WO2012124804A1 - 軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合金撚線、およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブル - Google Patents

軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合金撚線、およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブル Download PDF

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copper alloy
soft
copper
soft dilute
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青山 正義
亨 鷲見
黒田 洋光
英之 佐川
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日立電線株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026Alloys based on copper
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/04Flexible cables, conductors, or cords, e.g. trailing cables
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to a soft dilute copper alloy wire, a soft dilute copper alloy twisted wire having high conductivity and having a high bending life even in a soft material, and an insulated wire, a coaxial cable, and a composite cable using the same. .
  • the lump copper and lump it can be divided into hard copper and soft copper according to the arrangement of the molecules. And the kind of copper which has a desired property according to the utilization purpose is used.
  • Hard lead wires are often used as lead wires for electronic parts.
  • cables used in electronic devices such as medical devices, industrial robots, and notebook computers are combined with severe bending, twisting, and tension. Since it is used in an environment where external force is repeatedly applied, rigid hard copper wire is inaccurate and soft copper wire is used.
  • Conductive wires used in such applications are required to have the opposite properties of good conductivity (high conductivity) and good bending properties. Development of a copper material that maintains its properties is underway (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the invention according to Patent Document 1 is an invention related to a conductor for a bending-resistant cable having good tensile strength, elongation, and electrical conductivity.
  • oxygen-free copper having a purity of 99.99 wt% or more is more than 99.99 wt% in purity.
  • Bending Resistant Cable Conductor Formed with a Copper Alloy Containing 0.05 to 0.70 mass% of P and P with a Purity of 99.9 wt% or More in a Concentration Range of 0.0001 to 0.003 Mass% Are listed.
  • Patent Document 2 describes a bending-resistant copper alloy wire in which indium is 0.1 to 1.0 wt%, boron is 0.01 to 0.1 wt%, and the balance is copper.
  • JP 2002-363668 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-256084
  • Patent Document 1 is an invention related to a hard copper wire to the last, a specific evaluation regarding bending resistance has not been made, and a study on a soft copper wire with higher bending resistance has not been made. Absent. Moreover, since there is much quantity of an additional element, electroconductivity will fall. The soft copper wire has not been fully studied. Moreover, although the invention which concerns on patent document 2 is invention regarding a soft copper wire, since the addition amount of an additional element is large similarly to the invention which concerns on patent document 1, electroconductivity will fall.
  • oxygen-free copper when used as a raw material and it is used without adding other elements in order to maintain conductivity, oxygen-free copper can be obtained by increasing the degree of processing of the copper rough drawing wire.
  • the idea of improving the bending resistance by making the crystal structure inside the wire fine may be effective, but in this case, it is suitable for use as a hard wire by work hardening by wire drawing, There is a problem that it cannot be applied to soft wires.
  • insulation coated copper wires used for multi-wire wiring boards have the following problems.
  • this multi-wire wiring board is manufactured by disposing an insulation-coated copper wire (oxygen-free copper wire) on an insulating substrate with an adhesive and welding it, but is manufactured by crossing a plurality of insulation-coated copper wires with each other.
  • quadruple cross wiring has been proposed. At the intersection where the existing wiring intersects, an extra length in the height direction is required, so the insulation-coated copper wire required in the height direction during the short time that the stylus passes through the intersection can be There is a problem that the apparatus cannot cope with the supply, and the insulation-coated copper wire is stretched at the intersecting portion, and if it becomes excessive, the wire breaks.
  • an object of the present invention is to provide a soft dilute copper alloy wire, a soft dilute copper stranded wire, which has high conductivity and a high bending life and can suppress disconnection during use as compared to an oxygen-free copper wire. It is to provide a wire, and an insulated wire, a coaxial cable, and a composite cable using these.
  • a soft dilute copper alloy comprising copper and an additive element selected from the group consisting of Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Hf, Fe, Mn, and Cr according to one embodiment of the present invention
  • the average crystal grain size in the surface layer from the surface to a depth of 50 ⁇ m is 20 ⁇ m or less
  • the elongation of the oxygen-free copper wire subjected to the annealing treatment is A soft dilute copper alloy wire having an elongation value higher by 1% or more than the average value is provided.
  • the average grain size in the surface layer from the surface to a depth of 50 ⁇ m is 20 ⁇ m or less, and the elongation after wire drawing at a workability of 90%
  • a soft dilute copper alloy wire having a value of 40% or more is provided.
  • the soft diluted copper alloy wire according to the embodiment (1) or (2) can be modified or changed as follows.
  • the soft dilute copper alloy wire processes a soft dilute copper alloy material containing 2 mass ppm to 12 mass ppm of sulfur, 2 mass ppm to 30 mass ppm of oxygen, and 4 mass ppm to 55 mass ppm of Ti. Annealed.
  • a plating layer is formed on the surface of the soft dilute copper alloy wire.
  • a soft dilute copper alloy stranded wire obtained by twisting a plurality of soft dilute copper alloy wires according to the embodiment (1) or (2).
  • an insulated wire provided with an insulating layer around a soft dilute copper alloy wire or a soft dilute copper alloy twisted wire according to the above embodiments (1) to (3). .
  • a plurality of soft dilute copper alloy wires according to the above embodiment (1) or (2) are twisted to form a central conductor, and an insulator coating is formed on the outer periphery of the central conductor.
  • a coaxial cable is provided in which an outer conductor made of copper or a copper alloy is arranged on the outer periphery of the insulator coating, and a jacket layer is provided on the outer periphery.
  • a plurality of insulated wires according to the above embodiment (4) or coaxial cables according to the above embodiment (5) are arranged in the shield layer, and a sheath is provided on the outer periphery of the shield layer.
  • a provided composite cable is provided.
  • a soft dilute copper alloy wire a soft dilute copper twisted wire having high conductivity and a high flex life, and capable of suppressing disconnection during use as compared to an oxygen-free copper wire Wires and insulated wires, coaxial cables and composite cables using these are provided.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the SEM elephant of TiS particle
  • the bending life was measured in the comparative material 14 using an oxygen-free copper wire after annealing at 600 ° C. for 1 hour and the working material 8 using a soft dilute copper alloy wire obtained by adding Ti to low oxygen copper.
  • It is a graph. 2 shows a photograph of a cross-sectional structure in the width direction of the working material 8. It shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the sample of the comparative material 14. It is drawing for demonstrating the measuring method of the average grain size in the surface layer of a sample. 2 shows a photograph of a cross-sectional structure in the width direction of the working material 9. It shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the sample of the comparative material 15.
  • the object of the present invention is to provide conductivity 98% IACS (conductivity with IACS (International Annealed Copper Standard) resistivity 1.7241 ⁇ 10 ⁇ 8 ⁇ m as 100%), 100% IACS, and further 102% IACS.
  • the object is to obtain a soft diluted copper alloy material as a satisfactory soft copper material.
  • a secondary purpose is to use an SCR continuous casting and rolling facility, with few surface scratches, a wide manufacturing range, and stable production.
  • the softening temperature at a processing degree of 90% is 130 ° C. Therefore, it is possible to stably produce soft copper having a soft material having a softening temperature of 130 ° C. or higher and 148 ° C. or lower capable of stable production and having a conductivity of 98% IACS or higher, 100% IACS or higher, and a conductivity of 102% IACS or higher.
  • the softening temperature does not decrease because sulfur is contained in several mass ppm or more as an unavoidable impurity during the manufacture of molten metal, and sulfides such as TiS are not sufficiently formed with this sulfur and titanium. .
  • (A) Increase the oxygen concentration of the material to an amount exceeding 2 mass ppm and add titanium. As a result, it is considered that TiS and titanium oxide (TiO 2 ) and Ti—O—S particles are first formed in the molten copper (see the SEM images in FIGS. 1 and 3 and the analysis results in FIGS. 2 and 4). ). In FIGS. 2, 4, and 6, Pt and Pd are vapor deposition elements for observation.
  • Example 1 to 6 show the cross section of a ⁇ 8 mm copper wire (wire rod) having the oxygen concentration, sulfur concentration, and Ti concentration shown in the third row from the top in Example 1 of Table 1 by SEM observation and EDX analysis. It has been evaluated. The observation conditions were an acceleration voltage of 15 KeV and an emission current of 10 ⁇ A.
  • the sulfur in the copper crystallizes and precipitates, and a copper wire rod that satisfies the softening temperature and conductivity after cold wire drawing can be obtained.
  • composition The reason why the elements selected from the group consisting of Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn, Hf, Fe, Ti, and Cr were selected as the additional elements This is because it is an active element that easily binds to an element and can easily trap S, so that S can be trapped and the copper base material (matrix) can be highly purified.
  • One or more additive elements may be included. Also, other elements and impurities that do not adversely affect the properties of the alloy can be included in the alloy.
  • the oxygen content is more than 2 and not more than 30 mass ppm, but depending on the addition amount of the additive element and the S content, In the range having the above properties, it can contain more than 2 and 400 mass ppm.
  • pure copper (base material) containing inevitable impurities is 3-12 mass ppm of sulfur, more than 2 oxygen of 30 mass ppm and less, and Ti.
  • a wire rod (rough drawing wire) is manufactured from a soft dilute copper alloy material containing 4-55 mass ppm.
  • so-called low oxygen copper (LOC) is targeted because it contains oxygen of more than 2 mass ppm and not more than 30 mass ppm.
  • the wire rod is preferably made of a soft dilute copper alloy material containing ppm Ti.
  • the wire rod is preferably made of a soft dilute copper alloy material containing
  • dispersed substances It is desirable that the size of dispersed particles be small and distributed. The reason is that it is required to have a small size and a large number in order to function as a sulfur deposition site.
