(57)【要約】銅被覆鋼線は、パーライト組織を有する鋼からなる芯線と、芯線の表面を覆い、ＣｕまたはＣｕ合金からなる被覆層とを備える。上記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１質量％以上２．５質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎとを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。長手方向に垂直な断面において、芯線の表面粗さＲａの値が被覆層の厚みｔの２５％以上７０％以下である。
2019150667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーライト組織を有する鋼からなる芯線と、
前記芯線の表面を覆い、ＣｕまたはＣｕ合金からなる被覆層と、を備え、
前記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１質量％以上２．５質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎとを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
長手方向に垂直な断面において、前記芯線の表面粗さＲａの値が前記被覆層の厚みの２５％以上７０％以下である、銅被覆鋼線。
【請求項２】
前記鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のＮｉ、０．１質量％以上１．８質量％以下のＣｒ、０．１質量％以上０．４質量％以下のＭｏおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のＶからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有する、請求項１に記載の銅被覆鋼線。
【請求項３】
前記鋼は、０．５５質量％以上０．７質量％以下のＣと、１．３５質量％以上２．３質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、０．２質量％以上１．８質量％以下のＣｒと、０．０５質量％以上０．３０質量％以下のＶと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、請求項２に記載の銅被覆鋼線。
【請求項４】
前記鋼のＳｉの含有量が１．３５質量％以上２．３質量％以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項５】
前記鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１２質量％以上０．３２質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、請求項１に記載の銅被覆鋼線。
【請求項６】
前記鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．７質量％以上１．０質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、請求項１に記載の銅被覆鋼線。
【請求項７】
前記芯線と前記被覆層との界面には、前記芯線を構成する金属と前記被覆層を構成する金属との合金からなる合金層が形成されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項８】
引張強さが９００ＭＰａ以上３８００ＭＰａ以下である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項９】
導電率が１５％ＩＡＣＳ以上８０％ＩＡＣＳ以下である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項１０】
前記被覆層はめっき層である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項１１】
前記芯線と前記被覆層との界面における酸素濃度は１０質量％以下である、請求項１０に記載の銅被覆鋼線。
【請求項１２】
前記被覆層の表面に、Ａｕ層、Ａｇ層、Ｓｎ層、Ｐｄ層、Ｎｉ層、およびこれらの金属の合金層からなる群から選択される少なくとも１つを含む表面層をさらに備える、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項１３】
前記被覆層の厚みは１０μｍ以上６５μｍ以下である、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項１４】
前記芯線の直径は０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の銅被覆鋼線からなる、斜め巻きばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、銅被覆鋼線および斜め巻きばねに関するものである。
本出願は、２０１８年２月１日出願の日本出願第２０１８−０１６４４０号に基づく優先権を主張し、前記日本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。
【背景技術】
【０００２】
