JPH0336241B2 - - Google Patents
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- JPH0336241B2 JPH0336241B2 JP58079730A JP7973083A JPH0336241B2 JP H0336241 B2 JPH0336241 B2 JP H0336241B2 JP 58079730 A JP58079730 A JP 58079730A JP 7973083 A JP7973083 A JP 7973083A JP H0336241 B2 JPH0336241 B2 JP H0336241B2
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
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- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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- Laminated Bodies (AREA)
Description
(イ) 技術分野
本発明は導電性と高強度を必要とする支持部材
またはばね線材料に関するものである。 (ロ) 技術の背景 従来、構造用部材としては高強度の鉄鋼材料が
主として使用され、特に耐食性を要求される場合
はステンレス鋼が使用されていた。また電気機械
用部材として導電性が要求される場合は銅系材料
が採用されている。この中で特にばね用材料と
し、て、導電性が要求される場合はりん青銅が広
く用いられ、より高強度が要求される場合はベリ
リウム銅やチタン銅合金が用いられている。しか
し前者は強度が低く、後者は非常は高価で、且つ
剛性率が低いため鋼系材料に比べるとばねとして
の特性は劣る。第１図は各種銅合金の引張強度と
導電率の関係を示す図であり図中の記号は下記の
金属を示す。 Ａ：Cu−Ni、Ｂ：Cu−Ti、Ｃ：Be−Cu、Ｄ：
Cu−Fe、Ｅ：Cu−Cd、Ｆ：Cu。 本発明の目的は、耐食性、導電性及び高強度を
兼ねそなえた材料、第１図中でＧの特性を示す材
料を提供することにあり、安価なばね用材料、導
電性支持部材等を提供することにある。 (ハ) 発明の開示 本発明の材料は第２図に示す如く芯材２に銅を
用いてその外周に高強度および良好な耐食性を付
与する目的でSUS304ステンレス鋼を複合せしめ
た複合材１である。 外周部をSUS304ステンレス鋼としたのはばね
材、支持部材として負荷される捻り応力、耐圧強
度に有効に働くためであり、更に良好な耐食性が
得られるためである。そして第２図に示す構成に
するだけでなく複合する芯材と外層の断面積比が
特定の範囲のみが工業的に有用であることがわか
つた。第２図の芯材銅の断面積をScu、外層の断
面積をSeとした場合、断面積比率はSe／（Se＋
Scu）の値が0.1から0.8の範囲であることが必要
である。 又、引張強度Ｐは、230−1.9×（100Scu＋
2.3Se）／（Se＋Scu）より低く、80−0.4×
（100Scu＋2.3Se）／（Se＋Scu）より大きい範囲
が望ましい。上記の数式中において230という数
字は、JIS G4314（SUS304鋼の硬引伸線材）の最
高引張強度の数値を意味し、又80はJIS G4309
（SUS304鋼の溶体化処理材−軟質１号−）の標
準的な引張強度に相当する値である。又、100及
び2.3という数値は標準軟銅線の導電率を100とし
たときの銅及びSUS304ステンレス鋼の比導電率
を意味する値であり、1.9及び0.4という数値は本
願の発明者が実験的に求めた、比導電率と引張強
度との比の値である。 即ち、芯材として銅を用い、その外周に
SUS304ステンレス鋼を上記の数式によつて特定
される引張強度となるように被覆した複合材料
が、導電性と高強度及び耐食性共にバランスの取
れた材料であることを見出したものである。 しかしながら、断面積比が0.1以下ではばね用
等として有効な剛性率を確保できず、0.8以上で
は導電率が20％IACS以上とする本発明の目的を
達成できず剛性率も飽和してメリツトが出ない。
