機（小型連鋳機）を用い、この銅（Ｃｕ）を銅（Ｃｕ）の溶湯にした。そして、この溶湯にチタン（Ｔｉ）を数ｍａｓｓ ｐｐｍ添加した。続いて、チタン（Ｔｉ）を添加した溶湯からφ８ｍｍのワイヤロッドを製造した。次に、φ８ｍｍのワイヤロッドをφ２．６ｍｍに加工した（つまり、加工度が９０％である）。このφ２．６ｍｍのワイヤロッドの軟化温度は１６０℃〜１６８℃であり、この温度より低い軟化温度にはならなかった。また、このφ２．６ｍｍのワイヤロッドの導電率は、１０１．７％ＩＡＣＳ程度であった。つまり、ワイヤロッドに含まれる酸素濃度を低下させ、チタン（Ｔｉ）を溶湯に添加してもワイヤロッドの軟化温度を低下させることができないと共に、Ｃｕ（６Ｎ）の導電率１０２．８％ＩＡＣＳよりも導電率が低いという知見を本発明者は得た。

軟化温度を低下させることができず、導電率が６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）より低くなった原因は、溶湯の製造中に不可避的不純物としての数ｍａｓｓ ｐｐｍ以上の硫黄（Ｓ）が含まれることに起因すると推測された。すなわち、溶湯に含まれている硫黄（Ｓ）とチタン（Ｔｉ）との間でＴｉＳ等の硫化物が十分に形成されないことに起因して、ワイヤロッドの軟化温度が低下しないものと推測された。

そこで、本発明者は、絶縁電線の導体の軟化温度の低下と、絶縁電線の導体の導電率の向上とを実現すべく、以下の二つの方策を検討した。そして、以下の二つの方策を絶縁電線の導体の製造に併せ用いることで、本実施の形態に係る絶縁電線を得た。

図１は、ＴｉＳ粒子のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像であり、図２は、図１の分析結果を示す。また、図３は、ＴｉＯ₂粒子のＳＥＭ像であり、図４は、図３の分析結果を示す。更に、図５は、Ｔｉ−Ｏ−Ｓ粒子のＳＥＭ像であり、図６は、図５の分析結果を示す。なお、ＳＥＭ像において図の中心付近に各粒子が示されている。図１〜図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分析にて評価したものである。観察条件は、加速電圧１５ＫｅＶ、エミッション電流１０μＡとした。

まず、第１の方策は、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の銅（Ｃｕ）に、チタン（Ｔｉ）を添加した状態で、銅（Ｃｕ）の溶湯を作製することである。この溶湯中においては、ＴｉＳとチタン（Ｔｉ）の酸化物（例えば、ＴｉＯ₂）とＴｉ−Ｏ−Ｓ粒子とが形成されると考えられる。これは、図１のＳＥＭ像と図２の分析結果、図３のＳＥＭ像と図４の分析結果からの考察である。なお、図２、図４、及び図６において、白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）はＳＥＭ観察する際に観察対象物に蒸着する金属元素である。

次に、第２の方策は、銅（Ｃｕ）中に転位を導入することにより硫黄（Ｓ）の析出を容易にすることを目的として、熱間圧延工程における温度を通常の銅の製造条件における温度（つまり、９５０℃〜６００℃）より低い温度（８８０℃〜５５０℃）に設定することである。このような温度設定により、転位上への硫黄（Ｓ）の析出、又はチタン（Ｔｉ）の酸化物（例えば、ＴｉＯ₂）を核として硫黄（Ｓ）を析出させることができる。一例として、図５及び図６のように、溶銅と共にＴｉ−Ｏ−Ｓ粒子等が形成される。

以上の第１の方策及び第２の方策により、銅（Ｃｕ）に含まれる硫黄（Ｓ）が晶出すると共に析出するので、所望の軟化温度と所望の導電率とを有する銅ワイヤロッドを冷間伸線加工後に得ることができる。

また、本実施の形態に係る絶縁電線の導体は、ＳＣＲ連続鋳造設備を用いて製造する。ここで、ＳＣＲ連続鋳造設備を用いる場合における製造条件の制限として、以下の３つの条件を設けた。

