JP2014102996A - Method of joining soft dilute copper alloy wire to connection terminal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高い導電性を備え、かつ軟質材においても高い屈曲寿命を有する軟質希薄銅合金線を接続端子に超音波接続するための軟質希薄銅合金線と接続端子との接合方法に関するものである。 The present invention relates to a method of joining a soft dilute copper alloy wire and a connection terminal for ultrasonically connecting a soft dilute copper alloy wire having high conductivity and having a high bending life even in a soft material to the connection terminal. is there.
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。 In recent science and technology, electricity is used in all parts such as electric power as a power source and electric signals, and wires such as cables and lead wires are used to transmit them. And as a material used for the conducting wire, a metal having high conductivity such as copper and silver is used, and in particular, a copper wire is very often used in consideration of cost.
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。 The copper and lump can be broadly divided into hard copper and soft copper according to the molecular arrangement. And the kind of copper which has a desired property according to the utilization purpose is used.
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。 Hard lead wires are often used as lead wires for electronic parts. For example, cables used in electronic devices such as medical devices, industrial robots, and notebook computers are combined with severe bending, twisting, and tension. Since it is used in an environment where external force is repeatedly applied, rigid hard copper wire is inaccurate and soft copper wire is used.
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、高導電性およ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)。 Conductive wires used in such applications are required to have the opposite properties of good conductivity (high conductivity) and good bending properties. Development of a copper material that maintains its properties is underway (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
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99.99wt%以上の無酸素銅に、純度99.99wt%以上のInを0.05〜0.70mass%、純度99.9wt%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。 For example, the invention according to Patent Document 1 is an invention related to a conductor for a bending-resistant cable having good tensile strength, elongation, and electrical conductivity. Particularly, oxygen-free copper having a purity of 99.99 wt% or more is more than 99.99 wt% in purity. Bending Resistant Cable Conductor Formed with a Copper Alloy Containing 0.05 to 0.70 mass% of In and P of 0.009 to 0.003 Mass% Concentration in a Concentration Range of 0.0001 to 0.003 Mass% Have been described.
また、特許文献2に係る発明には、インジウムが0.1〜10wt%、硼素が0.01〜0.1wt%、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。 The invention according to Patent Document 2 describes a bending-resistant copper alloy wire in which indium is 0.1 to 10 wt%, boron is 0.01 to 0.1 wt%, and the balance is copper.
しかし、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つ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。 However, the invention according to Patent Document 1 is an invention related to a hard copper wire to the last, a specific evaluation regarding bending resistance has not been made, and a study on a soft copper wire with higher bending resistance has not been made. Absent. Moreover, since there is much quantity of an additional element, electroconductivity will fall. The soft copper wire has not been fully studied. Moreover, although the invention which concerns on patent document 2 is invention regarding a soft copper wire, since the addition amount of an additional element is large similarly to the invention which concerns on patent document 1, electroconductivity will fall.
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。 On the other hand, it is conceivable to secure high conductivity by selecting a highly conductive copper material such as oxygen-free copper (OFC) as a copper material as a raw material.
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とする考え方も有効かもしれないが、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。 When this oxygen-free copper (OFC) is used as a raw material and it is used without adding other elements to maintain conductivity, the inside of the oxygen-free copper wire is increased by drawing the copper rough drawing wire to a higher degree of processing. Although it may be effective to improve the bending resistance by making the crystal structure fine, in this case, it is suitable for use as a hard wire by work hardening by wire drawing, but it is a soft wire. There is a problem that can not be applied to.
また一方で、軟質線材を使用した絶縁電線又はケーブルは、可撓性に優れる反面、一般的にその使用時に断線を生ずるおそれがある。例えば、マルチワイヤ配線板に使用される絶縁被覆銅線には以下のような問題がある。 On the other hand, an insulated wire or cable using a soft wire is excellent in flexibility, but generally has a risk of disconnection during use. For example, insulation coated copper wires used for multi-wire wiring boards have the following problems.
すなわち、このマルチワイヤ配線板は接着剤付き絶縁基板の上に絶縁被覆銅線(無酸素銅線)を配置して溶着させることで製造するが、複数の絶縁被覆銅線を互いに交差させて製造することが一般的であり、現在では、四重交差配線が提案されるに至っている。既配線が交差している交差部では高さ方向の長さが余分に必要となるため、スタイラスが交差部を通過する短い時間の間に高さ方向で必要となる絶縁被覆銅線をフイーダで供給するには装置が対応できず、交差部で絶縁被覆銅線が引き伸ばされて、それが過大になると断線してしまう問題がある。 That is, this multi-wire wiring board is manufactured by disposing an insulation-coated copper wire (oxygen-free copper wire) on an insulating substrate with an adhesive and welding it, but is manufactured by crossing a plurality of insulation-coated copper wires with each other. In general, quadruple cross wiring has been proposed. At the intersection where the existing wiring intersects, an extra length in the height direction is required, so the insulation-coated copper wire that is required in the height direction during the short time that the stylus passes through the intersection is fed with a feeder. There is a problem that the apparatus cannot cope with the supply, and the insulation-coated copper wire is stretched at the intersecting portion, and if it becomes excessive, the wire breaks.
そこで、本発明者等は、特許文献3で、純銅に、2〜12mass ppmの硫黄と2〜30mass ppmの酸素とTiを4〜55mass ppm含む軟質希薄銅合金材料を提案した。この軟質希薄銅合金材料は、生産性が高く、導電率、軟化温度、表面品質に優れたものとすることができる。 Therefore, the inventors of the present invention proposed a soft dilute copper alloy material containing 2 to 12 mass ppm of sulfur, 2 to 30 mass ppm of oxygen and 4 to 55 mass ppm of pure copper in Patent Document 3. This soft dilute copper alloy material has high productivity and can be excellent in electrical conductivity, softening temperature, and surface quality.
しかしながら、特許文献3の軟質希薄銅合金材料は、SCR連続鋳造圧延などによってワイヤロッドを作製するものであるが、このワイヤロッドを伸線加工して軟質希薄銅合金線とする際に、軟質希薄銅合金材料の持つ導電率、軟化温度、表面品質を維持したまま軟質希薄銅合金線とし、これを接続端子に超音波接続で接続する技術は確立されていない。 However, the soft dilute copper alloy material of Patent Document 3 is for producing a wire rod by SCR continuous casting rolling or the like. When this wire rod is drawn into a soft dilute copper alloy wire, the soft dilute copper alloy material is used. There is no established technology for producing a soft dilute copper alloy wire while maintaining the electrical conductivity, softening temperature, and surface quality of the copper alloy material, and connecting this to the connection terminal by ultrasonic connection.
そこで、本発明の目的は、高い導電性を備え、軟質銅材においても高い屈曲寿命を有し、かつ、無酸素銅線に比して使用時の断線を抑制することができると共に接続端子と超音波接続できる軟質希薄銅合金線と接続端子との接合方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a high conductivity, have a high bending life even in a soft copper material, and can suppress disconnection during use as compared to an oxygen-free copper wire and a connection terminal. An object of the present invention is to provide a method for joining a soft dilute copper alloy wire capable of ultrasonic connection and a connection terminal.
上記目的を達成するために本発明は、銅と、Ti、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Hf、Fe、Mn及びCrからなる群から選択されたSと結合しやすい添加元素を含む軟質希薄銅合金材料を加工度90%以上で伸線加工して焼鈍処理を施し、その表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、焼鈍後の伸びの値が40%以上である荒引き線を、伸線しながらアニールを行って軟質希薄銅合金線を作製する工程と、前記軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせて導体とし、その導体の外周に絶縁体被覆を形成してケーブルを作製する工程と、前記ケーブルの端末の導体を接続端子に超音波接合する工程とを備えたことを特徴とする軟質希薄銅合金線と接続端子との接合方法である。 In order to achieve the above object, the present invention provides an additive element that easily binds to copper and S selected from the group consisting of Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Hf, Fe, Mn, and Cr. The soft dilute copper alloy material is annealed by drawing at a workability of 90% or more, the average grain size in the surface layer from the surface to a depth of 50 μm is 20 μm or less, and the elongation value after annealing is 40 % Of the rough drawn wire is annealed while being drawn to produce a soft dilute copper alloy wire, and a plurality of the soft dilute copper alloy wires are twisted to form a conductor, and an insulator is provided on the outer periphery of the conductor. A method for joining a soft dilute copper alloy wire and a connection terminal, comprising: a step of forming a cable by forming a coating; and a step of ultrasonically bonding a conductor at a terminal of the cable to the connection terminal. .
