JP5337965B2

JP5337965B2 - 銅被覆アルミニウム線の評価方法および銅被覆アルミニウム線の製造方法

Info

Publication number: JP5337965B2
Application number: JP2009144118A
Authority: JP
Inventors: 明男川上; 雅載大保; 慎司片山; 翼畑中; 泰行戸田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP2011002289A

Description

本発明は、アルミニウム線（以下、Ａｌ線）からなる芯材に銅テープ（以下、Ｃｕテープ）が被覆された銅被覆アルミニウム線（以下、ＣＡ線）のＣｕテープとＡｌ線との密着性の評価方法およびそれを用いたＣＡ線の製造方法に関する。

ＣＡ線は、Ａｌ線にＣｕ被覆が施されたものであるため、軽くて成形性に優れ、またはんだ付性が良い。このため、電子機器やケーブの導体、編組線、ハードディスクドライブのピックアップコイルやヘッドホン等の各種モータ用の巻線コイル等に使用される。さらに、高周波領域において使用されるケーブルは、表皮効果により電流がＣｕ被覆層を流れるので実効抵抗はＣｕ導体と同じになるために、高周波同軸ケーブル用の導体としても使用されている。
このようなＣＡ線は、通常以下のような工程を経て製造されている。すなわち、ワイヤブラッシングなどによって表面を清浄にした銅テープを所定の幅にスリットし、同様に表面を清浄にしたＡｌ線を包み込むように丸く成形し、その突合せ部分を連続的にＴＩＧ溶接等によって接合した後、ロール加工等によって一定の径まで縮径してＣｕテープをＡｌ線上に密着させた銅被覆Ａｌ母材（以下、ＣＡ母材）を製造し、この母材を伸線機等により伸線加工を行って目的とする径に縮径することによって製造されている。（例えば、特許文献１）しかしながら、前記縮経したＣＡ母材においてＣｕ被覆とＡｌ線とが確実に密着されていないと、その後の伸線加工によってＣｕ被覆の剥離、Ａｌ線がＣｕ被覆から露出、さらに伸線加工時に断線する問題がある。このような状態が生じるのは、Ｃｕ被覆とＡｌ線が完全に密着していないため伸線加工段階でＣｕ被覆に過大な応力が掛かると、特に断線が生じるものと考えられる。そして、Ａｌ線が露出すると異種金属接触腐食によりＡｌが急速に腐食して断線する等の問題が生じるため、Ｃｕ被覆とＡｌ線を強固に密着させる必要がある。このためＣＡ母材の製造時に、Ｃｕ被覆となるＣｕテープをステンレス製のブラシ等により研磨することが行われている。しかしこの方法は、Ｃｕテープが研磨されると共にブラシも研磨されて短くなり、研磨能力に経時劣化の問題があった。そこで、ブラシの押込みレベルを数値化して管理する方法が試みられたが、数値にバラツキが大きく定量評価することができなかった。このため、伸線加工時にＣｕ被覆とＡｌ線の密着不良によるＣｕ被覆の剥離や伸線加工中の断線が避けられなかった。
このため、Ｃｕ被覆とＡｌ線の密着性を評価する方法として、図３の概念図に示すような引張試験片の先端絞り部分の値先端絞値を測定してその良否を判断していた。すなわち、引張試験を行い、引張前の線径をＤ、引張破断後の先端径をｄとした時、絞り＝１−（ｄ／Ｄ）^２の値が大きいほど密着性が良好なものと判断していた。しかしながら、この方法による計算結果は、バラツキが大きく確実な評価ができなかった。そこで、正確でかつ比較的迅速な評価方法が望まれていた。

特開２００８−２２９７０３号公報

よって、本発明が解決しようとする課題は、ＣＡ線の製造工程におけるＣｕ被覆とＡｌ線の密着性を正確に予測できる比較的簡単な評価方法を提供し、伸線加工によって目的とするＣＡ線を製造する際のＣｕ被覆の剥離やＡｌ線の露出、さらには断線の可能性等を事前に推測できるようにすることにある。
また、前記の評価方法を適用して、目的とするＣＡ線を得るための指標とし、伸線工程でのＣＡ線がＣｕ被覆の剥離、Ａｌ線の露出をしたり、断線が生じないようにしたＣＡ線の製造方法を提供することにある。

前記解決しようとする課題は、請求項１に記載するように、Ａｌ線上にＣｕテープをフォーミングし、ついで前記Ｃｕテープの突合せ部分を溶接した後、縮径することによってＡｌ線とＣｕテープ被覆を密着させてＣＡ母材とし、ついで前記ＣＡ母材を伸線加工するＣＡ線の製造方法において、前記伸線加工工程における特定の段階のＣｕ被覆剥離面（変色面）の新生面比率を測定することによって、ＡＬ線とＣｕ被覆の密着性を評価するＣＡ線の評価方法とすることによって、解決される。

