JP3395629B2

JP3395629B2 - 高耐屈曲複合導体

Info

Publication number: JP3395629B2
Application number: JP03216398A
Authority: JP
Inventors: 正義青山; 幸一田村; 貴朗市川; 浩佐々木; 修瀬谷
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 2003-04-14
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: JPH11213761A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐屈曲寿命が要求
される高耐屈曲複合導体に関し、特に、高耐屈曲寿命と
高導電率を併せ持った高耐屈曲複合導体及びその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業用に用いられる電気（電子）
機器等の小型化に伴って、これらに使われるケーブルは
細線化や耐屈曲寿命の向上が望まれている。例えば、医
療向けの超音波診断装置用プローブに接続されるケーブ
ルや産業用ロボットに用いられるケーブルである。上記
の要求に応える耐屈曲性ケーブルとして、無酸素銅をベ
ースに微量のＦｅ、Ｐ等の元素を添加した析出強化型銅
合金線を適用したものが提案されている（「電線工業の
技術動向」藤尾信博著、１９９０、Ｐ１〜４）。

【０００３】また、繰り返し曲げを受ける用途において
は、高屈曲疲労特性、高強度および高導電率を備える銅
合金線が要求されるが、この要求に対し、その要因分析
及び開発がすでに行われている。図５は高屈曲疲労特
性、高強度および高導電率を備えた銅合金線の引っ張り
強さと破断までの屈曲寿命の関係を示す。図中の番号
は、表１（冷間伸線により作製した直径が０．１ｍｍの
銅合金線と、その組成の関係を示す）に示したＮｏ．１
〜１６の銅合金の特性である。

【０００４】

【表１】図６は図５の銅合金線における試験方法を示す。図中、
ベンディングヘッド１１は一対のリング１２ａ，１２ｂ
を備え、このリング間に所定の長さに切断された被試験
線１３（銅合金線）の上部が挟持される。ベンディング
ヘッド１１は、リング１２ａ，１２ｂから突出する被試
験線１３の先端部を把持するクランプ１４を備えてい
る。また、被試験線１３の下端には所定の重量のロード
１５が重りとして取り付けられている。ベンディングヘ
ッド１１は、ニップ点を回動中心として、不図示の駆動
手段により、左右に９０度往復回転する。

【０００５】試験に際しては、（ａ）の状態で被試験線
１３をベンディングヘッド１１に固定した後、ベンディ
ングヘッド１１を（ｂ）のように右に９０度回転させ、
被試験線１３に曲げを付与する。ついで、（ａ）の初期
位置に戻し、更に（ｃ）のように左に９０度の回転を付
与する。つまり、（ａ）→（ｂ）→（ａ）→（ｃ）の回
転を付与することにより左右１回の曲げが付与され、
（ａ）→（ｂ）→（ａ）→（ｃ）→（ａ）→（ｂ）→
（ａ）・・・の工程を繰り返すことにより被試験線１３
が破断する。この破断までの曲げ回数が、図５の縦軸に
示す「破断までの曲げ回数」である。図５の結果から、
引っ張り強さの高い銅合金ほど破断までの曲げ回数が多
く、耐屈曲性に優れていることがわかる。

【０００６】図７は表１のＮｏ．１〜１６の銅合金の導
電率と引張強さの関係を示す。図７から明らかなよう
に、引っ張り強さが高いほど、製品要求特性である導電
率が低下する傾向がある。しかし、上記したように、導
電材料としての導体は、耐屈曲寿命に優れ、且つできる
だけ導電率の高いことが望ましい。また、Ｃｕ−Ｎｂ
系、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｔａ系、Ｃｕ−Ｆｅ系などの
添加金属をファイバ状繊維にして構成した銅−金属繊維
を用いた複合導体が提案されている（Dierk Raabe eta
l:Z. Metallkd、86(1995) 405-415) 。

【０００７】更に、特開平６−２９０６３９号公報に
は、Ｃｕ−Ｎｂ系、Ｃｕ−Ａｇ系またはＣｕ−Ｆｂ系の
合金を中空の芯線にし、その芯線内に同心状に複数の強
化材を配し、芯線の内周面と外周面に外被材を設け、耐
屈曲性と高導電率を向上させた複合線が示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の導体に
よると、図６に示したように耐屈曲寿命の長い銅合金
は、図７に示したように導電率が低くなる傾向にあり、
高耐屈曲寿命と高導電率を併せ持った銅合金材は存在し
ない。一方、Ｃｕ−Ｎｂ系、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｔａ
系、Ｃｕ−Ｆｅ系などの添加金属をファイバ状繊維にし
て構成した銅−金属繊維を用いた複合導体は、加工度を
高くすれば１０００〜２５００ＭＰａの強度が得られる
とされているため、強度の高いＣｕ−２５ vol％Ｎｂ線
材について、その屈曲寿命を測定した。ところが、予想
したほど屈曲寿命は向上しないことがわかり、製品に適
用することが難しいことがわかった。