前記軟質希薄銅合金線を作製する工程における前記荒引き線は、2〜12mass ppmの硫黄と、2を超えて30mass ppm以下の酸素とTiを4〜55mass ppm含む軟質希薄銅合金材料を鋳造圧延により加工し、焼鈍して作製されるのが好ましい。 In the step of producing the soft diluted copper alloy wire, the rough drawn wire is formed by rolling a soft diluted copper alloy material containing 2 to 12 mass ppm of sulfur, oxygen exceeding 2 to 30 mass ppm and Ti and 4 to 55 mass ppm of Ti. It is preferable to fabricate by annealing and annealing.
前記軟質希薄銅合金材料を、溶銅温度1200〜1320℃でかつ圧延温度880〜550℃で荒引き線を作製し、これを伸線すると共に焼鈍温度150〜550℃で焼鈍し、これを伸線加工にて最終径の軟質希薄銅合金線とするのが好ましい。 The soft dilute copper alloy material is prepared by drawing a rough drawn wire at a molten copper temperature of 1200 to 1320 ° C. and a rolling temperature of 880 to 550 ° C., drawing the wire, and annealing at a annealing temperature of 150 to 550 ° C. It is preferable to use a soft dilute copper alloy wire having a final diameter by wire processing.
本発明によれば、高い導電性を備え、軟質銅材においても高い屈曲寿命を有し、端子接続部においても高い接続信頼性を有し、かつ、無酸素銅線に比して使用時の断線を抑制することができるという優れた効果を発揮するものである。 According to the present invention, it has high conductivity, has a high bending life even in a soft copper material, has a high connection reliability even in a terminal connection portion, and is more in use than an oxygen-free copper wire. An excellent effect that the disconnection can be suppressed is exhibited.
以下、本発明の好適な―実施の形態を詳述する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
先ず、本発明は、導電率98%IACS(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)、100%IACS、更には102%IACSを満足する軟質型鋼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連続鋳造圧延設備を用い、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φ8mm→φ2.6mm)での半軟化温度が148℃以下の材料の開発にある。 First, the present invention has a conductivity of 98% IACS (conductivity with a universal annealed copper standard having a resistivity of 1.7241 × 10 −8 Ωm as 100%), 100% IACS, and further 102% IACS. It is to obtain a soft dilute copper alloy material as a satisfactory soft steel. A secondary purpose is to use an SCR continuous casting and rolling facility, with few surface scratches, a wide manufacturing range, and stable production. Also, the development of a material with a semi-softening temperature of 148 ° C. or less at a processing degree of 90% (for example, φ8 mm → φ2.6 mm) for the wire rod.
高純度銅(6N、純度99.9999%)に関しては、加工度90%での半軟化温度は130℃である。したがって安定生産が可能な130℃以上で148℃以下の半軟化温度で軟質材の導電率が98%IACS以上、100%IACS以上、更に導電率が102%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。 For high-purity copper (6N, purity 99.9999%), the semi-softening temperature at a processing degree of 90% is 130 ° C. Accordingly, it is possible to stably produce soft copper having a soft material having a conductivity of 98% IACS or more, 100% IACS or more, and further having a conductivity of 102% IACS or more at a semi-softening temperature of 130 ° C. or more and 148 ° C. or less capable of stable production. We investigated the raw materials and the manufacturing conditions for soft dilute copper alloy materials that can be manufactured.
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(小型連鋳機)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φ8mmのワイヤロッドをφ2.6mm(加工度90%)にして半軟化温度を測ると160〜168℃であり、これ以上低い半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、半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。 Here, high purity copper (4N) having an oxygen concentration of 1 to 2 mass ppm was used, and a small continuous casting machine (small continuous casting machine) was used in a laboratory, and the molten metal was manufactured from a molten metal with several mass ppm added to the molten metal. When the semi-softening temperature is measured with a φ8 mm wire rod of φ2.6 mm (working degree 90%), it is 160 to 168 ° C., and the semi-softening temperature is not lower than this. The conductivity is about 101.7% IACS. Therefore, it was found that even when Ti was added at a low oxygen concentration, the semi-softening temperature could not be lowered, and the electrical conductivity of high purity copper (6N) was worse than 102.8% IACS.
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。 The reason for this is that sulfur is contained in several mass ppm or more as an unavoidable impurity during the production of molten metal, and sulphide such as TiS is not sufficiently formed between this sulfur and titanium, so that the softening temperature is not lowered. .
そこで、本発明では、半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。 Therefore, in the present invention, in order to lower the semi-softening temperature and improve the electrical conductivity, two measures have been studied and the two effects have been combined to achieve the goal.
(a)素材の酸素濃度を2mass ppmを超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(TiO2)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およびPdは観察のための蒸着元素である。 (A) Increase the oxygen concentration of the material to an amount exceeding 2 mass ppm and add titanium. Thereby, it is considered that TiS, titanium oxide (TiO 2 ) and Ti—O—S particles are first formed in the molten copper (see the SEM images in FIGS. 1 and 3 and the analysis results in FIGS. 2 and 4). ). In FIGS. 2, 4, and 6, Pt and Pd are vapor deposition elements for observation.
(b)次に熱間圧延温度を、通常の銅の製造条件(950〜600℃)よりも低く設定(880〜550℃)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(TiO2)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〜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のワイヤロッド(荒引き線)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。 (B) Next, by setting the hot rolling temperature lower (880 to 550 ° C.) than the normal copper production conditions (950 to 600 ° C.), dislocations are introduced into the copper and S is likely to precipitate. Like that. As a result, precipitation of S on the dislocations or precipitation of S using titanium oxide (TiO 2 ) as a nucleus forms Ti—O—S particles and the like as an example of molten copper (SEM image of FIG. 5 and FIG. 6 shows the analysis result). 1 to 6 show SEM observation and EDX analysis of a cross section of a φ8 mm wire rod (rough drawing line) having oxygen concentration, sulfur concentration, and Ti concentration shown in the third row from the top in Example 1 of Table 1. It was evaluated. The observation conditions were an acceleration voltage of 15 KeV and an emission current of 10 μA.
(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ワイヤロッドができる。 By (a) and (b), the sulfur in copper crystallizes and precipitates, and the wire rod which satisfies softening temperature and electrical conductivity after cold wire drawing is made.
次に、本発明では、SCR連続鋳造圧延設備で製造条件の制限として(1)〜(3)を制限した。 Next, in this invention, (1)-(3) was restrict | limited as a restriction | limiting of manufacturing conditions with SCR continuous casting rolling equipment.
(1)組成について
添加元素として、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Mn、Hf、Fe、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(マトリックス)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。
(1) About composition The reason why the elements selected from the group consisting of Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn, Hf, Fe, Ti, and Cr were selected as the additional elements This is because it is an active element that is easily bonded to an element and can be easily bonded to S, so that S can be trapped and the copper base material (matrix) can be highly purified. One or more additive elements may be included. Also, other elements and impurities that do not adversely affect the properties of the alloy can be included in the alloy.
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。 Further, in the preferred embodiment described below, it is described that the oxygen content is more than 2 and not more than 30 mass ppm, but depending on the addition amount of the additive element and the S content, In the range having the property of, it is possible to include more than 2 and 400 mass ppm.
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)が、3〜12mass ppmの硫黄と、2を超えて30mass ppm以下の酸素と、Tiを4〜55mass ppm含む軟質希薄銅合金材料でワイヤロッド(荒引き線)を製造するものである。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。 When obtaining a soft copper material having an electrical conductivity of 98% IACS or higher, pure copper (base material) containing inevitable impurities is 3 to 12 mass ppm of sulfur, more than 2 and less than 30 mass ppm of oxygen, and 4 to Ti. A wire rod (rough drawing wire) is manufactured with a soft dilute copper alloy material containing 55 mass ppm. In this embodiment, so-called low oxygen copper (LOC) is targeted because it contains oxygen exceeding 2 mass ppm and not more than 30 mass ppm.
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に2〜12mass ppmの硫黄と、2を超えて30mass ppm以下の酸素とTiを4〜37mass 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。 Here, when obtaining a soft copper material having an electrical conductivity of 100% IACS or more, 2 to 12 mass ppm of sulfur, pure oxygen containing inevitable impurities, oxygen of 2 to 30 mass ppm and less and Ti to 4 to 37 mass. The wire rod is preferably made of a soft dilute copper alloy material containing ppm.
