KR102423790B1

KR102423790B1 - 회전 커넥터 장치

Info

Publication number: KR102423790B1
Application number: KR1020187000008A
Authority: KR
Inventors: 료스케 마추오; 켄고 미토세
Original assignee: 후루카와 덴끼고교 가부시키가이샤; 후루카와 에이에스 가부시키가이샤
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2022-07-22
Also published as: CN107960140B; JPWO2018034098A1; US20180241165A1; CN107960140A; KR20190038469A; WO2018034098A1; US10574012B2; EP3503314A4; JP6932650B2; EP3503314A1

Abstract

고 도전성을 유지하면서, 충분한 탄발성을 발휘하고, 굴곡 특성의 가일층의 향상을 실현할 수 있는 플랫 케이블을 구비한 회전 커넥터 장치를 제공한다.
회전 커넥터 장치(1)는, 고정자(11)와 회전자(12) 사이의 고리형 공간(S1)에 수용된 플랫 케이블(13)을 구비한다. 플랫 케이블(13)은, 고리형 공간(S1)에 있어서, 그 플랫 케이블의 긴 방향의 중간 부분에, 만곡되어 뒤집혀 꺾인 반환부(13a)가 설치된다. 플랫 케이블(13)은, 회전자(12)가 시계방향 혹은 반시계방향 회전했을 때에, 반환부(13a)에서 굴곡을 유지한 상태로 감거나 혹은 되감아진다. 플랫 케이블(13)은, 굴곡 반경이 4㎜~8㎜의 범위에서, 굴곡 반경을 X(mm), 0.2% 내력을 Y(㎫)로 했을 때, Y≥14.175X²-249.35X+1406.9를 만족하고, 또한 도전율이 50%IACS 이상이다.

Description

회전 커넥터 장치

본 발명은, 플랫 케이블을 수용하는 회전 커넥터 장치에 관한 것이며, 특히 차량에 장착되는 회전 커넥터 장치에 관한 것이다.

종래, 사륜 자동차 등의 차량에 있어서, 조타용 스티어링 휠과 스티어링 샤프트의 연결부에, 에어백 장치 등에 전력을 공급하기 위한 회전 커넥터 장치(SRC)가 장착된다. 회전 커넥터 장치는, 고정자(stator)와, 그 고정자에 회전 가능하게 조립된 회전자(rotator)와, 고정자와 회전자에 의해 형성되는 고리형 내부 공간에 감겨 수용된 플렉시블 플랫 케이블(FFC)을 구비하며, FFC의 단부에는, 해당 FFC와 외부를 전기적으로 접속하는 접속 구조체를 구비한다.

FFC는, 병렬 배치된 복수개의 도체와, 그 복수개의 도체를 끼워 넣도록 배치된 한 쌍의 절연 필름과, 그 한 쌍의 절연 필름 간에 설치된 접착제층을 구비하고, 상기 복수의 도체, 한 쌍의 절연 필름 및 접착제층으로 구성되는 라미네이트 구조를 가진다. 도체는, 예를 들면, 터프 피치 동(touch pitch copper), 무산소 동(oxygen-free copper) 등으로 이루어진다. 또한, 절연 필름은 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계 수지로 이루어진 접착제층을 가지며, 복수의 도체가 끼워 넣어진 상태로, 상기 한 쌍의 절연 필름을, 접착제층을 통해 접착함으로써, 도체끼리, 혹은 도체와 외부가 절연된다.

상기 도체로서는, 예를 들면, 터프 피치 동 등으로 이루어지며, 굴곡 반경 8㎜ 정도로 반복해서 굴곡 변형이 가해진 경우에도 크랙의 발생이 억제되는 플랫 케이블용 도체가 제안된다(특허문헌 1).

또한, 다른 도체로서, B, Sn, In, Mg 중 1종 혹은 복수종이 합계 0.005~0.045% 첨가되고, 결정립이 7㎛ 이하까지 미세화된, 구리합금으로 이루어진 플랫 케이블용 도체가 제안된다(특허문헌 2). 또한, 무산소 동(99.999wt%Cu)에, 0.3wt% 이하의 Sn와 0.3wt% 이하의 In 혹은 Mg을 첨가한 구리합금, 또는, 무산소 동(99.999wt%Cu)에, 10wt% 이하의 Ag를 첨가한 구리합금을 모재로 하고, 그 표면에 Sn를 도금한 평판형 도체에 열처리를 실시하여, 인장력 350㎫ 이상, 신장율 5% 이상, 도전율 70%IACS 이상인 평각 도체가 제안된다(특허문헌 3).

특허문헌 1: 특허 제5342712호 공보 특허문헌 2: 특허 제3633302호 공보 특허문헌 3: 특허 제4734695호 공보

그렇지만, 특허문헌 1의 기술에서는, 도체의 굴곡 특성을 유지하기 위해서는 굴곡 반경을 8㎜ 정도로 해야만 하므로, 회전 커넥터 장치의 소형화를 실현할 수 없고, 한편, 회전 커넥터 장치를 소형화하는 경우에는, 충분한 탄발성(

) 및 굴곡 특성을 얻을 수 없다. 특히, 종래의 터프 피치 동으로 이루어진 도체를 이용한 플랫 케이블에서는, 소형화했을 때에 충분한 탄발성을 얻을 수 없기 때문에, 플랫 케이블을 감거나 혹은 되감는 것이 어렵다. 또한, 굴곡 특성의 부족으로, 회전 커넥터 장치에 요구되는 수명을 다하지 못하고, 도체에 의한 신호 전송을 충분히 다할 수 없다.

또한, 특허문헌 2의 기술에서는, 구리합금에 있어서의 첨가 원소종 및 그 함유량의 규정에 의한 결정립직경 제어만으로는, 도체의 굴곡 특성이 불충분하다. 또한, 특허문헌 3의 기술에서는, 신장율 5% 이상을 필수로 하고, 신장율이 그 범위 밖 이면 강성이 강하고, 접어 구부림이 어려운 것, 또한, 접어 구부림 시에 도체를 좌굴시킬 우려가 있는 것이 개시되어 있지만, 신장율 5% 이상이어도 도체의 굴곡 특성이 불충분하다는 것을 알았다. 특히 최근, 자동차의 고성능화·고기능화가 진행됨과 동시에, 신뢰성, 안전성 등의 향상의 관점으로부터 자동차에 탑재되는 각종 장치, 기기의 내구성의 향상이 요구되고 있으며, 회전 커넥터 장치에 있어서의 플랫 케이블의 굴곡 특성의 가일층의 향상이 요구된다.

본 발명의 목적은, 고 도전성을 유지하면서, 충분한 탄발성을 발휘하고, 굴곡 특성의 가일층의 향상을 실현할 수 있는 플랫 케이블을 구비한 회전 커넥터 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 열심히 연구를 거듭한 결과, 플랫 케이블의 굴곡 반경과, 소정의 굴곡 수명 횟수를 넘는 경우의 해당 플랫 케이블의 0.2% 내력(resistance force)의 관계를 찾아냄과 동시에, 구리합금에 있어서의 첨가 원소종 및 각 원소의 함유량의 범위를 규정하여, 고용, 석출, 결정립 미세화 및 가공의 각 강화 기구를 부여함으로써 충분한 탄발성을 발휘할 수 있으며, 굴곡 특성을 더욱 향상할 수 있는 것을 찾아냈다. 여기서, 충분한 탄발성이란, 적당히 변형하기 쉽고, 그 변형으로부터의 복원성이 좋은 것을 말한다. 예를 들면, 100만회의 굴곡을 실시해도 0.2% 내력이 80% 미만이 되지 않는 것을, 충분한 탄발성이 있다고 한다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

[1] 고정 부재와, 상기 고정 부재에 회전 가능하게 장착된 회전 부재와, 상기 고정 부재와 상기 회전 부재 사이의 고리형 공간에 수용된 플랫 케이블을 구비하고,

상기 플랫 케이블의 일단이, 상기 고정 부재에 고정되는 고정측 커넥터에 접속되고, 상기 플랫 케이블의 타단이, 상기 회전 부재에 고정되는 회전측 커넥터에 접속되고, 또한 상기 플랫 케이블의 긴 방향의 중간 부분에, 만곡되어 뒤집혀 꺾인 반환부(folding back part)가 형성되고,

상기 플랫 케이블은, 구리합금으로 이루어진 소정 수의 도체를 가지며, 상기 반환부에서 굴곡을 유지한 상태로 감거나 혹은 되감아, 굴곡 반경이 4㎜~8㎜의 범위에서 굴곡 반경을 X, 0.2% 내력을 Y로 했을 때, Y≥14.175X²-249.35X+1406.9를 만족하고, 또한 도전율이 50%IACS 이상인, 것을 특징으로 하는, 회전 커넥터 장치.

