JP2608817B2 - 伸び特性に優れた導電性高力銅合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、銅合金に係わり、特
に、例えば自動車用電線の導体等として用いた場合に、
導電率の大幅な低下を招くことなく、機械的衝撃に対し
高強度で、圧着端子部における引張りおよび屈曲による
断線を減少させることができ、伸び特性の向上を図るこ
とのできる伸び特性に優れた導電性高力銅合金に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から自動車の自動車用電線の導体と
しては軟銅線が主として用いられてきた。近年、ＡＴ
（オート・トランスミッション）車の普及に伴ってキャ
ブレタから電子燃料噴射装置への転換が図られ、各種計
器類等車載装置の電子化が図られている。このような車
載装置の電子化等に伴い、自動車内における電気、電子
配線回路の数が著しく増加し、自動車内における占積空
間が増加し、自動車用電線による自動車総重量の増加を
招いている。

【０００３】しかし、自動車の車体は、燃費の向上の点
から軽量であることが望ましく、自動車用電線の使用量
の増加は、車体の軽量化に逆行することとなる。そこ
で、車体の軽量化を図る上から、自動車内の配線回路数
の増加があっても、自動車内における占積空間の狭小
化、及び自動車用電線の総重量の増加の抑制の要望が強
まっている。

【０００４】自動車に搭載されるマイクロコンピュータ
等に接続し微小電流を流すリード線等は極細い径の電線
で充分である。しかし、自動車走行中に生じる振動衝撃
が甚だしく大きく、エンジンルーム内が異常な高温とな
り、充分な機械的強度を有していないと接合部がはずれ
たり、断線を生じ、自動車走行に支障を生じたりするこ
とがあるため従来は、電気的な必要径より大きな径の導
体が用いていた。

【０００５】しかし、充分な機械的強度を確保するた
め、電気的な必要径より大きな径の導体を用いていたの
では、配線回路数が増加した場合、電気、電子配線回路
に用いる自動車用電線の軽量化及び占積空間の狭小化を
図ることはできない。

【０００６】そこで、自動車用電線を軽量化するため導
体外径を小さくしても機械的強度を確保することのでき
る硬銅線が検討されたが、硬銅線は材質的に伸びが著し
く小さい。このため、硬銅線を用いて端子間を圧着接合
しても、自動車走行中に生じる振動衝撃の外力による機
械的負荷が接合部に加わると、この接合部が損傷してし
まうことがある。このように硬銅線を用いて端子間を圧
着接合すると、端子圧着箇所が機械的な弱点部となり外
的衝撃によって断線を生じやすく信頼性に乏しいという
結果を招来している。

【０００７】また、自動車用電線の使用重量を小さくす
ることは、導体径を小さくすることによって実現が可能
であるが、従来の如き硬銅線にあっては、導体外径を小
さくすると機械的強度が低下してしまう。そこで、近
年、導体外径を小さくしても、機械的強度を確保でき、
比較的良好な繰り返し屈曲強度及び導電性を有する銅合
金としてＮｉ−Ｔｉ銅合金、Ｎｉ−Ｓｉ銅合金等発明さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このＮｉ−Ｔｉ銅合金
は、Ｎｉ−Ｔｉの金属間化合物を、銅マトリクス中に析
出させることにより、導電性を大きく低下させずに、引
張り強さを向上させたものである。しかしながら、この
Ｎｉ−Ｔｉ銅合金は、自動車走行中に生じる振動衝撃等
の外力による機械的負荷に耐え得るに充分な引張り強さ
を得ることができず、伸び特性及び耐屈曲性が充分でな
いという問題点を有している。

【０００９】また、Ｎｉ−Ｓｉ銅合金は、Ｎｉ−Ｓｉの
金属間化合物を、銅マトリクス中に析出させることによ
り、導電性を大きく低下させずに、引張り強さを向上さ
せたものである。しかしながら、このＮｉ−Ｓｉ銅合金
は、自動車走行中に生じる振動衝撃等の外力による機械
的負荷に耐え得るに充分な引張り強さを得ることがで
き、伸び特性及び耐屈曲性が充分でないという問題点を
有している。

