JPS59205105A - 導電性複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は導電性と高強度を必要とする支持部材またはば
ね線材料に関するものである。

（ロ）技術の背景 従来、構造用部材としては高強度の鉄鋼材料が主として
使用され、特に耐食性を要求される場合はステンレス鋼
が使用されていた。また電気機械用部材として導電性が
要求される場合は銅系材料が採用されている。そして」
二記両方の特性が要求される場合は鉄系材料と銅系材料
を組合せて用いることも一部行われている。この中で特
にばね用材料として、導電性が要求される場合はりん青
銅が広く用いられ、より高強度が要求される場合はベリ
リウム銅やチタン鋼合金が用いられている。

しかし前者は強度が低く、後者は非常に高価で、且つ剛
性率が低いため銅系材料に比べるとばねとしての特性は
劣る。第１図は各種銅合金の引張強度と導電率の関係を
示す図であり図中の記壮は下記の金属を示す。

Ａ　：　Ｃｕ−Ｎｉ　、　Ｂ　：　Ｃｕ−Ｔｉ　、　Ｃ
：　Ｂｅ−Ｃｕ　、　Ｄ　：　Ｃｕ−Ｆｅ　。

Ｅ　：　Ｃｕ−Ｃｄ、　Ｆ　：　Ｃｕ。

本発明の目的は、導電性と高強度を兼ねそなえた材料、
第１図中でＧの特性を示す材料を提供することにあり、
安価なばね用材料、導電性支持部材等を提供することに
ある。

（ハ）発明の開示 本発明の材料は第２図に示す嶋く芯材６に銅を用いてそ
の外周に高強度をイ」与する鉄系合金又はＮｉ基合金を
複合せしめた複合材１である。外外周部に鉄系合金又は
Ｎ１基合金としたのはばね材、支持部材として負荷され
る捩り応力、耐圧強度にイＪ−効に働くためであり、ス
テンレス鋼にすれば良好な耐食性が得られるためである
。そして第２図に示す構成にするだけでなく複合する芯
材と外層の断面積比が特定の範囲のみが工業的に有用で
あることがわかった。第２図の芯材銅の断り積をＳｃｕ
、外層の断面積をＳｅとした場合、断面積比率はＳｅΔ
ｉ→−３ｃｕ）の値が０．１から０８の範囲であること
が必要である。又、引張強度Ｐは、２６０←１．９　ｘ
　（１００Ｓｃｕ　＋　２．３　Ｓｅ）／　（Ｓｅ＋５
ｃｕ）より低く、８０−０．４　Ｘ　（１００Ｓｃｕ＋
２．３Ｓｅ　）　／　（Ｓｅ＋５ｃｕ）より大きい範囲
が望ましい。断面積比が０．１以下ではばね用等として
有効な剛性率を確保できず、０．８以−にでは導電率が
２０％ｌＡＣ３以下となる本発明の目的を達成できず剛
性率も飽ト１〕シてメリットが出ない。

引張強度Ｐは十−記上限以」−のものを得る場合、冷間
加工や熱処理しても脆化してしまい安定して使用できず
、下限以下では銅合金に対する侵位性がない。本発明の
材料を製造する方法としては、鋼製のパイプ中に銅線を
挿入してクラッドする方法、銅線の周りに銅系材料の板
を巻きつけ溶接クラッドする方法、鋼糸パイプ中に溶融
銅を流し込む方法があるが、この後、圧延又は伸線と熱
処理を繰返し、最終冷間加工、焼入れ、又は時効処理等
によって上記断面積比、引張り強度の範囲にすればよい
。」二記製造工程中、−図は８００℃以」二の温度で処
理すれば内層と外層との接着力を大きくすることが出来
る。第２図の複合材において外層の金属は鋼とステンレ
ス鋼、鉄とＮ１基合金等の２層以」二にしても本発明の
効果は同じである。以」一実施例によって詳細に説明す
る。

実施例 第１表は本発明材及び比較材の組成及び構成を示す。本
発明材のＦｅＣＬは銅線の周りに鋼板を巻き、鋼同志を
長手方向に溶接し、ローラダイスで第１表　供試材の化
学成分 １パス伸線し、その後焼鈍とダイスによる伸線を繰返し
、２．０〆ＪＲＪｎの線に加工した。最終状態での鋼の
断面積比は２０７％である。池の発明材６０４ＣＩ、は
、銅線を３０４ステンレスパイプに入れ、ダイスによる
伸線でクラッドし、その後溶体化処理と伸線をくり返し
た。断面積比は５４％であり、３０４外層と銅との用仔
拡散層の厚みが５μであった。比較材のＰＢはりん青銅
線、６０４はばね用Ｓｋ！５３０４ＷＰＢ規格４’ｌ当
ｚｐワイヤーＦある。次、４これらの特性について述べ
る。

