JP6251710B2 - 銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法、ならびに銅被覆アルミニウム導体線材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法、ならびに銅被覆アルミニウム導体線材およびその製造方法に関する。

銅被覆アルミニウム導体線材は、アルミニウム（Ａｌ）芯部の周囲に、銅（Ｃｕ）被覆層を一体形成したものであって、Ｃｕ線材に比べて軽量化が図れることから、自動車用電線、同軸ケーブルの中心線、さらには、ボイスコイルのような微小コイル等に用いられる導体線として使用されている。

また、銅被覆アルミニウム導体線材は、Ａｌ芯部の周囲にＣｕ被覆層を形成した後に、線径を所定の寸法まで縮径化するための伸線加工を施して製造されるのが一般的である。このとき、Ａｌ芯部の周囲にＣｕ被覆層を形成するための従来の方法としては、例えばアルミニウム線上に銅テープ（銅箔）を巻き付けてＣｕ被覆層を形成する、いわゆるフォーミング加工法（例えば特許文献１）、あるいはＡｌ線の外周面にＣｕまたはＣｕ合金を析出させることにより、Ｃｕ被覆層を形成する、いわゆるめっき法（例えば特許文献２）が挙げられる。

しかしながら、フォーミング加工法は、Ａｌ芯材に巻きつける銅テープが厚くなるにつれて、フォーミング加工を施すのが難しくなる傾向があり、また、めっき法は、均一に形成できるＣｕめっき層の厚さに限界があることから、両法とも、形成可能なＣｕ被覆層の厚さとしては、銅被覆アルミニウム導体線材に占めるＣｕ被覆層の（断）面積率にして、最大でも２５％程度であると考えられる。

また、最近では、線材が適用される工業製品によっては、従来の銅被覆アルミニウム導体線材では導電率が十分ではなく、さらに高い導電率を有する銅被覆アルミニウム導体線材を開発する必要性が高まりつつあり、さらには、顧客の要望に応じて、銅被覆アルミニウム導体線材を構成する銅被覆層の厚さを、銅被覆アルミニウム導体線材に占めるＣｕ被覆層の面積率にして、２５％以下の薄肉の範囲から、２５％超えの厚肉の範囲までの広い範囲で簡便に設定できる銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法があれば望ましい。

従来の銅被覆アルミニウム導体線材に比べて導電率を高めるには、Ａｌ芯部の周囲に形成するＣｕ被覆層の厚さを、従来の銅被覆アルミニウム導体線材よりも厚くすること（例えば銅被覆アルミニウム導体線材に占めるＣｕ被覆層の面積率にして３０％以上）が有効であるが、フォーミング加工法やめっき法のような従来法では、そのように厚いＣｕ被覆層を形成することは難しかった。加えて、フォーミング加工法で形成したＣｕテープ（Ｃｕ被覆層）は、Ａｌ芯部に対する密着性が劣るため、その後に行う伸線加工時後にＣｕテープの一部が剥がれてＡｌ芯部の表面の一部が露出する傾向があり、また、めっき法で形成したＣｕめっき（Ｃｕ被覆層）は、薄くしか形成できないため、その後に行う伸線加工後にＣｕめっきの一部が剥がれてＡｌ芯部の表面の一部が露出する傾向があり、いずれの場合も、このような表面状態を有する線材を使用し続けると、Ａｌ芯部の表面露出部分を起点として異種金属腐食が生じるようになり、最悪の場合には、Ａｌ芯部が破断するおそれもあった。

特許第５２０３８１７号公報 特開２００４−３９４７７号公報

本発明の目的は、Ａｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積比を、従来の銅被覆アルミニウム導体線材（例えば前記銅面積率にして２５％以下）に比べて高く（例えば前記銅面積率にして３０％以上）することによって、従来の銅線材（前記銅面積率にして１００％）に比べて軽量を維持しつつ、従来の銅被覆アルミニウム導体線材に比べて高導電率を有する銅被覆アルミニウム導体線材を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、円柱状のＡｌ材および円筒状のＣｕパイプを適正に選択し、選択したＡｌ材およびＣｕパイプで所定の複合ビレットを形成し、この複合ビレットを所定の温度で熱間押出しすることにより、複合ビレットを構成する、Ａｌ材とＣｕパイプの断面積比と同じまたは近い断面積比をもつ銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法を提供することにある。なお、この銅被覆アルミニウム複合押出材は、銅被覆アルミニウム導体線材を製造するための伸線加工用素材として用いるのに好適である他、銅材料からなる柱状または棒状の導電部材（例えばブスバー）等の各種部材の代用材として用いれば、軽量化を図ることができる。

さらに、本発明の他の目的は、上述したＡｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積比が高い被覆アルミニウム導体線材の製造を可能にする銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法を提供することにある。

本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
（１）Ｃｕ系材料からなる円筒状のＣｕパイプ、およびＡｌ系材料からなる円柱状のＡｌ材を、５００℃における変形抵抗値の比が１０未満になるようにそれぞれ選択する第１工程と、それぞれ選択した前記Ｃｕパイプおよび前記Ａｌ材を用い、前記Ｃｕパイプに前記Ａｌ材を装入する第２工程と、前記Ａｌ材が装入された前記Ｃｕパイプ内を真空引きした状態で前記Ｃｕパイプの両端開口を密封して、前記Ａｌ材が真空封入されたＣｕパイプの複合ビレットを形成する第３工程と、該複合ビレットを４００〜４５０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、前記Ａｌ材および前記Ｃｕパイプを一体化してなる棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材を得る第４工程とを含むことを特徴とする、銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法。