【０００９】また、特開平６−２９０６３９号公報の複
合線によると、中空構造で且つ金属繊維構造でないた
め、外径が大きくなることは避けられず、細線化が難し
い。更に、芯線内に何層もの強化材を配設する必要があ
るため、製造工程が複雑化し、生産コストが高くなる。
以上のように、銅合金の線材に高い耐屈曲寿命が要求さ
れている用途においては、従来、高耐屈曲寿命と高導電
率を併せ持ったものはなく、高耐屈曲寿命と高導電率を
併せ持った特性の材料の出現が期待されている。

【００１０】そこで、本発明の目的は、高耐屈曲寿命と
高導電率を併せ持った特性の得られる高耐屈曲複合導体
及びその製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、第１の特徴として、芯材を形成する複数
の銅−金属繊維導体と、前記複数の前記銅−金属繊維を
被覆する黄銅による被覆層を有することを特徴とする高
耐屈曲複合導体を提供する。また、本発明は、上記の目
的を達成するため、第２の特徴として、所定の径に加工
した複数の銅−金属繊維導体としての棒状の銅合金を黄
銅によるパイプ内に挿入し、所定の温度に加熱して液圧
押出法で押し出して所定径の高耐屈曲複合導体を生成す
ることを特徴とする高耐屈曲複合導体の製造方法を提供
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明による複合導体を示す。
図中、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図を示してい
る。複合導体１は、芯材としての銅−金属繊維導体２
と、これを被覆する被覆層３を備えて構成されている。
銅−金属繊維導体２には、３〜３５vol％Ｎｂを含むフ
ァイバ状のＣｕ−Ｎｂ導体の多数本を撚り合わせ、或い
は平行配置している。Ｃｕ−Ｎｂ導体は、丸棒状のほ
か、圧延した平角線等を用いることもできる。

【００１３】このように、本発明は、芯材である銅−金
属繊維導体２に導電率が高く、引張強度の高いＣｕ−Ｎ
ｂ線材を用い、かつ、Ｃｕ−Ｎｂの表面欠陥の成長を抑
制するために被覆層３を設けた構成にした。この結果、
高耐屈曲寿命と高導電率を併せ持った特性の銅合金線を
得ることが可能になった。これにより、医療向けの超音
波診断用プローブや産業用ロボット、ＰＣジョイナ、キ
ャブタイヤケーブル、パソコンケーブル等の用途に適し
た線材を提供することができる。

【００１４】銅−金属繊維導体２には、上記のＣｕ−Ｎ
ｂ系のほか、Ｃｕ−Ｎｂ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｎｂ−Ｚｒ
系、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｔａ系、Ｃｕ−Ｆｅ系、Ｃｕ
−Ａｇ系等の導体を用いることができる。また、被覆層
３には、銅合金、具体的には、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｓ
ｎ−Ｉｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ｃｕ
−Ａｇ系などのほか、多元系銅合金を用いることができ
る。なお被覆層３は、強度向上が期待できる材料であれ
ば、上記した材料に限定されない。

【００１５】また、被覆層３の加工法について説明する
と、銅または銅合金の丸棒に銅合金管を被覆した後、液
圧押出法により押し出しを行っている。この液圧押出法
の採用により、経済性と品質の安定化を図ることができ
る。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。ま
ず、本発明の効果を明確にするため、比較例１及び比較
例２を作製した。〔比較例１〕ＣａＯるつぼを用い、真空高周波溶解法に
より直径３２ｍｍのＣｕ−２０mass％Ｎｂを作製した。
このＣｕ−２０mass％Ｎｂを面削して直径３０ｍｍの鋳
塊にし、直径が８．０ｍｍになるまでスェージャ加工
し、ついで冷間引き抜きと冷間伸線により直径０．１ｍ
ｍの線材を得た。この線材は、引張強さ１５０５ＭＰ
ａ、伸び２．１％、導電率５５．２％ＩＡＣＳであっ
た。この線材の屈曲寿命を図７で説明した試験方法によ
り実施した。この場合の条件は、曲げ角９０度、荷重
０．４９Ｎ、曲げ歪みε＝１．０％、曲げ速度３０回／
分とした。その結果、屈曲寿命は７７６０回であった。

【００１７】図２は本発明の実施例と比較例の破断まで
の曲げ回数Ｎｆと引張強さσ_Bの関係を示す。図中、○
印で示すＡが比較例１の特性である（□印で示すＢはび
比較例２、△印で示すＣは本発明の実施例の特性である
が、これについては後述する）。また、図中の１〜１６
の数字は、表１に示したＮｏ．１〜１６の組成に対応し
ている。

