(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体に利用される銅合金線であって、
０．２％耐力の引張強さに対する比が０．８７以下であり、
引張強さが４５０ＭＰａ以上であり、
前記銅合金線は、０．４質量％以上、１．５質量％以下のＦｅと、０．１質量％以上、１．０質量％以下のＴｉと、を含有し残部がＣｕおよび不純物からなる銅合金よりなることを特徴とする銅合金線。
【請求項２】
全伸びが８％以上であることを特徴とする請求項１に記載の銅合金線。
【請求項３】
請求項１または２に記載の銅合金線を複数本撚り合わせてなることを特徴とする銅合金撚線。
【請求項４】
径方向に圧縮成形されてなることを特徴とする請求項３に記載の銅合金撚線。
【請求項５】
断面積が０．２２ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の銅合金撚線。
【請求項６】
請求項１または２に記載の銅合金線を含む導体の外周を絶縁被覆で覆ってなることを特徴とする被覆電線。
【請求項７】
請求項６に記載の被覆電線の導体に端子金具が取り付けられてなることを特徴とするワイヤーハーネス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電線の導体として好適な銅合金線および銅合金撚線と、これらを導体として用いた被覆電線およびワイヤーハーネスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野においては、電線の細径化が進んでいる。電線を細径化すると、導体断面積が減少し、電線の強度が低下する。このため、高強度化を目的とした銅合金線を自動車用電線などの電線の導体として用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
強度向上のために硬質の銅合金材を電線の導体として用いた場合、導体の靱性が不足し、衝撃力に弱く、例えば短時間で急激に荷重が加わった場合に断線しやすいおそれがある。
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は、高強度でかつ耐衝撃性に優れる銅合金線、銅合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係る銅合金線は、導体に利用される銅合金線であって、０．２％耐力の引張強さに対する比が０．８７以下であることを要旨とするものである。
【０００７】
本発明に係る銅合金線は、引張強さは４５０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、全伸びが８%以上であることが好ましい。
【０００８】
そして、本発明に係る銅合金撚線は、本発明に係る銅合金線を複数本撚り合わせてなることを要旨とするものである。
【０００９】
本発明に係る銅合金撚線は、径方向に圧縮成形されていてもよい。また、本発明に係る銅合金撚線は、断面積が０．２２ｍｍ２以下であってもよい。
【００１０】
そして、本発明に係る被覆電線は、本発明に係る銅合金線を含む導体の外周を絶縁被覆で覆ってなることを要旨とするものである。
【００１１】
そして、本発明に係るワイヤーハーネスは、本発明に係る被覆電線の導体に端子金具が取り付けられてなることを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る銅合金線によれば、耐力を引張強さに対して小さくすることにより、強度に優れる銅合金において金属の靱性が向上し、高強度でかつ耐衝撃性に優れる銅合金線が得られる。
【００１３】
そして、本発明に係る銅合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスによれば、銅合金線の耐力を引張強さに対して小さくすることにより、強度に優れる銅合金において金属の靱性が向上し、高強度でかつ耐衝撃性に優れる銅合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る被覆電線の模式図（ａ）とＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。