（２）前記第１工程における前記変形抵抗値の比が３以下である、上記（１）に記載の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法。

（３）前記第２工程を行なうに先立ち、前記Ａｌ材の表面に、ＮｂまたはＴａからなる拡散バリア層を形成する工程をさらに含む、上記（１）または（２）に記載の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法。

（４）前記第４工程における熱間押出し時の減面率を８５．０％以上９９．９％未満とする、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法。

（５）前記第１工程で選択される、前記Ａｌ材の横断面積に対する前記Ｃｕパイプの横断面積の比が、前記第４工程で得られた前記銅被覆アルミニウム複合押出材を構成する、前記Ａｌ材に相当する部分の横断面積に対する前記Ｃｕパイプに相当する部分の横断面積の比の０．４３〜２．３０の範囲である、上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法。

（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法を用いて製造された銅被覆アルミニウム複合押出材に、伸線加工を施して銅被覆アルミニウム導体線材を得る第５工程を含む、銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。

（７）前記第４工程で得られた前記銅被覆アルミニウム複合押出材を構成する、前記Ａｌ材に相当する部分の横断面積に対する前記Ｃｕパイプに相当する部分の横断面積の比が、前記第５工程で得られた前記銅被覆アルミニウム導体線材を構成する、Ａｌ芯部の横断面積に対するＣｕ被覆層の横断面積の比の０．４３〜２．３０範囲である、上記（６）に記載の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法。

（８）Ａｌ系材料からなるＡｌ芯部と、該Ａｌ芯部の周囲に配置された、Ｃｕ系材料からなるＣｕ被覆層とを有する銅被覆アルミニウム導体線材であって、前記銅被覆アルミニウム導体線材の横断面で見て、前記Ａｌ芯部に対する前記Ｃｕ被覆層の面積比が、０．４３以上であることを特徴とする銅被覆アルミニウム導体線材。

（９）前記Ａｌ芯部に対する前記Ｃｕ被覆層の面積比が、０．８２〜１．２３である、上記（８）に記載の銅被覆アルミニウム導体線材。

本発明によれば、Ａｌ系材料からなるＡｌ芯部と、このＡｌ芯部の周囲に配置された、Ｃｕ系材料からなるＣｕ被覆層とを有する銅被覆アルミニウム導体線材であって、Ａｌ芯部の面積比に対するＣｕ被覆層の面積比を０．４３以上として、Ａｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積比を、従来の銅被覆アルミニウム導体線材（銅被覆アルミニウム導体線材に占めるＣｕ被覆層の面積率にして２５％以下）に比べて高く（例えば前記銅面積率にして３０％以上）することによって、従来の銅線材（前記銅面積率にして１００％）に比べて軽量を維持しつつ、これまでの従来の銅被覆アルミニウム導体線材では得られなかった高導電率を有する銅被覆アルミニウム導体線の提供が可能になった。

また、本発明によれば、Ｃｕ系材料からなる円筒状のＣｕパイプ、およびＡｌ系材料からなる円柱状のＡｌ材を、５００℃における変形抵抗値の比が１０未満になるようにそれぞれ選択する第１工程と、それぞれ選択したＣｕパイプおよびＡｌ材を用い、ＣｕパイプにＡｌ材を装入する第２工程と、Ａｌ材が装入されたＣｕパイプ内を真空引きした状態で前記Ｃｕパイプの両端開口を密封して、Ａｌ材が真空封入されたＣｕパイプの複合ビレットを形成する第３工程と、複合ビレットを４００〜４５０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、Ａｌ材およびＣｕパイプが一体化してなる棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材を得る第４工程とを含むことによって、特に従来の製造方法では製造できなかった、Ｃｕパイプに相当する部分の厚さを厚く（例えば前記銅面積率にして３０％以上）した棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法の提供が可能になった。なお、この銅被覆アルミニウム複合押出材は、銅被覆アルミニウム導体線材を製造するための伸線加工用素材として用いるのに好適である他、銅材料からなる棒状の導電部材（例えばブスバー）等の各種部材の代用材として用いれば、軽量化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、特に上述したＡｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積比が高い被覆アルミニウム導体線材の製造を可能にする銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法の提供が可能になった。

図１は、本発明に従う銅被覆アルミニウム導体線材の横断面を模式的に示した図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に従う銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法を説明するための図であって、（ａ）が製造フロー図、（ｂ）がＡｌ材をＣｕパイプに装入（組立）するときの状態を示す図、（ｃ）が複合ビレットを形成するときの状態を示す図、そして、（ｄ）が複合ビレットを熱間押出しするときの状態を示す図である。 図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明に従う銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法を説明するための図であって、（ａ）が製造フロー図、（ｂ）がＡｌ材をＣｕパイプに装入（組立）するときの状態を示す図、（ｃ）が複合ビレットを形成するときの状態を示す図、（ｄ）が複合ビレットを熱間押出しするときの状態を示す図、そして、（ｅ）が銅被覆アルミニウム複合押出材を伸線加工するときの状態を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（銅被覆アルミニウム導体線材）
図１は、本発明に従う銅被覆アルミニウム導体線材の横断面を模式的に示したものであって、図１中の符号１０は銅被覆アルミニウム導体線材、１１はアルミニウム（Ａｌ）芯部、１２は銅（Ｃｕ）被覆層である。