（１）組成について
導電率が９８％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（ベース素材）として、３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄（Ｓ）と、２を超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素（Ｏ）と、４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン（Ｔｉ）とを含む軟質希薄銅合金材料を用い、この軟質希薄銅合金材料からワイヤロッド（荒引き線）を製造する。

ここで、導電率が１００％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄（Ｓ）と、２を超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素（Ｏ）と、４〜３７ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン（Ｔｉ）とを含む軟質希薄銅合金材料を用いる。また、導電率が１０２％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄（Ｓ）と、２を超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素（Ｏ）と、４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン（Ｔｉ）とを含む軟質希薄銅合金材料を用いる。

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（Ｓ）が銅（Ｃｕ）の中に取り込まれるので、硫黄（Ｓ）を３ｍａｓｓ ｐｐｍ以下にすることは困難である。汎用電気銅の硫黄濃度の上限は、１２ｍａｓｓ ｐｐｍである。

酸素濃度が低い場合、絶縁電線の導体の軟化温度が低下しにくいので、酸素濃度は２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量に制御する。また、酸素濃度が高い場合、熱間圧延工程で絶縁電線の導体の表面に傷が生じやすくなるので、３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下に制御する。

（２）分散している物質について
絶縁電線の導体内に分散している分散粒子のサイズは小さいことが好ましく、また、絶縁電線の導体内に分散粒子が多く分散していることが好ましい。その理由は、分散粒子は、硫黄（Ｓ）の析出サイトとしての機能を有するからであり、析出サイトとしてはサイズが小さく、数が多いことが要求されるからである。

絶縁電線の導体に含まれる硫黄（Ｓ）及びチタン（Ｔｉ）は、ＴｉＯ、ＴｉＯ₂、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物又はＴｉＯ、ＴｉＯ₂、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物の凝集物として含まれ、残部のＴｉ及びＳが固溶体として含まれる。絶縁電線の導体の原料である軟質希薄銅合金材料としては、ＴｉＯが２００ｎｍ以下のサイズを有し、ＴｉＯ₂が１０００ｎｍ以下のサイズを有し、ＴｉＳが２００ｎｍ以下のサイズを有し、Ｔｉ−Ｏ−Ｓの形の化合物が３００ｎｍ以下のサイズを有しており、これらが結晶粒内に分布している軟質希薄銅合金材料を用いる。

なお、鋳造時の溶銅の保持時間及び冷却条件に応じて結晶粒内に形成される粒子サイズが変動するので、鋳造条件も適切に設定することを要する。

（３）鋳造条件について
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）でワイヤロッドを作製する。一例として、加工度９９．３％でφ８ｍｍのワイヤロッドを製造する条件を採用する。以下、鋳造条件（ａ）〜（ｃ）について説明する。

［鋳造条件（ａ）］
溶解炉内での溶銅温度は１１００℃以上１３２０℃以下に制御する。溶銅の温度が高いとブローホールが多くなり、傷が発生すると共に粒子サイズが大きくなる傾向にあるので１３２０℃以下に制御する。また、１１００℃以上に制御する理由は、銅（Ｃｕ）が固まりやすく、製造が安定しないことが理由であるものの、溶銅温度は可能な限り低い温度が望ましい。

［鋳造条件（ｂ）］
熱間圧延加工の温度は、最初の圧延ロールにおける温度を８８０℃以下に制御すると共に、最終圧延ロールでの温度を５５０℃以上に制御する。

通常の純銅の製造条件と異なり、溶銅中での硫黄（Ｓ）の晶出及び熱間圧延中における硫黄（Ｓ）の析出の駆動力である固溶限をより小さくすることを目的として、溶銅温度及び熱間圧延加工の温度を「鋳造条件（ａ）」及び「鋳造条件（ｂ）」において説明した条件に設定することが好ましい。

また、通常の熱間圧延加工における温度は、最初の圧延ロールにおいて９５０℃以下、最終圧延ロールにおいて６００℃以上であるが、固溶限をより小さくすることを目的として、本実施の形態では、最初の圧延ロールにおいて８８０℃以下、最終圧延ロールにおいて５５０℃以上に設定する。