  • Sulfur and titanium form compounds or aggregates in the form of TiO, TiO 2 , TiS, and Ti—O—S, and the remaining Ti and S are present in the form of a solid solution.
  • a soft dilute copper alloy material having a TiO size of 200 nm or less, TiO 2 of 1000 nm or less, TiS of 200 nm or less, and Ti—O—S of 300 nm or less is distributed in the crystal grains.
  • Crystal grains means the crystal structure of copper.
  • the molten copper temperature in the melting furnace is set to 1100 ° C. or higher and 1320 ° C. or lower.
  • the reason why the temperature is set to 1100 ° C. or higher is that copper is likely to solidify and the production is not stable, but the casting temperature is preferably as low as possible.
  • the hot rolling temperature is such that the temperature at the first rolling roll is 880 ° C. or lower and the temperature at the final rolling roll is 550 ° C. or higher.
  • the crystallization of sulfur in molten copper and the precipitation of sulfur during hot rolling are the subject of the present invention, so the solid solubility limit (solidusolubility limit) is further increased. In order to make it small, it is good to set molten copper temperature and hot rolling temperature according to said (a) and (b).
  • the normal hot rolling temperature is such that the temperature at the first rolling roll is 950 ° C. or lower and the temperature at the final rolling roll is 600 ° C. or higher.
  • the temperature at the first rolling roll is set to 880 ° C. or lower, and the temperature at the final rolling roll is set to 550 ° C. or higher.
  • the electric conductivity of a wire rod having a diameter of ⁇ 8 mm is 98% IACS or more, 100% IACS or more and 102% IACS or more, and the softening temperature of the wire rod (for example, ⁇ 2.6 mm) after cold drawing is 130.
  • a soft dilute copper alloy wire having a temperature of from °C to 148 °C can be obtained.
  • the softening temperature is 148 ° C. in view of its industrial value. It is as follows. When Ti is not added, the temperature is 160 to 165 ° C. The softening temperature of high-purity copper (6N) is 127 to 130 ° C., whereas the softening temperature of the soft dilute copper alloy wire is 130 to 148 ° C. from the obtained data. This slight difference is considered to result from unavoidable impurities not contained in high-purity copper (6N).
  • the conductivity is about 101.7% IACS at the level of oxygen-free copper, and 102.8% IACS for high-purity copper (6N), so that the conductivity is as close as possible to high-purity copper (6N). Is desirable.
  • the base material copper was melted in the shaft furnace, it was controlled so as to be in a reduced state, that is, in a reducing gas (CO) atmosphere, the sulfur concentration, Ti concentration, and oxygen concentration of the constituent elements of the diluted alloy were controlled.
  • the additive element added to pure copper may include at least one of Mg, Zr, Nb, Ca, V, N, Hf, Fe, Mn, and Cr.
  • (A) Ti is easily combined with sulfur in molten copper to form a compound.
  • the soft dilute copper alloy wire of the present invention can be used as a soft copper wire because it can reduce the energy at the time of annealing, such as a molten solder plated wire, enameled wire, soft pure copper, high conductivity copper, and annealing. It is possible to obtain a practical soft dilute copper alloy wire excellent in rate, softening temperature and surface quality.
  • a plating layer may be formed on the surface of the soft diluted copper alloy wire of the present invention.
  • the plating layer for example, a layer mainly composed of tin, nickel, and silver is applicable, and so-called Pb-free plating may be used.
  • it can also be used as an insulated wire in which an insulating layer is provided around the soft diluted copper alloy wire or the soft diluted copper alloy stranded wire of the present invention.
  • a plurality of soft diluted copper alloy wires of the present invention are twisted together to form a central conductor, an insulator coating is formed on the outer periphery of the central conductor, and an outer conductor made of copper or a copper alloy is disposed on the outer periphery of the insulator coating, It can also be used as a coaxial cable provided with a jacket layer on its outer periphery.
  • a plurality of coaxial cables can be arranged in the shield layer and used as a composite cable in which a sheath is provided on the outer periphery of the shield layer.
  • Applications of the soft diluted copper alloy wire of the present invention include, for example, wiring materials for consumer solar cells, conductors for enamel wires for motors, conductors for power cables, conductors for signal wires, molten solder plating materials that do not require annealing, and for FPC It can be used as a conductor for wiring, copper materials with excellent heat conduction, and substitutes for high-purity copper.
  • the shape is not particularly limited, and may be a conductor having a round cross section, a rod-shaped conductor, or a flat conductor.
  • the wire rod is manufactured by the SCR continuous casting rolling method, and the soft material is manufactured by hot rolling.
  • the present invention is not limited to the twin roll continuous casting rolling method or the proper perch. You may make it manufacture by a type
  • Table 1 relates to experimental conditions and results.
  • an oxygen concentration, a sulfur concentration, and a Ti concentration shown in Table 1 and a ⁇ 8 mm copper wire (wire rod): a working degree of 99.3% were respectively produced.
  • the ⁇ 8 mm copper wire is hot-rolled by SCR continuous casting and rolling. Ti flows the molten copper melted in the shaft furnace into the reed in the reducing gas atmosphere, guides the molten copper flowing in the reed to the casting pot of the same reducing gas atmosphere, and after adding Ti in this casting pot, An ingot rod was made with a mold formed between the cast ring and the endless belt through the nozzle. This ingot rod is hot-rolled to produce a ⁇ 8 mm copper wire.
  • the experimental material was cold-drawn, the semi-softening temperature and conductivity at a size of ⁇ 2.6 mm were measured, and the dispersed particle size at a copper wire of ⁇ 8 mm was evaluated.
  • the soot oxygen concentration was measured with an oxygen analyzer (Leco TM oxygen analyzer).
  • Each concentration of sulfur and Ti is the result of analysis with an ICP emission spectroscopic analyzer.
  • the measurement of the semi-softening temperature in a size of ⁇ 2.6 mm was obtained from the result of quenching in water after holding each temperature at 400 ° C. or lower for 1 hour and conducting a tensile test. It calculated
  • the temperature corresponding to the strength showing the value obtained by adding the tensile strengths of these two tensile tests and dividing by 2 was defined as the semi-softening temperature.
  • the dispersed particles have a small size and are distributed a lot.
  • the size is small and the number is large because it functions as a sulfur deposition site. That is, the case where the number of dispersed particles having a diameter of 500 nm or less was 90% or more was regarded as acceptable.
  • the “size” is the size of the compound, and means the size of the major axis of the diameter and minor axis of the shape of the compound.
  • the “particles” refer to TiO, TiO 2 , TiS, and Ti—O—S. “90%” indicates the ratio of the number of corresponding particles to the total number of particles.
  • the comparative material 1 is the result of trial production of a copper wire having a diameter of ⁇ 8 mm in an Ar atmosphere in a laboratory, and is obtained by adding 0 to 18 mass ppm of Ti to the molten copper.
  • Comparative material 2 is one with a low Ti concentration (0.2 mass ppm) among the prototypes produced by the SCR continuous casting and rolling method, and the electrical conductivity is 102% IACS or more, but the semi-softening temperature is 164,157 ° C. Since the required temperature of 148 ° C. or lower was not satisfied, the overall evaluation was x.
  • the oxygen concentration and sulfur are almost constant (7 to 8 mass ppm, 5 mass ppm), and the results of trial materials with different Ti concentrations (4 to 55 mass ppm).
  • the softening temperature is 148 ° C. or less
  • the conductivity is 98% IACS or more, 102% IACS or more
  • the dispersed particle size is 500% or less of the particles is 90% or more. is there.
  • the surface of the wire rod is also clean, and all are satisfied as product performance (overall evaluation ⁇ ).
  • the case where the conductivity is 100% IACS or more is when the Ti concentration is 4 to 37 mass ppm, and the case where the conductivity is 102% IACS or more is when the Ti concentration is 4 to 25 mass ppm.
  • the maximum conductivity was 102.4% IACS, and the conductivity was slightly lower in the vicinity of this concentration. This is because when Ti is 13 mass ppm, the sulfur content in copper is captured as a compound, thereby showing conductivity close to that of high-purity copper (6N).
  • Comparative material 3 is a prototype material with a Ti concentration as high as 60 mass ppm.
  • the electrical conductivity satisfies the request, but the semi-softening temperature is 148 ° C. or higher, and the product performance is not satisfied. Furthermore, there were many surface damages on the wire rod, making it difficult to produce a product. Therefore, the addition amount of Ti is preferably less than 60 mass ppm.
  • the implementation material 2 is a prototype material in which the influence of the oxygen concentration was examined by changing the oxygen concentration by setting the sulfur concentration to 5 mass ppm, the Ti concentration to 13 to 10 mass ppm, and the oxygen concentration.
  • Comparative Material 4 when oxygen was 40 mass ppm, there were many scratches on the surface of the wire rod, and the product did not become a product.
  • the oxygen concentration in the range of more than 2 and 30 mass ppm or less, the characteristics of semi-softening temperature, conductivity of 102% IACS or more, and dispersed particle size can be satisfied, and the surface of the wire rod is also clean. In any case, the product performance can be satisfied.
  • the inventors of the present invention understand that the added oxygen satisfies the above characteristics because it lowers the equilibrium solid solution amount of Ti with respect to copper. That is, it is understood that the reduction of the semi-softening temperature and the improvement of the electrical conductivity in the examples are caused by a decrease in the amount of Ti and S dissolved in copper. Oxygen itself has little influence on softening, but it reduces the solid solution amount of Ti and S in the working material. This decrease in the solid solution amount of Ti and S is considered to be caused by the formation of precipitation of compounds such as TiO, TiS, Ti—O—S, TiO 2 , and in fact, as described above, TiO, TiS, Ti—O. The presence of compounds such as -S and TiO 2 has been confirmed.
