溶融はんだめっき撚線の製造方法
【課題】無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる場合に比して、軟質銅撚線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、更なるめっきラインの増速化を実現することができる溶融はんだめっき撚線の製造方法を提供する。
【解決手段】不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金材料に対して伸線加工を施して伸線材２ａを作製する伸線工程Ａと、該伸線材２ａを複数本用意し、これらを撚り合わせることにより撚線９を作製する撚線工程Ａと、撚線９を溶融はんだめっき槽に浸漬することで伸線材２ａの表面にめっき層を形成する溶融はんだめっき工程Ｃとを備え、溶融はんだめっき工程Ｃの熱量によって伸線材２ａを軟質銅線に変質させるものである。
【解決手段】不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金材料に対して伸線加工を施して伸線材２ａを作製する伸線工程Ａと、該伸線材２ａを複数本用意し、これらを撚り合わせることにより撚線９を作製する撚線工程Ａと、撚線９を溶融はんだめっき槽に浸漬することで伸線材２ａの表面にめっき層を形成する溶融はんだめっき工程Ｃとを備え、溶融はんだめっき工程Ｃの熱量によって伸線材２ａを軟質銅線に変質させるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融はんだめっき撚線の製造方法に係り、特に、最終線径の撚線加工後における焼鈍工程を省略することができる溶融はんだめっき撚線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の科学技術においては、動力源としての電力や、電気信号など、あらゆる部分に電気が用いられており、それらを伝達するためにケーブルやリード線などの導線が用いられている。そして、その導線に用いられている素材としては、銅、銀などの導電率の高い金属が用いられ、とりわけ、コスト面などを考慮し、銅線が極めて多く用いられている。
【０００３】
銅と一括りにする中にも、その分子の配列などに応じて、大きく分けて、硬質銅と軟質銅とに分けられる。そして利用目的に応じて所望の性質を有する種類の銅が用いられている。
【０００４】
電子部品用リード線には、硬質銅線が多く用いられ、例えば、医療機器、産業用ロボット、ノート型パソコンなどの電子機器などに用いられるケーブルは、過酷な曲げ、ねじれ、引張りなどが組み合わさった外力が繰り返し負荷される環境下で使用されているため、硬直な硬質銅線は不的確であり、軟質銅線が用いられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、電子機器、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルビデオカメラなどの携帯型の情報・通信・記録端末などの、耐屈曲性が求められる分野において使用される丸型断面の極細銅合金線の製造方法について、線径が０．０１〜０．１ｍｍの極細銅合金線においては、Ｍｇ又はＩｎを０．０５〜０．９質量％含有し、銅及び不可避的不純物を残部とする銅合金に伸線加工を施して極細銅線を形成し、最終線径形成後の極細線に熱処理を施して引張強さを３４３ＭＰａ以上、伸びを５％以上、導電率を８０％ＩＡＣＳ以上に調質することが記載されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、電子機器用のフレキシブルフラットケーブルに使用されるＳｎ系めっき平角導体について、導体サイズが、厚さ０．０３５ｍｍ、幅０．３０ｍｍからなるＳｎ系めっき平角導体を製造した後、この平角導体に対して最終工程の焼鈍において焼鈍温度の条件を代えて耐屈曲性などの各種特定を満足するフレキシブルフラットケーブル用平角導体の製造方法について記載されている。
【０００７】
また、例えば、特許文献３には、太陽電池用電極線材に使用される平角導体について、Ｃｕ単層について、無酸素銅からなる圧延シートに対してスリットして芯材を得た後に、５００℃×１分の軟化焼鈍を施し、これにめっきを施すことで軟質の太陽電池用電極線材を得ることについて記載されている。
【０００８】
このように多岐にわたる技術分野において軟質銅線が用いられているが、上記特許文献に記載の軟質銅線の製造方法においても、その軟質銅線の製造工程のなかで、最終線径とした後に別工程において軟質特性を得るために焼鈍処理を施している。
【０００９】
しかしこのような軟質特性を得ることを目的とした最終線径前における焼鈍工程を含む製造工程では、生産性に劣り、また製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、例えば、特許文献４には、太陽電池用電極線材にかかるものであるが、軟化焼鈍工程を設けることなく容易に軟質銅線を製造する技術として、溶融はんだ浴の浴温を２５０℃以上、３８０℃以下とし、芯材の浸漬時間を浴温２５０℃以上、２８０℃未満の場合に６〜１０秒とし、浴温２８０℃以上、３５０℃以下の場合に３〜１０秒とし、あるいは３５０℃超、３８０℃以下の場合に３〜５秒とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１２９２６２号公報
【特許文献２】特開２００３−８６０２４号公報
【特許文献３】国際公開第２００５／１１４７５１号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００７／０３７１８４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この特許文献４に記載されている製造方法においては、最終線径加工を終えた後に焼鈍工程を省略することができる意味において有効な技術であるが、広く軟質めっき銅線を使用する製品分野において、更なる製造コスト削減のためには、めっきラインの増速化が重要なファクターとなり、銅素線、銅撚線のめっき浸漬時間の更なる短縮が求められる。
【００１３】
また、特許文献４に記載されている製造方法は、無酸素銅からなる素線を用いて高加工度の素線（実施例では、圧下率９５％）に対して使用されるものであり、高加工度のものほどはんだめっき槽に浸漬する際に熱処理状態における軟化温度が低くなる現象を利用して導線の軟化を狙ったものと理解され、高加工度の素線に対して適用する場合には有効に効果を発現するものであるが、比較的加工度の低い素線に対しては、未だ十分な検討がなされているとはいえず、加工度の低い銅線に対して適用するにあたっては自ずと限界があり、加工度の低い製品品種へも適用できる製造技術が求められる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる場合に比して、軟質銅撚線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、更なるめっきラインの増速化を実現することができる溶融はんだめっき撚線の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金材料に対して伸線加工を施して伸線材を作製する伸線工程と、該伸線材を複数本用意し、これらを撚り合わせることにより撚線を作製する撚線工程と、該撚線を溶融はんだめっき槽に浸漬することで伸線材の表面にめっき層を形成する溶融はんだめっき工程とを備え、溶融はんだめっき工程の熱量によって伸線材を軟質銅線に変質させることを特徴とする撚線の製造方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、前記添加元素が、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンであり、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超えて３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素とを含む請求項１に記載の撚線の製造方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２６０℃〜３００℃であり、浸漬時間が２〜５秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法である。