導電性と強度との両立が求められる部材として、鋼材の表面が銅で被覆された銅被覆鋼材が採用される場合がある。具体的には、たとえばトロリ線として用いられる銅被覆鋼線（たとえば、特許文献１参照）、接地電極として用いられる銅被覆鋼棒（たとえば、特許文献２参照）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８０３３７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５４１０８号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示に従った銅被覆鋼線は、パーライト組織を有する鋼からなる芯線と、芯線の表面を覆い、Ｃｕ（銅）またはＣｕ合金からなる被覆層と、を備える。上記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下のＣ（炭素）と、０．１質量％以上２．５質量％以下のＳｉ（珪素）と、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎ（マンガン）とを含有し、残部がＦｅ（鉄）および不可避的不純物からなる。長手方向に垂直な断面において、上記芯線の表面粗さＲａの値が上記被覆層の厚みの２５％以上７０％以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、銅被覆鋼線の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。
【図２】図２は、芯線と被覆層との界面付近の構造を示す概略断面図である。
【図３】図３は、変形例における銅被覆鋼線の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。
【図４】図４は、斜め巻きばねの構造を示す概略図である。
【図５】図５は、銅被覆鋼線および斜め巻きばねの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図６】図６は、銅被覆鋼線および斜め巻きばねの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】図７は、銅被覆鋼線および斜め巻きばねの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図８】図８は、銅被覆鋼線および斜め巻きばねの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図９】図９は、実施例の銅被覆鋼線の断面を示す写真である。
【図１０】図１０は、比較例の銅被覆鋼線の断面を示す写真である。
【図１１】図１１は、疲労強度試験の結果を示す図である。
【図１２】図１２は、疲労強度試験の結果を示す図である。
【図１３】図１３は、屈曲回数と導電率との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、屈曲回数と導電率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
［本開示が解決しようとする課題］
【０００７】
銅被覆鋼材のうち銅被覆鋼線は、繰返し応力が負荷される用途に用いられる場合がある。たとえば、銅被覆鋼線を用いて斜め巻きばねを作製することができる。斜め巻きばねは、導電性を有する材料を用いて作製されることにより、たとえば接点部品として使用することができる。
【０００８】
銅被覆鋼線からなる斜め巻きばねが使用されると、銅被覆鋼線には、繰返し応力が負荷される。この繰返し応力により、鋼からなる芯線とＣｕまたはＣｕ合金からなる被覆層との界面において割れが生じ、導電性の低下や線材の破断等が発生する場合がある。
【０００９】
そこで、芯線と被覆層との界面における割れの発生を抑制することが可能な銅被覆鋼線および斜め巻きばねを提供することを目的の１つとする。
［本開示の効果］
【００１０】
本開示によれば、芯線と被覆層との界面における割れの発生を抑制することができる。
【００１１】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の銅被覆鋼線は、パーライト組織を有する鋼からなる芯線と、芯線の表面を覆い、ＣｕまたはＣｕ合金からなる被覆層と、を備える。上記鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１質量％以上２．５質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎとを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。長手方向に垂直な断面において、上記芯線の表面粗さＲａの値が上記被覆層の厚みの２５％以上７０％以下である。
【００１２】
本開示の銅被覆鋼線においては、パーライト組織を有し、適切な成分組成の鋼からなる高強度な芯線が採用される。これにより、高い耐久性を確保することができる。また、芯線の表面は、導電性に優れたＣｕまたはＣｕ合金からなる被覆層により覆われる。これにより、高い導電性が確保される。
【００１３】
さらに、本開示の銅被覆鋼線においては、長手方向に垂直な断面において、芯線の表面粗さＲａの値が被覆層の厚みの２５％以上７０％以下に設定される。このように、芯線の表面に凹凸を形成することで、芯線と被覆層との結合強度が上昇する。その結果、芯線と被覆層との界面における割れの発生を抑制することができる。芯線の表面粗さＲａの値を被覆層の厚みの２５％以上に設定することにより、芯線と被覆層との結合強度を確実に向上させることができる。芯線の表面粗さＲａの値を被覆層の厚みの７０％以下に設定することにより、芯線の強度を十分に維持することができる。芯線の表面粗さＲａの値は、被覆層の厚みの３０％以上とすることが好ましく、３５％以上とすることがより好ましい。芯線の表面粗さＲａの値は、被覆層の厚みの６０％以下とすることが好ましく、５０％以下とすることがより好ましい。
