JP4288844B2

JP4288844B2 - 極細銅合金線

Info

Publication number: JP4288844B2
Application number: JP2000329807A
Authority: JP
Inventors: 貴朗市川; 量松井; 正義青山; 修瀬谷
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: JP2002129262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極細銅合金線に係り、特に、電子機器の電線・ケーブル導体に用いられる極細銅合金線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルビデオカメラなどの携帯型の情報・通信・記録端末においては、より一層の小型化、薄型化、及び軽量化が進められており、それらの電子機器に用いられる電線（ケーブル）において極細化の要求が高まっている。また、これらのケーブルは、狭隘なスペースに配線され、過酷な曲げや捻り回しを受けることから、耐屈曲性の要求も高まっている。
【０００３】
極細のケーブル導体としては、一般的に、線径が０．０２〜０．１ｍｍ程度の素線（極細線）を数本から数十本撚り合わせたもの、又は、この素線を可撓性を有した線状或いは帯状の絶縁体に巻き付けたもの等が挙げられる。
【０００４】
また、耐屈曲性の良好なケーブル導体としては、従来から、硬質の銅合金線（以下、硬銅線と示す）が使用されてきた。この硬銅線は、引張強さが約６８６ＭＰａ（７０kgf/mm²）前後と非常に高く、曲げ歪みが小さい場合（例えば、曲げ歪みが１％以下）には非常に有用である。しかし、硬銅線は、伸びが小さいことから、曲げ歪みが大きい場合（例えば、曲げ歪みが１％超）には十分な屈曲寿命が得られないという問題があった。また、硬銅線は、端末加工時に素線が“ばらける”といった不具合があった。
【０００５】
そこで、曲げ歪みが大きい場合には、硬銅線の代わりに、伸びが良好（２０％前後）で、曲げ歪み（塑性歪み）の吸収能が高く、耐屈曲性が良好な軟質の銅合金線（以下、軟銅線と示す）を用いることが検討されてきた。しかし、軟銅線からなる導体に絶縁体を押出被覆してケーブルを形成する際に、強度不足により導体に断線が生じるという問題があった。
【０００６】
よって、広い歪み範囲（小さな歪みから大きな歪み）に亘って、ケーブル導体の耐屈曲性の信頼性を高めるには、引張強さ及び伸びに優れたケーブル導体が必要であり、硬銅線と軟銅線の特性を併せ持つ半硬質材からなる極細銅合金線が求められている。
【０００７】
しかし、引張強さが硬銅線と同程度で、かつ、伸びが軟銅線と同程度の極細銅合金線は、現状では見出されていない。このため、引張強さの減少を最低限に抑え、かつ、伸びを高めた極細銅合金線が、電子機器用のケーブル導体として、ニーズが高まっている。この極細銅合金線として、半硬質のＣｕ−Ｓｎ系合金線が挙げられる（実開昭６３−６１７０３号参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子機器用のケーブル導体としては、引張強さが高く、かつ、耐屈曲性が良好である他に、純銅に近い高導電率を有していることが望まれる。ここで、Ｃｕ−Ｓｎ系合金線の合金構成元素であるＳｎは、純銅の電気比抵抗の増加に寄与する度合いが２．８８（10^-8Ω・ｍ／原子％）と比較的大きいため、Ｃｕ−Ｓｎ系合金においては、Ｓｎの含有量が少量であっても、Ｓｎの含有により導電率が大幅に低下してしまう（Ｃｕ−0.30質量％Ｓｎの導電率は８０％ＩＡＣＳ前後）という問題があった。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、引張強さが高く、耐屈曲性が良好で、かつ、導電率の高い極細銅合金線を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る極細銅合金線は、線径が０．０１〜０．１ｍｍの極細銅合金線において、Ｍｇ又はＩｎを０．０７〜０．３質量％含有し、銅及び不可避不純物を残部とする銅合金からなり、かつ、最終線径形成後に熱処理が施され、引張強さを３４３ＭＰａ（３５kgf/mm²）以上、伸びを７．５％以上、導電率を９３％ＩＡＣＳ以上としたものである。
