希薄銅合金材料を用いた横巻線
【課題】本発明の目的は、従来の横巻線よりも、コイルの小型化に伴いより小さな径で曲げても絶縁性能の低下がなく、スプリングバックの発生が抑えられ、コイル成形時の作業性を向上することができる希薄銅合金材料を用いた横巻線を提供することにある。
【解決手段】本発明は、導体と、前記導体に長尺体が巻回されて形成された横巻層とを備えた横巻線において、前記導体がＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が銅及び不可避的不純物であり、前記銅中の酸素が前記添加元素との酸化物として存在し、前記導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である表層を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、導体と、前記導体に長尺体が巻回されて形成された横巻層とを備えた横巻線において、前記導体がＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が銅及び不可避的不純物であり、前記銅中の酸素が前記添加元素との酸化物として存在し、前記導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である表層を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機、変圧器、モータ、リアクトルなどのコイルに使用される新規な希薄銅合金材料を用いた横巻線に関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）ガラス巻線
横巻線の中で、銅線にガラス糸束を巻いて、そのガラス糸束層に電気絶縁ワニスを含浸硬化して成るガラス巻線は、主に風力発電機など大型発電機、車輌用モータなどのコイルに使用されている。
【０００３】
ガラス糸束は、直径５μｍ、７μｍなどのガラス糸を複数本（例えば、１００本、２００本）束ねたものである。ガラス糸の束は、ガラス巻線を曲げた際の曲率半径が小さいと折れやすいので一重のみでなく、二重以上巻くこともある。また、ガラス糸の束を巻いただけでは絶縁を保つことができないため、ガラス糸束層に許容最高温度が１３０℃から、４００℃まで適する耐熱性絶縁ワニスを均一に塗付焼付けるのが一般的である。
【０００４】
ガラス糸は伸縮性が良くないので、このようにガラス糸の太さ、ガラス糸の本数、ガラス糸束の巻き方を工夫して、発電機、モータのコイル成形時にガラス糸が切れないように注意を払うことが発電機、モータの絶縁性能を保証するために必要である。
【０００５】
しかし、銅線の断面積が大きいガラス巻線ほど、またガラス巻線を曲げる場合の曲率半径が小さいほど、ガラス糸束層に掛かるストレスは大きくなり、ガラス糸が切れやすくなり、絶縁性能が低下する恐れがある。また、銅線の断面積が大きいほど、ガラス巻線を変形させるのに大きな力が必要となり、作業性が低下する恐れがある。
【０００６】
（２）紙巻線
横巻線の中で、銅線に絶縁紙テープを巻いた紙巻線は、主に油入り変圧器のコイルに使用されている。
【０００７】
紙巻線には絶縁油が染み込みやすいクラフト紙が主に使用され、クラフト紙を銅線へ巻きつけるにあたり、クラフト紙を１ｍｍ以上オーバーラップして重ねて巻く。これは紙巻線を曲げた際に導体の露出を防ぐためである。
【０００８】
クラフト紙には、厚さ５０μｍ、７５μｍなどのものがあり、クラフト紙は薄いので曲げた際の曲率半径が小さいと破れやすい。そのため、２枚以上重ね巻きをすることもある。また外傷を受けやすい一番外側のクラフト紙には、例えば厚さ１２５μｍの厚いクラフト紙を巻くこともある。
【０００９】
クラフト紙は伸縮性が良くないので、このように紙の厚さ、紙の枚数、紙の巻き方を工夫して、変圧器のコイル成形時に紙が破れないように注意を払うことが変圧器の絶縁性能を保証するために必要である。
【００１０】
しかし、導体の断面積が大きい紙巻線ほど、また紙巻線をコイル巻する場合の曲率半径が小さいほど、紙にかかるストレスは大きくなり、紙が破れやすくなり、絶縁性能が低下する恐れがある。また、銅線の断面積が大きいほど、紙巻線をコイル巻するのに大きな力が必要となり、作業性が低下する恐れがある。
【００１１】
また、紙巻線をコイルに成形加工する際、線が硬いとスプリングバックしやすく、紙巻線がスプリングバックすると紙に掛かっていた張力が緩みやすく、再度巻き直しても一旦緩んだ紙の張力は元に戻らず、絶縁性能は低下する。
【００１２】
また、紙巻線をコイルに成形加工する際、線が硬いと紙巻線をコイルの形状に納めるために木槌で叩いて成形することもあるが、木槌で紙巻線を叩くことで絶縁耐圧は低下する。
【００１３】
（２）テープ、フィルム巻線
更に、横巻線の中で、芳香族ポリアミド紙、ポリイミドフィルムなどの有機ポリマテープ、無機のマイカテープなどを巻いたテープ巻線もあり、主に小型・中型発電機、車輌用モータ、小型乾式変圧器のコイルに使用されている。
【００１４】
これらの巻線も銅線の断面積が大きいほど、また、コイル巻する場合の曲率半径が小さいほど、芳香族ポリアミド紙、無機のマイカテープなどにかかるストレスが大きく、破れやすくなり、絶縁性能が低下する恐れがある。また、銅線の断面積が大きいほど、コイル巻するのに大きな力が必要となり、作業性が低下する恐れがある。
【００１５】
又、以上の横巻層として、絶縁紙テープを巻いた紙巻線、ガラス巻線、テープ巻線などを組合せて巻いた複合巻線を横巻線に使用できる。
【００１６】
特許文献１には、平角導体に巻回された無機微粒子分散ポリイミドエナメル被覆層とその上に巻回された耐熱含浸塗料耐熱繊維材料層を有する高耐熱巻線が示され、平角導体として、銅線、銀線、ニッケル線等が示されている。
【００１７】
特許文献２には、平角導体に接着剤が塗布された絶縁テープが巻回された横巻線が示され、平角導体として、銅線が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−３６３６６８号公報
【特許文献２】特開平９−２５６０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
横巻線を使用している発電機、変圧器、モータ、リアクトルコイルを製造する分野では、小型化したい要望はあるものの、小さな径で曲げると導体が硬いため、指定の形状に合わせるために、木槌でたたく等して行うが、作業効率が低下する問題がある。また、たたくことで被覆が痛み、き裂が発生したり、絶縁性能が低下する恐れがある。
【００２０】
よって、作業の効率向上、品質向上のため、軟らかい横巻線が望まれている。この要求に応えるために、例えば、ＪＩＳ Ｃ ３１０４−１９９４に規定されている４号平角銅線（軟質のものでエッジワイズに曲げて使用するもの）の材料を使用するなど対応している。しかしながら、未だに十分なレベルとはいえず、さらに軟らかい材料が求められる。
【００２１】
一方で、横巻線に使用する導体としてはタフピッチ銅（ＴＰＣ）又は無酸素銅（ＯＦＣ）が一般的であるが、焼鈍時間を長くする、焼鈍温度を上げるなどの焼鈍条件を上げて導体を軟らかくする考え方がありうるが、この場合、ポット焼鈍炉内でボビンを巻いた銅線同士が粘着しやすくなるという問題がある。
【００２２】
本発明の目的は、従来の横巻線よりも、コイルの小型化に伴いより小さな径で曲げても絶縁性能の低下がなく、スプリングバックの発生が抑えられ、コイル成形時の作業性を向上することができる希薄銅合金材料を用いた横巻線を提供することにある。
【００２３】
また、本発明の他の目的は、従来の横巻線よりも、軟質でありながら、導体同士の粘着がなく、生産性に優れた希薄銅合金材料を用いた横巻線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、導体と、前記導体に長尺体が巻回されて形成された横巻層とを備えた横巻線において、前記導体がＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が銅及び不可避的不純物であり、前記銅中の酸素が前記添加元素との酸化物として存在し、前記導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である表層を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の横巻線は、前記導体の表面の平均結晶粒サイズよりも、前記導体の内部の平均結晶粒サイズの方が大きい結晶組織を有する希薄銅合金材料を用いること、前記導体は２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素を含有する希薄銅合金材料を用いること、前記導体は前記添加元素として、４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを含有する希薄銅合金材料を用いること、前記添加元素としてのＴｉがＴｉＯ、ＴｉＯ２又はＴｉ−Ｏ−ＳのＴｉ酸化物として形成されている希薄銅合金材料を用いること、前記長尺体にガラス糸束又は絶縁テープを用いることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る横巻線に使用する導体は、添加元素（例えばＴｉ）が不純物である硫黄（Ｓ）をトラップするので、銅母相（マトリックス）が高純度化し、素材の軟質特性が向上する。このため、かかる導体を使用した横巻線は、曲げ性に優れ、軟らかい横巻線を実現することができる。
【００２７】
本発明においては、希薄銅合金を導体に用いた横巻線で現状レベルより軟らかい巻線を得るもので、ＴＰＣと同じ焼鈍条件で焼鈍した希薄銅合金を導体にした横巻線でも軟らかいが、ＴＰＣでは粘着する温度の高い焼鈍条件で焼鈍した希薄銅合金を導体にした横巻線はさらに軟らかく、しかもポット焼鈍炉内で線同士が粘着しない。
【００２８】
即ち、本発明では横巻線の導体に４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉ等を含有させた希薄銅合金線を用いることにより、合金線の表面が微細結晶粒を有し、その内部がその表面より結晶粒が大きい結晶とすることにより軟らかいものとすることができる。
【００２９】
（１）銅導体への添加元素について
添加元素としてＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択される元素を選択した理由は、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）を高純度化し、素材の硬さを低下させることができるためである。添加元素は１種類又は２種以上含まれる。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及び不純物を合金に含有させることもできる。
【００３０】
添加元素として、Ｔｉ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒの１種又は２種以上の合計の含有量は４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍであり、より１０〜２０ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましく、Ｍｇの含有量は２〜３０ｍａｓｓ ｐｐｍ、より５〜１０ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましく、Ｚｒ、Ｎｂの含有量は８〜１００ｍａｓｓ ｐｐｍ、より２０〜４０ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましい。
【００３１】
また、後述する好適な実施の形態においては、酸素含有量が２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下が良好であり、添加元素の添加量及び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、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え４００ｍａｓｓ ｐｐｍを含むことができる。
【００３２】
Ｓの含有量は、２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍ、より３〜８ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましい。
（２）添加元素の組成比率について
本実施の形態に係る横巻線は、例えば、発電機、変圧器、モータ、リアクトルなどのコイルに使用されるものであるという観点から、より導電性が高いものが好まれる。
【００３３】
例えば、本発明に係る横巻線は、導電率９８％ＩＡＣＳ（万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅｌｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上、抵抗率１．７２４１×１０−８Ωｍを１００％とした場合の導電率）、好ましくは１００％ＩＡＣＳ以上、より好ましくは１０２％ＩＡＣＳ以上を満足する軟質型銅材としての軟質希薄銅合金材料を用いて構成される。
【００３４】
導電率が９８％ＩＡＣＳ以上の軟質希薄銅合金材料を得る場合、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン等とを含むもので、この軟質希薄銅合金材料からワイヤロッド（荒引き線）を製造する。
