特許 7290187 導電性線材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-05

(45)【発行日】2023-06-13

(54)【発明の名称】導電性線材

(51)【国際特許分類】

   H01B 5/02 20060101AFI20230606BHJP

   H01B 5/00 20060101ALI20230606BHJP

   H01B 7/00 20060101ALI20230606BHJP

   H01B 7/18 20060101ALI20230606BHJP

【ＦＩ】

H01B5/02 A

H01B5/00 A

H01B7/00 303

H01B7/18 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022088815

(22)【出願日】2022-05-31

(65)【公開番号】P2023024277

(43)【公開日】2023-02-16

【審査請求日】2022-12-15

(31)【優先権主張番号】P 2021130221

(32)【優先日】2021-08-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100137246

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勝也

(74)【代理人】

【識別番号】100158861

【弁理士】

【氏名又は名称】南部 史

(74)【代理人】

【識別番号】100194674

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 覚史

(72)【発明者】

【氏名】杉村 和昭

(72)【発明者】

【氏名】塩飽 孝至

(72)【発明者】

【氏名】粟津 知之

【審査官】木村 励

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－２０５１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５０７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－３７３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５２０６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４６５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５０６６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ ５／０２

Ｈ０１Ｂ ５／００

Ｈ０１Ｂ ７／００

Ｈ０１Ｂ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の芯線と、
前記芯線の表面を覆い、ステンレス鋼製の被覆層と、を備え、
前記芯線を構成する金属の導電率は、前記ステンレス鋼の導電率よりも大きく、
前記芯線は、前記芯線の表面を構成するように配置され、前記被覆層から拡散した０．５質量％以上のＦｅを含有する拡散層を含み、
前記拡散層の厚みは、前記芯線の径の０．４％以上５％以下である、導電性線材。

【請求項2】

前記拡散層の厚みは、前記芯線の径の０．８５％以上である、請求項１に記載の導電性線材。

【請求項3】

前記芯線はＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ合金、Ａｇ合金およびＡｌ合金の少なくとも１つから構成される、請求項１に記載の導電性線材。

【請求項4】

前記芯線はＣｕから構成される、請求項１に記載の導電性線材。

【請求項5】

前記ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の導電性線材。

【請求項6】

前記芯線はＣｕから構成され、
前記ステンレス鋼はＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４であり、
前記導電性線材の長手方向に垂直な断面において、前記芯線と前記被覆層との界面に垂直な方向に前記界面を横切るように０．５μｍ間隔で弾性率を測定した場合における弾性率の変化量の最大値が１５００ＧＰａ以上１６２５０ＧＰａ以下である、請求項１または請求項２に記載の導電性線材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、導電性線材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

導電性線材を構成する材料として０．２～２質量％のＢｅ（ベリリウム）を含むＣｕ（銅）合金であるＢｅ－Ｃｕ合金（以下、Ｂｅ－Ｃｕともいう）が知られている。Ｂｅ－Ｃｕは高強度である一方で、Ｂｅを含むことで高価である等の問題がある。Ｂｅを含まない導電性線材として、Ｃｕ製の芯線と、芯線の表面を覆うステンレス鋼製の被覆層とを含む導電性線材が知られている（たとえば、特許文献１～２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭５９－２０５１０５号公報

【文献】国際公開第２０１０／１２９２９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

導電性線材に対しては、機器の可動部分に使用される場合など、十分な導電性と強度だけでなく、繰返し曲げ疲労に対する耐久性が求められる場合がある。上記特許文献１に開示された導電性線材では、引張試験における絞り値が低下する傾向にある。絞り値の低下は、加工硬化率が高いことを意味しており、高い加工硬化率は繰返し曲げ疲労に対する耐久性を低下させる。

【0005】

また、強度（引張強度）の観点でも、必ずしもＢｅ－Ｃｕに比べて高いとはいえず、強度面での優位性があるともいえない。

【0006】

そこで、Ｂｅ－Ｃｕと同等の導電率を確保しつつＢｅ－Ｃｕよりも強度が高く、かつ繰返し曲げ疲労に対する耐久性に優れた導電性線材を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に従った導電性線材は、金属製の芯線と、芯線の表面を覆い、ステンレス鋼製の被覆層と、を備える。芯線を構成する金属の導電率は、上記ステンレス鋼の導電率よりも大きい。芯線は、芯線の表面を構成するように配置され、０．５質量％以上のＦｅ（鉄）を含有する拡散層を含む。拡散層の厚みは、芯線の径の０．４％以上５％以下である。

【発明の効果】

【0008】

上記導電性線材によれば、Ｂｅ－Ｃｕと同等の導電率を確保しつつＢｅ－Ｃｕよりも強度が高く、かつ繰返し曲げ疲労に対する耐久性に優れた導電性線材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】導電性線材の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。

【図2】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】導電性線材の製造方法の概略を示すフローチャートである。

【図4】引張強度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】

【0010】

［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。本開示の導電性線材は、金属製の芯線と、芯線の表面を覆い、ステンレス鋼製の被覆層と、を備える。芯線を構成する金属の導電率は、上記ステンレス鋼の導電率よりも大きい。芯線は、芯線の表面を構成するように配置され、０．５質量％以上のＦｅを含有する拡散層を含む。拡散層の厚みは、芯線の径の０．４％以上５％以下である。