さらに、導電率が102%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を超えて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。 Furthermore, when obtaining a soft copper material having an electrical conductivity of 102% IACS or more, pure copper containing inevitable impurities contains 3 to 12 mass ppm of sulfur, more than 2 and less than 30 mass ppm of oxygen, and Ti of 4 to 25 mass ppm. The wire rod is preferably made of a soft dilute copper alloy material.
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。汎用電気銅の硫黄濃度上限は12mass ppmである。 Usually, in the industrial production of pure copper, sulfur is taken into copper when producing electrolytic copper, so it is difficult to make sulfur 3 mass ppm or less. The upper limit of the sulfur concentration of general-purpose electrolytic copper is 12 mass ppm.
制御する酸素は、上述したように、少ないと半軟化温度が下がり難いので2mass ppmを超える量とする。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。 As described above, if the amount of oxygen to be controlled is small, the semi-softening temperature is difficult to decrease, so the amount exceeds 2 mass ppm. Further, if there is too much oxygen, surface scratches are likely to occur in the hot rolling process, so it is set to 30 mass ppm or less.
(2)分散している物質について
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。
(2) About dispersed substances It is desirable that the size of dispersed particles be small and distributed. The reason is that the size is small and the number is large because it functions as a sulfur deposition site.
硫黄及びチタンは、TiO、TiO2、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。TiOのサイズが200nm以下、TiO2は1000nm以下、TiSは200nm以下、Ti−O−Sは300nm以下で結晶粒内に分布している軟質希薄銅合金材料とする。「結晶粒」とは、銅の結晶組織のことを意味する。 Sulfur and titanium form compounds or aggregates in the form of TiO, TiO 2 , TiS, and Ti—O—S, and the remaining Ti and S are present in the form of a solid solution. A soft dilute copper alloy material having a TiO size of 200 nm or less, TiO 2 of 1000 nm or less, TiS of 200 nm or less, and Ti—O—S of 300 nm or less is distributed in the crystal grains. “Crystal grains” means the crystal structure of copper.
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。 However, since the size of the formed particles changes depending on the holding time of the molten copper during casting and the cooling condition, it is necessary to set casting conditions.
(3)鋳造条件について
SCR速読鋳造圧延により、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99.3%でφ8mmのワイヤロッド(荒引き線)を造る方法を用いる。
(3) About casting conditions By SCR speed reading casting rolling, a wire rod is manufactured with an ingot rod working degree of 90% (30 mm) to 99.8% (5 mm). As an example, φ8 mm at a working degree of 99.3% The method of making a wire rod (rough drawing wire) is used.
(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、鋳造温度は、出来るだけ低い温度が望ましい。 (A) Molten copper temperature in a melting furnace shall be 1100 degreeC or more and 1320 degrees C or less. When the temperature of the molten copper is high, blowholes increase, scratches are generated, and the particle size tends to increase. The reason why the temperature is set to 1100 ° C. or higher is that copper is likely to solidify and the production is not stable, but the casting temperature is preferably as low as possible.
(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。 (B) As for the hot rolling temperature, the temperature at the first rolling roll is 880 ° C. or lower, and the temperature at the final rolling roll is 550 ° C. or higher.
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。 Unlike normal pure copper production conditions, crystallization of sulfur in molten copper and precipitation of sulfur during hot rolling are the subject of the present invention, so in order to reduce the solid solubility limit that is the driving force. The molten copper temperature and the hot rolling temperature are preferably (a) and (b).
通常の熱間圧延温度は、最初の圧延ロールでの温度が950℃以下、最終圧延ロールでの温度が600℃以上であるが、固溶限をより小さくするためには、本発明では、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。 The normal hot rolling temperature is such that the temperature at the first rolling roll is 950 ° C. or lower and the temperature at the final rolling roll is 600 ° C. or higher. In order to reduce the solid solution limit, The temperature at the first rolling roll is set to 880 ° C. or lower and the temperature at the final rolling roll is set to 550 ° C. or higher.
(c)直径φ8mmサイズのワイヤロッドの導電率が98%IACS以上,100%IACS、更に102%IACS以上であり、冷間伸線加工後の線材(例えば、φ2.6mm)の半軟化温度が130℃〜148℃である軟質希薄銅合金線を得ることができる。 (C) The electrical conductivity of a wire rod having a diameter of φ8 mm is 98% IACS or more, 100% IACS or more and 102% IACS or more, and the semi-softening temperature of the wire rod after cold drawing (for example, φ2.6 mm) is A soft dilute copper alloy wire having a temperature of 130 ° C. to 148 ° C. can be obtained.
工業的に使うためには、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にて98%IACS以上必要であり、半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)の半軟化温度は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)にない不可避的不純物にある。 In order to use it industrially, it is necessary to use 98% IACS or more in the industrially used soft copper wire produced from electrolytic copper, and the semi-softening temperature is 148 ° C. or less in view of its industrial value. . When Ti is not added, the temperature is 160 to 165 ° C. Since the semi-softening temperature of high-purity copper (6N) was 127 to 130 ° C, the limit value is set to 130 ° C from the obtained data. This slight difference is in inevitable impurities not found in high purity copper (6N).
導電率は、無酸素銅のレベルで101.7%IACS程度であり、高純度銅(6N)で102.8%IACSであるため、出来るだけ高純度銅(6N)に近い導電率であることが望ましい。 The conductivity is about 101.7% IACS at the level of oxygen-free copper, and 102.8% IACS for high-purity copper (6N), so that the conductivity is as close as possible to high-purity copper (6N). Is desirable.
ベース材の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。 After the base material copper was melted in the shaft furnace, it was controlled so as to be in a reduced state, that is, in a reducing gas (CO) atmosphere, the sulfur concentration, Ti concentration, and oxygen concentration of the constituent elements of the diluted alloy were controlled. A method of stably manufacturing a wire rod that is cast and rolled. Since the copper oxide is mixed and the particle size is large, the quality is lowered.
なお、純銅に添加される添加元素は、Mg、Zr、Nb、Ca、V、N、Hf、Fe、Mn、Crの少なくとも一種を含んでもよい。 Note that the additive element added to pure copper may include at least one of Mg, Zr, Nb, Ca, V, N, Hf, Fe, Mn, and Cr.
ここで、添加元素としてTiを選択した理由は次の通りである。 Here, the reason for selecting Ti as the additive element is as follows.
(a)Tiは溶融銅の中で硫黄と結合し化合物を造りやすいためである。 (A) Ti is easily bonded to sulfur in molten copper to form a compound.
(b)Zrなど他の添加元素に比べて加工でき扱いやすい。 (B) It can be processed and handled more easily than other additive elements such as Zr.
(c)Nbなどに比べて安価である。 (C) It is less expensive than Nb or the like.
(d)酸化物を核として析出しやすいからである。 (D) It is because it is easy to precipitate using an oxide as a nucleus.
このように銅と、Ti、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Hf、Fe、Mn及びCrからなる群から選択された添加元素を含む軟質希薄銅合金材料、特に2〜12mass ppmの硫黄と、2を超えて30mass ppm以下の酸素とTiを4〜55mass ppm含む軟質希薄銅合金材料を、溶銅温度1200〜1320℃でかつ熱間圧延温度880〜550℃で荒引き線(φ8mmのワイヤロッド)を作製し、これをインライン伸線機などによる冷間伸線を行い、これを焼鈍温度150〜550℃で焼鈍することで、半軟化温度が130℃〜148℃のφ2.6mm軟質希薄銅合金線とし、さらにこれをインライン伸線機と通電アニールを行って、φ1mm径以下の軟質希薄銅合金線とし、この軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせて導体とし、その外周に絶縁体被覆を施してケーブルとする。 Thus, a soft dilute copper alloy material containing copper and an additive element selected from the group consisting of Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Hf, Fe, Mn and Cr, particularly 2 to 12 mass ppm. A soft dilute copper alloy material containing sulfur, oxygen greater than 2 and less than or equal to 30 mass ppm and Ti in an amount of 4 to 55 mass ppm is drawn at a molten copper temperature of 1200 to 1320 ° C and a hot rolling temperature of 880 to 550 ° C (φ8 mm). Wire rod), which is subjected to cold wire drawing using an in-line wire drawing machine or the like, and annealed at an annealing temperature of 150 to 550 ° C., so that the softening temperature is 130 ° C. to 148 ° C. and φ2.6 mm. A soft dilute copper alloy wire is used, and this is annealed with an in-line wire drawing machine to obtain a soft dilute copper alloy wire having a diameter of φ1 mm or less, and a plurality of soft dilute copper alloy wires are twisted together. And conductors Te, and the cable is subjected to insulation coating on the outer periphery thereof.