【００１８】
請求項４の発明は、前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が３００℃を超え３８０℃であり、浸漬時間が１秒以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法である。
【００１９】
請求項５の発明は、前記最終線径に伸線加工した際の加工度が５０％未満であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２８０℃〜３８０℃であり、浸漬時間が１〜１０秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる場合に比して、はんだめっき軟質銅撚線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、更なるめっきラインの増速化を実現することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法を説明する図である。
【図２】従来の溶融はんだめっき撚線の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法は、図１に示すように、伸線工程Ａにて、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、残部が銅および不可避的不純物である軟質希薄銅合金材料からなるワイヤロッド２を、最終線径に伸線加工して伸線材２ａとし、次に撚り線工程Ｂにて、複数本の伸線材２ａを撚り合わせて撚線９とし、めっき工程Ｃで、撚線９をはんだめっき槽１３を通して溶融はんだめっきをすると共にそのめっき浴の温度で撚線９を焼鈍するようにしたものである。
【００２４】
伸線工程Ａでの伸線装置１は、送出しボビン３からワイヤロッド２を複数のダイス４が設けられた伸線機５を通して加工度が５０％以上となるように伸線加工して最終線径とし、この伸線材２ａを巻取ボビン６に巻き取るものである。
【００２５】
撚り線工程Ｂでの撚線装置７は、複数個の送出しボビン８から最終線径とした伸線材２ａを送り出し、これを撚り合わせて撚線９として巻取ボビン１０に巻き取るものである。
【００２６】
めっき工程Ｃでのめっき装置１１は、送出しボビン１２から撚線９を、複数のガイドロール１３にてはんだめっき槽１５内のはんだ溶湯１４内に浸漬して撚線９に溶融はんだめっきを行って溶融はんだめっき撚線１６として巻取ボビン１７に巻き取るものである。この際、はんだめっき槽１５のめっき温度が２６０℃〜３００℃であり、撚線９の浸漬時間が２〜５秒、或いは温度が３００℃を超え３８０℃であり、浸漬時間が１秒以上とすることで、めっき浴内で撚線１９のめっきと焼鈍が同時に行える。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る撚線に使用する導体の構成について説明する。
【００２８】
（１）添加元素について
本実施の形態に係る撚線に使用する導体は、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、残部が銅および不可避的不純物である軟質希薄銅合金材料である。
【００２９】
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種類以上含まれていてもよい。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】
また、以下に説明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以下が良好であることを説明しているが、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、２を超え４００ｍａｓｓ ｐｐｍを含むことができる。
【００３１】
（２）組成比率について
本実施の形態に係る撚線に使用する導体は、導電性材料として使用されるものであるため、より導電性が高いものが好まれる。
【００３２】
例えば、本実施の形態に係る撚線は、導電率９８％ＩＡＣＳ（万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ 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のが好ましい。
【００３３】
導電率が９８％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、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、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。
【００３４】
ここで、導電率が１００％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、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、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３７ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンとを含む軟質希薄銅合金材料を用いる。
【００３５】
また、導電率が１０２％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上２５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンとを含む軟質希薄銅合金材料を用いる。
【００３６】
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。２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素を含有していることから、この実施の形態では、いわゆる低酸素銅（ＬＯＣ）を対象としている。
【００３７】
酸素濃度が低い場合、撚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、熱間圧延工程で導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。
【００３８】
（３）分散している物質について
本実施の形態に係る撚線に使用する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。
【００３９】
具体的には、 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。
【００４０】
（本実施の形態に係る撚線に使用する導体の製造方法）
本実施の形態に係る撚線に使用する導体の製造方法は以下のとおりである。例として、Ｔｉを添加元素に選択した場合を説明する。
【００４１】
まず、撚線の原料としてのＴｉを含む軟質希薄銅合金材料を準備する（原料準備工程）。
【００４２】
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）。
【００４３】
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）。
【００４４】