【００１０】本願第１及び第２の発明は、伸び特性を向
上し、導電率の大幅な低下を招くことなく、機械的衝撃
に対し高強度で、圧着端子部における引張り及び屈曲に
よる断線を減少させることができ、かつ軽量化を計るこ
とのできる伸び特性に優れた導電性高力銅合金を提供す
ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願第１の発明の伸び特性に優れた導電性高力銅合
金においては、Ｓｉに対するＮｉの比率が４〜５の範囲
内において、Ｎｉを１．０〜２．０ｗｔ％、Ｓｉを０．
２〜０．５ｗｔ％、含有し、さらにＩｎを０．０５〜
０．５ｗｔ％、Ｓｎを０．４〜１．０ｗｔ％含有し、残
部が基本的に銅によって構成したものである。

【００１２】すなわち、上記目的を達成するために、本
願第１の発明の伸び特性に優れた導電性高力銅合金にお
いては、銅マトリクス中にＮｉとＳｉの金属間化合物を
析出させ、これによって導電性を大幅に低下させること
なく、引張り強さを向上し、Ｉｎを加えることにより一
段と引張り強さを高めると共に耐屈曲性を向上させ、伸
びも向上させたものである。

【００１３】本願第１の発明において、Ｎｉの含有量を
１．０〜２．０ｗｔ％、としたのは、Ｎｉの含有量が
１．０ｗｔ％未満では、Ｓｉとの金属間化合物の析出に
よる引張り強さの向上が小さく、Ｎｉの含有量が２．０
ｗｔ％を超えると、引張り強さは向上するがＣｕ母相中
へ固溶するＮｉが多くなり、導電性を著しく損ない、細
線加工の加工性が悪化するためである。

【００１４】また、本願第１の発明において、Ｓｉの含
有量を０．２〜０．５ｗｔ％、としたのは、Ｓｉの含有
量が０．２ｗｔ％未満では、Ｎｉとの金属間化合物の析
出による引張り強さの向上が小さく、Ｓｉの含有量が
０．５ｗｔ％を超えると、引張り強さは向上するがＣｕ
母相中へ固溶するＳｉが多くなり、導電性を著しく低下
させるためである。

【００１５】さらに、本願第１の発明において、Ｎｉと
Ｓｉとの含有比率（ｗｔ％での比率）を、Ｓｉの含有量
に対するＮｉの含有量を４〜５としたのは、析出物とし
てＮｉ_２Ｓｉ又はＮｉ_５Ｓｉ_２を析出させ、効果的に引
張り強さを向上させるためである。

【００１６】また、本願第１の発明において、Ｉｎの含
有量を０．０５〜０．５ｗｔ％、としたのは、Ｉｎの含
有量が０．０５ｗｔ％未満では、引張り強さ、耐屈曲性
を向上させる効果が小さく、Ｉｎの含有量が０．５ｗｔ
％を超えると、Ｉｎの添加量の割に引張り強さの向上の
効果が低く、Ｃｕ母相中へ固溶するＩｎが多くなり、導
電性を著しく低下させ、コスト高を招くためである。

【００１７】またさらに、本願第１の発明において、Ｓ
ｎの含有量を０．４〜１．０ｗｔ％、としたのは、Ｓｎ
の含有量が０．４ｗｔ％未満では、伸び及び耐屈曲性を
向上させる効果が小さく、Ｓｎの含有量が１．０ｗｔ％
を超えると、大幅に導電性を低下させるためである。

【００１８】上記目的を達成するために、本願第２の発
明の伸び特性に優れた導電性高力銅合金においては、Ｓ
ｉに対するＮｉの比率が４〜５の範囲内において、Ｎｉ
を１．０〜２．０ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．５ｗｔ
％、含有し、さらにＩｎを０．１〜０．５ｗｔ％、Ｓｎ
を１．０〜２．０ｗｔ％、Ｐを０．１〜０．５ｗｔ％含
有し、残部が基本的に銅によって構成したものである。

