JP7180774B2 - 銅被覆鋼線、撚線、絶縁電線およびケーブル - Google Patents

Description

本開示は、銅被覆鋼線、撚線、絶縁電線およびケーブルに関するものである。

導電性と強度との両立が求められる用途に、鋼材の表面が銅で被覆された銅被覆鋼線が採用される場合がある（たとえば、特許文献１、２参照）。

特開２００２－２７００３９号公報 特開平１－２８９０２１号公報

本開示に従った銅被覆鋼線は、鋼製の芯線と、芯線の外周面を覆い、銅製または銅合金製の被覆層と、を備える。芯線は、芯線の長手方向に垂直な断面において、芯線の外周面を含み、芯線の周方向に間隔をあけて配置され、芯線を構成する鋼に含まれる元素の酸化物から構成される複数の酸化物領域を含む。

図１は、実施の形態１における銅被覆鋼線の構造を示す概略断面図である。 図２は、図１の被覆層の芯線との界面付近を拡大して示す図である。 図３は、図２の芯線のみを示す図である。 図４は、実施の形態１における銅被覆鋼線の製造方法の概略を示すフローチャートである。 図５は、銅被覆鋼線の製造方法を説明するための概略断面図である。 図６は、銅被覆鋼線の製造方法を説明するための概略断面図である。 図７は、銅被覆鋼線の製造方法を説明するための概略断面図である。 図８は、銅被覆鋼線の製造方法を説明するための概略断面図である。 図９は、銅被覆鋼線の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１０は、実施の形態１における銅被覆鋼線の変形例を示す概略断面図である。 図１１は、実施の形態２における撚線の構造を示す斜視図である。 図１２は、実施の形態３における絶縁電線の構造を示す概略断面図である。 図１３は、実施の形態４におけるケーブルの構造を示す斜視図である。

［本開示が解決しようとする課題］
上記銅被覆鋼線は、鋼製の芯線と、銅製または銅合金製の被覆層と、を備える。このような銅被覆鋼線は、電線として使用することができる。電線に対しては、簡易的な接続を目的として、圧着が可能であることが要求される。しかしながら、銅被覆鋼線同士や、銅被覆鋼線と端子とを圧着により接続した場合、芯線から被覆層が剥離する場合がある。そこで、圧着を実施した場合において、芯線から被覆層が剥離することを抑制可能な銅被覆鋼線を提供することを目的の１つとする。

［本開示の効果］
本開示の銅被覆鋼線によれば、圧着を実施した場合に芯線から被覆層が剥離することを抑制することができる。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の銅被覆鋼線は、鋼製の芯線と、芯線の外周面を覆い、銅製または銅合金製の被覆層と、を備える。芯線は、芯線の長手方向に垂直な断面において、芯線の外周面を含み、芯線の周方向に間隔をあけて配置され、芯線を構成する鋼に含まれる元素の酸化物から構成される複数の酸化物領域を含む。

本開示の銅被覆鋼線においては、鋼製の芯線により高い強度が確保される。銅製または銅合金製の被覆層により、優れた導電性が確保される。芯線は、複数の酸化物領域を含む。銅被覆鋼線を圧着した場合、複数の酸化物領域を芯線および被覆層の両方の内部に入り込ませることができる。その結果、芯線から被覆層が剥がれ難くなり、芯線と被覆層との密着性を向上させることができる。このように本開示の銅被覆鋼線によれば、圧着を実施した場合に芯線から被覆層が剥離することを抑制することができる。

なお、本開示において「芯線の周方向」とは、芯線の長手方向に垂直な断面において、芯線に外接する円のうち面積が最小となる円の周方向をいう。

上記銅被覆鋼線では、芯線の長手方向に垂直な断面において、芯線の周方向における複数の酸化物領域の長さの合計が、芯線の外周面の長さの２０％以上８０％以下であってもよい。複数の酸化物領域の長さの合計が芯線の外周面の長さの２０％以上とすることにより、芯線から被覆層が剥離することを抑制可能である。複数の酸化物領域の長さの合計が芯線の外周面の長さの８０％を超えると、鋼と、銅または銅合金とが接触する領域が小さくなり、芯線と被覆層との密着性が低下する可能性がある。したがって、複数の酸化物領域の長さの合計が芯線の外周面の長さの８０％以下であることが好ましい。なお、「芯線の周方向における複数の酸化物領域の長さの合計」とは、芯線の周方向における全ての酸化物領域の長さの合計をいう。

上記銅被覆鋼線において、芯線の長手方向に垂直な断面において、酸化物領域の厚みが、銅被覆鋼線の線径の０．０２％以上２％以下であってもよい。酸化物領域の厚みが銅被覆鋼線の線径の０．０２％以上とすることにより、芯線から被覆層が剥離することを抑制可能である。酸化物領域の厚みが銅被覆鋼線の線径の２％を超えると、芯線から被覆層が剥離するおそれがある。したがって、酸化物領域の厚みは、銅被覆鋼線の線径の２％以下であることが好ましい。なお、上記「芯線の長手方向に垂直な断面における酸化物領域の厚み」とは、芯線の長手方向に垂直な断面における全ての酸化物領域の厚みの平均値をいう。