  • the execution material 3 is an example of a prototype material in which the oxygen concentration and the Ti concentration are relatively close to each other, and the sulfur concentration is changed to 4 to 20 mass ppm.
  • the prototype material with less than 2 mass ppm of sulfur could not be realized from the raw material side, but both the semi-softening temperature and the electrical conductivity should be satisfied by controlling the concentrations of Ti and sulfur. Can do.
  • the sulfur concentration of the comparative material 5 was 18 mass ppm and the Ti concentration was 13 mass ppm
  • the semi-softening temperature was high at 162 ° C. and the required characteristics could not be satisfied.
  • the surface quality of the wire rod was particularly poor, it was difficult to commercialize the product.
  • Table 2 shows the molten copper temperature and rolling temperature as the production conditions.
  • the comparative material 7 shows the result of trial manufacture of a wire rod of ⁇ 8 mm at a high molten copper temperature of 1330 to 1350 ° C. and a rolling temperature of 950 to 600 ° C.
  • this comparative material 7 satisfies the semi-softening temperature and the electrical conductivity, the size of the dispersed particles is about 1000 nm, and the particle size of 500 nm or more exceeds 10%. Therefore, this was inappropriate.
  • the sag execution material 4 shows the result of trial manufacture of a wire rod of ⁇ 8 mm at a molten copper temperature of 1200 to 1320 ° C. and a lower rolling temperature of 880 to 550 ° C.
  • the wire surface quality and the dispersed particle size were also good, and the overall evaluation was good.
  • the comparative material 8 shows the result of trial manufacture of a wire rod of ⁇ 8 mm at 880 to 550 ° C. with a molten copper temperature of 1100 ° C. and a lower rolling temperature. Since this comparative material 8 had a low molten copper temperature, the wire rod had many surface scratches and was not suitable for the product. This is because scratches are likely to occur during rolling because the molten copper temperature is low.
  • the comparative material 9 is a result of trial production of a wire rod of ⁇ 8 mm at a molten copper temperature of 1300 ° C. and a higher rolling temperature of 950 to 600 ° C. Since this comparative material 9 had a high hot rolling temperature, the surface quality of the wire rod was good, but there were also large dispersed particle sizes, and the overall evaluation was x.
  • the comparative material 10 is a result of trial production of a wire rod of ⁇ 8 mm at 880 to 550 ° C. with a molten copper temperature of 1350 ° C. and a lower rolling temperature. Since this comparative material 10 had a high molten copper temperature, some of the dispersed particles had a large size, and the overall evaluation was x.
  • Table 3 shows a sample of the comparative material 11 using an oxygen-free copper wire and the embodiment material 5 using a soft dilute copper alloy wire containing 13 mass ppm Ti in low-oxygen copper, and annealing at different annealing temperatures for 1 hour. It is the table
  • the soft dilute copper alloy wire of the present invention has sufficient soft properties and has excellent soft properties even in the region where the annealing temperature exceeds 400 ° C., even when compared with the oxygen-free copper wire. I understand that.
  • Table 4 shows a comparison material 12 using an oxygen-free copper wire and an embodiment material 6 using a soft dilute copper alloy wire containing 13 mass ppm Ti in low-oxygen copper, and annealed for 1 hour at different annealing temperatures. It is the table
  • the soft dilute copper alloy wire according to the present invention is required to have a high flex life, but the comparative material 13 using an oxygen-free copper wire and the soft dilute copper alloy wire obtained by adding Ti to low oxygen copper are used.
  • the result of measuring the bending life of the used material 7 is shown in FIG.
  • a 0.26 mm-diameter wire annealed at an annealing temperature of 400 ° C. for 1 hour is used, the comparative material 13 has the same component composition as the comparative material 11, and the implementation material 7 is also used. The component composition similar to that of Example Material 5 was used.
  • the bending fatigue test is a test in which a load is applied and repeated bending strain of tension and compression is applied to the sample surface.
  • the bending fatigue test is shown in FIG.
  • the sample is set between bending jigs (denoted as rings in the figure) as shown in (A), and the jig is rotated by 90 degrees and bent as shown in (B) while a load is applied.
  • a compressive strain is applied to the surface of the wire rod in contact with the bending jig, and a tensile strain is applied to the opposite surface correspondingly. Thereafter, the state returns to the state (A) again.
  • the working material 7 according to the present invention showed a higher bending life than the comparative material 13.
  • FIG. 9 shows the results of measuring the bending life of the comparative material 14 using an oxygen-free copper wire and the embodiment material 8 using a soft dilute copper alloy wire obtained by adding Ti to low oxygen copper.
  • a sample obtained by subjecting a 0.26 mm diameter wire to an annealing temperature of 600 ° C. for 1 hour is used, the comparative material 14 has the same composition as the comparative material 11, and the implementation material 8 is also used.
  • the component composition similar to that of Example Material 5 was used.
  • the measuring method of the bending life was performed under the same conditions as the measuring method of FIG.
  • the working material 8 according to the present invention showed a higher bending life than the comparative material 14. This result is understood to be due to the fact that the execution materials 7 and 8 showed a larger 0.2% proof stress value than the comparative materials 13 and 14 under any annealing conditions. Is done.
  • FIG. 10 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the sample of the embodiment material 8 and FIG. 1 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the comparative material 14.
  • FIG. 11 shows the crystal structure of the comparative material 14, and
  • FIG. 10 shows the crystal structure of the working material 8. From this, it can be seen that the crystal structure of the comparative material 14 has uniform crystal grains of uniform size as a whole from the surface portion to the middle and BR> ⁇ ⁇ .
  • the crystal structure of the embodiment material 8 has a sparse crystal grain size as a whole, and it should be noted that the crystal grain size in the thin layer formed near the surface in the cross-sectional direction of the sample is internal. It is extremely small compared to the crystal grain size.
  • the average crystal grain size in the surface layer of the samples of Example Material 8 and Comparative Material 14 was measured.
  • the measurement method of the average crystal grain size in the surface layer is 1 mm in length from the surface of the cross section in the width direction of 0.26 mm diameter to the depth of 50 ⁇ m at 10 ⁇ m intervals in the depth direction.
  • a value obtained by averaging the actually measured values of the crystal grain sizes in the range on the line was defined as the average crystal grain size in the surface layer.
  • the average crystal grain size in the surface layer of Comparative Material 14 was 50 ⁇ m, whereas the average crystal grain size in the surface layer of Example Material 8 was greatly different in that it was 10 ⁇ m. It is considered that the growth of cracks in the bending fatigue test was suppressed by the fine average grain size of the surface layer, and the bending fatigue life was extended (if the grain size is large, cracks propagate along the grain boundaries). If the crystal grain size is small, the direction of crack growth changes, so the growth is suppressed). As described above, this is considered to have caused a great difference in the bending characteristics between the comparative material and the working material.
  • the average crystal grain size in the surface layer of the embodiment material 6 and the comparison material 12 having a diameter of 2.6 mm is 10 mm in length at a depth of 50 ⁇ m in the depth direction from the surface of the cross section in the width direction of 2.6 mm diameter. The grain size in the range was measured.
  • the average crystal grain size in the surface layer of the comparative material 12 was 100 ⁇ m, whereas the average crystal grain size in the surface layer of the example material 6 was 20 ⁇ m.
  • the upper limit value of the average grain size of the surface layer is preferably 20 ⁇ m or less, and a value of 5 ⁇ m or more is assumed from the manufacturing limit value.
  • FIG. 13 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the sample of the embodiment material 9, and FIG. 14 shows a photograph of the cross-sectional structure in the width direction of the comparative material 15.
  • FIG. 13 shows the crystal structure of Example Material 9, and FIG.
  • the implementation material 9 is a 0.26 mm diameter wire having the third highest soft material conductivity from the top of the implementation material 1 shown in Table 1. This execution material 9 is produced through an annealing treatment at an annealing temperature of 400 ° C. for 1 hour.
  • the scissors comparison material 15 is a 0.26 mm diameter wire made of oxygen-free copper (OFC).
  • the comparative material 15 is manufactured through an annealing process at an annealing temperature of 400 ° C. for 1 hour.
  • Table 5 shows the electrical conductivity of Example Material 9 and Comparative Material 15.
  • the crystal structure of the comparative material 15 is uniformly arranged with crystal grains having the same overall size from the surface portion to the center portion.
  • the crystal structure of the embodiment material 9 has a difference in crystal grain size between the surface layer and the inside, and the inside crystal grain size is extremely larger than the crystal grain size in the surface layer.
  • the execution material 9 supplements, for example, S in the copper of the conductor processed to ⁇ 2.6 mm and ⁇ 0.26 mm in the form of Ti—S and Ti—O—S.
  • the oxygen contained in the copper (O), for example, as TiO 2 is present in the form of TixOy, the crystal grains are precipitated in the grain boundaries.
  • the recrystallized material of the embodiment material 9 is easy to proceed, and the internal crystal grains grow greatly.
  • the implementation material 9 progresses with less obstruction of the flow of electrons when a current is passed, and the electrical resistance is reduced. Therefore, the implementation material 9 has a higher conductivity (% IACS) than the comparison material 15.
  • the product using the embodiment material 9 is soft, improved in conductivity, and improved in bending characteristics.
  • a high-temperature annealing process is required to recrystallize the crystal structure to the size of the embodiment material 9.
  • S will re-dissolve.
  • the conventional conductor has a problem that when it is recrystallized, it becomes soft and the bending property is lowered.
