JP7483217B2 - 被覆電線、端子付き電線、銅合金線、及び銅合金撚線 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年8月21日付の日本国出願の特願2018-154530号に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
導体と、前記導体の外側に設けられた絶縁被覆層とを備える被覆電線であって、
前記導体は、
銅合金からなる銅合金線が複数撚り合わされてなる撚線であり、
前記銅合金線の線径は0.5mm以下であり、
前記銅合金は、
Ni又はNi及びFeを合計で0.1質量%以上1.6質量%以下、
Pを0.05質量%以上0.7質量%以下含有し、
残部がCu及び不純物からなり、
前記銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上である。
上記本開示の被覆電線と、前記被覆電線の端部に取り付けられた端子とを備える。
Ni又はNi及びFeを合計で0.1質量%以上1.6質量%以下、
Pを0.05質量%以上0.7質量%以下含有し、
残部がCu及び不純物からなる銅合金から構成され、
前記銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上であり、
線径が0.5mm以下である。
上記本開示の銅合金線が複数撚り合わされてなる。
導電性及び強度に優れる上に、耐衝撃性にも優れる電線が望まれている。特に、導体を構成する銅合金線が細くても、衝撃を受けた場合に破断し難い電線が望まれる。
本開示の被覆電線、端子付き電線、銅合金線、及び銅合金撚線は、導電性及び強度に優れる上に、耐衝撃性にも優れる。
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
導体と、前記導体の外側に設けられた絶縁被覆層とを備える被覆電線であって、
前記導体は、
銅合金からなる銅合金線が複数撚り合わされてなる撚線であり、
前記銅合金線の線径は0.5mm以下であり、
前記銅合金は、
Ni又はNi及びFeを合計で0.1質量%以上1.6質量%以下、
Pを0.05質量%以上0.7質量%以下含有し、
残部がCu及び不純物からなり、
前記銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上である。
上記の撚線は、複数の銅合金線を単に撚り合わせたものの他、撚り合わせた後に圧縮成形された、いわゆる圧縮撚線を含む。後述の(12)に記載される銅合金撚線についても同様である。代表的な撚り方法として、同心撚りが挙げられる。
線径とは、銅合金線が丸線の場合には直径とし、横断面の形状が円形以外の異形線である場合には、横断面における等価面積の円の直径とする。
前記銅合金は、Snを0.05質量%以上0.7質量%以下含む形態が挙げられる。
NiとFeとの合計量とPの含有量との質量比が3以上である形態が挙げられる。
前記銅合金は、C、Si及びMnから選択される1種以上の元素を合計で10質量ppm以上500質量ppm以下含む形態が挙げられる。
前記銅合金線の引張強さが385MPa以上である形態が挙げられる。
前記銅合金線の破断伸びが5%以上である形態が挙げられる。
前記銅合金線の導電率が60%IACS以上である形態が挙げられる。
前記銅合金線の加工硬化指数が0.1以上である形態が挙げられる。
端子固着力が45N以上である形態が挙げられる。
端子固着力、後述の(10)、(15)に記載される端子装着状態での耐衝撃エネルギー、後述の(11)、(16)に記載される耐衝撃エネルギーの測定方法は後述する。
端子が取り付けられた状態での耐衝撃エネルギーが3J/m以上である形態が挙げられる。
前記被覆電線のみの耐衝撃エネルギーが6J/m以上である形態が挙げられる。
上記(1)から(11)のいずれか1つに記載の被覆電線と、前記被覆電線の端部に取り付けられた端子とを備える。
Ni又はNi及びFeを合計で0.1質量%以上1.6質量%以下、
Pを0.05質量%以上0.7質量%以下含有し、
残部がCu及び不純物からなる銅合金から構成され、
前記銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上であり、
線径が0.5mm以下である。
上記(13)に記載の銅合金線が複数撚り合わされてなる。
端子が取り付けられた状態での耐衝撃エネルギーが1.5J/m以上である形態が挙げられる。
前記銅合金撚線のみの耐衝撃エネルギーが4J/m以上である形態が挙げられる。