【図２】図１（ｂ）に示す銅合金撚線（導体）を圧縮成形した被覆電線の断面図である。
【図３】端子金具を接続したときの衝撃強度を測定する試験方法の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
本発明に係る銅合金線は、導体に利用される銅合金線であって、０．２％耐力の引張強さに対する比が０．８７以下である。このように、耐力を引張強さに対して小さくすることにより、強度に優れる銅合金において金属の靱性が向上し、高強度でかつ耐衝撃性に優れる銅合金線が得られる。０．２％耐力の引張強さに対する比は、より好ましくは０．８５以下である。０．２％耐力の引張強さに対する比は、添加元素の種類、添加量、伸線加工度、熱処理の温度及び時間などにより、特定の範囲内とすることができる。
【００１７】
銅合金線に硬質材を用いると、金属の靱性がなくなり、耐衝撃性が低下する。このため、銅合金線の強化機構は、高導電率でありながら強度と伸びを両立できる析出強化が好ましい。析出物の種類としては、例えばＦｅ、Ｔｉの化合物であるＦｅ２Ｔｉ析出物などが挙げられる。このような銅合金としては、ＦｅおよびＴｉを含有し残部がＣｕおよび不純物からなる銅合金などが挙げられる。
【００１８】
Ｆｅは、Ｃｕに固溶または析出して存在することで、強度向上に貢献する。Ｆｅの含有量は、強度向上の観点から、０．４質量％以上が好ましい。より好ましくは０．４５質量％以上、さらに好ましくは０．５質量％以上である。一方、Ｆｅの添加による伸線加工性や導電率の低下を抑える観点から、Ｆｅの含有量は１．５質量％以下が好ましい。より好ましくは１．３質量％以下、さらに好ましくは１．１質量％以下である。
【００１９】
Ｔｉは、Ｆｅと共存することで、導電率、強度の向上に寄与する。Ｔｉの含有量は、強度向上の観点から、０．１質量％以上が好ましい。より好ましくは０．１５質量％以上である。一方、Ｔｉの添加による伸線加工性や導電率の低下を抑える観点から、Ｔｉの含有量は１．０質量％以下が好ましい。より好ましくは０．７質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
【００２０】
銅合金において、Ｆｅ２Ｔｉ析出物は、強度向上に貢献する。Ｆｅ２Ｔｉ析出物の量は、７００×８５０ｎｍの観察視野において、円相当径が１０ｎｍ以上９０ｎｍ以下の析出物の個数を１０個以上とすることが好ましい。より好ましくは１５個以上である。これにより、０．２％耐力の引張強さに対する比を小さくしたまま強度を向上でき、導体断面積が０．２２ｍｍ２以下の細径電線においても自動車用電線に必要な端子固着力が得られる。Ｆｅ２Ｔｉ析出物の量は、添加元素の添加量、製造条件（熱処理の温度など）により特定範囲内にすることができる。
【００２１】
銅合金において、転位密度は１×１０６〜１×１０８ｃｍ−２の範囲内であることが好ましい。転位密度は強度の向上に寄与するため、高強度の銅合金線が得られるが、転位密度が大きいと伸びが低下するとともに、０．２％耐力の引張強さに対する比が大きくなり、耐衝撃性が低下する傾向にある。転位密度は、熱処理により小さくすることができる。転位密度は、銅合金線から作製した薄膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、Ｈａｍの式によって算出することができる。
【００２２】
本発明に係る銅合金線は、高強度であり、引張強さが４５０ＭＰａ以上を満たすことが好ましい。引張強さが４５０ＭＰａ以上あることで、導体断面積が０．２２ｍｍ２以下の細径電線においても端子固着力が５０Ｎ以上となり、自動車用電線として適用できる強度となる。引張強さは、添加元素の種類、添加量、製造条件（伸線加工度、熱処理の温度）などにより特定範囲内にすることができる。引張強さは高いほどよいが、伸びとのバランスを考慮すると、引張強さの上限は６５０ＭＰａ程度である。
【００２３】
本発明に係る銅合金線は、伸びにも優れ、全伸びが８％以上を満たすことが好ましい。伸びは、伸線加工後に所定の熱処理を施すことにより特定範囲内にすることができる。伸びは高いほど耐衝撃性に優れて好ましいが、強度とのバランスを考慮すると、伸びの上限は２０％程度である。