具体的には、前記新生面比率は、ＣＡ線から剥離したＣｕ被覆剥離面（変色面）のＡｌの面積比を、Ｘ線マイクロアナライザーによって測定して算出する請求項１に記載のＣＡ線の評価方法とすることによって、解決される。

そして請求項３に記載する、Ａｌ線上にＣｕテープをフォーミングし、ついで前記Ｃｕテープの突合せ部分を溶接した後、縮径することによってＡｌ線とＣｕテープを密着させてＣＡ母材とし、ついで、前記ＣＡ母材を伸線加工処理するＣＡ線の製造方法において、前記伸線加工工程におけるＣＡ線の加工度[２ｌｎ（Ｄ／ｄ）]が、２．０２〜２．７の段階のＣｕ被覆剥離面（変色面）における新生面比率を確認した後、さらに目的とする線径まで伸線加工を行うＣＡ線の製造方法とすることによって、解決される。

以上の本発明によれば、ＣＡ線の伸線加工工程における特定の段階で、Ｃｕ被覆剥離面（変色面）としての新生面比率を測定するので、ＣＡ線のＣｕ被覆とＡｌ線の密着性を比較的簡単に、かつかなり正確に予測できるため、その後の伸線加工おけるＣＡ線のＣｕ被覆の剥離やＡｌ線の露出、さらにはＣＡ線の断線をなくすことができ実用的な評価方法である。さらに、具体的な新生面比率の測定方法も、ＣＡ線から剥離したＣｕ被覆剥離面の一定面積のＡｌの面積比をＸ線マイクロアナライザーによって測定して算出する方法としたので、従来方法に比較して簡単に行うことができる評価方法である。

またＣＡ線の製造方法も、伸線加工工程におけるＣＡ線の加工度[２ｌｎ（Ｄ／ｄ）]が、２．０２〜２．７の段階のＣｕ被覆剥離面（変色面）における新生面比率を確認した後、さらに目的とする線径まで伸線加工を行うＣＡ線の製造方法としたので、目的とするＣＡ線を得るための指標となり、伸線加工工程でのＣＡ線がＣｕ被覆の剥離、Ａｌ線の露出、さらには断線が生じることのないＣＡ線の製造方法を提供することができる。

ＣＡ線の伸線加工における加工度と新生面比率の関係を示すグラフ。加工度が０．９４（線径６．１ｍｍ）におけるＣＡ線のＣｕ被覆剥離面の新生面を示す写真。加工度が２．０２（線径３．５５ｍｍ）におけるＣＡ線のＣｕ被覆剥離面の新生面を示す写真。ＣＡ線の先端絞り値を求める従来の測定方法を示す概略図。ＣＡ線を製造するためのＣＡ母材の一般的な製造方法の概要を示す図面。

以下に本発明を詳細に説明する。本願発明におけるＣＡ線の密着性の評価方法は、Ａｌ線（例えばＡｌ荒引き線）上にＣｕテープをフォーミングし、ついで前記Ｃｕテープの突合せ部分を溶接した後、縮径することによってＡｌ線とＣｕテープ被覆を密着させてＣＡ母材とし、ついで前記ＣＡ母材を伸線加工するＣＡ線の製造方法において、ＣＡ線の伸線加工工程における特定の段階で、Ｃｕ被覆剥離面（変色面）の新生面比率を測定することによって、Ａｌ線とＣｕ被覆の密着性を評価するＣＡ線の評価方法である。このような評価方法とすることによって、ＣＡ線の伸線工程におけるＣｕ被覆とＡｌ線の密着性を比較的簡単にかつ正確に予測できるので、その後の伸線加工におけるＣＡ線のＣｕ被覆の剥離やＡｌ線の露出、さらには、伸線加工によるＣＡ線の断線をなくすことができる実用的な評価方法である。
これに対して従来のＣＡ線の密着性の評価方法は、先に説明した図３に示すような引張り試験片の先端絞り値（先端絞り部分）を測定してその良否を判断していたので、計算結果はバラツキが大きく確実な評価ができなかった。本発明によればこのような問題点が解消されて確実な評価方法となる。