以下、適宜、図面を参照して、本開示に係る実施形態を詳細に説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。元素の含有量は、断りが無い限り質量割合(質量%又は質量ppm)とする。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
(組成)
実施形態の銅合金線1は、被覆電線3などの電線の導体に利用されるものである(図1)。銅合金線1は、特定の添加元素を特定の範囲で含む銅合金から構成される。上記銅合金は、Ni又はNi及びFeを合計で0.1%以上1.6%以下、Pを0.05%以上0.7%以下含有するCu-Ni-(Fe)-P系のCu(銅)合金である。更に、Snを0.05%以上0.7%以下含んでもよい。上記銅合金は、不純物を含むことを許容する。「不純物」とは主として不可避なものをいう。以下、元素ごとに詳細に説明する。
Ni、Feは、主として、Pと化合することにより母相であるCuに析出して存在し、引張強さといった強度の向上に寄与する。
Ni又はNi及びFeを合計で0.1%以上含有すると、Ni、FeがPと化合することにより析出物などを良好に生成でき、析出強化によって強度に優れる銅合金線1とすることができる。かつ、上記の析出によってPの母相への固溶を抑制して、高い導電率を有する銅合金線1とすることができる。P量や製造条件にもよるが、Ni、Feの含有量が多いほど、銅合金線1の強度が高くなり易い。高強度化などを望む場合には、Ni含有量又はNi及びFeの合計含有量(これらをまとめて「NiとFeとの合計量」という場合がある)を0.2%以上、更に0.35%超、0.4%以上、0.45%以上とすることができる。
Ni又はNi及びFeを合計で1.6%以下の範囲で含有すると、析出物などの粗大化を抑制し易い。析出物などの粗大化が抑制される結果、粗大な析出物を起点とする破断を低減できて強度に優れる上に、製造過程では伸線加工時などに断線し難く、製造性にも優れる。P量や製造条件にもよるが、Ni、Feの含有量が少ないほど、上述の析出物の粗大化などを抑制し易い。析出物の粗大化の抑制(破断、断線の低減)などを望む場合には、Ni含有量又はNi及びFeの合計含有量を1.5%以下、更に1.2%以下、1.0%以下、0.9%未満とすることができる。
NiとFeとの合計量の範囲は、0.1%以上1.6%以下であり、更に0.2%以上1.5%以下、0.35%超1.2%以下、0.4%以上1.0%以下、0.45%以上0.9%未満が挙げられる。
Pは、主としてNi、Feと共に析出して存在し、引張強さといった強度の向上に寄与する、即ち主として析出強化元素として機能する。
Pを0.05%以上含有すると、Ni、Feと化合して析出物などを良好に生成でき、析出強化によって強度に優れる銅合金線1とすることができる。Fe量や製造条件にもよるが、Pの含有量が多いほど、銅合金線1の強度が高くなり易い。高強度化などを望む場合には、Pの含有量を0.1%超、更に0.11%以上、0.12%以上とすることができる。なお、含有するPのうちの一部が脱酸剤として機能し、母相に酸化物として存在することを許容する。
Pを0.7%以下の範囲で含有すると、析出物などの粗大化を抑制し易く、破断や断線を低減することができる。Fe量や製造条件にもよるが、Pの含有量が少ないほど、上述の析出物の粗大化を抑制し易い。析出物の粗大化の抑制(破断、断線の低減)などを望む場合には、Pの含有量を0.6%以下、更に0.5%以下、0.35%以下、更に0.3%以下、0.25%以下とすることができる。
Pの含有量の範囲は、0.05%以上0.7%以下であり、更に0.1%超0.6%以下、0.11%以上0.5%以下、0.11%以上0.3%以下、0.12%以上0.25%以下が挙げられる。
Ni、Fe及びPを上述の特定の範囲で含有することに加えて、Pに対してNi又はNi及びFeを適切に含むことが好ましい。Ni又はNi及びFeをPに対して多めに含むことで、Ni又はNi及びFeがPと過不足なく化合物を形成し易い。その結果、析出強化による強度向上効果が適切に得られる。また、過剰のPが母相に固溶することによる導電率の低下を抑制して、高い導電率の維持効果を適切に得ることができる。よって、導電性に優れる上に高強度な銅合金線1とすることができる。
具体的には、NiとFeとの合計量とPの含有量との質量比(Ni+Fe)/Pが3以上であることが挙げられる。(Ni+Fe)/Pが3以上であれば、上述のように析出強化による強度向上効果を良好に得られて強度により優れると共に、導電性に優れる傾向にある。(Ni+Fe)/Pが大きいほど、導電性により優れる傾向にあり、(Ni+Fe)/Pを3超、3.1以上、更に4.0以上とすることができる。(Ni+Fe)/Pは例えば30以下の範囲で選択できる。(Ni+Fe)/Pが20以下、更に10以下であると、過剰なNi、Feによる析出物の粗大化などを抑制し易い。