上記銅被覆鋼線において、芯線の長手方向に垂直な断面において、酸化物領域の厚みに対する芯線の周方向における酸化物領域の長さの割合が１以上３０以下であってもよい。酸化物領域の厚みに対する芯線の周方向における酸化物領域の長さの割合を１以上とすることにより、芯線から被覆層が剥離することをより確実に抑制可能である。上記割合が３０を超えると、酸化物領域が芯線および被覆層の両方の内部に入り込み難くなる可能性がある。したがって、上記割合は３０以下であることが好ましい。なお、上記「芯線の周方向における酸化物領域の長さ」とは、芯線の周方向における全ての酸化物領域の長さの平均値をいう。

上記銅被覆鋼線において、被覆層を構成する銅または銅合金の平均粒径は、１μｍ以上５μｍ以下であってもよい。上記銅または銅合金の平均粒径を上記範囲とすることで、銅被覆鋼線を圧着する際の被覆層の変形が容易となる。

上記銅被覆鋼線において、被覆層を構成する銅または銅合金の全結晶の粒界の長さの総和に対して、（１１１）面を双晶面とし、＜１１１＞方向を双晶方向とする第１双晶における粒界の長さの総和の割合が５０％以上であると共に、（１１０）面を双晶面とし、＜１１０＞方向を双晶方向とする第２双晶における粒界の長さの総和と、第１双晶の粒界の長さの総和とを足した値の割合が６５％以上であってもよい。上記銅または銅合金が上記条件を満たすことで、銅被覆鋼線を圧着する際に被覆層を十分に変形させることができる。

上記銅被覆鋼線において、芯線を構成する鋼は、パーライト組織を有してもよい。パーライト組織を有する鋼は、上記芯線を構成する材料として好適である。

上記銅被覆鋼線において、芯線を構成する鋼の炭素含有量は、０．３質量％以上１．１質量％以下であってもよい。炭素含有量は、鋼の強度に大きな影響を与える。炭素含有量を上記範囲とすることにより、芯線に適切な強度を付与することが容易となる。

上記銅被覆鋼線において、被覆層は、芯線との界面を含む領域に配置され、被覆層の他の領域に比べて亜鉛濃度の高い中間層を含んでもよい。中間層における亜鉛濃度が４５質量％以上９５質量％以下であってもよい。亜鉛濃度の高い中間層を含むことで、芯線と被覆層との密着性をさらに向上させることができる。中間層における亜鉛濃度を４５質量％以上とすることで、芯線と被覆層との密着性をより確実に向上させることができる。中間層における亜鉛濃度が９５質量％を超えると、銅被覆鋼線の導電性が低下するおそれがある。そのため、中間層における亜鉛濃度は９５質量％以下であることが好ましい。

上記銅被覆鋼線において、芯線を構成する鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼であってもよい。オーステナイト系ステンレス鋼を用いることにより、上記芯線の腐食を抑制することができる。

上記銅被覆鋼線において、被覆層は、芯線との界面を含む領域に配置され、被覆層の他の領域に比べてニッケル濃度の高い中間層を含んでもよい。中間層におけるニッケル濃度が５質量％以上９５質量％以下であってもよい。ニッケル濃度の高い中間層を含むことで、芯線と被覆層との密着性が向上し、圧着を実施した場合に芯線から被覆層が剥離することを抑制することができる。中間層におけるニッケル濃度を５質量％以上とすることで、芯線と被覆層との密着性をより確実に向上させることができる。中間層におけるニッケル濃度が９５質量％を超えると、銅被覆鋼線の導電性が低下するおそれがある。そのため、中間層におけるニッケル濃度は９５質量％以下であることが好ましい。

上記銅被覆鋼線において、線径が０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。このようにすることにより、特に電線として使用することに適した銅被覆鋼線を得ることが容易となる。なお、本願において「線径」とは、銅被覆鋼線の長手方向に垂直な断面が円形である場合、その直径を意味する。上記断面が円径以外である場合、断面に外接する円のうち面積が最小となる円の直径を意味する。

本開示の撚線は、上記銅被覆鋼線が複数撚り合わされて構成される。本開示の撚線によれば、上記銅被覆鋼線が撚り合わされた構造を有することにより、圧着を実施した場合に芯線から被覆層が剥離することを抑制することができる。

本開示の絶縁電線は、上記銅被覆鋼線または上記撚線と、銅被覆鋼線または撚線の外周を覆うように配置される絶縁層と、を含む。本開示の絶縁電線によれば、上記銅被覆鋼線または上記撚線を含むことにより、圧着を実施した場合に芯線から被覆層が剥離することを抑制することができる。