図４により具体的に説明する。Ａｌ線１をＡｌ線供給装置２から送り出し、ストレーナー３で伸直にし、表面洗浄装置４で洗浄し、研磨装置５によって研磨する。また、Ｃｕテープ供給装置６から送り出されたＣｕテープ７は、成形装置８に導入してＡｌ線１上に縦添え被覆しながら、その突合せ部分をＴＩＧ溶接装置９によって溶接し、さらにロール等による縮径加工によってＡｌ線１上にＣｕテープ７を密着させてＣＡ母材１０とし、ドラム等の巻取装置１１に巻き取られる。そして、このＣＡ母材１０は、通常Ｃｕ被覆占積率が３〜２０％となるようにダイス等の伸線機によって伸線加工を施して、通常線径が１ｍｍ〜５０μｍのＣＡ線（図示せず）とされる。これは、Ｃｕ被覆占積率が３％未満であると、Ｃｕ被覆が破れ易く、断線や接続不良を生じ易くなる。また、Ｃｕ被覆占積率が２０％を超えると、伸線加工時に芯材のＡｌ線が断線を生じることがあるためである。

本発明は、このようなＣＡ線の製造方法において、Ｃｕ被覆とＡｌ線が強固に密着するためには、Ｃｕ被覆が極めて清浄かつ活性な面（以下、新生面）が必要であることに着目し、ＣＡ線のそれぞれの伸線加工段階における新生面の比率を調べることによって密着性を確認した。前記のようにＡｌ線とＣｕ被覆が完全に密着している部分が清浄で活性な面（新生面）と考えることができるので、伸線加工段階におけるＣＡ線のＣｕ被覆を剥離し、剥離面の新生面の比率を測定することによって評価した。すなわちＣｕ被覆の剥離面における新生面比率は、Ｃｕ剥離面の一定部分をＸ線マイクロアナライザー（以下、ＥＰＭＡ）による面分析により、Ａｌ量を測定することによって行える。具体的な新生面の比率は、伸線加工におけるある加工度[２ｌｎ（Ｄ／ｄ）]の段階のＣＡ線を取出して、引抜きしニッパ等によりＣｕ被覆を螺旋状に剥離したものの一定面積（通常５０ｍｍ^２程度）の新生面比率を測定すれば良いことになる。例えば、後述するように加工度が２．０２あたりの段階で測定すれば良い。なお、加工度の式[２ｌｎ（Ｄ／ｄ）]における、Ｄは伸線加工開始前のＣＡ線の線径（ｍｍ）、ｄは伸線加工終了時のＣＡ線の線径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す。

図面を用いて詳細に説明する。図１のグラフは、ＣＡ線の加工度と新生面比率の関係を示す実験結果である。グラフから明らかなように、Ｃｕ剥離面をＥＰＭＡの面分析によってＡｌが検出される面積比を測定した結果、加工度に比例して新生面比率が大きくなり、Ａｌ線とＣｕ被覆の密着性が高くなることを示している。
すなわち、ＣＡ母材（銅の占積率が１５％の場合で９．７５ｍｍ程度）を伸線加工して行くと、ＣＡ線の加工度が０．９４（線径６．１ｍｍ）では、新生面比率は２１％程度、さらに伸線加工を続けて加工度を上げて行くと、加工度が１．１８（線径５．４ｍｍ）で、新生面比率は３８％程度、加工度が２．０２（線径３．５５ｍｍ）では新生面比率が３５％となり、加工度が２．１９（線径３．２ｍｍ）あたりで新生面比率が４５％、加工度が２．４５（線径２．８７ｍｍ）では新生面比率が６２％であった。そして、加工度が２．７０（線径２．５３ｍｍ）あたりでは新生面比率が７０％、そして加工度が３．６１（線径１．６ｍｍ）では新生面比率が９５％と略完全に密着していることが確認された。さらに、グラフから判るように加工度と新生面比率が直線関係にあることも判った。このため、ある加工度での新生面比率を測定すればＣＡ線の伸線性の判断に利用できることが判る。具体的には、加工度が２．０２（線径３．５５ｍｍ、新生面比率が３５％程度）の段階での新生面比率を測定すれば、その後の伸線での密着性を推測できることになる。
なお前記の実験において、加工度が２．１９（線径３．２０ｍｍ）以上のＣＡ線については、引抜き後ニッパによりＣｕ被覆を螺旋状に剥離できないので、それほど鋭利ではないバイスを万力に挟さんだ上でＣＡ線を挟んで９０°に曲げ、つぎに反対側に１８０°曲げ、さらに反対方向に９０°曲げた後に、Ｃｕ被覆を剥離して新生面比率を測定した値である。
また、図１のグラフにおける点（〇印）を具体的な数値として表１に記載した。