【００３５】
ここで、導電率が１００％ＩＡＣＳ以上の軟質希薄銅合金材料を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４〜３７ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン等とを含むものである。
【００３６】
また、導電率が１０２％ＩＡＣＳ以上の軟質希薄銅合金材料を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン等とを含むものである。
【００３７】
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の中に取り込まれるので、硫黄を３ｍａｓｓ ｐｐｍ以下にすることは困難である。汎用電気銅の硫黄濃度の上限は、１２ｍａｓｓ ｐｐｍである。
【００３８】
本発明では、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素を含有していることから、いわゆる低酸素銅（ＬＯＣ）を対象としている。
【００３９】
酸素濃度が低い場合、横巻線に使用する導体の硬度が低下しにくいので、酸素濃度は２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量に制御する。また、酸素濃度が高い場合、熱間圧延工程で胴体の表面に傷が生じやすくなるので、３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下に制御する。
【００４０】
（３）横巻線に使用する銅導体の結晶組織について
本発明に係る横巻線に使用する銅導体は、銅導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズを４９μｍ以下とするものである。
【００４１】
特に表層に微細な結晶が存在することで、二次再結晶して粗大な結晶となることが少ないため、隣り合う導体同士が接触していても、粘着する恐れが少なくなることが期待できるためである。この理由として、二次再結晶する際に粗大結晶となるときに隣の小さな結晶粒界を取り込みながら成長する。表層に微細な結晶がある場合は、隣り合う結晶粒界が微細なため、二次再結晶による結晶粗大化が表面で起こり難いために、隣り合う導体同士で粘着が起こり難いと考えられるからである。
【００４２】
タフピッチ銅（ＴＰＣ）は、本発明に係る軟質希薄銅合金材料やＯＦＣと比べて、結晶組織が小さいが、内部にＣｕ２Ｏ（亜酸化銅）を含むため、隣り合う導体同士が粘着しやすい。ＯＦＣは内部に酸素をほとんど含まないため、粘着が発生し難い。本発明に係る軟質希薄銅合金材料は、酸素を含むものの、ＴｉＯ２等酸化物として存在するため、添加元素と強固に結合しているため、酸素の働きをしないようにしているため、粘着が発生し難い。
【００４３】
これに対して、ＯＦＣは、タフピッチ銅（ＴＰＣ）よりも粘着の発生が少ないことが知られている。これはＯＦＣがタフピッチ銅よりも不純物の量が少ないことに起因するものであると考えられる。一方で、ＯＦＣに対して過焼鈍の条件（例えば、６５０℃×６０ｍｉｎ）を適用すると、表面における結晶粒が大きくなり、粘着してしまう。本発明は、過焼鈍の領域においても、二次再結晶による結晶粗大化が表面で起こり難いために、隣り合う導体同士で粘着が起こり難いというメリットがある。
【００４４】
本発明に係る銅導体は、結晶組織が少なくとも表面から銅導体の内部に向けてその表面から厚さの２０％の深さまでの平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である。好ましくは、表層の平均結晶粒サイズが５〜１５μｍであり、その内部の中心部の平均結晶粒サイズが５０〜１００μｍである。
【００４５】
表層に平均結晶粒サイズが４９μｍ以下の微細な結晶粒が存在することで、材料の引張り強さや伸び率の向上が期待できるためである。この理由として、引張り変形により粒界近傍に導入される局所ひずみが、結晶粒径が微細なほど小さくなり、粒界応力集中の緩和に寄与し、これに伴い、粒界応力集中が低減して粒界破壊が抑制されると考えられるからである。
【００４６】
また、本発明において、銅導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下とは、導体の表面にのみ微細結晶層が存在する構成に限定されるものではなく、本発明の効果を備える限りにおいては、線径の深さ方向の線材の中心部に近い領域に微細結晶層が存在する態様を排除するものではない。
【００４７】
（４）銅導体中に分散している物質について
本発明に係る横巻線に使用する銅導体内に分散している分散粒子のサイズは小さいことが好ましく、また、導体内に分散粒子が多く分散していることが好ましい。その理由は、分散粒子は、硫黄の析出サイトとしての機能を有するからであり、析出サイトとしてはサイズが小さく、数が多いことが要求され、ひいては分散粒子の形成及び分散粒子への硫黄の析出は、銅母材のマトリックスの純度を向上させ、材料硬さの低減に寄与するからである。
【００４８】
具体的には、銅導体に含まれる硫黄及びチタンは、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物又はＴｉＯ、ＴｉＯ２、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物の凝集物として含まれ、残部のＴｉ及びＳが固溶体として含まれる。他の添加元素においても同様の化合物又は凝集物として含まれ、それ以外は固溶体として含まれる。
【００４９】
（５）本発明に係る横巻線に使用する銅導体の製造方法について
本発明に係る横巻線に使用する銅導体の製造方法として、Ｔｉを添加元素に選択した場合を説明する。
【００５０】
まず、横巻線の原料としてのＴｉを含む軟質希薄銅合金材料を準備する（原料準備工程）。次に、この軟質希薄銅合金材料を１１００℃以上１３２０℃以下の溶銅温度で溶湯にする（溶湯製造工程）。
【００５１】
次に、溶湯からワイヤロッドを作製する（ワイヤロッド作製工程）。
続いて、ワイヤロッドに８８０℃以下５５０℃以上の温度で熱間圧延を施す（熱間圧延工程）。
【００５２】
更に、熱間圧延工程を経たワイヤロッドに伸線加工及び熱処理を施す（伸線加工、熱処理工程）。この熱処理方法としては、管状炉を用いた走行焼鈍や、抵抗発熱を利用した通電アニーラによる走行焼鈍などが適用できる。その他、バッチ式の焼鈍も可能である。これらの焼鈍により、本実施の形態に係る横巻線に使用する導体が製造される。
【００５３】
この導体の製造には、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンとを含む軟質希薄銅合金材料を用いるのが好ましい。
【００５４】
そこで、本発明者らは、本発明に係る横巻線に使用する導体の硬度の低下と、この導体の導電率の向上とを実現すべく、以下の二つの方策を検討した。そして、以下の二つの方策を銅ワイヤロッドの製造に併せ用いることで、本発明に係る横巻線に使用する導体を得ることができる。
【００５５】
第１の方策は、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の銅に、チタン（Ｔｉ）を添加した状態で、Ｃｕの溶湯を作製することである。この溶湯中においては、ＴｉＳとチタンの酸化物（例えば、ＴｉＯ２）とＴｉ−Ｏ−Ｓ粒子とが形成されると考えられる。
【００５６】
次に、第２の方策は、銅中に転位を導入することにより硫黄（Ｓ）の析出を容易にすることを目的として、熱間圧延工程における温度を通常の銅の製造条件における温度（つまり、９５０℃〜６００℃）より低い温度（８８０℃〜５５０℃）に設定することである。このような温度設定により、転位上へのＳの析出、又はチタンの酸化物（例えば、ＴｉＯ２）を核としてＳを析出させることができる。
【００５７】
以上の第１の方策及び第２の方策により、銅に含まれる硫黄が晶出させると共に析出させるので、所望の軟質特性と所望の導電率とを有する銅ワイヤロッドを冷間伸線加工後に得ることができる。
【００５８】
本発明に係る横巻線に使用する導体は、ＳＣＲ連続鋳造設備を用い、表面の傷が少なく、製造範囲が広く、安定生産が可能である。
【００５９】
ＳＣＲ連続鋳造圧延法（Ｓｏｕｔｈ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ Ｓｙｓｔｅｍ）により、鋳塊ロッドの加工度が９０％（３０ｍｍ）〜９９．８％（５ｍｍ）でワイヤロッドを作製する。一例として、加工度９９．３％でφ８ｍｍのワイヤロッドを製造する条件を採用する。
【００６０】
溶解炉内での溶銅温度は１１００℃以上１３２０℃以下に制御することが好ましい。溶銅の温度が高いとブローホールが多くなり、傷が発生すると共に粒子サイズが大きくなる傾向にあるので１３２０℃以下に制御する。また、１１００℃以上に制御する理由は、銅が固まりやすく、製造が安定しないことにあるものの、溶銅温度を可能な限り低い温度とすることが望ましい。
【００６１】
熱間圧延加工の温度は、最初の圧延ロールにおける温度を８８０℃以下に制御すると共に、最終圧延ロールでの温度を５５０℃以上に制御することが好ましい。
【００６２】
これらの鋳造・圧延条件は、通常の純銅の製造条件と異なり、溶銅中での硫黄の晶出及び熱間圧延中における硫黄の析出の駆動力である固溶限をより小さくすることを目的としているものである。
【００６３】
また、通常の熱間圧延加工における温度は、最初の圧延ロールにおいて９５０℃以下、最終圧延ロールにおいて６００℃以上であるが、固溶限をより小さくすることを目的として、本発明では、最初の圧延ロールにおいて８８０℃以下、最終圧延ロールにおいて５５０℃以上に設定することが望ましい。
【００６４】
なお、最終圧延ロールにおける温度を５５０℃以上に設定する理由は、５５０℃未満の温度では得られるワイヤロッドに傷が多くなり、製造される導体を製品として扱うことができないからである。熱間圧延加工における温度は、最初の圧延ロールにおいて８８０℃以下の温度、最終圧延ロールにおいて５５０℃以上の温度に制御すると共に、可能な限り低い温度であることが好ましい。このような温度設定にすることで、導体のマトリックスの硬さを、高純度銅（５Ｎ以上）の硬さに近づけることができる。
【００６５】
ベース材の銅は、シャフト炉で溶解された後、還元状態で樋に流すことが好ましい。すなわち、還元ガス（例えば、ＣＯ）雰囲気下において、希薄銅合金の硫黄濃度、チタン濃度及び酸素濃度を制御しつつ鋳造すると共に、材料に圧延加工を施すことにより、ワイヤロッドを安定的に製造することが好ましい。なお、銅酸化物が混入すること、及び／又は結晶粒子サイズが所定サイズより大きいことは、製造される導体の品質を低下させる。
【００６６】
以上より、無酸素銅（ＯＦＣ）やタフピッチ銅（ＴＰＣ）の導体に比してより軟らかい軟質希薄銅合金材料を、本発明に係る横巻線に使用する導体の原料として得ることができる。
【００６７】
なお、軟質希薄銅合金材料の表面にめっき層を形成することもできる。更に、軟質希薄銅合金材料の形状は特に限定されず、断面丸形状又は平角導体状にすることができる。
【００６８】
また、本発明では、ＳＣＲ連続鋳造圧延法により鋳造と熱間圧延にて軟質剤のワイヤロッドを作製できるが、双ロール式連続鋳造圧延法又はプロペルチ式連続鋳造圧延法を採用することもできる。
【００６９】
（６）横巻線の構造について
（ガラス糸巻銅線について）
本発明に係る横巻線は、ガラス糸巻銅線の場合、断面平角形状の導体と、導体を被覆するガラス糸巻層と、ガラス糸巻層を被覆する絶縁膜とを備えて概略構成されている。導体は、例えば、冷間圧延加工工程を経ることで矩形状の導体に成形される。
【００７０】
ガラス糸巻層の形成に用いられるガラス糸の束は、例えば、ＪＩＳ Ｒ３４１３（ガラス糸）で規定されている無アルカリガラス糸である。なお、ガラス糸の束は、ＪＩＳ Ｒ３４１３（ガラス糸）で規定されている無アルカリガラス糸に限定されず、当該ガラス糸以上の品質のガラス糸を使用しても良い。
【００７１】
また、ガラス糸巻銅線は、導体上にメッキを被覆しないものであったが、これに限定されず、メッキ処理が施されていても良い。
【００７２】
絶縁層は、例えば、製造するガラス糸巻銅線の用途に応じ、Ｅ種（耐熱クラス１３０℃）、Ｆ種（耐熱クラス１５５℃）又はＨ種（耐熱クラス１８０℃）の耐熱クラスに応じた絶縁膜材料を用いて形成される。本発明に係る絶縁膜は、一例として、Ｆ種の絶縁塗料（例えば、日立化成ＷＦ６５１）を用いて形成される。
（紙巻線、テープ巻線について）
【００７３】
つぎに、横巻線は、断面が平角形の線状の銅導体と、クラフト紙などの紙テープ、無機のマイカテープ又は芳香族ポリアミド、ポリイミド、Ｐ Ｅ Ｔ 等の有機ポリマーフィルムテープなどの絶縁テープを用い、銅導体に絶縁テープをラップさせて巻き付けて成るものであり、いわゆる紙巻線、又はテープ巻線と呼ばれるものである。
【発明の効果】
【００７４】
本発明によれば、従来品に比して限界曲げ性に優れているため、従来の横巻線よりも、より小さな径で曲げることができ、整列に、密にコイルを巻くことが可能となり、変圧器、モータ等を小型化にすることができる横巻線を提供することができる。
【００７５】