【００１４】
以上のように、本開示の銅被覆鋼線によれば、芯線と被覆層との界面における割れの発生を抑制することができる。
【００１５】
上記銅被覆鋼線において、上記鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のＮｉ、０．１質量％以上１．８質量％以下のＣｒ、０．１質量％以上０．４質量％以下のＭｏおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のＶからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。このような成分組成の鋼からなる芯線が採用された場合でも、芯線と被覆層との界面における割れの発生を抑制することが可能な銅被覆鋼線を提供することができる。
【００１６】
ここで、芯線を構成する鋼の成分組成を上記範囲に限定した理由について説明する。
【００１７】
Ｃ：０．５質量％以上１．０質量％以下
Ｃは、パーライト組織を有する鋼の強度に大きな影響を与える元素である。銅被覆鋼線の芯線として十分な強度を得る観点から、Ｃ含有量は０．５質量％以上とする必要がある。一方、Ｃ含有量が多くなると靱性が低下し、加工が困難になるおそれがある。十分な靱性を確保する観点から、Ｃ含有量は１．０質量％以下とする必要がある。強度をさらに向上させる観点から、Ｃ含有量は０．６質量％以上とすることが好ましく、０．８質量％以上とすることがより好ましい。靱性を向上させて加工を容易とする観点から、Ｃ含有量は０．９５質量％以下とすることが好ましい。
【００１８】
Ｓｉ：０．１質量％以上２．５質量％以下
Ｓｉは、鋼の精錬において脱酸剤として添加される元素である。脱酸剤としての機能を果たすため、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上とする必要があり、０．１２質量％以上とすることが好ましい。また、Ｓｉは、鋼中において炭化物生成元素として機能し、加熱による軟化を抑制する性質（軟化抵抗性）を有する。銅被覆鋼線が加工された後に実施される歪みとり熱処理において軟化を抑制する観点から、Ｓｉ含有量は０．８質量％以上とすることが好ましく、１．８質量％以上としてもよい。一方、Ｓｉは過度に添加すると靱性を低下させる。十分な靱性を確保する観点から、Ｓｉ含有量は２．５質量％以下とする必要があり、２．３質量％以下とすることが好ましく、さらには２．２質量％以下としてもよい。靱性を重視する観点からは、Ｓｉ含有量は１．０質量％以下としてもよい。
【００１９】
Ｍｎ：０．３質量％以上０．９質量％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に鋼の精錬において脱酸剤として添加される元素である。脱酸剤としての機能を果たすため、Ｍｎの含有量は０．３質量％以上とする必要がある。一方、Ｍｎは過度に添加すると、靱性や熱間加工における加工性を低下させる。そのため、Ｍｎ含有量は０．９質量％以下とする必要がある。
【００２０】
不可避的不純物
芯線の製造工程において、Ｐ（リン）およびＳ（硫黄）が不可避的に芯線を構成する鋼中に混入する。ＰおよびＳは、過度に存在すると粒界偏析を生じたり、介在物を生成したりして、鋼の特性を悪化させる。そのため、ＰおよびＳの含有量は、それぞれ０．０２５質量％以下とすることが好ましい。また、不可避的不純物の含有量は、合計で０．３質量％以下とすることが好ましい。
【００２１】
Ｎｉ：０．１質量％以上０．４質量％以下
Ｎｉを添加することにより、芯線の伸線加工時や銅被覆鋼線の加工時における断線の発生が抑制される。この機能を確実に発揮させる観点から、Ｎｉは０．１質量％以上添加されてもよい。一方、０．４質量％を超えて添加してもＮｉの上記効果は飽和する。また、高価な元素であるＮｉを０．４質量％を超えて添加すると、芯線の製造コストが上昇する。そのため、Ｎｉの添加量は０．４質量％以下とすることが好ましい。
【００２２】
Ｃｒ：０．１質量％以上１．８質量％以下
Ｃｒは、鋼中において炭化物生成元素として機能し、微細な炭化物の生成による金属組織の微細化や加熱時の軟化抑制に寄与する。このような効果を確実に発揮させる観点から、Ｃｒは０．１質量％以上添加されてもよく、０．２質量％以上、さらには０．５質量％以上添加されてもよい。一方、Ｃｒの過度の添加は靱性低下の原因となる。そのため、Ｃｒの添加量は１．８質量％以下とすることが好ましい。Ｃｒの添加による上記効果は、Ｓｉ、Ｖとの共存によって、特に顕著となる。そのため、Ｃｒは、これらの元素とともに添加されることが好ましい。
【００２３】
Ｍｏ：０．１質量％以上０．４質量％以下
Ｍｏを添加することにより、耐久性を上昇させることができる。この機能を確実に発揮させる観点から、Ｍｏは０．１質量％以上添加されてもよい。一方、０．４質量％を超えて添加してもＭｏの上記効果は飽和する。また、高価な元素であるＭｏを０．４質量％を超えて添加すると、芯線の製造コストが上昇する。そのため、Ｍｏの添加量は０．４質量％以下とすることが好ましい。
【００２４】
Ｖ：０．０５質量％以上０．３質量％以下
Ｖは、鋼中において炭化物生成元素として機能し、微細な炭化物の生成による金属組織の微細化や加熱時の軟化抑制に寄与する。このような効果を確実に発揮させる観点から、Ｖは０．０５質量％以上添加されてもよい。一方、Ｖの過剰な添加は、靱性を低下させる。十分な靱性を確保する観点から、Ｖの添加量は０．３質量％以下とすることが好ましい。Ｖの添加による上記効果は、Ｓｉ、Ｃｒとの共存によって、特に顕著となる。そのため、Ｖは、これらの元素とともに添加されることが好ましい。