本開示のケーブルは、上記銅被覆鋼線または上記撚線と、銅被覆鋼線または撚線の外周を覆うように配置される絶縁層と、絶縁層の外周面を取り囲むように配置されるシールド部と、を含む。本開示のケーブルによれば、上記銅被覆鋼線または上記撚線を含む構造を有することにより、圧着を実施した場合に芯線から被覆層が剥離することを抑制することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示にかかる銅被覆鋼線の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、芯線の長手方向に垂直な断面における断面図である。図１を参照して、本実施の形態における銅被覆鋼線１は、芯線１０と、被覆層２０と、を備える。銅被覆鋼線１の長手方向に垂直な断面は円形である。芯線１０は、鋼製である。本実施の形態においては、芯線１０を構成する鋼は、パーライト組織を有する。

芯線１０を構成する鋼の炭素含有量は０．３質量％以上１．１質量％以下であることが好ましい。芯線１０を構成する鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物であってもよい。芯線１０を構成する鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のニッケル、０．１質量％以上１．８質量％以下のクロム、０．１質量％以上０．４質量％以下のモリブデンおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のバナジウムからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。芯線１０を構成する鋼の成分組成は、たとえばＪＩＳ規格に規定されるピアノ線、具体的にはＳＷＰ－Ｂの成分組成と同一であってもよい。

図１および図２を参照して、被覆層２０は、芯線１０の外周面１１を覆う。被覆層２０は、銅層２２と、中間層１９と、を含む（図２参照）。銅層２２は、被覆層２０の外周面２１を含むように配置される。本実施の形態において、銅層２２は、銅合金製である。本実施の形態において、銅層２２を構成する銅合金の平均粒径は、１μｍ以上５μｍ以下である。銅合金の平均粒径は、好ましくは１．２μｍ以上２μｍ以下である。本実施の形態において、銅層２２を構成する銅合金は、以下のような条件を満足する。銅層２２を構成する銅合金の全結晶の粒界の長さの総和に対して、（１１１）面を双晶面とし、＜１１１＞方向を双晶方向とする第１双晶における粒界の長さの総和の割合が５０％以上である。第１双晶における粒界の長さの総和の割合は、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上である。さらに、（１１０）面を双晶面とし、＜１１０＞方向を双晶方向とする第２双晶における粒界の長さの総和と、第１双晶の粒界の長さの総和とを足した値の上記銅合金の全結晶の粒界の長さの総和に対する割合が６５％以上である。第２双晶における粒界の長さの総和と、第１双晶の粒界の長さの総和とを足した値の割合は、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上である。

上記平均粒径や粒径の長さの測定は、以下のように実施される。まず、銅被覆鋼線１からサンプルが採取される。そして、得られたサンプルの長手方向に垂直な断面が研磨される。次に、研磨された断面が適切な腐食液によって腐食される。そして、電子顕微鏡等を用いて、１００個の銅または銅合金の結晶の粒径が測定される。測定された粒径の平均値を求め、平均粒径が算出される。結晶の粒界の長さ、第１双晶の粒界の長さおよび第２双晶の粒界の長さは、以下のように実施される。上記と同様にして研磨された断面が腐食液によって腐食される。その断面における被覆層２０の面積の２０％に相当する範囲において、銅または銅合金の全結晶の粒界の長さの総和が求められる。さらに、上記範囲において、第１双晶の粒界の長さの総和、および第２双晶の粒界の長さの総和がそれぞれ求められる。

図１および図２を参照して、本実施の形態における銅被覆鋼線１における被覆層２０は、芯線１０との界面２０Ａを含む領域に配置される中間層１９を含む。中間層１９は、被覆層２０の他の領域に比べて亜鉛濃度が高い。本実施の形態においては、中間層１９における亜鉛濃度が４５質量％以上９５質量％以下である。

図２を参照して、芯線１０は、複数の酸化物領域１２を含む。酸化物領域１２を構成する材料は、芯線１０を構成する鋼に含まれる元素の酸化物である。本実施の形態において、酸化物領域１２を構成する材料は、酸化鉄である。複数の酸化物領域１２は、芯線１０の外周面１１を含み、中間層１９から露出するように配置されている。複数の酸化物領域１２は、銅層２２に入り込むように配置されている。複数の酸化物領域１２は、芯線１０の周方向に間隔をあけて配置されている。本実施の形態において、芯線１０の周方向における酸化物領域１２同士の間隔は、例えば、０．１μｍ以上である。

本実施の形態において、芯線１０の長手方向に垂直な断面において、芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計は、芯線１０の外周面１１の長さの２０％以上８０％以下である。複数の酸化物領域１２の長さの合計は、好ましくは２０％以上７０％以下である。本実施の形態において、芯線１０の長手方向に垂直な断面において、酸化物領域１２の厚みが、銅被覆鋼線の線径Ｑ（図１参照）の０．０２％以上２％以下である。酸化物領域１２の厚みは、好ましくは０．０５％以上１．２％以下である。芯線１０の長手方向に垂直な断面において、酸化物領域１２の厚みに対する芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合が１以上３０以下である。芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合は、好ましくは１０以上２５以下である。上記酸化物領域１２の長さの測定は、例えば以下のように実施される。まず、銅被覆鋼線１からサンプルが採取される。そして、得られたサンプルの長手方向に垂直な断面が研磨される。次に、研磨された面において、芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さが光学顕微鏡等を用いて測定される。同様に、酸化物領域１２の厚みは、光学顕微鏡等を用いて測定される。