【００２４】
本発明に係る銅合金線は、導電率に優れ、導電率が６０％ＩＡＣＳ以上を満たすことが好ましい。導電率は、添加元素の種類、添加量、製造条件（伸線加工度、熱処理の温度及び時間）などにより特定範囲内にすることができる。導電率は、高いほど好ましいが、添加元素の析出による導電率の増加の限界を考慮すると、導電率の上限は８０％ＩＡＣＳ程度である。
【００２５】
引張強さおよび伸びは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１(金属材料引張試験方法、１９９８)に準拠して、汎用の引張試験機を用いて測定することができる。引張強さおよび伸びの値は、室温における測定値である。伸びは、破断時の伸びである。導電率(％ＩＡＣＳ)は、ブリッジ法により測定することができる。
【００２６】
本発明に係る銅合金線は、強度および耐衝撃性に優れ、線径０．５ｍｍ以下の極細線とすることができる。例えば自動車用電線の導体に利用する場合、線径は０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とすることができる。
【００２７】
本発明に係る銅合金線は、複数本を撚り合わせた撚線（本発明に係る銅合金撚線）とすることができる。このような撚線にすると、より屈曲性に優れる。また、屈曲性を高めたまま、強度、衝撃特性を確保することができる。また、線径０．５ｍｍ以下の極細線とした場合にも、強度、衝撃特性を確保することができる。撚り合わせ本数は特に限定されるものではない。例えば７，１１，１９，３７，４９，１３３本などが挙げられる。
【００２８】
本発明に係る銅合金撚線は、撚線を構成する素線となる銅合金線が強度および耐衝撃性に優れ、導体断面積０．２２ｍｍ２以下の細径電線とすることができる。そして、導体断面積０．２２ｍｍ２以下の細径電線においても自動車用電線に必要な端子固着力が得られる。
【００２９】
本発明に係る銅合金撚線は、径方向に圧縮成形（円形圧縮成形）することができる。これにより、銅合金線間の隙間を小さくし、撚線全体の線径を小さくして、導体の小径化に寄与することができる。
【００３０】
図１には、本発明の一実施形態に係る銅合金撚線の斜視図（ａ）およびそのＡ−Ａ線断面図（ｂ）を示す。図２には、図１（ｂ）に示す導体を圧縮成形した銅合金撚線の断面図を示す。
【００３１】
図１に示すように、銅合金撚線１２は、複数本（図１では、７本）の銅合金線１６を撚り合わせてなる。図２に示すように、銅合金撚線１２は、径方向に圧縮成形（円形圧縮成形）することができる。
【００３２】
本発明に係る銅合金線は、１本のみで電線の導体を構成することができる。また、２本以上により電線の導体を構成することができる。また、他の金属線と組み合わせて電線の導体を構成することができる。また、本発明に係る銅合金線を含む、本発明に係る銅合金撚線を電線の導体とすることができる。このように、本発明に係る銅合金線を含む導体を電線の導体とすることができる。そして、本発明に係る銅合金線を含む導体の外周を絶縁被覆で覆うことで、本発明に係る被覆電線が得られる。
【００３３】
本発明に係る被覆電線において、絶縁被覆としては、特に限定されるものではない。塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、オレフィン系樹脂などの絶縁材料が挙げられる。絶縁材料中には、水酸化マグネシウム、臭素系難燃剤などの難燃剤が配合されていてもよい。
【００３４】
図１には、本発明の一実施形態に係る被覆電線の斜視図（ａ）およびそのＡ−Ａ線断面図（ｂ）を示す。図２には、図１（ｂ）に示す導体を圧縮成形した被覆電線の断面図を示す。
【００３５】
図１、２に示すように、本発明の一実施形態に係る被覆電線１０は、銅合金撚線１２からなる導体の外周を絶縁被覆１４で覆ってなる。
【００３６】
本発明に係る被覆電線の導体に端子金具を接続して、本発明に係るワイヤーハーネスを構成することができる。端子金具は、導体端末に取り付けられる。端子金具は、圧着、溶接などの各種接続方法により、導体に接続される。端子金具は、相手側端子金具と接続される。
【００３７】
本発明に係る銅合金線は、例えば、銅合金材を用いて、溶体化工程、伸線工程、熱処理工程などを経て得ることができる。