【００２５】
上記銅被覆鋼線において、上記鋼は、０．５５質量％以上０．７質量％以下のＣと、１．３５質量％以上２．３質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、０．２質量％以上１．８質量％以下のＣｒと、０．０５質量％以上０．３０質量％以下のＶと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。芯線を構成する鋼としてこのような成分組成の鋼を採用することにより、より確実に高い耐久性を得ることができる。
【００２６】
上記銅被覆鋼線において、上記鋼のＳｉの含有量は１．３５質量％以上２．３質量％以下であってもよい。Ｓｉの含有量を１．３５質量％以上とすることにより、歪みとり熱処理における軟化を抑制することができる。Ｓｉの含有量を２．３質量％以下とすることにより、靭性の低下を抑制することができる。
【００２７】
上記銅被覆鋼線において、上記鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１２質量％以上０．３２質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００２８】
また、上記銅被覆鋼線において、上記鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．７質量％以上１．０質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００２９】
芯線を構成する鋼としてこのような成分組成の鋼を採用することにより、より確実に高い耐久性を得ることができる。
【００３０】
上記銅被覆鋼線において、芯線と被覆層との界面には、芯線を構成する金属と被覆層を構成する金属との合金からなる合金層が形成されていてもよい。このようにすることにより、芯線と被覆層との結合力を増大させ、芯線と被覆層との界面における割れの発生をより確実に抑制することができる。
【００３１】
上記銅被覆鋼線の引張強さは９００ＭＰａ以上３８００ＭＰａ以下であってもよい。引張強さを９００ＭＰａ以上することにより、十分な強度を得ることが容易となる。引張強さを３８００ＭＰａ以下とすることにより、十分な加工性を確保することが容易となる。
【００３２】
上記銅被覆鋼線の導電率は１５％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上８０％ＩＡＣＳ以下であってもよい。このようにすることにより、種々の用途において十分な導電性を得ることが容易となる。
【００３３】
上記銅被覆鋼線において、被覆層はめっき層であってもよい。このようにすることにより、芯線と被覆層との結合力を増大させ、芯線と被覆層との界面における割れの発生をより確実に抑制することができる。
【００３４】
上記銅被覆鋼線において、芯線と被覆層との界面における酸素濃度は１０質量％以下であってもよい。このようにすることにより、芯線と被覆層（めっき層）との結合力を増大させ、芯線と被覆層との界面における割れの発生をより確実に抑制することができる。芯線と被覆層との界面における酸素濃度は５質量％以下とすることが好ましく、３質量％以下とすることがより好ましい。
【００３５】
上記銅被覆鋼線は、上記被覆層の表面に、Ａｕ（金）層、Ａｇ（銀）層、Ｓｎ（スズ）層、Ｐｄ（パラジウム）層、Ｎｉ（ニッケル）層、およびこれらの金属の合金層からなる群から選択される少なくとも１つを含む表面層をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、銅被覆鋼線の表面における耐食性、はんだ付け性、導電性、疲労強度などを向上させることができる。
【００３６】
上記銅被覆鋼線において、上記被覆層の厚みは１０μｍ以上６５μｍ以下であってもよい。被覆層の厚みを１０μｍ以上とすることにより、十分な導電性を得ることが容易となる。被覆層の厚みを６５μｍ以下とすることにより、高い強度を得ることが容易となる。
より高い強度を得る観点から、被覆層の厚みは５０μｍ以下としてもよい。
【００３７】
上記銅被覆鋼線において、芯線の直径は０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であってもよい。このようにすることにより、斜め巻きばねなどの導電性部品の製造に特に適した銅被覆鋼線を得ることができる。
【００３８】
本開示の斜め巻きばねは、上記銅被覆鋼線からなる。芯線と被覆層との界面における割れの発生が抑制された上記本開示の銅被覆鋼線からなることにより、本開示の斜め巻きばねによれば、耐久性に優れた斜め巻きばねを提供することができる。
【００３９】
［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示にかかる銅被覆鋼線および斜め巻きばねの実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００４０】
図１を参照して、本実施の形態における銅被覆鋼線１は、芯線１０と、被覆層２０とを備える。芯線１０は、パーライト組織を有する鋼からなる。被覆層２０は、芯線１０の表面１１を覆う。被覆層２０は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる。銅被覆鋼線１の長手方向に垂直な断面は円形である。
【００４１】