なお、最終圧延ロールにおける温度を５５０℃以上に設定する理由は、５５０℃未満の温度ではワイヤロッドの傷が多くなり、製造される絶縁電線を製品として扱うことができないからである。熱間圧延加工における温度は、最初の圧延ロールにおいて８８０℃以下の温度、最終圧延ロールにおいて５５０℃以上の温度に制御すると共に、可能な限り低い温度であることが好ましい。このような温度設定にすることで、絶縁電線の導体の軟化温度（φ８〜φ２．６ｍｍに加工した後の軟化温度）を、６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）の軟化温度（つまり、１３０℃）に近づけることができる。

［鋳造条件（ｃ）］
無酸素銅の導電率は１０１．７％ＩＡＣＳ程度であり、６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）の導電率は１０２．８％ＩＡＣＳである。本実施の形態においては、例えば、直径φ８ｍｍサイズのワイヤロッドの導電率が９８％ＩＡＣＳ以上、好ましくは１００％ＩＡＣＳ以上、より好ましくは１０２％ＩＡＣＳ以上である。また、本実施の形態においては、冷間伸線加工後の線材（例えば、φ２．６ｍｍ）のワイヤロッドの軟化温度が１３０℃以上１４８℃である軟質希薄銅合金を製造し、この軟質希薄銅合金を絶縁電線の導体の製造に用いる。

工業的に用いるためには、電気銅から製造した工業的に利用される純度の軟質銅線の導電率として、９８％ＩＡＣＳ以上の導電率が要求される。また、軟化温度は工業的価値から判断して１４８℃以下である。６Ｎの銅（Ｃｕ）の軟化温度は１２７℃〜１３０℃であるので、得られたデータから軟化温度の上限値を１３０℃に設定する。このわずかな違いは、６Ｎの銅（Ｃｕ）には含まれていない不可避的不純物の存在に起因する。

銅（Ｃｕ）は、シャフト炉で溶解された後、還元状態で樋に流すことが好ましい。すなわち、還元ガス（例えば、ＣＯ）雰囲気下において、希薄合金の硫黄濃度、チタン濃度、及び酸素濃度を制御しつつ鋳造すると共に、材料に圧延加工を施すことにより、ワイヤロッドを安定的に製造することが好ましい。なお、銅酸化物が混入すること、及び／又は粒子サイズが所定サイズより大きいことは、製造される絶縁電線の品質を低下させる。

なお、純銅に添加される添加元素は、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種を含んでもよい。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種類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３０ｍａｓｓ ｐｐｍ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。

ここで、絶縁電線の導体にチタン（Ｔｉ）を添加元素として添加した理由は次のとおりである。すなわち、（ａ）チタン（Ｔｉ）は溶融銅の中で硫黄（Ｓ）と結合することにより化合物になりやすく、（ｂ）ジルコニウム（Ｚｒ）等の他の添加金属に比べて加工が容易で扱いやすく、（ｃ）ニオブ（Ｎｂ）などに比べて安価であり、（ｄ）酸化物を核として析出しやすいからである。

以上より、溶融半田めっき材（線、板、箔）、エナメル線、軟質純銅、高導電率銅、やわらかい銅線として用いることができ、焼鈍時のエネルギーを低減でき、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軟質希薄銅合金材料を、本実施の形態に係る絶縁電線の導体の原料として得ることができる。なお、軟質希薄銅合金材料の表面にめっき層を形成することもできる。めっき層は、例えば、錫（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）を主成分とする材料、又はＰｂフリーめっきを用いることができる。更に、軟質希薄銅合金材料の形状は特に限定されず、断面丸形状、棒状、又は平角導体上にすることができる。

また、本実施の形態では、ＳＣＲ連続鋳造圧延法によりワイヤロッドを作製すると共に、熱間圧延にて軟質材を作製したが、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を採用することもできる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る絶縁電線は、生産性が高く、軟化温度に優れており、また、ケーブル完成時において加工硬化が少ない可とう性の優れたものである。また、本実施の形態に係る絶縁電線は、導体の焼鈍工程を省略することができるため、焼鈍工程において消費する電力等のエネルギー費用、焼鈍工程の設備費用、設備メンテナンス費用、焼鈍工程にかかる時間及び人件費等を削減することができる。以下に、上記の製造方法によって作製された絶縁電線の導体の実施例について説明する。