図示の銅被覆アルミニウム導体線材１０は、Ａｌ芯部１１と、このＡｌ芯部１１の周囲に配置されたＣｕ被覆層１２とで主に構成されている。

Ａｌ芯部１１は、ＡｌまたはＡｌ合金からなるＡｌ系材料で構成され、特に５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）や、機械的強度が高い６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）のＡｌ合金で構成されているのが、Ｃｕ被覆層１２とともに押出加工した時における断面積比の均一性に優れている点で好ましい。

また、Ｃｕ被覆層１２は、ＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系材料で構成され、特に、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉ合金やＣｕ−Ｚｎ合金で構成されているのが、Ａｌ芯部１１とともに押出加工した時における断面積比の均一性に優れている点で好ましい。

そして、本発明の銅被覆アルミニウム導体線材１０は、Ａｌ芯部１１に対するＣｕ被覆層１２の厚さｔを、従来の製造方法では製造できなかった、例えば銅被覆アルミニウム導体線材１０に占めるＣｕ被覆層１２の（断）面積率にして３０％以上とすることにあり、より具体的には、銅被覆アルミニウム導体線材１０の横断面で見て、Ａｌ芯部１１の面積Ｓ１に対するＣｕ被覆層１２の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を０．４３以上とすることを必須の発明特定事項とすることにある。そして、本発明の銅被覆アルミニウム導体線材１０は、この構成を採用することにより、従来の銅線材に比べて軽量でありながら、これまでの従来の銅被覆アルミニウム導体線材では得られなかった高導電率を有することができる。

また、本発明の銅被覆アルミニウム導体線材１０は、Ａｌ芯部１１の部分で軽量化に寄与させるとともに、従来の銅被覆アルミニウム導体線材に比べて厚く形成できるＣｕ被覆層１２の部分で、導電率の向上に寄与させるように構成することを可能としたものである。Ａｌ芯部１１の面積Ｓ１に対するＣｕ被覆層１２の面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．４３未満であると、従来の銅被覆アルミニウム導体線材に比べて、導電率の向上効果が顕著ではなく、線材を用いて構成される工業製品によっては、必要とされる導電率のレベルを満たない場合が想定され、銅被覆アルミニウム導体線材を使用できる工業製品の種類や用途が限定されるからである。

また、銅被覆アルミニウム導体線材１０において、軽量と高導電率の双方をバランスよく満足させることを重視する場合には、Ａｌ芯部１１に対するＣｕ被覆層１２の面積比Ｓ２／Ｓ１を、０．８２〜１．２３とすることがより好適である。

さらに、図１の銅被覆アルミニウム導体線材１０は、Ａｌ芯部１１とＣｕ被覆層１２とで構成した場合を示しているが、Ａｌ芯部１１とＣｕ被覆層１２との間にＮｂまたはＴａからなる拡散防止層（図示せず）を形成することも可能である。拡散防止層は、銅被覆アルミニウム導体線材１０の製造時に熱間押出し等の加熱処理が施される場合に、Ａｌ芯部１１中のＡｌや、Ｃｕ被覆層１２中のＣｕが相互に熱拡散して、Ａｌ芯部１１とＣｕ被覆層１２との界面等にＡｌ−Ｃｕ相が生成するのを有効に防止することができることから、必要に応じて形成することが好ましい。

（銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法）
次に、本発明に従う銅被覆アルミニウム複合押出材２０の製造方法について説明する。
図２（ａ）は、本発明に従う銅被覆アルミニウム複合押出材の製造フローを示したものである。本発明の銅被覆アルミニウム複合押出材２０の製造方法は、Ａｌ系材料からなる円柱状のＡｌ材２１およびＣｕ系材料からなる円筒状のＣｕパイプ２２を、５００℃における変形抵抗値の比が１０未満になるようにそれぞれ選択する第１工程Ｓ１と、それぞれ選択したＣｕパイプ２２およびＡｌ材２１を用い、Ｃｕパイプ２２にＡｌ材２１を装入する第２工程Ｓ２と、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２内を真空引きした状態でＣｕパイプ２２の両端開口を密封して、Ａｌ材２１が真空封入されたＣｕパイプ２２の複合ビレット２３を形成する第３工程Ｓ３と、複合ビレット２３を４００〜４５０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、Ａｌ材２１およびＣｕパイプ２２が一体化してなる棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材２０を得る第４工程Ｓ４とを順次行なうものである。

本発明の銅被覆アルミニウム複合押出材２０の製造方法は、Ａｌ材２１とＣｕパイプ２２とで構成される複合ビレット２３を熱間押出しすることによって銅被覆アルミニウム複合押出材２０を得る方法であって、熱間押出を行なう複合ビレット２３は、Ａｌ材２１とＣｕパイプ２２の異種材料で構成されているため、Ａｌ材２１とＣｕパイプ２２の変形抵抗値が大きく異なる場合には、熱間押出し後に得られる銅被覆アルミニウム複合押出材２０を構成するＡｌ材に相当する部分（以下「Ａｌ材相当部」という場合がある。）とＣｕパイプに相当する部分（以下「Ｃｕパイプ相当部」という場合がある。）が、均一には押し出されず、Ａｌ材相当部に対するＣｕパイプ相当部の面積比が、所期した面積比にすることができず、さらに、その後に伸線加工を施す場合も同様の問題が生じる。このため、第１工程では、Ｃｕ系材料からなる円筒状のＣｕパイプ２２と、Ａｌ系材料からなる円柱状のＡｌ材２１を、５００℃における変形抵抗値の比が１０未満になるようにそれぞれ選択する。