（常温の機械的性質） し ＦｅＣ吾：　　３００”ＣＸ　２０分、ろ［］４ＣＬ　
：　　２００℃×２０分。

ＰＢ　：　２５０℃×６０分、３０４　：　３８０°Ｃ
×２０分の低温焼鈍する前後の引張強度Ｐ、伸び、絞り
、セン率を第２表１こ示す。３　Ｄ　４　ＣＬの引張強
度やヤング率は３０４とＣｕの断面積比率に対応して高
く、剛性率も６０４に近＜　ＰＢの１５倍もある。又Ｆ
ｅＣＬも鋼の厚さの割には剛ヒ１三率が高くばね用とし
て優れた特性が期待される。

第２表　各供試材のす１張及Ｏ該り特性（ばね疲労特性
） 第６表に示す諸元にばね加工後、７０　ラム＝　（３０
４Ｃ■、及び６０４）及び５０に階（ＰＢ）の応力でセ
ラ第６表　供試ばね諸元 に示す結果を得た。第６図は応力振［１］を２０　”／
、＝とじた場合を示す。３［］４ＣＬ５は平均応力で４
８′−タカ・が疲労限だが、５０に％□・以上の応力を
負荷するとセツティング応力を１式えるためテスト出来
ない。一方ＰＢ４は平均応力が２０”賜・以下になると
最底応力がマイナスになってしまい疲労試験に供せられ
なくなるので疲労限を求めることが出来なかった。そこ
で応力振［ＩＪを１３．５　”／、、ｌに減じた場ａ、
第４図に示すようにＰＢ４の疲労限は平均応力２８　”
ｙ；、１Ｂ’となったが、ろ０４ＣＬでは負荷出来る応
力範囲内では全く切損しなかった。なお第５図には３０
４　ＣＬとＳＵＳろ０ｆ−ＷＰＢのＳ−Ｎ曲線（甲均応
カニ４０”／、／）を示すが大きな差は認められない。

（へたり特性） （＋）　　常温へたり 第５表に示す諸元を有するばねに常温で２０時間の締付
試験を実施し、締付応力とへたり量（残留剪断歪量）の
関係を求めた。結果を第６図に示すが３０４ＣＬのへた
り量は非常に小さいことが認められる。

（１）　　高温へたり ３５′％、１・の締伺応力及び２０時間の締イ」時間で
高温へたり試験を実施した。／Ｃの結果を第７図に示す
が、３Ｄ４ＣＬの方が優れており、その差は高温になる
程拡がる傾向にある。

（導電率） 第４表に導電率の測定結末をまとめたが本発明材の導電
率は各素材の重みつき平均とほぼ一致する。

４ｉ率は外層の３０４又は鋼にカルバノメ−タの端子を
接続し測定したか、外層がＱ、３２ｙｙｒｍ程度しかな
いので全体の導電率を殆んど低下させなかったものと考
えられる。勿論外層が厚く長さが短かい場合、３０４Ｃ
Ｌ及びＦｅＣＬの導電率は低下することが予想されるが
、ワイヤーとして利用される場合は（厚さと全長）が殆
んど１／／ｌｏｏ以下なので問題はない。

第４表　各供試材の導電率 もちろん耐食性も要求される場合は外層にステンレス系
を用いれば良い。表５には塩山噴霧試験と亜硫酸ガスの
ヒユーム試験の結果を第５表にまとめるが、３０４ＣＬ
は６０４はど良くはない（接触１高食の門係）がリン行
銅に比べるとはるかに良好な耐食性を有している。