表１は実験条件と結果とを示す。

まず、実験材として、表１に示した酸素濃度、硫黄濃度、チタン濃度を有するφ８ｍｍの銅線（ワイヤロッド、加工度９９．３％）を作製した。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間に形成される鋳型にて鋳塊ロッドを作成した。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。次に、各実験材に冷間伸線加工を施した。これにより、φ２．６ｍｍサイズの銅線を作製した。そして、φ２．６ｍｍサイズの銅線の半軟化温度と導電率とを測定すると共に、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（登録商標）酸素分析器）で測定した。硫黄、チタンの各濃度はＩＣＰ発光分光分析で分析した。

φ２．６ｍｍ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て求めた。

上述のとおり、絶縁電線の導体内に分散している分散粒子のサイズは小さいことが好ましく、また、絶縁電線の導体内に分散粒子が多く分散していることが好ましい。したがって、直径５００ｎｍ以下の分散粒子が９０％以上である場合を合格とした。

表１において比較例１は、実験室でアルゴン（Ａｒ）雰囲気において直径φ８ｍｍの銅線を試作した結果であり、チタン（Ｔｉ）を０〜１８ｍａｓｓ ｐｐｍ添加した。チタン（Ｔｉ）を添加していない銅線の半軟化温度が２１５℃であったのに対し、１３ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン（Ｔｉ）を添加した銅線の軟化温度は１６０℃まで低下した（実験した中では最小温度である。）。表１に示すとおり、Ｔｉ濃度が１５ｍａｓｓ ｐｐｍ、１８ｍａｓｓ ｐｐｍに増加するにつれ、半軟化温度も上昇しており、要求されている軟化温度である１４８℃以下を実現することはできなかった。また、工業的に要求されている導電率は９８％ＩＡＣＳ以上であったものの、総合評価は不合格（以下、不合格を「×」と表す）であった。

そこで、比較例２として、ＳＣＲ連続鋳造圧延法を用い、酸素濃度を７〜８ｍａｓｓ ｐｐｍに調整したφ８ｍｍ銅線（ワイヤロッド）を試作した。

比較例２においては、ＳＣＲ連続鋳造圧延法で試作した中でＴｉ濃度が最小（つまり、０ｍａｓｓ ｐｐｍ、２ｍａｓｓ ｐｐｍ）の銅線であり、導電率は１０２％ＩＡＣＳ以上であったものの、半軟化温度が１６４℃、１５７℃であり、要求されている１４８℃以下ではなかったことから、総合評価は「×」であった。

実施例１においては、酸素濃度と硫黄濃度とが略一致（つまり、酸素濃度：７〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度：５ｍａｓｓ ｐｐｍ）すると共に、Ｔｉ濃度が４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍの範囲内で異なる銅線を試作した。

Ｔｉ濃度が４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍの範囲では、軟化温度が１４８℃以下であり、導電率も９８％ＩＡＣＳ以上１０２％ＩＡＣＳ以上であり、分散粒子サイズは５００ｎｍ以下の粒子が９０％以上であり良好であった。また、ワイヤロッドの表面もきれい（つまり、表面が滑らか）であり、いずれも製品性能を満たしていたので、総合評価は合格（以下、合格を「○」と表す）であった。

ここで、導電率１００％ＩＡＣＳ以上を満たす銅線は、Ｔｉ濃度が４〜３７ｍａｓｓ ｐｐｍの場合であり、１０２％ＩＡＣＳ以上を満たす銅線は、Ｔｉ濃度が４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍの場合であった。Ｔｉ濃度が１３ｍａｓｓ ｐｐｍの場合に導電率は最大値である１０２．４％ＩＡＣＳを示し、この濃度の周辺では、導電率はわずかに低い値であった。これは、Ｔｉ濃度が１３ｍａｓｓ ｐｐｍの場合に、銅（Ｃｕ）の中の硫黄分を化合物として捕捉することで、高純度銅（６Ｎ）に近い導電率を示すためである。