  • the embodiment material 9 described above since it can be recrystallized without being twinned when annealed, the internal crystal grains become large and soft, but the surface layer is bent because fine crystals remain. There is a characteristic that the characteristics do not deteriorate.
  • FIG. 15 shows, as a sample, a comparative material 15 using an oxygen-free copper wire having a diameter of 2.6 mm and an embodiment material 9 using a soft dilute copper alloy wire containing 13 mass ppm of Ti in low-oxygen copper having a diameter of 2.6 mm. It is the graph which verified the transition of the value of elongation (%) of what annealed for 1 hour at different annealing temperature.
  • the sample here is a wire drawn from an 8 mm diameter to a 2.6 mm diameter (working degree 90%).
  • As the comparative material 15 the same composition as that described at the top of the comparative material 1 in Table 1 was used.
  • a square symbol shown in FIG. 15 indicates the implementation material 9, and a circle symbol indicates the comparison material 15.
  • the embodiment material 9 exhibits superior elongation characteristics over a wide range from about 130 ° C. to 900 ° C., compared with the comparative material 15.
  • the firing temperature is 150 ° C. to less than 600 ° C.
  • excellent elongation characteristics are exhibited as compared with the comparative material 15.
  • an elongation value of 40% or more is provided near an annealing temperature of 150 ° C. to 550 ° C., and an elongation value of 45% or more is provided at an annealing temperature of 260 ° C. to 400 ° C.
  • Table 6 shows the elongation values after heat treatment for 1 hour with respect to each temperature condition of the sample of the embodiment material 9 and the sample of Comparative Example 15.
  • the annealed state of the soft copper wire means that the elongation value of the sample is about 25% or more, and here, the elongation value of 25% or more generally required as a soft copper wire is used. We decided to reference what we have.
  • the average value of the elongation values of the samples of the comparative material 15 is the average value of the elongation values at four points at 240 ° C. to 400 ° C., which are judged to have been subjected to annealing treatment as a soft copper wire ( 41.0%) was obtained, and the average value was used as a reference and compared with the elongation value of the sample of the embodiment material 9. Then, among the samples of the implementation material 9, the samples subjected to the heat treatment for 1 hour under the temperature condition of 150 ° C. to 500 ° C. are all average values of the elongation values of the samples of the comparison material 15 which are oxygen-free copper wires It was found that an excellent elongation value of 1% or more higher than (41.0%) was exhibited.
  • FIG. 16 shows a cross-sectional photograph of the copper wire of Example 9 at an annealing temperature of 500 ° C.
  • FIG. 16 shows that a fine crystal structure is formed in the entire cross section of the copper wire, and this fine crystal structure seems to contribute to the elongation characteristics.
  • the cross-sectional structure of the comparative material 15 at the annealing temperature of 500 ° C. has undergone secondary recrystallization, and the crystal grains in the cross-sectional structure are coarser than the crystal structure of FIG. Is thought to have been reduced.
  • FIG. 17 shows a cross-sectional photograph of the copper wire of the embodiment material 9 at an annealing temperature of 700 ° C. It turns out that the crystal grain size of the surface layer in the cross section of a copper wire is very small compared with the crystal grain size inside. Although the internal crystal structure is undergoing secondary recrystallization, a fine crystal grain layer in the outer layer remains. The execution material 9 seems to maintain the elongation characteristics because the internal crystal structure grows greatly, but the fine crystal layer remains in the surface layer.
  • the embodiment material 9 is superior to the comparison material 15 in terms of elongation characteristics, and therefore, it is excellent in handling property when producing a stranded wire using this conductor, excellent in bending resistance characteristics, and easy to bend. In this respect, there is an advantage that the cable arrangement becomes easy.
  • the embodiment material 9 has an average crystal grain size of 20 ⁇ m or less in the surface layer at least from the surface to a depth of 50 ⁇ m, and is 1% or more higher than the average value of the elongation of the oxygen-free copper wire subjected to the annealing treatment.

Abstract

高い導電性と高い屈曲寿命を有し、かつ、無酸素銅線に比して使用時の断線を抑制することができる軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合金撚線、およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブルを提供する。 銅と、Ti、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Hf、Fe、Mn及びCrからなる群から選択された添加元素を含み残部が不可避的不純物からなる軟質希薄銅合金材料を伸線加工して焼鈍処理を施した軟質希薄銅合金線において、表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、前記焼鈍処理を施した無酸素銅線の伸びの値の平均値に比べて1%以上高い伸びの値を有する軟質希薄銅合金線。

Description

軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合金撚線、およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブル
  本発明は、高い導電性を備え、かつ軟質材においても高い屈曲寿命を有する軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合金撚線、およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブルに関するものである。
  近年の科学技術においては、動力源としての電力や、電気信号など、あらゆる部分に電気が用いられており、それらを伝達するためにケーブルやリード線などの導線が用いられている。そして、その導線に用いられている素材としては、銅、銀などの導電率の高い金属が用いられ、とりわけ、コスト面などを考慮し、銅線が極めて多く用いられている。
  銅と一括りにする中にも、その分子の配列などに応じて、大きく分けて、硬質銅と軟質銅とに分けられる。そして利用目的に応じて所望の性質を有する種類の銅が用いられている。
  電子部品用リード線には、硬質銅線が多く用いられ、例えば、医療機器、産業用ロボット、ノート型パソコンなどの電子機器などに用いられるケーブルは、過酷な曲げ、ねじれ、引張りなどが組み合わさった外力が繰り返し負荷される環境下で使用されているため、硬直な硬質銅線は不的確であり、軟質銅線が用いられている。
  このような用途に使用される導線には、導電性が良好(高導電率)で、かつ、屈曲特性が良好であるという相反する特性が求められるが、今日までに、高導電性および耐屈曲性を維持する銅材料の開発が進められている(特許文献1、特許文献2参照)。
  例えば、特許文献1に係る発明は、引張強さ、伸び及び導電率が良好な耐屈曲ケーブル用導体に関する発明であり、特に純度99.99wt%以上の無酸素銅に、純度99.99wt%以上のインジウムを0.05~0.70mass%、純度99.9wt%以上のPを0.0001~0.003mass%の濃度範囲で含有させてなる銅合金を線材に形成した耐屈曲ケーブル用導体について記載されている。
  また、特許文献2に係る発明には、インジウムが0.1~1.0wt%、硼素が0.01~0.1wt%、残部が銅である耐屈曲性銅合金線について記載されている。
特開2002-363668号公報 特開平9-256084号公報
  しかしながら、特許文献1に係る発明は、あくまでも硬質銅線に関する発明であり、耐屈曲性に関する具体的な評価はされておらず、より耐屈曲性にすぐれる軟質銅線についての検討は何等なされていない。また、添加元素の量が多いため、導電性が低下してしまう。軟質銅線に関しては、まだまだ十分に検討がなされたとはいえない。また、特許文献2に係る発明は、軟質銅線に関する発明であるが、特許文献1に係る発明と同様に、添加元素の添加量が多いため、導電性が低下してしまう。
  一方で、原料となる銅材料として無酸素銅(OFC)などの高導電性銅材を選択することで高い導電性を確保することが考えられる。
  しかしながら、この無酸素銅(OFC)を原料とし、導電性を維持すべく他の元素を添加せずに使用した場合には、銅荒引線の加工度をあげて伸線することにより無酸素銅線内部の結晶組織を細かくすることによって耐屈曲性を向上させるとする考え方も有効かもしれないが、この場合には、伸線加工による加工硬化により硬質線材としての用途には適しているが、軟質線材への適用ができないという問題がある。
  また一方で、軟質線材を使用した絶縁電線又はケーブルは、可撓性に優れる反面、一般的にその使用時に断線を生ずるおそれがある。例えば、マルチワイヤ配線板に使用される絶縁被覆銅線には以下のような問題がある。
  すなわち、このマルチワイヤ配線板は接着剤付き絶縁基板の上に絶縁被覆銅線(無酸素銅線)を配置して溶着させることで製造するが、複数の絶縁被覆銅線を互いに交差させて製造することが一般的であり、現在では、四重交差配線が提案されるに至っている。既配線が交差している交差部では高さ方向の長さが余分に必要となるため、スタイラスが交差部を通過する短い時間の間に高さ方向で必要となる絶縁被覆銅線をフィーダで供給するには装置が対応できず、交差部で絶縁被覆銅線が引き伸ばされて、それが過大になると断線してしまう問題がある。
したがって、本発明の目的は、高い導電性と高い屈曲寿命を有し、かつ、無酸素銅線に比して使用時の断線を抑制することができる軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合撚線、およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブルを提供することにある。
(1)本発明の一実施例に従い、銅と、Ti、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Hf、Fe、Mn及びCrからなる群から選択された添加元素を含む軟質希薄銅合金材料を伸線加工して焼鈍処理を施した軟質希薄銅合金線において、表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、前記焼鈍処理を施した無酸素銅線の伸びの値の平均値に比べて1%以上高い伸びの値を有する軟質希薄銅合金線が提供される。
(2)本発明の他の実施例に従い、銅と、Ti、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Hf、Fe、Mn及びCrからなる群から選択された添加元素を含む軟質希薄銅合金材料を伸線加工して焼鈍処理を施した軟質希薄銅合金線において、表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、加工度90%で伸線加工した後の伸びの値が40%以上である軟質希薄銅合金線が提供される。
 上記実施例(1)又は(2)に従う軟質希薄銅合金線は、下記の修正・変更を施すことができる。
  (i)前記軟質希薄銅合金線は、2mass ppm以上12mass ppm以下の硫黄と2mass ppmを超えて30mass ppm以下の酸素と4mass ppm以上55mass ppm以下のTiを含む軟質希薄銅合金材料を加工し、焼鈍したものである。
  (ii)導電率が98%IACS以上である。
  (iii)前記軟質希薄銅合金線の表面にめっき層が形成される。
  (3)本発明の他の実施例に従い、上記実施例(1)又は(2)に従う軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせた軟質希薄銅合金撚線が提供される。
  (4)本発明の他の実施例に従い、上記実施例(1)~(3)に従う軟質希薄銅合金線又は軟質希薄銅合金撚線の周りに、絶縁層を設けた絶縁電線が提供される。
  (5)本発明の他の実施例に従い、上記実施例(1)又は(2)に従う軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせて中心導体とし、前記中心導体の外周に絶縁体被覆を形成し、前記絶縁体被覆の外周に銅又は銅合金からなる外部導体を配置し、その外周にジャケット層を設けた同軸ケーブルが提供される。
  (6)本発明の他の実施例に従い、上記実施例(4)に従う絶縁電線又は上記実施例(5)に従う同軸ケーブルの複数本をシールド層内に配置し、前記シールド層の外周にシースを設けた複合ケーブルが提供される。
  本発明の一実施例に従い、高い導電性と高い屈曲寿命を有し、かつ、無酸素銅線に比して使用時の断線を抑制することができる軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合撚線、およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブルが提供される。
TiS粒子のSEM象を示す図である。 図1の分析結果を示す図である。 TiO2粒子のSEM像を示す図である。 図3の分析結果を示す図である。 本発明において、Ti-O-S粒子のSEM像を示す図である。 図5の分析結果を示す図である。 屈曲疲労試験の概略を示す図である。 400℃で1時間の焼鈍処理を施した後の、無酸素銅線を用いた比較材13と低酸素銅にTiを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材7における屈曲寿命を測定したグラフである。 600℃で1時間の焼鈍処理を施した後の、無酸素銅線を用いた比較材14と低酸素銅にTiを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材8における屈曲寿命を測定したグラフである。 実施材8の幅方向の断面組織の写真を表したものである。 比較材14の試料の幅方向の断面組織の写真を表したものである。 試料の表層における平均結晶粒サイズの測定方法について説明するための図面である。 実施材9の幅方向の断面組織の写真を表したものである。 比較材15の試料の幅方向の断面組織の写真を表したものである。 実施材9と比較材15の焼鈍温度と伸び(%)の関係を示す図である。 焼鈍温度500℃における実施材9の断面写真である。 焼鈍温度700℃における実施材9の断面写真である。 比較材15の断面写真である。
  以下、本発明の好適な一実施の形態を詳述する。
  先ず、本発明の目的は、導電率98%IACS(IACS(International Annealed Copper Standard)抵抗率1.7241×10-8Ωmを100%とした導電率)、100%IACS、更には102%IACSを満足する軟質型銅材としての軟質希薄銅合金材料を得ることにある。また、副次的な目的は、SCR連続鋳造圧延設備を用い、表面傷が少なく、製造範囲が広く、安定生産が可能である。またワイヤロッドに対する加工度90%(例えばφ8mm→φ2.6mm)での軟化温度が148℃以下の材料の開発にある。
  高純度銅(6N、純度99.9999%)に関しては、加工度90%での軟化温度は130℃である。したがって安定生産が可能な130℃以上148℃以下の軟化温度で軟質材の導電率が98%IACS以上、100%IACS以上、更に導電率が102%IACS以上である軟質銅を安定して製造できる軟質希薄銅合金材料としての素材とその製造条件を求めることを検討した。
  ここで、酸素濃度1~2mass ppmの高純度銅(4N)を用い、実験室にて小型連続鋳造機(小型連鋳機)を用いて、溶湯にチタンを数mass ppm添加した溶湯から製造したφ8mmのワイヤロッドをφ2.6mm(加工度90%)にして軟化温度を測ると160~168℃であり、これ以上低い軟化温度にはならない。また、導電率は、101.7%IACS程度である。よって、酸素濃度を低くして、Tiを添加しても、軟化温度を下げることができず、また高純度銅(6N)の導電率102.8%IACSよりも悪くなることがわかった。
  この原因は、溶湯の製造中に不可避的不純物として、硫黄を数mass ppm以上含み、この硫黄とチタンとでTiS等の硫化物が十分形成されないために、軟化温度が下がらないものと推測される。
  そこで、本発明では、軟化温度を下げることと、導電率を向上させることの2つの課題を同時に解決するために、下記の2つの方策(a),(b)を検討し、この2つの方策による効果を組み合わせることにより上記課題が解決できた。
  (a)素材の酸素濃度を2mass ppmを超える量に増やしてチタンを添加する。これにより、先ず溶銅中ではTiSとチタン酸化物(TiO2)やTi-O-S粒子が形成されると考えられる(図1、図3のSEM像と図2、図4の分析結果参照)。なお、図2、図4、図6において、PtおよびPdは観察のための蒸着元素である。