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）。
【００４５】
更に、熱間圧延工程を経たワイヤロッドに伸線加工および熱処理を施す（伸線加工、熱処理工程）。
【００４６】
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。
【００４７】
これにより、本実施の形態に係る撚線に使用する導体が製造される。
【００４８】
また、この導体の製造には、上述した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、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。
【００４９】
そこで、本発明者は、本実施の形態に係る撚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、本実施の形態に係る撚線に使用する導体を得た。
【００５０】
まず、第１の方策は、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量のＣｕ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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すると共に析出するので、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。
【００５３】
本実施の形態に係る撚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。
【００５４】
ＳＣＲ連続鋳造圧延により、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。
【００５５】
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が理由であるものの、溶銅温度は可能な限り低い温度が望ましい。
【００５６】
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。
【００５７】
これらの鋳造条件は、 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。
【００５８】
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、本実施の形態では、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。
【００５９】
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の傷が多くなり、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。
【００６０】
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。
【００６１】
以上より、無酸素銅（ＯＦＣ）の導体に比してより軟らかい軟質希薄銅合金材料を、本実施の形態に係る撚線に使用する導体の原料として得ることができる。
【００６２】
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、棒状、又は平角導体状にすることができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、ＳＣＲ連続鋳造圧延法によりワイヤロッドを作製すると共に、熱間圧延にて軟質材を作製したが、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。
【００６４】
さて、この希薄銅合金材料を素材とした本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法を、再度図１により説明する。
【００６５】
このめっき撚線は、その表面にめっき層を備えた溶融はんだめっき撚線１６である。この溶融はんだめっき撚線１６は、上述の希薄銅合金材料を素材としたものである。また、めっき層としては、例えば、錫、ニッケル、銀を主成分とするものを適用可能であり、いわゆるＰｂフリーめっきを用いてもよい。
【００６６】
溶融はんだめっき撚線１６の製造方法は、上述の希薄銅合金材料を素材としたワイヤロッド２を伸線する伸線工程Ａと、最終線径に伸線された硬銅線からなる伸線材２ａを撚り合わせる撚線工程Ｂと、撚線９の表面にめっき層を形成するはんだめっき工程Ｃとを備えるものである。
【００６７】
図２は、従来の溶融はんだめっき撚線２５を製造する製造方法を示したものである。
【００６８】
この従来の溶融はんだめっき撚線２５を製造する工程は、めっき工程Ｄ、伸線・焼鈍工程Ｅ、撚り線工程Ｆからなるもので、めっき工程Ｄでのめっき装置１１、伸線・焼鈍工程Ｅでの伸線装置１、撚り線工程Ｆでの撚線装置７は、図１で説明しためっき装置１１、伸線装置１、撚線装置７と基本的に同じであり、同一符号を付して説明する。
【００６９】
この図２の従来の溶融はんだめっき撚線２５を製造は、最終線径前にロッド（銅素線）２にめっき装置１１にてめっきを施してめっき線１８とし、めっき線１８を、伸線装置１で最終線径まで伸線加工して伸線材１９とし、ガイドローラ２０、２１、２２を通して巻取ボビン２４に巻き取る間に、ガイドローラ２１、２２間に通電し、通電アニーラによって軟質銅線２３とする。その後、軟質銅線２３を撚線装置７で、撚り合わせて撚線２５とする製造方法である。
【００７０】
しかし、撚線工程Ｆで撚り合わされためっき撚線２５は、撚線工程Ｆで加工硬化し、軟質撚線ではあるものの、完全な軟質撚線にはならない問題があった。
【００７１】
これに対し、上述のとおり、本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法を使用すれば、半軟化温度が低い素材を用いるため、製造時に、加工工程から焼鈍工程を経て製造される工程を、加工工程から撚線工程、めっき工程のみで製品を製造できることになり、低コストかつエネルギー低減が可能となり、高い生産性が得られる。
【００７２】
さらには、本発明によれば、後述の表１、表２に示すデータに基づき、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる場合に比して、軟質銅線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、更なるめっきラインの増速化を実現することができる。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１は、無酸素銅（ＯＦＣ）を試料Ｎｏ．９〜１５とした従来材Ａと、無酸素銅に微量のＴｉを添加して試料Ｎｏ．１〜８とした比較材Ａ、実施材Ａに、はんだめっき温度と浸漬時間を変えたときのビッカース硬さを測定した結果を示したものである。
【００７５】
これら試料Ｎｏ．１〜１５は、いずれも比較的高加工度である９１．７％の場合におけるめっき槽浸漬後のビッカース硬さを測定した結果である。
【００７６】
浸漬後の試料の軟化特性を把握するため、ビッカース硬さを測定した。目標値は６０ＨＶ以下に設定した。
【００７７】
ビッカース硬度を６０以下に規定した理由は、ビッカース硬度がこの数値を上回るとケーブルとしての軟質特性が不十分であり、ケーブル配索時に不都合が生じる可能性があるためである。
【００７８】
ここに試料Ｎｏ．２〜８の実施材Ａについては、低酸素銅（酸素濃度７〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓ ｐｐｍ）に１３ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを添加した素材をφ０．９ｍｍに伸線した後に同一ライン上にて伸びが３０％になるまで通電アニーラの処理を行い、さらにφ０．２６ｍｍに伸線した（加工度９１．７％）ものであり、その後、例えば７本撚線とする。この撚線を焼鈍工程を設けることなく、硬質銅撚線の状態で、溶融はんだめっき工程にて、はんだめっき槽に連続的に浸漬させて引き上げロールにより引上げて線材の周囲に溶融はんだめっき層を有する軟質銅撚線を得たものである。
