(57)【要約】【課題】十分な導電性、高い強度及び伸びを有しながら、低コストで製造できる極細導体、その製造方法、及び、そのような極細導体を得ることができる材料を提供する。【解決手段】銅により構成される母相と、該母相中に含有されたクロムからなる粒子と、を有する極細導体用材料であって、前記母相中にスズが固溶された状態で含有されている極細導体用材料。【選択図】図１
2013151748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅により構成される母相と、該母相中に含有されたクロムからなる粒子と、を有する極細導体用材料であって、
前記母相中にスズが固溶された状態で含有されていることを特徴とする極細導体用材料。
【請求項２】
クロム含有量が３ａｔ％以上５ａｔ％以下であって、クロム含有量をＸａｔ％かつスズ含有量Ｙａｔ％以上としたときに、次式（Ｉ）を満たし、かつ、残部が銅からなることを特徴とする請求項１に記載の極細導体用材料。
［数１］
０．１５  ≦  Ｙ  ≦  ０．６−０．１５（Ｘ−３）    ……（Ｉ）
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の極細導体用材料により形成され、
クロムから構成された短繊維状部分と、局部変化が全体に形成された母相と、から構成されていることを特徴とする極細導体。
【請求項４】
前記クロムから構成された短繊維状部分のアスペクト比が０．０５以上０．８以下であることを特徴とする請求項３に記載の極細導体。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の極細導体用材料を、前記母相全体に局部変化が形成されるまで延伸することを特徴とする極細導体の製造方法。
【請求項６】
クロム含有量が４ａｔ％以上５ａｔ％以下、スズ含有量が０．１ａｔ％以上０．３ａｔ％以下で、かつ、残部が銅からなることを特徴とする請求項１に記載の極細導体用材料。
【請求項７】
請求項６に記載の極細導体用材料を、減面率９６％以上９９．９％以下となるように伸線加工を行うことを特徴とする極細導体の製造方法。
【請求項８】
請求項３、請求項４、及び、請求項７のいずれか１項に記載の極細導体を撚り線とし、該撚り線を絶縁体で被覆してなることを特徴とする極細電線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度の極細導体用材料、極細導体、その製造方法、および、極細電線に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に太さが０．２ｍｍ以下の極細導体は、最近特に小型化が要求されている電子機器、ＩＣテスタ、医療機器、さらには自動車用ワイヤーハーネスなどの用途に用いられるが、このような分野においては、良好な導電率はもちろん、高い強度と十分な伸びが求められる。
【０００３】
ここで、このような分野の従来技術として特開２００１−２９５０１１公報（特許文献１）で提案されている。この技術では、母材である銅に、銀、ニオブ、鉄、あるいは、クロムを添加して鋳造し、伸線した後に熱処理を施こすことにより、引張強度４５０ＭＰａ、伸び４％以上、導電率５０％ＩＡＣＳ以上の極細導体を得ることができると云うものである。
【０００４】
しかしながら、このような公知技術では、伸びを向上させるために熱処理を施しているために、伸線処理により得られた強度を熱処理によって低下させてしまっている。
【０００５】
ここで、伸線処理後の熱処理の引張強さへの影響について図４を用いて説明する。図４（ａ）は熱処理温度の、引張強度及び伸びへの影響を示すグラフであり、図４（ｂ）は熱処理温度の、導電率への影響を示すグラフである。
【０００６】
図のように熱処理温度が高くなるにつれ、伸びは改善されるが、引張強度は低下する。このとき導電率は上昇する。
【０００７】
また、上記の従来技術では、高強度化のために添加する各元素の添加量も高濃度（十分な強度を得るためには１０〜１５ｗｔ％程度）となるために、高コストとなってしまうと云う問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２９５０１１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、十分な導電性、高い強度及び伸びを有しながら、低コストで製造できる極細導体、その製造方法、及び、そのような極細導体を得ることができる材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の極細導体用材料は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、銅により構成される母相と、該母相中に含有されたクロムからなる粒子と、を有する極細導体用材料であって、前記母相中にスズが固溶された状態で含有されていることを特徴とする極細導体用材料である。