(Ni+Fe)/Pは、例えば3以上30以下であり、更に3超20以下、3.1以上20以下、4.0以上10以下が挙げられる。
実施形態の銅合金線1を構成する銅合金は、Snを0.05%以上0.7%以下含むことができる。
Snを0.05%以上含有すると、Snの固溶強化による強度向上効果が得られ、強度により優れる銅合金線1とすることができる。Snの含有量が多いほど、強度が高くなり易い。高強度化を望む場合には、Snの含有量を0.08%以上、更に0.1%以上、0.12%以上とすることができる。
Snを0.7%以下の範囲で含有すると、Snが母相に過剰に固溶することによる導電率の低下を抑制して、導電率が高い銅合金線1とすることができる。また、Snの過剰固溶に起因する加工性の低下を抑制することができる。よって、伸線加工などの塑性加工が行い易く、製造性にも優れる。高導電性、良好な加工性などを望む場合には、Snの含有量を0.6%以下、更に0.55%以下、0.5%以下とすることができる。
Snの含有量の範囲は、例えば0.05%以上0.7%以下であり、更に0.08%以上0.6%以下、0.1%以上0.55%以下、0.12%以上0.5%以下が挙げられる。
実施形態の銅合金線1を構成する銅合金は、Ni、Fe、P、Snなどに対して脱酸剤として機能する脱酸元素を含むことができる。具体的には、脱酸元素としてC、Si、Mnが挙げられる。銅合金は、C、Si及びMnから選択される1種以上の元素を合計で10ppm以上500ppm以下含むことが挙げられる。
合計含有量が500ppm以下であれば、脱酸元素の過剰含有による導電性の低下を招き難く、導電性に優れる。合計含有量が少ないほど、導電性の低下を抑制し易いことから、300ppm以下、更に200ppm以下、150ppm以下とすることができる。
上述の脱酸元素の合計含有量の範囲は、例えば10ppm以上500ppm以下であり、更に20ppm以上300ppm以下、30ppm以上200ppm以下が挙げられる。
Mnのみの含有量、又はSiのみの含有量は、5ppm以上100ppm以下、更に5ppm超50ppm以下が好ましい。Mn及びSiの合計含有量は、10ppm以上200ppm以下、更に10ppm超100ppm以下が好ましい。
C、Mn、Siをそれぞれ上述の範囲で含有すると、脱酸効果を良好に得易い。例えば、銅合金中の酸素の含有量を20ppm以下、15ppm以下、更に10ppm以下とすることができる。
実施形態の銅合金線1を構成する銅合金の組織として、Ni、FeとPとの析出物や晶出物が分散する組織が挙げられる。銅合金が析出物などの分散組織、好ましくは微細な析出物などが均一的に分散する組織を有することで、析出強化による高強度化、Pなどの母相への固溶低減による高い導電率の確保を期待できる。
上記銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上であることが挙げられる。Pの析出固溶割合とは、Pの析出割合と固溶割合との比率を意味し、この値が高いほど、銅合金中に析出状態で存在するPの比率が高いことを表す。Pの存在状態はX線吸収分光(XAS)測定により調べることが可能である。XASを用いてPの析出固溶割合を推定できる。
実施形態の銅合金線1は、製造過程で伸線加工時の加工度(断面減少率)などを調整することで、その線径を所定の大きさにすることができる。特に、銅合金線1が線径0.5mm以下の細線であれば、軽量化が望まれる電線の導体、例えば自動車に配線される電線用導体などに好適に利用できる。上記線径を0.35mm以下、更に0.25mm以下とすることができる。
実施形態の銅合金線1の横断面の形状は、適宜選択できる。銅合金線1の代表例として、横断面の形状が円形状の丸線が挙げられる。横断面の形状は、伸線加工に用いるダイスの形状や、銅合金線1を圧縮撚線とする場合には成形金型の形状などによって変化する。銅合金線1を、例えば、横断面の形状が長方形などの四角形状の角線、六角形といった多角形状や楕円形状などの異形線とすることができる。圧縮撚線を構成する銅合金線1では、代表的にはその横断面の形状が不定形な異形線である。
・引張強さ、破断伸び、導電率
実施形態の銅合金線1は、上述の特定の組成の銅合金で構成されることで、導電性に優れる上に、高強度である。また、実施形態の銅合金線1は、適宜な熱処理が施されて製造されることで、高強度、高靭性、高導電率をバランスよく備える。このような実施形態の銅合金線1は、被覆電線3などの導体に好適に利用できる。銅合金線1は、引張強さが385MPa以上であること、破断伸びが5%以上であること、及び導電率が60%IACS以上であることの少なくとも1つ、好ましくは2つ、より好ましくは3つ全てを満たすことが挙げられる。銅合金線1の一例として、導電率が60%IACS以上であり、引張強さが385MPa以上であるものが挙げられる。又は、銅合金線1の一例として、破断伸びが5%以上であるものが挙げられる。引張強さが390MPa以上、更に395MPa以上、特に400MPa以上であると、より高強度である。