[2] 상기 도체는, 0.1~0.8질량%의 주석, 0.05~0.8질량%의 마그네슘, 0.01~0.5질량%의 크롬, 0.1~5.0질량%의 아연, 0.02~0.3질량%의 티탄, 0.01~0.2질량%의 지르코늄, 0.01~3.0질량%의 철, 0.001~0.2질량%의 인, 0.01~0.3질량%의 실리콘, 0.01~0.3질량%의 은, 및 0.1~1.0질량%의 니켈 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부(殘部)가 구리 및 불가피 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 회전 커넥터 장치.

[3] 상기 도체의 신장율이 5% 미만인 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 회전 커넥터 장치.

[4] 상기 도체는, 폭 0.3㎜~15㎜, 두께 0.02㎜~0.05㎜인 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 회전 커넥터 장치.

[5] 상기 도체는, 0.06~0.14질량%의 마그네슘, 및 0.225~0.3질량%의 크롬을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어지며,

상기 플랫 케이블은, 0.2% 내력이 600㎫ 이상, 도전율이 70%IACS 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 회전 커넥터 장치.

[6] 상기 도체는, 폭 0.3㎜~0.5㎜, 두께 0.030㎜~0.039㎜이며,

상기 플랫 케이블의 굴곡 반경이 4㎜~5㎜인 것을 특징으로 하는, 상기 [5]에 기재된 회전 커넥터 장치.

[7] 상기 [1]~[6] 중 어느 하나에 기재된 회전 커넥터 장치의 플랫 케이블을 구성하는 도체의 제조 방법으로, 용해 및 주조 공정, 열간 가공 공정, 냉간 가공 공정, 열처리 공정 및 마무리 가공 공정을 이 순서로 가지며,

상기 열처리 공정은, 가열 온도 250~600℃, 가열 시간 10분간~5시간으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 플랫 케이블을 구성하는 도체의 제조 방법.

[8] 상기 열처리 공정은, 가열 온도 400~550℃, 가열 시간 1시간~6시간으로 실시하는 시효 열처리 공정으로,

상기 마무리 가공 공정은, 압하율이 50~97% 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 [7]에 기재된 플랫 케이블을 구성하는 도체의 제조 방법.

본 발명의 회전 커넥터 장치에 따르면, 고 도전성을 유지하면서, 회전 커넥터 장치를 소형화한 경우에도 충분한 탄발성을 얻을 수 있다. 또한, 만곡되어 뒤집혀 꺾인 반환부가 설치됨으로써, 회전 부재가 시계방향 혹은 반시계방향으로 회전했을 때에, 플랫 케이블을, 굴곡 반경 4㎜~8㎜를 유지한 상태로 반환부를 따라 감거나 혹은 되감을 수 있다.

또한, 조직 제어한 구리합금은 굴곡 특성의 향상에도 기여하기 때문에, 회전 커넥터 장치에 요구되는 피로 특성을 만족한다. 따라서, 차량에 있어서 스티어링 휠의 조타가 이루어지며, 시계방향 혹은 반시계방향의 회전에 따라 플랫 케이블이 반복해 굴곡 운동하는 경우에, 플랫 케이블의 굴곡 특성을 더욱 향상할 수 있고, 또한, 플랫 케이블의 파단을 방지할 수 있으며, 굴곡 수명, 나아가서는 신뢰성, 안전성을 향상한 플랫 케이블을 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 종래의 터프 피치 동과는 다른 구리합금을 회전 커넥터 장치에 이용함으로써, 플랫 케이블의 도체폭을 좁게 하고, 또한 소경의 굴곡 반경에서도 요구되는 굴곡 수명을 만족하는 것이 가능하고, 종래 조성의 구리합금에서는 달성할 수 없었던 회전 커넥터 장치가 소형화할 수 있으며, 또한 우수한 굴곡 특성을 살려 도체를 협폭화함으로써 회전 커넥터 장치의 박형화 및 다채널화를 실현하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 회전 커넥터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 플랫 케이블이 회전 커넥터 장치의 고리형 공간에 수용된 상태를 도시한 모식도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 플랫 케이블의 구성을 도시한 폭방향 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

[회전 커넥터 장치의 구성]

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 회전 커넥터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 동일한 도에 도시한 바와 같이, 회전 커넥터 장치(1)는, 고정자(11)(고정 부재)와, 고정자(11)에 축선(x) 주위에 회전 가능하게 장착된 회전자(12)(회전 부재)와, 고정자(11)와 회전자(12) 사이의 고리형 공간(S1)에 수용된 플랫 케이블(13)을 구비한다. 차량에 있어서, 고정자(11)는 차량의 차체에 고정되고, 회전자(12)는 스티어링 휠에 장착된다.

고정자(11)는, 축선(x)를 중심으로 하는 도시하지 않은 원형의 계합(係合) 구멍을 가지는, 축선(x)를 중심으로 하는 둥근 고리형 또는 거의 둥근 고리형인 고정자 본체(11-1)와, 고정자측 커넥터 수용 공간(S2)을 형성하는 고정자측 커넥터 수용부(11-2)를 가진다.

고정자 본체(11-1)에 형성되는 계합 구멍은, 후술하는 회전자(12)의 원통부 아래 쪽(도 1의 화살표 D방향)의 단부를 수용하고, 이 단부와 계합 가능하게 형성된다.

회전자(12)는, 축선(x) 주위(도 1의 화살표 A방향 및 화살표 B방향)에 설치된 고리형 회전자 본체(12-1)와, 고리형 공간(S1)과 외부를 연통하는 동시에 회전자측 커넥터 수용 공간(S3)을 획정하는 회전자측 커넥터 수용부(12-2)를 가진다.

회전자 본체(12-1)는, 축선(x)를 중심으로 하는 중공 원반형 또는 거의 중공 원반형인 천판부(12-1a)와, 천판부(12-1a) 내주측의 단부로부터 축선(x)를 따라 고리형 공간(S1)측을 향해 연장되는 원통부(12-1b)를 가진다. 천판부(12-1a)는, 회전 커넥터 장치(1)에 있어서, 위쪽(도 1의 화살표 C방향)에 접하는 부분을 구획한다. 원통부(12-1b)는, 고정자(11)의 대응하는 부분에 축선(x)에 대해 회동 가능하게 계합되도록 형성된다.

상기 회전자(12)가 고정자(11)에 장착됨으로써, 회전자(12)의 천판부(12-1a) 및 원통부(12-1b) 및 고정자(11)의 고정자 본체(11-1)에 의해, 고리형 공간(S1)이 획정된다. 그리고, 회전자(12)는, 원통부(12-1b)의 아래쪽 단부에 있어서, 고정자(11)의 고정자 본체(11-1)의 계합 구멍에 회동 가능하게 계합하고, 이것에 의해 고정자(11)에 회동 가능하게 유지된다.