  (b)次に熱間圧延温度を、通常の銅の製造条件(950~600℃)よりも低く設定(880~550℃)することで、銅中に転位を導入し、Sが析出し易いようにする。これによって転位上へのSの析出又はチタンの酸化物(TiO2)を核としてSを析出させ、その一例として溶銅と同様Ti-O-S粒子等を形成させる(図5のSEM像と、図6の分析結果参照)。図1~図6は、表1の実施例1の上から三段目に示す酸素濃度、硫黄濃度、Ti濃度をもつφ8mmの銅線(ワイヤロッド)の横断面をSEM観察及びEDX分析にて評価したものである。観察条件は、加速電圧15KeV、エミッション電流10μAとした。
  上記方策(a)と(b)により、銅中の硫黄が晶出と析出を行い、冷間伸線加工後に軟化温度と導電率を満足する銅ワイヤロッドができる。
  次に、本発明では、SCR連続鋳造圧延設備で製造条件の制限(1)~(3)を有する。
  (1)組成について
  添加元素として、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Mn、Hf、Fe、Ti及びCrからなる群から選択されたものを選んだ理由は、これらの元素は他の元素と結合しやすい活性元素であり、Sと結合しやすいためSをトラップすることができ、銅母材(マトリクス)を高純度化することができるためである。添加元素は1種類以上含まれていてもよい。また、合金の性質に悪影響を及ぼすことのないその他の元素および不純物を合金に含有させることもできる。
  また、以下に説明する好適な実施の形態においては、酸素含有量が2を超え30mass ppm以下が良好であることを説明しているが、添加元素の添加量およびSの含有量によっては、合金の性質を備える範囲において、2を超え400mass ppmを含むことができる。
  導電率が98%IACS以上の軟質銅材を得る場合、不可避的不純物を含む純銅(べース素材)が、3~12mass ppmの硫黄と、2を超えて30mass ppm以下の酸素と、Tiを4~55mass ppm含む軟質希薄銅合金材料でワイヤロッド(荒引き線)を製造するものである。2mass ppmを超え30mass ppm以下の酸素を含有していることから、この実施の形態では、いわゆる低酸素銅(LOC)を対象としている。
  ここで、導電率が100%IACS以上の軟質銅材を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅に、2~12mass ppmの硫黄と、2を超えて30mass ppm以下の酸素と、4~37mass ppmのTiを含む軟質希薄銅合金材料でワイヤロッドとするのがよい。
  さらに、導電率が102%IACS以上の軟質銅材を得る場合、不可避的不純物を含む純銅に、3~12mass ppmの硫黄と、2を超えて30mass ppm以下の酸素と、4~25mass ppmのTiを含む軟質希薄銅合金材料でワイヤロッドとするのがよい。
  通常、純銅の工業的製造において、電気銅を製造する際に、硫黄が銅中に取り込まれてしまうため、硫黄を3mass ppm以下とするのは難しい。汎用電気銅の硫黄濃度上限は12mass ppmである。
  制御する酸素は、上述したように、少ないと軟化温度が下がり難いので2mass ppmを超える量とする。また酸素が多すぎると、熱間圧延工程で、表面傷が出やすくなるので30mass ppm以下とする。
  (2)分散している物質について
  分散粒子のサイズは小さく沢山分布することが望ましい。その理由は、硫黄の析出サイトとして働くためサイズが小さく数が多いことが要求されるからである。
  硫黄及びチタンは、TiO、TiO2、TiS、Ti-O-Sの形で化合物または、凝集物を形成し、残りのTiとSが固溶体の形で存在している。TiOのサイズが200nm以下、TiO2は1000nm以下、TiSは200nm以下、Ti-O-Sは300nm以下で結晶粒内に分布している軟質希薄銅合金材料とする。「結晶粒」とは、銅の結晶組織のことを意味する。
  但し、鋳造時の溶銅の保持時間や冷却状況により、形成される粒子サイズが変わるので鋳造条件の設定も必要である。
  (3)鋳造条件について
  SCR連読鋳造圧延により、鋳塊ロッドの加工度が90%(30mm)~99.8%(5mm)でワイヤロッドを造る。本実施例では、加工度99.3%でφ8mmワイヤロッドを造る方法を用いる。
  (a)溶解炉内での溶銅温度は、1100℃以上1320℃以下とする。溶銅の温度が高いとブローホールが多くなり、傷が発生するとともに粒子サイズが大きくなる傾向にあるので1320℃以下とする。1100℃以上としたのは、銅が固まりやすく製造が安定しないためであるが、鋳造温度は、出来るだけ低い温度が望ましい。
  (b)熱間圧延温度は、最初の圧延ロールでの温度が880℃以下、最終圧延ロールでの温度が550℃以上とする。
  通常の純銅製造条件と異なり、溶銅中での硫黄の晶出と熱間圧延中の硫黄の析出が本発明の課題であるので、その駆動力である固溶限(solid solubility limit)をより小さくするためには、溶銅温度と熱間圧延温度を上記(a)、(b)に従い設定するのがよい。
  通常の熱間圧延温度は、最初の圧延ロールでの温度が950℃以下、最終圧延ロールでの温度が600℃以上であるが、固溶限をより小さくするためには、本発明では、最初の圧延ロールでの温度が880℃以下、最終圧延ロールでの温度が550℃以上に設定する。
  (c)直径φ8mmサイズのワイヤロッドの導電率が98%IACS以上、100%IACS、更に102%IACS以上であり、冷間伸線加工後の線材(例えば、φ2.6mm)の軟化温度が130℃~148℃である軟質希薄銅合金線を得ることができる。
  工業的に使うためには、電気銅から製造した工業的に利用される純度の軟質銅線にて98%IACS以上の導電率が必要であり、軟化温度はその工業的価値から見て148℃以下である。Tiを添加しない場合は、160~165℃である。高純度銅(6N)の軟化温度は127~130℃であるのに対し、軟質希薄銅合金線の軟化温度は得られたデータから130℃~148℃である。このわずかな違いは、高純度銅(6N)には含まれない不可避的不純物に起因すると考えられる。
  導電率は、無酸素銅のレベルで101.7%IACS程度であり、高純度銅(6N)で102.8%IACSであるため、出来るだけ高純度銅(6N)に近い導電率であることが望ましい。
  ベース材の銅はシャフト炉で溶解の後、還元状態の樋になるように制御した、すなわち還元ガス(CO)雰囲気下で、希薄合金の構成元素の硫黄濃度、Ti濃度、酸素濃度を制御して鋳造し、圧延するワイヤロッドを安定して製造する方法がよい。銅酸化物の混入や粒子サイズが大きいので品質を低下させる。
  なお、純銅に添加される添加元素は、Mg、Zr、Nb、Ca、V、N、Hf、Fe、Mn、Crの少なくとも一種を含んでもよい。
  ここで、添加元素としてTiを選択した理由は次の通りである。
  (a)Tiは溶融銅の中で硫黄と結合し化合物を造りやすいためである。
  (b)Zrなど他の添加元素に比べて加工でき扱いやすい。
  (c)Nbなどに比べて安価である。
  (d)酸化物を核として析出しやすいからである。
  以上により、本発明の軟質希薄銅合金線は、溶融半田めっき線、エナメル線、軟質純銅、高導電率銅、焼鈍時のエネルギーを低減でき、やわらかい銅線として使用でき、生産性が高く、導電率、軟化温度、表面品質に優れた実用的な軟質希薄銅合金線を得ることが可能となる。
  また、本発明の軟質希薄銅合金線の表面にめっき層を形成してもよい。めっき層としては、例えば、錫、ニッケル、銀を主成分とするものを適用可能であり、いわゆるPbフリーめっきを用いてもよい。
  また、本発明の軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせた軟質希薄銅合金撚線として使用することも可能である。
  また、本発明の軟質希薄銅合金線又は軟質希薄銅合金撚線の周りに、絶縁層を設けた絶縁電線として使用することもできる。
  また、本発明の軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせて中心導体とし、中心導体の外周に絶縁体被覆を形成し、絶縁体被覆の外周に銅又は銅合金からなる外部導体を配置し、その外周にジャケット層を設けた同軸ケーブルとして使用することもできる。
  また、この同軸ケーブルの複数本をシールド層内に配置し、前記シールド層の外周にシースを設けた複合ケーブルとして使用することもできる。
  本発明の軟質希薄銅合金線の用途は、例えば、民生用太陽電池向け配線材、モーター用エナメル線用導体、電源ケーブル用導体、信号線用導体、焼きなましが不要な溶融半田めっき材、FPC用の配線用導体、熱伝導に優れた銅材料、高純度銅代替え材料としての使用が挙げられ、これら幅広いニーズに応えるものである。また、形状は特に限定されず、断面丸形状の導体であっても、棒状のもの、平角導体であってもよい。
  また、上述の実施の形態では、SCR連続鋳造圧延法によりワイヤロッドを作製し、熱間圧延にて軟質材を作製する例で説明したが、本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法またはプロペルチ式連続鋳造圧延法により製造するようにしても良い。
  表1は実験条件と結果に関するものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  先ず、実験材として、表1に示した酸素濃度、硫黄濃度、Ti濃度で、φ8mmの銅線(ワイヤロッド):加工度99.3%をそれぞれ作製した。φ8mmの銅線は、SCR連続鋳造圧延により、熱間圧延加工を施したものである。Tiは、シャフト炉で溶解された銅溶湯を還元ガス雰囲気で樋に流し、樋に流した銅溶湯を同じ還元ガス雰囲気の鋳造ポットに導き、この鋳造ポットにて、Tiを添加した後、これをノズルを通して鋳造輪と無端ベルトとの間に形成される鋳型にて鋳塊ロッドを作成した。この鋳塊ロッドを熱間圧延加工してφ8mmの銅線を作成したものである。その実験材を冷間伸線して、φ2.6mmのサイズにおける半軟化温度と導電率を測定し、またφ8mmの銅線における分散粒子サイズを評価した。
  酸素濃度は、酸素分析器(レコ(Leco;商標)酸素分析器)で測定した。硫黄、Tiの各濃度はICP発光分光分析器で分析した結果である。
  φ2.6mmのサイズにおける半軟化温度の測定は、400℃以下で各温度1時間の保持後、水中急冷し、引張試験を実施しその結果から求めた。室温での引張試験の結果と400℃で1時間のオイルバス熱処理した軟質銅線の引張試験の結果を用いて求めた。この2つの引張試験の引張強さを足して2で割った値を示す強度に対応する温度を半軟化温度と定義し求めた。
  分散粒子のサイズは小さく沢山分布することが望ましい。その理由は、硫黄の析出サイトとして働くためサイズが小さく数が多いことが要求される。すなわち直径500nm以下の分散粒子が90%以上である場合を合格とした。ここに「サイズ」とは化合物のサイズであり、化合物の形状の直径と短径のうちの長径のサイズを意味する。また、「粒子」とは、前記TiO、TiO2、TiS、Ti-O-Sのことを示す。また、「90%」とは、全体の粒子数に対しての該当粒子数の割合を示すものである。
  表1において、比較材1は、実験室でAr雰囲気において直径φ8mmの銅線を試作した結果であり、銅溶湯にTiを、0~18mass ppm添加したものである。
  このTi添加で、Ti添加量ゼロの半軟化温度215℃に対して、13mass ppmは160℃まで低下して最小となり、15,18mass ppmの添加で高くなっており、要望の軟化温度148℃以下にはならなかった。しかし工業的に要望がある導電率は98%IACS以上であり満足していたが、総合評価は×であった。
  そこで、次にSCR連続鋳造圧延法にて、酸素濃度を7~8mass ppmに調整してφ8mm銅線(ワイヤロッド)の試作を行った。
  比較材2は、SCR連続鋳造圧延法で試作した中でTi濃度の少ないもの(0,2mass ppm)であり、導電率は102%IACS以上であるが、半軟化温度が164,157℃であり、要求の148℃以下を満足しないので、総合評価で、×となった。
