JP2014201791A

JP2014201791A - 銅線及びその製造方法

Info

Publication number: JP2014201791A
Application number: JP2013078926A
Authority: JP
Inventors: 青山　正義; Masayoshi Aoyama; 正義青山; 亨鷲見; Toru Washimi; 英之佐川; Hideyuki Sagawa; 啓輔藤戸; Keisuke Fujito; 正義後藤; Masayoshi Goto; 蛭田　浩義; Hiroyoshi Hiruta; 浩義蛭田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】溶接性がタフピッチ銅（３Ｎ銅）からなる銅線よりも良好で、引張強度が高純度銅（６Ｎ銅）からなる銅線よりも高い銅線及びその製造方法を提供する。
【解決手段】銅線は、結晶方位が［１１１］であり、原子面上の回転角度が異なる複数の結晶粒を有する無酸素銅（４Ｎ銅）からなる銅線材を用いた銅線であって、
前記結晶粒の直径が前記銅線材の直径の１／３以下であり、かつ、前記銅線材の引張強度が２００ＭＰａ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅線及びその製造方法に関する。

非特許文献１には、酸素を０．０４％含むタフピッチ銅（３Ｎ銅）線を、伸線加工前の初期の結晶方位を［１１１］にして、９０．０〜９９．７％の加工度で伸線加工し、４００℃、２時間の焼鈍では結晶方位が［１００］となり、９５０℃、１時間の高温焼鈍をして２次再結晶すると、結晶方位［１１１］の繊維組織になることが記載されている。また、非特許文献１には、伸線加工前の初期の結晶方位を［１００］にして、９０．０〜９９．７％の加工度で伸線加工し、４００℃、２時間の焼鈍では結晶方位が［１００］及び［１１２］の混合となり、９５０℃、１時間の高温焼鈍では、結晶方位が［１００］、［１１２］及び［１１１］の混合となることが記載されている。

特許文献１には、音響・画像機器の音質や画質を向上させるため、面心立方格子型結晶の９９．９９９重量％の銅、単結晶体又は結晶集合体であって、長手方向の方位が結晶方位［１１１］から１０度以内、又は結晶方位［１００］から１０度以内とした音響・画像機器導体が記載されている。

特許文献２には、銅線の横断面にＸ線を照射したとき、（１１１）面におけるＸ線回折強度Ｉ（１１１）と（２００）面におけるＸ線回折強度Ｉ（２００）がＩ（１１１）≧Ｉ（２００）の関係を満たすように形成された金属線状材からなるオーディオ・ビデオ信号用導体が記載されている。

特許文献２に関係する非特許文献２には、純度の異なる銅線について、一次再結晶化後にさらに焼鈍を行うと、高純度銅（６Ｎ銅）において結晶粒の粗大化が起こり、結晶方位［１１１］の密度が増加し、結晶方位［１００］の密度は減少するが、無酸素銅（４Ｎ銅）ではこの現象は見られないことが記載されている。

特許文献３には、絶縁被膜が形成された巻線用導体の表面をＸ線回折により求めた（１１１）面のＸ線回折強度に対する（２００）面のＸ線回折強度の比をＩ_(２００)として、微粉末銅の（１１１）面のＸ線回折強度に対する（２００）面のＸ線回折強度の比をＩ_{Ｏ（２００）}として、Ｉ_(２００)／Ｉ_{Ｏ（２００）}の値が３以下になることが記載されている。

特許文献４には、加熱鋳型式連続鋳造法によって得られた鋳造材を加工して、又は単結晶からなる鋳造材を加工して音響機器用電線を製造することが記載されている。また、同文献には、単結晶で加工すると転位であるひずみが残るので、ひずみのない銅が必要とされることが記載されている。

特公平７−１１８２１６号公報特許第４９１４１５３号公報特開２０１０−２０５６２３号公報特開昭６０−２０３３３９号公報

Ｇ．Bassi：Trans．AIME,Jornal of Metals,July（1952）753-754. 田窪毅、本田照一著、銅と銅合金、第46巻1号（2007）17-20