고정자측 커넥터 수용부(11-2)의 고정자측 커넥터 수용 공간(S2)에는, 고리형 공간(S1)으로부터 꺼내진 플랫 케이블(13)의 일단이 삽입된다. 또한, 이 고정자측 커넥터 수용부(11-2)에는, 차체측 전기 회로를 구성하는 와이어 하니스에 접속된 소정 형상의 고정자측 커넥터(고정측 커넥터)를 삽입 가능한 도시하지 않은 고정측 단자 삽입 구멍이 형성된다. 고정자측 커넥터 수용부(11-2)에 고정자측 커넥터가 장착되면, 플랫 케이블(13)의 일단이, 고정자(11)에 고정되는 고정자측 커넥터에 접속된다.

회전자측 커넥터 수용부(12-2)의 회전자측 커넥터 수용 공간(S3)에는, 상기 고정자측 커넥터 수용 공간(S2)과 마찬가지로, 고리형 공간(S1)으로부터 꺼내진 플랫 케이블(13)의 타단이 삽입된다. 또한, 회전자측 커넥터 수용부(12-2)에는, 스티어링 휠이 구비한 전기 부품(예를 들면, 혼 스위치, 에어백 모듈 등)으로부터 꺼내진 케이블의 회전자측 커넥터(회전측 커넥터)를 삽입 가능한 회전측 단자 삽입 구멍(12-2a)이 형성된다. 회전자측 커넥터 수용부(12-2)에 고정자측 커넥터가 장착되면, 플랫 케이블(13)의 타단이, 회전자(12)에 고정되는 고정자측 커넥터에 접속된다.

플랫 케이블(13)은, 고리형 공간(S1)에 있어서, 적당한 길이의 느슨함(slack)을 가지도록 감겨져 있으며, 이 느슨함의 길이는, 회전자(12)가 고정자(11)에 대해서 회전함으로써 변화한다. 이 느슨함 길이의 변화에 추종하도록, 복수매의 플랫 케이블(13)을 고리형 공간(S1) 내에서 항상 정렬시킨 상태로 유지 가능해진다.

이 플랫 케이블(13)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 고리형 공간(S1)에 있어서, 그 플랫 케이블의 긴 방향의 중간 부분에, 만곡되어 뒤집혀 꺾인 반환부(13a)가 설치된다. 그리고, 축선(x) 주위에, 상기 반환부(13a)를 가지는 플랫 케이블(13)이 복수 배치된다. 반환부(13a)의 굴곡 반경은 4㎜~8㎜이며, 바람직하게는 4.0㎜~6.5㎜, 더욱 바람직하게는 4㎜~5㎜이다. 플랫 케이블(13)은, 회전자(12)가 시계방향 혹은 반시계방향으로 회전했을 때에, 반환부(13a)에서 굴곡을 유지한 상태로 감거나 혹은 되감아진다. 도 2에서는 플랫 케이블(13)이 4매 배치되지만, 이것에 한정하지 않고, 소요 수의 플랫 케이블(13)이 배치될 수도 있다. 또한, 도 2에 도시한 4매의 플랫 케이블 중, 1매 혹은 2매가 더미 케이블(도체를 갖지 않는 수지 필름)이어도 괜찮다.

상기 구성에 의해, 스티어링 휠측의 에어백 모듈 등의 전기 부품과, 차체측의 전기 회로가, 플랫 케이블(13)을 통해 전기적으로 접속된다. 이것에 의해, 회전 커넥터 장치(1)에 있어서 전원 공급 혹은 신호 전송이 가능해진다.

[플랫 케이블의 구성]

본 실시형태의 플랫 케이블(13)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들면 구리합금으로 이루어진 소정 수의 도체(21-1, 21-2, 21-3, 21-4, 21-5, 21-6)와, 그 복수의 도체를 사이에 넣도록 배치된 한 쌍의 절연 필름(22, 23)과, 상기 한 쌍의 절연 필름간에 설치된 접착제층(24)을 가진다. 본 실시형태의 플랫 케이블(1)은, 예를 들면 플렉시블 플랫 케이블(FFC)이다. 도체(21-1~21-6)는, 압연면의 면 내 방향이 거의 동일해지도록 늘어서 배치되며, 이들 도체의 한쪽 압연면측에 절연 필름(22)이 설치되고, 다른 쪽 압연면측에 절연 필름(23)이 설치된다. 도체(21-1~21-6)는, 폭 0.1㎜~15㎜, 바람직하게는 폭 0.3㎜~15㎜, 더욱 바람직하게는 폭 0.3㎜~0.5㎜이며, 두께 0.02㎜~0.05㎜, 바람직하게는 두께 0.030㎜~0.039㎜이다. 도체(21-1~21-6) 각각의 폭방향 단면적은, 0.75㎟ 이하, 바람직하게는 0.02㎟ 이하이다.

접착제층(24)은, 복수의 도체(21-1~21-6)를 매설하는데 충분한 두께를 가지며, 한 쌍의 절연 필름(22, 23)에 의해 양쪽에서 끼워져 지지(挾持)된다. 접착제층(24)은, 한 쌍의 절연 필름(22, 23)에 적합한 주지의 접착제로 구성된다.

한 쌍의 절연 필름(22, 23)은, 접착제층(24) 및/또는 복수의 도체(21-1~21-6)와의 양호한 밀착성을 발현할 수 있는 수지로 구성된다. 또한, 바람직한 예로서, 한 쌍의 절연 필름(22, 23)의 접착제층이 융착될 때에 융점이 200℃ 이상이며 용해하지 않는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 최외층과, 폴리에스테르계 수지의 접착제층의 2층으로 구성될 수도 있다. 한 쌍의 절연 필름(22, 23)은, 예를 들면 폭 6㎜~15㎜, 두께 0.01㎜~0.05㎜이다.

[도체의 화학 조성]

도체는, 0.1~0.8질량%의 주석(Sn), 0.05~0.8질량%의 마그네슘(Mg), 0.01~0.5질량%의 크롬(Cr), 0.1~5.0질량%의 아연(Zn), 0.02~0.3질량%의 티탄(Ti), 0.01~0.2질량%의 지르코늄(Zr), 0.01~3.0질량%의 철(Fe), 0.001~0.2질량%의 인(P), 0.01~0.3질량%의 실리콘(Si), 0.01~0.3질량%의 은(Ag), 0.1~1.0질량%의 니켈(Ni) 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 구리(Cu) 및 불가피 불순물로 이루어진다. 또한, 도체는, 바람직하게는 0.06~0.14질량%의 마그네슘, 및 0.225~0.3질량%의 크롬을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어진다.

<주석: 0.1~0.8질량%>

주석은, 구리에 첨가함으로써 고용(固溶)시켜 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 주석의 함유량이 0.1질량% 미만이면, 그 효과는 불충분하고, 0.8질량%를 넘으면, 도전율을 50% 이상으로 유지하는 것이 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는, 주석의 함유량을 0.1~0.8질량%로 한다.

<마그네슘: 0.05~0.8질량%>

마그네슘은, 구리에 첨가함으로써 고용시켜 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 마그네슘의 함유량이 0.05질량% 미만이면, 그 효과는 불충분하고, 0.8질량%를 넘으면, 도전율을 50% 이상으로 유지하는 것이 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는, 마그네슘의 함유량을 0.05~0.8질량%로 한다. 또한, 마그네슘의 함유량은, 0.06~0.14질량%인 것이 바람직하다. 마그네슘의 함유량이 0.06~0.14질량%의 범위 내면, 높은 도전율을 유지하면서 고굴곡성을 가져오는 고용강화능을 높일 수 있다.

<크롬: 0.01~0.5질량%>

크롬은, 구리에 첨가, 고용시키고, 그 후 미세 석출시킴으로써 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 크롬의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 석출 경화는 기대할 수 없어 내력이 불충분하고, 0.5질량%를 넘으면, 창출물이나 조대 석출물이 나타나 피로 특성 열화의 원인이 되므로 부적합하다. 따라서 본 실시형태에서는, 크롬의 함유량을 0.01~0.5질량%로 한다. 또한, 크롬의 함유량은, 0.225~0.3질량%인 것이 바람직하다. 크롬의 함유량이 0.225~0.3질량%의 범위 내면, 고굴곡성을 가져오는 석출 강화능을 높일 수 있으며, 또한, 주조나 열간 압연 시에 형성되어 굴곡성에 악영향을 미치는 창출물이나 조대 석출물을, 최대한 저감시킬 수 있다.