芯線１０を構成する鋼は、０．５質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１質量％以上２．５質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎとを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。
【００４２】
長手方向に垂直な断面において、芯線１０の表面１１の表面粗さＲａの値は、被覆層２０の厚みｔの２５％以上７０％以下である。ここで、被覆層２０の厚みｔは、以下のように決定することができる。まず、長手方向に垂直な断面における芯線１０の面積を測定する。次に、得られた面積に対応する円（図１において破線で示す）の半径（円相当半径）を算出する。そして、銅被覆鋼線１の半径と芯線１０の円相当半径との差を被覆層２０の厚みｔとする。
【００４３】
銅被覆鋼線１においては、パーライト組織を有し、適切な成分組成の鋼からなる高強度な芯線１０が採用されている。これにより、高い耐久性が確保されている。また、芯線１０の表面１１は、導電性に優れたＣｕまたはＣｕ合金からなる被覆層２０により覆われている。これにより、高い導電性が確保されている。
【００４４】
さらに、銅被覆鋼線１においては、長手方向に垂直な断面において、芯線１０の表面粗さＲａの値が被覆層２０の厚みの２５％以上７０％以下に設定されている。このように、芯線１０の表面１１に凹凸を形成することで、芯線１０と被覆層２０との結合強度が上昇する。その結果、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生を抑制することができる。このように、本実施の形態の銅被覆鋼線１は、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生が抑制された銅被覆鋼線となっている。
【００４５】
図２は、芯線１０と被覆層２０との界面付近の構造を示す概略断面図である。図２を参照して、本実施の形態において、芯線１０と被覆層２０との界面には、芯線１０を構成する金属と被覆層２０を構成する金属との合金からなる合金層１９が形成されている。本開示の銅被覆鋼線において合金層１９の存在は必須ではないが、合金層１９を含む本実施の形態の銅被覆鋼線１においては、芯線１０と被覆層２０との結合力が増大し、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生がより確実に抑制されている。
【００４６】
図３は、変形例における銅被覆鋼線１の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。図３および図１を参照して、変形例における銅被覆鋼線１は、基本的には図１および図２を参照して説明した銅被覆鋼線１と同様の構造を有する。しかし、変形例における銅被覆鋼線１は、被覆層２０の表面２１に、Ａｕ層、Ａｇ層、Ｓｎ層、Ｐｄ層、Ｎｉ層、およびこれらの金属の合金層からなる群から選択される少なくとも１つを含む表面層３０を備える点において、上記図１の銅被覆鋼線１とは異なっている。本開示の銅被覆鋼線において表面層３０の存在は必須ではないが、表面層３０を含む本実施の形態の銅被覆鋼線１においては、銅被覆鋼線１の表面における耐食性、はんだ付け性、導電性、疲労強度などを向上させることができる。
【００４７】
図４は、斜め巻きばねの構造を示す概略図である。図４を参照して、本実施の形態における斜め巻きばね２は、本実施の形態における銅被覆鋼線１からなっている。斜め巻きばね２は、つる巻きばねであって、中心軸Ａに沿う方向（軸方向）に垂直な面に対して傾斜して銅被覆鋼線１が巻かれた構造を有する。斜め巻きばね２は、軸方向に垂直な方向に荷重が負荷されるように使用される。
【００４８】
斜め巻きばね２は、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生が抑制された銅被覆鋼線１からなることにより、耐久性に優れた斜め巻きばねとなっている。
【００４９】
銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、芯線１０を構成する鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のＮｉ、０．１質量％以上１．８質量％以下のＣｒ、０．１質量％以上０．４質量％以下のＭｏおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のＶからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。このような成分組成の鋼からなる芯線１０が採用された場合でも、銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２は、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生が抑制され、耐久性に優れたものとなる。
【００５０】
銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、芯線１０を構成する鋼のＳｉの含有量は１．３５質量％以上２．３質量％以下であってもよい。Ｓｉの含有量を１．３５質量％以上とすることにより、熱処理における軟化を抑制することができる。Ｓｉの含有量を２．３質量％以下とすることにより、靭性の低下を抑制することができる。
【００５１】
銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、芯線１０を構成する鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１２質量％以上０．３２質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００５２】