【0011】

本発明者らは、上記特許文献１に開示された導電性線材を含めて、導電率の高い芯線がステンレス鋼製の被覆層で覆われた導電性線材において、Ｂｅ－Ｃｕよりも強度が高く、かつ繰返し曲げ疲労に対する耐久性に優れた導電性線材が得られない原因について検討した。その結果、被覆層から芯線の表面付近に拡散するＦｅによって芯線の表面付近に形成される拡散層（０．５質量％以上のＦｅを含有する層）が繰返し曲げ疲労に対する耐久性および強度に影響を与えていることを見出した。

【0012】

すなわち、拡散層が形成されていない状態および拡散層の厚みが芯線の径の０．４％未満の状態では、導電性線材の繰返し曲げ疲労に対する耐久性が低い。これは、たとえば導電性線材が曲げられた際に被覆層および芯線の一方の変形に他方が十分に追従しないため、被覆層にひずみが集中することに起因すると考えることができる。

【0013】

一方、拡散層の厚みが芯線の径の５％を超える状態では、導電性線材の強度が低くなる。これは、拡散層は、導電性の高い材料からなる芯線に含まれるにもかかわらず、実質的には拡散層以外の芯線の領域に比べて導電率が大幅に小さくなっているためであると考えることができる。そのため、Ｂｅ－Ｃｕと同等の導電率を確保するためには、導電性線材の長手方向に垂直な断面における芯線の面積率を大きくする必要が生じる。その結果、強度の向上に寄与するステンレス鋼製の被覆層の面積率が相対的に小さくなり、強度が低下する。

【0014】

本開示の導電性線材においては、拡散層の厚みが、芯線の径の０．４％以上５％以下に設定されている。拡散層の厚みが芯線の径の０．４％以上とされることにより、繰返し曲げ疲労に対する耐久性が向上する。一方、拡散層の厚みが、芯線の径の５％以下とされることにより、被覆層の厚みを十分に確保可能となり、Ｂｅ－Ｃｕ以上の強度を得ることが容易となる。このように、本開示の導電性線材によれば、Ｂｅ－Ｃｕと同等の導電率を確保しつつＢｅ－Ｃｕよりも強度が高く、かつ繰返し曲げ疲労に対する耐久性に優れた導電性線材を提供することができる。

【0015】

ここで、芯線の径とは、導電性線材の長手方向に垂直な断面における芯線の円相当径を意味する。当該断面における芯線が円形である場合、円相当径は芯線の直径である。当該断面における芯線が円形以外の形状を有する場合、円相当径は、芯線の面積に対応する円の直径である。また、拡散層の厚みは、たとえばＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いた線分析により測定することができる。具体的には、まず導電性線材を長手方向に垂直な断面で切断する。当該断面の芯線と被覆層との界面付近におけるＦｅの濃度を当該界面に垂直な方向に線分析を実施する。そして、Ｆｅの含有量が０．５質量％以上である部分の厚みが拡散層の厚みであると判断することができる。

【0016】

上記導電性線材において、拡散層の厚みは、芯線の径の０．８５％以上であってもよい。この構成により、静的な変形に対する耐へたり性を向上させることができる。

【0017】

上記導電性線材において、芯線はＣｕ、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ合金、Ａｇ合金およびＡｌ合金の少なくとも１つから構成されていてもよい。これらの材料は、高い導電率を有するため、芯線を構成する材料として好適である。

【0018】

上記導電性線材において、芯線はＣｕから構成されていてもよい。Ｃｕは、高い導電率を有する材料の中ではコストが低いため、芯線を構成する材料として特に好適である。

【0019】

上記導電性線材において、上記ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼であってもよい。十分な加工性を備えるオーステナイト系ステンレス鋼は、被覆層を構成するステンレス鋼として好適である。

【0020】

上記導電性線材において、芯線はＣｕから構成されていてもよい。上記ステンレス鋼はＪＩＳ規格（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）ＳＵＳ３０４であってもよい。導電性線材の長手方向に垂直な断面において、芯線と被覆層との界面に垂直な方向に当該界面を横切るように０．５μｍ間隔で弾性率を測定した場合における弾性率の変化量の最大値が１５００ＧＰａ以上１６２５０ＧＰａ以下であってもよい。ＣｕおよびＳＵＳ３０４は、それぞれ芯線および被覆層を構成する材料として特に好適である。そして、上記弾性率の条件を満たすことで、静的な変形に対する耐へたり性の向上と高い導電率とを両立させることができる。

【0021】

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の導電性線材の実施の形態を、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。

【0022】

図１を参照して、本実施の形態における導電性線材１は、芯線１１と、被覆層１２とを備える。芯線１１は、金属製である。被覆層１２は、ステンレス鋼製である。被覆層１２は、芯線１１の表面（外周面）１１Ａを覆っている。芯線１１を構成する金属の導電率は、被覆層１２を構成するステンレス鋼の導電率よりも大きい。