<아연: 0.1~5.0질량%>

아연은, 구리에 첨가함으로써 고용시켜 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 아연의 함유량이 0.1질량% 미만이면, 고용경화(solid solution hardening)는 기대할 수 없어 내력이 불충분하고, 5.0질량%를 넘으면, 도전율을 50% 이상으로 유지하는 것이 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는, 아연의 함유량을 0.1~5.0질량%로 한다.

<티탄: 0.02~0.3질량%>

티탄은, 구리에 첨가, 고용시키고, 그 후 미세 석출시킴으로써 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 티탄의 함유량이 0.02질량% 미만이면, 석출 경화(precipitation hardening)는 기대할 수 없어 내력이 불충분하고, 0.3질량%를 넘으면, 도전율을 50%IACS 이상으로 유지하는 것이 어렵고, 또한 조대 창출물이나 석출물이 나타나 피로 특성 열화의 원인이 되므로 부적합하고, 제조성도 현저히 나빠지기 때문이다. 따라서 본 실시형태에서는, 티탄의 함유량을 0.02~0.3질량%로 한다.

<지르코늄: 0.01~0.2질량%>

지르코늄은, 구리에 첨가, 고용시키고, 그 후 미세 석출시킴으로써 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 지르코늄의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 석출 경화는 기대할 수 없어 내력이 불충분하고, 0.2질량%를 넘으면, 조대 창출물이나 석출물이 나타나 피로 특성 열화의 원인이 되므로 부적합하고, 제조성도 현저히 나빠지기 때문이다. 따라서 본 실시형태에서는, 지르코늄의 함유량을 0.01~0.2질량%로 한다.

<철: 0.01~3.0질량%>

철은, 구리에 첨가, 고용시키고, 그 후 미세 석출시킴으로써 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 철의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 석출 경화는 기대할 수 없어 내력이 불충분하고, 3.0질량%를 넘으면, 도전율을 50%IACS 이상으로 유지하는 것이 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는, 철의 함유량을 0.01~3.0질량%로 한다.

<인: 0.001~0.2질량%>

인은, 탈산하는 작용을 가지는 원소이며, 특성면이 아닌 제조성을 향상시키는 원소이다. 인의 함유량이 0.001질량% 미만이면, 제조 상 개선 효과가 불충분하고, 0.2질량%를 넘으면, 도전율을 50%IACS 이상으로 유지하는 것이 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는, 인의 함유량을 0.001~0.2질량%로 한다.

<실리콘: 0.01~0.3질량%>

실리콘은, 크롬이나 니켈 등의 첨가 원소와 화합물을 형성하고, 석출 강화하는 작용을 가지는 원소이다. 실리콘의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 효과가 불충분하고, 0.3질량%를 넘으면, 도전율을 50%IACS 이상으로 유지하는 것이 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는, 실리콘의 함유량을 0.01~0.3질량%로 한다.

<은: 0.01~0.3질량%>

은은, 구리에 첨가, 고용시키고, 그 후 미세 석출시킴으로써 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 은의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 석출 경화는 기대할 수 없어 내력이 불충분하고, 0.3질량%를 넘으면, 효과가 포화할 뿐만 아니라, 비용 증가의 요인이 된다. 따라서 본 실시형태에서는, 은의 함유량을 0.01~0.3질량%로 한다.

<니켈: 0.1~1.0질량%>

니켈은, 구리에 첨가, 고용시키고, 그 후 미세 석출시킴으로써 고강도화하는 작용을 가지는 원소이다. 니켈의 함유량이 0.1질량% 미만이면, 석출 경화는 기대할 수 없어 내력이 불충분하고, 1.0질량%를 넘으면, 도전율을 50%IACS 이상으로 유지하는 것이 어렵다. 따라서 본 실시형태에서는, 니켈의 함유량을 0.1~1.0질량%로 한다.

<잔부: 구리 및 불가피 불순물>

상술한 성분 이외의 잔부는 구리 및 불가피 불순물이다. 여기서 말하는 불가피 불순물은, 제조 공정상, 불가피하게 포함될 수 있는 함유 레벨의 불순물을 의미한다. 불가피 불순물은, 함유량에 따라서는 도전율을 저하시키는 요인도 될 수 있기 때문에, 도전율의 저하를 가미해 불가피 불순물의 함유량을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하다.

[도체의 제조 방법]

상술한 도체의 제조 방법에서는, [1] 용해 및 주조, [2] 열간 가공, [3] 냉간 가공, [4] 열처리, [5] 마무리 가공,의 각 공정을 거쳐 도체를 제조한다. 예를 들면, 슬릿 제법에서는, [1-1] 용해 및 주조, [2-1] 열간 압연, [3-1] 냉간 압연, [4-1] 열처리, [5-1] 마무리 압연, 의 각 공정을 거쳐 도체를 제조하고, 이것이 조(

)의 제조 공정이면 소망한 폭으로 슬릿을 행하여, 바람직하게는 단면적이 0.75㎟ 이하, 바람직하게는 0.02㎟ 이하인 도체를 복수개 준비한다. 더욱이, 후술한 실시예의 프로세스 A, B 및 D에서는, [1-1] 용해 및 주조, 및 [2-1] 열간 압연의 2 공정을 공통 조건으로 하고, 그 후의 [3-1] 냉간 압연, [4-1] 열처리 및 [5-1] 마무리 압연의 3 공정을 다른 조건으로 설정한다.

[1-1] 용해 및 주조

용해 및 주조는, 상술한 동일 합금 조성이 되도록 각 성분의 분량을 조정해 용제하여, 두께 150㎜~180㎜의 잉곳을 제조한다.

[2-1] 열간 압연

계속해서, 상기에서 제조된 잉곳을 600~1000℃으로 열간 압연하고, 두께 10㎜~20㎜의 판재를 제작한다.

[3-1] 냉간 압연

또한, 열간 압연 처리 후의 판재를 냉간 압연하고, 두께 0.02㎜~1.2㎜의 도체를 제작한다. 본 냉간 압연 공정 후, 후술한 열처리 전에, 임의의 열처리를 실시할 수 있다.

[4-1] 열처리

이어서, 열처리 조건 250~600℃, 10분~5시간으로, 도체에 열처리를 실시한다. 이 열처리는 조성에 따라 그 목적은 다르고, 고용형 합금이면 재결정 열처리이며, 석출형 합금이면 소정 화합물을 석출시키기 위해 실시하는 시효 열처리(aging heat treatment)이다. 구리합금이 0.06~0.14질량%의 마그네슘 및 0.225~0.3질량%의 크롬을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어진 Cu-Cr-Mg계 합금인 경우, 상기 열처리 공정은, 가열 온도 400~550℃, 가열 시간 1시간~6시간으로 실시하는 시효 열처리 공정인 것이 바람직하다. 가열 온도가 400~550℃의 범위 내면, 바람직한 석출 분포 상태를 얻을 수 있으며, 가열 시간이 1시간~6시간의 범위 내면, 단시간화에 의한 석출 부족을 초래하지 않고, 또한 장시간화에 의한 양산성 저하를 방지할 수 있다.

[5-1] 마무리 압연

그 후, 상기 열처리 후의 도체를 마무리 압연하고, 폭 0.1㎜~15㎜, 두께 0.02㎜~0.05㎜의 도체를 제작한다. 마무리 압연의 압하율(두께 감소율)은, 20~97%이다. 구리합금이, 0.06~0.14질량%의 마그네슘 및 0.225~0.3질량%의 크롬을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어진 Cu-Cr-Mg계 합금인 경우, 마무리 압연의 압하율(두께 감소율)은, 50~97%인 것이 바람직하다. 마무리 압연의 압하율이 50~97%의 범위 내면, 상기 성분을 가지는 Cu-Cr-Mg계 합금에 있어서, 0.2% 내력 600㎫ 이상, 또한 도전율 70%IACS 이상을 달성할 수 있다.