また、銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、芯線１０を構成する鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．７質量％以上１．０質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００５３】
また、銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、芯線１０を構成する鋼は、０．５５質量％以上０．７質量％以下のＣと、１．３５質量％以上２．３質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、０．２質量％以上１．８質量％以下のＣｒと、０．０５質量％以上０．３０質量％以下のＶと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００５４】
芯線１０を構成する鋼としてこのような成分組成の鋼を採用することにより、より確実に高い耐久性を得ることができる。
【００５５】
銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、被覆層２０はめっき層であってもよい。
これにより、芯線１０と被覆層２０との結合力を増大させ、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生をより確実に抑制することができる。
【００５６】
銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、芯線１０と被覆層２０との界面における酸素濃度は１０質量％以下であることが好ましい。これにより、芯線１０と被覆層２０（めっき層）との結合力を増大させ、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生をより確実に抑制することができる。なお、芯線１０と被覆層２０との界面における酸素濃度は、たとえば銅被覆鋼線１の長手方向に垂直な断面において芯線１０と被覆層２０との界面を含む一辺３００μｍの正方形領域に対してＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による定量分析を実施することにより測定することができる。
【００５７】
銅被覆鋼線１の引張強さは９００ＭＰａ以上３８００ＭＰａ以下であることが好ましい。引張強さを９００ＭＰａ以上することにより、十分な強度を得ることが容易となる。引張強さを３８００ＭＰａ以下とすることにより、十分な加工性を確保することが容易となる。
【００５８】
銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２の導電率は１５％ＩＡＣＳ以上８０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。これにより、種々の用途において十分な導電性を得ることが容易となる。
【００５９】
銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２において、被覆層２０の厚みは１０μｍ以上６５μｍ以下であることが好ましい。被覆層２０の厚みを１０μｍ以上とすることにより、十分な導電性を得ることが容易となる。被覆層２０の厚みを６５μｍ以下とすることにより、高い強度を得ることが容易となる。
【００６０】
銅被覆鋼線１において、芯線１０の直径は０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、斜め巻きばねなどの導電性部品の製造に特に適した銅被覆鋼線を得ることができる。
【００６１】
次に、銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２の製造方法の一例について説明する。図５を参照して、本実施の形態の銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）として原料鋼線準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、芯線１０となるべき鋼線が準備される。具体的には、０．５質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１質量％以上２．５質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎとを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼から構成される鋼線が準備される。鋼線を構成する鋼は、０．１質量％以上０．４質量％以下のＮｉ、０．１質量％以上１．８質量％以下のＣｒ、０．１質量％以上０．４質量％以下のＭｏおよび０．０５質量％以上０．３質量％以下のＶからなる群から選択される一種以上の元素をさらに含有していてもよい。
【００６２】
次に、工程（Ｓ２０）としてパテンティング工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された原料鋼線に対してパテンティングが実施される。
具体的には、原料鋼線がオーステナイト化温度（Ａ１点）以上の温度域に加熱された後、マルテンサイト変態開始温度（ＭＳ点）よりも高い温度域まで急冷され、当該温度域で保持される熱処理が実施される。これにより、原料鋼線の金属組織がラメラ間隔の小さい微細パーライト組織となる。ここで、上記パテンティング処理において、原料鋼線をＡ１点以上の温度域に加熱する処理は、脱炭の発生を抑制する観点から不活性ガス雰囲気中で実施される。