図１および図３を参照して、上記「芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計」、「酸化物領域１２の厚み」および「酸化物領域１２の長さ」を求める方法について具体的に説明する。図３は、芯線１０の長手方向に垂直な断面における断面図である。図１を参照して、芯線１０の周方向は、芯線１０の長手方向に垂直な断面において、芯線１０に外接する円のうち面積が最小となる円Ｕに沿った方向である。図３を参照して、芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さＶ_１は、円Ｕに酸化物領域１２を径方向に投影した時の長さである。酸化物領域１２の厚みＰ_１は、円Ｕに酸化物領域１２を径方向に投影した時の投影像における中点Ｔを通り、円Ｕの径方向に沿った直線Ｗに対する酸化物領域１２の正射影の長さである。このようにして求められる全ての酸化物領域１２の長さの合計値が、「芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計」である。また、このようにして求められる全ての酸化物領域の厚みの平均値が、「酸化物領域１２の厚み」である。さらに、このようにして求められる全ての酸化物領域の長さの平均値が、「酸化物領域１２の長さ」である。

次に、本実施の形態の銅被覆鋼線１の製造方法の一例について説明する。図５～図９は、原料鋼線の長手方向に垂直な断面における原料鋼線の外周面付近を拡大して示す図である。

図４を参照して、本実施の形態の銅被覆鋼線１の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）として原料鋼線準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、原料鋼線が準備される。具体的には、０．５質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１質量％以上２．５質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎとを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼から構成される原料鋼線が準備される。原料鋼線を構成する鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のＮｉ、０．１質量％以上１．８質量％以下のＣｒ、０．１質量％以上０．４質量％以下のＭｏおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のＶからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。

次に、工程（Ｓ２０）としてパテンティング工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された原料鋼線に対してパテンティングが実施される。具体的には、原料鋼線がオーステナイト化温度（Ａ１点）以上の温度域に加熱された後、ＭＳ点よりも高い温度域まで急冷され、当該温度域で保持される熱処理が実施される。これにより、原料鋼線の金属組織がラメラ間隔の小さい微細パーライト組織となる。ここで、上記パテンティング処理において、原料鋼線をＡ１点以上の温度域に加熱する処理は、脱炭の発生を抑制する観点から不活性ガス雰囲気中で実施される。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ３０）として粗面化工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）においてパテンティングが実施された原料鋼線に対して、粗面化処理が実施される。具体的には、図５を参照して、原料鋼線９０の外周面９０Ａを、塩酸、硫酸などの酸に接触させることにより表面粗さを増大させる。濃度がたとえば３５％である塩酸を用いることができる。硫酸の濃度は、たとえば６５％とすることができる。粗面化処理としては、酸に接触させる処理に代えて、または酸に接触させる処理に加えて、研磨用不織布を原料鋼線９０の外周面９０Ａに押し付けつつ相対的に移動させる等の処理により機械的に粗面化を達成する処理を実施してもよい。この工程（Ｓ３０）が実施されることにより、第１中間鋼線９１が得られる。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ４０）として中間層形成工程が実施される。工程（Ｓ４０）では、図５および図６を参照して、工程（Ｓ３０）までが実施されて得られた第１中間鋼線９１に中間層１９を形成する工程が実施される。具体的には、たとえば原料鋼線９０の外周面９０Ａに、銅および亜鉛を含む金属層である中間層１９がめっきにより形成される。中間層１９は、たとえば４５質量％以上９５質量％以下の亜鉛を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなっている。不可避的不純物は、たとえば１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることが好ましい。この工程（Ｓ４０）が実施されることにより、第２中間鋼線９２が得られる。なお、本実施の形態においては、銅及び亜鉛を含む中間層１９が形成される場合について説明したが、亜鉛を含み、銅を含まない中間層１９が形成されてもよい。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ５０）として第１熱処理工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図６を参照して、工程（Ｓ４０）までが実施されて得られた第２中間鋼線９２に対して、熱処理が実施される。具体的には、亜鉛の融点である４１９．５℃以上の温度に第２中間鋼線９２が加熱される。これにより、工程（Ｓ４０）において形成された中間層１９を構成する亜鉛と銅とが一様な合金となる。工程（Ｓ５０）における加熱温度は５５０℃以上であることが好ましい。工程（Ｓ５０）における加熱温度は６５０℃以下であることが好ましい。工程（Ｓ５０）における加熱時間は、たとえば３秒以上７秒以下とすることができる。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ６０）として伸線工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図６および図７を参照して、工程（Ｓ５０）の熱処理が実施された第２中間鋼線９２に対して伸線が実施される。この時に、原料鋼線９０の一部の領域９６，９７が中間層１９から露出する。工程（Ｓ５０）の伸線における加工度（減面率）は、たとえば９０％以上９９％以下とすることができる。工程（Ｓ５０）の伸線における真歪は、たとえば２．３以上３．９以下とすることが好ましい。以上の手順により、第３中間鋼線９３が得られる。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ７０）として表面酸化工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図７および図８を参照して、工程（Ｓ６０）の伸線工程が実施された第３中間鋼線９３に対して表面酸化工程が実施される。具体的には、濃度が３５質量％である塩酸を用いて、原料鋼線９０の一部の領域９６，９７が酸化される。そして、水洗が実施される。表面酸化工程における温度条件は、例えば２０℃以上５０℃以下である。なお、塩酸の代わりに、硫酸の濃度が６５質量％または３０質量％である水溶液を用いてもよい。また、水洗は実施されなくてもよい。これにより、中間層１９から露出する部分が酸化されて、酸化物領域１２が形成される。このようにして、原料鋼線９０の外周面９０Ａを含み、中間層１９から露出するように酸化物領域１２が形成される。以上の手順により、第４中間鋼線９４が得られる。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ８０）として被覆層形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、図８および図９を参照して、工程（Ｓ６０）までが実施されて得られた第３中間鋼線９３の中間層１９の表面１９１と、中間層１９から露出する酸化物領域１２の表面１２１を覆うように銅層２２が形成される。銅層２２は、中間層１９の表面１９１、および中間層１９から露出する酸化物領域１２の表面１２１に接触するように形成される。銅層２２は、たとえばめっきにより形成することができる。銅層２２は、たとえば銅合金からなる。以上の手順により、第５中間鋼線９５が得られる。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ９０）として第２熱処理工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、図２および図９を参照して、工程（Ｓ８０）までが実施されて得られた第５中間鋼線９５に対して、熱処理が実施される。具体的には、銅の再結晶温度以上の温度に第３中間鋼線９３が加熱される。工程（Ｓ８０）における加熱温度は１００℃以上であることが好ましい。工程（Ｓ８０）における加熱温度は４００℃以下であることが好ましい。工程（Ｓ９０）における加熱時間は、たとえば５分間以上３時間以下とすることができる。これにより、銅層２２を構成する銅が再結晶化する。また、中間層１９と銅層２２とが一体化し、被覆層２０となる。原料鋼線９０は、芯線１０となる。このとき、中間層１９に含まれる亜鉛が銅層２２へと拡散するが、被覆層２０には他の領域に比べて亜鉛濃度が高い中間層１９が形成される。以上のようにして、本実施の形態における銅被覆鋼線１が製造される。