[도체의 다른 제조 방법]

상기 슬릿 제법 이외의 다른 제법에서도, 상술한 도체를 제조할 수 있다. 예를 들면, 환선(丸線) 압연 제법이면, 상기 [1-1]~[5-1]의 공정 중 열간 압연이 열간 신선(wire drawing)에, 냉간 압연이 냉간 신선으로 각각 바뀌어, [1-2] 용해 및 주조, [2-2] 열간 신선, [3-2] 냉간 신선, [4-2] 열처리, [5-2] 마무리 압연, 의 각 공정을 거쳐 도체를 제조하고, 최종 슬릿은 불필요해진다. 또한, 냉간 신선과 열처리 사이에 냉간 압연을 추가하여, [1-3] 용해 및 주조, [2-3] 열간 신선, [3-3] 냉간 신선, 냉간 압연, [4-3] 열처리, [5-3] 마무리 압연의 각 공정을 거쳐 도체를 제작할 수도 있다. 또한, 상기 다른 제법에 있어서, 고용형 합금이면 임의의 여러 차례 열처리를 실시할 수 있다. 이와 같이, 도체의 특성 등이 본 발명의 범위를 만족하면, 도체의 제법에 한정은 없다.

[플랫 케이블의 제조 방법]

본 실시형태에 관한 플랫 케이블의 제조 방법으로는, 우선, 상기 방법으로 제조된 폭방향 단면적이 0.75㎟ 이하, 바람직하게는 0.02㎟ 이하인 도체를 소요 수 준비한다. 그리고, 소요 수 도체 주면의 양측에 절연 필름을 배치하고, 이들 소요 수 도체 전체에 소정 장력을 부여하면서, 상기 소요 수 도체를 접착제를 통해 한 쌍의 절연 필름 사이에 넣는다. 그리고, 소요 수 도체, 접착제 및 한 쌍의 절연 필름으로 이루어진 적층체를 프레스하여 라미네이트 처리한다.

[플랫 케이블 및 도체의 특성]

본 실시형태의 플랫 케이블에 있어서, 도체는, 부여되는 굴곡 반경이 4㎜~8㎜의 범위에서, 굴곡 반경을 X(mm), 0.2% 내력을 Y(㎫)로 했을 때, Y≥14.175X²-249.35X+1406.9를 만족하고, 또한 도전율이 50%IACS 이상이다. 예를 들면, 굴곡 반경 8㎜일 때, 도체의 0.2% 내력은, 319.3㎫ 이상을 만족한다. 0.2% 내력 및 도전율을 각각 상기 범위 내의 값으로 함으로써, 종래와 동등한 도전성을 제품에 영향을 끼치지 않는 레벨로 유지함과 동시에, 탄발성을 향상시킬 수 있으며, 양호한 굴곡 특성을 얻을 수 있다. 또한, 바람직하게는, 도체의 신장율이 5% 미만이다. 신장율을 상기 범위로 함으로써, 굴곡 특성을 개선하고, 보다 소반경에서도 수명을 늘릴 수 있다.

도체의 0.2% 내력(Y)과 굴곡 반경(X)의 2차 부등식 관계는, 두께 0.035㎜, 지정한 굴곡 반경 X에 대해서, 실온으로부터 150℃의 범위인 어떠한 시험 온도에 있어서도 굴곡 수명이 30만회를 넘는 수치가 0.2% 내력에서 하나로 정리하도록 하기 위함이다. 상기 2차 부등식 계수 a=14.175, b=249.35, c=1406.9는, 기계적 강도가 0.2% 내력의 83% 이상이면 굴곡 수명은 크게 늘어나고, 30만회의 굴곡 시험을 견디는 것을 지견으로서 얻었으므로, 그 기준을 수식화한 결과이다. 또한 본 부등식은, 0.035㎜에 한정하지 않고, 0.02㎜~0.05㎜에 있어서도 성립되는 것이다.

본 발명에 있어서의 0.2% 내력의 범위의 하한치는, 굴곡 반경 8㎜인 때를 가정한 319.3㎫이다. 따라서, 본 발명에 있어서의 0.2% 내력은, 319.3㎫ 이상이며, 바람직하게는 600㎫ 이상이다. 또한, 조성 범위가 한정되는 본 발명의 구리합금에서는, 각 강화 기구가 최대한 기여했다고 해도 0.2% 내력이 750㎫를 웃도는 것은 없다고 가정한다. 따라서, 본 발명에 있어서의 0.2% 내력은, 750㎫ 이하이다. 단, 이러한 과제를 클리어할 수 있거나 혹은 요구되지 않는 경우에는, 0.2% 내력의 범위의 상한치는 제한되지 않는다.

본 실시형태의 플랫 케이블에서는, 도체는 단면적이 작기 때문에 고 도전성이 요구된다. 그 기준은 일정하지 않고, 예를 들면 스티어링 휠의 가동 범위가 넓어지면 케이블 전체 길이는 길어지고 전기 저항은 올라가며, 굴곡 반경이 작아지면 전체 길이는 짧아지고 전기 저항은 내려간다. 또한, 수명을 보다 늘리기 위해서 도체를 박육화(薄肉化)하거나, 채널 수 증가를 위해 협폭화를 실시한 경우에는, 단면적이 감소하고 전기 저항은 올라간다. 그리고, 구리를 비롯하여 금속의 전기 저항은 온도 상승에 따라 저항도 오르기 때문에, 내구 온도 요구가 오르면 도전율에의 요구 레벨이 높아진다. 이와 같이 소망한 도전율은 그 설계에 의해 바뀌게 된다. 그렇지만 기준으로서 도체의 도전율은 50%IACS 이상인 것이 요구되며, 70%IACS 이상인 것이 바람직하다. 도전율 70%IACS 이상의 바람직한 범위를 만족하는 경우, 설계의 자유도가 높아지는 바람직한 도체라고 생각할 수 있다.

상기 실시형태에 따르면, 제품 스펙화가 가능한 레벨의 고 도전성을 유지하면서, 충분한 탄발성을 발휘하고, 굴곡 특성의 가일층의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 굴곡 반경을 1㎜ 작게 한 경우, 회전 커넥터 장치의 외경을 4㎜ 작게 할 수 있으며, 굴곡 반경에 대해서 회전 커넥터 장치의 외경을 그 4배 작게 할 수 있다. 이것에 의해 커넥터 내경을 바꾸지 않고 회전 커넥터 장치를 수용하는 스티어링 칼럼의 외경을 작게 하는 것이 가능해지고, 드라이버가 차량의 운전석에 앉았을 때의 원근 방향(奧行方向)의 시야를 넓히는 것이 가능해진다. 또한, 드라이버의 무릎 위 공간이 넓어짐으로써, 운전의 쾌적성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 고 도전성을 유지하면서 양호한 굴곡 특성을 가진다는 점에서, 종래의 터프 피치 동에서는 실현될 수 없었던 도체 협폭화가 가능해지기 때문에, 종래와 동일 폭의 플랫 케이블을 제작하는 경우, 도체 배치 수, 즉 채널 수를 증가시킬 수 있다. 또한, 플랫 케이블의 채널 수를 종래와 동일하게 하는 경우에는, 플랫 케이블의 폭을 종래보다 작게 하는 것이 가능해지고, 회전 커넥터 장치의 박형화, 저배화를 실현할 수 있다.