【００１８】図２に示すように、比較例１は強度が高い
にもかかわらず、屈曲寿命を示す破断までの曲げ回数が
著しく低く、図５で説明した従来の結果と異なることが
わかる。そこで、比較例１の屈曲寿命が劣る原因を詳細
に調べたところ、その原因が表面欠陥の存在にあること
を見出した。そして、この表面欠陥は冷間加工によって
助長されることも解明された。

【００１９】〔比較例２〕次に、本発明者らは、比較例
１で問題になった表面欠陥を防止するため、線材を無酸
素銅で被覆した比較例２を作製し、比較例１と同様な検
討を行った。ここでは、製造の合理性からくる経済性と
品質向上を考慮し、液圧押出法で押し出しを行った。ま
ず、直径が３２ｍｍのＣｕ−２０mass％Ｎｂ鋳塊を面削
して直径を２５ｍｍにした。これを内径２５ｍｍで外径
２８ｍｍの無酸素銅パイプ内に挿入し、先端に銅プラグ
をセット、後端に鉄プラグをセットし、４００℃に加熱
して液圧押出法で押し出し、直径が１０ｍｍの複合材を
作製した。これをドローベンチによる冷間引き抜き及び
冷間伸線により、直径０．１ｍｍの線材にした。これが
比較例２であり、その形状は図１と変わらない。

【００２０】こうして作製した比較例２における線材の
引っ張り強さは、図２の□印に示すように１３１０ＭＰ
ａとなり、伸びは２．１％であった。一方、比較例１の
引っ張り強さは１５０５ＭＰａで、伸びは２．１％であ
り、比較例１よりも引っ張り強さは大きな値を示した。
また、比較例２による破断までの曲げ回数（屈曲寿命）
は１６１４６回であり、比較例１の７７６０回に比べ、
寿命が２倍以上延びていることが確かめられた。屈曲寿
命は、曲げ角９０度、荷重０．４９Ｎ、曲げ歪みε＝
１．０％、曲げ速度３０回／分の条件で行った。

【００２１】ここで、図２について考察すると、比較例
２では、引っ張り強さに対応して耐屈曲性が改善してい
ることがわかる。屈曲特性は、表面の曲げ歪みに対する
抵抗と考えられる。一方、図５に示したように、引っ張
り強さが高い銅線ほど屈曲寿命が高いのは、表面層も高
い引っ張り強さを有する銅合金であることを示してい
る。

【００２２】図３は本発明の実施例と比較例における導
電率ρと引張強さσ_Bの関係を示す。図中、○印が比較
例１の特性であり、□印が比較例２の特性である。比較
例２の導電率が６５．４％ＩＡＣＳであるのに対し、比
較例１では５５．２％ＩＡＣＳであった。このように、
比較例２では、耐屈曲性、導電率ともに優れていること
がわかる。

【００２３】〔実施例〕本実施例は銅合金による被覆材
に以下のような検討を加え、比較例２の複合材の強度及
び加工性の向上を目的として、被覆層３を黄銅被覆Ｃｕ
−２０％Ｎｂにしたものである。被覆層３には、液圧押
出し性の観点から、Ｃｕ−３５mass％Ｚｎの黄銅管を用
いた。比較例２と同様に、直径３２ｍｍのＣｕ−２０ma
ss％Ｎｂ鋳塊を面削して直径２５ｍｍにし、これを内径
２５ｍｍで外形２８ｍｍのＣｕ−３５％Ｚｎ組成の黄銅
パイプ内に挿入し、先端に銅プラグ、後端に鉄プラグを
セットし、４００℃に加熱して液圧押出法で押し出し、
直径８ｍｍの複合材を作製した。これをドローベンチに
よる冷間引き抜き及び冷間伸線により、直径０．１ｍｍ
の線材にした。これが本発明による実施例であり、図１
に示した形状を有している。

【００２４】こうして作製した実施例の結果が図２及び
図３における△印のＣであり、線材の引っ張り強さが１
３７２ＭＰａ、伸びが２．９％、導電率が５１．８％Ｉ
ＡＣＳであった。比較例１に比べ、寿命が約３．７倍の
延びを示していることが確かめられた。また、屈曲寿命
は２８６２６回にも達し、被覆をしていない比較例２の
約３．７倍の屈曲寿命を示した。このように、本実施例
によれば、比較例２に比べ、導電率はやや低いものの、
破断までの曲げ回数である耐屈曲寿命が大幅に高い値を
示している。すなわち、高耐屈曲性と高導電性を併せ持
った銅導体になっている。