【００１１】
また、本発明の極細導体用材料は、請求項２に記載の通り、請求項１に記載の極細導体用材料において、クロム含有量が３ａｔ％以上５ａｔ％以下であって、クロム含有量をＸａｔ％かつスズ含有量Ｙａｔ％以上としたときに、次式（Ｉ）を満たし、かつ、残部が銅からなることを特徴とする。
［数１］
０．１５  ≦  Ｙ  ≦  ０．６−０．１５（Ｘ−３）    ……（Ｉ）
【００１２】
本発明の極細導体は、請求項３に記載のように請求項１または請求項２に記載の極細導体用材料により形成され、クロムから構成された短繊維状部分と、局部変化が全体に形成された母相と、から構成されていることを特徴とする極細導体である。
【００１３】
また、本発明の極細導体は、請求項４に記載の通り、請求項３の極細導体において、前記クロムから構成された短繊維状部分のアスペクト比が０．０５以上０．７以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の極細導体の製造方法は請求項５に記載の通り、請求項１または請求項２に記載の極細導体用材料を、前記母相全体に局部変化が形成されるまで延伸することを特徴とする極細導体の製造方法である。
【００１５】
本発明に係る極細導体用材料は、請求項６に記載の通り、請求項１に記載の極細導体用材料において、クロム含有量が４ａｔ％以上５ａｔ％以下、スズ含有量が０．１％以上０．３％以下で、かつ、残部が銅からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る極細導体の製造方法は、請求項７に記載のとおり、極細導体用材料を、減面率９６％以上９９．９％以下となるように伸線加工を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の極細電線は請求項８に記載の通り、請求項３、請求項４、及び、請求項７のいずれか１項に記載の極細導体を撚り線とし、該撚り線を絶縁体で被覆してなることを特徴とする極細電線である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１及び請求項２に係る本発明の極細導体用材料によれば、十分な導電性、高い強度及び伸びを有する極細導体を低コストで製造できる。
【００１９】
請求項３及び請求項４に係る本発明の極細導体によれば、低コストで製造可能でありながら、十分な導電性、高い強度及び伸びを備える。
【００２０】
請求項５に係る本発明の極細導体の製造方法によれば、十分な導電性、高い強度及び伸びを備えた極細導体を低コストで製造できる。
【００２１】
請求項６に係る極細導体用材料は、減面率９６％以上９９．９％以下となるように伸線加工（一軸伸び方向への延伸）を行うことにより、組織全体に局部変形が発生し、低サイクル屈曲回数性能の高い極細導体を得ることができる。
【００２２】
請求項７に係る極細導体は、製造において熱処理を不要としながら、十分な導電性、高い強度及び伸び、そして、高い低サイクル屈曲回数性能を得ることができる。
【００２３】
請求項８に係る本発明の極細電線によれば、低コストで製造可能でありながら、十分な導電性、高い強度及び伸びを備えた極細電線となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（ａ）は本発明に係る極細導体の延伸方向に平行な断面の電子線公報散乱解析（ＥＢＳＤ）マップである。図１（ｂ）図１（ａ）の右下部分を拡大した写真である。図１（ｃ）図１（ｂ）のモデル図である。
【図２】図２は本発明に係る極細導体（合金Ａ）と比較材料との曲げ歪みと屈曲回数との関係を示した図である。
【図３】図３は実施例２に係る極細導体用材料を延伸したときの相当ひずみと伸びとの関係を示したグラフである。