【００６３】
次に、工程（Ｓ３０）として第１伸線工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）においてパテンティングが実施された原料鋼線が伸線加工（引抜き加工）される。これにより、図６を参照して、パーライト組織を有し、長手方向に垂直な断面が円形である芯線１０が得られる。
【００６４】
次に、工程（Ｓ４０）として粗面化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において伸線加工が実施されて得られた芯線１０に対して、表面粗さを増大させる粗面化処理が実施される。具体的には、図６および図７を参照して、芯線１０の表面１１を、塩酸、硫酸などの酸に接触させることにより表面粗さを増大させる。塩酸の濃度は、たとえば３５％とすることができる。硫酸の濃度は、たとえば６５％とすることができる。鋼線の製造プロセスにおいて、鋼線の表面の清浄化や酸化被膜の除去を目的として、酸洗処理が実施される場合がある。しかし、工程（Ｓ４０）における粗面化処理は一般的な酸洗処理とは異なり、高濃度の酸や腐食性の高い酸を用いることや、酸に接触させる時間を長くすることにより、粗面化を達成する。この時点における表面粗さＲａは、たとえば０．８μｍ以上とすることができる。粗面化処理としては、酸に接触させる処理に代えて、または酸に接触させる処理に加えて、研磨用不織布を芯線１０の表面１１に押し付けつつ相対的に移動させる等の処理により機械的に粗面化を達成する処理を実施してもよい。
【００６５】
次に、工程（Ｓ５０）として被覆層形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図７および図８を参照して、工程（Ｓ４０）において粗面化処理が実施された芯線１０の表面１１を覆うように、ＣｕまたはＣｕ合金からなる被覆層２０が形成される。工程（Ｓ５０）において形成される被覆層２０の厚みは、たとえば３０μｍ以上９０μｍ以下である。被覆層２０は、たとえばめっきにより形成されてもよいし、別途準備された被覆層２０となるべき部材を芯線１０に対して機械的に一体化して得られるクラッド層として形成してもよい。
【００６６】
次に、工程（Ｓ６０）として第２伸線工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図８および図１を参照して、工程（Ｓ５０）において被覆層２０が形成された芯線１０が伸線加工される。これにより、所望の線径を有する銅被覆鋼線１が得られる。工程（Ｓ６０）における加工度（減面率）および真歪は、たとえばそれぞれ９０％以上および２．３以上とすることができる。加工度８５％以下、真歪２．０以下とされる通常の伸線加工よりも強い加工を実施することにより、芯線１０の表面１１に十分な表面粗さを付与することができる。また、工程（Ｓ６０）において強い加工を実施することにより、合金層１９を形成することも容易となる。以上の手順により、本実施の形態における銅被覆鋼線１の製造が完了する。以下、銅被覆鋼線１を用いた斜め巻きばね２の製造方法を説明する。
【００６７】
次に、工程（Ｓ７０）としてばね加工工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図１および図４を参照して、工程（Ｓ６０）において得られた銅被覆鋼線１が斜め巻きばね２の形状に加工される。具体的には、銅被覆鋼線１がらせん状に加工されて、斜め巻きばね２の形状に成形される。
【００６８】
次に、工程（Ｓ８０）として歪みとり工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、工程（Ｓ７０）において斜め巻きばね２の形状に成形された銅被覆鋼線１に対して、２５０℃以上４００℃以下の温度域に加熱する熱処理が実施される。これにより、工程（Ｓ７０）における加工により銅被覆鋼線１に導入された歪みが低減される。その結果、広い非線形領域を得ることが可能となる。以上の手順により、本実施の形態の斜め巻きばね２の製造が完了する。
【００６９】
本実施の形態の銅被覆鋼線および斜め巻きばねの製造方法によれば、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生を抑制することが可能な本実施の形態の銅被覆鋼線１および斜め巻きばね２を容易に製造することができる。
【００７０】
工程（Ｓ１０）において準備される原料鋼線を構成する鋼のＳｉの含有量は１．３５質量％以上２．３質量％以下であってもよい。
【００７１】
また、工程（Ｓ１０）において準備される原料鋼線を構成する鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．１２質量％以上０．３２質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００７２】
また、工程（Ｓ１０）において準備される原料鋼線を構成する鋼は、０．６質量％以上１．０質量％以下のＣと、０．７質量％以上１．０質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００７３】
また、工程（Ｓ１０）において準備される原料鋼線を構成する鋼は、０．５５質量％以上０．７質量％以下のＣと、１．３５質量％以上２．３質量％以下のＳｉと、０．３質量％以上０．９質量％以下のＭｎと、０．２質量％以上１．８質量％以下のＣｒと、０．０５質量％以上０．３０質量％以下のＶと、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。
