JP6233634B2 - 銅線材、銅伸線材、銅平角線、被覆銅線、銅線材の製造方法、銅伸線材の製造方法、及び銅平角線の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者らは、上引き鋳造法によって得られた鋳造材(アップキャスト材)に対して、表面品質を向上可能な手段を検討した結果、アップキャスト材にコンフォーム押出を施すことが好ましい、との知見を得た。
以下、本発明の実施の形態をより詳細に説明する。
[銅線材]
(組成)
実施形態の銅線材、銅伸線材、銅平角線、及び被覆銅線に具える導体の構成材料は、いわゆる純銅とする。純銅は、無酸素銅(Cuを99.95質量%以上含有し、残部が不可避不純物(好ましくは不可避不純物の合計含有量が0.03質量%以下))が挙げられる。無酸素銅中の酸素含有量は、少ないほど導電性に優れることから、0.005質量%(50質量ppm)以下、更に0.002質量%以下(20質量ppm以下)が好ましい。酸素含有量は、溶解時に精錬したり、鋳造雰囲気を調整したりすることで調整できる。特に、実施形態の銅線材などの製造には、上引き鋳造法を利用するため、鋳造雰囲気を調整し易く、酸素含有量を低くし易い。
実施形態の銅線材は、表面から内部に至る実質的に全域に亘って、アップキャスト材よりも微細な結晶によって構成されている。特に、実施形態の銅線材のうち、内部領域を構成する結晶の粒径はアップキャスト材の結晶粒径よりも小さく、表面側領域を構成する結晶の粒径は、この内部領域の結晶粒径よりも更に小さい。従って、実施形態の銅線材の平均結晶粒径は、アップキャスト材の平均結晶粒径よりも十分に小さい。実施形態の銅線材の平均結晶粒径は、例えば、アップキャスト材の平均結晶粒径の1/2以下、更に1/4以下である。特に、実施形態の銅線材の平均結晶粒径が100μm以下であると、加工性に優れて伸線加工を施す場合や圧延加工を施す場合に銅線材全体を均一的に変形させられる。そのため、この形態は、伸線時、割れが生じ難く、長尺な銅伸線材や長尺な銅異形線材を生産性よく製造できる。この銅線材の平均結晶粒径は、小さいほど、伸線性や圧延性を向上できることから、50μm以下、更に30μm以下が好ましい。銅線材の結晶粒径は、押出条件によって調整できる。例えば、押出加工度を大きくすると、結晶粒径を小さくし易い。しかし、押出加工度を大きくし過ぎると、つまり、押出時の負荷を高め過ぎると、押出し難くなり、生産性の低下を招く。従って、銅線材の平均結晶粒径は、1μm以上が好ましく、伸線性や圧延性と押出時の加工性とを考慮すると、3μm以上、更に6μm以上が好ましい。なお、押出条件によっては、伸線加工を施した銅伸線材や圧延加工を施した銅異形線材よりも微細な組織を有する銅線材とすることができる。
実施形態の銅線材は、コンフォーム押出によって成形可能な種々の外形(断面形状)を有することができる。例えば、断面が円形状の丸線では、押出時の加工性に優れて、表面性状や形状精度、寸法精度に優れる銅線材となり易い。その他、断面が矩形状の銅線材、特に長方形などのアスペクト比(長径と短径との比、長径/短径)が10以下の矩形状の銅線材や、正方形などのアスペクト比が1に近い矩形状の銅線材、断面が多角形状、楕円状などの異形の銅線材とすることができる。
実施形態の銅線材は、種々の大きさを取り得る。例えば、実施形態の銅線材の一例として、断面積が8mm2以上100mm2以下程度であるものが挙げられる。実施形態の銅線材が丸線の場合には、例えば、線径(直径)が3mm以上13mm以下程度であるものが挙げられる。実施形態の銅線材が矩形状である場合には、例えば、厚さ1mm以上8mm以下程度、幅5mm以上35mm以下程度であるものが挙げられる。ここで、実施形態の銅線材は、後述のように伸びが高く加工性に優れるため、例えば、伸線加工を施すことなく圧延加工を施して平角線などの異形線材を製造可能である。そのため、上記の範囲の断面積を有する実施形態の銅線材を利用することで、断面積が大きな平角線などの異形線材を製造することができる。また、実施形態の銅線材は、断面積が100mm2以下、更に90mm2以下といった大きさでも軟化処理といった熱処理を別途施すことなく、後述するように高い伸びを有する形態とすることができる。
実施形態の銅線材は、上述のように表面性状に優れる上に、微細な加工組織によって構成されることで、機械的特性にも優れる。具体的には、実施形態の銅線材は、強度が高く、伸びにも優れる。具体的には、実施形態の銅線材の一例として、室温における引張強さが200MPa以上を満たす形態が挙げられる。実施形態の銅線材の別の一例として、室温における破断伸びが30%以上を満たす形態が挙げられる。押出条件などによって、室温における引張強さが220MPa以上、更に240MPa以上を満たす形態や、室温における破断伸びが40%以上、45%以上、更に47%以上を満たす形態とすることができる。また、実施形態の銅線材は、室温における0.2%耐力も高く、一例として、100MPa以上を満たす形態が挙げられる。このような機械的特性に優れる銅線材を素材にすることで、機械的特性に優れる銅伸線材や銅異形線材、導体が得られる。また、このように高い伸びや強度を有する実施形態の銅線材をコンフォーム押出後に軟化処理といった熱処理を別途施すことなく製造できる点で、実施形態の銅線材は、生産性に優れる。