【0023】

芯線１１は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましい。芯線１１は、たとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ合金、Ａｇ合金およびＡｌ合金の少なくとも１つ（たとえばＣｕ（純銅））から構成される。長手方向に垂直な断面における芯線１１の形状は、特に限定されないが、図１に示すように、本実施の形態では円形である。長手方向に垂直な断面における芯線１１の形状は、円形以外の形状、たとえば楕円形であってもよい。

【0024】

長手方向に垂直な断面において、被覆層１２は、芯線１１の外周面に沿う形状を有している。本実施の形態において、被覆層１２は、中空円筒状の形状を有している。長手方向に垂直な断面において、被覆層１２の厚みは一定である。被覆層１２を構成するステンレス鋼は、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などの加工性および耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼（たとえばＳＵＳ３０４）であってもよい。

【0025】

図１を参照して、導電性線材１の外径Ｄ（線径）は、特に限定されるものではないが、たとえば１０μｍ以上６０ｍｍ以下である。導電性線材１の外径Ｄは、２０μｍ以上であってもよい。導電性線材１の外径Ｄは、３０ｍｍ以下であってもよく、１０ｍｍ以下であってもよい。長手方向に垂直な断面において、導電性線材１の断面積に対する芯線１１の断面積の比率は、必要な強度および導電性を考慮して適切に決定することができるが、たとえば１０％以上９０％以下であってもよい。導電性線材１の断面積に対する芯線１１の断面積の比率は、１５％以上、さらには２０％以上であってもよい。導電性線材１の断面積に対する芯線１１の断面積の比率は、８５％以下、８０％以下、さらには７５％以下であってもよい。

【0026】

図２を参照して、芯線１１は、芯線１１の表面１１Ａを構成するように配置され、０．５質量％以上のＦｅを含有する拡散層１１Ｄを含んでいる。図２および図１を参照して、拡散層１１Ｄの厚みｔは、芯線１１の径Ｄ_１の０．４％以上５％以下である。拡散層１１Ｄの厚みｔは、芯線１１の径Ｄ_１の０．７％以上、０．８５％以上、さらに１％以上であることがより好ましい。拡散層１１Ｄの厚みｔは、芯線１１の径Ｄ_１の４％以下であることがより好ましい。

【0027】

次に、導電性線材１の製造方法の一例について説明する。図３を参照して、本実施の形態の導電性線材１の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）としてクラッド工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、まず被覆層１２となるべき中空円筒状の形状を有するステンレス鋼製のパイプと、芯線１１となるべき金属棒とが準備される。本実施の形態においては、オーステナイト系ステンレス鋼であるＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４製のパイプと、無酸素銅（純Ｃｕ）製の棒材とが準備される。そして、棒材をパイプ内に挿入することにより、ステンレス鋼製のチューブ内に銅製の金属棒が挿入されたクラッド材が得られる。本実施の形態では、パイプの外径は４．９１ｍｍとされる。

【0028】

次に、工程（Ｓ２０）として界面接合工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ２０）において作製されたクラッド材を構成するパイプと棒材との界面が接合される。具体的には、工程（Ｓ１０）において得られたクラッド材に対して伸線加工（引抜加工）が比較的小さな加工率（減面率）にて実施される。具体的には、伸線加工によりクラッド材の外径が３ｍｍとされる。その後、加熱処理が実施されることにより、クラッド材を構成するパイプと棒材との界面が接合される。熱処理は、たとえば９５０℃以上１０５０℃以下に加熱し、１～１０分程度保持する条件で実施することができる。

【0029】

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）においてパイプと棒材との界面が接合されたクラッド材に対して、伸線加工が実施される。具体的には、本実施の形態においては、クラッド材の外径が１．８８ｍｍとなるように伸線加工が実施される。伸線加工は、クラッド材をダイスに形成された貫通孔を通すことにより実施される。伸線加工は、１つのダイスを用いて１回の加工で実施してもよいし、複数のダイスを用いて複数回の加工で実施してもよい。これにより、外径Ｄが１．８８ｍｍの導電性線材１が得られる。上記棒材は芯線１１となり、上記パイプは被覆層１２となる。

【0030】

次に、工程（Ｓ４０）として第１溶体化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において得られた外径Ｄが１．８８ｍｍの線材に対して溶体化処理が実施される。具体的には、工程（Ｓ３０）において得られた導電性線材１に対して、たとえば９００℃以上１１００℃以下の温度域に加熱し、５秒以上２０分以下の時間保持した後、急冷する熱処理が実施される。これにより、被覆層１２を構成するステンレス鋼の金属組織において、工程（Ｓ３０）の伸線加工によって引き伸ばされた結晶粒が再結晶し、伸線加工によって生じたマルテンサイト組織が消滅する。その結果、工程（Ｓ３０）において加工硬化した被覆層１２が軟化し、再度の伸線加工が可能な状態となる。溶体化処理おける加熱温度は、被覆層を構成するステンレス鋼のＡ_Ｃ３点以上の温度とすることが好ましい。ステンレス鋼のＡ_Ｃ３点は、たとえば以下の式：９３７．２－４３６．５×（Ｃ％）＋５６×（Ｓｉ％）－１９．７×（Ｍｎ％）－１６．３×（Ｃｕ％）－２６．６×（Ｎｉ％）－４．９×（Ｃｒ％）＋３８．１×（Ｍｏ％）＋１２４．８×（Ｖ％）＋１３６．３×（Ｔｉ％）－１９．１×（Ｎｂ％）＋１９８．４×（Ａｌ％）＋３３１５×（Ｂ％）（単位：℃）にて算出することができる。ここで、（Ｃ％）、（Ｓｉ％）、（Ｍｎ％）、（Ｃｕ％）、（Ｎｉ％）、（Ｃｒ％）、（Ｍｏ％）、（Ｖ％）、（Ｔｉ％）、（Ｎｂ％）、（Ａｌ％）および（Ｂ％）は、それぞれステンレス鋼に含まれるＣ（炭素）、Ｓｉ（珪素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ａｌ（アルミニウム）およびＢ（硼素）の含有量（百分率）を意味する。被覆層を構成するステンレス鋼がＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼である場合、溶体化処理おける加熱温度は９００℃以上とすることが好ましく、９５０℃以上とすることがより好ましい。