より高靭性を望む場合には、破断伸びを6%以上、7%以上、8%以上、9.5%以上、更に10%以上とすることができる。
より高導電率を望む場合には、導電率を62%IACS以上、63%IACS以上、更に65%IACS以上とすることができる。
実施形態の銅合金線1の一例として、加工硬化指数が0.1以上であるものが挙げられる。
加工硬化指数とは、引張試験の試験力を単軸方向に適用したときの塑性ひずみ域における真応力σと真ひずみεとの式σ=C×εnにおいて、真ひずみεの指数nとして定義される。上記式において、Cは強度定数である。
上記の指数nは、市販の引張試験機を用いて引張試験を行い、S-S曲線を作成することで求められる(JIS G 2253(2011)も参照)。
実施形態の銅合金線1は、溶接性に優れるという効果も奏する。例えば、銅合金線1や後述の銅合金撚線10を電線の導体に利用して、この導体から分岐をとるために別の導体線などを溶接した場合に溶接箇所が破断し難く、溶接強度が高い。
実施形態の銅合金撚線10は、実施形態の銅合金線1を素線とするものであり、銅合金線1が複数撚り合わされてなる。銅合金撚線10は、素線である銅合金線1の組成や組織、特性を実質的に維持している。銅合金撚線10は、その断面積が素線1本の場合よりも大きくなり易いため、耐衝撃力を増大できて耐衝撃性により優れる。また、銅合金撚線10は、同じ断面積を有する単線と比較して、曲げや捻じりなどを行い易く、屈曲性、捻回性にも優れている。そのため、銅合金撚線10を電線の導体に用いると配策時や繰り返しの曲げなどで断線し難い。更に、銅合金撚線10は、上述のように加工硬化し易い銅合金線1が複数撚り合わされている。そのため、銅合金撚線10を被覆電線3などの電線の導体に用いて、この導体に圧着端子などの端子を取り付けた場合に、上記端子をより強固に固着することができる。図1では、7本の同心撚りの銅合金撚線10を例示するが、銅合金線1の撚り合わせ本数、撚り方法は適宜変更できる。
銅合金撚線10の断面積が例えば0.03mm2以上であれば、導体断面積が大きいため、電気抵抗が小さく導電性に優れる。また、銅合金撚線10を被覆電線3などの電線の導体に用いて、この導体に圧着端子などの端子を取り付ける場合に断面積がある程度大きいため、上記端子を取り付け易い。更に、上述のように銅合金撚線10に上記端子を強固に固着できる上に、端子装着状態での耐衝撃性にも優れる。上記断面積を0.1mm2以上とすることができる。上記断面積が例えば0.5mm2以下であれば、軽量な銅合金撚線10とすることができる。
銅合金撚線10の撚りピッチが例えば10mm以上であれば、素線(銅合金線1)が線径0.5mm以下の細線であっても撚り合わせ易く、銅合金撚線10の製造性に優れる。上記撚りピッチが例えば20mm以下であれば、曲げなどを行った場合にも撚りがほぐれず、屈曲性に優れる。
実施形態の銅合金撚線10は、上述のように特定の銅合金から構成される銅合金線1を素線とする。従って、銅合金撚線10は、被覆電線などの導体に利用されて、この導体の端部に圧着端子などの端子が取り付けられた状態で衝撃を受けた場合に端子取付箇所近傍で破断し難い。定量的には、銅合金撚線10において、上記端子が取り付けられた状態での耐衝撃エネルギー(端子装着状態での耐衝撃エネルギー)が1.5J/m以上であることが挙げられる。端子装着状態での耐衝撃エネルギーが大きいほど、衝撃を受けた場合に上述の端子取付箇所近傍で破断し難い。このような銅合金撚線10を導体とすれば、端子装着状態での耐衝撃性に優れる被覆電線などを構築できる。銅合金撚線10における端子装着状態での耐衝撃エネルギーは、1.6J/m以上、更に1.7J/m以上が好ましく、上限は特に定めない。
実施形態の銅合金撚線10は、上述のように特定の銅合金から構成される銅合金線1を素線とするため、衝撃などを受けた場合に破断し難い。定量的には、銅合金撚線10のみの耐衝撃エネルギーが4J/m以上であることが挙げられる。耐衝撃エネルギーが大きいほど、衝撃を受けた場合に銅合金撚線10自体が破断し難い。このような銅合金撚線10を導体とすれば、耐衝撃性に優れる被覆電線などを構築できる。銅合金撚線10における耐衝撃エネルギーは、4.2J/m以上、更に4.5J/m以上が好ましく、上限は特に定めない。
実施形態の銅合金線1や銅合金撚線10は、そのままでも導体に利用できるが、外周に絶縁被覆層を備えると、絶縁性に優れる。実施形態の被覆電線3は、導体と、導体の外側に設けられた絶縁被覆層2とを備え、導体が実施形態の銅合金撚線10である。別の実施形態の被覆電線として、導体が銅合金線1(単線)であるものが挙げられる。図1では、導体に銅合金撚線10を備える場合を例示する。