しかし、非特許文献１に記載されているタフピッチ銅線は、溶接時にタフピッチ銅線の内部の酸素が水素と結合して水蒸気を発生させて溶接部に割れが生じることから、溶接性が無酸素銅等と比較して劣っているという問題がある。

非特許文献２に記載されている高純度銅やそれ以上の純度の銅は、熱処理をすると二次再結晶化により結晶が粗大化するために引張強度が弱いという問題がある。また、これらの銅線は、高価であるという問題もある。

特許文献２に記載の銅線の製造方法では、銅線を形成する銅の純度が９９．９９９９％以上の高純度銅（６Ｎ銅）であり、銅線の横断面の（１１１）面と、（２００）面とのＸ線回折強度の比が２１．４：１である銅線が製造できるが、この製造方法では、銅線の製造に高純度銅を用いる必要があるという問題がある。

さらに、特許文献１には、銅線の長手方向の方位が結晶方位［１１１］から１０°以内又は結晶方位［１００］から１０°以内である銅線の製造方法が記載されているが、この銅線の製造方法は、コストが高く銅線を大量生産できないという問題がある。

そこで、本発明は、溶接性がタフピッチ銅（３Ｎ銅）からなる銅線材よりも良好で、引張強度が高純度銅（６Ｎ銅）からなる銅線材よりも高い銅線及びその製造方法を提供することを目的とする。

[１]結晶方位が［１１１］であり、原子面上の回転角度が異なる複数の結晶粒を有する無酸素銅（４Ｎ銅）からなる銅線材を用いた銅線であって、
前記結晶粒の直径が前記銅線材の直径の１／３以下であり、かつ、前記銅線材の引張強度が２００ＭＰａ以上である、
銅線。
[２]前記銅線材の表面にＳｎ、Ａｇ、はんだ材、アモルファス状の亜鉛及び酸素を含む薄膜を有する、
前記[１]に記載の銅線。

[３]無酸素銅（４Ｎ銅）からなる銅線材に、熱処理温度が７００℃以上９５０℃以下、熱処理時間が６０分以上１２０分以下の条件で熱処理を施すことにより、結晶方位が［１１１］であり、原子面上の回転角度が異なる複数の結晶粒を有し、前記結晶粒の直径が前記銅線材の直径の１／３以下であり、かつ、前記銅線材の引張強度を２００ＭＰａ以上とする熱処理工程を含む、
銅線の製造方法。
[４]前記熱処理工程は、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気中で、パイプ管状電気炉、通電アニーラ、ゴールドファーネス又はプラズマ連続焼鈍により熱処理を行う、
前記[３]に記載の銅線の製造方法。

本発明によれば、溶接性がタフピッチ銅（３Ｎ銅）からなる銅線材よりも良好で、引張強度が高純度銅（６Ｎ銅）からなる銅線材よりも高い銅線及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施例１の横断面組織の写真である。図２は、比較例１の横断面組織の写真である。図３は、比較例２の横断面組織の写真である。図４は、本発明の実施例１の横断面組織から得られたＸ線回折強度を示す図である。図５は、比較例１の横断面組織から得られたＸ線回折強度を示す図である。図６は、比較例２の横断面組織から得られたＸ線回折強度を示す図である。

［実施の形態の要約］
本実施の形態の銅線は、結晶方位が［１１１］であり、原子面上の回転角度が異なる複数の結晶粒を有する無酸素銅（４Ｎ銅）からなる銅線材を用いた銅線であって、
前記結晶粒の直径が前記銅線材の直径の１／３以下であり、かつ、前記銅線材の引張強度が２００ＭＰａ以上である。

［実施の形態］
本実施の形態の銅線は、結晶方位が［１１１］である原子面上の回転角度が異なる複数の結晶粒を有する無酸素銅（４Ｎ銅：純度９９．９５０％以上９９．９９９％以下）からなる銅線材を用いる。この銅線材は、結晶粒の直径が銅線材の直径の１／３以下であり、引張強度が２００ＭＰａ以上である。