一般に、Ａｌ系材料は、Ｃｕ系材料よりも軟質であって、変形抵抗値が小さいことが知られている。本発明者らは、純ＡｌからなるＡｌ系材料と、Ｃｕ−１０質量％Ｎｉ合金からなるＣｕ系材料を選択し、本発明の製造方法に従って銅被覆アルミニウム複合押出材を製造したところ、製造された銅被覆アルミニウム複合押出材は、長手方向に断続的に外径が大きい部分と小さい部分とが生じる現象、いわゆるソーセージング現象と呼ばれる不均一形状が生じていて、均一形状（棒状）の銅被覆アルミニウム複合押出材を得ることができないことが判明した。このとき用いた純ＡｌからなるＡｌ系材料と、Ｃｕ−１０質量％Ｎｉ合金からなるＣｕ系材料の変形抵抗値の比は約１５であった。

そこで、本発明者らは、異なる組成をもつ種々のＣｕ系材料からなるＣｕパイプと、異なる組成をもつ種々のＡｌ材を準備し、ＣｕパイプとＡｌ材をいろいろな組合せで、変形抵抗値の差が異なる複合ビレットを作製し、各複合ビレットを熱間押出して得られる押出材の形状を検討した。その結果、ＣｕパイプとＡｌ材の５００℃における変形抵抗値の比が１０未満になるようにして作製した複合ビレットを熱間押出して得られる押出材は、いずれも均一形状（棒状）を有することを見出した。

このため、本発明では、Ｃｕ系材料からなる円筒状のＣｕパイプ２２と、Ａｌ系材料からなる円柱状のＡｌ材２１を、５００℃における変形抵抗値の比が１０未満になるようにそれぞれ選択することを必須の発明特定事項とした。なお、熱間押出しや伸線加工の前後で、Ａｌ材（Ａｌ芯部）に対するＣｕパイプ（Ｃｕ被覆層）の面積比が等しくなるような断面がほぼ相似形になるようにして、長手方向の断面積比の変動をより一層抑制する必要がある場合には、前記変形抵抗値の比が３以下になるようにすることが好ましい。
前記第１工程Ｓ１で選択される、Ａｌ材２１の横断面積に対するＣｕパイプ２２の横断面積の比が、第４工程Ｓ４で得られた銅被覆アルミニウム複合押出材２０を構成する、Ａｌ材相当部の横断面積に対する前記Ｃｕパイプ相当部の横断面積の比の０．４３〜２．３０の範囲であることが、銅被覆アルミニウム複合押出材２０を構成するＣｕパイプ相当部の厚さを所期した厚さに簡便に設定することができる点で好ましい。

第２工程Ｓ２は、第１工程Ｓ１でそれぞれ選択したＣｕパイプ２２およびＡｌ材２１を用い、Ｃｕパイプ２２にＡｌ材２１を装入する工程（図２（ｂ））である。Ｃｕパイプ２２は、Ａｌ材２１の装入を容易にするとともに、その後に行われる第３工程Ｓ３でＣｕパイプ２２内の真空引きを行なうことから、Ｃｕパイプ２２の内径を、Ａｌ材２１の直径よりも０．１〜０．５ｍｍ程度大きくすることが好ましい。加えて、銅被覆アルミニウム複合押出材２０において、Ａｌ材相当部とＣｕパイプ相当部の間にＮｂ等の拡散防止層を設ける場合には、Ａｌ材２１の表面にＮｂ等の箔を巻き付けてから、このＡｌ材２１をＣｕパイプ２２に装入すればよい。また、Ａｌ材２１は、その後に行われる第３工程Ｓ３でＣｕパイプ２２内に真空封入されることから、Ａｌ材２１の長さをＣｕパイプ２２の長さと同じか、或いは３〜１０ｍｍ程度短くすることが好ましい。また、Ｃｕパイプ２２の内面とＡｌ材２１の表面は、熱間押出し後に密着して一体化する必要があるため、Ｃｕパイプ２２とＡｌ材２１は、Ｃｕパイプ２２にＡｌ材２１を装入する前に、表面を洗浄することが好ましい。Ｃｕパイプ２２の表面は、酸洗浄によって行なえばよいが、Ａｌ材２１は、酸にもアルカリにも溶ける金属であるため、表面を酸やアルカリでは洗浄せず、機械加工で酸化被膜を除去したきれいな表面にした後に、脱脂ふき取りのみで洗浄することが好ましい。

また、他の実施形態として、第２工程Ｓ２を行なうに先立ち、Ａｌ材２１の表面に、ＮｂまたはＴａからなる拡散バリア層を形成する工程をさらに行なってもよい。この拡散バリア層は、特にＡｌとＣｕの熱拡散を防止するのに有効であることから、銅被覆アルミニウム複合押出材２０（およびこの押出材２０を用いて製造される銅被覆アルミニウム導体線材１０）が熱間押出時やそれ以外の製造工程時に高温の熱履歴を経なければならない場合に、特に設けることが好ましい。