実施形態の銅線材は、特に無酸素銅で構成される場合、高い導電率を有する。実施形態の銅線材の一例として、室温における導電率が98%IACS以上、更に99%IACS以上を満たす形態が挙げられる。
(組織)
実施形態の銅伸線材、銅伸線材に更に圧延加工などを施した銅異形線材(例えば、実施形態の銅平角線)、実施形態の銅線材に圧延加工などを直接施した銅異形線材(以下、これらの銅異形線材をまとめて実施形態の銅異形線材等と呼ぶことがある)は、実施形態の銅線材や実施形態の銅伸線材を素材とすることで、銅線材と同等程度の微細な結晶組織によって構成される。また、伸線加工や圧延加工などの塑性加工が施されることで、実施形態の銅伸線材や実施形態の銅異形線材等は、内部領域に比較して、表面側領域がより微細な結晶組織から構成される。伸線条件や圧延加工などの加工条件によっては、銅線材よりも更に微細な結晶組織から構成される銅伸線材や銅異形線材とすることができる。
実施形態の銅伸線材は、代表的には横断面が円形状の丸線が挙げられる。伸線ダイスの形状を適宜選択することで、横断面が矩形状、多角形状、楕円状などの異形の伸線材とすることができる。圧延加工などが施された実施形態の銅異形線材等は、代表的には横断面が矩形状の角線が挙げられる。特に、厚さよりも幅が広い平角線が挙げられる。
実施形態の銅伸線材及び実施形態の銅異形線材等の断面の大きさ(丸線の場合には直径、平角線の場合には厚さ及び幅)は、適宜選択することができる。例えば、銅伸線材が丸線の場合、直径0.5mm以上12mm以下程度が挙げられる。銅異形線材が平角線(実施形態の銅平角線)の場合には、厚さ0.5mm以上5mm以下程度、幅1mm以上20mm以下程度が挙げられる。上述の圧延条件を調整することで、銅伸線材の断面積と平角線などの銅異形線材の断面積とを実質的に変更することなく、横断面形状(外形)のみを変形可能である。
実施形態の銅伸線材や実施形態の銅異形線材等(例えば、実施形態の銅平角線)は、上述の銅線材に伸線加工や圧延加工といった塑性加工が施されることで、加工硬化によって強度が高められる傾向にある。従って、実施形態の銅伸線材や実施形態の銅異形線材等の代表的な形態として、室温における引張強さが上述の銅線材よりも高い形態が挙げられる。一方、上述の塑性加工に基づく加工歪みによって導電率や伸びが低くなる傾向にある。従って、実施形態の銅伸線材や実施形態の銅異形線材等の代表的な形態として、室温における導電率及び破断伸びの少なくとも一方が上述の銅線材よりも低い形態が挙げられる。
(導体)
実施形態の被覆銅線に具える導体は、代表的には、上述の実施形態の銅伸線材や実施形態の銅異形線材等(例えば、実施形態の銅平角線)に、加工歪みの除去などを目的とした熱処理を施したものが挙げられる。熱処理によって、若干、結晶粒が成長するものの、熱処理前の線材の結晶粒が上述のように微細であるため、熱処理後も微細な結晶組織から構成される。
絶縁被覆の材質は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステルイミド、ポリウレタン、ポリエステルなどの電気絶縁性に優れる樹脂が挙げられる。絶縁被覆の厚さは、所望の耐電圧特性に応じて選択するとよい。例えば、絶縁被覆の厚さは、0.01mm(10μm)以上0.5mm(500μm)以下程度が挙げられる。
(準備工程)
上述の銅線材の製造にあたり、まず、上引き鋳造法によって得られたアップキャスト材を用意する。上引き鋳造法による連続鋳造には、市販又は公知の上引き鋳造機を利用できる。アップキャスト材の素材には、上述のように純銅(特に無酸素銅)が挙げられる。無酸素銅から構成された市販のアップキャスト材を利用してもよい。
実施形態の銅線材の製造方法などでは、上記アップキャスト材にコンフォーム押出を施して、伸線工程に供する素材(銅線材)を製造することを特徴の一つとする。コンフォーム押出による押出には、市販のコンフォーム押出装置を利用できる。以下、図3を参照してコンフォーム押出装置及び押出原理を説明する。
(伸線工程)
上述の銅線材(押出材)に伸線加工を施して、銅伸線材を製造する伸線工程を具える製造方法によって、表面性状に優れ、微細な結晶組織から構成される銅伸線材(代表的には実施形態の銅伸線材)を製造することができる。伸線加工には、代表的には、伸線ダイスを用いる。