플랫 케이블의 채널 수를 종래와 동일하게 하는 경우에는, 차량의 다기능화에 대응한 편리성이 높은 플랫 케이블을 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 회전 커넥터 장치에 플랫 케이블이 복수매 설치되는 경우, 플랫 케이블 1매 당 채널 수가 증가하기 때문에, 회전 커넥터 장치 내에 수용하는 플랫 케이블의 매수를 줄이는 것이 가능해진다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저, 주석, 마그네슘, 크롬, 아연, 티탄, 지르코늄, 철, 인, 실리콘, 은 및 니켈을 표 1에 나타낸 함유량이 되도록 조제하고, 주조기를 이용하여, 각 합금 조성을 가지는 구리합금(합금 No.1~No.20)으로 이루어진 두께 150㎜~180㎜의 잉곳을 제작했다. 계속해서, 600~1000℃의 열간 압연에 의해 두께 20㎜의 판재를 제작하고, 그 후 냉간 압연을 실시했다.

상기 공통 공정을 거친 후, 표 2에 나타낸 바와 같이, 프로세스 A에서는, 처리 온도 400℃, 425℃, 450℃ 중 어느 하나, 처리 시간 30분간 또는 2시간 판재에 시효 열처리를 실시한 후, 압하율 19% 로 마무리 압연을 실시하여, 두께 0.035㎜의 도체를 얻었다. 또한, 프로세스 B에서는, 표 3에 나타낸 바와 같이, 처리 온도 400℃, 425℃, 450, 500℃ 중 어느 하나, 처리 시간 30분간 또는 2시간, 판재에 시효 열처리를 실시한 후, 압하율 90% 혹은 77%로 압연 처리를 실시하여, 두께 0.035㎜의 도체를 얻었다. 프로세스 A 및 B에 있어서, 최종 제품인 도체의 두께는 동일하게 했다. 또한, 비교로서의 프로세스 C에서는, 표 4에 나타낸 바와 같이, 열간 압연 후의 두께 20㎜의 판재에 냉간 압연을 실시하여 두께 0.035㎜의 도체를 얻고, 그 후 처리 온도 200℃, 350℃, 375℃, 400℃, 450℃, 700℃, 750℃, 800℃, 900℃ 중 어느 하나, 처리 온도 15초간, 30분간, 2시간 중 어느 하나로, 도체에 시효 열처리를 실시했다.

열처리와 압연의 프로세스를 끝낸 조에 대해서, 슬릿에서 소망한 폭으로 잘랐다. 플랫 케이블은 도체에 균열이 발생하고, 그것이 진전하여 수명에 이르기 때문에, 도체폭이 넓은 편이 장수명이다. 본 발명으로 규정하는 0.3㎜~15㎜에 있어서는, 가장 단수명인 0.3㎜폭의 도체와, 그것보다 폭넓은 0.5㎜폭 및 0.8㎜폭의 도체를 이용해 시험을 실시했지만, 이 범위에서는 도체폭마다 수명 변화는 작고, 폭치수의 차이에 따라서 수명 시험의 판정 결과가 다를 것은 없었기 때문에, 대표로 0.8㎜폭의 결과를 나타낸다.

제작된 도체에 대해서, 이하에 나타낸 방법에 따라, 0.2% 내력, 도전율(EC), 신장율 및 굴곡 수명의 각 특성, 및 마무리 압연 전의 결정립직경을 각각 측정했다.

(A) 0.2% 내력

시험 조건은, JIS Z 2241에 준거하여, 압연 방향을 긴 방향으로서 인장 시험을 실시했다.

(B) 도전율(EC)

전기 저항(또는 전기 전도도)의 기준으로서, 국제적으로 채택된 20℃에 있어서의 소둔 표준 연동(燒鈍標準軟銅)(체적 저항율: 1.7241×10^-2μΩ·m)의 도전율을, 100%IACS로서 규정한다. 각 재료의 도전율은 일반적으로 알려진 것으로, 순동(터프 피치 동, 무산소 동)은 EC=100%IACS, Cu-0.15Sn, Cu-0.3Cr에서는, EC=85%IACS 정도이다. 여기서 EC는, 「Electrical Conductivity」의 약칭이며, IACS는, 「International Annealed Copper Standard」를 나타낸다.

한편, 제조 프로세스에 따라 그 도전성은 변화한다. 예를 들면 본 실시예에 있어서의 프로세스 A와 프로세스 B에서는, 마무리 압연량이 다르기 때문에, 프로세스 B가 약간 도전성이 열화한다. 각 실시예에 있어서의 재료의 전기 저항은, 70%IACS 이상이면 상정되는 환경 혹은 설계의 상당 범위에 있어서 충분한 역할을 했다면 매우 양호 「◎」라고 하고, 50~70%IACS이면 사용 환경, SRC 구조 여하에 따라서는 제품 특성이 충분히 있다고 판단해 양호 「○」, 50%IACS 미만이면 그 도체는 부적합하다고 판단해 불량 「×」라고 했다.

(C) 신장율

시험 조건은, JIS Z 2241에 준거하여, 도체의 긴 방향에서 인장 시험을 실시하여, 맞대기 신장율(

)을 측정했다. 측정 결과의 신장율이 5% 미만인 경우에는 수명을 늘릴 수 있으며, 예를 들면 설계 범위를 넓히는 것도 가능해진다는 점에서, 측정치를 명기했다. 또한, 도전율을 다소 희생하여 종래보다 다소 낮은 값이 되는 경우가 있어도, 신장율의 특성을 보다 양호로 함으로써, 굴곡 특성을 더욱 향상시키는 것이 가능해지며, 그 성능 밸런스에 따라서는 회전 커넥터 장치에 이용하는 플랫 케이블에 적절한 도체가 된다.

(D) 마무리 압연 전의 결정립직경

폭과 두께의 2방향 단면에 대해, 시험 샘플을 수지 메우기 및 연마에서 경면을 만들어, 크롬산 등의 에칭액으로 입계 부식시키고, 광학현미경이나 전자현미경으로 관찰했을 때에 결정립직경을 충분히 판단할 수 있는 상태로 하고 나서, JIS H 0501의 절단법에 준거하여, 결정립직경의 측정을 실시했다. 측정 수는 30에서 100으로 하고, 1 결정립 당 직경의 평균치를 구했다.

(E) 굴곡 수명

FPC 굴곡 시험기(우에시마제작소사제, 장치명 「FT-2130」)를 이용해, 시료 고정판 및 가동판에, 도체를 100㎜의 길이로 절단한 후, 2개를 통전 가능한 가교를 실시하여, 일단을 가동판측에 붙이고, 타단을 연직 방향으로 소망한 직경으로 굴곡시키고, 또한 그 타단을 고정판측에 고정하고, 양 자유단을 측정기에 연결함으로써 굴곡 수명을 판정했다. 2개 중 1개가 단선한 경우에 전압은 측정 불능이 된다는 점에서, 그 시점을 수명으로 판단했다. 시험 조건은, 시험 온도: 20~85℃, 굴곡 반경X: 반경 4㎜~8㎜(7.5㎜, 6.3 m, 5.5㎜, 4.7㎜), 스트로크(stroke): ±13㎜, 회전 속도: 180 rpm로 했다. 전압이 측정 불능이 되었을 때의 굴곡 횟수가 30만회 이상인 경우를, 회전 커넥터가 요구되는 피로 특성을 만족하면 양호 「○」, 30만회 미만인 경우를 불량 「×」라고 했다. 상기 방법으로 측정, 평가한 결과를 표 2~4에 나타낸다.

표 2의 결과로부터, 합금 No.1~No.17은, 합금 성분이 본 발명의 범위 내에 있으며, 또한 프로세스 A를 거침으로써 0.2% 내력 및 도전율의 쌍방이 양호했다. 또한, 프로세스 A를 거침으로써, 4㎜~8㎜의 범위 중 적어도 6.3㎜ 및 7.5㎜의 굴곡 반경에서, 회전 커넥터 장치의 플랫 케이블에 요구되는 피로 특성(굴곡 수명)을 충분히 만족하고, 굴곡 특성이 양호하다는 것을 알았다. 또한, 표에서 한계 굴곡 반경이란, 하기 (1)식을 이용하여, 0.2% 내력으로부터 산출되는 산출치이다.