又、本発明の横巻線によれば、従来品に比して横巻線自体が軟らかいため、スプリングバックの発生が抑えられ、紙やテープの浮きなどが少なくなり、絶縁性能の低下を抑えられると共に、より少ない張力で巻くことが可能であるため、コイル成形時の作業性が大幅に向上させることができる横巻線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施材２の焼鈍温度６００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図２】比較材２の焼鈍温度６００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図３】表層から５０μｍにおける平均結晶粒サイズの測定方法を示す図である。
【図４】実施材３の焼鈍温度４００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図５】比較材３の焼鈍温度４００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図６】実施材４の焼鈍温度５００℃における径方向の断面写真を示す図である。
【図７】実施材５の焼鈍温度７００℃における径方向の断面写真を示す図である。
【図８】比較材４の焼鈍温度５００℃における径方向の断面写真を示す図である。
【図９】比較材５の焼鈍温度３６０℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図１０】実施材６の焼鈍温度３６０℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図１１】実施材７の焼鈍温度６５０℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図１２】表層部における平均結晶粒サイズの測定方法を示す図である。
【図１３】角導体に絶縁テープ巻層又はガラス糸巻絶縁層を形成した横巻線の断面図である。
【図１４】軟らかさを評価する試験方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下に記載した実施形態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、本実施形態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。
【実験例１】
【００７８】
（本発明に係る横巻線に使用する軟質希薄銅合金素材の製造）
実験材として、酸素濃度７ｍａｓｓ ｐｐｍ〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓ ｐｐｍ、チタン濃度１３ｍａｓｓ ｐｐｍを有するφ８ｍｍの銅線（ワイヤロッド、加工度９９．３％）を作製した。φ８ｍｍの銅線は、ＳＣＲ連続鋳造圧延法により、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。次に、実験材に冷間伸線加工を施した。これにより、φ２．６ｍｍサイズの銅線を作製した。
【００７９】
このφ２．６ｍｍサイズの銅線を用いて、まずは本実施の形態に係る横巻線に使用する素材の特性を検証した。
（軟質希薄銅合金素材の軟質特性）
表１は、無酸素銅線を用いた比較材１と、低酸素銅（酸素濃度７ｍａｓｓ ｐｐｍ〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓ ｐｐｍ）に、チタン濃度１３ｍａｓｓ ｐｐｍを有する軟質希薄銅合金線を用いた実施材１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。なお、試料としては、２．６ｍｍ径の試料を用いた。
【００８０】
【表１】
【００８１】
表１に示すように、焼鈍温度が４００℃のときに比較材１と実施材１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。
［軟質希薄銅合金素材の結晶構造及び導電性について］
図１は、実施材１と同様の成分組成であり、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た実施材２の幅方向の断面組織の断面写真を示したものであり、図２は、比較材１と同様の成分組成であり、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た比較材２の幅方向の断面組織の断面写真を示したものである。
【００８２】
図２に示すように、比較材２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、図１の実施材２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、実施材２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。
【００８３】
発明者らは、比較材２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２の粘着しない要因になっているものと考えている。
【００８４】
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２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、より軟質な導体でありながら、粘着しない性質を有する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。
【００８５】
そして、図１及び図２に示す結晶構造の断面写真をもとに、実施材２及び比較材２の試料の表層における平均結晶粒サイズを測定した。
【００８６】
図３は、表層における平均結晶粒サイズの測定方法を示す図である。図３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。
【００８７】
測定の結果、比較材２の表層における平均結晶粒サイズが５０μｍであったのに対し、実施材２の表層における平均結晶粒サイズが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、ポット焼鈍炉内で導体同士が粘着しない軟質希薄銅合金材料を実現するに至ったものと考えられる。
【００８８】
また、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２．６ｍｍ径である実施材１と無酸素銅線を用いた比較材１の表層における平均結晶粒サイズについて、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。
【００８９】
測定の結果、比較材１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１の表層における平均結晶粒サイズは、２０μｍであった。
【００９０】
図４は、実施材３の試料の幅方向の結晶構造を示す断面組織の写真を表したものであり、図５は、比較材３の幅方向の結晶構造を示す断面組織の写真を表したものである。
【００９１】
実施材３は、酸素濃度７ｍａｓｓｐｐｍ〜８ｍａｓｓｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓｐｐｍ、チタン濃度１３ｍａｓｓｐｐｍを備える０．２６ｍｍ径の希薄銅合金線で、焼鈍温度４００℃で１時間の焼鈍処理を経て作製される。
【００９２】
比較材３は、無酸素銅（ＯＦＣ）からなる０．２６ｍｍ径の線材で、焼鈍温度４００℃で１時間の焼鈍処理を経て作製される。
【００９３】
図５に示すように、比較材３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、図４の実施材３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。
【００９４】
表２は、実施材３及び比較材３の導電率を示す。
【００９５】
【表２】
【００９６】
表２に示すように、実施材３は、比較材３と比べて導電率（％ＩＡＣＳ）が大きくなっており、高い導電率を有することがわかる。
【００９７】
即ち、銅を焼鈍して結晶組織を再結晶させたときには、実施材３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３は、比較材３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ものと考えられる。
［軟質希薄銅合金素材の結晶構造と焼鈍温度との関係について］
２．６ｍｍ径の無酸素銅線を用いた比較材４と、２．６ｍｍ径の低酸素銅（酸素濃度７ｍａｓｓｐｐｍ〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓｐｐｍ）に１３ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材４を試料とした。
【００９８】
図６は、焼鈍温度５００℃×１時間焼鈍後における実施材４の銅線の断面写真を示したものである。この図６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導体同士の粘着を防止する点に寄与しているものと思われる。
【００９９】
これに対し、焼鈍温度５００℃における比較材５の断面組織は２次再結晶が進んでおり、図６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た。
【０１００】
図７は、焼鈍温度７００℃×１時間焼鈍後における実施材５の銅線の断面写真を示したものである。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５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、導体同士の粘着を防止しうる。
【０１０１】
図８は、比較材５の５００℃×１時間焼鈍後の径方向の断面組織を示す断面写真である。図８に示すように、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。
【０１０２】
このように、焼鈍温度と焼鈍時間とを調節することで線材断面における微細結晶層の占める割合を調節することができ、微細結晶層の占める割合を小さくすれば小さいほど、導体同士の粘着を防止しつつ、導体の軟質特性は向上させることができる。
【０１０３】
以上の通り、実施材５では、表層は、微細結晶を残しつつ、一方で内部の結晶粒が大きくなり、軟らかくなるため、導体同士の粘着を防止しつつ、より軟質特性が向上する特徴がある。このような素材を横巻線の導体に使用することにより、軟らかく、高い導電性を有する横巻線を実現することができる。
【実験例２】
【０１０４】
［本発明に係る横巻線に用いる銅導体］
まず、下記、実施材及び比較材の導体の溶銅の段階から平角導体になるまでの製造条件を記載する。
（横巻線に用いる２．０ｍｍ×７．０ｍｍの平角導体の結晶構造について）
実験材として、実施材６、７は、Ｔｉ含有量２５ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ含有量４ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｏ含有量１０ｍａｓｓ ｐｐｍのφ８ｍｍの銅線（ワイヤロッド、加工度９９．３％）を作製した。φ８ｍｍの銅線は、ＳＣＲ連続鋳造圧延法により、鋳造後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｛熱間圧延温度（最初の圧延ロールでの温度８８０℃、最後の圧延ロールでの温度５５０℃）｝してφ８ｍｍの銅線を作製したものである。
【０１０５】
上記で作製したφ８ｍｍの銅線を用いて、絞り、皮剥ぎを行って、φ６．３の銅線を得た。次に、このφ６．３ｍｍの銅線を圧延工程にて２．０ｍｍ×７．０ｍｍの平角線形状に圧延した。
【０１０６】
得られた２．０ｍｍ×７．０ｍｍの平角導体をボビンに巻いた状態で、６５０℃、６０ｍｉｎの焼鈍炉で焼鈍を行う。このときの焼鈍炉の雰囲気は窒素又はアルゴン雰囲気で酸化防止を行う。
【０１０７】
比較材は、原料にタフピッチ銅又は無酸素銅を使用すること以外は、実施材６、７と同様の製造方法を採用した。
【０１０８】
図９は、比較材５（タフピッチ銅、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ）に係る試料の幅方向の断面組織を示し、図１０は、実施材６（焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ）に係る試料の幅方向の断面組織を示し、図１１は、実施材７（焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）に係る資料の幅方向の断面組織を示す。
【０１０９】
図９を参照すると、比較材５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微細な結晶粒が均一に並んでいることが分かる。一方、図１０の実施材６の結晶構造は、比較材５と同条件で焼鈍したものであるが、均一で結晶粒が大きくなっているのが分る。さらに図１１に示す実施例７の結晶構造は、さらに高温での焼鈍を実施し、全体的に結晶粒の大きさが大きくなり、まばらであり、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。
【０１１０】
本発明の実施材６、７は、比較材５には形成されていない表層に現れた微細結晶粒層が形成され、銅のマトリックスの高純度化、結晶粗大化により導体の軟質特性が向上し、かつ、表層に微細結晶が残存することにより導体同士の粘着を防止することができるものと考えている。
【０１１１】