【００１９】すなわち、上記目的を達成するために、本
願第２の発明の伸び特性に優れた導電性高力銅合金にお
いては、銅マトリクス中にＮｉとＳｉの金属間化合物を
析出させ、これによって導電性を大幅に低下させること
なく、引張り強さを向上し、Ｉｎを加えることにより一
段と引張り強さを高めると共に耐屈曲性を向上させ、Ｓ
ｎとＰの金属間化合物の析出により伸び及び耐屈曲性を
向上させたものである。

【００２０】本願第２の発明において、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｉ
ｎの含有量に関しては、本願第１の発明におけるそれと
同様である。

【００２１】また、本願第２の発明において、Ｓｎの含
有量を１．０〜２．０ｗｔ％、としたのは、Ｓｎの含有
量が１．０ｗｔ％未満では、Ｐとの金属間化合物が少な
く、伸び及び耐屈曲性を向上させる効果が小さく、Ｓｎ
の含有量が２．０ｗｔ％を超えると、大幅に導電性を低
下させるためである。

【００２２】さらに、本願第２の発明において、Ｐの含
有量を０．１〜０．５ｗｔ％としたのは、Ｐの含有量が
０．１ｗｔ％未満では、脱酸剤としてその大半が費やさ
れ、Ｓｎとの金属間化合物が生成されないためであり、
Ｐの含有量が０．５ｗｔ％を超えると、Ｃｕ母相中へ固
溶するＰの量が増加し、導電性を著しく低下するためで
ある。

【００２３】

【作用】上記のように構成された伸び特性に優れた導電
性高力銅合金を用いると、導電率は、従来の導電性高力
銅合金とほぼ同等の導電率を有することができる。

【００２４】また、上記のように構成された伸び特性に
優れた導電性高力銅合金を用いると、引張り強さは、硬
銅の約１．３倍以上と飛躍的強さを有し、従来の導電性
高力銅合金に比しても低下することがない。

【００２５】さらに、上記のように構成された伸び特性
に優れた導電性高力銅合金を用いると、伸びは、軟銅よ
り小さくなるが、硬銅に比して本願第１の発明では１１
倍、本願第２の発明では１５倍以上の伸びを有してお
り、軟銅以上の繰返し屈曲強度を得ることができる。さ
らに、伸びは、従来の導電性高力銅合金に比しても本願
第１の発明では２倍、本願第２の発明では３倍以上の向
上を示している。

【００２６】そして、上記した理由から本発明のように
構成された伸び特性に優れた導電性高力銅合金を自動車
用電線に用いた場合に、自動車用電線の導体に適した特
性を得ることができ、胴体外径の小型かに対する機械的
強度の確保と端子圧着箇所での引張加重及び屈曲による
断線を減少させることができる。したがって、上記のよ
うに構成された伸び特性に優れた導電性高力銅合金を電
子機器内配線用電線の導体、半導体のリード線材等とし
て用いると好適である。

【００２７】

【実施例】以下、本願第１及び第２の発明の具体的実施
例について従来例と比較して説明する。

【００２８】《本願第１の発明》本願第１の発明の実施
例として、不活性ガス雰囲気に保たれた溶解炉で、黒鉛
粒被覆下にて銅を溶解した後、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎを純金
属、Ｓｉを母合金の形態で添加し、均一な溶湯を得、こ
れを連続鋳造により表１に示す如き各実施例の組成の２
０ｍｍφの鋳造棒を作成した。これらを冷間圧延、伸線
により３．２ｍｍφにした後、不活性ガス雰囲気中約９
００℃で１時間の加熱保持後、急冷して溶体化処理を施
した。その後、１．０ｍｍφまで伸線し、さらに不活性
ガス雰囲気中４２０℃〜４８０℃の温度で６時間の時効
処理を行い、引張り強さ、伸び、導電率、繰返し屈曲強
度を測定した。比較例も同様の製造方法によったもので
ある。