【図４】図４（ａ）は従来技術に係る極細導体用材料の加熱処理温度の引張強度と伸びへの影響を示したグラフである。図４（ｂ）は従来技術に係る極細導体用材料の加熱処理温度の導電率への影響を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の極細導体用材料において、銅により構成される母相と、該母相中に含有されたクロムからなる粒子と、を有する極細導体用材料であって、前記母相中にスズが固溶された状態で含有されている。スズは母相材料である銅に固溶するが、クロムには固溶しない。
【００２６】
このような極細導体用材料はクロム、銅、及び、スズを配合し鋳造することで製造される。
【００２７】
一般に、単純に伸線を行うだけでは、その加工によりひずみが蓄積し、その日済みにより材料の強度が向上する。しかし、その反面、ひずみの蓄積によりある程度以上の変形ができなくなり、このとき結果として伸びが小さくなる。
【００２８】
本発明では、延伸されることによって短繊維状部分となるクロムからなる粒子部分以外の部分、すなわちマトリックスである母相部分に固溶強化する元素であるスズを添加することにより、母相を強化する。
【００２９】
このように母相を強化した状態で伸線加工を行うと、減面率がある程度以上となったときにこの伸線加工により母相にミクロな局部変化が発生し、最終的に母相組織全体でミクロな局部変化が発現する。
【００３０】
母相にミクロな局部変化が発生した導体に引張応力が加わったとき、導体はこれら局部変化により伸びを得ることができる。
【００３１】
本発明においてミクロな局部変化とは伸線加工により伸長した母相の結晶が延伸方向に局部的に回転する変形を伴う変形であり、局部変化を電子線後方散乱解析（ＥＢＳＤ）マップでは明るい灰色から暗い灰色へのグランデ−ションがかかった灰色に見える。これに対してクロムから構成された短繊維状部分は黒色に見える
【００３２】
図１（ａ）は後述する実施例３の極細導体用材料を、減面率が９９．９％となるように延伸して得られた極細導体の、延伸方向と平行の切断面の電子線後方散乱解析（ＥＢＳＤ）マップである。
【００３３】
図１（ａ）に対応する図１（ｂ）で破線によって描かれた楕円部分に対応する図１（ａ）の部分において、ミクロな局部変化した部分が、グラデーション部分として、特に顕著に観察される。また、クロムから構成された短繊維状部分は、図１（ｂ）で実線によって描かれた楕円部分に対応する図１（ａ）の部分において、特に顕著に観察される。
【００３４】
このような、母相中の局部変化により、本発明に係る極細導線は十分な伸びを得ることができる。
【００３５】
ここで、銅からなる母相を強化することができ、かつ、スズよりも加工による強度向上効果が高いことが一般に広く知られているリンをスズの代わりに添加した場合、上記のミクロな局部変化は発現せず、このとき、導体は十分な伸びを得ることができない。これは銅−クロム系にリンを添加した場合には、リンは母相に固溶せず、クロムへ固溶してしまうためである。
【００３６】
このように、本発明では母相へ固溶し、かつ、クロムへ固溶しない元素であるスズを用いることが必要である。
【００３７】
本発明では、クロム含有量が３ａｔ％以上５ａｔ％以下であって、クロム含有量をＸａｔ％かつスズ含有量Ｙａｔ％以上としたときに、次式（Ｉ）を満たし、かつ、残部が銅からなるように配合することが、十分な導電率（例えば４５％ＩＡＣＳ以上（太さが０．２ｍｍ以下の極細導体に自動車用ワイヤーハーネス分野で求められる電気抵抗値））、高い引張強度（例えば９００ＭＰａ以上（太さが０．２ｍｍ以下の極細導体に自動車用ワイヤーハーネス分野で求められる強度））と、高い伸び（例えば４％以上（太さが０．２ｍｍ以下の極細導体に自動車用ワイヤーハーネス分野で求められる伸び））を達成できることができるので好ましい。
【００３８】
［数２］
０．１５  ≦  Ｙ  ≦  ０．６−０．１５（Ｘ−３）    ……（Ｉ）
【００３９】
クロム含有量が３ａｔ％未満であると延伸後にクロムによって形成される短繊維状部分による母材の強化効果が十分ではなく、５ａｔ％超であると伸線工程で破断してしまい細線化が困難となる。また、スズの含有量が上記範囲よりも少ないと、スズによる母相の固溶強化効果が十分でなく、そのためにミクロな局部変化の発現が十分とならずに、延伸加工後の導体に十分な伸びを付与することができず、スズの含有量が上記範囲よりも多いと十分に高い導電率が得られない。なお、ここで、ａｔ％は原子数比（％）である。
【００４０】