【００７９】
これに対して、従来材Ａは、原材料として無酸素銅（ＯＦＣ）を用いた点を除けば、上記実施材Ａと同様の条件にて製造した。
【００８０】
ここに加工度とは、「（加工前の断面積−加工後の断面積）／加工前の断面積」であらわされる。
【００８１】
実施材Ａに相当する試料Ｎｏ．２〜４についてみると、はんだめっき温度が２６０℃〜３００℃においては、浸漬時間が２〜１０秒で、ビッカース硬さは６０ＨＶを下回っており、浸漬時間が短いにもかかわらず、良好なはんだめっき軟質銅撚線が得られていることがわかる。
【００８２】
これに対して、従来材Ａである試料Ｎｏ９、１０は、はんだめっき温度が２６０℃、２８０℃の例であるが、浸漬時間が６０秒と長時間であるにもかかわらず、ビッカース硬さはいずれも目標値である６０ＨＶを上回っていた。
【００８３】
また、実施材Ａに相当する試料Ｎｏ５〜８については、はんだめっき温度が３２０℃〜３８０℃において浸漬時間が１秒の短時間であるにもかかわらず、溶融はんだめっき工程の熱量によって硬質銅撚線が変質されて、ビッカース硬さは６０ＨＶを下回っていたのに対して、従来材Ａである試料Ｎｏ１２〜１５はいずれもビッカース硬さ６０ＨＶを下回らず、実施材Ａに相当する試料Ｎｏ５〜８に比して硬いことがわかる。
【００８４】
これら表１の結果から、Ｔｉを微量添加した実施材Ａの材料が、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる従来例に対して軟質銅撚線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、より具体的には２６０℃〜３００℃であれば２〜１０秒、３２０℃を超えて３８０℃以下であれば１秒以下で目標のビッカース硬さに到達することができ、めっきラインの増速化の点においてより有効であるといえる。
【００８５】
なお、比較材Ａについては、はんだめっき温度２６０℃の場合にはんだ浸漬時間を１０秒とする条件にてビッカース硬さを測定したが、目標値の６０ＨＶを大きく上回るものであった。
【００８６】
【表２】
【００８７】
表２は、比較的低加工度である４９．３％の場合において、無酸素銅（ＯＦＣ）を試料Ｎｏ．２４〜３０とする従来材Ｂと、無酸素銅に微量Ｔｉを添加する試料Ｎｏ．１６，１７の比較材Ｂと、試料Ｎｏ．１８〜２３の実施材Ｂとを対象として、めっき槽浸漬後のビッカース硬さを測定した結果である。ビッカース硬さの評価方法は表１の場合と同様である。
【００８８】
ここに試料Ｎｏ．１８〜２３の実施材Ｂについては、素材をφ０．９ｍｍに伸線した後に同一ライン上にて伸びが３０％になるまで通電アニーラの処理を行い、さらにこれをφ０．３６５ｍｍに伸線した後同一ライン上にて伸びが３０％になるまで通電アニーラの処理を行った。つづいて、これをさらにφ０．２６ｍｍに伸線して、その後、例えば７本撚線とし、硬質銅撚線を得た（加工度４９．３％）。後の工程は、表１の場合と同様である。また実施材Ｂの原材料は実施材Ａと同様のものを使用した。
【００８９】
これに対して、従来材Ｂは、原材料として無酸素銅（ＯＦＣ）を用いた点を除けば、上記実施材Ｂと同様の条件にて製造した。なお、加工度の特定方法については、実施材Ａと同様のものである。
【００９０】
実施材Ｂをみると、はんだめっき温度が２８０℃〜３８０℃においては、浸漬時間が１〜１０秒でビッカース硬さが６０ＨＶを下回っており、比較的低加工度の試料に対してもはんだめっき槽への浸漬によって溶融はんだめっき工程の熱量によって硬質銅撚線が変質されて良好なはんだめっき軟質銅撚線が作製できることがわかる（試料Ｎｏ１８〜２３）。
【００９１】
これに対して、従来材Ｂをみても、２６０℃〜３２０℃においては浸漬時間を６０秒と長くしたとしても、ビッカース硬さが６０ＨＶを上回る結果となり、銅線の素材として無酸素銅（ＯＦＣ）を使用した場合には、はんだめっき槽への浸漬による銅線の軟化効果は得られないことがわかった（試料Ｎｏ２４〜２７）。また、３４０℃〜３８０℃においても、ビッカース硬さが６０ＨＶを上回る結果であった。また、はんだめっき槽への浸漬時間が３０秒と長すぎるため、生産性の面において劣っていることがわかった（試料Ｎｏ２８〜３０）。また、３４０℃〜３８０℃において、浸漬時間が３０秒、６０秒で実施したものについては線材のＣｕがはんだめっき槽中に溶け出しており、めっき槽の成分を変化させ、後続の線材のはんだめっき層の組成品質に影響を及ぼすものであるため、現実のめっき製造ラインにおいては適用できないものである。
【００９２】
これら表２の結果から、従来材Ｂより、高加工度の銅線（たとえば、特許文献４では圧下率９５％）に対して、はんだめっきによる熱処理効果によって、線材の軟化が起る現象は開示されているが、本発明は銅線の素材そのものを見直し、組成成分改善のアプローチから所定のＯ含有量、Ｓ含有量の銅材料に対してＴｉを微量に添加することにより、比較的低加工度の領域においても、はんだめっき層の品質に悪影響を及ぼすことなく、はんだめっき槽への浸漬による銅線の軟化効果が得られるという優位性があるといえる。
【００９３】
なお、比較材Ａについては、はんだめっき温度２６０℃の場合にはんだ浸漬時間を夫々３０秒、６０秒とする条件においてビッカース硬さを測定したが、目標値の６０ＨＶを下回る結果となったが、はんだ浸漬時間を実施材Ｂと比較して長くとる必要があり、生産性の面で劣る結果となった。
【００９４】
なお、本発明の実施例においては、断面が丸形状の線材を用いて説明したが、本発明は特にこれに限定されるものではなく、平角状の導体であってもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１ 伸線装置
２ ワイヤロッド
２ａ 伸線材
７ 撚線装置
９ 撚線
１１ はんだめっき装置
１６ 溶融はんだめっき撚線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融はんだめっき撚線の製造方法に係り、特に、最終線径の撚線加工後における焼鈍工程を省略することができる溶融はんだめっき撚線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の科学技術においては、動力源としての電力や、電気信号など、あらゆる部分に電気が用いられており、それらを伝達するためにケーブルやリード線などの導線が用いられている。そして、その導線に用いられている素材としては、銅、銀などの導電率の高い金属が用いられ、とりわけ、コスト面などを考慮し、銅線が極めて多く用いられている。
【０００３】
銅と一括りにする中にも、その分子の配列などに応じて、大きく分けて、硬質銅と軟質銅とに分けられる。そして利用目的に応じて所望の性質を有する種類の銅が用いられている。
【０００４】
電子部品用リード線には、硬質銅線が多く用いられ、例えば、医療機器、産業用ロボット、ノート型パソコンなどの電子機器などに用いられるケーブルは、過酷な曲げ、ねじれ、引張りなどが組み合わさった外力が繰り返し負荷される環境下で使用されているため、硬直な硬質銅線は不的確であり、軟質銅線が用いられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、電子機器、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルビデオカメラなどの携帯型の情報・通信・記録端末などの、耐屈曲性が求められる分野において使用される丸型断面の極細銅合金線の製造方法について、線径が０．０１〜０．１ｍｍの極細銅合金線においては、Ｍｇ又はＩｎを０．０５〜０．９質量％含有し、銅及び不可避的不純物を残部とする銅合金に伸線加工を施して極細銅線を形成し、最終線径形成後の極細線に熱処理を施して引張強さを３４３ＭＰａ以上、伸びを５％以上、導電率を８０％ＩＡＣＳ以上に調質することが記載されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、電子機器用のフレキシブルフラットケーブルに使用されるＳｎ系めっき平角導体について、導体サイズが、厚さ０．０３５ｍｍ、幅０．３０ｍｍからなるＳｎ系めっき平角導体を製造した後、この平角導体に対して最終工程の焼鈍において焼鈍温度の条件を代えて耐屈曲性などの各種特定を満足するフレキシブルフラットケーブル用平角導体の製造方法について記載されている。