X=(249.35-(249.35²-4×14.175×(1406.9-Y))^0.5)/(2×14.175) ···(1)

여기서, X는 한계 굴곡 반경(단위: ㎜), Y는 0.2% 내력(단위: ㎫)이다.

이 실험 결과와 한계 굴곡 반경 산출치의 상관관계에 따르면, 상기 (1)식을 이용해 산출되는 한계 굴곡 반경은, 플랫 케이블의 굴곡 수명이 충분해지는 것을 아는 지표인 것을 확인할 수 있다. 따라서, 굴곡 반경 4㎜~8㎜의 범위 내에서 보다 엄격한 굴곡 반경이 요구되는 경우, 상기 (1)식을 이용해 0.2% 내력으로부터 한계 굴곡 반경을 산출하고, 산출된 한계 굴곡 반경에 근거해 적절한 합금 및 프로세스를 선정하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 (1)식으로부터 얻은 산출치 이상의 굴곡 반경이면, 플랫 케이블의 굴곡 수명이 보다 양호해진다.

또한, 상기 (1)식을 Y로 정리하고, 이하의 식으로 변환할 수 있다.

Y=14.175X²-249.35X+1406.9 ···(2)

즉, 사양 등에 따른 지정된 굴곡 반경에 근거해 가정되는 최소의 굴곡 반경의 값을 알 수 있으면, 상기 (2)식을 이용해, 해당 최소의 굴곡 반경을 한계 굴곡 반경으로 하고, 그 한계 굴곡 반경에 있어서 충분한 피로 특성(굴곡 수명)을 얻을 수 있는 0.2% 내력의 값을 결정할 수 있다. 또한, 상기 (2)식으로부터 얻은 산출치 이상의 0.2% 내력을 가지는 플랫 케이블이면, 보다 양호한 굴곡 수명을 얻을 수 있다.

한편, 합금 성분이 본 발명의 범위 외인 합금 No.18~No.20에 있어서는, 합금 No.1~No.17과 동일한 프로세스를 거쳐도, 도전성 및 신장율 중 어느 하나 또는 쌍방의 특성이 불충분하게 되어, 회전 커넥터 장치의 도체로서는 부적합하다는 것을 알았다.

또한, 표 3의 결과로부터, 표 2의 시험보다 마무리 압연율을 높여(프로세스 B: 0.35㎜ 두께 혹은 0.15㎜ 두께로부터 0.035㎜ 두께), 내력을 올림으로써 한계 굴곡 반경을 작게 하고, 신장율을 5% 미만으로 함으로써, 보다 광범위한 굴곡 반경에서 충분한 피로 특성을 나타내는 것을 알았다. 이것은 합금종에 의해 도체로서의 성능에는 차이가 있고, 예를 들면 합금 No.1에서는 그 도전율이 70%IACS 이상을 유지한 채로, 굴곡 성능이 향상되고, 굴곡 수명이 충분한 굴곡 반경의 범위가 넓어진다. 한편, 예를 들면 합금 No.4에서는 굴곡 수명이 충분한 굴곡 반경의 범위가 넓어지는 한편, 도전율이 70%IACS를 밑돌기 때문에, 트레이드 오프 관계가 있다. 이러한 트레이드 오프 관계를 가지는 합금종을 이용하면, 설계면과의 균형을 생각해서 적당한 도체가 되는 경우도 있으면, 부적합하게 되는 경우도 있지만, 도전율이 허용되는 경우이면 가일층의 커넥터 소경화 설계도 가능하기 때문에, 그 유용성은 높다.

표 4의 결과는, 부적합한 프로세스 C를 거친 시작재의 결과이다. 특히 합금 No.1~No.17에서는, 합금 성분이 본 발명의 범위 내에 있는 한편, 마무리 압연을 실시하지 않고 0.2% 내력이 충분하지 않은 프로세스를 거치는 경우나, 석출형 합금에 있어서는 시효 처리를 실시하지 않거나, 또한 그 처리가 부적절한 온도이거나 한 것으로, 도전율이 불충분하다는 것을 알았다. 따라서 본 발명의 프로세스에서는, 고용형 합금이면 열처리 시에 결정립을 최대한 미세화 처리하고, 마무리 압연을 실시하는 것이 중요하고, 또한, 석출형 합금이면, 적당한 도전율이 될 때까지 시효 열처리를 실시하여, 동일하게 마무리 압연을 실시하는 것이 중요하다. 석출형 합금의 열처리는, 시효 피크까지가 아니고, 그 합금이 발현하는 0.2% 내력과 도전율의 밸런스와, 커넥터 설계의 균형으로부터, 과시효 처리로 하는 것이 어울리는 케이스도 존재한다.

특히, 선행하는 공지 기술과 비교하면, 특허문헌 2와 같이 합금 성분과 결정립직경을 제어하는 경우, 실시예에 있어서 적어도 Sn, Mg 함유량이 본 발명의 범위 외이며, 강도역(强度域)이 원인으로 본 명세서에서 제시한 부등식에는 준거하지 않는다고 생각할 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서의 표 3 및 표 4의 합금 No.1~No.3끼리 비교하면 분명한 바와 같이, 결정립직경 제어만으로 그 조성 합금이 가지는 특성을 충분히 꺼낸다고는 말할 수 없다. 마찬가지로, 특허문헌 3과 같은 성분 범위에 있어서는, 대부분의 실시예 및 참고예에서 인장력 380㎫ 전후라는 점에서, 굴곡 반경 4.7㎜~7.5㎜에 있어서 0.2% 내력이 319.3㎫ 이상을 만족하지 않는다고 생각할 수 있으며, 유일 인장력 500㎫인 실시예에서는, Ag 함유량이 2wt%와 본 발명의 범위 외가 된다. 또한, 특허문헌 3의 실시예와 가장 성분이 가까운 본 실시예의 표 2 및 표 3의 합금 No.1끼리 비교함으로써 알 수 있듯이, 신장율을 5% 이상으로 하는 것보다도, 5% 미만이 되는 고내력재로서 사용하는 것이 적절하다고 할 수 있다.

(F) 탄발성의 평가

표 2에 나타낸 프로세스 A와 동일한 제법에서, 합금 No.1~No.20의 구리합금으로 이루어진 도체를 각각 제작하고, 각 도체를 PET 수지 및 접착제의 복합재(리켄테크노스사제, 에어백용 플렉시블 플랫 케이블(절연 필름), 수지 두께 25㎛, 접착제 두께 20㎛) 사이에 두고, 양면으로부터 프레스 해 라미네이트 처리를 실시하여, 플랫 케이블을 제작했다. 라미네이트 처리 조건은, 프레스 온도 165℃, 프레스 시간 3분간, 프레스 압력 0.5㎫로 했다. 제작된 플랫 케이블의 굴곡 반경이 4㎜~8㎜(7.5㎜, 6.3 m, 5.5㎜, 4.7㎜)가 되도록, 도 1에 도시한 회전 커넥터 장치를 조립했다. 그리고 각 장치에 대해서, 회전 내구 시험기(코가AS사제, 접동 굴곡 시험기)를 이용해, 85℃로, 100만회 회전 시험을 실시했다.

여기서, 회전 시험 전후로 0.2% 내력의 감소폭이 작으면, 소성변형이 일어날 때의 내력 역치의 감소폭이 작고, 반대로 0.2% 내력의 감소폭이 크면 영구 변형을 일으키기 쉬워져, 탄발성이 없어진다고 생각할 수 있다. 거기서 회전 시험 후, 크레졸 등의 용액으로 수지 및 접착제를 녹이고, 도체 단체(單體)를 꺼낸 후에 인장 시험을 실시하여, 0.2% 내력이 사용 전의 80% 이상이면 충분한 강도를 유지하고, 그 탄발성에 있어서도 충분하면 양호 「○」, 0.2% 내력이 사용 전의 60% 이상 80% 미만인 경우를 거의 양호 「△」, 0.2% 내력이 사용 전의 60% 미만인 경우를, 탄발성이 양호하지 않다고 해 불량 「×」라고 했다. 평가 결과를 표 5에 나타낸다.