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

比較例３においては、Ｔｉ濃度を６０ｍａｓｓ ｐｐｍにした銅線を試作した。比較例３に係る銅線は、導電率は要求を満たすものの、半軟化温度は１４８℃以上であり、製品性能を満たしていなかった。更に、ワイヤロッドの表面の傷も多く、製品として採用することは困難であった。よって、チタン（Ｔｉ）の添加量は６０ｍａｓｓ ｐｐｍ未満が好ましいことが示された。

実施例２に係る銅線おいては、硫黄濃度を５ｍａｓｓ ｐｐｍに設定すると共に、Ｔｉ濃度を１３〜１０ｍａｓｓ ｐｐｍの範囲で制御して、酸素濃度を変更することにより酸素濃度の影響を検討した。

酸素濃度に関しては、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下まで、大きく濃度が異なる銅線をそれぞれ作製した。ただし、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ未満の銅線は生産が困難で安定的に製造できないので、総合評価は「△」とした（なお、「△」は「○」と「×」との中間の評価である。）。また、酸素濃度を３０ｍａｓｓ ｐｐｍにしても半軟化温度及び導電率の双方とも、要求を満たした。

比較例４においては、酸素濃度が４０ｍａｓｓ ｐｐｍの場合に、ワイヤロッドの表面の傷が多く、製品として採用することができない状態であった。

よって、酸素濃度を２を超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の範囲にすることで、半軟化温度、導電率１０２％ＩＡＣＳ以上、分散粒子サイズの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、製品性能を満足させることができることが示された。

実施例３は、酸素濃度とＴｉ濃度とを互いに近づけた濃度に設定すると共に、硫黄濃度を４〜２０ｍａｓｓ ｐｐｍの範囲内で変更した銅線である。実施例３においては、硫黄濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍより小さい銅線については、原料の制約上、実現できなかった。しかしながら、Ｔｉ濃度と硫黄濃度とをそれぞれ制御することで、半軟化温度及び導電率の双方とも、要求を満たすことができた。

比較例５においては、硫黄濃度が１８ｍａｓｓ ｐｐｍであり、Ｔｉ濃度が１３ｍａｓｓ ｐｐｍである場合には、半軟化温度が１６２℃と高く、要求される特性を満足しなかった。また、特に、ワイヤロッドの表面品質が悪く、製品化は困難であった。

以上より、硫黄濃度が２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの範囲の場合には、半軟化温度、導電率１０２％ＩＡＣＳ以上、分散粒子サイズの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、製品性能を満足させることができることが示された。

比較例６は、６ＮのＣｕを用いた銅線である。比較例６に係る銅線においては、半軟化温度が１２７℃〜１３０℃であり、導電率が１０２．８％ＩＡＣＳであり、分散粒子サイズも５００μｍ以下の粒子は全く認められなかった。

表２には、製造条件としての溶融銅の温度と圧延温度とを示す。

比較例７においては、溶銅温度が１３３０℃〜１３５０℃で、かつ、圧延温度が９５０〜６００℃でφ８ｍｍのワイヤロッドを作製した。比較例７に係るワイヤロッドは、半軟化温度及び導電率は要求を満たすものの、分散粒子サイズに関しては１０００ｎｍ程度の粒子が存在しており、５００ｎｍ以上の粒子も１０％を超えて存在していた。よって、実施例７に係るワイヤロッドは不適と判定した。

実施例４においては、溶銅温度を１２００℃〜１３２０℃の温度範囲で制御すると共に、圧延温度を８８０℃〜５５０℃の温度範囲に制御してφ８ｍｍのワイヤロッドを作製した。実施例４に係るワイヤロッドは、ワイヤロッド表面の品質、分散粒子サイズが良好であり、総合評価は「○」であった。

比較例８においては、溶銅温度を１１００℃に制御すると共に、圧延温度を８８０℃〜５５０℃の温度範囲に制御してφ８ｍｍのワイヤロッドを作製した。比較例８に係るワイヤロッドは、溶銅温度が低いことからワイヤロッドの表面の傷が多く製品としては適さなかった。これは、溶銅温度が低いことから、圧延時に傷が発生しやすいことに起因するからである。