通常、軟質化を目的とした熱処理を行うと、再結晶により均一に粗大化した結晶粒が形成されると理解される。しかし、本実施材においては、内部に粗大な結晶粒を形成する焼鈍処理を実行しても表層には微細結晶粒層が残存している。したがって、本実施材では、軟質銅材でありながら導体同士の粘着を防止することができると考えられる。
【０１１２】
又、図９、図１０及び図１１に示す結晶構造の断面写真を基に、比較材５、実施材６及び実施材７に係る試料の表層における平均結晶粒サイズを測定した。
【０１１３】
ここで、内部の平均結晶粒サイズは、平角導体の短尺（ここでは２．０ｍｍ）のまん中の１．０ｍｍのところで、長さ３．５ｍｍの範囲で直線を引いて、その直線と交わる結晶粒の個数を割り出し、そこから１個あたりの平均結晶粒サイズを導き出した。
【０１１４】
図１２は、平均結晶粒サイズの測定方法の概要を示す。図１２に示すように、導体表面の長さ３.５ｍｍの範囲である結晶粒の個数を割り出し、それから１個当たりの平均結晶粒サイズを導き出した。測定の結果、比較材５の導体表面の平均結晶粒サイズは、８μｍであったのに対し、実施材６の導体表面の平均結晶粒サイズは、１８μｍであり、異なっており、その表層の平均結晶粒サイズはその中心部のそれより小さいものである。又、実施材７の導体表面における平均結晶粒サイズは、４９μｍであったのに対して、内部の平均結晶粒サイズは、７６μｍであった。
【０１１５】
実施材６、７及び比較材５の粘着は無かった。しかし、比較材６（タフピッチ銅、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）及び比較材７（無酸素銅、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）については、粘着が発生し、製品とすることができなかった。
【０１１６】
したがって、本発明に係る横巻線に使用する軟質希薄銅合金材料は、素材の軟質化を目的として過焼鈍（焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）の条件によってもボビン巻きした隣接する導体同士の粘着が発生しないことから、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ及び６５０℃×６０ｍｉｎのいずれにも対応することができる素材であり、横巻線の軟質化の傾向に適した材料であると言え、タフピッチ銅、無酸素銅に比してより生産性に富む材料であるといえる。
【０１１７】
本発明に係る希薄銅合金線材は焼鈍温度を焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎに上げても銅導体の表面は微細結晶粒を有すると共に、内部は粗大結晶となり、さらに銅導体を軟らかくすることができる。しかも、表面が微細結晶のままであり、かつ、酸素はＴｉ酸化物として存在しているために、ポット焼鈍炉内で銅線同士が粘着することがない。
【実施例】
【０１１８】
図１３は、平角導体に絶縁テープ巻層又はガラス糸巻絶縁層の長尺体を巻いて形成した横巻層を備えた横巻線の断面図である。本発明に係る横巻線は、断面平角形状の導体２と、導体２を被覆する絶縁テープ巻層又はガラス糸巻絶縁層の長尺体を巻いて形成した横巻層１とを備えて概略構成されている。
（実施例１）
１.６×６.０ｍｍの平角導体｛希薄銅合金線材（Ｔｉ含有量２５ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ含有量４ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｏ含有量１０ｍａｓｓ ｐｐｍ）、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ（ＴＰＣでは粘着する高い焼鈍条件）｝に二重にガラス糸の束（直径７μｍ、２００本束）を巻き、Ｆ種の耐熱性絶縁ワニス（日立化成工業製 品名：ＷＦ−６５１）を含浸硬化させたガラス巻線を製造した。
（実施例２）
１.６×６.０ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）｝に二重に実施例１のガラス糸の束を巻き、実施例１の絶縁ワニスを含浸硬化させたガラス巻線を製造した。
（比較例１）
１.６×６.０ｍｍの平角導体(ＴＰＣ、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ)に二重に実施例１のガラス糸の束を巻き、実施例１の絶縁ワニスを含浸硬化させたガラス巻線を製造した。
【０１１９】
以上の実施例１、実施例２及び比較例１のガラス巻線について以下の試験を行った。ガラス巻線の寸法は、ＪＩＳ−Ｃ−３２１６-２、ＪＡ.３に準じて行った。
【０１２０】
又、限界曲げ性について、ガラス巻線を導体厚さのｎ倍の巻付け棒に１８０°厚さ方向に巻付け、被覆部にき裂が発生しない合格倍径を評価した。
【０１２１】
図１４は、軟らかさを評価する試験方法を示すものである。長さ約２５０ｍｍの試料を準備し、図１４に示す通りに試料を固定する。片端に荷重２９４ｇを３秒間加えた後取外し、５秒後にたわみ量δ（ｍｍ）を測定し、軟らかさを評価した。
【０１２２】
表３はこれら横巻線の限界曲げ性及び軟らかさの評価結果を示したものである。
【０１２３】
【表３】
【０１２４】
表３に示すように、限界曲げ性は、実施例１が比較例１と同じ焼鈍条件でもより軟らかいため、比較例１のガラス巻線は導体厚さの４倍径の巻付け棒で巻付けして被覆部にき裂が発生しないが、３倍径の巻付け棒で巻付けすると被覆部にき裂が発生した。しかし、実施例１、２のガラス巻線は導体厚さの３倍径の巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂は発生しなかった。よって、本発明に係る希薄銅合金線材を使用したガラス巻線は曲げ性に優れていると言える。
【０１２５】
軟らかさの結果から、実施例１、２のたわみ量は比較例１と比べて大きいことから、本発明に係る希薄銅合金線材のガラス巻線は軟らかく、スプリングバックも小さいと言える。
【０１２６】
軟らかさの結果から、実施例１のたわみ量は実施例２と比べて大きいことから、焼鈍温度を上げた希薄銅合金線材のガラス巻線はさらに軟らかいと言える。
（実施例３）
３.２×９.３ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ（ＴＰＣでは粘着する高い焼鈍条件）｝にクラフト紙(新巴川製紙製、品名：Ｐ７５、厚さ７５μｍ、幅１２ｍｍ)を２枚重ね巻き（１２ｍｍオーバーラップ）をした紙巻線を製造した。
（実施例４）
３.２×９.３ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件３６０℃１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）｝に実施例３のクラフト紙を２枚重ね巻き（１〜２ｍｍオーバーラップ）をした紙巻線を製造した。
（比較例２）
３.２×９.３ｍｍの平角導体(ＴＰＣ、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ)に実施例３のクラフト紙を２枚重ね巻き（１〜２ｍｍオーバーラップ）をした紙巻線を製造した。
【０１２７】
これらの実施例３、４、比較例２の紙巻線について、実施例１と同様の試験を行った。但し、軟らかさの試験の荷重は１９２８ｇとした。
【０１２８】
表４はこれらの紙巻線した横巻線の限界曲げ性及び軟らかさの評価結果を示したものである。
【０１２９】
【表４】
【０１３０】
表４に示すように、限界曲げ性は、実施例３、４は比較例２と同じ焼鈍条件でもより軟らかいため、比較例２の紙巻線が導体厚さの３倍径の巻付け棒で巻付けして被覆部にき裂が発生しないが、２倍径の巻付け棒で巻付けすると被覆部にき裂が発生した。しかし、実施例３、４の紙巻線は導体厚さの２倍径の巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂は発生しなかった。よって、本発明に係る希薄銅合金線材を使用した紙巻線は曲げ性に優れていると言える。
【０１３１】
軟らかさの結果から、実施例３、４のたわみ量は比較例２と比べて大きいことから、本発明に係る希薄銅合金線材の紙巻線は軟らかく、スプリングバックも小さいと言える。
【０１３２】
軟らかさの結果から、実施例３のたわみ量は実施例４と比べて大きいことから、焼鈍温度を上げた希薄銅合金線材のガラス巻線はさらに軟らかいと言える。
（実施例５）
２.０×４.５ｍｍの平角導体｛実施材１の希薄銅合金線材、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ（ＴＰＣでは粘着する高い焼鈍条件）｝に無機マイカテープ（日本理化イソボルタ製、品名：ＫＭＰ−８０１Ａ−ＳＴ、厚さ６５μｍ、幅１１ｍｍ）を２枚重ね巻き（２〜３ｍｍオーバーラップ）をしたテープ巻線を製造した。
（実施例６）
２.０×４.５ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）｝に実施例５の無機マイカテープを２枚重ね巻き（２〜３ｍｍオーバーラップ）をしたテープ巻線を製造した。
（比較例３）
２.９×４.５ｍｍの平角導体(ＴＰＣ、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）)に実施例５の無機マイカテープを２枚重ね巻き（２〜３ｍｍオーバーラップ）をしたテープ巻線を製造した。
【０１３３】
実施例５、６、比較例３のテープ巻線について、実施例１、比較例１と同様の試験を行った。但し、軟らかさの試験の荷重は３５５ｇとした。
【０１３４】
表５は、実施例５、６、比較例３のテープ巻線の横巻線について限界曲げ性及び軟らかさの評価結果を示したものである。
【０１３５】
【表５】
【０１３６】
表５に示す本発明に係る導体希薄銅合金線材を使用した紙巻線及びテープ巻線の評価結果から、ガラス巻線と同様に本発明に係る薄銅合金線材を使用したテープ巻線は、曲げ性に優れ、軟らかい結果となっている。
【０１３７】
又、表５に示すように、限界曲げ性は、実施例５、６は比較例３と同じ焼鈍条件でもより軟らかいため、比較例３のテープ巻線が導体厚さの３倍径の巻付け棒で巻付けして被覆部にき裂が発生しないが、２倍径の巻付け棒で巻付けすると被覆部にき裂が発生した。しかし、実施例５、６のテープ巻線は導体厚さの２倍径の巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂は発生しなかった。よって、本発明に係る希薄銅合金線材を使用したガラス巻線は曲げ性に優れていると言える。
【０１３８】
軟らかさの結果から、実施例５、６のたわみ量は比較例３と比べて大きいことから、本発明に係る希薄銅合金線材のガラス巻線は軟らかく、スプリングバックも小さいと言える。
【０１３９】
又、軟らかさの結果から、実施例５のたわみ量は実施例６と比べて大きいことから、焼鈍温度を上げた希薄銅合金線材のガラス巻線はさらに軟らかいと言える。
【０１４０】
又、本実施例においては、添加したＴｉと同様に、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素においても不純物である硫黄（Ｓ）をトラップするので、マトリックスとしての銅母相が高純度化すると共に、導体表面を微細結晶粒とし、素材の軟質特性が向上されるため、スプリングバックが小さく、巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂が発生しにくく曲げ性にも優れる効果が得られることが確認されている。
【０１４１】
以上のように、本実施例によれば、従来品に比して限界曲げ性に優れているため、従来の横巻線よりも、より小さな径で曲げることができ、整列に、密にコイルを巻くことが可能となり、変圧器、モータ等を小型化にすることができる横巻線を提供することができる。
【０１４２】
又、本実施例の横巻線によれば、従来品に比して横巻線自体が軟らかいため、スプリングバックの発生が抑えられ、紙やテープの浮きなどが少なくなり、絶縁性能の低下を抑えられると共に、より少ない張力で巻くことが可能であるため、木槌でたたく等の回数が減り、コイル成形時の作業性が大幅に向上させることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機、変圧器、モータ、リアクトルなどのコイルに使用される新規な希薄銅合金材料を用いた横巻線に関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）ガラス巻線
横巻線の中で、銅線にガラス糸束を巻いて、そのガラス糸束層に電気絶縁ワニスを含浸硬化して成るガラス巻線は、主に風力発電機など大型発電機、車輌用モータなどのコイルに使用されている。
【０００３】
ガラス糸束は、直径５μｍ、７μｍなどのガラス糸を複数本（例えば、１００本、２００本）束ねたものである。ガラス糸の束は、ガラス巻線を曲げた際の曲率半径が小さいと折れやすいので一重のみでなく、二重以上巻くこともある。また、ガラス糸の束を巻いただけでは絶縁を保つことができないため、ガラス糸束層に許容最高温度が１３０℃から、４００℃まで適する耐熱性絶縁ワニスを均一に塗付焼付けるのが一般的である。
【０００４】
ガラス糸は伸縮性が良くないので、このようにガラス糸の太さ、ガラス糸の本数、ガラス糸束の巻き方を工夫して、発電機、モータのコイル成形時にガラス糸が切れないように注意を払うことが発電機、モータの絶縁性能を保証するために必要である。
【０００５】