【００７４】
芯線を構成する鋼としてこのような成分組成の鋼を採用することにより、より確実に高い耐久性を得ることができる。
【実施例】
【００７５】
長手方向に垂直な断面における被覆層の厚みに対する芯線の表面粗さＲａの値が銅被覆鋼線の特性に与える影響を調査する実験を行った。まず、上記実施の形態の工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）までを実施し、銅被覆鋼線１のサンプルを作製した。工程（Ｓ１０）において準備される原料鋼線を構成する鋼としては、０．８２質量％のＣと、０．２２質量％のＳｉと、０．４５質量％のＭｎとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を採用した。不可避的不純物として含まれる元素の量を分析した結果、Ｐは０．０１１質量％、Ｓは０．００８質量％、Ｃｕは０．０００質量％であった。工程（Ｓ５０）においては、めっきにより純銅からなる被覆層２０を形成した（実施例）。比較のため、工程（Ｓ４０）を省略し、同様にサンプルを作製した（比較例）。実施例および比較例のサンプルの長手方向に垂直な断面の写真を、それぞれ図９および図１０に示す。【００７６】
図１０を参照して、工程（Ｓ４０）を実施しない場合、芯線１０の表面はなめらかな真円形状を有している。これに対し、図９に示すように、工程（Ｓ４０）を実施することにより、芯線１０の表面粗さを大きくできることが確認された。【００７７】
次に、芯線１０の外径および被覆層２０の厚みを変化させるとともに、工程（Ｓ４０）の条件を変えて芯線１０の表面１１の粗さを変化させたサンプル（サンプルＡ〜Ｈ）を作製し、引張試験、導電率測定および疲労試験を実施した。疲労試験としては、ハンター式疲労試験を実施した。銅被覆鋼線１の構造および試験結果を表１に示す。また、疲労試験における破断までの応力繰返し回数と応力振幅との関係（Ｓ−Ｎ線図）を図１１および図１２に示す。さらに、サンプルの屈曲を繰返し、屈曲回数と導電率との関係を調査した。
調査結果を図１３および図１４に示す。【００７８】
【表１】
2019150667.tif 000003
【００７９】
表１において、「線径」は銅被覆鋼線１の外径を意味する。「芯線径」は芯線１０の円相当径（円相当半径の２倍）を意味する。「被覆層厚み」は被覆層２０の厚みｔを意味する。「表面粗さの割合」は、長手方向に垂直な断面における被覆層２０の厚みｔに対する芯線１０の表面粗さＲａの値の割合を意味する。「引張強さ」は、銅被覆鋼線１の引張試験における破断荷重を意味する。「導電率」は、導電率測定によって得られた銅被覆鋼線１の導電率を意味する。「応力振幅」は、疲労試験において１×１０８回の応力の繰返しによっても銅被覆鋼線１が破断しない最大の応力振幅を意味する。サンプルＡ〜Ｄは、本開示の銅被覆鋼線である実施例に対応する。サンプルＥ〜Ｈは、本開示の銅被覆鋼線の範囲外である比較例に対応する。【００８０】
表１を参照して、サンプルＡ〜Ｈの引張強さおよび導電率は、それぞれ９００ＭＰａ以上３８００ＭＰａ以下および１５％ＩＡＣＳ以上８０％ＩＡＣＳ以下であり、適切な範囲となっていることが確認される。表１および図１１〜図１２を参照して、銅被覆鋼線１の構造において表面粗さの割合のみが異なるサンプルＡとＥ、ＢとＦ、ＣとＧおよびＤとＨとをそれぞれ比較すると、表面粗さの割合が２５〜７０％の範囲外である比較例（サンプルＥ〜Ｈ）に比べて、２５〜７０％の範囲内である実施例（サンプルＡ〜Ｄ）においては、疲労強度が向上していることが分かる。また、表１および図１３〜図１４を参照して、同様に導電率についてサンプルＡとＥ、ＢとＦ、ＣとＧおよびＤとＨとをそれぞれ比較すると、屈曲を実施する前の状態においては実施例（サンプルＡ〜Ｄ）と比較例（サンプルＥ〜Ｈ）とは同等の導電率であるにもかかわらず、屈曲を繰り返すと実施例は比較例に比べて導電率の低下が小さくなっている。これは、表面粗さの割合が２５〜７０％の範囲外である比較例に比べて、２５〜７０％の範囲内である実施例においては、芯線１０と被覆層２０との界面における割れの発生が抑制されたためであると考えられる。【００８１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８２】
１  銅被覆鋼線
１０  芯線
１１  表面
１９  合金層
２０  被覆層
２１  表面
３０  表面層
【図１】
2019150667.tif 000004
【図２】
2019150667.tif 000005
【図３】
2019150667.tif 000006
【図４】
2019150667.tif 000007
【図５】
2019150667.tif 000008
【図６】
2019150667.tif 000009
【図７】
2019150667.tif 000010
【図８】
2019150667.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2019150667.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2019150667.tif 000015
【図１３】
2019150667.tif 000016
【図１４】
2019150667.tif 000017
【国際調査報告】
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2019150667.tif 000019
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