【００２５】図４は直径０．１ｍｍ、加工度Ｒ＝９９．
９８％における本実施例の縦断面（ａ）及び横断面
（ｂ）の写真を示す。この写真から、肉厚が０．００５
ｍｍ程度の無酸素銅で被覆されたＣｕ−２０mass％Ｎｂ
複合材が形成されていることが確かめられた。この状況
から、被覆黄銅が耐屈寿命の向上に寄与していることは
明らかである。

【００２６】ここで、臨界条件、つまり、Ｃｕ−Ｎｂ合
金におけるＮｂ濃度の規定について説明する。（１）Ｎｂ濃度の下限は３mass％とする。３mass％以下
では、Ｃｕ−Ｎｂ状態図に示される通り、鋳造時に安定
した組成（濃度）の鋳塊を得にくい。また、この濃度以
下では、強度と耐屈曲寿命の向上が少ないためである。（２）Ｎｂ濃度の上限は３５mass％とする。Ｎｂ濃度が
高いと冷間加工性が悪くなる。また、Ｎｂ自体が高価な
材料なので、Ｎｂはできるだけ少なくした方が望まし
い。よって、Ｎｂ濃度の上限は、３５mass％が望まし
い。

【００２７】なお、上記実施の形態においては、本発明
による線材の用途として、医療向けの超音波診断用プロ
ーブや産業用ロボット、ＰＣジョイナ、キャブタイヤケ
ーブル、パソコンケーブル等を具体的に示したが、本発
明はこれらに限定されるものではなく、耐屈曲性が要求
される全てのケーブルに適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の複合導体に
よれば、芯材を形成する複数の銅一金属繊維導体を黄銅
よる被覆層で被覆したため、高耐屈曲寿命と高導電率を
併せ持った特性の銅合金線を得ることができる。また、
細線化及び量産化を図ることもできる。

【００２９】また、本発明の複合導体の製造方法によれ
ば、棒状の銅合金を黄銅のパイプ内に挿入し、液圧押出
法で押し出して複合導体を形成するようにしたため、経
済性と品質の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合導体を示し、（ａ）は横断面
図、（ｂ）は縦断面図である。

【図２】本発明の実施例と比較例における破断までの曲
げ回数Ｎｆと引張強さσ_Bの関係を示す特性図である。

【図３】本発明の実施例と比較例における導電率ρと引
張強さσ_Bの関係を示す特性図である。

【図４】本発明の実施例の写真を示し、（ａ）は縦断
面、（ｂ）は横断面の写真である。

【図５】高屈曲疲労特性、高強度および高導電率を備え
た銅合金線の引っ張り強さと破断までの屈曲寿命の関係
を示す特性図である。

【図６】図５の銅合金線における試験方法を示す説明図
である。

【図７】各種銅合金の導電率と引張強さの関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

１複合導体２銅−金属繊維導体３被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市川貴朗茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社パワーシステム研究所内 (72)発明者佐々木浩茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内 (72)発明者瀬谷修茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内 (56)参考文献特開平６−290639（ＪＰ，Ａ) 特開平７−156021（ＪＰ，Ａ) 特開平４−2749（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−236209（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−13205（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 5/00 - 5/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材を形成する複数の銅−金属繊維導体
と、前記複数の前記銅−金属繊維を被覆する黄銅による被覆
層を有することを特徴とする高耐屈曲複合導体。
【請求項２】前記複数の銅−金属繊維導体は、Ｃｕ−
Ｎｂ系、Ｃｕ−Ｎｂ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｎｂ−Ｚｒ系、Ｃ
ｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｔａ系、Ｃｕ−Ｆｅ系、Ｃｕ−Ａｇ
系のいずれかの導体材料を用いていることを特徴とする
請求項１記載の高耐屈曲複合導体。
【請求項３】前記Ｃｕ−Ｎｂ系の導体材料は、３〜３
５ｖｏｌ％のＮｂを含むことを特徴とする請求項１記載
の高耐屈曲複合導体。
【請求項４】前記複数の銅−金属繊維導体は、所定数
を撚り合わせた構造または平行にした構造であることを
特徴とする請求項１または２記載の高耐屈曲複合導体。
【請求項５】前記複数の銅−金属繊維導体は、焼きな
まし加工が施されていることを特徴とする請求項１記載
の高耐屈曲複合導体。
【請求項６】所定の径に加工した複数の銅−金属繊維
導体としての棒状の銅合金を黄銅によるパイプ内に挿入
し、所定の温度に加熱して液圧押出法で押し出して所定径の
高耐屈曲複合導体を生成することを特徴とする高耐屈曲
複合導体の製造方法。
【請求項７】前記押し出した複合導体に冷間加工を施
すことを特徴とする請求項６記載の高耐屈曲複合導体の
製造方法。