しかし、銅線の断面積が大きいガラス巻線ほど、またガラス巻線を曲げる場合の曲率半径が小さいほど、ガラス糸束層に掛かるストレスは大きくなり、ガラス糸が切れやすくなり、絶縁性能が低下する恐れがある。また、銅線の断面積が大きいほど、ガラス巻線を変形させるのに大きな力が必要となり、作業性が低下する恐れがある。
【０００６】
（２）紙巻線
横巻線の中で、銅線に絶縁紙テープを巻いた紙巻線は、主に油入り変圧器のコイルに使用されている。
【０００７】
紙巻線には絶縁油が染み込みやすいクラフト紙が主に使用され、クラフト紙を銅線へ巻きつけるにあたり、クラフト紙を１ｍｍ以上オーバーラップして重ねて巻く。これは紙巻線を曲げた際に導体の露出を防ぐためである。
【０００８】
クラフト紙には、厚さ５０μｍ、７５μｍなどのものがあり、クラフト紙は薄いので曲げた際の曲率半径が小さいと破れやすい。そのため、２枚以上重ね巻きをすることもある。また外傷を受けやすい一番外側のクラフト紙には、例えば厚さ１２５μｍの厚いクラフト紙を巻くこともある。
【０００９】
クラフト紙は伸縮性が良くないので、このように紙の厚さ、紙の枚数、紙の巻き方を工夫して、変圧器のコイル成形時に紙が破れないように注意を払うことが変圧器の絶縁性能を保証するために必要である。
【００１０】
しかし、導体の断面積が大きい紙巻線ほど、また紙巻線をコイル巻する場合の曲率半径が小さいほど、紙にかかるストレスは大きくなり、紙が破れやすくなり、絶縁性能が低下する恐れがある。また、銅線の断面積が大きいほど、紙巻線をコイル巻するのに大きな力が必要となり、作業性が低下する恐れがある。
【００１１】
また、紙巻線をコイルに成形加工する際、線が硬いとスプリングバックしやすく、紙巻線がスプリングバックすると紙に掛かっていた張力が緩みやすく、再度巻き直しても一旦緩んだ紙の張力は元に戻らず、絶縁性能は低下する。
【００１２】
また、紙巻線をコイルに成形加工する際、線が硬いと紙巻線をコイルの形状に納めるために木槌で叩いて成形することもあるが、木槌で紙巻線を叩くことで絶縁耐圧は低下する。
【００１３】
（２）テープ、フィルム巻線
更に、横巻線の中で、芳香族ポリアミド紙、ポリイミドフィルムなどの有機ポリマテープ、無機のマイカテープなどを巻いたテープ巻線もあり、主に小型・中型発電機、車輌用モータ、小型乾式変圧器のコイルに使用されている。
【００１４】
これらの巻線も銅線の断面積が大きいほど、また、コイル巻する場合の曲率半径が小さいほど、芳香族ポリアミド紙、無機のマイカテープなどにかかるストレスが大きく、破れやすくなり、絶縁性能が低下する恐れがある。また、銅線の断面積が大きいほど、コイル巻するのに大きな力が必要となり、作業性が低下する恐れがある。
【００１５】
又、以上の横巻層として、絶縁紙テープを巻いた紙巻線、ガラス巻線、テープ巻線などを組合せて巻いた複合巻線を横巻線に使用できる。
【００１６】
特許文献１には、平角導体に巻回された無機微粒子分散ポリイミドエナメル被覆層とその上に巻回された耐熱含浸塗料耐熱繊維材料層を有する高耐熱巻線が示され、平角導体として、銅線、銀線、ニッケル線等が示されている。
【００１７】
特許文献２には、平角導体に接着剤が塗布された絶縁テープが巻回された横巻線が示され、平角導体として、銅線が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−３６３６６８号公報
【特許文献２】特開平９−２５６０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
横巻線を使用している発電機、変圧器、モータ、リアクトルコイルを製造する分野では、小型化したい要望はあるものの、小さな径で曲げると導体が硬いため、指定の形状に合わせるために、木槌でたたく等して行うが、作業効率が低下する問題がある。また、たたくことで被覆が痛み、き裂が発生したり、絶縁性能が低下する恐れがある。
【００２０】
よって、作業の効率向上、品質向上のため、軟らかい横巻線が望まれている。この要求に応えるために、例えば、ＪＩＳ Ｃ ３１０４−１９９４に規定されている４号平角銅線（軟質のものでエッジワイズに曲げて使用するもの）の材料を使用するなど対応している。しかしながら、未だに十分なレベルとはいえず、さらに軟らかい材料が求められる。
【００２１】
一方で、横巻線に使用する導体としてはタフピッチ銅（ＴＰＣ）又は無酸素銅（ＯＦＣ）が一般的であるが、焼鈍時間を長くする、焼鈍温度を上げるなどの焼鈍条件を上げて導体を軟らかくする考え方がありうるが、この場合、ポット焼鈍炉内でボビンを巻いた銅線同士が粘着しやすくなるという問題がある。
【００２２】
本発明の目的は、従来の横巻線よりも、コイルの小型化に伴いより小さな径で曲げても絶縁性能の低下がなく、スプリングバックの発生が抑えられ、コイル成形時の作業性を向上することができる希薄銅合金材料を用いた横巻線を提供することにある。
【００２３】
また、本発明の他の目的は、従来の横巻線よりも、軟質でありながら、導体同士の粘着がなく、生産性に優れた希薄銅合金材料を用いた横巻線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、導体と、前記導体に長尺体が巻回されて形成された横巻層とを備えた横巻線において、前記導体がＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が銅及び不可避的不純物であり、前記銅中の酸素が前記添加元素との酸化物として存在し、前記導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である表層を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の横巻線は、前記導体の表面の平均結晶粒サイズよりも、前記導体の内部の平均結晶粒サイズの方が大きい結晶組織を有する希薄銅合金材料を用いること、前記導体は２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素を含有する希薄銅合金材料を用いること、前記導体は前記添加元素として、４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを含有する希薄銅合金材料を用いること、前記添加元素としてのＴｉがＴｉＯ、ＴｉＯ２又はＴｉ−Ｏ−ＳのＴｉ酸化物として形成されている希薄銅合金材料を用いること、前記長尺体にガラス糸束又は絶縁テープを用いることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る横巻線に使用する導体は、添加元素（例えばＴｉ）が不純物である硫黄（Ｓ）をトラップするので、銅母相（マトリックス）が高純度化し、素材の軟質特性が向上する。このため、かかる導体を使用した横巻線は、曲げ性に優れ、軟らかい横巻線を実現することができる。
【００２７】
本発明においては、希薄銅合金を導体に用いた横巻線で現状レベルより軟らかい巻線を得るもので、ＴＰＣと同じ焼鈍条件で焼鈍した希薄銅合金を導体にした横巻線でも軟らかいが、ＴＰＣでは粘着する温度の高い焼鈍条件で焼鈍した希薄銅合金を導体にした横巻線はさらに軟らかく、しかもポット焼鈍炉内で線同士が粘着しない。
【００２８】
即ち、本発明では横巻線の導体に４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉ等を含有させた希薄銅合金線を用いることにより、合金線の表面が微細結晶粒を有し、その内部がその表面より結晶粒が大きい結晶とすることにより軟らかいものとすることができる。
【００２９】
（１）銅導体への添加元素について
添加元素としてＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択される元素を選択した理由は、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）を高純度化し、素材の硬さを低下させることができるためである。添加元素は１種類又は２種以上含まれる。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及び不純物を合金に含有させることもできる。
【００３０】
添加元素として、Ｔｉ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒの１種又は２種以上の合計の含有量は４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍであり、より１０〜２０ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましく、Ｍｇの含有量は２〜３０ｍａｓｓ ｐｐｍ、より５〜１０ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましく、Ｚｒ、Ｎｂの含有量は８〜１００ｍａｓｓ ｐｐｍ、より２０〜４０ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましい。
【００３１】
また、後述する好適な実施の形態においては、酸素含有量が２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下が良好であり、添加元素の添加量及び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、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え４００ｍａｓｓ ｐｐｍを含むことができる。
【００３２】
Ｓの含有量は、２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍ、より３〜８ｍａｓｓ ｐｐｍが好ましい。
（２）添加元素の組成比率について
本実施の形態に係る横巻線は、例えば、発電機、変圧器、モータ、リアクトルなどのコイルに使用されるものであるという観点から、より導電性が高いものが好まれる。
【００３３】
例えば、本発明に係る横巻線は、導電率９８％ＩＡＣＳ（万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅｌｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上、抵抗率１．７２４１×１０−８Ωｍを１００％とした場合の導電率）、好ましくは１００％ＩＡＣＳ以上、より好ましくは１０２％ＩＡＣＳ以上を満足する軟質型銅材としての軟質希薄銅合金材料を用いて構成される。
【００３４】
導電率が９８％ＩＡＣＳ以上の軟質希薄銅合金材料を得る場合、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン等とを含むもので、この軟質希薄銅合金材料からワイヤロッド（荒引き線）を製造する。
【００３５】
ここで、導電率が１００％ＩＡＣＳ以上の軟質希薄銅合金材料を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４〜３７ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン等とを含むものである。
【００３６】
また、導電率が１０２％ＩＡＣＳ以上の軟質希薄銅合金材料を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍの硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４〜２５ｍａｓｓ ｐｐｍのチタン等とを含むものである。
【００３７】
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の中に取り込まれるので、硫黄を３ｍａｓｓ ｐｐｍ以下にすることは困難である。汎用電気銅の硫黄濃度の上限は、１２ｍａｓｓ ｐｐｍである。
【００３８】
本発明では、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素を含有していることから、いわゆる低酸素銅（ＬＯＣ）を対象としている。
【００３９】
酸素濃度が低い場合、横巻線に使用する導体の硬度が低下しにくいので、酸素濃度は２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量に制御する。また、酸素濃度が高い場合、熱間圧延工程で胴体の表面に傷が生じやすくなるので、３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下に制御する。
【００４０】
（３）横巻線に使用する銅導体の結晶組織について
本発明に係る横巻線に使用する銅導体は、銅導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズを４９μｍ以下とするものである。
【００４１】
特に表層に微細な結晶が存在することで、二次再結晶して粗大な結晶となることが少ないため、隣り合う導体同士が接触していても、粘着する恐れが少なくなることが期待できるためである。この理由として、二次再結晶する際に粗大結晶となるときに隣の小さな結晶粒界を取り込みながら成長する。表層に微細な結晶がある場合は、隣り合う結晶粒界が微細なため、二次再結晶による結晶粗大化が表面で起こり難いために、隣り合う導体同士で粘着が起こり難いと考えられるからである。
【００４２】
タフピッチ銅（ＴＰＣ）は、本発明に係る軟質希薄銅合金材料やＯＦＣと比べて、結晶組織が小さいが、内部にＣｕ２Ｏ（亜酸化銅）を含むため、隣り合う導体同士が粘着しやすい。ＯＦＣは内部に酸素をほとんど含まないため、粘着が発生し難い。本発明に係る軟質希薄銅合金材料は、酸素を含むものの、ＴｉＯ２等酸化物として存在するため、添加元素と強固に結合しているため、酸素の働きをしないようにしているため、粘着が発生し難い。
