JP5589755B2 - 太陽光発電システム用ケーブル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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、まだ十分に検討がなされたとはいえない。
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。
前記導体は、2mass ppmを超え30mass ppm以下の酸素と、2〜12massppmの硫黄と、4〜25mass ppmのTiとを含み、残部が銅及び不可避不純物からなり、かつSCR連続鋳造圧延により、1200℃以上1320℃以下の鋳造温度で鋳造ロッドを作製した後に、前記鋳造ロッドを最初の圧延ロールでの圧延温度を880℃以下及び最終の圧延ロールでの圧延温度を550℃以上で熱間圧延する工程を経て得られたものであり、
前記導体内には前記Ti、硫黄及び酸素によって形成される化合物又は凝集物が形成され、該化合物又は凝集物から成る直径500nm以下の粒子の数が前記化合物又は凝集物の全体の90%以上であり、
前記導体の導電率が101.5%IACS以上であることを特徴とする太陽光発電システム用ケーブルを提供する。
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。
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。
(880〜550℃)することで、銅中に転位を導入し、硫黄(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6のSEM像と、図7の分析結果参照)。
導電率を満足する銅ワイヤロッドができる。
した。
本実施の形態に係る太陽発電システム用ケーブルの導体は、2〜12mass ppmの硫黄、2mass ppmを超え30mass ppm以下の酸素、4〜25mass ppmのTiを含み、残部が銅及び不可避的不純物からなるものであり、前記導体内には前記Ti、硫黄及び酸素によって形成される化合物又は凝集物が形成され、該化合物又は凝集物から成る直径500nm以下の粒子の数が前記化合物又は凝集物の全体の90%以上であり、その導電率が101.5%IACS以上であるものを用いる。
酸素、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おり、直径500nm以下の粒子の数が化合物又は凝集物の全体の90%以上であ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。
鋳造条件の設定も必要である。
SCR連続鋳造圧延により、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ワイヤロッドを造る方法を用いる。
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。1200℃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、溶銅温度は、出来るだけ低い温度が望ましい。
の温度が550℃以上とする。
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。
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。
ないためである。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℃以上で、できるだけ低い方が望ましい。こうすることで、軟化
温度(φ8〜φ2.6に加工後)が限りなく高純度銅(6N、軟化温度130℃)に近くなる。
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)雰囲気の下で、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。
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。
(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桶に流し、桶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成した。この鋳塊ロッドを熱間圧延加工してφ8mmの銅線を作成したものである。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。
iの各濃度はICP発光分光分析器で分析した結果である。
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4
00℃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。
た結果であり、Tiを、0〜18mass ppm添加したものである。
m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。また、導電率102%以上を満足していないため、総合評価は×であった。
てφ8mm銅線(ワイヤロッド)の試作を行った。
ss ppm)であり、導電率は101.5%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。
ss ppm)、Ti濃度の異なる(4〜25mass ppm)試作材の結果である。
電率も101.5%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○)。
させることができる。
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く、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。
mass 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。
表面の傷が多く、製品にならない状況であった。
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。
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。
1.5%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。
℃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。
℃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、ワイヤ表面品質、分散粒子サイズも良好で、総合評価は○であった。
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。
mm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11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。
表3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。
表4は、無酸素銅線を用いた比較材13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、2.6m
m径の試料を用いた。
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7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400℃で1時間の焼鈍を施したものを用い、比較材14は比較材
12と同様の成分組成であり、実施材7も実施材5(実施材1)と同様の成分組成のものを使用した。
図9の実験データによると、本発明に係る実施材7は比較材14に比して高い屈曲寿命
を示した。
用いた実施材8における屈曲寿命を測定した結果を図10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15は比較材12と同様の成分組成であり、実施材8も実施材5(実施材1)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15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14、15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。
また、図11は、実施材8の試料の幅方向における断面組織の写真を表したものであり、図12は、比較材15の幅方向における断面組織の写真を表したものである。図11は、比較材15の結晶構造を示し、図12は実施材8の結晶構造を示す。これをみると、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。
の屈曲特性の向上に寄与しているものと考えている。
5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。
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。
2.6mm径の幅方向断面の表面から深さ方向に50μmの深さにおける長さ10mmの範囲での結晶粒サイズを測定した。
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。
SCR連続鋳造圧延法で試作した前記実施材1(表1参照)のうち、上から3番目の素材を、溶銅温度1320℃で鋳造し、且つ圧延温度が880℃〜550℃でφ8mmのワイヤロッド(荒引線)を作成し、さらにこれを伸線加工してφ2.6mmの素線を得た後、更にφ0.6mm又はφ0.8mmまで冷間伸線を行い、素線を得た。
Claims (3)
- 導体と、その外周に被覆された絶縁層と、前記絶縁層の外周に被覆されたシースとを有する太陽光発電システム用ケーブルにおいて、
前記導体は、2mass ppmを超え30mass ppm以下の酸素と、2〜12massppmの硫黄と、4〜25mass ppmのTiとを含み、残部が銅及び不可避不純物からなり、かつSCR連続鋳造圧延により、1200℃以上1320℃以下の鋳造温度で鋳造ロッドを作製した後に、前記鋳造ロッドを最初の圧延ロールでの圧延温度を880℃以下及び最終の圧延ロールでの圧延温度を550℃以上で熱間圧延する工程を経て得られたものであり、
前記導体内には前記Ti、硫黄及び酸素によって形成される化合物又は凝集物が形成され、該化合物又は凝集物から成る直径500nm以下の粒子の数が前記化合物又は凝集物の全体の90%以上であり、
前記導体の導電率が101.5%IACS以上であることを特徴とする太陽光発電システム用ケーブル。 - 2mass ppmを超え30massppm以下の酸素と、2〜12mass ppmの硫黄と、4〜25mass ppmのTiを含み、残部が不可避的不純物及び銅である導体からなり、
SCR連続鋳造圧延により、1200℃以上1320℃以下で鋳造して鋳造ロッドを作製し、この鋳造ロッドを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℃以上の条件で熱間圧延して、これを伸線して前記導体を形成する工程と、
前記導体の外周に絶縁層を形成する工程と、
その絶縁層の外周に樹脂を被覆してシース層を形成する工程とを備える
ことを特徴とする太陽光発電システム用ケーブルの製造方法。 - 前記導体は、その導電率が101.5%IACS以上であることを特徴とする請求項2に記載の太陽光発電システム用ケーブルの製造方法。
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