【0031】

溶体化処理によって、被覆層１２を構成するステンレス鋼に含まれるＦｅおよびＮｉ（ニッケル）が芯線１１へと拡散する。その結果、０．５質量％以上のＦｅを含有する拡散層１１Ｄが形成される（図２参照）。拡散層１１Ｄ内のＮｉの含有量は、たとえば０．２質量％である。本実施の形態の導電性線材１においては、拡散層１１Ｄの厚みｔは、芯線１１の径Ｄ_１の０．４％以上５％以下とする必要があり、０．８５％以上５％以下とすることが好ましい。拡散層１１Ｄの厚みｔは、主に後述する拡散層厚み調整工程（Ｓ７０）にて調整される。しかし、溶体化処理による被覆層１２から芯線１１へのＦｅの拡散も拡散層１１Ｄの厚みｔに影響する。そのため、後工程における伸線加工および溶体化処理の条件も考慮して、この工程（Ｓ４０）における溶体化処理の条件を決定する必要がある。Ｆｅ（およびＮｉ）の拡散速度（単位時間当たりの拡散距離）は、溶体化処理における加熱温度が高くなるにしたがって速くなる。生産効率および拡散層１１Ｄの厚みｔの制御の容易性を考慮して、加熱温度および加熱時間が決定される。

【0032】

次に、工程（Ｓ５０）として第２伸線工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において溶体化処理が実施された導電性線材１に対して、伸線加工が実施される。具体的には、本実施の形態においては、導電性線材１の外径Ｄが０．７ｍｍとなるように伸線加工が実施される。伸線加工は、工程（Ｓ３０）の場合と同様に、１つのダイスを用いて１回の加工で実施してもよいし、複数のダイスを用いて複数回の加工で実施してもよい。これにより、外径Ｄが０．７ｍｍの導電性線材１が得られる。

【0033】

次に、工程（Ｓ６０）として第２溶体化工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において得られた外径Ｄが０．７ｍｍの線材に対して溶体化処理が実施される。具体的には、工程（Ｓ５０）において得られた導電性線材１に対して、たとえば工程（Ｓ４０）と同様に、９００℃以上１１００℃以下の温度域に加熱し、５秒以上２０分以下の時間保持した後、急冷する熱処理が実施される。これにより、工程（Ｓ４０）の場合と同様に、被覆層１２を構成するステンレス鋼の結晶粒が再結晶し、マルテンサイト組織が消滅する。その結果、工程（Ｓ５０）において加工硬化した被覆層１２が軟化し、再度の伸線加工が可能な状態となる。

【0034】

溶体化処理によって、工程（Ｓ４０）の場合と同様に、拡散層１１Ｄが形成される。工程（Ｓ６０）は、後工程において２回の伸線加工と１回の溶体化処理が実施される工程（Ｓ４０）とは異なり、芯線１１の径Ｄ_１に対する拡散層１１Ｄの厚みｔの比率への影響が大きい。これは、工程（Ｓ４０）において形成される拡散層１１Ｄは、工程（Ｓ５０）および（Ｓ７０）における２回の伸線加工によって厚みが小さくなるためである。芯線１１の径Ｄ_１の０．４％以上５％以下（さらには０．８５％以上５％以下）という狭い範囲に拡散層１１Ｄの厚みｔを設定するためには、後述する拡散層厚み調整工程（Ｓ７０）における拡散層１１Ｄの厚みｔの調整を容易にすることを考慮して、この工程（Ｓ６０）における溶体化処理の条件を決定する必要がある。

【0035】

次に、工程（Ｓ７０）として拡散層厚み調整工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ６０）において溶体化処理が実施された導電性線材１に対して、拡散層１１Ｄの厚みｔを調整するための加熱処理が実施される。具体的には、８００℃以上１１００℃以下の温度域に加熱し、５秒以上２０分以下の時間保持した後、急冷する熱処理が実施される。芯線１１の径Ｄ_１の０．４％以上５％以下（さらには０．８５％以上５％以下）という狭い範囲に拡散層１１Ｄの厚みｔを設定するためには、Ｆｅの拡散距離を厳密に制御する必要がある。生産効率のある程度の低下を許容しつつ、Ｆｅの拡散速度の小さい低温の加熱温度を選択し、許容される加熱時間の幅を大きくすることにより、適切な厚みの拡散層１１Ｄを形成することが容易となる。なお、この工程（Ｓ７０）は必須の工程ではなく、工程（Ｓ４０）および（Ｓ６０）における溶体化処理の条件を適切に設定することにより省略することもできる。しかし、工程（Ｓ４０）および（Ｓ６０）において形成される拡散層１１Ｄの厚みｔを十分に小さくしておき、工程（Ｓ７０）を実施することで、芯線１１の径Ｄ_１の０．４％以上５％以下（さらには０．８５％以上５％以下）という狭い範囲に拡散層１１Ｄの厚みｔを設定することが容易となる。