ここで、本発明において短繊維状とは、サンプルの極細導体のその長手方向の断面について電子線公報散乱解析（ＥＢＳＤ）マップを撮影し、観察される金属組織中のクロムから構成される部分において、前記長手方向に垂直な長さ、すなわち幅Ｄを前記長手方向の長さＬで除した値が０．０５以上０．８以下であり、この範囲を満足するときに本発明における極細導体としての効果が得られる。
【００４１】
スズ含有量が式（Ｉ）で示される範囲より少ないと十分な引張強度が得られにくくなり、また、この範囲を超えて多いと必要な導電率を満足させることが困難となり、また伸線工程での破断が生じやすくなる。
【００４２】
鋳造により得られた本発明に係る極細導体用材料は一般的な電線製造法に従い延伸する。このとき、上述のように、母相全体に上記のミクロな局部変化が形成されるまで延伸する。通常、減面率が９９．３％以上となるとこのようなミクロな局部変化が母材全体に形成される。ここで、減面率が９９．９％以上であるとより緻密に局部変化が形成されるので好ましい。
【００４３】
ここで、銅母相にクロムに代表される、銅母相よりも融点が高く、かつ、銅母相と結晶構造が異なるＢＣＣ（体心立方格子）構造を有する元素を添加することで母相へ追加元素を分散させ、伸線加工を施すことで添加元素が金属ファイバー化し、この構造により高強度化、また母相中に金属ファイバーが存在することで得られる結晶微細化効果による延性の向上により、熱処理を施さずに強度と伸びが得られることが知られている。
【００４４】
しかしながら、強度、伸びが得られるこのような合金も低サイクル屈曲においては伸びの向上の効果が得られないことが問題となっている。
【００４５】
クロム１．５ａｔ％、及び、錫０．３ａｔ％が含有されている銅合金Ａにおいて、比較材料（クロム含有量が１．５ａｔ％、スズ含有量が０．１６ａｔで、かつ、残部が銅からなるように配合して、鋳造後圧延し、熱間押出後に、冷間引抜きにより延伸し、その後、時効熱処理して得た材料。以下、同じ）とともに、その屈曲評価を行った結果を図２に示す。
【００４６】
図２により、クロム５ａｔ％、及び、錫０．３ａｔ％が含有されている銅合金では、比較材料と比べ、その曲げ歪みにおいても屈曲回数が低下していることが理解される。
【００４７】
ここで、本発明者等は、銅により構成される母相と、該母相中に含有されたクロムからなる粒子と、を有し、前記母相中にスズが固溶された状態で含有されている極細導体用材料において、ひずみを付与することにより熱処理なしに屈曲特性が向上することを見いだした。
【００４８】
ここで、極細導体用材料としては、クロム含有量が４ａｔ％以上５ａｔ％以下、スズ含有量が０．１ａｔ％以上０．３ａｔ％以下で、かつ、残部が銅からなるものを用いることが好ましい。
【００４９】
与えるひずみとしては、例えば伸線ひずみなどが挙げられ、歪みの大きさ（ｔ）としては、３以上５以下であることが好ましい。
【００５０】
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の極細導体用材料、極細導体、極細導体の製造方法、及び、極細電線は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００５１】
当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の極細導体用材料、極細導体、極細導体の製造方法、及び、極細電線を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の極細導体用材料、極細導体、極細導体の製造方法、及び、極細電線の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。
【実施例】
【００５２】
以下に本発明の極細導体の実施例について具体的に説明する。
＜強度、伸びの向上＞
表１に示す配合（銅は１００ａｔ％からクロム配合量とスズ配合量とを差し引いた量）となるように原料を調整し、鋳造し、次いで、伸線加工を施して直径５ｍｍとしたのち、８００℃・１時間の熱処理を行い、その後、減面率が９９．９％となるように伸線加工を施して、それぞれ直径が０．１８ｍｍの極細導体を得た。表１中、相当ひずみとは伸線前の直径を伸線後の直径で除したものを対数で表した値である。なお、伸線加工中に切断したサンプルについては、極細導体製造が困難であると判断し、観察及び評価を行わなかった。
【００５３】
【表１】
2013151748.tif 000003
【００５４】
このように得た極細導体の観察及び評価を行った。