【００４３】
これに対して、ＯＦＣは、タフピッチ銅（ＴＰＣ）よりも粘着の発生が少ないことが知られている。これはＯＦＣがタフピッチ銅よりも不純物の量が少ないことに起因するものであると考えられる。一方で、ＯＦＣに対して過焼鈍の条件（例えば、６５０℃×６０ｍｉｎ）を適用すると、表面における結晶粒が大きくなり、粘着してしまう。本発明は、過焼鈍の領域においても、二次再結晶による結晶粗大化が表面で起こり難いために、隣り合う導体同士で粘着が起こり難いというメリットがある。
【００４４】
本発明に係る銅導体は、結晶組織が少なくとも表面から銅導体の内部に向けてその表面から厚さの２０％の深さまでの平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である。好ましくは、表層の平均結晶粒サイズが５〜１５μｍであり、その内部の中心部の平均結晶粒サイズが５０〜１００μｍである。
【００４５】
表層に平均結晶粒サイズが４９μｍ以下の微細な結晶粒が存在することで、材料の引張り強さや伸び率の向上が期待できるためである。この理由として、引張り変形により粒界近傍に導入される局所ひずみが、結晶粒径が微細なほど小さくなり、粒界応力集中の緩和に寄与し、これに伴い、粒界応力集中が低減して粒界破壊が抑制されると考えられるからである。
【００４６】
また、本発明において、銅導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下とは、導体の表面にのみ微細結晶層が存在する構成に限定されるものではなく、本発明の効果を備える限りにおいては、線径の深さ方向の線材の中心部に近い領域に微細結晶層が存在する態様を排除するものではない。
【００４７】
（４）銅導体中に分散している物質について
本発明に係る横巻線に使用する銅導体内に分散している分散粒子のサイズは小さいことが好ましく、また、導体内に分散粒子が多く分散していることが好ましい。その理由は、分散粒子は、硫黄の析出サイトとしての機能を有するからであり、析出サイトとしてはサイズが小さく、数が多いことが要求され、ひいては分散粒子の形成及び分散粒子への硫黄の析出は、銅母材のマトリックスの純度を向上させ、材料硬さの低減に寄与するからである。
【００４８】
具体的には、銅導体に含まれる硫黄及びチタンは、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物又はＴｉＯ、ＴｉＯ２、ＴｉＳ、若しくはＴｉ−Ｏ−Ｓ結合を有する化合物の凝集物として含まれ、残部のＴｉ及びＳが固溶体として含まれる。他の添加元素においても同様の化合物又は凝集物として含まれ、それ以外は固溶体として含まれる。
【００４９】
（５）本発明に係る横巻線に使用する銅導体の製造方法について
本発明に係る横巻線に使用する銅導体の製造方法として、Ｔｉを添加元素に選択した場合を説明する。
【００５０】
まず、横巻線の原料としてのＴｉを含む軟質希薄銅合金材料を準備する（原料準備工程）。次に、この軟質希薄銅合金材料を１１００℃以上１３２０℃以下の溶銅温度で溶湯にする（溶湯製造工程）。
【００５１】
次に、溶湯からワイヤロッドを作製する（ワイヤロッド作製工程）。
続いて、ワイヤロッドに８８０℃以下５５０℃以上の温度で熱間圧延を施す（熱間圧延工程）。
【００５２】
更に、熱間圧延工程を経たワイヤロッドに伸線加工及び熱処理を施す（伸線加工、熱処理工程）。この熱処理方法としては、管状炉を用いた走行焼鈍や、抵抗発熱を利用した通電アニーラによる走行焼鈍などが適用できる。その他、バッチ式の焼鈍も可能である。これらの焼鈍により、本実施の形態に係る横巻線に使用する導体が製造される。
【００５３】
この導体の製造には、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、添加元素として４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンとを含む軟質希薄銅合金材料を用いるのが好ましい。
【００５４】
そこで、本発明者らは、本発明に係る横巻線に使用する導体の硬度の低下と、この導体の導電率の向上とを実現すべく、以下の二つの方策を検討した。そして、以下の二つの方策を銅ワイヤロッドの製造に併せ用いることで、本発明に係る横巻線に使用する導体を得ることができる。
【００５５】
第１の方策は、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の銅に、チタン（Ｔｉ）を添加した状態で、Ｃｕの溶湯を作製することである。この溶湯中においては、ＴｉＳとチタンの酸化物（例えば、ＴｉＯ２）とＴｉ−Ｏ−Ｓ粒子とが形成されると考えられる。
【００５６】
次に、第２の方策は、銅中に転位を導入することにより硫黄（Ｓ）の析出を容易にすることを目的として、熱間圧延工程における温度を通常の銅の製造条件における温度（つまり、９５０℃〜６００℃）より低い温度（８８０℃〜５５０℃）に設定することである。このような温度設定により、転位上へのＳの析出、又はチタンの酸化物（例えば、ＴｉＯ２）を核としてＳを析出させることができる。
【００５７】
以上の第１の方策及び第２の方策により、銅に含まれる硫黄が晶出させると共に析出させるので、所望の軟質特性と所望の導電率とを有する銅ワイヤロッドを冷間伸線加工後に得ることができる。
【００５８】
本発明に係る横巻線に使用する導体は、ＳＣＲ連続鋳造設備を用い、表面の傷が少なく、製造範囲が広く、安定生産が可能である。
【００５９】
ＳＣＲ連続鋳造圧延法（Ｓｏｕｔｈ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ Ｓｙｓｔｅｍ）により、鋳塊ロッドの加工度が９０％（３０ｍｍ）〜９９．８％（５ｍｍ）でワイヤロッドを作製する。一例として、加工度９９．３％でφ８ｍｍのワイヤロッドを製造する条件を採用する。
【００６０】
溶解炉内での溶銅温度は１１００℃以上１３２０℃以下に制御することが好ましい。溶銅の温度が高いとブローホールが多くなり、傷が発生すると共に粒子サイズが大きくなる傾向にあるので１３２０℃以下に制御する。また、１１００℃以上に制御する理由は、銅が固まりやすく、製造が安定しないことにあるものの、溶銅温度を可能な限り低い温度とすることが望ましい。
【００６１】
熱間圧延加工の温度は、最初の圧延ロールにおける温度を８８０℃以下に制御すると共に、最終圧延ロールでの温度を５５０℃以上に制御することが好ましい。
【００６２】
これらの鋳造・圧延条件は、通常の純銅の製造条件と異なり、溶銅中での硫黄の晶出及び熱間圧延中における硫黄の析出の駆動力である固溶限をより小さくすることを目的としているものである。
【００６３】
また、通常の熱間圧延加工における温度は、最初の圧延ロールにおいて９５０℃以下、最終圧延ロールにおいて６００℃以上であるが、固溶限をより小さくすることを目的として、本発明では、最初の圧延ロールにおいて８８０℃以下、最終圧延ロールにおいて５５０℃以上に設定することが望ましい。
【００６４】
なお、最終圧延ロールにおける温度を５５０℃以上に設定する理由は、５５０℃未満の温度では得られるワイヤロッドに傷が多くなり、製造される導体を製品として扱うことができないからである。熱間圧延加工における温度は、最初の圧延ロールにおいて８８０℃以下の温度、最終圧延ロールにおいて５５０℃以上の温度に制御すると共に、可能な限り低い温度であることが好ましい。このような温度設定にすることで、導体のマトリックスの硬さを、高純度銅（５Ｎ以上）の硬さに近づけることができる。
【００６５】
ベース材の銅は、シャフト炉で溶解された後、還元状態で樋に流すことが好ましい。すなわち、還元ガス（例えば、ＣＯ）雰囲気下において、希薄銅合金の硫黄濃度、チタン濃度及び酸素濃度を制御しつつ鋳造すると共に、材料に圧延加工を施すことにより、ワイヤロッドを安定的に製造することが好ましい。なお、銅酸化物が混入すること、及び／又は結晶粒子サイズが所定サイズより大きいことは、製造される導体の品質を低下させる。
【００６６】
以上より、無酸素銅（ＯＦＣ）やタフピッチ銅（ＴＰＣ）の導体に比してより軟らかい軟質希薄銅合金材料を、本発明に係る横巻線に使用する導体の原料として得ることができる。
【００６７】
なお、軟質希薄銅合金材料の表面にめっき層を形成することもできる。更に、軟質希薄銅合金材料の形状は特に限定されず、断面丸形状又は平角導体状にすることができる。
【００６８】
また、本発明では、ＳＣＲ連続鋳造圧延法により鋳造と熱間圧延にて軟質剤のワイヤロッドを作製できるが、双ロール式連続鋳造圧延法又はプロペルチ式連続鋳造圧延法を採用することもできる。
【００６９】
（６）横巻線の構造について
（ガラス糸巻銅線について）
本発明に係る横巻線は、ガラス糸巻銅線の場合、断面平角形状の導体と、導体を被覆するガラス糸巻層と、ガラス糸巻層を被覆する絶縁膜とを備えて概略構成されている。導体は、例えば、冷間圧延加工工程を経ることで矩形状の導体に成形される。
【００７０】
ガラス糸巻層の形成に用いられるガラス糸の束は、例えば、ＪＩＳ Ｒ３４１３（ガラス糸）で規定されている無アルカリガラス糸である。なお、ガラス糸の束は、ＪＩＳ Ｒ３４１３（ガラス糸）で規定されている無アルカリガラス糸に限定されず、当該ガラス糸以上の品質のガラス糸を使用しても良い。
【００７１】
また、ガラス糸巻銅線は、導体上にメッキを被覆しないものであったが、これに限定されず、メッキ処理が施されていても良い。
【００７２】
絶縁層は、例えば、製造するガラス糸巻銅線の用途に応じ、Ｅ種（耐熱クラス１３０℃）、Ｆ種（耐熱クラス１５５℃）又はＨ種（耐熱クラス１８０℃）の耐熱クラスに応じた絶縁膜材料を用いて形成される。本発明に係る絶縁膜は、一例として、Ｆ種の絶縁塗料（例えば、日立化成ＷＦ６５１）を用いて形成される。
（紙巻線、テープ巻線について）
【００７３】
つぎに、横巻線は、断面が平角形の線状の銅導体と、クラフト紙などの紙テープ、無機のマイカテープ又は芳香族ポリアミド、ポリイミド、Ｐ Ｅ Ｔ 等の有機ポリマーフィルムテープなどの絶縁テープを用い、銅導体に絶縁テープをラップさせて巻き付けて成るものであり、いわゆる紙巻線、又はテープ巻線と呼ばれるものである。
【発明の効果】
【００７４】
本発明によれば、従来品に比して限界曲げ性に優れているため、従来の横巻線よりも、より小さな径で曲げることができ、整列に、密にコイルを巻くことが可能となり、変圧器、モータ等を小型化にすることができる横巻線を提供することができる。
【００７５】
又、本発明の横巻線によれば、従来品に比して横巻線自体が軟らかいため、スプリングバックの発生が抑えられ、紙やテープの浮きなどが少なくなり、絶縁性能の低下を抑えられると共に、より少ない張力で巻くことが可能であるため、コイル成形時の作業性が大幅に向上させることができる横巻線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施材２の焼鈍温度６００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図２】比較材２の焼鈍温度６００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図３】表層から５０μｍにおける平均結晶粒サイズの測定方法を示す図である。
【図４】実施材３の焼鈍温度４００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図５】比較材３の焼鈍温度４００℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図６】実施材４の焼鈍温度５００℃における径方向の断面写真を示す図である。
【図７】実施材５の焼鈍温度７００℃における径方向の断面写真を示す図である。
【図８】比較材４の焼鈍温度５００℃における径方向の断面写真を示す図である。
【図９】比較材５の焼鈍温度３６０℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図１０】実施材６の焼鈍温度３６０℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図１１】実施材７の焼鈍温度６５０℃における幅方向の断面写真を示す図である。
【図１２】表層部における平均結晶粒サイズの測定方法を示す図である。
【図１３】角導体に絶縁テープ巻層又はガラス糸巻絶縁層を形成した横巻線の断面図である。
【図１４】軟らかさを評価する試験方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下に記載した実施形態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、本実施形態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。
【実験例１】
【００７８】
（本発明に係る横巻線に使用する軟質希薄銅合金素材の製造）
実験材として、酸素濃度７ｍａｓｓ ｐｐｍ〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓ ｐｐｍ、チタン濃度１３ｍａｓｓ ｐｐｍを有するφ８ｍｍの銅線（ワイヤロッド、加工度９９．３％）を作製した。φ８ｍｍの銅線は、ＳＣＲ連続鋳造圧延法により、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。次に、実験材に冷間伸線加工を施した。これにより、φ２．６ｍｍサイズの銅線を作製した。