  実施材1については、酸素濃度と硫黄が、ほぼ一定(7~8mass ppm、5mass ppm)、Ti濃度の異なる(4~55mass ppm)試作材の結果である。
  このTi濃度4~55mass ppmの範囲では、軟化温度148℃以下であり、導電率も98%IACS以上、102%IACS以上であり、分散粒子サイズも500nm以下の粒子が90%以上であり良好である。そしてワイヤロッドの表面もきれいであり、いずれも製品性能として満足している(総合評価○)。
  ここで、導電率100%IACS以上を満たすものは、Ti濃度が4~37mass ppmのときであり、102%IACS以上を満たすものは、Ti濃度が4~25mass  ppmのときである。Ti濃度が13mass ppmのとき導電率が最大値である102.4%IACSを示し、この濃度の周辺では、導電率は、僅かに低い値であった。
これは、Tiが13mass ppmのときに、銅中の硫黄分を化合物として捕捉することで、高純度銅(6N)に近い導電率を示したためである。
  よって、酸素濃度を高くし、Tiを添加することで、半軟化温度と導電率の双方を満足させることができる。
  比較材3は、Ti濃度を60mass ppmと高くした試作材である。この比較材3は、導電率は要望を満足しているが、半軟化温度は148℃以上であり、製品性能を満足していない。さらにワイヤロッドの表面傷も多い結果であり、製品にすることは難しかった。よって、Tiの添加量は60mass ppm未満がよい。
  次に実施材2については、硫黄濃度を5mass ppmとし、Ti濃度を13~10mass ppmとし、酸素濃度を変えて、酸素濃度の影響を検討した試作材である。
  酸素濃度に関しては、2を超えて30mass ppm以下まで、大きく濃度が異なる試作材とした。但し、酸素が2mass ppm未満は、生産が難しく安定した製造できないため、総合評価は△とした。また酸素濃度を30mass ppmと高くしても半軟化温度と導電率の双方を満足することがわかった。
  また比較材4に示すように、酸素が40mass ppmの場合には、ワイヤロッド表面の傷が多く、製品にならない状況であった。
  よって、酸素濃度が2を超えて30mass ppm以下の範囲とすることで、半軟化温度、導電率102%IACS以上、分散粒子サイズいずれの特性も満足させることができ、またワイヤロッドの表面もきれいであり、いずれも製品性能を満足させることができる。
  本発明者らは、添加した酸素が銅に対するTiの平衡固溶量を低くしているために、上記特性を満足するものと理解している。すなわち、実施例における半軟化温度の低減と導電率の向上は銅中に固溶しているTiとSの量が減少したことによって起こったものと理解している。酸素はそれ自身で軟化を及ぼす影響が少ないが、実施材においてTiとSとの固溶量を低下させている。このTiとSの固溶量の減少はTiO、TiS、Ti-O-S、TiO2などの化合物の析出等の形成により生ずると考えられ、事実、上述のとおり、TiO、TiS、Ti-O-S、TiO2などの化合物の存在が確認されている。
  次に実施材3は、それぞれ酸素濃度とTi濃度とを比較的同じ近い濃度とし、硫黄濃度を4~20mass ppmと変えた試作材の例である。この実施材3においては、硫黄が2mass ppmより少ない試作材は、その原料面から実現できなかったが、Tiと硫黄の濃度を制御することで、半軟化温度と導電率の双方を満足させることができる。
  比較材5の硫黄濃度が18mass ppmで、Ti濃度が13mass ppmの場合には、半軟化温度が162℃で高く、必要特性を満足できなかった。また、特にワイヤロッドの表面品質が悪いので、製品化は難しかった。
  以上より、硫黄濃度が2~12mass ppmの場合には、半軟化温度、導電率102%IACS以上、分散粒子サイズいずれの特性も満足しており、ワイヤロッドの表面もきれいですべての製品性能を満足することがわかった。
  また比較材6として高純度銅(6N)を用いた検討結果を示したが、半軟化温度127~130℃であり、導電率も102.8%IACSであり、分散粒子サイズも、500nm以下の粒子はまったく認められなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  表2は、製造条件としての、溶融銅の温度と圧延温度を示したものである。
  比較材7は、溶銅温度が高めの1330~1350℃で且つ圧延温度が950~600℃でφ8mmのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。
  この比較材7は、半軟化温度と導電率は満足するものの、分散粒子のサイズに関しては、1000nm程度のものもあり500nm以上の粒子も10%を超えていた。よってこれは不適とした。
  実施材4は、溶銅温度が1200~1320℃で且つ圧延温度が低めの880~550℃でφ8mmのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この実施材4については、ワイヤ表面品質、分散粒子サイズも良好で、総合評価は○であった。
  比較材8は、溶銅温度が1100℃で且つ圧延温度が低めの880~550℃でφ8mmのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この比較材8は、溶銅温度が低いため、ワイヤロッドの表面傷が多く製品には適さなかった。これは、溶銅温度が低いため、圧延時に傷が発生しやすいためである。
  比較材9は、溶銅温度が1300℃で且つ圧延温度が高めの950~600℃でφ8mmのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この比較材9は、熱間圧延温度が高いため、ワイヤロッドの表面品質が良いが、分散粒子サイズも大きなものがあり、総合評価は×となった。
  比較材10は、溶銅温度が1350℃で且つ圧延温度が低めの880~550℃でφ8mmのワイヤロッドを試作した結果を示したものである。この比較材10は、溶銅温度が高いため、分散粒子サイズが大きなものがあり、総合評価は×となった。
  [軟質希薄銅合金線の軟質特性]
  表3は、無酸素銅線を用いた比較材11と低酸素銅に13mass ppmのTiを含有した軟質希薄銅合金線を用いた実施材5とを試料とし、異なる焼鈍温度で1時間の焼鈍を施したもののビッカース硬さ(Hv)を検証した表である。
  実施材5は、表1の実施材1に記載した合金組成と同じものを使用した。なお、試料としては、2.6mm径の試料を用いた。この表によると、焼鈍温度が400℃のときに比較材11と実施材5とのビッカース硬さ(Hv)は同等レベルとなり、焼鈍温度が600℃でも同等のビッカース硬さ(Hv)を示している。このことから、本発明の軟質希薄銅合金線は十分な軟質特性を有するとともに、無酸素銅線と比較しても、特に焼鈍温度が400℃を超える領域においては優れた軟質特性を備えていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
[軟質希薄銅合金線の耐力及び屈曲寿命についての検討]
  表4は、無酸素銅線を用いた比較材12と低酸素銅に13mass ppmのTiを含有した軟質希薄銅合金線を用いた実施材6を試料とし、異なる焼鈍温度で1時間の焼鈍を施したものの0.2%耐力値の推移を検証した表である。なお、試料としては、2.6mm径の試料を用いた。
  この表によると、焼鈍温度が400℃のときに比較材12と実施材6の0.2%耐力値が同等レベルであり、焼鈍温度600℃では実施材6も比較材12もほぼ同等の0.2%耐力値となっていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  つぎに、本発明に係る軟質希薄銅合金線は、屈曲寿命の高さが要求されるが、無酸素銅線を用いた比較材13と低酸素銅にTiを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材7における屈曲寿命を測定した結果を図8に表す。ここでは試料としては、0.26mm径の線材に対して焼鈍温度400℃で1時間の焼鈍を施したものを用い、比較材13は比較材11と同様の成分組成であり、実施材7も実施材5と同様の成分組成のものを使用した。
  ここに、屈曲寿命の測定方法は、屈曲疲労試験により行った。屈曲疲労試験は、荷重を負荷し、試料表面に引張と圧縮の繰返し曲げひずみを与える試験である。屈曲疲労試験は、図7に示す。試料は、(A)のように曲げ治具(図中リングと記載)の間にセットし荷重を負荷したまま、(B)のように治具が90度回転し曲げを与える。この操作で、曲げ治具に接している線材表面には、圧縮ひずみが、これに対応して反対側の表面には、引張ひずみが負荷される。その後、再び(A)の状態に戻る。次に(B)に示した向きと反対方向に90度回転し曲げを与える。この場合も、曲げ治具に接している線材表面には、圧縮ひずみが、これに対応して反対側の表面には、引張ひずみが負荷され(C)の状態になる。そして(C)から最初の状態(A)に戻る。この屈曲疲労1サイクル(A)(B)(A)(C)(A)に要する時間は4秒である。表面曲げ歪は以下の式により求めることができる。
  表面曲げ歪(%)=r/(R+r)×100(%)、R:素線曲げ半径(30mm)、r=素線半径
  図8の実験データによると、本発明に係る実施材7は比較材13に比して高い屈曲寿命を示した。
  また、無酸素銅線を用いた比較材14と低酸素銅にTiを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材8における屈曲寿命を測定した結果を図9に表す。ここでは試料としては、0.26mm径の線材に対して焼鈍温度600℃で1時間の焼鈍を施したものを用い、比較材14は比較材11と同様の成分組成であり、実施材8も実施材5と同様の成分組成のものを使用した。屈曲寿命の測定方法は、図8の測定方法と同様の条件により行った。この場合も、本発明に係る実施材8は比較材14に比して高い屈曲寿命を示した。この結果は、いずれの焼鈍条件下においても実施材7、8の方が比較材13、14に比して0.2%耐力値が大きい値を示していたことに起因するものであると理解される。
[軟質希薄銅合金線の結晶構造についての検討]
  また、図10は、実施材8の試料の幅方向の断面組織の写真を表したものであり、図1は、比較材14の幅方向の断面組織の写真を表したものである。図11は、比較材14の結晶構造を示し、図10は実施材8の結晶構造を示す。これをみると、比較材14の結晶構造は、表面部から中・BR>尓狽ノかけて全体的に大きさの等しい結晶粒が均一に並んでいることがわかる。これに対し、実施材8の結晶構造は、全体的に結晶粒の大きさがまばらであり、特筆すべきは、試料の断面方向の表面付近に薄く形成されている層における結晶粒サイズが内部の結晶粒サイズに比べて極めて小さくなっていることである。
  発明者らは、比較材14には形成されていない、表層に現れた微細結晶粒層が実施材8の屈曲特性の向上に寄与しているものと考えている。
  このことは、通常であれば、焼鈍温度600℃で1時間の焼鈍処理を行えば、比較材14のように再結晶により均一に粗大化した結晶粒が形成されるものであると理解されるが、本発明の場合には、焼鈍温度600℃で1時間の焼鈍処理を行ってもなお、その表層には微細結晶粒層が残存していることから、軟質銅材でありながら、屈曲特性の良好な軟質希薄銅合金材料が得られたものであると考えられる。
  そして、図10および図11に示す結晶構造の断面写真をもとに、実施材8および比較材14の試料の表層における平均結晶粒サイズを測定した。ここに、表層における平均結晶粒サイズの測定方法は、図12に示すように、0.26mm径の幅方向断面の表面から深さ方向に10μm間隔で50μmの深さまでのところの長さ1mmの線上の範囲での結晶粒サイズを測定した夫々の実測値を平均した値を表層における平均結晶粒サイズとした。