표 5에서 밝혀진 바와 같이, 합금 No.1~No.17 모두, 4㎜~8㎜의 범위 중 적어도 6.3㎜ 및 7.5㎜의 굴곡 반경에서, 굴곡 수명이 충분할 경우에, 탄발성도 양호한 결과가 되었다. 또한, 프로세스 A에 있어서 굴곡 수명이 부족한 경우(표 2의 합금 No.18), 탄발성도 불량이 되었다.

또한, Cu-Cr-Mg계 합금으로서, 표 1의 합금 No.5 외에, 마그네슘 및 크롬을 표 6에 나타낸 함유량이 되도록 조제하고, 주조기를 이용하여, 각 합금 조성을 가지는 구리합금(합금 No.21~No.23)으로 이루어진 두께 150㎜~180㎜의 잉곳을 제작했다. 계속해서, 600~1000℃의 열간 압연에 의해 두께 20㎜의 판재를 제작하고, 그 후 냉간 압연을 실시했다. 그리고, 표 7에 나타낸 바와 같이, 프로세스 D에서는, 처리 온도 450℃, 처리 시간 2시간 판재에 시효 열처리를 실시한 후, 압하율 75% 혹은 90%로 마무리 압연을 실시하여, 두께 0.035㎜의 도체를 얻었다. 그리고, 상기와 동일하게 하여, 0.2% 내력, 도전율(EC), 신장율 및 굴곡 수명의 각 특성, 및 마무리 압연 전의 결정립직경을 각각 측정해, 각 특성을 평가했다. 결과를 표 7에 나타낸다.

표 7의 결과로부터, 합금 No.21~No.23은, 합금 성분의 Mg 및 Cr의 함유량이 바람직한 범위 내에 있어, 0.2% 내력 및 도전율의 쌍방이 매우 양호했다. 또한, 프로세스 D를 거침으로써, 4㎜~8㎜의 범위 중 4.0㎜, 4.3㎜ 및 4.7㎜의 굴곡 반경에서, 회전 커넥터 장치의 플랫 케이블에 요구되는 피로 특성(굴곡 수명)을 만족하고, 굴곡 특성이 매우 양호하다는 것을 알았다. 또한, 합금 No.22에서는, 마무리 압연의 압하율을 다르게 한 경우, 압하율 75%에서는, 한계 굴곡 반경이 커지지만, 도전율이 상대적으로 커지므로, 플랫 케이블 길이를 길게 할 수 있으며, 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 것을 알았다. 또한, 압하율 90%에서는, 도전율이 상대적으로 작아지지만, 한계 굴곡 반경이 작아지므로, 도전율에의 요구 레벨이 그다지 높지 않은 경우에, 3.0㎜~4.0㎜의 범위 내보다 작은 굴곡 반경에서 굴곡 특성을 향상시킬 수 있는 것을 알았다.

또한, 표 7에 나타낸 프로세스 D와 동일한 제법에서, 합금 No.21~No.23의 구리합금으로 이루어진 도체를 각각 제작하고, 각 도체를 PET 수지 및 접착제의 복합재(리켄테크노스사제, 에어백용 플렉시블 플랫 케이블(절연 필름), 수지 두께 25㎛, 접착제 두께 20㎛) 사이에 두고, 양면으로부터 프레스해 라미네이트 처리를 실시하여, 플랫 케이블을 제작했다. 라미네이트 처리 조건은 합금 No.1~No.20과 동일하게 하여, 도 1에 도시한 회전 커넥터 장치를 조립했다. 그리고 각 장치에 대해서, 상기와 동일하게 하여, 탄발성을 평가했다. 결과를 표 8에 나타낸다.

표 8의 결과로부터, 합금 No.21~No.23 모두, 4㎜~8㎜ 범위 중 4.0㎜, 4.3㎜ 및 4.7㎜의 굴곡 반경에서, 굴곡 수명이 충분한 경우에, 탄발성도 매우 양호한 결과가 되었다.

1: 회전커넥터 장치
11: 고정자(stator)
11-1: 고정자 본체
11-2: 고정자측 커넥터 수용부
12: 회전자(rotator)
12-1: 회전자 본체
12-1a: 천판부
12-1b: 원통부
12-2: 회전자측 커넥터 수용부
12-2a: 회전측 단자 삽입 구멍
13: 플랫 케이블
13a: 반환부(folding back part)
21-1, 21-2, 21-3: 도체
21-4, 21-5, 21-6: 도체
22, 23: 한 쌍의 절연 필름
24: 접착제층
S1: 고리형 공간
S2: 고정자측 커넥터 수용 공간
S3: 회전자측 커넥터 수용 공간
x: 축선

Claims

고정 부재와, 상기 고정 부재에 회전 가능하게 장착된 회전 부재와, 상기 고정 부재와 상기 회전 부재 사이의 고리형 공간에 수용된 플랫 케이블을 구비하고,
상기 플랫 케이블의 일단이, 상기 고정 부재에 고정되는 고정측 커넥터에 접속되고, 상기 플랫 케이블의 타단이, 상기 회전 부재에 고정되는 회전측 커넥터에 접속되고, 또한 상기 플랫 케이블의 긴 방향의 중간 부분에, 만곡되어 뒤집혀 꺾인 반환부(folding back part)가 설치되고,
상기 플랫 케이블은, 구리합금으로 이루어진 소정 수의 도체를 가지며, 상기 도체는, 0.06~0.14질량%의 마그네슘, 및 0.225~0.3질량%의 크롬을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어진 Cu-Cr-Mg계 합금이며, 상기 도체는, 폭 0.1㎜~15㎜, 두께 0.02㎜~0.05㎜이며, 상기 반환부에서 굴곡을 유지한 상태로 감거나 혹은 되감아, 굴곡 반경이 4㎜~8㎜의 범위에서, 굴곡 반경을 X, 0.2% 내력을 Y로 했을 때, Y≥14.175X²-249.35X+1406.9를 만족하고, 또한 도전율이 50%IACS 이상인, 것을 특징으로 하는, 회전 커넥터 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 도체는, 0.1~0.8질량%의 주석, 및 0.1~5.0질량%의 아연, 0.02~0.3질량%의 티탄, 0.01~0.2질량%의 지르코늄, 0.01~3.0질량%의 철, 0.001~0.2질량%의 인, 0.01~0.3질량%의 실리콘, 0.01~0.3질량%의 은, 및 0.1~1.0질량%의 니켈 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 회전 커넥터 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 도체의 신장율이 5% 미만인 것을 특징으로 하는, 회전 커넥터 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 플랫 케이블은, 0.2% 내력이 600㎫ 이상, 도전율이 70%IACS 이상인 것을 특징으로 하는, 회전 커넥터 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 도체는, 폭 0.3㎜~0.5㎜, 두께 0.030㎜~0.039㎜이며, 상기 플랫 케이블의 굴곡 반경이 4㎜~5㎜인 것을 특징으로 하는, 회전 커넥터 장치.
삭제
청구항 1 내지 3 및 청구항 5 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 회전 커넥터 장치의 플랫 케이블을 구성하는 도체의 제조 방법에 있어서,
상기 도체는 0.06~0.14질량%의 마그네슘, 및 0.225~0.3질량%의 크롬을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어진 Cu-Cr-Mg계 합금이고,
용해 및 주조 공정, 열간 가공 공정, 냉간 가공 공정, 열처리 공정 및 마무리 가공 공정을 이 순서로 가지며,
상기 열처리 공정은, 가열 온도 400~550℃, 가열 시간 1시간~6시간으로 실시하는 시효 열처리(aging heat treatment) 공정으로,
상기 마무리 가공 공정은, 압하율이 50~97% 이하인 것을 특징으로 하는, 플랫 케이블을 구성하는 도체의 제조 방법.