【００２９】なお、屈曲試験は、図１に示す如く、治具
１に供試材２を挟持し、他端を２ｋｇの引張り荷重Ｗを
加えた状態で図１に図示（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→
（Ｄ）と左右９０゜曲げを１回として破断するまで、繰
返し行い、その回数を繰返し屈曲強度とした。

【００３０】表１には、本願第１の発明に係る伸び特性
に優れた導電性高力銅合金の特徴を明確にするために、
実施例と合わせて、比較例及び従来例の組成、特性値が
示してある。

【００３１】なお、比較例の合金Ｎｏ４〜Ｎｏ６は、組
成がＮｉ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｓｎと本願第１の発明と同一で
あるが、各組成の含有量が本発明とは異なっている。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１の実施例（Ｎｏ１〜Ｎｏ５）と比較例
（Ｎｏ１〜Ｎｏ６）との比較から明らかな如く、本願第
１の発明によるとＮｉ−Ｓｉの金属間化合物を銅マトリ
クス中に析出させることにより、導電率を大幅に低下さ
せることなく、引張強さを向上させることができる。

【００３４】さらに、本願第１の発明によるとＣｕ母相
中にＩｎを固溶させているため、このＣｕ母相中へのＩ
ｎ、Ｓｎの固溶により、導電率の幾分の低下は生じる
が、引張り強さ、耐屈曲性の若干の向上と、伸び特性の
飛躍的な向上を図ることができる。この導電率は、銅マ
トリクス中に固溶した合金元素Ｉｎにより比較例（Ｎｏ
１）に比してやや低下はあるものの約４３％ＩＡＣＳを
確保し、引張り強さは硬銅より格段向上（硬銅の約１．
５倍）することができ、繰返し屈曲強度は軟銅より遥か
に優れ、伸び率に至っては比較例（Ｎｏ１）の約２倍、
他の比較例と比較しても格段の向上が見られる。

【００３５】このように、本願第１の発明に係る伸び特
性に優れた導電性高力銅合金は、硬銅と比較すると、約
１１倍以上と格段に優れた伸びを有しており、導電率は
若干低下するが添加元素の一部を析出させることによ
り、その低下を約４３％ＩＡＣＳと極力抑え、引張り強
さは比較例よりも向上し、繰返し屈曲強度は、極めて良
好な軟銅よりも遥かに優れている。

【００３６】したがって、本願第１の発明に係る伸び特
性に優れた導電性高力銅合金は、自動車用電線の導体に
適した特性を有し、導体外径の小型、軽量化に対応した
機械的強度を確保し、圧着端子部における引張り及び屈
曲による断線を減少させることができる。このことか
ら、上記のように構成された伸び特性に優れた導電性高
力銅合金を電子機器内配線用電線の導体、半導体のリー
ド線材等として用いると好適である。

【００３７】《本願第２の発明》本願第２の発明の実施
例として、不活性ガス雰囲気に保たれた溶解炉で、黒鉛
粒被覆下にて銅を溶解した後、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎを純金
属、Ｓｉ、Ｐを母合金の形態で添加し、均一な溶湯を
得、これを連続鋳造により表２に示す如き各実施例の組
成の２０ｍｍφの鋳造棒を作成した。これらを冷間圧
延、伸線により３．２ｍｍφにした後、不活性ガス雰囲
気中約９００℃で１時間の加熱保持後、急冷して溶体化
処理を施した。その後、１．０ｍｍφまで伸線し、さら
に不活性ガス雰囲気中４２０℃〜４８０℃の温度で６時
間の時効処理を行い、引張り強さ、伸び、導電率、繰返
し屈曲強度を測定した。比較例も同様の製造方法によっ
たものである。