  測定の結果、比較材14の表層における平均結晶粒サイズは、50μmであったのに対し、実施材8の表層における平均結晶粒サイズは、10μmである点で大きく異なっていた。表層の平均結晶粒サイズが細かいことによって、屈曲疲労試験による亀裂の進展が抑制され、屈曲疲労寿命が延びたと考えられる(結晶粒サイズが大きいと結晶粒界に沿って亀裂が進展してしまうが、結晶粒サイズが小さいと亀裂の進展の方向が変わるため、進展が抑制される)。このことが、上述のとおり、比較材と実施材との屈曲特性の面で大きな相違を生じたものと考えられる。
  また、2.6mm径である実施材6、比較材12の表層における平均結晶粒サイズは、2.6mm径の幅方向断面の表面から深さ方向に50μmの深さのところの長さ10mmの範囲での結晶粒サイズを測定した。
  測定の結果、比較材12の表層における平均結晶粒サイズは、100μmであったのに対し、実施材6の表層における平均結晶粒サイズは、20μmであった。
  本発明の効果を奏するものとして、表層の平均結晶粒サイズの上限値としては、20μm以下のものが好ましく、製造上の限界値から5μm以上のものが想定される。
[軟質希薄銅合金材料の結晶構造についての検討]
  図13は、実施材9の試料の幅方向の断面組織の写真を表したものであり、図14は、比較材15の幅方向の断面組織の写真を表したものである。図13は実施材9の結晶構造を示し、図14は、比較材15の結晶構造を示す。
  実施材9は、表1に示す実施材1の上から3番目の最も軟質材導電率が高い0.26mm径の線材である。この実施材9は、焼鈍温度400℃で1時間の焼鈍処理を経て作製される。
  比較材15は、無酸素銅(OFC)からなる0.26mm径の線材である。この比較材15は、焼鈍温度400℃で1時間の焼鈍処理を経て作製される。実施材9および比較材15の導電率を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
  図13および図14に示すように、比較材15の結晶構造は、表面部から中央部にかけて全体的に大きさの等しい結晶粒が均一に並んでいることがわかる。これに対し、実施材9の結晶構造は、表層と内部とで結晶粒の大きさに差があり、表層における結晶粒サイズに比べて内部の結晶粒サイズが極めて大きくなっている。
  実施材9は、例えば、φ2.6mm、φ0.26mmとなるように加工した導体の銅中のSをTi-S、Ti-O-Sの形で補足している。また、銅中に含まれる酸素(O)は、例えば、TiO2のように、TixOyの形で存在しており、結晶粒内、結晶粒界に析出している。
  このため、銅を焼鈍して結晶組織を再結晶させたときには、実施材9は、再結晶化が進み易く内部の結晶粒が大きく成長する。このため、実施材9は、比較材15と比べて、電流を流したときに、電子の流れが妨げられることが少なく進むこととなり、電気抵抗が小さくなる。従って、実施材9は、比較材15と比べて導電率(%IACS)が大きくなる。
  以上の結果により、実施材9を用いた製品では、軟らかく、導電率が向上し、且つ屈曲特性を向上させることができる。従来の導体では、結晶組織を実施材9のような大きさに再結晶させるためには、高温の焼鈍処理が必要となる。しかし、焼鈍温度が高過ぎると、Sが再固溶してしまう。また、従来の導体では、再結晶させると、軟らかくなり、屈曲特性は低下する問題があった。上記に記載の実施材9では、焼鈍したときに双晶とならずに再結晶できるため、内部の結晶粒が大きくなり、軟らかくなるが、一方で表層は、微細結晶が残っているため、屈曲特性が低下しない特徴がある。
[軟質希薄銅合金線の伸び特性と結晶構造との関係について]
  図15は、2.6mm径の無酸素銅線を用いた比較材15と2.6mm径の低酸素銅に13mass ppmのTiを含有した軟質希薄銅合金線を用いた実施材9を試料とし、異なる焼鈍温度で1時間の焼鈍を施したものの伸び(%)の値の推移を検証したグラフである。ここでの試料は、8mm径から2.6mm径まで伸線加工した(加工度90%)ものである。比較材15は、表1の比較材1の一番上に記載の組成と同じものを使用した。図15に示す四角記号は、実施材9を示し、丸記号は、比較材15を示す。
  このグラフによると、比較材15に比して実施材9の方が、焼鈍温度100℃を超え130℃付近から900℃の広い範囲で優れた伸び特性を示すことがわかる。とりわけ、焼温度150℃~600℃未満の領域において、比較材15に比して優れた伸び特性を示していることがわかる。特に焼鈍温度150℃~550℃の付近においては伸びの値40%以上を備えており、焼鈍温度260℃~400℃では伸びの値45%以上を備えていることがわかる。
  実施材9の試料と比較例15の試料の各温度条件に対して1時間の熱処理を施した伸びの値を表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
  実施材9の試料の伸びの値と比較材15の試料の伸びの値との定量的な比較を試みるべく、比較材15の焼鈍処理を施した状態での伸びの値の平均値を求め、これと実施材9の試料の伸びの値とを比較することとした。
  一般に、軟質銅線の焼鈍処理を施した状態とは、試料の伸びの値が25%以上程度のものをいうため、ここでは、軟質銅線として一般に要求される25%以上の伸びの値を有するものを基準することとした。
  比較材15の試料を220℃以下の温度条件で1時間の熱処理をした場合については、現実的に焼鈍処理が施されたとはいいがたいものであった。そのため、150℃の温度条件で1時間の熱処理における伸びの値は測定しなかった。一方で、比較材15の試料を500℃の温度条件で1時間の熱処理をした場合については、24%の伸びの値を示しており、過焼鈍の状態にあると判断した。
  このため、比較材15の試料の伸びの値の平均値は、軟質銅線として焼鈍処理を施された状態にあると判断される240℃~400℃における4点の伸びの値の平均値(41.0%)を求め、この平均値を基準として、実施材9の試料の伸びの値との比較を行った。すると、実施材9の試料のうち、150℃~500℃の温度条件で1時間の熱処理を実施したものについては、いずれも無酸素銅線である比較材15の試料の伸びの値の平均値(41.0%)よりも1%以上高い優れた伸び値を示していることがわかった。
  また、焼鈍温度500℃における実施材9の銅線の断面写真を示したのが図16である。この図16をみると、銅線の断面全体において微細な結晶組織が形成されており、この微細な結晶組織が伸び特性に寄与しているものと思われる。これに対し、焼鈍温度500℃における比較材15の断面組織は2次再結晶が進んでおり、図16の結晶組織に比して、断面組織中の結晶粒が粗大化しているため、伸び特性が低下したものと考えられる。
  また、焼鈍温度700℃における実施材9の銅線の断面写真を示したのが図17である。銅線の断面における表層の結晶粒サイズが、内部における結晶粒サイズに比べて極めて小さくなっていることがわかる。内部における結晶組織は2次再結晶が進んでいるものの、外層における微細な結晶粒の層は残存している。実施材9は、内部の結晶組織が大きく成長するが、表層に微細結晶の層が残っているため、伸び特性を維持しているものと思われる。
  これに対して図18に示す比較材15の断面組織は、表面から中央にかけて全体的に略等しい大きさの結晶粒が均一に並んでおり、断面組織全体において2次再結晶が進行しているため、実施材9に比して比較材15の600℃以上の高温領域における伸び特性は、低下しているものと考えられる。
  このように、実施材9では、比較材15よりも伸び特性の点で優れているため、この導体を用いて撚線を製造するときの取り扱い性に優れ、耐屈曲特性に優れ、曲げやすさの点においてもケーブルの配策が容易になるという利点がある。
  また実施材9は、少なくとも表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、かつ、焼鈍処理が施された無酸素銅線の伸びの値の平均値よりも1%以上高い優れた伸びの値を有するため、これを例えばマルチワイヤ配線板の絶縁被覆銅線に使用すれば、接着剤付き絶縁基板の上に銅線の表面に絶縁層を形成した複数の絶縁被覆銅線を互いに交差させた交差部を形成して溶着させて使用しても、従来の無酸素銅線を使用する場合に比較して、配線作業の途中で断線が起こるリスクを低減することができ、配線の信頼性を高めることができる利点がある。
  以上、本発明の実施の形態及びその変形例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び変形例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

Claims (11)

  1.   銅と、Ti、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Hf、Fe、Mn及びCrからなる群から選択された添加元素を含む軟質希薄銅合金材料を伸線加工して焼鈍処理を施した軟質希薄銅合金線において、表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、前記焼鈍処理を施した無酸素銅線の伸びの値の平均値に比べて1%以上高い伸びの値を有することを特徴とする軟質希薄銅合金線。
  2.   銅と、Ti、Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Hf、Fe、Mn及びCrからなる群から選択された添加元素を含む軟質希薄銅合金材料を伸線加工して焼鈍処理を施した軟質希薄銅合金線において、表面から50μm深さまでの表層における平均結晶粒サイズが20μm以下であり、加工度90%で伸線加工した後の伸びの値が40%以上であることを特徴とする軟質希薄銅合金線。
  3.   前記軟質希薄銅合金線は、2mass ppm以上12mass ppm以下の硫黄と2mass ppmを超えて30mass ppm以下の酸素と4mass ppm以上55mass ppm以下のTiを含む軟質希薄銅合金材料を加工し、焼鈍したものであることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の軟質希薄銅合金線。
  4.   導電率が98%IACS以上であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の軟質希薄銅合金線。
  5.   前記軟質希薄銅合金線の表面にめっき層を形成したことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の軟質希薄銅合金線。
  6.   請求項1又は請求項2に記載の軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせたことを特徴とする軟質希薄銅合金撚線。
  7.   請求項1又は請求項2に記載の軟質希薄銅合金線の周りに、絶縁層を設けたことを特徴とする絶縁電線。
  8.   請求項6に記載の軟質希薄銅合金撚線の周りに、絶縁層を設けたことを特徴とする絶縁電線。
  9.   請求項1又は請求項2に記載の軟質希薄銅合金線を複数本撚り合わせて中心導体とし、前記中心導体の外周に絶縁体被覆を形成し、前記絶縁体被覆の外周に銅又は銅合金からなる外部導体を配置し、その外周にジャケット層を設けたことを特徴とする同軸ケーブル。
  10.   請求項7に記載の絶縁電線の複数本をシールド層内に配置し、前記シールド層の外周にシースを設けたことを特徴とする複合ケーブル。
  11.   請求項9に記載の同軸ケーブルの複数本をシールド層内に配置し、前記シールド層の外周にシースを設けたことを特徴とする複合ケーブル。
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