【０００７】
また、例えば、特許文献３には、太陽電池用電極線材に使用される平角導体について、Ｃｕ単層について、無酸素銅からなる圧延シートに対してスリットして芯材を得た後に、５００℃×１分の軟化焼鈍を施し、これにめっきを施すことで軟質の太陽電池用電極線材を得ることについて記載されている。
【０００８】
このように多岐にわたる技術分野において軟質銅線が用いられているが、上記特許文献に記載の軟質銅線の製造方法においても、その軟質銅線の製造工程のなかで、最終線径とした後に別工程において軟質特性を得るために焼鈍処理を施している。
【０００９】
しかしこのような軟質特性を得ることを目的とした最終線径前における焼鈍工程を含む製造工程では、生産性に劣り、また製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、例えば、特許文献４には、太陽電池用電極線材にかかるものであるが、軟化焼鈍工程を設けることなく容易に軟質銅線を製造する技術として、溶融はんだ浴の浴温を２５０℃以上、３８０℃以下とし、芯材の浸漬時間を浴温２５０℃以上、２８０℃未満の場合に６〜１０秒とし、浴温２８０℃以上、３５０℃以下の場合に３〜１０秒とし、あるいは３５０℃超、３８０℃以下の場合に３〜５秒とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１２９２６２号公報
【特許文献２】特開２００３−８６０２４号公報
【特許文献３】国際公開第２００５／１１４７５１号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００７／０３７１８４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この特許文献４に記載されている製造方法においては、最終線径加工を終えた後に焼鈍工程を省略することができる意味において有効な技術であるが、広く軟質めっき銅線を使用する製品分野において、更なる製造コスト削減のためには、めっきラインの増速化が重要なファクターとなり、銅素線、銅撚線のめっき浸漬時間の更なる短縮が求められる。
【００１３】
また、特許文献４に記載されている製造方法は、無酸素銅からなる素線を用いて高加工度の素線（実施例では、圧下率９５％）に対して使用されるものであり、高加工度のものほどはんだめっき槽に浸漬する際に熱処理状態における軟化温度が低くなる現象を利用して導線の軟化を狙ったものと理解され、高加工度の素線に対して適用する場合には有効に効果を発現するものであるが、比較的加工度の低い素線に対しては、未だ十分な検討がなされているとはいえず、加工度の低い銅線に対して適用するにあたっては自ずと限界があり、加工度の低い製品品種へも適用できる製造技術が求められる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる場合に比して、軟質銅撚線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、更なるめっきラインの増速化を実現することができる溶融はんだめっき撚線の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金材料に対して伸線加工を施して伸線材を作製する伸線工程と、該伸線材を複数本用意し、これらを撚り合わせることにより撚線を作製する撚線工程と、該撚線を溶融はんだめっき槽に浸漬することで伸線材の表面にめっき層を形成する溶融はんだめっき工程とを備え、溶融はんだめっき工程の熱量によって伸線材を軟質銅線に変質させることを特徴とする撚線の製造方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、前記添加元素が、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンであり、２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超えて３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素とを含む請求項１に記載の撚線の製造方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２６０℃〜３００℃であり、浸漬時間が２〜５秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法である。
【００１８】
請求項４の発明は、前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が３００℃を超え３８０℃であり、浸漬時間が１秒以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法である。
【００１９】
請求項５の発明は、前記最終線径に伸線加工した際の加工度が５０％未満であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２８０℃〜３８０℃であり、浸漬時間が１〜１０秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる場合に比して、はんだめっき軟質銅撚線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、更なるめっきラインの増速化を実現することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法を説明する図である。
【図２】従来の溶融はんだめっき撚線の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法は、図１に示すように、伸線工程Ａにて、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、残部が銅および不可避的不純物である軟質希薄銅合金材料からなるワイヤロッド２を、最終線径に伸線加工して伸線材２ａとし、次に撚り線工程Ｂにて、複数本の伸線材２ａを撚り合わせて撚線９とし、めっき工程Ｃで、撚線９をはんだめっき槽１３を通して溶融はんだめっきをすると共にそのめっき浴の温度で撚線９を焼鈍するようにしたものである。
【００２４】
伸線工程Ａでの伸線装置１は、送出しボビン３からワイヤロッド２を複数のダイス４が設けられた伸線機５を通して加工度が５０％以上となるように伸線加工して最終線径とし、この伸線材２ａを巻取ボビン６に巻き取るものである。
【００２５】
撚り線工程Ｂでの撚線装置７は、複数個の送出しボビン８から最終線径とした伸線材２ａを送り出し、これを撚り合わせて撚線９として巻取ボビン１０に巻き取るものである。
【００２６】
めっき工程Ｃでのめっき装置１１は、送出しボビン１２から撚線９を、複数のガイドロール１３にてはんだめっき槽１５内のはんだ溶湯１４内に浸漬して撚線９に溶融はんだめっきを行って溶融はんだめっき撚線１６として巻取ボビン１７に巻き取るものである。この際、はんだめっき槽１５のめっき温度が２６０℃〜３００℃であり、撚線９の浸漬時間が２〜５秒、或いは温度が３００℃を超え３８０℃であり、浸漬時間が１秒以上とすることで、めっき浴内で撚線１９のめっきと焼鈍が同時に行える。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る撚線に使用する導体の構成について説明する。