絶縁被覆層2の厚さは、所定の絶縁強度に応じて適宜選択でき、特に限定されない。
実施形態の被覆電線3は、上述のように特定の銅合金から構成される銅合金線1を素線とする銅合金撚線10を導体に備える。従って、圧着端子などの端子を取り付けた状態において、端子を強固に固着することができる。定量的には、端子固着力が45N以上であることが挙げられる。端子固着力が大きいほど、端子を強固に固着でき、被覆電線3(導体)と端子との接続状態を維持し易く好ましい。端子固着力は50N以上、55N超、更に58N以上が好ましく、上限は特に定めない。
実施形態の被覆電線3における端子装着状態での耐衝撃エネルギー、被覆電線3のみの耐衝撃エネルギーは、絶縁被覆層2を備えていない裸の導体、即ち実施形態の銅合金撚線10に比較して高い傾向にある。絶縁被覆層2の構成材料や厚さなどによっては、上記裸の導体と比較して、被覆電線3における端子装着状態での耐衝撃エネルギー、被覆電線3のみの耐衝撃エネルギーを更に高められる場合がある。定量的には、被覆電線3における端子装着状態での耐衝撃エネルギーが3J/m以上であることが挙げられる。被覆電線3における端子装着状態での耐衝撃エネルギーは、大きいほど衝撃を受けた場合に端子取付箇所近傍で破断し難く、3.2J/m以上、更に3.5J/m以上が好ましく、上限は特に定めない。
また、定量的には、被覆電線3のみの耐衝撃エネルギー(以下、本線の耐衝撃エネルギーと呼ぶことがある)が6J/m以上であることが挙げられる。本線の耐衝撃エネルギーは、大きいほど衝撃を受けた場合に破断し難く、6.5J/m以上、更に7J/m以上、8J/m以上が好ましく、上限は特に定めない。
実施形態の端子付き電線4は、図2に示すように、実施形態の被覆電線3と、被覆電線3の端部に取り付けられた端子5とを備える。ここでは、端子5として、一端に雌型又は雄型の嵌合部52を備え、他端に絶縁被覆層2を把持するインシュレーションバレル部54を備え、中間部に導体(図2では銅合金撚線10)を把持するワイヤバレル部50を備える圧着端子を例示する。圧着端子は、被覆電線3の端部において絶縁被覆層2が除去されて露出された導体の端部に圧着されて、導体と電気的及び機械的に接続される。端子5は、圧着端子などの圧着型の他、溶融した導体が接続される溶融型などが挙げられる。別の実施形態の端子付き電線として、上述の銅合金線1(単線)を導体とする被覆電線を備えるものが挙げられる。
実施形態の銅合金撚線10の各素線、被覆電線3の導体を構成する各素線、端子付き電線4の導体を構成する各素線は、いずれも銅合金線1の組成、組織、特性を維持する、又は同等程度の特性を有する。そのため、上記の各素線の一例として、引張強さが385MPa以上であること、破断伸びが5%以上であること、及び導電率が60%IACS以上であることの少なくとも1つを満たす形態が挙げられる。
実施形態の被覆電線3は、各種の電気機器の配線部分などに利用できる。特に、実施形態の被覆電線3は、端部に端子5が取り付けられた状態で使用される用途、例えば、自動車や飛行機等の搬送機器、産業用ロボット等の制御機器などの配線に好適に利用できる。実施形態の端子付き電線4は、上記搬送機器、制御機器といった各種の電気機器の配線に利用できる。このような実施形態の被覆電線3や端子付き電線4は、自動車用ワイヤーハーネスなどの各種のワイヤーハーネスの構成要素に好適に利用できる。実施形態の被覆電線3や端子付き電線4を備えるワイヤーハーネスは、端子5との接続状態を良好に維持し易く、信頼性を高められる。実施形態の銅合金線1、実施形態の銅合金撚線10は、被覆電線3や端子付き電線4などの電線の導体に利用できる。
実施形態の銅合金線1は、Ni又はNi及びFe、Pを特定の範囲で含む特定の組成の銅合金から構成されている。よって、銅合金線1は、導電性及び強度に優れる上に、耐衝撃性にも優れる。更に、銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上であることで、銅合金中に析出状態で存在するPの比率が高いため、高強度化を図りつつ、高導電性を確保できる。このような銅合金線1を素線とする実施形態の銅合金撚線10も同様に、導電性及び強度に優れる上に、耐衝撃性にも優れる。
実施形態の被覆電線3は、導体に、実施形態の銅合金線1を素線とする実施形態の銅合金撚線10を備える。そのため、被覆電線3は、導電性及び強度に優れる上に耐衝撃性にも優れる。また、被覆電線3は、圧着端子などの端子5が取り付けられた場合に、端子5を強固に固着できる上に、端子5の装着状態での耐衝撃性にも優れる。