本発明のケーブルは、高導電率、焼鈍時のエネルギーを低減でき、やわらかい銅線として使用でき、生産性が高く、導電率、半軟化温度、表面品質に優れた実用的な軟質希薄銅合金線からなるケーブルを得ることが可能となる。 The cable of the present invention has high electrical conductivity, can reduce energy during annealing, can be used as a soft copper wire, has high productivity, practical soft dilute copper alloy wire with excellent conductivity, semi-softening temperature and surface quality It is possible to obtain a cable consisting of
図19は、本発明のケーブル10を接続端子20に超音波接続する例を示したものである。 FIG. 19 shows an example in which the cable 10 of the present invention is ultrasonically connected to the connection terminal 20.
図19(a)に示すように、ケーブル10は、上述した軟質希薄銅合金線からなる軟質希薄銅合金線11を複数本撚り合わせて導体12とし、その導体12の外周に絶縁体被覆13を被覆して形成されてなり、接続端子20は、銅製で、電子機器の端子と接続するドーナツ形の端子部21と、ケーブル10の導体12と接続する断面コ字状の溶接部22と、ケーブル10の絶縁体被覆13にカシメ固定される固定片23とから構成される。 As shown in FIG. 19A, the cable 10 is formed by twisting a plurality of soft dilute copper alloy wires 11 made of the above soft dilute copper alloy wire to form a conductor 12, and an insulator coating 13 is provided on the outer periphery of the conductor 12. The connection terminal 20 is made of copper and is made of copper, and has a donut-shaped terminal portion 21 connected to a terminal of an electronic device, a U-shaped welded portion 22 connected to the conductor 12 of the cable 10, and a cable. 10 fixing covers 23 that are caulked and fixed to the insulator coating 13.
このケーブル10と接続端子20の接続は、ケーブル10の端部の絶縁体被覆13を剥ぎ取って導体12を露出させ、その導体12を、接続端子20の溶接部22に位置させる。この状態で、接続端子20の下面を超音波接続装置のアンビル(図示せず)で支持し、溶接部22内の導体12にホーンチップ(図示せず)を押し当てて、超音波振動を加えることで、導体12が溶接部22の形状に合った断面四角形状に変形すると共に、その断面四角形状の導体溶接部12wが溶接部22に溶接接続される。その後、図19(b)に示すように溶接部22と固定片23をカシメて接続端子20をケーブル10に接続する。 For connection between the cable 10 and the connection terminal 20, the insulator coating 13 at the end of the cable 10 is peeled off to expose the conductor 12, and the conductor 12 is positioned at the welded portion 22 of the connection terminal 20. In this state, the lower surface of the connection terminal 20 is supported by an anvil (not shown) of an ultrasonic connection device, and a horn tip (not shown) is pressed against the conductor 12 in the welded portion 22 to apply ultrasonic vibration. As a result, the conductor 12 is deformed into a quadrangular cross section that matches the shape of the welded portion 22, and the conductor welded portion 12 w having the quadrangular cross section is welded to the welded portion 22. After that, as shown in FIG. 19B, the welding portion 22 and the fixing piece 23 are caulked to connect the connection terminal 20 to the cable 10.
また、本発明の軟質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。 Further, a plating layer may be formed on the surface of the soft diluted copper alloy wire of the present invention. As the plating layer, for example, a layer mainly composed of tin, nickel, and silver is applicable, and so-called Pb-free plating may be used.
また、本発明の軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせて中心導体とし、中心導体の外周に絶縁体被覆を形成し、絶縁体被覆の外周に銅又は銅合金からなる外部導体を配置し、その外周にジャケット層を設けた同軸ケーブルとして使用することもできる。 Further, a plurality of soft diluted copper alloy wires of the present invention are twisted together to form a central conductor, an insulator coating is formed on the outer periphery of the central conductor, and an outer conductor made of copper or a copper alloy is disposed on the outer periphery of the insulator coating, It can also be used as a coaxial cable provided with a jacket layer on its outer periphery.
また、この同軸ケーブルの複数本をシールド層内に配置し、前記シールド層の外周にシースを設けた複合ケーブルとして使用することもできる。 Further, a plurality of coaxial cables can be arranged in the shield layer and used as a composite cable in which a sheath is provided on the outer periphery of the shield layer.
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。 In the above-described embodiment, the wire rod is manufactured by the SCR continuous casting rolling method, and the soft material is manufactured by hot rolling. However, the present invention is not limited to the twin roll continuous casting rolling method or the proper perch. You may make it manufacture by a type | formula continuous casting rolling method.
表1は実験条件と結果に関するものである。 Table 1 relates to experimental conditions and results.
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、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間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の銅線を作製したものである。その実験材を冷間伸線して、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。 First, as an experimental material, a φ8 mm copper wire (wire rod) processing degree of 99.3% was prepared at the oxygen concentration, sulfur concentration, and Ti concentration shown in Table 1, respectively. The φ8 mm copper wire is hot-rolled by SCR continuous casting and rolling. Ti flows the molten copper melted in the shaft furnace into the reed in the reducing gas atmosphere, guides the molten copper flowing in the reed to the casting pot of the same reducing gas atmosphere, and after adding Ti in this casting pot, An ingot rod was produced with a mold formed between the cast ring and the endless belt through the nozzle. This ingot rod is hot-rolled to produce a φ8 mm copper wire. The experimental material was cold-drawn, the semi-softening temperature and conductivity at a size of φ2.6 mm were measured, and the dispersed particle size at a copper wire of φ8 mm was evaluated.
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、Tiの各濃度はICP発光分光分析器で分析した結果である。 The oxygen concentration was measured with an oxygen analyzer (Leco® oxygen analyzer). Each concentration of sulfur and Ti is the result of analysis with an ICP emission spectroscopic analyzer.
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た。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。 The measurement of the semi-softening temperature in the size of φ2.6 mm was obtained from the result of quenching in water after holding each temperature at 400 ° C. or less for 1 hour and conducting a tensile test. It calculated | required using the result of the tensile test at room temperature, and the result of the tensile test of the soft copper wire which carried out the oil bath heat treatment for 1 hour at 400 degreeC. The temperature corresponding to the strength showing the value obtained by adding the tensile strengths of these two tensile tests and dividing by 2 was defined as the semi-softening temperature.
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500nm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、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。 It is desirable that the dispersed particles have a small size and are distributed a lot. The reason is that the size is small and the number is large because it functions as a sulfur deposition site. That is, the case where the number of dispersed particles having a diameter of 500 nm or less was 90% or more was regarded as acceptable. Here, the “size” is the size of the compound and means the size of the major axis of the major axis and minor axis of the shape of the compound. The “particles” refer to the TiO, TiO 2 , TiS, and Ti—O—S. “90%” indicates the ratio of the number of corresponding particles to the total number of particles.
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、銅溶湯にTiを、0〜18mass ppm添加したものである。 In Table 1, the comparative material 1 is a result of trial production of a copper wire having a diameter of φ8 mm in an Ar atmosphere in a laboratory, and is obtained by adding 0 to 18 mass ppm of Ti to a molten copper.
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。しかし工業的に要望がある導電率は98%IACS以上であり満足していたが、総合評価は×であった。 With this addition of Ti, 13 mass ppm decreases to 160 ° C. and becomes minimum with a semi-softening temperature of 215 ° C. with zero Ti addition, and increases with the addition of 15.18 mass ppm, and the desired softening temperature is 148 ° C. or less. Did not become. However, although the industrially required conductivity was 98% IACS or more, it was satisfactory, but the overall evaluation was x.
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。 Therefore, a Ø8 mm copper wire (wire rod) was prototyped by adjusting the oxygen concentration to 7 to 8 mass ppm by the SCR continuous casting and rolling method.
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102%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。 The comparative material 2 is one having a low Ti concentration (0.2 mass ppm) among the prototypes manufactured by the SCR continuous casting and rolling method, and the conductivity is 102% IACS or more, but the semi-softening temperature is 164 ° C, 157 ° C. Yes, because the required temperature of 148 ° C. or lower was not satisfied, the overall evaluation was x.
実施材1については、酸素濃度と硫黄が、ほぼ一定(7〜8mass ppm、5mass ppm)、Ti濃度の異なる(4〜55mass ppm)試作材の結果である。 About execution material 1, oxygen concentration and sulfur are almost constant (7-8 mass ppm, 5 mass ppm), and it is a result of a prototype material from which Ti concentration differs (4-55 mass ppm).