引張強度Ｐは上記上限以上のものを得る場合、冷
間加工や熱処理しても脆化してしまい安定して使
用ができず、下限以下では銅合金に対する優位性
がない。本発明の材料を製造する方法としては、
SUS304ステンレス鋼製のパイプ中に銅線を挿入
してクラツドする方法、銅線の周りにSUS304ス
テンレス鋼材料の板を巻きつけ溶接クラツドする
方法、SUS304ステンレス鋼パイプ中に溶融銅を
流し込む方法があるが、この後、圧延又は伸線と
熱処理を繰返し、最終冷間加工、焼入れ、又は時
効処理等によつて上記断面積比、引張強度の範囲
にすればよい。上記製造工程中、少なくとも一度
は800℃以上の温度で処理すれば内層と外層との
接着力を大きくすることが出来る。第２図にその
断面構造を示す。以上を実施例によつて詳細に説
明する。 実施例 第１表は本発明材及び比較材の組成及び構成を
示す。
またはばね線材料に関するものである。 (ロ) 技術の背景 従来、構造用部材としては高強度の鉄鋼材料が
主として使用され、特に耐食性を要求される場合
はステンレス鋼が使用されていた。また電気機械
用部材として導電性が要求される場合は銅系材料
が採用されている。この中で特にばね用材料と
し、て、導電性が要求される場合はりん青銅が広
く用いられ、より高強度が要求される場合はベリ
リウム銅やチタン銅合金が用いられている。しか
し前者は強度が低く、後者は非常は高価で、且つ
剛性率が低いため鋼系材料に比べるとばねとして
の特性は劣る。第１図は各種銅合金の引張強度と
導電率の関係を示す図であり図中の記号は下記の
金属を示す。 Ａ：Cu−Ni、Ｂ：Cu−Ti、Ｃ：Be−Cu、Ｄ：
Cu−Fe、Ｅ：Cu−Cd、Ｆ：Cu。 本発明の目的は、耐食性、導電性及び高強度を
兼ねそなえた材料、第１図中でＧの特性を示す材
料を提供することにあり、安価なばね用材料、導
電性支持部材等を提供することにある。 (ハ) 発明の開示 本発明の材料は第２図に示す如く芯材２に銅を
用いてその外周に高強度および良好な耐食性を付
与する目的でSUS304ステンレス鋼を複合せしめ
た複合材１である。 外周部をSUS304ステンレス鋼としたのはばね
材、支持部材として負荷される捻り応力、耐圧強
度に有効に働くためであり、更に良好な耐食性が
得られるためである。そして第２図に示す構成に
するだけでなく複合する芯材と外層の断面積比が
特定の範囲のみが工業的に有用であることがわか
つた。第２図の芯材銅の断面積をScu、外層の断
面積をSeとした場合、断面積比率はSe／（Se＋
Scu）の値が0.1から0.8の範囲であることが必要
である。 又、引張強度Ｐは、230−1.9×（100Scu＋
2.3Se）／（Se＋Scu）より低く、80−0.4×
（100Scu＋2.3Se）／（Se＋Scu）より大きい範囲
が望ましい。上記の数式中において230という数
字は、JIS G4314（SUS304鋼の硬引伸線材）の最
高引張強度の数値を意味し、又80はJIS G4309
（SUS304鋼の溶体化処理材−軟質１号−）の標
準的な引張強度に相当する値である。又、100及
び2.3という数値は標準軟銅線の導電率を100とし
たときの銅及びSUS304ステンレス鋼の比導電率
を意味する値であり、1.9及び0.4という数値は本
願の発明者が実験的に求めた、比導電率と引張強
度との比の値である。 即ち、芯材として銅を用い、その外周に
SUS304ステンレス鋼を上記の数式によつて特定
される引張強度となるように被覆した複合材料
が、導電性と高強度及び耐食性共にバランスの取
れた材料であることを見出したものである。 しかしながら、断面積比が0.1以下ではばね用
等として有効な剛性率を確保できず、0.8以上で
は導電率が20％IACS以上とする本発明の目的を
達成できず剛性率も飽和してメリツトが出ない。
引張強度Ｐは上記上限以上のものを得る場合、冷
間加工や熱処理しても脆化してしまい安定して使
用ができず、下限以下では銅合金に対する優位性
がない。本発明の材料を製造する方法としては、
SUS304ステンレス鋼製のパイプ中に銅線を挿入
してクラツドする方法、銅線の周りにSUS304ス
テンレス鋼材料の板を巻きつけ溶接クラツドする
方法、SUS304ステンレス鋼パイプ中に溶融銅を
流し込む方法があるが、この後、圧延又は伸線と