比較例９においては、溶銅温度を１３００℃に制御すると共に、圧延温度を９５０℃〜６００℃の温度範囲に制御してφ８ｍｍのワイヤロッドを作製した。比較例９に係るワイヤロッドは、熱間圧延工程における温度が高いことからワイヤロッドの表面の品質は良好であるものの、分散粒子サイズには大きいサイズが含まれ、総合評価は「×」になった。

比較例１０においては、溶銅温度を１３５０℃に制御すると共に、圧延温度を８８０℃〜５５０℃の温度範囲に制御してφ８ｍｍのワイヤロッドを作製した。比較例１０に係るワイヤロッドは、溶銅温度が高いことに起因して分散粒子サイズに大きなサイズが含まれ、総合評価は「×」になった。

（ケーブル１の構成）
図７は、実施例５に係るケーブルの概略図である。本実施例に係るケーブル１は、例えば、図７に示すように、導体２、及び複数の導体２から形成された撚り線を覆う絶縁体３を有する絶縁電線４と、絶縁電線４を被覆するシース５と、を備えて概略構成されている。なお、以下に示す実施例５〜実施例７に係るケーブル１は、図７に示す構造を有するものとし、その符号は本実施例の符号を用いるものとする。

（ケーブル１の製造方法）
本実施例に係るケーブル１の製造方法は、まず、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する（硬銅線作製工程）。次に、硬銅線の外周に樹脂を被覆し、この被覆の際の熱量により、硬銅線を軟銅線に変質させる（被覆工程）。これにより、本実施例に係るケーブル１の絶縁電線４を作製する。

具体的には、まず、表１の実施例１の上から３番目の素材を用いてワイヤロッド（例えばφ８）を作製する。次に、このワイヤロッドに伸線加工を施して最終線径（例えばφ３．５５）にした後、例えば、７本撚りされた撚り線を作成し、所定のサイズに仕上げる。次に、撚り線を樹脂で被覆し、絶縁体３を形成する（被覆工程）。

この被覆工程は、例えば、ポリエチレンを押出被覆することにより行われる。この押出被覆時において、導体２には、押出樹脂温度（１８０℃〜２００℃）の熱が加わる。上記の実施の形態及び実施例１〜実施例４に示したように、導体２として半軟化温度が低い素材を用いているため、この押出被覆時の樹脂の加熱温度により導体２に熱が伝わり、導体２が軟化する。

この押出被覆時の樹脂の加熱温度により、導体２が軟化するため、伸線材に対して焼鈍工程を施す必要がなくなる。次に、シース５（例えばビニールシース、ポリエチレンシース、耐燃性ポリエチレンシース）を押出被覆することでケーブル（絶縁ケーブル）１を作製する。なお、本実施例のケーブルの製造方法は、撚り線単芯の絶縁ケーブルに限定されるものではなく、複数の絶縁電線を撚り合わせて、さらにシースを押出することで作製される絶縁ケーブルであってもよい。

（ケーブル１の製造方法）
本実施例に係るケーブル１の製造方法は、まず、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する（硬銅線作製工程）。次に、硬銅線の外周に樹脂を被覆する（被覆工程）。次に、被覆した樹脂に架橋処理を施し、この架橋処理時の熱量によって、硬銅線を軟銅線に変質させる（架橋工程）。これにより、本実施例に係るケーブル１の絶縁電線４を作製する。

具体的には、撚り線の製造工程までは、上記の実施例５と同様である。次に、この撚り線に樹脂（例えば、シラングラフトされたポリエチレン）を押出被覆した後、被覆した樹脂を架橋させるため、ヒーター（熱源）にて熱（例えば、１３０℃〜１５０℃）を絶縁電線４に与える。上記の実施の形態及び実施例１〜実施例４に示したように、導体２として半軟化温度が低い素材を用いているため、この架橋工程における熱処理により導体２が軟化する。

この架橋工程における熱処理により導体２が軟化するため、伸線材に対して焼鈍工程を施す必要がなくなる。次に、導体２により撚り線を作製し、撚り線に樹脂を押出被覆することで絶縁電線４を作製する。次に、絶縁電線４にシース５を押出被覆することでケーブル１を作製する。