第５表腐食試験によるはれ端ｌｌ６１ｆＩθ部の発錆状
況以上主としてばね用材料としての実施例を述べたが、
構造用支持部材として使用する場合も−１一連の特性を
充分活用することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の詳細な説明するための各種銅合金の引
張度と導電率の関係図、第２図は本発明材の構成を示す
断面図、第６図、第４図、第５図は本発明材のばね疲労
試験結果、第６図、第７図は本発明材の実施例の耐へた
り住持性を示す図である。 １：複合材、２：芯材、３：外層、４：ＰＢ。 ５　：　３０４ＣＬ　（本発明材）、　６　：　３０４
　（比較材）。 代理人　弁理士　上　代　哲　司ａ１Ｍ％。 ７ｔ’ｌ　１７１ｓ−ａ　、ｌ＋ト４１ア勅工左３図１
よＴｅ１ｓ、９線■−Ｉ 大４図は゛〜酵玖駿鮎鼾２ も東りυＬし回Ｌ（卸） ・「−わ′こン山１Ｔ−−１ｌ：　　（）Ｊ工い」、　
ｉ；Ｉ’ｌの表示 昭和５８ｉ］ｑ、□＋ｒ：＋ｈｕ第　７９７　：３０　
死２、発明の名称 ツユ市１７１６、Ｌ合桐科 ；３．？山市を４−ると １１’ｌとの閏１糸　　　＃５許出願人４ｉ　　　　所
　　　　大阪市東区北１ｊｉｊ５丁目１５番地名　　　
（！ｌ１（２］：（）　　住人゛屯気」−業株式会社汁
長　川−１−首部 ／１３代理人 １１　　　所　　　　　大阪市此花区島）４千１丁目１
番；３号仔友′市気二１ｉ株式会？」 図面 ７、袖１■−の内容 １図面中説明文を削除した第１．　：３．１１．　ｆ”
ｉ、　ｔｉ、　７．１／１を別ｋｌＧの々ｕ＜提出しニ
ドす 許１図 芳３図 ７４図 １ 韓ソ返し回春ξ（回） 手続補正書 １．事件の表示 昭和５８年特許願第　７９７３０号 ２、発明の名称 導電性複合材料 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　　　所　　　　大阪市東区北浜５丁目１５番地名　
　称（２＋３）　　住友電気工業株式会社社長　用上首
部 ４、代理人 住　　所　　　　　大阪市此花区島屋１丁目１番３号住
友電気工業株式会社内 ６、補正の対象 明細書中、特許請求の範囲の欄及び発明の詳細な説明の
欄。 ７、補正の内容 （１）明細書特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 （２）同古第２頁７行目〜９行］］、 「そして・・・行われている。」の文章を削除する。 （３）同書同頁１２行目、 ｒ鋼合金」を「銅合金」に訂正する。 （４）同書第３頁７行目、 「外」を削除する。 （５）同書第４頁１４行目、 「−図は」を「少なくとも一度は」に訂正する。 （６）同書第９頁１行目、 「程度」を「程度以下」に訂正する。 （７）同書同頁最下行より５行目、 「表５には塩山」を「塩水」に訂正する。 ２、特許請求の範囲 翳）芯（」が銅からなり芯材の外周が鉄系合金またはニ
ッケル基合金である複合制料において、断面積比率が０
．１　Ｚｓｅ、／　（Ｓｅ＋Ｓｃｕ　）≦０８であり、
引張１００Ｓｃｕ＋２．３Ｓｅ−１ 強度Ｐが２３０−１．９Ｘ−□、ヨおオ、−とＰＫ９　
／ｍＡ≧８０１００　Ｓ　ｃ　ｕ　＋　２．３　Ｓ　ｅ
−０４×−−−−９晶１、たたし、Ｓｅは外周金属の断
面積、Ｓｃｕは芯材のＣｕの断面積である、ことを９・
−徴とする導′１Ｅ性複合利旧。 （２）　’ｌ’ｊＪ”：’１−１：Ｉ１１求の範囲第（
１）項において、外周の金属が鉄、鋼１合金鋼またはス
テンレス鋼であることを特徴とする導電性複合材料。 （３）特１、′１几１′１求の範囲第（１）項において
、外周金属が芯に内接する部分が鋼であり、雪の外側が
ステンレス鋼であることを特徴とする導電性複合材料Ｕ
４７一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）芯材が銅からなり芯材の外周が鉄系合金またはニ
   ッケル基合金である複合材料において、断面積比率が０
   ．１≦Ｓｅ／（Ｓｅ　＋　５ｃｕ）≦０．８テあり、引
   張×■公皿二ム社、ただし、Ｓｅは外周金属の断面Ｓｅ
   　＋Ｓｃｕ 積、Ｓｃｕは芯材のＣｕの断面積である、ことを特徴と
   する導電性複合材料。 Ｑ）特許請求の範囲第（１）項において、外周の金属が
   鉄、鋼１合金鋼またはステンレス鋼であることを特徴と
   する導電性複合材料。 （６）特許請求の範囲第（１）項において、外周金属が
   芯に内接する部分が鋼であり、その外側がステンレス鋼
   であることを特徴とする導電性複合材料。