【００２８】
（１）添加元素について
本実施の形態に係る撚線に使用する導体は、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、残部が銅および不可避的不純物である軟質希薄銅合金材料である。
【００２９】
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種類以上含まれていてもよい。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】
また、以下に説明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以下が良好であることを説明しているが、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、２を超え４００ｍａｓｓ ｐｐｍを含むことができる。
【００３１】
（２）組成比率について
本実施の形態に係る撚線に使用する導体は、導電性材料として使用されるものであるため、より導電性が高いものが好まれる。
【００３２】
例えば、本実施の形態に係る撚線は、導電率９８％ＩＡＣＳ（万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ 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のが好ましい。
【００３３】
導電率が９８％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、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、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。
【００３４】
ここで、導電率が１００％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、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、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３７ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンとを含む軟質希薄銅合金材料を用いる。
【００３５】
また、導電率が１０２％ＩＡＣＳ以上の軟質銅材を得る場合には、不可避的不純物を含む純銅（ベース素材）として、３ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素と、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上２５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンとを含む軟質希薄銅合金材料を用いる。
【００３６】
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。２ｍａｓｓ ｐｐｍを超え３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素を含有していることから、この実施の形態では、いわゆる低酸素銅（ＬＯＣ）を対象としている。
【００３７】
酸素濃度が低い場合、撚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、熱間圧延工程で導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。
【００３８】
（３）分散している物質について
本実施の形態に係る撚線に使用する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。
【００３９】
具体的には、 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。
【００４０】
（本実施の形態に係る撚線に使用する導体の製造方法）
本実施の形態に係る撚線に使用する導体の製造方法は以下のとおりである。例として、Ｔｉを添加元素に選択した場合を説明する。
【００４１】
まず、撚線の原料としてのＴｉを含む軟質希薄銅合金材料を準備する（原料準備工程）。
【００４２】
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）。
【００４３】
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）。
【００４４】
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）。
【００４５】
更に、熱間圧延工程を経たワイヤロッドに伸線加工および熱処理を施す（伸線加工、熱処理工程）。
【００４６】
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。
【００４７】
これにより、本実施の形態に係る撚線に使用する導体が製造される。
【００４８】
また、この導体の製造には、上述した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、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。
【００４９】
そこで、本発明者は、本実施の形態に係る撚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、本実施の形態に係る撚線に使用する導体を得た。
【００５０】
まず、第１の方策は、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量のＣｕ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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すると共に析出するので、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。
【００５３】
本実施の形態に係る撚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。
【００５４】
ＳＣＲ連続鋳造圧延により、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。
【００５５】
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が理由であるものの、溶銅温度は可能な限り低い温度が望ましい。
【００５６】
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。
【００５７】
これらの鋳造条件は、 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。
【００５８】
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、本実施の形態では、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。
【００５９】
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の傷が多くなり、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。
【００６０】
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。