実施形態の端子付き電線4は、実施形態の被覆電線3を備える。そのため、端子付き電線4は、導電性及び強度に優れる上に耐衝撃性にも優れる。更に、端子付き電線4は、端子5を強固に固着できる上に、端子5の装着状態での耐衝撃性にも優れる。
実施形態の銅合金線1、銅合金撚線10、被覆電線3、端子付き電線4は、例えば、以下の工程を備える製造方法によって製造できる。以下、各工程の概要を列挙する。
<鋳造工程>上述の特定の組成の銅合金の溶湯を連続鋳造して鋳造材を作製する。
<伸線工程>上記鋳造材に伸線加工を施して伸線材を作製する。
<熱処理工程>上記伸線材に熱処理を施す。
この熱処理は、代表的にはNi、Fe及びPが固溶状態である銅合金からNi、Feと共にPを析出させる人工時効と、最終線径までの伸線加工によって加工硬化された伸線材の伸びを改善する軟化とを含むものとする。以下、この熱処理を時効・軟化処理と呼ぶ。
溶体化処理は、過飽和固溶体を形成することを目的の一つとする熱処理であり、鋳造工程以降、時効・軟化処理前の任意の時期に施すことができる。
中間熱処理は、鋳造工程以降に塑性加工(伸線加工以外に圧延や押出等を含む)が施された場合に、加工に伴う歪みを除去して、加工性の向上を目的の一つとする熱処理であり、条件によってはある程度の時効や軟化も期待できる。中間熱処理は、伸線加工前に鋳造材に加工を施した加工材、伸線加工途中の中間伸線材などに施すことが挙げられる。
銅合金撚線10を製造する場合は、上述の<鋳造工程>、<伸線工程>、<熱処理工程>に加えて、以下の撚線工程を備える。圧縮撚線とする場合は、以下の圧縮工程を更に備える。
<撚線工程>複数の上記伸線材を撚り合わせて、撚線を作製する。又は上記伸線材に熱処理を施した複数の熱処理材を撚り合わせて、撚線を作製する。
<圧縮工程>上記撚線を所定の形状に圧縮成形して、圧縮撚線を製造する。
上記<撚線工程>,<圧縮工程>を備える場合、上記<熱処理工程>では上記撚線又は上記圧縮撚線に時効・軟化熱処理を施すことが挙げられる。上記熱処理材の撚線又は圧縮撚線とする場合には、この撚線又は圧縮撚線に更に時効・軟化処理を施す第二の熱処理工程を備えてもよいし、第二の熱処理工程を省略してもよい。時効・軟化処理を複数回行う場合には、上述の特性が特定の範囲を満たすように熱処理条件を調整できる。熱処理条件を調整することで、例えば結晶粒の成長を抑制して微細な結晶組織とし易く、高い強度と高い伸びとを有し易い。
被覆電線3や単線の銅合金線1を備える被覆電線を製造する場合は、上述の銅合金線の製造方法によって製造された銅合金線(実施形態の銅合金線1)、又は上述の銅合金撚線の製造方法によって製造された銅合金撚線(実施形態の銅合金撚線10)の外周に絶縁被覆層を形成する被覆工程を備える。絶縁被覆層の形成は、押出被覆や粉体塗装など、公知の手法を利用できる。
端子付き電線4を製造する場合は、上述の被覆電線の製造方法によって製造された被覆電線(実施形態の被覆電線3など)の端部において、絶縁被覆層を除去して露出した導体に端子を取り付ける圧着工程を備える。
<鋳造工程>
この工程では、上述したNi又はNi及びFe、Pを特定の範囲で含む特定の組成の銅合金の溶湯を連続鋳造して鋳造材を作製する。更に、銅合金には、上述したSnなどを特定の範囲で含んでもよい。ここで、溶解時の雰囲気を真空雰囲気とすると、Ni、Fe、P、Snを含有する場合にはSnなどの元素の酸化を防止することができる。一方、溶解時の雰囲気を大気雰囲気とすると、雰囲気制御が不要であり、生産性を向上できる。この場合、雰囲気中の酸素による上記元素の酸化を抑制するために、上述の脱酸元素(C、Mn、Si)を添加することが好ましい。
MnやSiは、これらを含む原料を別途用意して、上記溶湯中に混合することが挙げられる。この場合、上記湯面における木炭片や木炭粉などがつくる隙間から露出する箇所が雰囲気中の酸素に接触しても、湯面近傍での酸化を抑制できる。上記原料には、MnやSiの単体、MnやSiとFeとの合金などが挙げられる。
この工程では、上記鋳造材(鋳造材に加工を施した上記加工材を含む)に、少なくとも1パス、代表的には複数パスの伸線加工(冷間)を施して、所定の最終線径の伸線材を作製する。複数パスを行う場合、パスごとの加工度は、組成や最終線径などに応じて適宜調整するとよい。伸線加工前に中間熱処理を行ったり、複数パスを行う場合、パス間に中間熱処理を行うと、加工性を高めることができる。この中間熱処理の条件は、所望の加工性が得られるように適宜選択できる。
この工程では、上記伸線材に熱処理として、上述のように人工時効と軟化とを目的とした時効・軟化処理を施す。この時効・軟化処理によって、銅合金中のPの析出固溶割合を1.1以上とすることができ、上記の析出物などの析出強化による強度向上効果と、Cuへの固溶低減による高い導電率の維持効果とを良好に図ることができる。よって、導電性及び強度に優れる銅合金線1や銅合金撚線10が得られる。また、時効・軟化処理によって、高い強度を維持しつつ、伸びなどを向上でき、靭性にも優れる銅合金線1や銅合金撚線10が得られる。