ここで、本実施の形態のおける銅被覆鋼線１は、複数の酸化物領域１２を含む。銅被覆鋼線１を圧着した場合、複数の酸化物領域１２を芯線１０および銅層２２の両方の内部に入り込ませることができる。その結果、芯線１０から被覆層２０が剥がれ難くなり、芯線１０と被覆層２０との密着性を向上させることができる。このように本実施の形態における銅被覆鋼線１によれば、圧着を実施した場合に芯線１０から被覆層２０が剥離することを抑制することができる。

上記実施の形態においては、芯線１０の長手方向に垂直な断面において、芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計が、芯線１０の外周面１１の長さの２０％以上８０％以下であってもよい。複数の酸化物領域１２の長さの合計が芯線１０の外周面１１の長さの２０％以上とすることにより、芯線１０と被覆層２０との密着性をより確実に向上させることができる。複数の酸化物領域１２の長さの合計が芯線１０の外周面１１の長さの８０％を超えると、鋼と、銅合金とが接触する領域が小さくなり、芯線１０と被覆層２０との密着性が低下する可能性がある。したがって、複数の酸化物領域１２の長さの合計が芯線１０の外周面１１の長さの８０％以下であることが好ましい。

上記実施の形態においては、芯線１０の長手方向に垂直な断面において、酸化物領域１２の厚みが、銅被覆鋼線１の線径Ｑの０．０２％以上２％以下である。酸化物領域１２の厚みが銅被覆鋼線１の線径Ｑの０．０２％以上とすることにより、芯線１０と被覆層２０との密着性をより確実に向上させることができる。酸化物領域１２の厚みが銅被覆鋼線１の線径Ｑの２％を超えると、芯線１０から被覆層２０が剥離するおそれがある。したがって、酸化物領域１２の厚みは、銅被覆鋼線１の線径Ｑの２％以下であることが好ましい。

上記実施の形態においては、芯線１０の長手方向に垂直な断面において、酸化物領域１２の厚みに対する芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合が１以上３０以下である。酸化物領域１２の厚みに対する芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合を１以上とすることにより、芯線１０と被覆層２０との密着性をより確実に向上させることができる。上記割合が３０を超えると、酸化物領域１２が芯線１０および被覆層２０の両方の内部に入り込み難くなる可能性がある。したがって、上記割合は３０以下であることが好ましい。