【００６１】
以上より、無酸素銅（ＯＦＣ）の導体に比してより軟らかい軟質希薄銅合金材料を、本実施の形態に係る撚線に使用する導体の原料として得ることができる。
【００６２】
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、棒状、又は平角導体状にすることができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、ＳＣＲ連続鋳造圧延法によりワイヤロッドを作製すると共に、熱間圧延にて軟質材を作製したが、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。
【００６４】
さて、この希薄銅合金材料を素材とした本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法を、再度図１により説明する。
【００６５】
このめっき撚線は、その表面にめっき層を備えた溶融はんだめっき撚線１６である。この溶融はんだめっき撚線１６は、上述の希薄銅合金材料を素材としたものである。また、めっき層としては、例えば、錫、ニッケル、銀を主成分とするものを適用可能であり、いわゆるＰｂフリーめっきを用いてもよい。
【００６６】
溶融はんだめっき撚線１６の製造方法は、上述の希薄銅合金材料を素材としたワイヤロッド２を伸線する伸線工程Ａと、最終線径に伸線された硬銅線からなる伸線材２ａを撚り合わせる撚線工程Ｂと、撚線９の表面にめっき層を形成するはんだめっき工程Ｃとを備えるものである。
【００６７】
図２は、従来の溶融はんだめっき撚線２５を製造する製造方法を示したものである。
【００６８】
この従来の溶融はんだめっき撚線２５を製造する工程は、めっき工程Ｄ、伸線・焼鈍工程Ｅ、撚り線工程Ｆからなるもので、めっき工程Ｄでのめっき装置１１、伸線・焼鈍工程Ｅでの伸線装置１、撚り線工程Ｆでの撚線装置７は、図１で説明しためっき装置１１、伸線装置１、撚線装置７と基本的に同じであり、同一符号を付して説明する。
【００６９】
この図２の従来の溶融はんだめっき撚線２５を製造は、最終線径前にロッド（銅素線）２にめっき装置１１にてめっきを施してめっき線１８とし、めっき線１８を、伸線装置１で最終線径まで伸線加工して伸線材１９とし、ガイドローラ２０、２１、２２を通して巻取ボビン２４に巻き取る間に、ガイドローラ２１、２２間に通電し、通電アニーラによって軟質銅線２３とする。その後、軟質銅線２３を撚線装置７で、撚り合わせて撚線２５とする製造方法である。
【００７０】
しかし、撚線工程Ｆで撚り合わされためっき撚線２５は、撚線工程Ｆで加工硬化し、軟質撚線ではあるものの、完全な軟質撚線にはならない問題があった。
【００７１】
これに対し、上述のとおり、本発明の溶融はんだめっき撚線の製造方法を使用すれば、半軟化温度が低い素材を用いるため、製造時に、加工工程から焼鈍工程を経て製造される工程を、加工工程から撚線工程、めっき工程のみで製品を製造できることになり、低コストかつエネルギー低減が可能となり、高い生産性が得られる。
【００７２】
さらには、本発明によれば、後述の表１、表２に示すデータに基づき、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる場合に比して、軟質銅線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、更なるめっきラインの増速化を実現することができる。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１は、無酸素銅（ＯＦＣ）を試料Ｎｏ．９〜１５とした従来材Ａと、無酸素銅に微量のＴｉを添加して試料Ｎｏ．１〜８とした比較材Ａ、実施材Ａに、はんだめっき温度と浸漬時間を変えたときのビッカース硬さを測定した結果を示したものである。
【００７５】
これら試料Ｎｏ．１〜１５は、いずれも比較的高加工度である９１．７％の場合におけるめっき槽浸漬後のビッカース硬さを測定した結果である。
【００７６】
浸漬後の試料の軟化特性を把握するため、ビッカース硬さを測定した。目標値は６０ＨＶ以下に設定した。
【００７７】
ビッカース硬度を６０以下に規定した理由は、ビッカース硬度がこの数値を上回るとケーブルとしての軟質特性が不十分であり、ケーブル配索時に不都合が生じる可能性があるためである。
【００７８】
ここに試料Ｎｏ．２〜８の実施材Ａについては、低酸素銅（酸素濃度７〜８ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度５ｍａｓｓ ｐｐｍ）に１３ｍａｓｓ ｐｐｍのＴｉを添加した素材をφ０．９ｍｍに伸線した後に同一ライン上にて伸びが３０％になるまで通電アニーラの処理を行い、さらにφ０．２６ｍｍに伸線した（加工度９１．７％）ものであり、その後、例えば７本撚線とする。この撚線を焼鈍工程を設けることなく、硬質銅撚線の状態で、溶融はんだめっき工程にて、はんだめっき槽に連続的に浸漬させて引き上げロールにより引上げて線材の周囲に溶融はんだめっき層を有する軟質銅撚線を得たものである。
【００７９】
これに対して、従来材Ａは、原材料として無酸素銅（ＯＦＣ）を用いた点を除けば、上記実施材Ａと同様の条件にて製造した。
【００８０】
ここに加工度とは、「（加工前の断面積−加工後の断面積）／加工前の断面積」であらわされる。
【００８１】
実施材Ａに相当する試料Ｎｏ．２〜４についてみると、はんだめっき温度が２６０℃〜３００℃においては、浸漬時間が２〜１０秒で、ビッカース硬さは６０ＨＶを下回っており、浸漬時間が短いにもかかわらず、良好なはんだめっき軟質銅撚線が得られていることがわかる。
【００８２】
これに対して、従来材Ａである試料Ｎｏ９、１０は、はんだめっき温度が２６０℃、２８０℃の例であるが、浸漬時間が６０秒と長時間であるにもかかわらず、ビッカース硬さはいずれも目標値である６０ＨＶを上回っていた。
【００８３】
また、実施材Ａに相当する試料Ｎｏ５〜８については、はんだめっき温度が３２０℃〜３８０℃において浸漬時間が１秒の短時間であるにもかかわらず、溶融はんだめっき工程の熱量によって硬質銅撚線が変質されて、ビッカース硬さは６０ＨＶを下回っていたのに対して、従来材Ａである試料Ｎｏ１２〜１５はいずれもビッカース硬さ６０ＨＶを下回らず、実施材Ａに相当する試料Ｎｏ５〜８に比して硬いことがわかる。
【００８４】
これら表１の結果から、Ｔｉを微量添加した実施材Ａの材料が、無酸素銅（ＯＦＣ）を用いる従来例に対して軟質銅撚線を製造する上において、はんだめっき槽への浸漬時間をより短時間で行うことができ、より具体的には２６０℃〜３００℃であれば２〜１０秒、３２０℃を超えて３８０℃以下であれば１秒以下で目標のビッカース硬さに到達することができ、めっきラインの増速化の点においてより有効であるといえる。
【００８５】
なお、比較材Ａについては、はんだめっき温度２６０℃の場合にはんだ浸漬時間を１０秒とする条件にてビッカース硬さを測定したが、目標値の６０ＨＶを大きく上回るものであった。
【００８６】
【表２】
【００８７】
表２は、比較的低加工度である４９．３％の場合において、無酸素銅（ＯＦＣ）を試料Ｎｏ．２４〜３０とする従来材Ｂと、無酸素銅に微量Ｔｉを添加する試料Ｎｏ．１６，１７の比較材Ｂと、試料Ｎｏ．１８〜２３の実施材Ｂとを対象として、めっき槽浸漬後のビッカース硬さを測定した結果である。ビッカース硬さの評価方法は表１の場合と同様である。
【００８８】
ここに試料Ｎｏ．１８〜２３の実施材Ｂについては、素材をφ０．９ｍｍに伸線した後に同一ライン上にて伸びが３０％になるまで通電アニーラの処理を行い、さらにこれをφ０．３６５ｍｍに伸線した後同一ライン上にて伸びが３０％になるまで通電アニーラの処理を行った。つづいて、これをさらにφ０．２６ｍｍに伸線して、その後、例えば７本撚線とし、硬質銅撚線を得た（加工度４９．３％）。後の工程は、表１の場合と同様である。また実施材Ｂの原材料は実施材Ａと同様のものを使用した。