熱処理を繰返し、最終冷間加工、焼入れ、又は時
効処理等によつて上記断面積比、引張強度の範囲
にすればよい。上記製造工程中、少なくとも一度
は800℃以上の温度で処理すれば内層と外層との
接着力を大きくすることが出来る。第２図にその
断面構造を示す。以上を実施例によつて詳細に説
明する。 実施例 第１表は本発明材及び比較材の組成及び構成を
示す。
【表】
本発明材の304CLは、銅線をSUS304ステンレ
ス鋼製パイプに入れ、ダイスによる伸線でクラツ
ドし、その後溶体化処理と伸線をくり返した。断
面積比は54％であり、SUS304ステンレス鋼外層
と銅との相互拡散層の厚みが5μであつた。比較
材のPBはりん青銅線、304はばね用SUS304WPB
規格相当のワイヤーである。次にこれらの特性に
ついて述べる。 （常温の機械的性質） 304CL：200℃×20分、PB：250℃×60分、
304：380℃×20分の低温焼鈍する前後の引張強度
Ｐ、伸び、絞り、ヤング率を第２表に示す。
304CLの引張強度やヤング率はSUS304ステンレ
ス鋼とCuの断面積比率に対応して高く、剛性率
もPBの1.5倍近くある。
ス鋼製パイプに入れ、ダイスによる伸線でクラツ
ドし、その後溶体化処理と伸線をくり返した。断
面積比は54％であり、SUS304ステンレス鋼外層
と銅との相互拡散層の厚みが5μであつた。比較
材のPBはりん青銅線、304はばね用SUS304WPB
規格相当のワイヤーである。次にこれらの特性に
ついて述べる。 （常温の機械的性質） 304CL：200℃×20分、PB：250℃×60分、
304：380℃×20分の低温焼鈍する前後の引張強度
Ｐ、伸び、絞り、ヤング率を第２表に示す。
304CLの引張強度やヤング率はSUS304ステンレ
ス鋼とCuの断面積比率に対応して高く、剛性率
もPBの1.5倍近くある。
【表】
（ばね疲労特性）
第３表に示す諸元にばね加工後、70Kg／mm2
（304CL）及び50Kg／mm2（PB）の応力でセツテイ
ングし、ばね疲労試験を行い第３図、第４図に示
す結果を得た。
（304CL）及び50Kg／mm2（PB）の応力でセツテイ
ングし、ばね疲労試験を行い第３図、第４図に示
す結果を得た。
【表】
第３図は応力振巾を20Kg／mm2とした場合を示
す。304CL５は平均応力で48Kg／mm2が疲労限だ
が、50Kg／mm2以上の応力を負荷するとセツテイン
グ応力を越えるためテスト出来ない。一方PB４
は平均応力が20Kg／mm2以下になると最低応力がマ
イナスになつてしまい疲労試験が供せられなくな
るので疲労限を求めることが出来なかつた。そこ
で応力振巾を13.5Kg／mm2に減じた場合、第４図に
示すようにPB４の疲労限は平均応力28Kg／mm2と
なつたが、304CLでは負荷出来る応力範囲内では
全く切損しなかつた。なお第５図には304CLと
SUS304−WPBのＳ−Ｎ曲線（平均応力：40Kg／
mm2）を示すが大きな差は認められない。 （へたり特性） （）常温へたり 第３表に示す諸元を有するばねに常温で20時間
の締付試験を実施し、締付応力とへたり量（残留
剪断歪量）の関係を求めた。結果を第６図に示す
が304CLのへたり量は非常に小さいことが認めら
れる。 （）高温へたり 35Kg／mm2の締付応力及び20時間の締付時間で高
温へたり試験を実施した。その結果を第７図に示
すが、304CLの方が優れており、その差は高温に
なる程拡がる傾向にある。 （導電率） 第４表に導電率の測定結果をまとめたが本発明
材の導電率は各素材の重みつき平均とほぼ一致す
る。導電率は外層のSUS304ステンレス鋼にガル
バノメータの端子を接続し測定したが、外層が
0.32mm程度以下しかないので全体の導電率を殆ん
ど低下させなかつたものと考えられる。勿論外層
が厚く長さが短い場合、304CLの導電率は低下す
ることが予想されるが、ワイヤーとして利用され
る場合は（厚さ）／（全長）が殆んど1/100以下
なので問題はない。
す。304CL５は平均応力で48Kg／mm2が疲労限だ
が、50Kg／mm2以上の応力を負荷するとセツテイン
グ応力を越えるためテスト出来ない。一方PB４
は平均応力が20Kg／mm2以下になると最低応力がマ
イナスになつてしまい疲労試験が供せられなくな
るので疲労限を求めることが出来なかつた。そこ