【００１１】
以上の構成によれば、銅合金の合金構成元素としてＭｇ又はＩｎを用いることで、従来の極細銅合金線であるＣｕ−Ｓｎ系合金線と同等以上の特性を有する銅合金線を得ることができる。
【００１２】
上記極細線の最終線径形成後の熱処理は、管状炉による焼鈍、通電加熱装置による通電抵抗加熱、又は誘導コイル等による誘導加熱により、連続的な熱処理であることが好ましい。
【００１３】
上記のように数値範囲を限定した理由を以下に述べる。
【００１４】
銅合金をＣｕ−Ｍｇ系又はＣｕ−Ｉｎ系とした理由は、前述したＣｕ−Ｓｎ系の銅合金と比較して、導電性が優れるためである。具体的には、Ｍｇ又はＩｎを含有させたことによる導電性の低下は、Ｓｎを含有させた場合の１／３に抑えることができる。
【００１５】
ここで、Ｍｇ又はＩｎの含有量を０．０７〜０．３質量％としたのは、含有量が０．０７質量％未満だと、所望の強度を得ることができないと共に、良好な耐屈曲性が得られず、また、含有量が０．３質量％を越えると、導電率が９３％ＩＡＣＳ未満に低下してしまうためである。なお、質量％について、以下、mass％で表記することがある。
【００１６】
引張強さを３４３ＭＰａ（３５kgf/mm²）以上とした理由は、配線作業時（又は供用時）における断線を防ぐと共に、良好な耐屈曲性を得るためである。
【００１７】
伸びを７．５％以上とした理由は、撚線の端末加工時における“ばらけ”を防ぐと共に、伸びが小さい硬銅線と比較して、大きな歪みの屈曲を受ける際の耐屈曲性を良好とするためである。
【００１８】
導電率を９３％ＩＡＣＳ以上とした理由は、信号線として使用するだけではなく、電源線としても使用可能とするためである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２０】
本発明に係る極細銅合金線は、線径が０．０１〜０．１ｍｍの極細線であって、Ｍｇ（又はＩｎ）を０．０７〜０．３質量％含有し、銅及び不可避不純物を残部とする銅合金からなり、かつ、最終線径形成後の熱処理により、引張強さを３４３ＭＰａ（３５kgf/mm²）以上、伸びを７．５％以上、導電率を９３％ＩＡＣＳ以上としたものである。
【００２１】
次に、本発明に係る極細銅合金線の製造方法を説明する。
【００２２】
先ず、無酸素銅の溶湯にＭｇ（又はＩｎ）を添加して銅合金溶湯を形成すると共に、連続鋳造により、Ｍｇ（又はＩｎ）０．０７〜０．３質量％含有し、銅及び不可避不純物を残部とする銅合金荒引線を形成する。この荒引線に伸線加工（冷間加工）を施して、最終的に、線径が０．０１〜０．１ｍｍの極細線を形成する。
【００２３】
その後、この極細線に、管状炉による焼鈍、通電加熱装置による通電抵抗加熱、又は誘導コイル等による誘導加熱により連続的に熱処理を施して、引張強さを３４３ＭＰａ（３５kgf/mm²）以上、伸びを７．５％以上、導電率を９３％ＩＡＣＳ以上に調質し、極細銅合金線を得る。
【００２４】
このようにして得られた極細銅合金線の単線又は極細銅合金線を複数本撚り合わせてなる撚線が、ケーブル導体として用いられる。また、この極細銅合金線の外周に、必要に応じてＡｇメッキ、Ｓｎメッキ、Ｎｉメッキ等の各種メッキを施し、メッキ被覆された極細銅合金線をケーブル導体として用いてもよい。
【００２５】
次に、本発明の作用を説明する。
【００２６】
伸線加工したまま（熱処理なし）の線材は、引張強さが７３５ＭＰａ（７５kgf/mm²）以上と硬銅線並みの強度を有しているものの、合金構成元素の含有量によっては伸びが１％未満及び／又は導電率が８０％ＩＡＣＳ未満となるため、その特性を調質すべく、線材に対して熱処理（焼鈍処理）を行なう必要がある。
【００２７】
この際、線径が０．１ｍｍ以下の線材をボビンに巻き付け、焼鈍炉内でバッチ式に熱処理を行なうと、線材同士が粘着してしまうことから、次工程で巻き替える際、断線したり、線材の表面に傷が付いてしまう。線材表面に傷が付くと、屈曲寿命、即ち耐屈曲性に悪影響を及ぼすことから、本発明に係る極細銅合金線材においては、伸線加工後の線材に連続的に熱処理を施している。これによって、熱処理後の線材の表面に傷が付くおそれがなくなり、延いては線材の耐屈曲性が更に良好となる。