第３工程Ｓ３は、第２工程Ｓ２で、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２内を真空引きした状態でＣｕパイプ２２の両端開口を密封して、Ａｌ材２１が真空封入されたＣｕパイプ２２の複合ビレット２３を形成する工程（図２（ｃ））である。本発明の製造方法は、熱間押出しの際に複合ビレット２３が４００℃以上の高温に加熱されるため、複合ビレット２３を、Ａｌ材２１とＣｕパイプ２２で形成する場合には、Ａｌ材２１とＣｕパイプ２２の間に空気が存在すると、高温加熱下でＣｕパイプ２２の内面が酸化しやすく、Ｃｕパイプ２２の内面に酸化膜が形成された状態で熱間押出しすると、Ａｌに対するＣｕの密着性が劣ることから、本発明において、熱間押出しされる複合ビレット２３を、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２内を真空引きした状態でＣｕパイプ２２の両端開口を密封して、Ａｌ材２１が真空封入されたＣｕパイプ２２の複合ビレット２３として形成することが必要である。

複合ビレット２３の形成方法としては、種々の方法が考えられるが、一例として挙げると、まず、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２を真空チャンバー内に回転可能にセットし、次いで、Ｃｕパイプ２２の両端にＣｕ製の蓋２４、２４を被せる。このとき、Ｃｕパイプ２２の両端開口は蓋２４で閉ざされているものの、気体が出入りできないような気密（密封）状態にはなっていないため、Ｃｕパイプ２２の内部と外部（真空チャンバー内）とは連通していて気体が自由に出入りできる状態になっている。その後、真空チャンバー内を真空引きして、蓋２４をしたＣｕパイプ２２の内部に存在する空気を外部へ吸引して排出した後、真空チャンバー内に設置された電子ビーム溶接機の電子銃（陰極）２５から放射させた電子ビームを、Ｃｕパイプ２２を回転させながらＣｕパイプ２２と蓋２４の嵌合部分の全周にわたって照射することによって溶接し、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２内を真空引きした状態でＣｕパイプ２２の両端開口を密封することができ、これによって、Ａｌ材２１が真空封入されたＣｕパイプ２２の複合ビレット２３を形成することができる。このようにして形成した複合ビレット２３は、その後、大気中で熱間押出しを行なったとしても、Ｃｕパイプ２２の内面が酸化することがなく、常に安定して均一形状の銅被覆アルミニウム複合押出材２０を得るのに好適な複合ビレット２３を形成することができる。

第４工程Ｓ４は、複合ビレット２３を４００〜４５０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、前記Ａｌ材および前記Ｃｕパイプが一体化してなる棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材２０を得る工程（図２（ｄ））である。熱間押出し時の複合ビレット２３の加熱温度は、４００〜４５０℃とする。前記加熱温度が４００℃よりも低いと、熱間押出しに用いるプレス機２６の圧力が高くなりすぎ、熱間押出時の減面率を大きくすることができず、所定の径にするには、さらに伸線加工を行なうか、あるいは伸線加工の回数を多くしなくてはならず、効率良く製造することができなくなるからである。また、前記加熱温度が４５０℃よりも高いと、Ａｌの溶融や、ＡｌやＣｕの熱拡散が生じやすくなるからである。本発明では、複合ビレット２３を４００〜４５０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、Ａｌ材２１とＣｕパイプ２２とを密着一体化させて、均一形状をした棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材２０を得ることができる。複合ビレット２３の熱間押出しは、具体的には複合ビレット２３をコンテナ２７の中に入れ、４００〜４５０℃に加熱した後にプレス機２６によって複合ビレットに圧力を加えてダイスから押し出すことにより行えばよい。なお、熱間押出しの回数は、特に限定はしないが、歩留りやコストのことを考慮して、１回とすることが好ましい。

また、本発明の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法によって得られる銅被覆アルミニウム複合押出材２０を用い、この押出材２０に伸線加工を施して所定の線径の銅被覆アルミニウム導体線材１０を形成する場合には、熱間押出し時の減面率を８５．０％以上９９．５％未満と大きくすることが、伸線加工を行なう回数を少なくできる点で好ましい。熱間押出し時の減面率が８５．０％未満だと、熱間押出後の押出材２０の径を十分に縮径することができず、伸線加工を行なう回数が多くなって、製造設備が大型化するなどの問題が生じるため好ましくなく、また、前記減面率が９９．５％未満としたのは、熱間押出しのプレス機２６のプレス圧力の限界を考慮して限定したものである。

また、熱間押出し時における押出材２０の形成速度は、特に限定はしないが、例えば５〜１００ｍｍ／ｓｅｃで行なうことができる。さらに、熱間押出しに用いるダイス２８の角度は６０〜１２０°とすることが好ましい。ダイス２８の角度が６０°以上だと、熱間押出しにより得られる押出材２０におけるＣｕとＡｌとが密着性よく一体化される傾向があるからであり、また、ダイス２８の角度が１２０°以下だと、熱間押出しにより得られる押出材２０の両端における不良部の生成割合が少なく、高い歩留まりで押出材２０を製造できる傾向があるからである。なお、ここでいう「ダイスの角度」は、ダイスの軸線方向断面で見て、複合ビレットの押出方向に向かって円錐台状に延び、複合ビレットが接触するダイスの傾斜表面を、仮想円錐の頂点まで延長して傾斜表面同士を交差させたときの交角（頂角）を意味する。

（銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法）
また、本発明に従う銅被覆アルミニウム導体線材１０の製造方法は、上述した銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法を用いて製造された銅被覆アルミニウム複合押出材に、伸線加工を施す第５工程（図３（ｅ））を含む製造方法である。図３（ａ）は、本発明に従う銅被覆アルミニウム導体線材１０の製造フローを示したものである。なお、本発明の銅被覆アルミニウム導体線材１０の製造方法の主要工程である第１工程Ｓ１から第５工程Ｓ５のうち、第１工程Ｓ１から第４工程Ｓ４までは、上述した本発明の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法と同様であり、図３（ａ）〜図３（ｄ）と図２（ａ）〜（ｄ）は同じ工程を示しており、説明は省略する。

伸線加工は、複数回行なわれる。１回の伸線加工における減面率は、１５〜３０％とすることが好ましい。前記減面率が３０％を超えると、断線の恐れがあり、また、前記減面率が１５％未満だと、伸線加工の回数が多くなるとともに、線材の内部に加工力が十分に伝わらないため、不均一な加工になりやすいため好ましくない。

また、伸線加工は、常温で行なわれ、加工によって銅被覆層１２に導入された加工歪みを除去する必要がある場合には、加工途中に２００〜３００℃程度の温度で１回または複数回の中間焼鈍を行うことが好ましい。

さらに、第４工程Ｓ４で得られた銅被覆アルミニウム複合押出材２０を構成する、Ａｌ材相当部の横断面積０．４に対するＣｕパイプ相当部の横断面積の比が、第５工程Ｓ５で得られた銅被覆アルミニウム導体線材１０を構成する、Ａｌ芯部１１の横断面積Ｓ１に対するＣｕ被覆層１２の横断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１の０．４３〜２．３０の範囲であることが、銅被覆アルミニウム導体線材１０を構成するＣｕ被覆層１２の厚さを所期した厚さに簡便に設定することができる点で好ましい。

本発明の銅被覆アルミニウム導体線材１０の製造方法は、線径が５０〜１００μｍ程度の極細な銅被覆アルミニウム導体線を製造することができ、銅線に近い導電率を有しつつ、銅線よりも軽量化が図れているので、自動車用電線や同軸ケーブルの中心線に使用できるのは勿論のこと、さらには、ボイスコイルのような微小コイル等に用いられる導体線として用いるのに特に適している。

なお、本発明の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法は、フォーミング加工法やめっき法のような従来の製造方法では製造することができなかった、Ｃｕ被覆層の厚さを厚く（例えばＡｌ芯部に対する前記Ｃｕ被覆層の面積比にして０．４３以上）した銅被覆アルミニウム導体線材を製造することを可能にするだけではなく、Ｃｕ被覆層の厚さが薄い従来の銅被覆アルミニウム導体線材を製造することもできることから、顧客の要求に応じて、Ｃｕ被覆層の厚さを広範囲にわたって所望の厚さにした銅被覆アルミニウム導体線材の供給も可能にすることができる。

次に、本発明の実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

（実施例Ｉ：銅被覆アルミニウム複合押出材の製造）
表１に示す種々のＣｕ系材料からなる円筒状のＣｕパイプ２２（外径：２００ｍｍ、内径：１３０．０ｍｍ、長さ：８０５．０ｍｍ）と、表１に示す種々のＡｌ系材料からなる円柱状のＡｌ材２１（直径：１２９．５ｍｍ、長さ：８００．０ｍｍ）を選択した。Ｃｕパイプ２２とＡｌ材２１の変形抵抗値の比を表１に示す。

次に、Ｃｕパイプ２２の内面及び外面を酸洗浄し、また、Ａｌ材２１の表面は、機械加工で酸化被膜を除去した後に、脱脂ふき取りのみの表面洗浄を行った後に、Ｃｕパイプ２２にＡｌ材２１を装入した。その後、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２の両端にＣｕ製の蓋２４を被せ、このＣｕパイプ２２を真空チャンバー内に回転可能にセットし、真空チャンバー内を１０^−５Ｐａ以下まで真空引きして、蓋２４をしたＣｕパイプ２２の内部に存在する空気を外部へ吸引して排出した後、真空チャンバー内に設置された電子ビーム溶接機の電子銃２５から放射された電子ビームを、Ｃｕパイプ２２を回転させながらＣｕパイプ２２と蓋２４の嵌合部分の全周にわたって照射して溶接し、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２内を真空引きした状態でＣｕパイプ２２の両端開口を密封することによって、Ａｌ材２１が真空封入されたＣｕパイプ２２の複合ビレット２３を形成した。次に、この複合ビレット２３を４３０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、Ａｌ材２１およびＣｕパイプ２２を一体化してなる、外径：７５ｍｍ、長さ：１０ｍの棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材２０（実施例１−１〜１−４）を作製した。なお、熱間押出し時の減面率は８５．０％とした。また、作製した銅被覆アルミニウム複合押出材２０のうち、その両端からそれぞれ全長の５％に相当する長さ部分を除いた、全長の９０％に相当する長さ部分について、ソーセージング現象と呼ばれる不均一形状の発生の有無を外観目視で観察した結果を表１に示す。表１中の「×」は、前記銅被覆アルミニウム複合押出材の全長の９０％に相当する長さ部分が、熱間押出し時の押出径（７５ｍｍ）に対する押出材の外径の変動幅が±２％を超えていて不均一形状が発生、または破断が生じている場合（不合格）を示しており、また、「◎」および「○」は、熱間押出し時の押出径（７５ｍｍ）に対する押出材の外径の変動幅が±２％以内である場合（合格品）を示すものであって、特に、「◎」は前記変動幅が±１％以内である場合を示している。
参考のため、変形抵抗値の比が、本発明の適正範囲外である組合せのＣｕパイプとＡｌ材を用いたことを除いて、実施例と同様の製造方法で銅被覆アルミニウム複合押出材（比較例２−１および２−２）を作製したので、表１に併記した。