そして、前記新生面比率の測定の具体的方法としては、ＣＡ線から剥離した一定面積のＣｕ被覆剥離面のＡｌの面積比を、ＥＰＭＡによって測定して算出することによって行えば良い。例えば、図２ｂに示したＣｕ被覆の剥離面（ＣＡ線の伸線加工工程の加工度が２．０２の例の写真で、黒く見える部分がＡｌが付着した部分である。本発明ではこの部分を新生面とした。）におけるＣｕ被覆剥離面のＡｌの面積比を、ＥＰＭＡによって測定して新生面比率を算出することができる。このように、伸線加工を施したＣＡ線のある段階の一定面積のＣｕ剥離面のＡｌ量をＥＰＭＡによって測定して、Ａｌ量とＣｕ量の関係から新生面比率を測定すれば、Ｃｕ被覆とＡｌ線の密着性を推測することができることになる。このような評価方法によれば、その後の伸線加工においても断線等を生じることがないことが確実に推測でき、目的とするＣＡ線の線径まで伸線加工を行うことができることになる。また、その測定方法も、ＣＡ線から剥離したＣｕ被覆剥離面の一定面積をＥＰＭＡによって測定して新生面比率を計算するだけであるから、比較的簡単なＣＡ線の密着性を評価できる方法である。

また、前記新生面比率は、ＣＡ線から剥離したＣｕ被覆剥離面と、同様に予め用意した標準試料とを目視によって比較して行うこともできる。この場合、従来方法に比較して簡単に行うことができる評価方法である。
すなわち、図１のグラフの各加工度における一定面積のＣｕ被覆剥離面の状態を写真等として用意しておき、実際のＣＡ線のＣｕ剥離面と比較することができることになる。これを拡大鏡等を用いて目視で比較すれば良く、作業が最も簡単である。
例えば、図２ａが加工度０．９４（線径６．１ｍｍ）で新生面比率が２１％の場合の写真であるが、前述した図２ｂの写真と比較すると黒く見える部分（Ａｌが付着した部分で新生面である）に明らかに違いが見られる。このように、目視によっても新生面比率が確認でき簡単なＣＡ線の評価方法となることが判る。

つぎに、前述した評価方法を取り入れた実際のＣＡ線の製造方法について説明する。前述したようなＣＡ線の密着性の評価方法に関する知見が得られたので、これに基づいてＣＡ線の製造方法を確立した。すなわち、Ａｌ線上にＣｕテープをフォーミングし、ついで前記Ｃｕテープの突合せ部分を溶接した後、縮径することによってＡｌ線とＣｕテープを密着させてＣＡ母材とし、このＣＡ母材を伸線加工処理するＣＡ線の製造方法であって、前記伸線加工工程におけるＣＡ線の加工度[２ｌｎ（Ｄ／ｄ）]が、２．０２〜２．７の段階のＣｕ被覆剥離面（変色面）における新生面比率を測定した後、さらに目的とする線径まで伸線加工を行うＣＡ線の製造方法である。このＣＡ線の製造方法によれば、伸線加工の比較的早い段階でＣＡ線の密着常態を確認でき、その後目的とするＣＡ線を製造しても伸線工程でのＣＡ線がＣｕ被覆の剥離、Ａｌ線の露出、さらには目的の線径まで伸線加工を施しても断線が生じることがないＣＡ線の製造方法である。

図４を参照して詳細に説明する。すなわち、表面を洗浄し研磨されたＡｌ線１（通常線径が９．５ｍｍ程度）上に、研磨されたＣｕテープ７（通常厚さが０．０７３〜０．５６ｍｍ程度）が縦添え被覆され、その突合せ部分をＴＩＧ溶接装置９によって溶接し、さらにロール加工等により縮径してＡｌ線１上にＣｕテープ７を密着させたＣＡ母材１０（銅の占積率が１５％の場合で線径が９．７５ｍｍ程度）とし、ドラム等の巻取装置１１に巻き取られる。

このようにして得られたＣＡ母材１０は、通常Ｃｕ被覆の占積率が３〜２０％となるようにダイス等の伸線機によって伸線加工を施して、通常線径が１ｍｍ〜５０μｍのＣＡ線（銅被覆アルミニウム線）とする。そしてこの伸線工程時の加工度[２ｌｎ（Ｄ／ｄ）]が、２．０２〜２．７の間の段階で伸線加工を一度中止し、この段階でのＣＡ線を０．５ｍ程度の長さ切断して取出しその一定部分（５０ｍｍ^２程度）を引抜きし、ニッパによりＣｕ被覆を螺旋状に剥離して新生面比率を測定する。その結果、加工度が２．０２（新生面比率が３５％程度）から加工度が、２．７（新生面比率が７０％程度）であればその後の伸線加工に問題を生じないものと判断して、目的とする線径のＣＡ線を伸線加工するものである。この新生面比率の測定には、前述したＣＡ線から剥離した一定面積のＣｕ被覆剥離面のＡｌの面積比をＥＰＭＡによって測定すれば良い。