【００７９】
このφ２．６ｍｍサイズの銅線を用いて、まずは本実施の形態に係る横巻線に使用する素材の特性を検証した。
（軟質希薄銅合金素材の軟質特性）
表１は、無酸素銅線を用いた比較材１と、低酸素銅（酸素濃度７ｍａｓｓ ｐｐｍ〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓ ｐｐｍ）に、チタン濃度１３ｍａｓｓ ｐｐｍを有する軟質希薄銅合金線を用いた実施材１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。なお、試料としては、２．６ｍｍ径の試料を用いた。
【００８０】
【表１】
【００８１】
表１に示すように、焼鈍温度が４００℃のときに比較材１と実施材１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。
［軟質希薄銅合金素材の結晶構造及び導電性について］
図１は、実施材１と同様の成分組成であり、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た実施材２の幅方向の断面組織の断面写真を示したものであり、図２は、比較材１と同様の成分組成であり、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た比較材２の幅方向の断面組織の断面写真を示したものである。
【００８２】
図２に示すように、比較材２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、図１の実施材２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、実施材２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。
【００８３】
発明者らは、比較材２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２の粘着しない要因になっているものと考えている。
【００８４】
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２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、より軟質な導体でありながら、粘着しない性質を有する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。
【００８５】
そして、図１及び図２に示す結晶構造の断面写真をもとに、実施材２及び比較材２の試料の表層における平均結晶粒サイズを測定した。
【００８６】
図３は、表層における平均結晶粒サイズの測定方法を示す図である。図３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。
【００８７】
測定の結果、比較材２の表層における平均結晶粒サイズが５０μｍであったのに対し、実施材２の表層における平均結晶粒サイズが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、ポット焼鈍炉内で導体同士が粘着しない軟質希薄銅合金材料を実現するに至ったものと考えられる。
【００８８】
また、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２．６ｍｍ径である実施材１と無酸素銅線を用いた比較材１の表層における平均結晶粒サイズについて、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。
【００８９】
測定の結果、比較材１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１の表層における平均結晶粒サイズは、２０μｍであった。
【００９０】
図４は、実施材３の試料の幅方向の結晶構造を示す断面組織の写真を表したものであり、図５は、比較材３の幅方向の結晶構造を示す断面組織の写真を表したものである。
【００９１】
実施材３は、酸素濃度７ｍａｓｓｐｐｍ〜８ｍａｓｓｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓｐｐｍ、チタン濃度１３ｍａｓｓｐｐｍを備える０．２６ｍｍ径の希薄銅合金線で、焼鈍温度４００℃で１時間の焼鈍処理を経て作製される。
【００９２】
比較材３は、無酸素銅（ＯＦＣ）からなる０．２６ｍｍ径の線材で、焼鈍温度４００℃で１時間の焼鈍処理を経て作製される。
【００９３】
図５に示すように、比較材３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、図４の実施材３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。
【００９４】
表２は、実施材３及び比較材３の導電率を示す。
【００９５】
【表２】
【００９６】
表２に示すように、実施材３は、比較材３と比べて導電率（％ＩＡＣＳ）が大きくなっており、高い導電率を有することがわかる。
【００９７】
即ち、銅を焼鈍して結晶組織を再結晶させたときには、実施材３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３は、比較材３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ものと考えられる。
［軟質希薄銅合金素材の結晶構造と焼鈍温度との関係について］
２．６ｍｍ径の無酸素銅線を用いた比較材４と、２．６ｍｍ径の低酸素銅（酸素濃度７ｍａｓｓｐｐｍ〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓｐｐｍ）に１３ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを添加した軟質希薄銅合金線を用いた実施材４を試料とした。
【００９８】
図６は、焼鈍温度５００℃×１時間焼鈍後における実施材４の銅線の断面写真を示したものである。この図６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導体同士の粘着を防止する点に寄与しているものと思われる。
【００９９】
これに対し、焼鈍温度５００℃における比較材５の断面組織は２次再結晶が進んでおり、図６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た。
【０１００】
図７は、焼鈍温度７００℃×１時間焼鈍後における実施材５の銅線の断面写真を示したものである。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５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、導体同士の粘着を防止しうる。
【０１０１】
図８は、比較材５の５００℃×１時間焼鈍後の径方向の断面組織を示す断面写真である。図８に示すように、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。
【０１０２】
このように、焼鈍温度と焼鈍時間とを調節することで線材断面における微細結晶層の占める割合を調節することができ、微細結晶層の占める割合を小さくすれば小さいほど、導体同士の粘着を防止しつつ、導体の軟質特性は向上させることができる。
【０１０３】
以上の通り、実施材５では、表層は、微細結晶を残しつつ、一方で内部の結晶粒が大きくなり、軟らかくなるため、導体同士の粘着を防止しつつ、より軟質特性が向上する特徴がある。このような素材を横巻線の導体に使用することにより、軟らかく、高い導電性を有する横巻線を実現することができる。
【実験例２】
【０１０４】
［本発明に係る横巻線に用いる銅導体］
まず、下記、実施材及び比較材の導体の溶銅の段階から平角導体になるまでの製造条件を記載する。
（横巻線に用いる２．０ｍｍ×７．０ｍｍの平角導体の結晶構造について）
実験材として、実施材６、７は、Ｔｉ含有量２５ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ含有量４ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｏ含有量１０ｍａｓｓ ｐｐｍのφ８ｍｍの銅線（ワイヤロッド、加工度９９．３％）を作製した。φ８ｍｍの銅線は、ＳＣＲ連続鋳造圧延法により、鋳造後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｛熱間圧延温度（最初の圧延ロールでの温度８８０℃、最後の圧延ロールでの温度５５０℃）｝してφ８ｍｍの銅線を作製したものである。
【０１０５】
上記で作製したφ８ｍｍの銅線を用いて、絞り、皮剥ぎを行って、φ６．３の銅線を得た。次に、このφ６．３ｍｍの銅線を圧延工程にて２．０ｍｍ×７．０ｍｍの平角線形状に圧延した。
【０１０６】
得られた２．０ｍｍ×７．０ｍｍの平角導体をボビンに巻いた状態で、６５０℃、６０ｍｉｎの焼鈍炉で焼鈍を行う。このときの焼鈍炉の雰囲気は窒素又はアルゴン雰囲気で酸化防止を行う。
【０１０７】
比較材は、原料にタフピッチ銅又は無酸素銅を使用すること以外は、実施材６、７と同様の製造方法を採用した。
【０１０８】
図９は、比較材５（タフピッチ銅、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ）に係る試料の幅方向の断面組織を示し、図１０は、実施材６（焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ）に係る試料の幅方向の断面組織を示し、図１１は、実施材７（焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）に係る資料の幅方向の断面組織を示す。
【０１０９】
図９を参照すると、比較材５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微細な結晶粒が均一に並んでいることが分かる。一方、図１０の実施材６の結晶構造は、比較材５と同条件で焼鈍したものであるが、均一で結晶粒が大きくなっているのが分る。さらに図１１に示す実施例７の結晶構造は、さらに高温での焼鈍を実施し、全体的に結晶粒の大きさが大きくなり、まばらであり、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。
【０１１０】
本発明の実施材６、７は、比較材５には形成されていない表層に現れた微細結晶粒層が形成され、銅のマトリックスの高純度化、結晶粗大化により導体の軟質特性が向上し、かつ、表層に微細結晶が残存することにより導体同士の粘着を防止することができるものと考えている。
【０１１１】
通常、軟質化を目的とした熱処理を行うと、再結晶により均一に粗大化した結晶粒が形成されると理解される。しかし、本実施材においては、内部に粗大な結晶粒を形成する焼鈍処理を実行しても表層には微細結晶粒層が残存している。したがって、本実施材では、軟質銅材でありながら導体同士の粘着を防止することができると考えられる。
【０１１２】
又、図９、図１０及び図１１に示す結晶構造の断面写真を基に、比較材５、実施材６及び実施材７に係る試料の表層における平均結晶粒サイズを測定した。
【０１１３】
ここで、内部の平均結晶粒サイズは、平角導体の短尺（ここでは２．０ｍｍ）のまん中の１．０ｍｍのところで、長さ３．５ｍｍの範囲で直線を引いて、その直線と交わる結晶粒の個数を割り出し、そこから１個あたりの平均結晶粒サイズを導き出した。
【０１１４】
図１２は、平均結晶粒サイズの測定方法の概要を示す。図１２に示すように、導体表面の長さ３.５ｍｍの範囲である結晶粒の個数を割り出し、それから１個当たりの平均結晶粒サイズを導き出した。測定の結果、比較材５の導体表面の平均結晶粒サイズは、８μｍであったのに対し、実施材６の導体表面の平均結晶粒サイズは、１８μｍであり、異なっており、その表層の平均結晶粒サイズはその中心部のそれより小さいものである。又、実施材７の導体表面における平均結晶粒サイズは、４９μｍであったのに対して、内部の平均結晶粒サイズは、７６μｍであった。
【０１１５】
実施材６、７及び比較材５の粘着は無かった。しかし、比較材６（タフピッチ銅、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）及び比較材７（無酸素銅、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）については、粘着が発生し、製品とすることができなかった。
【０１１６】
したがって、本発明に係る横巻線に使用する軟質希薄銅合金材料は、素材の軟質化を目的として過焼鈍（焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ）の条件によってもボビン巻きした隣接する導体同士の粘着が発生しないことから、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ及び６５０℃×６０ｍｉｎのいずれにも対応することができる素材であり、横巻線の軟質化の傾向に適した材料であると言え、タフピッチ銅、無酸素銅に比してより生産性に富む材料であるといえる。
【０１１７】