【0036】

次に、工程（Ｓ８０）として第３伸線工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、工程（Ｓ７０）において拡散層１１Ｄの厚みｔが調整された導電性線材１に対して、伸線加工が実施される。具体的には、本実施の形態においては、導電性線材１の外径Ｄが０．３ｍｍとなるように伸線加工が実施される。伸線加工は、工程（Ｓ３０）および（Ｓ５０）の場合と同様に、１つのダイスを用いて１回の加工で実施してもよいし、複数のダイスを用いて複数回の加工で実施してもよい。これにより、外径Ｄが０．３ｍｍであり、拡散層１１Ｄの厚みｔが芯線１１の径Ｄ_１の０．４％以上５％以下（さらには０．８５％以上５％以下）である導電性線材１が完成する。

【0037】

上記本実施の形態の導電性線材の製造方法によれば、本実施の形態の導電性線材１を容易に製造することができる。

【実施例】

【0038】

（１）繰返し曲げ疲労に対する耐久性の評価
拡散層の形成が繰返し曲げ疲労に対する耐久性を向上させることを確認する実験を行った。上記実施の形態において説明した製造方法により外径Ｄが０．３ｍｍの導電性線材１を作製し、繰返し曲げ疲労試験を実施した。工程（Ｓ７０）における加熱温度および加熱時間を変化させることにより、芯線１１の径Ｄ_１に対する拡散層１１Ｄの厚みｔを０．４％～５％の範囲で変化させた。比較のため、工程（Ｓ７０）における加熱温度および加熱時間をさらに変化させ、芯線１１の径Ｄ_１に対する拡散層１１Ｄの厚みｔが０．４％～５％の範囲外となるサンプルも作製した。そして、得られた導電性線材１を繰返し曲げ疲労試験に供した。導電性線材１を直線状の状態から９０°屈曲させた後、直線状の状態に戻し、さらに反対側に９０°屈曲させる動作を繰り返し、最大曲げ歪み量が０．５％以上となるまでの繰り返し数（耐久回数）を測定した。最大曲げ歪み量とは、線材線径をＤとし、屈曲曲率をＲとした場合、Ｄ／(Ｄ＋２Ｒ)×１００％で表される量である。そして、耐久回数が２００×１０^３回以上であれば合格であると判断した。実験の結果を表１に示す。

【0039】

【表1】

表１において、芯線１１の径Ｄ_１に対する拡散層１１Ｄの厚みｔの割合であるｔ/Ｄ_１が０．４％～５％の範囲内であるサンプルＢおよびＣは、本開示の導電性線材の実施例である。一方、ｔ/Ｄ_１が０．４％～５％の範囲外であるサンプルＡおよびＤは、比較例である。表１に示すように、サンプルＢ～Ｄは、繰返し曲げ疲労に対する耐久性について合格であるのに対し、サンプルＡは、不合格となっている。そして、サンプルＡおよびサンプルＢに着目すると、ｔ/Ｄ_１の値が０．３６から０．４０にわずかに増加したのみであるにもかかわらず、耐久回数が３倍以上に増加している。このことから、ｔ/Ｄ_１の値を０．４以上とすることが繰返し曲げ疲労に対する耐久性の向上に非常に重要であることが確認される。

【0040】

（２）導電率に及ぼす拡散層の影響の評価
拡散層の形成が導電率に及ぼす影響について確認する実験を行った。上記（１）のサンプルＣおよびＤについて、工程（Ｓ２０）までが完了した状態（外径Ｄが３ｍｍの状態）で製造プロセスを一旦停止し、クラッド材の導電率および長手方向に垂直な断面における銅製の芯線１１の面積率を測定した。その結果、長手方向に垂直な断面における銅製の芯線１１の面積率は３３％であった。また、導電率は３２．１％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）であった。このことから、工程（Ｓ２０）の段階では、ほぼ銅製の芯線１１の面積率に対応する導電率が得られているといえる。

【0041】

次に、工程（Ｓ８０）までが実施されて完成した上記（１）のサンプルＣおよびＤについて、引張強度および導電率を測定した。比較のため、サンプルＣおよびＤと同じ外径（０．３ｍｍ）を有し、Ｂｅ－Ｃｕからなるサンプルについても同様に引張強度および導電率を測定した。実験結果を表２に示す。

【0042】

【表2】

表２に示すように、引張強度については、サンプルＣおよびＤともにＢｅ－Ｃｕよりも高くなっている。一方、導電率については、サンプルＣはＢｅ－Ｃｕよりも高くなっているのに対し、サンプルＤはＢｅ－Ｃｕよりも低くなっている。