【００２８】
また、本発明に係る極細銅合金線材の製造においては、連続的な熱処理における各種の熱処理条件（例えば、ライン速度、炉内温度、通電加熱装置の電圧値、及び誘導コイル等の誘導電流値）を適宜調整することにより、極細銅合金線の各特性の調質を行なうことができる。
【００２９】
さらに、前述した従来のＣｕ−Ｓｎ系合金線の合金構成元素であるＳｎは、純銅の電気比抵抗の増加に寄与する度合いが２．８８（10^-8Ω・ｍ／原子％）と比較的大きかった。これに対して、本発明に係る極細銅合金線は、合金構成元素としてＭｇ又はＩｎを含有させており、Ｍｇ又はＩｎは、純銅の電気比抵抗の増加に寄与する度合いが、それぞれ０．６５、１．０６（10^-8Ω・ｍ／原子％）と非常に小さい。この結果、Ｃｕ−Ｍｇ系又はＣｕ−Ｉｎ系合金線におけるＭｇ又はＩｎによる導電率の低下は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金線におけるＳｎの場合の約１／３となるため、導電性に優れた銅合金線を得ることができる。
【００３０】
また、本発明に係る極細銅合金線は、主に信号線として使用されるが、合金構成元素（Ｍｇ又はＩｎ）の含有量又は熱処理条件によっては、純銅と同程度の導電率を有することから、電源線としても利用可能となる。
【００３１】
【実施例】
（実施例１〜３及び参考例１、２）
小型連続鋳造機を用い、純度９９．９９９９％の無酸素銅の溶湯にＭｇを添加して銅合金溶湯を形成すると共に、Ｍｇを０．０７〜０．９質量％の範囲で含有し、銅及び不可避不純物を残部とするφ８ｍｍの銅合金荒引線を５種類形成する。各銅合金荒引線の化学組成は、それぞれ、Cu-0.07mass%Mg、Cu-0.15mass%Mg、Cu-0.30mass%Mg、Cu-0.70mass%Mg、Cu-0.90mass%Mgである。
【００３２】
次に、これらの各荒引線に冷間伸線加工を施して、φ０．０８ｍｍの極細線を形成する。
【００３３】
その後、これらの各極細線を、ライン速度が５００ｍ／ｍｉｎ、電圧が３４Ｖに調整された通電加熱装置に通し、通電抵抗加熱により連続的に熱処理を施し、５種類の極細銅合金線を得る。
【００３４】
（実施例４〜６及び参考例３、４）
小型連続鋳造機を用い、純度９９．９９９９％の無酸素銅の溶湯にＩｎを添加して銅合金溶湯を形成すると共に、Ｉｎを０．０７〜０．９質量％の範囲で含有し、銅及び不可避不純物を残部とするφ８ｍｍの銅合金荒引線を５種類形成する。各銅合金荒引線の化学組成は、それぞれ、Cu-0.07mass%In、Cu-0.15mass%In、Cu-0.30mass%In、Cu-0.70mass%In、Cu-0.90mass%Inである。
【００３５】
次に、これらの各荒引線に冷間伸線加工を施して、φ０．０８ｍｍの極細線を形成する。
【００３６】
その後、これらの各極細線を、ライン速度が５００ｍ／ｍｉｎ、電圧が３４Ｖに調整された通電加熱装置に通し、通電抵抗加熱により連続的に熱処理を施し、５種類の極細銅合金線を得る。
【００３７】
（比較例１）
化学組成が、Cu-0.01mass%Mgの銅合金荒引線を用いる以外は、実施例１と同様にして極細銅合金線を得る。
【００３８】
（比較例２）
化学組成が、Cu-1.20mass%Mgの銅合金荒引線を用いる以外は、実施例１と同様にして極細銅合金線を得る。
【００３９】
（比較例３）
実施例３と同じ化学組成の銅合金荒引線（Cu-0.01mass%Mg）に、冷間伸線加工を施して、φ０．０８ｍｍの極細線を形成する。この極細線に対しては熱処理を施さなかった。
【００４０】
（比較例４）
化学組成が、Cu-0.01mass%Inの銅合金荒引線を用いる以外は、実施例４と同様にして極細銅合金線を得る。
【００４１】
（比較例５）
化学組成が、Cu-1.20mass%Inの銅合金荒引線を用いる以外は、実施例４と同様にして極細銅合金線を得る。
【００４２】
（比較例６）
実施例６と同じ化学組成の銅合金荒引線（Cu-0.01mass%In）に、冷間伸線加工を施して、φ０．０８ｍｍの極細線を形成する。この極細線に対しては熱処理を施さなかった。
【００４３】