【００３８】
銅合金材は、所定の組成の合金溶湯を鋳造および塑性加工することにより得られる。鋳造は、連続鋳造を好適に利用することができる。鋳造材として、添加元素がＣｕ中に十分に固溶された過飽和固溶状態の固溶素材を形成するための一形態として、この連続鋳造工程において急冷することが挙げられる。鋳造時の冷却速度は、適宜選択することができるが、５℃／ｓｅｃ以上が好ましい。例えば、水冷銅鋳型や強制水冷機構等を有する連続鋳造装置を用いると、上述のような冷却速度による急冷を容易にできる。連続鋳造は、ベルトアンドホイール法等の可動鋳型を用いる形態や枠状の固定鋳型を用いる形態が挙げられる。上記連続鋳造により得られた鋳造材に、鋳造に引き続いてスウェージ加工や圧延加工等の塑性加工を施す。この塑性加工は、加工温度を１５０℃以下、加工度を５０％以上９０％以下とすることが好ましい。
【００３９】
溶体化工程は、鋳造・塑性加工により得られた銅合金材に溶体化処理を行う。溶体化処理は、銅合金材を固溶限温度以上の温度に加熱し、合金成分（固溶元素、析出強化元素）を十分に固溶させた後、冷却して過飽和固溶状態にする。溶体化処理は、合金成分を十分に固溶できる温度で行う。溶体化処理の温度は、８５０℃以上にするとよい。溶体化処理の温度は、９５０℃以下が好ましい。保持時間は、合金成分を十分に固溶できるように、５分以上であることが好ましい。また、生産性の観点から、３時間以内であることが好ましい。
【００４０】
溶体化処理の加熱過程後の冷却過程は急冷過程であることが好ましい。急冷とすることで、固溶元素の過度な析出を防止することができる。冷却速度は、１０℃／ｓｅｃ以上とすることが好ましい。このような急冷は、水などの液体に浸漬する、送風するなどの強制冷却により行うことができる。
【００４１】
溶体化処理は、大気雰囲気、非酸化性雰囲気のいずれで行ってもよい。非酸化性雰囲気は、真空雰囲気（減圧雰囲気）、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気、水素含有ガス雰囲気、炭酸ガス含有雰囲気などが挙げられる。
【００４２】
溶体化処理は、連続処理およびバッチ処理（非連続処理）のいずれで行ってもよい。連続処理であると、長尺な線材の全長にわたって均一な条件で熱処理を行いやすいため、特性のばらつきを小さくできる。加熱方法は特に限定されるものではなく、通電加熱、誘導加熱、加熱炉を用いた加熱のいずれであってもよい。加熱方法が通電加熱や誘導加熱であると、急加熱・急冷却しやすいため、短時間で溶体化処理を行いやすい。加熱方法が誘導加熱であると、非接触方式であるため、銅合金材の傷付きを防止できる。
【００４３】
伸線工程は、銅合金材に伸線加工を行って電線素線を形成する。電線素線は、電線導体を構成する線材であり、単線あるいは撚線を構成する。伸線加工は、溶体化処理を行った銅合金材に行う。したがって、伸線工程は、溶体化工程の後の工程である。得られた伸線材は、所望の本数を撚り合わせることにより、撚線とすることができる。得られた伸線材は、通常、単線のまま、あるいは、撚線とした状態で、ドラムに巻きつけられ、次の処理が行われる。伸線工程が溶体化工程の前にあると、溶体化工程において素線同士が融着するため、製造性が満足しない。
【００４４】
熱処理工程は、銅合金材に熱処理を行う。熱処理は、溶体化処理した銅合金の合金成分（固溶元素、析出強化元素）を加熱することにより化合物として析出させる。したがって、熱処理工程は、溶体化工程の後の工程である。また、伸線加工しやすさから、熱処理工程は、伸線工程の後の工程とするのがよい。また、伸線加工後に熱処理を行うことで、伸線加工による歪みを除去して伸びを向上させることができる。
【００４５】
熱処理は、熱処理温度を３５０℃以上５５０℃以下、保持時間を３０分以上とすることで、析出物を十分に析出することができる。製造性から、保持時間は４０時間以下とすることが好ましい。熱処理の保持時間は長いほど、析出物をより多く析出できることから、導電率を向上できることがある。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４７】