【0043】

ここで、サンプルＣとサンプルＤとの導電率の差が、長手方向に垂直な断面における芯線１１の面積率の変化によるものでないことを確認するため、サンプルＣおよびＤの製造方法に含まれる伸線加工が実施されるごとに面積率の測定を実施した。測定結果を表３に示す。

【0044】

【表3】

サンプルＣおよびＤともに、芯線１１の面積率は表３に示される通りとなっていた。導電率が測定された外径Ｄが０．３ｍｍの状態では、サンプルＣおよびＤともに芯線１１の面積率は３３．８％であった。このことから、サンプルＣとサンプルＤとの導電率の差が、長手方向に垂直な断面における芯線１１の面積率の変化によるものでないことが確認された。

【0045】

次に、上記サンプルＣおよびＤについて、Ｆｅの含有量が０．５質量％以上である拡散層１１Ｄの厚みについて、ＥＰＭＡの線分析により測定した。具体的には、日本電子株式会社製の電界放出形ＥＰＭＡ（ＪＸＡ－８５３０Ｆ）を用い、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：１００ｎＡ,サンプリングタイム：１ｓ, プローブ径：０．１μｍの条件で、導電性線材１の径方向に芯線１１と被覆層１２との界面付近に対して線分析を実施した。測定結果を表４に示す。

【0046】

【表4】

表４に示すように、拡散層厚み調整の条件を調整して拡散層１１Ｄの厚みを小さくすることで、導電率の低下を抑制できることが確認される。なお、拡散層１１Ｄの厚みを小さくするためには、たとえば芯線１１と被覆層１２との間にＮｉ箔を介在させて、拡散を抑制する対応も考えられる。しかし、上記のように拡散層厚み調整の条件の調整によって拡散層１１Ｄの厚みを小さくすることによって、工数の増加を抑制し、高い生産効率を達成することができる。

【0047】

次に、上記実施の形態の第１溶体化処理工程である工程（Ｓ４０）までを実施して得られた溶体化処理の条件が異なる導電性線材１のサンプルＧおよびＨと、上記サンプルＣおよびＤにおいて工程（Ｓ４０）までが実施された導電性線材１（外径Ｄはいずれも１．８８ｍｍ）とを準備し、芯線１１の表面を含むように形成されるＦｅの含有量が０．５質量％以上である層（拡散層１１Ｄ）の厚みを測定した。そして、芯線１１の径Ｄ_１に対する拡散層の厚みｔの比率ｔ／Ｄ_１を算出した。また、同様にＮｉの含有量が０．２質量％以上である層の厚みｔ_Ｎｉを測定した。そして、芯線１１の径Ｄ_１に対するｔ_Ｎｉの比率ｔ_Ｎｉ／Ｄ_１を算出した。さらに、拡散の方程式に基づいてｔ／Ｄ_１およびｔ_Ｎｉ／Ｄ_１を算出した。結果を表５および表６に示す。

【0048】

【表5】

【0049】

【表6】

表５および表６を参照して、Ｆｅの含有量が０．５質量％以上である層およびＮｉの含有量が０．２質量％以上である層の厚みは、拡散の方程式に基づいて算出がされた拡散層の厚みに概ね一致している。このことから、Ｆｅの含有量が０．５質量％以上である層およびＮｉの含有量が０．２質量％以上である層は、元素の拡散によって形成された層（拡散層）であることが確認される。

【0050】

上記サンプルＣ、Ｄ、ＧおよびＨについて導電率を評価した。具体的には、日置電機株式会社製３５４０ｍΩＨｉｔｅｓｔｅｒを用い、１５０ｍｍ離れた２点間の抵抗値を測定し、得られた抵抗値から導電率を算出した。また、拡散層１１Ｄの厚みの分だけ芯線１１が細くなったとみなした場合の導電率の計算値を算出した。結果を表７に示す。

【0051】

【表7】

表７を参照して、導電率の実測値は、導電率の計算値と概ね一致している。このことから、拡散層１１Ｄは導電領域としては機能していないことが確認される。そして、溶体化処理の条件を調整することにより拡散層の形成を抑制し、導電率の低下を抑えることができるといえる。

【0052】

（３）Ｂｅ－Ｃｕに対する優位性の検証
上記実施の形態の製造方法に沿って、長手方向に垂直な断面における芯線１１の面積率および拡散層厚み調整の条件等を変更して、引張強度および導電率の異なるサンプルＪ～Ｎを作製した。得られた各サンプルおよび上記サンプルＣについて、引張強度、導電率および拡散層の厚みの割合（ｔ／Ｄ_１）を調査した。そして、引張強度と導電率との関係をＢｅ－Ｃｕと比較した。結果を表８および図４に示す。

【0053】

【表8】

図４において、横軸は引張強度、縦軸は導電率に対応する。図４には、比較のため、Ｂｅ－Ｃｕの引張強度と導電率との関係が合わせて示されている（中空三角形）。また、図４には、ｔ／Ｄ_１が０％の場合、および５％の場合の計算値が合わせて表示されている（中空四角形および中実四角形）。