このTi濃度4〜55mass ppmの範囲では、軟化温度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○)。 When the Ti concentration is in the range of 4 to 55 mass ppm, the softening temperature is 148 ° C. or less, the conductivity is 98% IACS or more, 102% IACS or more, and the dispersed particle size is 500% or less of the particles of 90% or more. is there. And the surface of the wire rod is also clean, and all are satisfied as product performance (overall evaluation ○).
ここで、導電率100%IACS以上を満たすものは、Ti濃度が4〜37mass ppmのときであり、102%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。 Here, the case where the electrical conductivity satisfies 100% IACS or higher is when the Ti concentration is 4 to 37 mass ppm, and the case where the electrical conductivity satisfies 102% IACS or higher is when the Ti concentration is 4 to 25 mass ppm. When the Ti concentration was 13 mass ppm, the maximum conductivity was 102.4% IACS, and the conductivity was slightly lower in the vicinity of this concentration. This is because when Ti is 13 mass ppm, the sulfur content in copper is captured as a compound, thereby showing conductivity close to that of high-purity copper (6N).
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。 Therefore, both the semi-softening temperature and the conductivity can be satisfied by increasing the oxygen concentration and adding Ti.
比較材3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。 Comparative material 3 is a prototype material having a Ti concentration as high as 60 mass ppm. In this comparative material 3, the electrical conductivity satisfies the request, but the semi-softening temperature is 148 ° C. or higher, and the product performance is not satisfied. Furthermore, there were many surface damages on the wire rod, making it difficult to produce a product. Therefore, the addition amount of Ti is preferably less than 60 mass ppm.
次に実施材2については、硫黄濃度を5mass ppmとし、Ti濃度を13〜10mass 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。 Next, Example Material 2 is a prototype material in which the sulfur concentration is set to 5 mass ppm, the Ti concentration is set to 13 to 10 mass ppm, and the oxygen concentration is changed to examine the influence of the oxygen concentration.
酸素濃度に関しては、2を超えて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。 Regarding the oxygen concentration, prototype materials with greatly different concentrations from 2 to 30 mass ppm or less were used. However, when oxygen is less than 2 mass ppm, production is difficult and stable production cannot be performed, so the overall evaluation is Δ. It was also found that even when the oxygen concentration was increased to 30 mass ppm, both the semi-softening temperature and the conductivity were satisfied.
また比較材4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。 Moreover, as shown in the comparative material 4, when oxygen was 40 mass ppm, there were many scratches on the surface of the wire rod, and the product did not become a product.
よって、酸素濃度が2を超えて30mass ppm以下の範囲とすることで、半軟化温度、導電率102%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。 Therefore, by setting the oxygen concentration in the range of more than 2 and 30 mass ppm or less, the properties of semi-softening temperature, conductivity of 102% IACS or more, and dispersed particle size can be satisfied, and the surface of the wire rod is also clean. In any case, the product performance can be satisfied.
本発明者らは、添加した酸素が銅に対するTiの平衡固溶量を低くしているために、上記特性を満足するものと理解している。すなわち、実施例における半軟化温度の低減と導電率の向上は銅中に固溶しているTiとSの量が減少したことによって起こったものと理解している。酸素はそれ自身で軟化を及ぼす影響が少ないが、実施材においてTiとSとの固溶量を低下させている。このTiとSの固溶量の減少はTiO、TiS、Ti−O−S、TiO2などの化合物の析出等の形成により生ずると考えられ、事実、上述のとおり、TiO、TiS、Ti−O−S、TiO2などの化合物の存在が確認されている。 The inventors of the present invention understand that the added oxygen satisfies the above characteristics because it lowers the equilibrium solid solution amount of Ti with respect to copper. That is, it is understood that the reduction of the semi-softening temperature and the improvement of the electrical conductivity in the examples are caused by a decrease in the amount of Ti and S dissolved in copper. Oxygen itself has little influence on softening, but it reduces the solid solution amount of Ti and S in the working material. This decrease in the solid solution amount of Ti and S is considered to be caused by the formation of precipitation of compounds such as TiO, TiS, Ti—O—S, TiO 2 , and in fact, as described above, TiO, TiS, Ti—O. Presence of compounds such as -S and TiO 2 has been confirmed.
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、Ti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。 Next, the implementation material 3 is an example of a prototype material in which the oxygen concentration and the Ti concentration are relatively close to each other, and the Ti concentration is changed to 4 to 20 mass ppm. In this material 3, the prototype material with less than 2 mass ppm of sulfur could not be realized from the raw material side, but by satisfying both the semi-softening temperature and the conductivity by controlling the concentrations of Ti and sulfur. Can do.
比較材5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。 When the sulfur concentration of the comparative material 5 was 18 mass ppm and the Ti concentration was 13 mass ppm, the semi-softening temperature was high at 162 ° C. and the required characteristics could not be satisfied. Moreover, since the surface quality of the wire rod was particularly poor, it was difficult to commercialize the product.
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102%IACS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。 From the above, when the sulfur concentration is 2 to 12 mass ppm, the characteristics of the semi-softening temperature, the conductivity of 102% IACS or more, and the dispersed particle size are all satisfied, and the surface of the wire rod is clean and all the product performance is achieved. I was satisfied.
また比較材6として高純度銅(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、500nm以下の粒子はまったく認められなかった。 Moreover, although the examination result using high-purity copper (6N) as the comparative material 6 was shown, it is a semi-softening temperature 127-130 degreeC, electrical conductivity is 102.8% IACS, and dispersion particle size is also 500 nm or less. No particles were observed.
表2は、製造条件としての、溶融銅の溶銅温度と熱間圧延温度を示したものである。 Table 2 shows the molten copper temperature and hot rolling temperature of the molten copper as manufacturing conditions.
比較材7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。 Comparative material 7 shows the result of trial manufacture of a wire rod of φ8 mm at a molten metal temperature of 1330 to 1350 ° C. and a rolling temperature of 950 to 600 ° C.
この比較材7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た。 Although this comparative material 7 satisfied the semi-softening temperature and the electrical conductivity, the size of the dispersed particles was about 1000 nm, and the particles of 500 nm or more exceeded 10%. Therefore, this was inappropriate.
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、ワイヤロッド(WR)の表面品質、分散粒子サイズも良好で、総合評価は○であった。 The execution material 4 shows the result of trial manufacture of a φ8 mm wire rod at a molten copper temperature of 1200 to 1320 ° C. and a lower rolling temperature of 880 to 550 ° C. About this implementation material 4, the surface quality of the wire rod (WR) and the dispersed particle size were good, and the overall evaluation was good.
比較材8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る。 Comparative material 8 shows the result of trial production of a wire rod of φ8 mm at a molten copper temperature of 1100 ° C. and a lower rolling temperature of 880 to 550 ° C. Since this comparative material 8 had a low molten copper temperature, the wire rod had many surface scratches and was not suitable for the product. This is because scratches are likely to occur during rolling because the molten copper temperature is low.
比較材9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9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。 Comparative material 9 shows the result of trial manufacture of a wire rod of φ8 mm at a molten metal temperature of 1300 ° C. and a higher rolling temperature of 950 to 600 ° C. Since this comparative material 9 had a high hot rolling temperature, the surface quality of the wire rod was good, but some of the dispersed particles were large, and the overall evaluation was x.
比較材10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10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。 Comparative material 10 shows the result of trial manufacture of a φ8 mm wire rod at a molten copper temperature of 1350 ° C. and a lower rolling temperature of 880 to 550 ° C. Since this comparative material 10 had a high molten copper temperature, some of the dispersed particles had a large size, and the overall evaluation was x.
[軟質希薄銅合金線の軟質特性]
表3は、無酸素銅線を用いた比較材11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)を検証した表である。
[Soft characteristics of soft dilute copper alloy wire]
Table 3 shows a sample of the comparative material 11 using an oxygen-free copper wire and the embodiment material 5 using a soft dilute copper alloy wire containing 13 mass ppm Ti in low-oxygen copper, and annealing at different annealing temperatures for 1 hour. It is the table | surface which verified Vickers hardness (Hv) of what gave.
実施材5は、表1の実施材1に記載した合金組成と同じものを使用した。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11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。 The implementation material 5 was the same as the alloy composition described in the implementation material 1 of Table 1. As a sample, a 2.6 mm diameter sample was used. According to this table, when the annealing temperature is 400 ° C., the Vickers hardness (Hv) of the comparative material 11 and the execution material 5 is equivalent, and even when the annealing temperature is 600 ° C., the equivalent Vickers hardness (Hv) is shown. Yes. From this, the soft dilute copper alloy wire of the present invention has sufficient soft properties and has excellent soft properties even in the region where the annealing temperature exceeds 400 ° C., even when compared with the oxygen-free copper wire. I understand that.