(熱処理温度)300℃以上700℃未満、好ましくは400℃以上600℃以下、更に500℃以下
(保持時間)4時間以上40時間以下、好ましくは5時間以上20時間以下
ここでの保持時間とは、上記熱処理温度に保持する時間とし、昇温時間及び降温時間は含まない。
上記の範囲から、組成、加工状態などに応じて選択するとよい。なお、炉式や通電式などの連続処理を利用してもよい。
種々の組成の銅合金線、及び得られた銅合金線を導体に用いた被覆電線を種々の製造条件で作製して、特性を調べた。
(鋳造材)
電気銅(純度99.99%以上)と、表2に示す各元素を含有する母合金、又は元素単体とを原料として用意した。用意した原料を高純度カーボン製の坩堝(不純物量が20質量ppm以下)を用いて、銅合金の溶湯を作製した。銅合金の組成(残部Cu及び不可避不純物)を表2に示す。
銅合金線の製造パターン(B)において、伸線材に施す熱処理の条件は、表2に示す熱処理温度及び保持時間とした。
被覆電線の製造パターン(b)では、銅合金線の製造パターン(B)に示す工程と同様にして、線径φ0.16mmの伸線材を作製した。7本の伸線材を撚り合わせて撚線を作製した。その後、撚線を圧縮成形して横断面積0.13mm2(0.13sq)の圧縮撚線を作製し、圧縮撚線に熱処理を施した。熱処理の条件は、表2に示す熱処理温度及び保持時間とした。熱処理を施した熱処理材の外周にポリ塩化ビニル(PVC)を押出被覆して、厚さ2mmの絶縁被覆層を形成した。以上により、上記熱処理材を導体とする被覆電線を作製した。
製造パターン(B)によって製造した銅合金線(φ0.35mm又はφ0.16mm)について、XAS測定を行い、銅合金中のPの析出固溶割合を調べた。結果を表2に示す。
製造パターン(B)によって製造した銅合金線(φ0.35mm又はφ0.16mm)について、引張強さ(MPa)、破断伸び(%)、導電率(%IACS)、加工硬化指数を調べた。結果を表3に示す。
汎用の引張試験機を用いて、端子を100mm/minで引っ張ったときに端子が抜けない最大荷重(N)を測定した。この最大荷重を端子固着力とする。
試料No.1-1~No.1-5はいずれも、導電率が60%IACS以上であり、中には62%IACS以上、更に64%IACS以上の試料もある。
試料No.1-1~No.1-5はいずれも、導体の耐衝撃エネルギーが4J/m以上、更に5J/m以上であり、中には6J/m以上、更に7J/m以上の試料もある。
試料No.1-1~No.1-5はいずれも、導体の端子装着状態での耐衝撃エネルギーが1.5J/m以上、更に2J/m以上であり、中には2.5J/m以上の試料もある。
このような導体を備える試料No.1-1~No.1-5の被覆電線は、被覆電線自体の耐衝撃エネルギー、端子装着状態での耐衝撃エネルギーが高いと期待される。
また、試料No.1-1~No.1-5はいずれも、端子固着力が45N以上、更に50N以上であり、端子固着力が大きいことから、端子との固着性に優れる。
加えて、試料No.1-1~No.1-5はいずれも、加工硬化指数が0.1以上、更に0.12以上であり、中には0.15以上、更に0.16以上の試料もある。これらの試料は加工硬化指数が大きいため、加工硬化による強度向上効果を得易い。
10 銅合金撚線(導体)
12 端子取付箇所
2 絶縁被覆層
3 被覆電線
4 端子付き電線
5 端子
50 ワイヤバレル部
52 嵌合部
54 インシュレーションバレル部
100 試料
200 治具
300 錘
Claims (16)
- 導体と、前記導体の外側に設けられた絶縁被覆層とを備える被覆電線であって、
前記導体は、
銅合金からなる銅合金線が複数撚り合わされてなる撚線であり、
前記銅合金線の線径は0.5mm以下であり、
前記銅合金は、
Ni又はNi及びFeを合計で0.1質量%以上1.6質量%以下、
Pを0.05質量%以上0.7質量%以下含有し、
残部がCu及び不純物からなり、
前記銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上であり、
前記析出固溶割合は、
X線吸収分光法により測定されたPのK吸収端近傍におけるXANESスペクトルにおいて、析出度I 0 と固溶度I 1 との比I 0 /I 1 であり、
前記析出度I 0 は、X線エネルギーが-8.0eVから-7.0eVの範囲においてX線吸収が最大となる値であり、
前記固溶度I 1 は、X線エネルギーが-5.5eVから-4.5eVの範囲においてX線吸収が最小となる値であり、