上記実施の形態において、被覆層２０は、銅合金製である場合について説明したが、これに限られず、被覆層２０は、銅製であってもよい。

上記実施の形態においては、被覆層２０を構成する銅合金の平均粒径は、１μｍ以上５μｍ以下である。平均粒径を上記範囲とすることで、銅被覆鋼線１を圧着した際の被覆層２０の変形が容易となる。

上記実施の形態においては、被覆層２０を構成する銅合金の全結晶の粒界の長さの総和に対して、（１１１）面を双晶面とし、＜１１１＞方向を双晶方向とする第１双晶における粒界の長さの総和の割合が５０％以上であると共に、（１１０）面を双晶面とし、＜１１０＞方向を双晶方向とする第２双晶における粒界の長さの総和と、第１双晶の粒界の長さの総和とを足した値の割合が６５％以上である。上記銅合金が上記条件を満たすことで、銅被覆鋼線１を圧着した際に被覆層を十分に変形させることができる。

上記実施の形態においては、芯線１０を構成する鋼の炭素含有量は、０．３質量％以上１．１質量％以下である。炭素含有量は、鋼の強度に大きな影響を与える。炭素含有量を上記範囲とすることにより、芯線１０に適切な強度を付与することが容易となる。

上記実施の形態においては、被覆層２０は、中間層１９を含む場合について説明したが、これに限られず、中間層１９を含まなくてもよい。

上記実施の形態においては、被覆層２０は、芯線１０との界面２０Ａを含む領域に配置され、被覆層２０の他の領域に比べて亜鉛濃度の高い中間層１９を含む。中間層１９における亜鉛濃度が４５質量％以上９５質量％以下である。亜鉛濃度は、好ましくは３５質量％以上８０質量％以下である。亜鉛濃度の高い中間層１９を含むことで、芯線１０と被覆層２０との密着性をさらに向上させることができる。中間層１９における亜鉛濃度を４５質量％以上とすることで、芯線１０と被覆層２０との密着性をより確実に向上させることができる。中間層１９における亜鉛濃度が９５質量％を超えると、銅被覆鋼線１の導電性が低下するおそれがある。そのため、中間層１９における亜鉛濃度は９５質量％以下であることが好ましい。

上記実施の形態においては、芯線１０を構成する鋼は、パーライト組織を有する場合について説明したが、これに限られず、オーステナイト系ステンレス鋼であってもよい。オーステナイト系ステンレス鋼を用いることにより、上記芯線１０の腐食を抑制することができる。このような場合、被覆層２０は、芯線１０との界面２０Ａを含む領域に配置され、被覆層２０の他の領域に比べてニッケル濃度の高い中間層１９を含んでもよい。中間層１９におけるニッケル濃度が５質量％以上９５質量％以下であってもよい。ニッケル濃度は、好ましくは２０質量％以上８０質量％以下である。ニッケル濃度の高い中間層１９を含むことで、芯線１０と被覆層２０との密着性が向上し、圧着を実施した場合に芯線１０から被覆層２０が剥離することを抑制することができる。

上記実施の形態の銅被覆鋼線１において、引張強さが９５０ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下であることが好ましい。引張強さを９５０ＭＰａ以上することにより、銅被覆鋼線１として十分な強度を得ることができる。引張強さを３０００ＭＰａ以下とすることにより、十分な靱性を確保することができる。上記引張強さは、例えば、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づいて測定される。

上記実施の形態の銅被覆鋼線１において、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上８０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。このようにすることにより、種々の用途において十分な導電性を確保することができる。

上記実施の形態の銅被覆鋼線１において、線径Ｑが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。線径Ｑは、より好ましくは０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。このようにすることにより、特に電線として使用することに適した銅被覆鋼線１を得ることが容易となる。