[軟質希薄銅合金線の耐力及び屈曲寿命についての検討]
表4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表である。なお、試料としては、2.6mm径の試料を用いた。
[Study on yield strength and bending life of soft diluted copper alloy wire]
Table 4 shows a comparison material 12 using an oxygen-free copper wire and an embodiment material 6 using a soft dilute copper alloy wire containing 13 mass ppm Ti in low-oxygen copper, and annealed for 1 hour at different annealing temperatures. It is the table | surface which verified the transition of 0.2% proof stress value of what was given. As a sample, a 2.6 mm diameter sample was used.
この表4によると、焼鈍温度が400℃のときに比較材12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12もほぼ同等の0.2%耐力値となっていることがわかる。 According to Table 4, the 0.2% proof stress value of the comparative material 12 and the execution material 6 is the same level when the annealing temperature is 400 ° C., and the execution material 6 and the comparative material 12 are substantially equivalent at the annealing temperature of 600 ° C. It turns out that it is 0.2% yield strength value.
つぎに、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が、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結果を図8に表す。 Next, the soft dilute copper alloy wire according to the present invention is required to have a high flex life, but the comparative material 13 using an oxygen-free copper wire and the soft dilute copper alloy wire obtained by adding Ti to low oxygen copper are used. The result of measuring the bending life of the used material 7 is shown in FIG.
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13は比較材11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。 Here, as a sample, a 0.26 mm-diameter wire annealed at an annealing temperature of 400 ° C. for 1 hour is used, the comparative material 13 has the same component composition as the comparative material 11, and the implementation material 7 is also used. The component composition similar to that of Example Material 5 was used.
ここに、屈曲寿命の測定方法は、屈曲疲労試験により行った。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。屈曲疲労試験は、図7に示す。 Here, the bending life was measured by a bending fatigue test. The bending fatigue test is a test in which a load is applied and repeated bending strain of tension and compression is applied to the sample surface. The bending fatigue test is shown in FIG.
試料2は、(A)のように曲げ治具1のリング3、3の間にセットし、クランプ4で把持し、荷重W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
Specimen 2 is set between rings 3 and 3 of bending jig 1 as shown in (A), held by clamp 4, and the jig rotates 90 degrees as shown in (B) with load W applied. Give a bend. By this operation, a compressive strain is applied to the surface of the wire rod in contact with the bending jig, and a tensile strain is applied to the opposite surface correspondingly. Thereafter, the state returns to the state (A) again. Next, it is rotated 90 degrees in the direction opposite to the direction shown in FIG. Also in this case, a compressive strain is applied to the surface of the wire rod in contact with the bending jig, and a tensile strain is applied to the surface on the opposite side, corresponding to the state (C). And it returns to the first state (A) from (C). The time required for one cycle of bending fatigue (A) → (B) → (A) → (C) → (A) is 4 seconds. The surface bending strain can be obtained by the following equation.
Surface bending strain (%) = r / (R + r) × 100 (%)
R: strand bending radius (30 mm), r = element radius
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13に比して高い屈曲寿命を示した。 According to the experimental data of FIG. 8, the working material 7 according to the present invention showed a higher bending life than the comparative material 13.
また、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結果を図9に表す。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14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り行った。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13、14に比して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。 Moreover, the result of having measured the bending life in the comparative material 14 using an oxygen free copper wire and the implementation material 8 using the soft dilute copper alloy wire which added Ti to low oxygen copper is shown in FIG. Here, a sample obtained by subjecting a 0.26 mm diameter wire to an annealing temperature of 600 ° C. for 1 hour is used, the comparative material 14 has the same composition as the comparative material 11, and the implementation material 8 is also used. The component composition similar to that of Example Material 5 was used. The measuring method of the bending life was performed under the same conditions as the measuring method of FIG. Also in this case, the working material 8 according to the present invention showed a higher bending life than the comparative material 14. This result is understood to be due to the fact that the execution materials 7 and 8 showed a larger 0.2% proof stress value than the comparative materials 13 and 14 under any annealing conditions. Is done.
[軟質希薄銅合金線の結晶構造についての検討]
また、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。図11は、比較材14の結晶構造を示し、図10は実施材8の結晶構造を示す。これをみると、比較材14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。
[Examination of crystal structure of soft dilute copper alloy wire]
10 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the sample of the embodiment material 8, and FIG. 11 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the comparative material 14. FIG. 11 shows the crystal structure of the comparative material 14, and FIG. 10 shows the crystal structure of the working material 8. From this, it can be seen that the crystal structure of the comparative material 14 has uniform crystal grains of uniform size as a whole from the surface to the center. On the other hand, the crystal structure of the embodiment material 8 has a sparse crystal grain size as a whole, and it should be noted that the crystal grain size in the thin layer formed near the surface in the cross-sectional direction of the sample is internal. It is extremely small compared to the crystal grain size.
発明者らは、比較材14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。 The inventors believe that the fine crystal grain layer that appears on the surface layer, which is not formed in the comparative material 14, contributes to the improvement of the bending characteristics of the working material 8.
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14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。 This is understood that, if the annealing treatment is normally performed at an annealing temperature of 600 ° C. for 1 hour, crystal grains uniformly coarsened by recrystallization are formed as in the comparative material 14. However, in the case of the present invention, the fine crystal grain layer still remains on the surface layer even when the annealing treatment is performed at an annealing temperature of 600 ° C. for 1 hour. It is considered that a soft dilute copper alloy material having a good thickness was obtained.
そして、図10および図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14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方法は、図12に示すように、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た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。 And based on the cross-sectional photograph of the crystal structure shown to FIG. 10 and FIG. 11, the average crystal grain size in the surface layer of the sample of the implementation material 8 and the comparison material 14 was measured. Here, as shown in FIG. 12, the measurement method of the average crystal grain size in the surface layer is 1 mm in length from the surface of the cross section in the width direction of 0.26 mm diameter to the depth of 50 μm at 10 μm intervals in the depth direction. A value obtained by averaging the actually measured values of the crystal grain sizes in the range on the line was defined as the average crystal grain size in the surface layer.
測定の結果、比較材14の表層における平均結晶粒サイズは、50μm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。 As a result of the measurement, the average crystal grain size in the surface layer of the comparative material 14 was 50 μm, whereas the average crystal grain size in the surface layer of the example material 8 was greatly different in that it was 10 μm. It is considered that the growth of cracks in the bending fatigue test was suppressed by the fine average grain size of the surface layer, and the bending fatigue life was extended (if the grain size is large, cracks propagate along the grain boundaries). If the crystal grain size is small, the direction of crack growth changes, so the growth is suppressed). As described above, this is considered to have caused a great difference in the bending characteristics between the comparative material and the working material.
また、2.6mm径である実施材6、比較材12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。 In addition, the average crystal grain size in the surface layer of the embodiment material 6 and the comparison material 12 having a diameter of 2.6 mm is 10 mm in length at a depth of 50 μm in the depth direction from the surface of the cross section in the width direction of 2.6 mm diameter. The grain size in the range was measured.
測定の結果、比較材12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の表層における平均結晶粒サイズは、20μmであった。 As a result of the measurement, the average crystal grain size in the surface layer of the comparative material 12 was 100 μm, whereas the average crystal grain size in the surface layer of the example material 6 was 20 μm.
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。 As an effect of the present invention, the upper limit value of the average grain size of the surface layer is preferably 20 μm or less, and a value of 5 μm or more is assumed from the manufacturing limit value.
[軟質希薄銅合金材料の結晶構造についての検討]
図13は、実施材9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14は、比較材15の幅方向の断面組織の写真を表したものである。図13は実施材9の結晶構造を示し、図14は、比較材15の結晶構造を示す。
[Examination of crystal structure of soft dilute copper alloy material]
FIG. 13 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the sample of the embodiment material 9, and FIG. 14 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the comparative material 15. FIG. 13 shows the crystal structure of Example Material 9, and FIG.
実施材9は、表1に示す実施材1の上から3番目の最も軟質材導電率が高い0.26mm径の線材である。この実施材9は、焼鈍温度400℃で1時間の焼鈍処理を経て作製される。 The implementation material 9 is a 0.26 mm diameter wire having the third highest soft material conductivity from the top of the implementation material 1 shown in Table 1. This execution material 9 is produced through an annealing treatment at an annealing temperature of 400 ° C. for 1 hour.