表１に示す結果から、実施例１−１〜１−４は、いずれも均一な棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材が得られた。また、実施例１−１〜１−４で得られた押出材をその後切断して、Ａｌ材相当部に対するＣｕパイプ相当部の面積比を、押出材の長手方向に沿って調べたところ、いずれもほぼ１であった。一方、変形抵抗比が本発明の適正範囲外である比較例１−１および１−２は、いずれも不均一形状が生じていた。また、比較例１−１および１−２で得られた押出材をその後切断して、Ａｌ材相当部に対するＣｕパイプ相当部の面積比を、押出材の長手方向に沿って調べたところ、いずれも０．５〜１．５の範囲であり、Ｃｕパイプ相当部の厚さに大きなバラツキがあることを確認した。

（実施例ＩＩ：銅被覆アルミニウム導体線材の製造）
純Ｃｕからなる円筒状のＣｕパイプ２２と、６０６３番のＡｌ合金からなる円柱状のＡｌ材２１を、表２に示すＡｌ材に対するＣｕパイプの面積比になるような異なる横断面積をもつ種々のものを用意した。なお、用意したＣｕパイプとＡｌ材は、変形抵抗比が２．０であり、ＣｕパイプとＡｌ材で構成される複合ビレットを構成する、Ａｌ材に対するＣｕパイプの面積比と、最終的に得られる銅被覆アルミニウム導体線材を構成する、Ａｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積比とは、ほぼ同じであった。

次に、Ｃｕパイプ２２の内面及び外面を酸洗浄し、また、Ａｌ材２１の表面は、機械加工で酸化被膜を除去した後に、脱脂ふき取りのみの表面洗浄を行った後に、Ｃｕパイプ２２にＡｌ材２１を装入した。その後、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２の両端にＣｕ製の蓋２４を被せ、このＣｕパイプ２２を真空チャンバー内に回転可能にセットし、真空チャンバー内を１０^−５Ｐａ以下まで真空引きして、蓋２４をしたＣｕパイプ２２の内部に存在する空気を外部へ吸引して排出した後、真空チャンバー内に設置された電子ビーム溶接機の電子銃２５から放射された電子ビームを、Ｃｕパイプ２２を回転させながらＣｕパイプ２２と蓋２４の嵌合部分の全周にわたって照射して溶接し、Ａｌ材２１が装入されたＣｕパイプ２２内を真空引きした状態でＣｕパイプ２２の両端開口を密封することによって、Ａｌ材２１が真空封入されたＣｕパイプ２２の複合ビレット２３を形成した。次に、この複合ビレット２３を４３０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、Ａｌ材２１およびＣｕパイプ２２を一体化してなる棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材２０（外径：７５ｍｍ、長さ：６ｍ）を作製した。なお、熱間押出し時の減面率は８５．０％とした。その後、この押出材２０に、２５０℃の中間焼鈍を施した後に、減面率が２５％の伸線加工を３０回施して、線径８ｍｍの銅被覆アルミニウム導体線材（実施例２−１〜２−７）を作製し、作製した各銅被覆アルミニウム導体線材について、導電率、重量、屈曲性および交差圧縮性について評価した結果を表２に示す。参考のため、従来の特許文献２記載の電気メッキ法と同様な製造方法で製造した、Ａｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積比が０．１である銅被覆アルミニウム導体線材（比較例２−１）についても作製したので、表２に併記した。

（導電率）
導電率は、ＪＩＳ Ｈ ０５０５−１９７５に従い測定し、Ｃｕ線の導電率を１００としたときの銅被覆アルミニウム導体線材の導電率を指数比で表したものを表２に示す。

（重量）
重量は、長さ１０ｍの線材の重量を化学天秤により測定し、Ｃｕ線の重量を１００としたときの銅被覆アルミニウム導体線材の重量を指数比で表したものを表２に示す。

（屈曲性）
屈曲性は、銅被覆アルミニウム導体線材を１８０°折り返して、ヘアピン状に曲げ、そのとき、ヘアピン曲げ部に１ｍｍ以上の割れ等の欠陥の発生の有無を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することによって評価した。表２に屈曲性の評価結果を示す。表２中に示す屈曲性の欄の「◎」は、ヘアピン曲げ部に割れ等の欠陥が存在しない場合を示し、また、「○」は、ヘアピン曲げ部に１ｍｍ未満の微小な欠陥が存在する場合を示し、「×」は、ヘアピン曲げ部に１ｍｍ以上の割れ等の欠陥が存在する場合を示す。