本発明に係る希薄銅合金線材は焼鈍温度を焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎに上げても銅導体の表面は微細結晶粒を有すると共に、内部は粗大結晶となり、さらに銅導体を軟らかくすることができる。しかも、表面が微細結晶のままであり、かつ、酸素はＴｉ酸化物として存在しているために、ポット焼鈍炉内で銅線同士が粘着することがない。
【実施例】
【０１１８】
図１３は、平角導体に絶縁テープ巻層又はガラス糸巻絶縁層の長尺体を巻いて形成した横巻層を備えた横巻線の断面図である。本発明に係る横巻線は、断面平角形状の導体２と、導体２を被覆する絶縁テープ巻層又はガラス糸巻絶縁層の長尺体を巻いて形成した横巻層１とを備えて概略構成されている。
（実施例１）
１.６×６.０ｍｍの平角導体｛希薄銅合金線材（Ｔｉ含有量２５ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ含有量４ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｏ含有量１０ｍａｓｓ ｐｐｍ）、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ（ＴＰＣでは粘着する高い焼鈍条件）｝に二重にガラス糸の束（直径７μｍ、２００本束）を巻き、Ｆ種の耐熱性絶縁ワニス（日立化成工業製 品名：ＷＦ−６５１）を含浸硬化させたガラス巻線を製造した。
（実施例２）
１.６×６.０ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）｝に二重に実施例１のガラス糸の束を巻き、実施例１の絶縁ワニスを含浸硬化させたガラス巻線を製造した。
（比較例１）
１.６×６.０ｍｍの平角導体(ＴＰＣ、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ)に二重に実施例１のガラス糸の束を巻き、実施例１の絶縁ワニスを含浸硬化させたガラス巻線を製造した。
【０１１９】
以上の実施例１、実施例２及び比較例１のガラス巻線について以下の試験を行った。ガラス巻線の寸法は、ＪＩＳ−Ｃ−３２１６-２、ＪＡ.３に準じて行った。
【０１２０】
又、限界曲げ性について、ガラス巻線を導体厚さのｎ倍の巻付け棒に１８０°厚さ方向に巻付け、被覆部にき裂が発生しない合格倍径を評価した。
【０１２１】
図１４は、軟らかさを評価する試験方法を示すものである。長さ約２５０ｍｍの試料を準備し、図１４に示す通りに試料を固定する。片端に荷重２９４ｇを３秒間加えた後取外し、５秒後にたわみ量δ（ｍｍ）を測定し、軟らかさを評価した。
【０１２２】
表３はこれら横巻線の限界曲げ性及び軟らかさの評価結果を示したものである。
【０１２３】
【表３】
【０１２４】
表３に示すように、限界曲げ性は、実施例１が比較例１と同じ焼鈍条件でもより軟らかいため、比較例１のガラス巻線は導体厚さの４倍径の巻付け棒で巻付けして被覆部にき裂が発生しないが、３倍径の巻付け棒で巻付けすると被覆部にき裂が発生した。しかし、実施例１、２のガラス巻線は導体厚さの３倍径の巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂は発生しなかった。よって、本発明に係る希薄銅合金線材を使用したガラス巻線は曲げ性に優れていると言える。
【０１２５】
軟らかさの結果から、実施例１、２のたわみ量は比較例１と比べて大きいことから、本発明に係る希薄銅合金線材のガラス巻線は軟らかく、スプリングバックも小さいと言える。
【０１２６】
軟らかさの結果から、実施例１のたわみ量は実施例２と比べて大きいことから、焼鈍温度を上げた希薄銅合金線材のガラス巻線はさらに軟らかいと言える。
（実施例３）
３.２×９.３ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ（ＴＰＣでは粘着する高い焼鈍条件）｝にクラフト紙(新巴川製紙製、品名：Ｐ７５、厚さ７５μｍ、幅１２ｍｍ)を２枚重ね巻き（１２ｍｍオーバーラップ）をした紙巻線を製造した。
（実施例４）
３.２×９.３ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件３６０℃１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）｝に実施例３のクラフト紙を２枚重ね巻き（１〜２ｍｍオーバーラップ）をした紙巻線を製造した。
（比較例２）
３.２×９.３ｍｍの平角導体(ＴＰＣ、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ)に実施例３のクラフト紙を２枚重ね巻き（１〜２ｍｍオーバーラップ）をした紙巻線を製造した。
【０１２７】
これらの実施例３、４、比較例２の紙巻線について、実施例１と同様の試験を行った。但し、軟らかさの試験の荷重は１９２８ｇとした。
【０１２８】
表４はこれらの紙巻線した横巻線の限界曲げ性及び軟らかさの評価結果を示したものである。
【０１２９】
【表４】
【０１３０】
表４に示すように、限界曲げ性は、実施例３、４は比較例２と同じ焼鈍条件でもより軟らかいため、比較例２の紙巻線が導体厚さの３倍径の巻付け棒で巻付けして被覆部にき裂が発生しないが、２倍径の巻付け棒で巻付けすると被覆部にき裂が発生した。しかし、実施例３、４の紙巻線は導体厚さの２倍径の巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂は発生しなかった。よって、本発明に係る希薄銅合金線材を使用した紙巻線は曲げ性に優れていると言える。
【０１３１】
軟らかさの結果から、実施例３、４のたわみ量は比較例２と比べて大きいことから、本発明に係る希薄銅合金線材の紙巻線は軟らかく、スプリングバックも小さいと言える。
【０１３２】
軟らかさの結果から、実施例３のたわみ量は実施例４と比べて大きいことから、焼鈍温度を上げた希薄銅合金線材のガラス巻線はさらに軟らかいと言える。
（実施例５）
２.０×４.５ｍｍの平角導体｛実施材１の希薄銅合金線材、焼鈍条件６５０℃×６０ｍｉｎ（ＴＰＣでは粘着する高い焼鈍条件）｝に無機マイカテープ（日本理化イソボルタ製、品名：ＫＭＰ−８０１Ａ−ＳＴ、厚さ６５μｍ、幅１１ｍｍ）を２枚重ね巻き（２〜３ｍｍオーバーラップ）をしたテープ巻線を製造した。
（実施例６）
２.０×４.５ｍｍの平角導体｛実施例１の希薄銅合金線材、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）｝に実施例５の無機マイカテープを２枚重ね巻き（２〜３ｍｍオーバーラップ）をしたテープ巻線を製造した。
（比較例３）
２.９×４.５ｍｍの平角導体(ＴＰＣ、焼鈍条件３６０℃×１００ｍｉｎ（ＴＰＣと同じ焼鈍条件）)に実施例５の無機マイカテープを２枚重ね巻き（２〜３ｍｍオーバーラップ）をしたテープ巻線を製造した。
【０１３３】
実施例５、６、比較例３のテープ巻線について、実施例１、比較例１と同様の試験を行った。但し、軟らかさの試験の荷重は３５５ｇとした。
【０１３４】
表５は、実施例５、６、比較例３のテープ巻線の横巻線について限界曲げ性及び軟らかさの評価結果を示したものである。
【０１３５】
【表５】
【０１３６】
表５に示す本発明に係る導体希薄銅合金線材を使用した紙巻線及びテープ巻線の評価結果から、ガラス巻線と同様に本発明に係る薄銅合金線材を使用したテープ巻線は、曲げ性に優れ、軟らかい結果となっている。
【０１３７】
又、表５に示すように、限界曲げ性は、実施例５、６は比較例３と同じ焼鈍条件でもより軟らかいため、比較例３のテープ巻線が導体厚さの３倍径の巻付け棒で巻付けして被覆部にき裂が発生しないが、２倍径の巻付け棒で巻付けすると被覆部にき裂が発生した。しかし、実施例５、６のテープ巻線は導体厚さの２倍径の巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂は発生しなかった。よって、本発明に係る希薄銅合金線材を使用したガラス巻線は曲げ性に優れていると言える。
【０１３８】
軟らかさの結果から、実施例５、６のたわみ量は比較例３と比べて大きいことから、本発明に係る希薄銅合金線材のガラス巻線は軟らかく、スプリングバックも小さいと言える。
【０１３９】
又、軟らかさの結果から、実施例５のたわみ量は実施例６と比べて大きいことから、焼鈍温度を上げた希薄銅合金線材のガラス巻線はさらに軟らかいと言える。
【０１４０】
又、本実施例においては、添加したＴｉと同様に、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素においても不純物である硫黄（Ｓ）をトラップするので、マトリックスとしての銅母相が高純度化すると共に、導体表面を微細結晶粒とし、素材の軟質特性が向上されるため、スプリングバックが小さく、巻付け棒で巻付けしても被覆部にき裂が発生しにくく曲げ性にも優れる効果が得られることが確認されている。
【０１４１】
以上のように、本実施例によれば、従来品に比して限界曲げ性に優れているため、従来の横巻線よりも、より小さな径で曲げることができ、整列に、密にコイルを巻くことが可能となり、変圧器、モータ等を小型化にすることができる横巻線を提供することができる。
【０１４２】
又、本実施例の横巻線によれば、従来品に比して横巻線自体が軟らかいため、スプリングバックの発生が抑えられ、紙やテープの浮きなどが少なくなり、絶縁性能の低下を抑えられると共に、より少ない張力で巻くことが可能であるため、木槌でたたく等の回数が減り、コイル成形時の作業性が大幅に向上させることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体と、前記導体に長尺体が巻回されて形成された横巻層とを備えた横巻線において、
前記導体がＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が銅及び不可避的不純物であり、
前記銅中の酸素が前記添加元素との酸化物として存在し、
前記導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である表層を有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項２】
請求項１において、前記導体は、その表面の平均結晶粒サイズよりも、その内部の平均結晶粒サイズの方が大きい結晶組織を有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記導体は、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素を含有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記導体は、４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを含有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項５】
前記請求項４において、前記Ｔｉは、前記導体中にＴｉＯ、ＴｉＯ２又はＴｉ−Ｏ−ＳのＴｉ酸化物として存在することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記長尺体は、ガラス糸束又は絶縁テープであることを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項１】
導体と、前記導体に長尺体が巻回されて形成された横巻層とを備えた横巻線において、
前記導体がＴｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒからなる群から選択された添加元素を含み、残部が銅及び不可避的不純物であり、
前記銅中の酸素が前記添加元素との酸化物として存在し、
前記導体の結晶組織が少なくともその表面の平均結晶粒サイズが４９μｍ以下である表層を有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項２】
請求項１において、前記導体は、その表面の平均結晶粒サイズよりも、その内部の平均結晶粒サイズの方が大きい結晶組織を有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記導体は、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素を含有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記導体は、４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを含有することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項５】
前記請求項４において、前記Ｔｉは、前記導体中にＴｉＯ、ＴｉＯ２又はＴｉ−Ｏ−ＳのＴｉ酸化物として存在することを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記長尺体は、ガラス糸束又は絶縁テープであることを特徴とする希薄銅合金材料を用いた横巻線。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−４１７６２（Ｐ２０１３−４１７６２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８３４８（Ｐ２０１１−１７８３４８）
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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