次に、実施の形態１における銅被覆鋼線１の変形例について説明する。図１０を参照して、銅被覆鋼線１は、銅被覆鋼線１の表面を含むように配置される表面層３０を含む。表面層３０を構成する材料は、金、銀、スズ、パラジウムおよびニッケルからなる群から選択される１以上の金属である。本願の銅被覆鋼線において表面層３０の存在は必須ではないが、耐摩耗性の向上や、銅被覆鋼線１を端子に接続した場合の接触抵抗の低減を目的として、このような表面層３０を形成してもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２として、本開示の撚線の一実施の形態について説明する。図１１には、銅被覆鋼線１の長手方向に垂直な断面が併せて図示されている。図１１を参照して、本実施の形態における撚線１００は、複数の上記実施の形態１の銅被覆鋼線１が撚り合わされて構成されている。本実施の形態においては、７本の銅被覆鋼線１が撚り合わされた構造を有している。撚線１００に含まれる各銅被覆鋼線１は、上記実施の形態１の銅被覆鋼線である。本実施の形態における撚線１００は上記実施の形態１の銅被覆鋼線１が撚り合わされた構造を有することにより、圧着を実施した場合に芯線１０から被覆層２０が剥離することを抑制することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３として、本開示の絶縁電線の一実施の形態について説明する。図１２は、銅被覆鋼線１の長手方向に垂直な断面における断面図である。図１２を参照して、本実施の形態における絶縁電線２００は、上記実施の形態１の銅被覆鋼線１と、銅被覆鋼線１の外周１Ａを覆うように配置される絶縁層４０と、を含む。本実施の形態における絶縁電線２００は、絶縁層４０を部分的に除去して圧着される。本開示の絶縁電線２００によれば、上記実施の形態１の銅被覆鋼線１を含むことにより、上記のような圧着を実施した場合に芯線１０から被覆層２０が剥離することを抑制することができる。なお、本実施の形態においては、銅被覆鋼線１を用いる場合について説明したが、これに限られず、銅被覆鋼線１に代えて、実施の形態２における撚線１００を用いてもよい。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４として、本開示のケーブルの一実施の形態について説明する。図１３には、撚線１００、絶縁層、シールド部および保護層の長手方向に垂直な断面が併せて図示されている。図１３を参照して、ケーブル３００は、実施の形態２の撚線１００と、撚線１００の外周１００Ａを覆うように配置される絶縁層４０と、絶縁層４０の外周面４０Ａを取り囲むように配置されるシールド部５０と、シールド部５０の外周５０Ａを覆うように配置される保護層６０と、を含む。本実施の形態におけるケーブル３００は、保護層６０、シールド部５０および絶縁層４０を部分的に除去して圧着される。本開示のケーブル３００によれば、撚線１００を含む構造を有することにより、上記のような圧着を実施した場合に芯線１０から被覆層２０が剥離することを抑制することができる。なお、本実施の形態においては、撚線１００を用いる場合について説明したが、これに限られず、撚線１００に代えて、実施の形態１における銅被覆鋼線１を用いてもよい。

複数の酸化物領域１２が、銅被覆鋼線の特性に与える影響を調査する実験を行った。まず、上記実施の形態の工程（Ｓ１０）～（Ｓ９０）までを実施し、銅被覆鋼線１のサンプルを作製した。工程（Ｓ１０）において準備される原料鋼線を構成する鋼としては、０．８２質量％のＣと、０．２２質量％のＳｉと、０．４５質量％のＭｎとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物である鋼を採用した。不可避的不純物として含まれる元素の量を分析した結果、Ｐは０．０１１質量％、Ｓは０．００８質量％、Ｃｕは０．０００質量％であった。工程（Ｓ７０）においては、めっきにより純銅からなる被覆層２０を形成した。このようにしてサンプルＡを作製した。サンプルＡの線径は、２ｍｍである。サンプルＡにおいて、芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計は、芯線１０の外周面の長さの７９％である。サンプルＡにおいて、酸化物領域１２の厚みは、銅被覆鋼線１の線径Ｑの１．７５％である。酸化物領域１２の厚みに対する芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合は２８である。

線径、酸化物領域１２の厚みの割合、芯線１０の外周面の長さに対する芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計の割合、銅被覆鋼線１に対する酸化物領域１２の厚みの割合、および酸化物領域１２の厚みに対する芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合の少なくとも１つがサンプルＡとは異なるサンプルＢ～サンプルＪを作製した。比較のため、工程（Ｓ７０）を省略し、サンプルＫ～サンプルＭを作製した。なお、表１において、「酸化物領域の被覆割合」は、芯線１０の外周面の長さに対する芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計の割合を意味する。「酸化物領域の厚みの割合」は、銅被覆鋼線１に対する酸化物領域１２の厚みの割合を意味する。「酸化物領域の厚みに対する酸化物領域の長さの割合」は、酸化物領域１２の厚みに対する芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合を意味する。

次に、サンプルＡ～サンプルＭに対して、最小Ｒ／ｄ、引張強さ、かしめ後引張強さを測定した。最小Ｒ／ｄは、銅被覆鋼線１を曲げた場合にどの程度の曲率半径まで芯線１０と被覆層２０との間に剥離を生じることなく曲げることが可能であるかを評価する指標である。銅被覆鋼線１を曲げ、芯線１０と被覆層２０との間に剥離が生じた時点における銅被覆鋼線１の曲率半径Ｒを、銅被覆鋼線１の半径ｄで除した値である最小Ｒ／ｄで、銅被覆鋼線の曲げに対する耐久性を評価した。かしめ後引張強さは、銅被覆鋼線１に対して径方向に圧縮する方向に力を付与する圧着端子にてかしめた後、引張試験を実施して評価した。実験の結果を、線径等の実験条件とともに表１に示す。