なお、本発明のＣＡ線に用いるＡｌ線は、純Ａｌ線のほかＭｇを０．０５〜２．０質量％含有するＡｌ合金線やＣｕを２〜４質量％含有するＡｌ合金線にも適用が可能である。そして、このようにして得られたＣｕ被覆Ａｌ複合線は、種々の用途に使用できる。例えば、高周波同軸ケーブル用の導体、ハードディスクドライブのピックアップコイルやヘッドホン用の巻線等に有用である。

Ａｌ線（線径９．５ｍｍ）並びにＣｕテープ（厚さ０．４ｍｍ）を用意し、ブラッシングによりその表面を処理した。ついで、このＡｌ線上に前記Ｃｕテープの表面処理した側を被せた後、ロール加工による縮径処理を行って線径が９．７５ｍｍ（銅の占積率が１５％）のＣＡ母材として巻き取った。ついで、このＣＡ母材を伸線機によって伸線加工して、加工度がおよそ２．４５（線径２．８７ｍｍ）の段階で、０．５ｍ長さを切断して試料とした。この試料についてニッパによりＣｕ被覆を螺旋状に剥離し、ＥＰＭＡによって剥離面（５０ｍｍ^２）を測定した。測定されたＡｌ量とＣｕ量から新生面比率を計算したところ６８％であったので、引き続き伸線加工を行い最終的に線径５０μｍのＣＡ線を１５４３ｋｍ作製した。この間に断線は生じなかった。このように実際のＣＡ線の製造ラインにおいて、本発明の評価方法を適用したＣＡ線の製造方法が有用であることを確認した。
前記と同様のＣＡ母材を用い、加工度が２．４５（線径２．８７ｍｍ）の段階での新生面比率が４７％であったものについて、同様の伸線加工処理を行った場合には線径５０μｍのＣＡ線は２７ｋｍの段階で断線を生じた。このＣＡ線について、加工度２．４５（線径２．８７ｍｍ）の段階でのＡｌ線とＣｕ被覆の結合の状態を詳細に調べたところ、両者の間には金属結合が十分に行われていない部分が見られた。

本発明のＣＡ線の評価方法を適用したＣＡ線の製造方法によれば、比較的簡単な評価方法によってよって伸線加工を施しても断線することがなくＣＡ線を得ることができ実用的な方法である。また、得られたＣＡ線は、Ａｌ線とＣｕ被覆の間にボイドや剥離がないので、例えば、高周波同軸ケーブル用の導体、ハードディスクドライブのピックアップコイルやヘッドホン用の巻線等として有用である。

１Ａｌ線
２Ａｌ線供給装置
３ストレーナー
４表面洗浄装置
５研磨装置
６Ｃｕテープ供給装置
７Ｃｕテープ
８成形装置
９ＴＩＧ溶接装置
１０ＣＡ母材
１１巻取装置
ＣＡ線（Ｃｕ被覆Ａｌ線）

Claims

アルミニウム線上に銅テープをフォーミングし、ついで前記銅テープの突合せ部分を溶接した後、縮径することによってアルミニウム線と銅テープ被覆を密着させて銅被覆アルミニウム母材とし、ついで前記銅被覆アルミニウム母材を伸線加工する銅被覆アルミニウム線の製造方法において、前記伸線加工工程における特定の段階の銅被覆剥離面（変色面）の新生面比率を測定することによって、アルミニウム線と銅被覆の密着性を評価することを特徴とする銅被覆アルミニウム線の評価方法。
前記新生面比率は、銅被覆アルミニウム線から剥離した銅被覆剥離面（変色面）のアルミニウムの面積比を、Ｘ線マイクロアナライザーによって測定して算出することを特徴とする請求項１に記載の銅被覆アルミニウム線の評価方法。
アルミニウム線上に銅テープをフォーミングし、ついで前記銅テープの突合せ部分を溶接した後、縮径することによってアルミニウム線と銅テープを密着させて銅被覆アルミニウム母材とし、ついで、前記銅被覆アルミニウム母材を伸線加工処理する銅被覆アルミニウム線の製造方法において、前記伸線加工工程における銅被覆アルミニウム線の加工度[２ｌｎ（Ｄ／ｄ）]が、２．０２〜２．７の段階の銅被覆剥離面（変色面）における新生面比率を確認した後、さらに目的とする線径まで伸線加工を行うことを特徴とする銅被覆アルミニウム線の製造方法。