（効果）
上記の実施例５および実施例６によれば、伸線加工後の焼鈍工程(アニール)を省略することができる。これにより、電気代費用が削減できる。また、同時に、被覆工程または架橋工程において、導体２に熱を与えることで導体２が軟化することにより、加工硬化の影響が小さいケーブル１を作製することができる。

本実施例は、被覆工程によって導体を軟化させるのではなく、被覆工程の前に導体２に予熱（１３０℃〜１５０℃)を与える点で、上記の実施例５および実施例６と異なっている。

（ケーブル１の製造方法）
本実施例に係るケーブル１の製造方法は、まず、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する（硬銅線作製工程）。次に、硬銅線を複数本用意し、これらを撚り合わせることで撚り線を作製する（撚線作製工程）。次に、撚り線に予熱処理を施して硬銅線を軟銅線に変質させる（予熱工程）。次に、軟銅線の外周に樹脂を被覆する（被覆工程）。これにより、本実施例に係るケーブル１の絶縁電線４を作製する。

具体的には、撚り線の製造工程までは、上記の実施例５と同様である。次に、この撚り線に予熱を与えるため、ヒーター（熱源）にて熱（例えば、１３０℃〜１５０℃）を絶縁電線４に与える。上記の実施の形態及び実施例１〜実施例４に示したように、導体２として半軟化温度が低い素材を用いているため、この予熱工程における熱処理により導体２が軟化する。

この予熱工程における熱処理により導体２が軟化するため、伸線材に対して焼鈍工程を施す必要がなくなる。次に、導体２により撚り線を作製し、撚り線に樹脂を押出被覆することで絶縁電線４を作製する。次に、絶縁電線４にシース５を押出被覆することでケーブル１を作製する。

（効果）
本実施の形態に係るケーブル１の製造方法によれば、被覆工程の前に行われる導体２に対する予熱処理により、導体２を軟化することができるため、焼鈍工程のための大型アニール装置が必要ない。従って、低コスト設備で導体２に熱を与えることが可能であり、また、与えた予熱により導体２が軟化するので、加工硬化の影響の小さいケーブルを作製することができる。

以上、本発明の実施の形態及びその実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…ケーブル
２…導体
３…絶縁体
４…絶縁電線
５…シース

Claims (7)

1. 不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する硬銅線作製工程と、
   前記硬銅線の外周に樹脂を被覆する被覆工程と、
   を含み、
   前記被覆工程の熱量によって、前記硬銅線を軟銅線に変質させる絶縁電線の製造方法。
2. 不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する硬銅線作製工程と、
   前記硬銅線の外周に樹脂を被覆する被覆工程と、
   被覆した前記樹脂に架橋処理を施す架橋工程と、
   を含み、
   前記架橋工程の熱量によって、前記硬銅線を軟銅線に変質させる絶縁電線の製造方法。
3. 不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金線を、最終線径となるように伸線加工を施して硬銅線を作製する硬銅線作製工程と、
   前記硬銅線を複数本用意し、これらを撚り合わせることで撚り線を作製する撚線作製工程と、
   前記撚り線に予熱処理を施して前記硬銅線を軟銅線に変質させる予熱工程と、
   前記軟銅線の外周に樹脂を被覆する被覆工程と、
   を含む絶縁電線の製造方法。
4. 前記添加元素が、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超えて３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンと、を含む請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の絶縁電線の製造方法。
5. ＳＣＲ連続鋳造圧延により、１１００℃以上１３２０℃以下の溶銅温度で溶湯として希薄銅合金材料を作製し、前記希薄銅合金材料を熱間圧延して希薄銅合金線を作製する工程を含む請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の絶縁電線の製造方法。
6. 前記希薄銅合金線を作製する工程が、熱間圧延加工における圧延ロールの温度が８８０℃以下５５０℃以上で行われる請求項５に記載の絶縁電線の製造方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の絶縁電線の製造方法により作製された絶縁電線にシースを被覆するシース被覆工程を含むケーブルの製造方法。