（交差圧縮性）
交差圧縮性は、銅被覆アルミニウム導体線材を９０°に交差させ、この交差部を線材の線径の半分になる位置まで押圧し、このとき、線材の表面における割れの発生の有無を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することによって評価した。表２に交差圧縮性の評価結果を示す。表２中に示す交差圧縮性の欄の「○」は、線材の表面に割れの発生が認められない場合、「×」は、線材の表面に割れの発生が認められた場合を示す。

表２に示す結果から、実施例２−１〜２−７は、いずれも屈曲性および交差圧縮性が優れていた。特に、実施例２−３〜２−７は、屈曲性に優れていた。一方、Ａｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積率が０．１と小さい比較例２−１は、屈曲性および交差圧縮性の双方ともが劣っていた。

本発明によれば、従来の銅線材に比べて軽量を維持しつつ、これまでの従来の銅被覆アルミニウム導体線材では得られなかった高導電率を有する銅被覆アルミニウム導体線の提供が可能になった。また、本発明によれば、特に従来の製造方法では製造できなかった、Ｃｕパイプ相当部の厚さを厚く（例えば前記銅面積率にして３０％以上）した棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材の製造方法の提供が可能になった。なお、この銅被覆アルミニウム複合押出材は、銅被覆アルミニウム導体線材を製造するための伸線加工用素材として用いるのに好適である他、銅材料からなる棒状の導電部材（例えばブスバー）等の各種部材の代用材として用いれば、軽量化を図ることができる。さらに、本発明によれば、特に、上述したＡｌ芯部に対するＣｕ被覆層の面積比が高い被覆アルミニウム導体線材の製造を可能にする銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法の提供が可能になり、自動車用電線や同軸ケーブルの中心線への適用の他、さらには、ボイスコイルのような微小コイル等に用いられる導体線に適用することが期待される。

１０ 銅被覆アルミニウム導体線材
１１ Ａｌ芯部
１２ Ｃｕ被覆層
２０ 銅被覆アルミニウム複合押出材
２１ Ａｌ材
２２ Ｃｕパイプ
２３ 複合ビレット
２４ 蓋
２５ 電子銃（陰極）
２６ プレス機
２７ コンテナ
２８ ダイス

Claims (8)

1. Ｃｕ系材料からなる円筒状のＣｕパイプ、およびＡｌ系材料からなる円柱状のＡｌ材を、５００℃における変形抵抗値の比が５以下になるようにそれぞれ選択する第１工程と、
   それぞれ選択した前記Ｃｕパイプおよび前記Ａｌ材を用い、前記Ｃｕパイプに前記Ａｌ材を装入する第２工程と、
   前記Ａｌ材が装入された前記Ｃｕパイプ内を真空引きした状態で前記Ｃｕパイプの両端開口を密封して、前記Ａｌ材が真空封入されたＣｕパイプの複合ビレットを形成する第３工程と、
   該複合ビレットを４００〜４５０℃に加熱しながら熱間押出しすることにより、前記Ａｌ材および前記Ｃｕパイプを一体化してなる棒状の銅被覆アルミニウム複合押出材を得る第４工程と
   を含む
   Ａｌ系材料からなるＡｌ芯部と、該Ａｌ芯部の周囲に配置された、Ｃｕ系材料からなるＣｕ被覆層とを有する銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法であり、
   前記銅被覆アルミニウム導体線材の横断面で見て、前記Ａｌ芯部に対する前記Ｃｕ被覆層の面積比が、０．４３以上であることを特徴とする、銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。
2. 前記Ａｌ芯部に対する前記Ｃｕ被覆層の面積比が、０．８２〜１．２３である、請求項１に記載の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。
3. 前記第１工程における前記変形抵抗値の比が３以下である、請求項１または２に記載の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。
4. 前記第２工程を行なうに先立ち、前記Ａｌ材の表面に、ＮｂまたはＴａからなる拡散バリア層を形成する工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。
5. 前記第４工程における熱間押出し時の減面率を８５．０％以上９９．５％未満とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。
6. 前記第１工程で選択される、前記Ａｌ材の横断面積に対する前記Ｃｕパイプの横断面積の比が、前記第４工程で得られた前記銅被覆アルミニウム複合押出材を構成する、前記Ａｌ材に相当する部分の横断面積に対する前記Ｃｕパイプに相当する部分の横断面積の比の０．４３〜２．３０の範囲である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。
7. 前記第４工程で得られた前記銅被覆アルミニウム複合押出材に伸線加工を施して銅被覆アルミニウム導体線材を得る第５工程を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。
8. 前記第４工程で得られた前記銅被覆アルミニウム複合押出材を構成する、前記Ａｌ材に相当する部分の横断面積に対する前記Ｃｕパイプに相当する部分の横断面積の比が、前記第５工程で得られた前記銅被覆アルミニウム導体線材を構成する、Ａｌ芯部の横断面積に対するＣｕ被覆層の横断面積の比の０．４３〜２．３０の範囲である、請求項７に記載の銅被覆アルミニウム導体線材の製造方法。

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