【００３８】なお、屈曲試験は、図１に示す如く、治具
１に供試材２を挟持し、他端を２ｋｇの引張り荷重Ｗを
加えた状態で図１に図示（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→
（Ｄ）と左右９０゜曲げを１回として破断するまで、繰
返し行い、その回数を繰返し屈曲強度とした。

【００３９】表２には、本願第２の発明に係る伸び特性
に優れた導電性高力銅合金の特徴を明確にするために、
実施例と合わせて、比較例及び従来例の組成、特性値が
示してある。

【００４０】なお、比較例の合金Ｎｏ４〜Ｎｏ６は、組
成がＮｉ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｓｎと本願第２の発明と同一で
あるが、各組成の含有量が本発明とは異なっている。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２の実施例（Ｎｏ１〜Ｎｏ５）と比較例
（Ｎｏ１〜Ｎｏ６）との比較から明らかな如く、本願第
２の発明によるとＮｉ−Ｓｉの金属間化合物を銅マトリ
クス中に析出させることにより、導電率の大幅な低下を
抑え、引張り強さを向上させることができる。

【００４３】また、本願第２の発明によるとＣｕ母相中
にＩｎを固溶させているため、このＣｕ母相中へのＩｎ
の固溶により、導電率の幾分の低下は生じるが、引張り
強さを軟銅よりも向上させ、さらに、繰返し屈曲強度も
軟銅より遥かに向上させている。

【００４４】さらに、本願第２の発明によるとＳｎ−Ｐ
の金属間化合物を銅マトリクス中に析出させることによ
り、耐屈曲性の向上及び伸びの飛躍的な向上を図ってい
る。

【００４５】このように、本願第２の発明に係る伸び特
性に優れた導電性高力銅合金は、硬銅と比較すると、約
１６倍以上と格段に優れた伸びを有しており、導電率は
比較例よりも若干低下するが添加元素の一部を析出させ
ることにより、その低下を約３３％ＩＡＣＳと極力抑
え、引張り強さは比較例並に維持し、繰返し屈曲強度
は、比較例よりも向上し、極めて良好な軟銅よりも遥か
に優れている。

【００４６】したがって、本願第２の発明のように構成
された伸び特性に優れた導電性高力銅合金を自動車用電
線に用いた場合に、自動車用電線の導体に適した特性を
得ることができ、胴体外径の小型かに対する機械的強度
の確保と端子圧着箇所での引張加重及び屈曲による断線
を減少させることができる。このことから、上記のよう
に構成された伸び特性に優れた導電性高力銅合金を電子
機器内配線用電線の導体、半導体のリード線材等として
用いると好適である。

【００４７】

【発明の効果】本第１及び第２の発明によれば、伸び特
性を向上し、導電率の大幅な低下を招くことなく、機械
的衝撃に対し高強度で、圧着端子部における引張り及び
屈曲による断線を減少させることができ、かつ軽量化を
計ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例及び比較例、従来例の屈曲試験
方法を示す図である。

【符号の説明】

１……………………………………治具 ２……………………………………供試材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝 康仁 静岡県沼津市大岡2771 矢崎電線株式会 社内 (56)参考文献 特開 平３−68734（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−188247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−109133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−149345（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉ／Ｓｉが４〜５の範囲でＮｉを１．
   ０〜２．０ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．５ｗｔ％、含有
   し、さらにＩｎを０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｓｎを０．
   ４〜１．０ｗｔ％含有し、残部が基本的に銅からなる伸
   び特性に優れた導電性高力銅合金。
2. 【請求項２】 Ｎｉ／Ｓｉが４〜５の範囲でＮｉを１．
   ０〜２．０ｗｔ％、Ｓｉを０．２〜０．５ｗｔ％、含有
   し、さらにＩｎを０．１〜０．５ｗｔ％、Ｓｎを１．０
   〜２．０ｗｔ％、Ｐを０．１〜０．５ｗｔ％含有し、残
   部が基本的に銅からなる伸び特性に優れた導電性高力銅
   合金。