表１を参照して、最小Ｒ／ｄに関して、酸化物領域１２が形成されたサンプルＡ～サンプルＪは、酸化物領域１２が形成されていないサンプルＫ～サンプルＭを明確に上回っている。引張強さに関しては、サンプルＡ～サンプルＪは、サンプルＫ～サンプルＭと同程度の引張強さを有している。しかし、サンプルＡ～サンプルＪは、かしめ後引張強さに関して、サンプルＫ～サンプルＭを明確に上回っている。これは、酸化物領域１２の存在により、芯線１０から被覆層２０が剥がれ難くなり、芯線１０と被覆層２０との密着性が向上したためであると考えられる。また、サンプルＡ～サンプルＪにおいては、酸化物領域１２の厚みの割合が２０％以上８０％以下である。同様に、サンプルＡ～サンプルＪにおいては、芯線１０の外周面の長さに対する芯線１０の周方向における複数の酸化物領域１２の長さの合計の割合が０．０２％以上２％以下である。同様に、サンプルＡ～サンプルＪにおいては、酸化物領域１２の厚みに対する芯線１０の周方向における酸化物領域１２の長さの割合が１以上３０以下である。したがって、銅被覆鋼線１は、上記条件を満たすことが好ましい。

以上の実験結果より、本開示の銅被覆鋼線１によれば、圧着を実施した場合に芯線１０から被覆層２０が剥離することを抑制可能な銅被覆鋼線を提供できることが確認される。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 銅被覆鋼線、１Ａ，５０Ａ，１００Ａ 外周、１０ 芯線、１１，２１，４０Ａ，９０Ａ 外周面、１２ 酸化物領域、１９ 中間層、２０ 被覆層、２０Ａ 界面、２２ 銅層、３０ 表面層、４０ 絶縁層、５０ シールド部、６０ 保護層、９０ 原料鋼線、９１ 第１中間鋼線、９２ 第２中間鋼線、９３ 第３中間鋼線、９４ 第４中間鋼線、９５ 第５中間鋼線、９６，９７ 領域、１００ 撚線、１２１，１９１ 表面、２００ 絶縁電線、３００ ケーブル、Ｐ_１ 厚み、Ｖ_１ 長さ、Ｑ 線径、Ｔ 中点、Ｕ 円、Ｗ 直線。

Claims (15)

1. 鋼製の芯線と、
   前記芯線の外周面を覆い、銅製または銅合金製の被覆層と、を備え、
   前記芯線は、前記芯線の長手方向に垂直な断面において、前記芯線の外周面を含み、前記芯線の周方向に間隔をあけて配置され、前記芯線を構成する鋼に含まれる元素の酸化物から構成される複数の酸化物領域を含む、銅被覆鋼線。
2. 前記芯線の長手方向に垂直な断面において、前記芯線の周方向における前記複数の酸化物領域の長さの合計が、前記芯線の外周面の長さの２０％以上８０％以下である、請求項１に記載の銅被覆鋼線。
3. 前記芯線の長手方向に垂直な断面において、前記酸化物領域の厚みが、前記銅被覆鋼線の線径の０．０２％以上２％以下である、請求項１または請求項２に記載の銅被覆鋼線。
4. 前記芯線の長手方向に垂直な断面において、前記酸化物領域の厚みに対する前記芯線の周方向における前記酸化物領域の長さの割合が１以上３０以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
5. 前記被覆層を構成する銅または銅合金の平均粒径は、１μｍ以上５μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
6. 前記被覆層を構成する銅または銅合金の全結晶の粒界の長さの総和に対して、
   （１１１）面を双晶面とし、＜１１１＞方向を双晶方向とする第１双晶における粒界の長さの総和の割合が５０％以上であると共に、
   （１１０）面を双晶面とし、＜１１０＞方向を双晶方向とする第２双晶における粒界の長さの総和と、前記第１双晶の粒界の長さの総和とを足した値の割合が６５％以上である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
7. 前記芯線を構成する鋼は、パーライト組織を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
8. 前記芯線を構成する鋼の炭素含有量は、０．３質量％以上１．１質量％以下である、請求項７に記載の銅被覆鋼線。
9. 前記被覆層は、前記芯線との界面を含む領域に配置され、前記被覆層の他の領域に比べて亜鉛濃度の高い中間層を含み、
   前記中間層における亜鉛濃度が４５質量％以上９５質量％以下である、請求項７または請求項８に記載の銅被覆鋼線。
10. 前記芯線を構成する鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
11. 前記被覆層は、前記芯線との界面を含む領域に配置され、前記被覆層の他の領域に比べてニッケル濃度の高い中間層を含み、
    前記中間層におけるニッケル濃度が５質量％以上９５質量％以下である、請求項１０に記載の銅被覆鋼線。
12. 線径が０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線が複数撚り合わされて構成される、撚線。
14. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線、または請求項１３に記載の撚線と、
    前記銅被覆鋼線または前記撚線の外周を覆うように配置される絶縁層と、を含む、絶縁電線。
15. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線、または請求項１３に記載の撚線と、
    前記銅被覆鋼線または前記撚線の外周を覆うように配置される絶縁層と、
    前記絶縁層の外周面を取り囲むように配置されるシールド部と、を含む、ケーブル。

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