【0054】

長手方向に垂直な断面における導電性線材１の断面に占める芯線１１の断面の割合が大きくなることで導電率が上昇し、引張強度が低下する。逆に、芯線１１の断面の割合が小さくなることで導電率が低下し、引張強度が上昇する。図４には、ｔ／Ｄ_１が５％の場合の計算値が、上記芯線１１の断面の割合が１０～９０％の範囲で表示されている（中実四角形）。図４に示すように、上記芯線１１の断面の割合が１０～９０％の範囲において、ｔ／Ｄ_１が５％以下である本開示の導電性線材は、同じ引張強度であればＢｅ－Ｃｕを上回る導電率を有している。そして、本開示の導電性線材の実施例であるサンプルＣおよびＪ～Ｎの全てにおいて、同じ引張強度のＢｅ－Ｃｕを上回る導電率が実測されている。以上の結果より、引張強度と導電率との関係の観点から、本開示の導電性線材のＢｅ－Ｃｕに対する優位性が確認される。

【0055】

（４）銅製の芯線を有する導電性線材の関する実験結果のまとめ
以上の実験結果より、繰返し曲げ疲労に対する耐久性を向上させる観点から、ｔ／Ｄ_１の値は０．４％以上とする必要があるといえる。一方、同じ引張強度のＢｅ－Ｃｕを上回る導電率を確保する観点から、ｔ／Ｄ_１の値は５％以下とする必要がある。ｔ／Ｄ_１の値が０．４％以上５％以下に設定される本開示の導電性線材によれば、Ｂｅ－Ｃｕと同等の導電率を確保しつつＢｅ－Ｃｕよりも強度が高く、かつ繰返し曲げ疲労に対する耐久性に優れた導電性線材を提供できることが確認される。

【0056】

（５）銅以外の芯線の材料についての検証
被覆層１２を構成するステンレス鋼としてオーステナイト系ステンレス鋼であるＪＩＳ規格ＳＵＳ３１６を採用し、芯線１１を構成する材料としてＣｕ以外の材料を採用した導電性線材を試作した。そして、繰返し曲げ疲労に対する耐久性の評価を上記（１）と同様に実施した。実験結果を表９に示す。

【0057】

【表9】

表９を参照して、ｔ／Ｄ_１の値を０．４％以上とすることにより、芯線１１の材料としてＣｕを採用した場合と同様に、優れた繰返し曲げ疲労に対する耐久性が得られることが確認された。なお、ｔ／Ｄ_１の値が５％を超えると導電性が不十分となることは、芯線１１の材料にかかわらず同様であると考えられる。以上の試作結果より、芯線の材料として銅以外の材料を採用した場合でも、本開示の導電性線材によれば、高い導電率を確保しつつ強度が高く、かつ繰返し曲げ疲労に対する耐久性に優れた導電性線材を提供できることが確認される。

【0058】

なお、優れた繰返し曲げ疲労に対する耐久性を得るための芯線１１と被覆層１２との密着性は、ステンレス鋼の主成分であるＦｅの拡散によって達成される。したがって、被覆層１２を構成するステンレス鋼の成分組成は特に限定されるものではないが、加工性の観点から、被覆層１２を構成するステンレス鋼としてはオーステナイト系ステンレス鋼を採用することが好ましい。

【0059】

（６）耐へたり性の評価
拡散層の形成が耐へたり性を向上させることを確認する実験を行った。上記実施の形態において説明した製造方法により外径Ｄが０．３ｍｍの導電性線材１を作製し、高温コイルばねへたり試験を実施することにより、ねじり応力に対する耐へたり性を評価した。工程（Ｓ７０）における加熱温度および加熱時間を変化させることにより、芯線１１の径Ｄ_１に対する拡散層１１Ｄの厚みｔを変化させたサンプルを作製した。比較のため、外径Ｄが０．３ｍｍのＢｅ－Ｃｕの線材も準備した。そして、これらの線材を平均コイル径３．２ｍｍ、ピッチ０．３６ｍｍのコイルばねに成形した。このコイルばねに対し、２００℃の窒素雰囲気中でせん断応力が０．２％耐力の８０％となるようにねじり応力を負荷し、１００時間保持した後の残留ひずみ量を測定した。ここで、残留ひずみ量とは、試験実施前後におけるばね長の変化量を試験前のばね長で除した値である。残留ひずみ量がＢｅ－Ｃｕよりも小さいものを合格と判断した。実験結果を表１０に示す。

【0060】

【表10】

表１０を参照して、サンプルＢ’、ＣおよびＤは、ねじり応力に対する耐へたり性について合格であるのに対し、サンプルＡは、不合格となっている。これは、サンプルＡでは、ｔ/Ｄ_１の値が小さいこと、すなわち拡散層の厚みが小さいことに起因しているものと考えられる。具体的には、拡散層の厚みが小さいことで、芯線と被覆層との結合が不十分となり、負荷されたひずみが被覆層に集中し、被覆層の変形量が大きくなったことが、ねじり応力に対する耐へたり性が低下した原因であると考えられる。