前記XANESスペクトルは、規格化前のXANESスペクトルからバックグラウンド領域を差し引いたXANESスペクトルに対して規格化領域におけるX線吸収の規格化を行ったものであり、
前記X線エネルギーは、リン酸三カルシウムにおいて観測される最大ピークのピークトップをゼロeVとした場合における相対的なX線エネルギーを示し、
前記バックグラウンド領域は、前記X線エネルギーのゼロeVに対する相対値で-32.1eVから-13.5eVまでの任意の範囲であり、
前記バックグラウンド領域を定める二点間は最低でも10eV以上離れており、
前記規格化領域は、前記X線エネルギーのゼロeVに対する相対値で+13.4eVから+57.4eVまでの任意の範囲であり、
前記規格化領域を定める二点間は最低でも20eV以上離れている、
被覆電線。 - 前記銅合金は、Snを0.05質量%以上0.7質量%以下含む請求項1に記載の被覆電線。
- NiとFeとの合計量とPの含有量との質量比が3以上である請求項1又は請求項2に記載の被覆電線。
- 前記銅合金は、C、Si及びMnから選択される1種以上の元素を合計で10質量ppm以上500質量ppm以下含む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 前記銅合金線の引張強さが385MPa以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 前記銅合金線の破断伸びが5%以上である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 前記銅合金線の導電率が60%IACS以上である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 前記銅合金線の加工硬化指数が0.1以上である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 端子固着力が45N以上である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 端子が取り付けられた状態での耐衝撃エネルギーが3J/m以上である請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 前記被覆電線のみの耐衝撃エネルギーが6J/m以上である請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の被覆電線。
- 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の被覆電線と、前記被覆電線の端部に取り付けられた端子とを備える、
端子付き電線。 - Ni又はNi及びFeを合計で0.1質量%以上1.6質量%以下、
Pを0.05質量%以上0.7質量%以下含有し、
残部がCu及び不純物からなる銅合金から構成され、
前記銅合金中のPの析出固溶割合が1.1以上であり、
線径が0.5mm以下であり、
前記析出固溶割合は、
X線吸収分光法により測定されたPのK吸収端近傍におけるXANESスペクトルにおいて、析出度I 0 と固溶度I 1 との比I 0 /I 1 であり、
前記析出度I 0 は、X線エネルギーが-8.0eVから-7.0eVの範囲においてX線吸収が最大となる値であり、
前記固溶度I 1 は、X線エネルギーが-5.5eVから-4.5eVの範囲においてX線吸収が最小となる値であり、
前記XANESスペクトルは、規格化前のXANESスペクトルからバックグラウンド領域を差し引いたXANESスペクトルに対して規格化領域におけるX線吸収の規格化を行ったものであり、
前記X線エネルギーは、リン酸三カルシウムにおいて観測される最大ピークのピークトップをゼロeVとした場合における相対的なX線エネルギーを示し、
前記バックグラウンド領域は、前記X線エネルギーのゼロeVに対する相対値で-32.1eVから-13.5eVまでの任意の範囲であり、
前記バックグラウンド領域を定める二点間は最低でも10eV以上離れており、
前記規格化領域は、前記X線エネルギーのゼロeVに対する相対値で+13.4eVから+57.4eVまでの任意の範囲であり、
前記規格化領域を定める二点間は最低でも20eV以上離れている、
銅合金線。 - 請求項13に記載の銅合金線が複数撚り合わされてなる、
銅合金撚線。 - 端子が取り付けられた状態での耐衝撃エネルギーが1.5J/m以上である請求項14に記載の銅合金撚線。
- 前記銅合金撚線のみの耐衝撃エネルギーが4J/m以上である請求項14又は請求項15に記載の銅合金撚線。
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