で応力振巾を13.5Kg／mm2に減じた場合、第４図に
示すようにPB４の疲労限は平均応力28Kg／mm2と
なつたが、304CLでは負荷出来る応力範囲内では
全く切損しなかつた。なお第５図には304CLと
SUS304−WPBのＳ−Ｎ曲線（平均応力：40Kg／
mm2）を示すが大きな差は認められない。 （へたり特性） （）常温へたり 第３表に示す諸元を有するばねに常温で20時間
の締付試験を実施し、締付応力とへたり量（残留
剪断歪量）の関係を求めた。結果を第６図に示す
が304CLのへたり量は非常に小さいことが認めら
れる。 （）高温へたり 35Kg／mm2の締付応力及び20時間の締付時間で高
温へたり試験を実施した。その結果を第７図に示
すが、304CLの方が優れており、その差は高温に
なる程拡がる傾向にある。 （導電率） 第４表に導電率の測定結果をまとめたが本発明
材の導電率は各素材の重みつき平均とほぼ一致す
る。導電率は外層のSUS304ステンレス鋼にガル
バノメータの端子を接続し測定したが、外層が
0.32mm程度以下しかないので全体の導電率を殆ん
ど低下させなかつたものと考えられる。勿論外層
が厚く長さが短い場合、304CLの導電率は低下す
ることが予想されるが、ワイヤーとして利用され
る場合は（厚さ）／（全長）が殆んど1/100以下
なので問題はない。
【表】
（耐食性）
塩水噴霧試験と亜硫酸ガスのヒユーム試験の結
果を第５表にまとめるが、304CLの端面部分では
304ほど良くはない（接触腐食の関係）がリン青
銅に比べるとはるかに良好な耐食性を有してい
る。
果を第５表にまとめるが、304CLの端面部分では
304ほど良くはない（接触腐食の関係）がリン青
銅に比べるとはるかに良好な耐食性を有してい
る。
【表】
以上主としてばね用材料としての実施例を述べ
たが、構造用支持部材として使用する場合も上述
の特性を充分活用することができる。
たが、構造用支持部材として使用する場合も上述
の特性を充分活用することができる。
第１図は本発明の目的を説明するための各種銅
合金の引張度と導電率の関係図、第２図は本発明
材の構成を示す断面図、第３図、第４図、第５図
は本発明材のばね疲労試験結果、第６図、第７図
は本発明材の実施例の耐へたり性特性を示す図で
ある。 １：複合材、２：芯材、３：外層、４：PB、
５：304CL（本発明材）、６：304（比較材）。
合金の引張度と導電率の関係図、第２図は本発明
材の構成を示す断面図、第３図、第４図、第５図
は本発明材のばね疲労試験結果、第６図、第７図
は本発明材の実施例の耐へたり性特性を示す図で
ある。 １：複合材、２：芯材、３：外層、４：PB、
５：304CL（本発明材）、６：304（比較材）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 芯材が銅からなり芯材の外周がSUS304ステ
ンレス鋼である複合材料において、断面積比率
が、0.1≦Se／（Se＋Scu）≦0.8であり、引張強度
Ｐが 230−1.9×100Scu＋2.3Se／Se＋Scu≧ＰKg／mm2 ≧80−0.4×100Scu＋2.3Se／Se＋Scu ただし、Seは外周SUS304ステンレス鋼の断面
積、Scuは芯材のCuの断面積である、ことを特徴
とする導電性複合材料。
Priority Applications (3)
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| JP58079730A JPS59205105A (ja) | 1983-05-07 | 1983-05-07 | 導電性複合材料 |
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| JPS59205105A JPS59205105A (ja) | 1984-11-20 |
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| JP58079730A Granted JPS59205105A (ja) | 1983-05-07 | 1983-05-07 | 導電性複合材料 |
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