純度９９．９９％以上の電気銅と各添加元素を含有する母合金を高純度カーボン製坩堝に投入して連続鋳造装置内で真空溶解させ、混合溶湯を作製した。得られた混合溶湯と高純度カーボン製鋳型とを用いて連続鋳造により、線径１２．５ｍｍの断面円形状の鋳造材を製造した。得られた鋳造材をφ８ｍｍまで押出加工又は圧延を行った。その後、φ０．１６５ｍｍもしくはφ０．２１５ｍｍまで伸線し、７本で撚ピッチ１４ｍｍにて撚線・圧縮後、熱処理を行った。
【００４８】
作製した銅合金線の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、析出物の個数と転位密度を評価した。析出物の個数は、７００×８５０ｎｍの観察視野において、析出物の大きさが１０ｎｍ以上９０ｎｍ以下の析出物について計数した。析出物の大きさは、顕微鏡写真を画像処理して、析出物の面積を円に換算したときの直径とした。転位密度は、得られた銅合金線からＦＩＢ法で厚さ０．１５μｍの金属薄膜を形成し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）でこの金属薄膜を観察し、最も転位が確認できる箇所の７００×８５０ｎｍの範囲を撮影した。この写真上に、縦横１０本ずつ平行線を引き、その平行線の合計長さをＬ、平行線と転位との交点の数をＮ、試料の厚さをｔとし、転位密度ρを、計算式ρ＝２Ｎ／（Ｌ×ｔ）より算出した。また、銅合金線は、ＧＬ＝２５０ｍｍ、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１(金属材料引張試験方法、１９９８)に準拠して、汎用の引張試験機を用いて引張試験を実施し、引張強さ、全伸び（チャック間の移動距離／ＧＬ）、０．２％耐力を測定した。
【００４９】
次に、撚線材に被覆厚０．２ｍｍでＰＶＣ絶縁を押出後、端部に端子金具を圧着し（Ｃ／Ｈ＝０．７６）、端子金具の固着力と端子固着部における耐衝撃性を評価した。端子固着力は、端子部をチャックで固定保持した状態で、電線部を引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで引張り、導体破断時の最大荷重を端子固着力とした。耐衝撃性は、図３に示すように、長さ５００ｍｍの被覆電線１の導体（銅合金撚線）の一端に端子金具２を圧着してなるワイヤーハーネス３の端子金具２を治具４で固定するとともに、ワイヤーハーネス３の他端に取り付けられた錘５を端子金具２の固定位置の高さまで引き上げ、錘５を自由落下させた。この落下試験により端子金具２の圧着部で被覆電線１の導体（銅合金撚線）に断線が生じない最大エネルギー（Ｊ）を耐衝撃エネルギーとした。自動車ハーネスの組み立てにおいて実用上問題ないと考えられる耐衝撃エネルギー（１．５Ｊ）を基準として、耐衝撃性に優れているか否かを判断した。
【００５０】
【表１】
0006686293.tif 000002
【００５１】
比較例の銅合金線は、０．２％耐力の引張強さに対する比が０．８７超であり、耐衝撃性に劣る。これに対し、実施例の銅合金線は、０．２％耐力の引張強さに対する比が０．８７以下であり、耐衝撃性に優れる。
【００５２】
Ｆｅを０．４質量％以上１．５質量％以下含有し、Ｔｉを０．１質量％以上１．０質量％以下含有することで強度を向上させることができた。７００×８５０ｎｍの観察視野において、円相当径が１０ｎｍ以上９０ｎｍ以下の析出物の個数を１０個以上にすることで、０．２％耐力の引張強さに対する比を小さくしたまま、強度を向上させることができ、導体断面積０．２２ｍｍ２以下の細径電線においても、必要な端子固着力が得られた。転位密度を１０６〜１０８ｃｍ−２とすることで、０．２％耐力の引張強さに対する比を小さくしたまま、強度を向上させることができた。転位密度が大きいと、伸びが低下するとともに、０．２％耐力の引張強さに対する比も大きくなり、耐衝撃性が低下した。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  被覆電線
１２  銅合金撚線（導体）
１４  絶縁被覆
１６  銅合金線（導体素線）
【図１】
0006686293.tif 000003
【図２】
0006686293.tif 000004
【図３】
0006686293.tif 000005