サンプルの極細導体のその長手方向の断面について電子線後方散乱解析（ＥＢＳＤ）マップを撮影し、クロムによって形成される短繊維状部分と母材の粒子部分との形状を観察し、その平均サイズ、すなわち、導体長手方向長さ、及び、アスペクト比とを調べた。
【００５５】
引張強度及び伸びの評価は材料試験機（インストロン社製）を用いて行った。このとき、引張強度は９００ＭＰａ以上、かつ、伸びが４％以上であるときに、自動車用ワイヤーハーネス用途の極細導体として十分な性能を有すると判断される。
【００５６】
また、導電率の評価は四端子法によって測定した。このとき、導電率が４５％ＩＡＣＳであるときに、太さが０．２ｍｍ以下の極細導体に自動車用ワイヤーハーネス分野で求められる十分な性能を有すると判断される。
【００５７】
さらに、電線としての伸びを調べた。具体的には、上記サンプルの極細導体それぞれを三本撚り線とした後素の周囲にポリプロピレンからなる樹脂を押し出し成形して外径が０．５５ｍｍの被覆電線（自動車用ワイヤーハーネス用極細電線を想定）とし、これら被覆電線の伸びを測定した。
【００５８】
これら結果を表１に併せて記載した。
表１より、本発明に係る実施例の極細導体では太さが０．２ｍｍ以下の極細導体に自動車用ワイヤーハーネス分野で求められる強度、伸び、及び、導電性をすべて満足していることが理解される。
【００５９】
さらに、表１より素線が３．８〜５％の伸びを有する場合、被覆電線とした場合に７〜１０％の伸びが得られることが理解される。ここで、被覆電線としての伸びが７％以上であれば自動車用ワイヤーハーネス分野で求められる伸びが満足される。
【００６０】
なお、実施例１〜３に係る極細導体すべてで、母相全体にミクロな局部変化が形成されていたが、比較例の極細導体ではこのような母相全体におけるミクロな局部変化の形成はなかった。
【００６１】
ここで実施例２にかかる極細導体用材料からなる鋳造体を延伸したときの相当ひずみと伸びの関係を調べた。結果を図４に示す。
【００６２】
図４より延伸による相当ひずみの増加に伴い、相当ひずみが６程度(減面率が９９．９％)までは伸びが増加し、相当ひずみが６を超えると伸びが低下することが理解される。
【００６３】
＜屈曲特性向上の検討＞
表２に示す配合（銅は１００ａｔ％からクロム配合量とスズ配合量とを差し引いた量）となるように原料を調整し、鋳造し、次いで、伸線加工を施して直径５ｍｍとしたのち、８００℃・１時間の熱処理を行い、伸線ひずみεが５．１２（このときの減面率：９９．９％）となるまで伸線したサンプルＡ１〜Ａ４を作製した。
【００６４】
また、同様にして、但し、表３に示す配合で、かつ、伸線ひずみεが３（このときの減面率：９６％）となるまで伸線したサンプルＢ１〜Ｂ４を作製した。
【００６５】
【表２】
2013151748.tif 000004
【００６６】
【表３】
2013151748.tif 000005
【００６７】
このときの各サンプルの屈曲性能を比較材料とともに測定し、それぞれ平均値を求めた。これら屈曲性能測定結果を表２及び表３に併せて示す。
【００６８】
通常、低サイクル屈曲では材料の伸びが高いほど、その屈曲可能な回数は大きくなっていた。しかしながら、クロムから構成された短繊維状部分を有する本発明に係る線材においては、表２及び表３に示されるように、伸びと低サイクル屈曲回数は比例せず、伸線ひずみが高いものはクロム含有量、スズ含有量が少ないもの、伸線歪みが低いものも同様に、低サイクル屈曲回数は増加する。
【００６９】
このことは、クロムから構成された短繊維状部分を有する材料において、低サイクル屈曲では材料に蓄積されるひずみ量（転位密度）に依存すると考えられる。これは、クロムから構成された短繊維状部分を有する本発明に係る材料特有の現象である。このように、低サイクル屈曲においては伸線ひずみ量を小さくすることで屈曲に必要な変形能を有し、低サイクル屈曲回数向上効果を得ることができる。
【００７０】
なお、銅にクロム５ａｔ％、及び、スズ０．３ａｔ％を配合した合金において、８００℃  １時間の熱処理を行い、伸びを１３％まで向上させた線材を作製して、その評価を行ったところ、屈曲回数は平均３．１回であり、熱処理では伸びの大幅向上に伴う屈曲回数の向上効果は得られないことが確認された。
【図２】
2013151748.tif 000006
【図１】
2013151748.tif 000007
【図３】
2013151748.tif 000008
【図４】
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