比較材15は、無酸素銅(OFC)からなる0.26mm径の線材である。この比較材15は、焼鈍温度400℃で1時間の焼鈍処理を経て作製される。実施材9および比較材15の導電率を表5に示す。 The comparative material 15 is a 0.26 mm diameter wire made of oxygen-free copper (OFC). The comparative material 15 is manufactured through an annealing process at an annealing temperature of 400 ° C. for 1 hour. Table 5 shows the electrical conductivity of Example Material 9 and Comparative Material 15.
図13および図14に示すように、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9の結晶構造は、表層と内部とで結晶粒の大きさに差があり、表層における結晶粒サイズに比べて内部の結晶粒サイズが極めて大きくなっている。 As shown in FIG. 13 and FIG. 14, it can be seen that the crystal structure of the comparative material 15 has uniform crystal grains having the same overall size from the surface portion to the center portion. On the other hand, the crystal structure of the embodiment material 9 has a difference in crystal grain size between the surface layer and the inside, and the inside crystal grain size is extremely larger than the crystal grain size in the surface layer.
実施材9は、例えば、φ2.6mm、φ0.26mmとなるように加工した導体の銅中のSをTi−S、Ti−O−Sの形で捕捉している。また、銅中に含まれる酸素(O)は、例えば、TiO2のように、TixOyの形で存在しており、結晶粒内、結晶粒界に析出している。 For example, the execution material 9 captures S in the copper of the conductor processed so as to have φ2.6 mm and φ0.26 mm in the form of Ti—S and Ti—O—S. The oxygen contained in the copper (O), for example, as TiO 2, is present in the form of TixOy, the crystal grains are precipitated in the grain boundaries.
このため、銅を焼鈍して結晶組織を再結晶させたときには、実施材9は、再結晶化が進み易く内部の結晶粒が大きく成長する。このため、実施材9は、比較材15と比べて、電流を流したときに、電子の流れが妨げられることが少なく進むこととなり、電気抵抗が小さくなる。従って、実施材9は、比較材15と比べて導電率(%IACS)が大きくなる。 For this reason, when copper is annealed and the crystal structure is recrystallized, the recrystallized material 9 tends to proceed recrystallized, and the internal crystal grains grow greatly. For this reason, compared with the comparative material 15, the implementation material 9 progresses with less obstruction of the flow of electrons when a current is passed, and the electrical resistance is reduced. Therefore, the implementation material 9 has a higher conductivity (% IACS) than the comparison material 15.
以上の結果により、実施材9を用いた製品では、軟らかく、導電率が向上し、且つ屈曲特性を向上させることができる。従来の導体では、結晶組織を実施材9のような大きさに再結晶させるためには、高温の焼鈍処理が必要となる。しかし、焼鈍温度が高過ぎると、Sが再固溶してしまう。また、従来の導体では、再結晶させると、軟らかくなり、屈曲特性は低下する問題があった。上記に記載の実施材9では、焼鈍したときに双晶とならずに再結晶できるため、内部の結晶粒が大きくなり、軟らかくなるが、一方で表層は、微細結晶が残っているため、屈曲特性が低下しない特徴がある。 Based on the above results, the product using the embodiment material 9 is soft, has improved conductivity, and improved bending characteristics. In the conventional conductor, a high-temperature annealing process is required to recrystallize the crystal structure to the size of the embodiment material 9. However, if the annealing temperature is too high, S will be re-dissolved. Further, the conventional conductor has a problem that when it is recrystallized, it becomes soft and the bending property is lowered. In the embodiment material 9 described above, since it can be recrystallized without being twinned when annealed, the internal crystal grains become large and soft, but the surface layer is bent because fine crystals remain. There is a characteristic that the characteristics do not deteriorate.
[軟質希薄銅合金線の伸び特性と結晶構造との関係について]
図15は、2.6mm径の無酸素銅線を用いた比較材15と2.6mm径の低酸素銅に13mass ppmのTiを含有した軟質希薄銅合金線を用いた実施材9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伸び(%)の値の推移を検証したグラフである。ここでの試料は、8mm径から2.6mm径まで伸線加工した(加工度90%)ものである。比較材15は、表1の比較材1の一番上に記載の組成と同じものを使用した。図15に示す丸記号は、実施材9を示し、四角記号は、比較材15を示す。
[Relationship between elongation characteristics and crystal structure of soft dilute copper alloy wire]
FIG. 15 shows, as a sample, a comparative material 15 using an oxygen-free copper wire having a diameter of 2.6 mm and an embodiment material 9 using a soft dilute copper alloy wire containing 13 mass ppm of Ti in low-oxygen copper having a diameter of 2.6 mm. It is the graph which verified the transition of the value of elongation (%) of what annealed for 1 hour at different annealing temperature. The sample here is a wire drawn from an 8 mm diameter to a 2.6 mm diameter (working degree 90%). As the comparative material 15, the same composition as that described at the top of the comparative material 1 in Table 1 was used. A circle symbol shown in FIG. 15 indicates the implementation material 9, and a square symbol indicates the comparison material 15.
このグラフによると、比較材15に比して実施材9の方が、焼鈍温度100℃を超え130℃付近から900℃の広い範囲で優れた伸び特性を示すことがわかる。とりわけ、焼鈍温度150℃〜600℃未満の領域において、比較材15に比して優れた伸び特性を示していることがわかる。特に焼鈍温度150℃〜550℃の付近においては伸びの値40%以上を備えており、焼鈍温度260℃〜400℃では伸びの値45%以上を備えていることがわかる。 According to this graph, it can be seen that the embodiment material 9 exhibits excellent elongation characteristics over a wide range from about 130 ° C. to 900 ° C., compared with the comparative material 15, with the annealing temperature exceeding 100 ° C. In particular, it can be seen that in the region where the annealing temperature is 150 ° C. to less than 600 ° C., excellent elongation characteristics are exhibited as compared with the comparative material 15. In particular, it can be seen that an elongation value of 40% or more is provided in the vicinity of an annealing temperature of 150 ° C to 550 ° C, and an elongation value of 45% or more is provided at an annealing temperature of 260 ° C to 400 ° C.
実施材9の試料と比較例15の試料の各温度条件に対して1時間の熱処理を施した伸びの値を表6に示す。 Table 6 shows the elongation values after heat treatment for 1 hour for each temperature condition of the sample of the embodiment material 9 and the sample of the comparative example 15.
実施材9の試料の伸びの値と比較材15の試料の伸びの値との定量的な比較を試みるべく、比較材15の焼鈍処理を施した状態での伸びの値の平均値を求め、これと実施材9の試料の伸びの値とを比較することとした。 In order to attempt a quantitative comparison between the elongation value of the sample of the embodiment material 9 and the elongation value of the sample of the comparative material 15, the average value of the elongation values in a state where the annealing treatment of the comparative material 15 was performed was obtained. This was compared with the elongation value of the sample of Example Material 9.
一般に、軟質銅線の焼鈍処理を施した状態とは、試料の伸びの値が25%以上程度のものをいうため、ここでは、軟質銅線として一般に要求される25%以上の伸びの値を有するものを基準することとした。 In general, the annealed state of the soft copper wire means that the elongation value of the sample is about 25% or more, and here, the elongation value of 25% or more generally required as a soft copper wire is used. We decided to reference what we have.
比較材15の試料を220℃以下の温度条件で1時間の熱処理をした場合については、現実的に焼鈍処理が施されたとは言い難いものであった。そのため、150℃の温度条件で1時間の熱処理における伸びの値は測定しなかった。一方で、比較材15の試料を500℃の温度条件で1時間の熱処理をした場合については、24%の伸びの値を示しており、過焼鈍の状態にあると判断した。 When the sample of the comparative material 15 was heat-treated for 1 hour under a temperature condition of 220 ° C. or lower, it was difficult to say that the annealing treatment was actually performed. Therefore, the elongation value in the heat treatment for 1 hour under the temperature condition of 150 ° C. was not measured. On the other hand, when the sample of the comparative material 15 was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour, it showed an elongation value of 24% and was judged to be in an over-annealed state.