【００８９】
これに対して、従来材Ｂは、原材料として無酸素銅（ＯＦＣ）を用いた点を除けば、上記実施材Ｂと同様の条件にて製造した。なお、加工度の特定方法については、実施材Ａと同様のものである。
【００９０】
実施材Ｂをみると、はんだめっき温度が２８０℃〜３８０℃においては、浸漬時間が１〜１０秒でビッカース硬さが６０ＨＶを下回っており、比較的低加工度の試料に対してもはんだめっき槽への浸漬によって溶融はんだめっき工程の熱量によって硬質銅撚線が変質されて良好なはんだめっき軟質銅撚線が作製できることがわかる（試料Ｎｏ１８〜２３）。
【００９１】
これに対して、従来材Ｂをみても、２６０℃〜３２０℃においては浸漬時間を６０秒と長くしたとしても、ビッカース硬さが６０ＨＶを上回る結果となり、銅線の素材として無酸素銅（ＯＦＣ）を使用した場合には、はんだめっき槽への浸漬による銅線の軟化効果は得られないことがわかった（試料Ｎｏ２４〜２７）。また、３４０℃〜３８０℃においても、ビッカース硬さが６０ＨＶを上回る結果であった。また、はんだめっき槽への浸漬時間が３０秒と長すぎるため、生産性の面において劣っていることがわかった（試料Ｎｏ２８〜３０）。また、３４０℃〜３８０℃において、浸漬時間が３０秒、６０秒で実施したものについては線材のＣｕがはんだめっき槽中に溶け出しており、めっき槽の成分を変化させ、後続の線材のはんだめっき層の組成品質に影響を及ぼすものであるため、現実のめっき製造ラインにおいては適用できないものである。
【００９２】
これら表２の結果から、従来材Ｂより、高加工度の銅線（たとえば、特許文献４では圧下率９５％）に対して、はんだめっきによる熱処理効果によって、線材の軟化が起る現象は開示されているが、本発明は銅線の素材そのものを見直し、組成成分改善のアプローチから所定のＯ含有量、Ｓ含有量の銅材料に対してＴｉを微量に添加することにより、比較的低加工度の領域においても、はんだめっき層の品質に悪影響を及ぼすことなく、はんだめっき槽への浸漬による銅線の軟化効果が得られるという優位性があるといえる。
【００９３】
なお、比較材Ａについては、はんだめっき温度２６０℃の場合にはんだ浸漬時間を夫々３０秒、６０秒とする条件においてビッカース硬さを測定したが、目標値の６０ＨＶを下回る結果となったが、はんだ浸漬時間を実施材Ｂと比較して長くとる必要があり、生産性の面で劣る結果となった。
【００９４】
なお、本発明の実施例においては、断面が丸形状の線材を用いて説明したが、本発明は特にこれに限定されるものではなく、平角状の導体であってもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１ 伸線装置
２ ワイヤロッド
２ａ 伸線材
７ 撚線装置
９ 撚線
１１ はんだめっき装置
１６ 溶融はんだめっき撚線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金材料に対して伸線加工を施して伸線材を作製する伸線工程と、
該伸線材を複数本用意し、これらを撚り合わせることにより撚線を作製する撚線工程と、
該撚線を溶融はんだめっき槽に浸漬することで伸線材の表面にめっき層を形成する溶融はんだめっき工程とを備え、
溶融はんだめっき工程の熱量によって伸線材を軟質銅線に変質させることを特徴とする撚線の製造方法。
【請求項２】
前記添加元素が、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンであり、 ２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超えて３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素とを含む請求項１に記載の撚線の製造方法。
【請求項３】
前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２６０℃〜３００℃であり、浸漬時間が２〜５秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法。
【請求項４】
前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が３００℃を超え３８０℃であり、浸漬時間が１秒以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法。
【請求項５】
前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％未満であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２８０℃〜３８０℃であり、浸漬時間が１〜１０秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法。
【請求項１】
不可避的不純物を含む銅と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超える量の酸素と、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｖ、Ｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒの少なくとも一種の添加元素と、を含む希薄銅合金材料に対して伸線加工を施して伸線材を作製する伸線工程と、
該伸線材を複数本用意し、これらを撚り合わせることにより撚線を作製する撚線工程と、
該撚線を溶融はんだめっき槽に浸漬することで伸線材の表面にめっき層を形成する溶融はんだめっき工程とを備え、
溶融はんだめっき工程の熱量によって伸線材を軟質銅線に変質させることを特徴とする撚線の製造方法。
【請求項２】
前記添加元素が、４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下のチタンであり、 ２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の硫黄と、２ｍａｓｓ ｐｐｍを超えて３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下の酸素とを含む請求項１に記載の撚線の製造方法。
【請求項３】
前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２６０℃〜３００℃であり、浸漬時間が２〜５秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法。
【請求項４】
前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％以上であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が３００℃を超え３８０℃であり、浸漬時間が１秒以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法。
【請求項５】
前記最終線径に伸線加工した際の前記伸線材の加工度が５０％未満であり、前記溶融はんだめっき槽のめっき温度が２８０℃〜３８０℃であり、浸漬時間が１〜１０秒であることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだめっき線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−３９６０３（Ｐ２０１３−３９６０３Ａ）
【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２０１１−１７８６４８（Ｐ２０１１−１７８６４８）
【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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