（比較例７）
小型連続鋳造機を用い、純度９９．９９９９％の無酸素銅の溶湯にＳｎを添加して銅合金溶湯を形成すると共に、Ｓｎを０．３０質量％の範囲で含有し、銅及び不可避不純物を残部とするφ８ｍｍの銅合金荒引線を形成する。
【００４４】
次に、この荒引線に冷間伸線加工を施して、φ０．０８ｍｍの極細線を形成する。
【００４５】
その後、この極細線を、ライン速度が５００ｍ／ｍｉｎ、電圧が３４Ｖに調整された通電加熱装置に通し、通電抵抗加熱により連続的に熱処理を施し、極細銅合金線を得る。
【００４６】
実施例１〜６、参考例１〜４及び比較例１〜７の各極細銅合金線の、化学組成及び各種特性（引張強さ（ＭＰａ）、伸び（％）、導電率（％ＩＡＣＳ）、及び耐屈曲性）を表１に示す。
【００４７】
ここで、耐屈曲性は、屈曲試験における屈曲寿命により評価を行なった。尚、屈曲試験は、極細銅合金線を半径１ｍｍの曲げ治具で挾持すると共に、３０ｇの重りを吊り下げて、９０°の屈曲を左右に繰り返し行い、破断するまでの曲げ回数を測定した。耐屈曲性は、屈曲寿命が５０回以上と良好なものを○、３０〜５０回とやや難があるものを△、３０回未満と難があるものを×とした。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１に示すように、従来のＣｕ−Ｓｎ系合金線である比較例７の極細銅合金線は、引張強さが３７４ＭＰａ（３８．１kgf/mm²）、伸びが８．７％、導電率は８０．１％ＩＡＣＳであった。また、耐屈曲性は良好であった。一方、実施例１〜６の各極細銅合金線は、引張強さが３４８〜３６７ＭＰａ（３５．５〜３７．４kgf/mm²）、伸びが７．５〜８．６％、導電率が９３．０〜９８．０％ＩＡＣＳであった。また、いずれも耐屈曲性は良好であった。
【００５０】
このことから、実施例１〜６の各極細銅合金線は、従来のＣｕ−Ｓｎ系銅合金線と同等以上の特性を有していることが確認できる。ここで、合金構成元素の含有量が同じである実施例３，６及び比較例７を比較すると、実施例３，６の極細銅合金線の方が、比較例７の極細銅合金線よりも導電率が高くなっている。よって、実施例１〜６の各極細銅合金線は、従来のＣｕ−Ｓｎ系銅合金線と同等以上の特性を有していることが確認できる。
【００５１】
これに対して、比較例１，４の各極細銅合金線は、伸びがそれぞれ１１．３％、導電率が９８．５％ＩＡＣＳ、９８．８％ＩＡＣＳと、いずれも例中で最高の値を示した。しかし、合金構成元素であるＭｇ，Ｉｎの含有量がそれぞれ０．０１質量％であり、規定範囲（０．０５〜０．９質量％）より少ないため、引張強さがそれぞれ２９５ＭＰａ（３０．１kgf/mm²）と低くなっており、その結果、耐屈曲性にやや難があった。
【００５２】
また、比較例２，５の各極細銅合金線は、引張強さはそれぞれ４０４ＭＰａ（４１．２kgf/mm²）、伸びはそれぞれ５．５％と良好であると共に、耐屈曲性も良好であった。しかし、合金構成元素であるＭｇ，Ｉｎの含有量がそれぞれ１．２０質量％であり、規定範囲より多いため、導電率がそれぞれ７５．８％ＩＡＣＳと低くなっている。
【００５３】
さらに、比較例３，６の各極細銅合金線は、引張強さは８０７ＭＰａ（８２．３kgf/mm²）、７８７ＭＰａ（８０．３kgf/mm²）と、例中で最高の値を示し、また、導電率は８７．８％ＩＡＣＳ、８８．２％ＩＡＣＳと良好であった。しかし、伸線後の熱処理を施していないため、伸びがそれぞれ２．１％、２．３％と低くなっており、その結果、耐屈曲性に難があった。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、Ｃｕ−Ｍｇ系又はＣｕ−Ｉｎ系合金を用いて形成した線材を最終線径に形成した後、この線材に連続的に熱処理を施すことで、線材の特性を、従来の極細銅合金線であるＣｕ−Ｓｎ系合金線と同等以上に調質することができるという優れた効果を発揮する。

Claims

線径が０．０１〜０．１ｍｍの極細銅合金線において、Ｍｇ又はＩｎを０．０７〜０．３質量％含有し、銅及び不可避不純物を残部とする銅合金からなり、かつ、最終線径形成後に熱処理が施され、引張強さを３４３ＭＰａ以上、伸びを７．５％以上、導電率を９３％ＩＡＣＳ以上とすることを特徴とする極細銅合金線。