このため、比較材15の試料の伸びの値の平均値は、軟質銅線として焼鈍処理を施された状態にあると判断される240℃〜400℃における4点の伸びの値の平均値(41.0%)を求め、この平均値を基準として、実施材9の試料の伸びの値との比較を行った。すると、実施材9の試料のうち、150℃〜500℃の温度条件で1時間の熱処理を実施したものについては、いずれも無酸素銅線である比較材15の試料の伸びの値の平均値(41.0%)よりも1%以上高い優れた伸び値を示していることがわかった。 For this reason, the average value of the elongation values of the samples of the comparative material 15 is the average value of the elongation values at four points at 240 ° C. to 400 ° C., which is judged to be in the state of being annealed as a soft copper wire ( 41.0%) was obtained, and the average value was used as a reference and compared with the elongation value of the sample of the embodiment material 9. Then, the average value of the elongation values of the samples of the comparative material 15 that is an oxygen-free copper wire for all the samples of the implementation material 9 that were subjected to the heat treatment for 1 hour under the temperature condition of 150 ° C. to 500 ° C. It was found that it showed an excellent elongation value of 1% or more higher than (41.0%).
また、焼鈍温度500℃における実施材9の銅線の断面写真を示したのが図16である。この図16をみると、銅線の断面全体において微細な結晶組織が形成されており、この微細な結晶組織が伸び特性に寄与しているものと思われる。これに対し、焼鈍温度500℃における比較材15の断面組織は2次再結晶が進んでおり、図16の結晶組織に比して、断面組織中の結晶粒が粗大化しているため、伸び特性が低下したものと考えられる。 Further, FIG. 16 shows a cross-sectional photograph of the copper wire of the embodiment material 9 at an annealing temperature of 500 ° C. FIG. 16 shows that a fine crystal structure is formed in the entire cross section of the copper wire, and this fine crystal structure seems to contribute to the elongation characteristics. On the other hand, the cross-sectional structure of the comparative material 15 at the annealing temperature of 500 ° C. has undergone secondary recrystallization, and the crystal grains in the cross-sectional structure are coarser than the crystal structure of FIG. Is thought to have been reduced.
また、焼鈍温度700℃における実施材9の銅線の断面写真を示したのが図17である。銅線の断面における表層の結晶粒サイズが、内部における結晶粒サイズに比べて極めて小さくなっていることがわかる。内部における結晶組織は2次再結晶が進んでいるものの、外層における微細な結晶粒の層は残存している。実施材9は、内部の結晶組織が大きく成長するが、表層に微細結晶の層が残っているため、伸び特性を維持しているものと思われる。 Further, FIG. 17 shows a cross-sectional photograph of the copper wire of Example Material 9 at an annealing temperature of 700 ° C. It turns out that the crystal grain size of the surface layer in the cross section of a copper wire is very small compared with the crystal grain size inside. Although the internal crystal structure is undergoing secondary recrystallization, a fine crystal grain layer in the outer layer remains. Although the inner crystal structure grows greatly in the execution material 9, since the fine crystal layer remains on the surface layer, it seems that the elongation characteristics are maintained.
これに対して図18に示す焼鈍温度700℃における比較材15の断面組織は、表面から中央にかけて全体的に略等しい大きさの結晶粒が均一に並んでおり、断面組織全体において2次再結晶が進行しているため、実施材9に比して比較材15の600℃以上の高温領域における伸び特性は、低下しているものと考えられる。 On the other hand, in the cross-sectional structure of the comparative material 15 at the annealing temperature of 700 ° C. shown in FIG. 18, crystal grains having substantially the same size are arranged uniformly from the surface to the center, and secondary recrystallization is performed in the entire cross-sectional structure. Therefore, it is considered that the elongation property of the comparative material 15 in the high temperature region of 600 ° C. or higher is lower than that of the working material 9.
このように、実施材9では、比較材15よりも伸び特性の点で優れているため、この導体を用いて撚線を製造するときの取り扱い性に優れ、耐屈曲特性に優れ、曲げやすさの点においてもケーブルの配策が容易になるという利点がある。 As described above, the embodiment material 9 is superior to the comparison material 15 in terms of elongation characteristics, and therefore, it is excellent in handling property when producing a stranded wire using this conductor, excellent in bending resistance characteristics, and easy to bend. Also in this point, there is an advantage that the cable arrangement becomes easy.
また実施材9は、少なくとも表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、かつ、焼鈍処理が施された無酸素銅線の伸びの値の平均値よりも1%以上高い優れた伸びの値を有するため、これを例えばマルチワイヤ配線板の絶縁被覆銅線に使用すれば、接着剤付き絶縁基板の上に銅線の表面に絶縁層を形成した複数の絶縁被覆銅線を互いに交差させた交差部を形成して溶着させて使用しても、従来の無酸素銅線を使用する場合に比較して、配線作業の途中で断線が起こるリスクを低減することができ、配線の信頼性を高めることができる利点がある。 In addition, the embodiment material 9 has an average crystal grain size of 20 μm or less in the surface layer at least from the surface to a depth of 50 μm, and is 1% or more higher than the average value of the elongation of the oxygen-free copper wire subjected to the annealing treatment. Since it has an excellent elongation value, if it is used for, for example, an insulating coated copper wire of a multi-wire wiring board, a plurality of insulating coated copper wires having an insulating layer formed on the surface of the copper wire on an insulating substrate with an adhesive Even if it is used by forming a crossed portion crossing each other and welding, compared with the case of using a conventional oxygen-free copper wire, it can reduce the risk of disconnection in the middle of wiring work, There is an advantage that the reliability of the wiring can be increased.
次に、実施材9及び比較材15を、例えば、8mm径からインライン伸線機にて伸線と通電アニールを行い、2.6mm径の焼鈍線材を作製する。得られた2.6mm径の線材をインライン伸線機にて伸線と通電アニールを行い、0.45mm径の軟質銅線を作製する。この0.45mm径の軟質銅線を50本撚り合わせた撚線を、銅端子に超音波接続によって接続したときの印加エネルギー比較を示したものが表7である。 Next, the implementation material 9 and the comparative material 15 are drawn and energized with an in-line wire drawing machine from an 8 mm diameter, for example, to produce a 2.6 mm diameter annealed wire. The obtained 2.6 mm diameter wire is drawn and energized with an in-line wire drawing machine to produce a 0.45 mm diameter soft copper wire. Table 7 shows a comparison of applied energy when 50 twisted soft copper wires having a diameter of 0.45 mm are connected to a copper terminal by ultrasonic connection.
これによると、実施材9は、比較材15に比べて少ないエネルギーで接続できることが分かる。これは、実施材9がやわらかいことによって、導体の変形がし易いことによるものと思われる。 According to this, it can be seen that the working material 9 can be connected with less energy than the comparative material 15. This is presumably because the conductor 9 is easy to deform due to the softness of the embodiment material 9.
また、接続した後の導体は、実使用時の振動や冷熱サイクルが負荷された場合でも、接続時のダメージが少ないこと及び表面結晶が細かいことによって、導体内に進展する亀裂を小さくすることが可能となる。これによって、信輯性向上が図れる。 In addition, the conductor after connection may reduce cracks that develop in the conductor due to less damage during connection and fine surface crystals, even when vibration and cooling cycles during actual use are loaded. It becomes possible. As a result, credibility can be improved.
以上、本発明の実施の形態及びその変形例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び変形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、実施の形態及び変形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。 As mentioned above, although embodiment of this invention and its modification were demonstrated, embodiment and modification which were described above do not limit the invention which concerns on a claim. In addition, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments and the modifications are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention.
10 ケーブル
11 軟質希薄銅合金線
12 導体
13 絶縁体被覆
20 接続端子
22 溶接部
10 Cable 11 Soft dilute copper alloy wire 12 Conductor 13 Insulator coating 20 Connection terminal 22 Welded part
Claims (3)
前記軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせて導体とし、その導体の外周に絶縁体被覆を形成してケーブルを作製する工程と、
前記ケーブルの端末の導体を接続端子に超音波接合する工程と
を備えたことを特徴とする軟質希薄銅合金線と接続端子との接合方法。 A soft dilute copper alloy material containing copper and an additive element that easily binds to S selected from the group consisting of Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Hf, Fe, Mn, and Cr. The wire was drawn and annealed, and a rough drawn wire having an average grain size of 20 μm or less in the surface layer from the surface to a depth of 50 μm and an elongation value after annealing of 40% or more was drawn. While performing annealing while producing a soft dilute copper alloy wire,
Twisting a plurality of the soft dilute copper alloy wires into a conductor, and forming a cable by forming an insulator coating on the outer periphery of the conductor; and
And a step of ultrasonically bonding a conductor at a terminal of the cable to a connection terminal. A method for bonding a soft dilute copper alloy wire and a connection terminal.
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