【0061】

次に、高温曲げへたり試験を実施することにより、曲げ応力に対する耐へたり性を評価した。上記ねじり応力に対する耐へたり性の評価の場合と同様に、工程（Ｓ７０）における加熱温度および加熱時間を変化させることにより、芯線１１の径Ｄ_１に対する拡散層１１Ｄの厚みｔを変化させたサンプルを作製した。比較のため、外径Ｄが０．３ｍｍのＢｅ－Ｃｕの線材も準備した。そして、これらの線材を直径１００ｍｍの円環状とし、両端を固定するとともに、固定部からもっとも離れた部分における線材の表面に、０．２％耐力の８０％の曲げ応力が負荷されるように線材を変形させ、２００℃の窒素雰囲気中に保持した。そして、１００時間経過後、応力の負荷を解除し、残留ひずみ量を測定した。ここで、残留ひずみ量とは、試験後の曲率半径を試験前の曲率半径（５０ｍｍ）で除した値である。残留ひずみ量がＢｅ－Ｃｕよりも小さいものをＡ、Ｂｅ－Ｃｕと同等ものをＢ、Ｂｅ－Ｃｕよりも大きいものをＣと評価した。実験結果を表１１に示す。

【0062】

【表11】

表１１を参照して、サンプルＡの残留ひずみ量はＢｅ－Ｃｕより大きく、サンプルＢ’ の残留ひずみ量はＢｅ－Ｃｕと同等となっている。これは、サンプルＡおよびＢ’では、ｔ/Ｄ_１の値が小さいこと、すなわち拡散層の厚みが小さいことに起因しているものと考えられる。具体的には、拡散層の厚みが小さいことで、芯線と被覆層との結合が不十分となり、負荷されたひずみが被覆層に集中し、被覆層の変形量が大きくなったことが、曲げ応力に対する耐へたり性が低下した原因であると考えられる。

【0063】

これに対し、ｔ/Ｄ_１の値が０．８５以上であるサンプルＢ’’、ＣおよびＤの残留ひずみ量は大幅に低減され、Ｂｅ－Ｃｕよりも明確に小さい値となっている。上記実験結果より、耐へたり性を向上させる観点からは、ｔ/Ｄ_１の値を０．８５以上とすることが好ましいといえる。

【0064】

（７）銅以外の芯線の材料についての耐へたり性の検証
被覆層１２を構成するステンレス鋼としてオーステナイト系ステンレス鋼であるＪＩＳ規格ＳＵＳ３１６を採用し、芯線１１を構成する材料としてＣｕ以外の材料を採用した導電性線材を試作した。そして、耐へたり性の評価を上記（６）と同様に実施した。実験結果を表１２および表１３に示す。

【0065】

【表12】

【0066】

【表13】

表１２および表１３を参照して、ｔ／Ｄ_１の値を０．８５％以上とすることにより、芯線１１の材料としてＣｕを採用した場合と同様に、耐へたり性が向上することが確認される。

【0067】

（８）弾性率の変化量が耐久性に与える影響
芯線と被覆層との界面に垂直な方向における弾性率の変化量が耐久性に与える影響を評価した。具体的には、当該界面に垂直な方向に界面を横切るように０．５μｍ間隔で弾性率を測定した。弾性率の測定は、ブルカーコーポレーション社製Ｈｙｓｉｔｒｏｎ ＴＩ９８０トライボインデンターを用いて実施した。圧子には、Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ圧子を採用した。そして、隣り合う測定ポイントにおける弾性率の変化量の最大値（弾性率の差の絶対値の最大値）を算出した。この値と、上記（１）の繰返し曲げ疲労試験、（２）の導電率の測定および（６）高温曲げへたり試験の結果とを対比し、弾性率の変化量の最大値が耐久性に与える影響を検討した。実験結果を表１４に示す。

【0068】

【表14】

表１４を参照して、弾性率の変化量の最大値が小さいサンプルにおいて、繰返し曲げ疲労に対する耐久性および耐へたり性がいずれも優れていることが確認される。具体的には、弾性率の変化量の最大値が１６２５０ＧＰａ以下になると、繰返し曲げ疲労に対する耐久性および耐へたり性がいずれも明確に上昇している。このことから、弾性率の変化量の最大値は１６２５０ＧＰａ以下であることが好ましいといえる。これは、芯線と被覆層との界面近傍において、弾性率の変化がなだらかであることにより、外部からの負荷により界面付近に変形が生じた場合に、芯線または被覆層の一方のみに変形が集中しないためであると考えられる。一方、界面付近において十分な拡散が進行することで弾性率の変化はなだらかになるものの、拡散が過度に進行して弾性率の変化量の最大値が１５００ＧＰａ未満となると、導電率が低下する（サンプルＤ参照）。そのため、弾性率の変化量の最大値は１５００ＧＰａ以上とすることが好ましいといえる。

【0069】

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、特許請求の範囲によって規定され、特許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。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本開示の導電性線材は、高い導電率を確保しつつ強度が高く、かつ繰返し曲げ疲労に対する耐久性に優れることが求められる導電性線材に、特に有利に適用され得る。

【符号の説明】

【0071】

１ 導電性線材
１１ 芯線
１１Ａ 表面
１１Ｄ 拡散層
１２ 被覆層
Ｄ 外径
Ｄ_１ 径
ｔ 厚み
ｔ_Ｎｉ 厚み

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】