伸線加工前の銅線材(押出材)や、最終線径までの伸線加工途中にある中間伸線材(少なくとも1パスの伸線加工が施された線材)に皮剥ぎを施すことができる。こうすることで、表面性状により優れる銅伸線材を製造できる。また、このような銅伸線材を用いることで、表面性状により優れる銅異形線材や、膨れなどが生じ難い被覆銅線を製造できる。上述の銅線材(押出材)に伸線加工を施さずに圧延加工を直接施す場合には、圧延途中に行ってもよいが、上述のように加工性に優れることから圧延加工前の銅線材(押出材)に皮剥ぎを施すことが好ましい。
上記銅線材又は銅伸線材(伸線材)に圧延加工を施して、形状を変更する圧延工程を具える製造方法によって、銅異形線材を製造することができる。例えば、圧延工程は、上記伸線材に圧延加工を施して銅平角線を製造する工程とすることができる。例えば、圧延工程は、上記銅線材に圧延加工を施して銅平角線を製造する工程とすることができる。圧延条件は、所望の厚さ、幅、断面積、外形などを有する銅異形線材が得られるように適宜選択するとよい。アップキャスト材にコンフォーム押出を施す過程を経ることで、加工性に優れる上記銅線材や上記伸線材を素材とするため、上記圧延工程では、上述のように断面積が大きい平角線などの銅異形線材を容易に加工できる。
上記銅伸線材又は上記銅異形線材に熱処理を施して熱処理線材を形成する熱処理工程と、上記熱処理線材を導体とし、この導体の表面に絶縁被覆を形成する被覆工程とを具える製造方法によって、被覆銅線を製造することができる。
無酸素銅からなる線材を種々の条件で作製し、得られた線材の表面状態、組織、機械的特性を調べた。更に、この線材から導体を作製し、この導体を具える被覆銅線を作製して、被覆状態を調べた。
試験例1で作製した試料No.1−1の銅線材(コンフォーム押出材)と、試料No.100のアップキャスト材とを用意し、伸線途中に皮剥ぎを実施した以外の点は、試験例1と同様にして被覆銅線を作製し、被覆の膨れの発生状態を試験例1と同様にして調べた。
上引き鋳造法によって得られたアップキャスト材にコンフォーム押出を施して製造された実施形態の銅線材を素材に用いて得られる銅平角線として、例えば、以下の銅平角線が挙げられる。
(形態1)
前記実施形態の銅線材に圧延加工を施して製造された銅平角線。
(形態2)
上引き鋳造法によって得られたアップキャスト材を用意する準備工程と、
前記アップキャスト材にコンフォーム押出を施して押出材を製造する押出工程と、
前記押出材に圧延加工を施して銅平角線を製造する圧延工程とを具える銅平角線の製造方法。
200 コンフォーム押出装置 210 ホイール 212 溝 220 シュー
230 ダイチャンバ 232 アバットメント 234 ダイス
300 屑(バリ)
Claims (11)
- 上引き鋳造法によって得られたアップキャスト材にコンフォーム押出を施して製造された銅線材。
- 前記銅線材の縦断面又は横断面における平均結晶粒径が1μm以上100μm以下である請求項1に記載の銅線材。
- 酸素含有量が0.005質量%以下である無酸素銅から構成されている請求項1又は請求項2に記載の銅線材。
- 請求項1に記載の銅線材に伸線加工を施して製造された銅伸線材。
- 請求項4に記載の銅伸線材に圧延加工を施して製造された銅平角線。
- 請求項4に記載の銅伸線材、又は請求項5に記載の銅平角線を用いた導体と、この導体の表面に形成された絶縁被覆とを具える被覆銅線。
- 上引き鋳造法によって得られたアップキャスト材を用意する準備工程と、
前記アップキャスト材にコンフォーム押出を施して銅線材を製造する押出工程とを具える銅線材の製造方法。 - 上引き鋳造法によって得られたアップキャスト材を用意する準備工程と、
前記アップキャスト材にコンフォーム押出を施して押出材を製造する押出工程と、
前記押出材に伸線加工を施して銅伸線材を製造する伸線工程とを具える銅伸線材の製造方法。 - 前記伸線加工が施される前の前記押出材、及び前記伸線工程における伸線途中の中間伸線材の少なくとも一方に皮剥ぎを施す皮剥ぎ工程を具える請求項8に記載の銅伸線材の製造方法。
- 上引き鋳造法によって得られたアップキャスト材を用意する準備工程と、
前記アップキャスト材にコンフォーム押出を施して押出材を製造する押出工程と、
前記押出材に伸線加工を施して伸線材を製造する伸線工程と、
前記伸線材に圧延加工を施して銅平角線を製造する圧延工程とを具える銅平角線の製造方法。 - 前記伸線加工が施される前の前記押出材、及び前記伸線工程における伸線途中の中間伸線材の少なくとも一方に皮剥ぎを施す皮剥ぎ工程を具える請求項10に記載の銅平角線の製造方法。
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