この銅線は、１０１％ＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard : 万国標準軟銅１．７２４１×１０^−８Ωｍを１００％とした導電率）以上の導電率、２３０℃以下の半軟化温度及び２０％以上の伸び率を有する。

非特許文献２では、高純度銅（６Ｎ銅）は、一次再結晶化後にさらに熱処理をすると、結晶方位［１１１］の密度が増加するが、無酸素銅（４Ｎ銅）では、この現象がみられないことが報告されている。また、高純度銅（６Ｎ銅）においても結晶方位［１１１］と、結晶方位［１００］の混合が観察されている。

そこで、本発明者らは、無酸素銅を二次再結晶の温度領域（７００℃以上９５０℃以下）で加熱すると、結晶方位［１１１］の密度がほぼ１００％の銅線を製造できることを見出した。

（銅線の製造方法）
以下、本実施の形態に係る銅線の製造方法の一例について、ＳＣＲ連続鋳造圧延（South Continuous Rod System）により無酸素銅（４Ｎ銅）から直径８ｍｍの銅線を製造する場合を例に説明する。

銅線の材料となる銅をシャフト炉で溶解し、溶解した銅線材をＳＣＲ連続鋳造圧延により還元ガス（ＣＯ）の雰囲気下で硫黄濃度及び酸素濃度を制御しながら１１００℃以上１３２０℃以下の鋳造温度で銅線材を鋳造する。

鋳造温度は、溶解した銅の温度が高いとブローホールが発生して銅線の表面品質が劣化するため、１３２０℃以下としている。また、１１００℃未満の鋳造温度では、溶解した銅が固まりやすく銅線の製造が安定しない。そのため、鋳造温度を１１００℃以上１３２０℃以下としている。

次に、ＳＣＲ連続鋳造圧延により得られた鋳造品に９００℃以上９５０℃以下の範囲の温度で熱間圧延を施して、直径８ｍｍ（加工度が９９．３％）の銅線材を製造する。

次に、銅線材に次のように熱処理を施す。すなわち、銅線材に二次再結晶領域の加熱温度である７００℃以上９５０℃以下の熱処理温度、６０分以上１２０分以下の熱処理時間及び不活性ガス（窒素）雰囲気中の条件で、パイプ管状電気炉を用いた熱処理を施す。これにより、結晶方位［１１１］に垂直な（１１１）面をほぼ１００％有する銅線が得られる。なお、銅線材の熱処理は、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気中で、通電アニーラ、ゴールドファーネス又はプラズマ連続焼鈍等により行ってもよい。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）銅線の結晶方位［１１１］の密度をほぼ１００％としながら双晶構造を備えることにより、銅線の引張強度を高純度銅（６Ｎ銅）からなる銅線よりも高く、タフピッチ銅（３Ｎ銅）からなる銅線と同等にすることができる。また、銅線に無酸素銅（４Ｎ銅）を用いることで、銅線を溶接するときに銅線の内部の酸素が水素と結合することによる溶接部の割れを抑制することができるので、銅線の溶接性を向上させることができる。
（２）銅線材の結晶方位［１１１］の密度をほぼ１００％とするとともに、銅線を構成する結晶を大きくすることにより、銅線中の結晶粒界による微小なコンデンサ効果を低減することができる、その結果、銅線が伝送する信号のひずみを低減することができる。
（３）複雑な熱処理工程を必要とすることなく、溶接性及び引張強度に優れた銅線を製造することができる。

［実施例］
次に、本発明の実施例を図１〜６を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１の横断面組織の写真である。図２は、比較例１の横断面組織の写真である。図３は、比較例２の横断面組織の写真である。図４は、本発明の実施例１の横断面組織から得られたＸ線回折強度を示す図である。図５は、比較例１の横断面組織から得られたＸ線回折強度を示す図である。図６は、比較例２の横断面組織から得られたＸ線回折強度を示す図である。

ここで、実施例１は、無酸素銅（４Ｎ銅）からなる銅線、比較例１は、タフピッチ銅（３Ｎ銅）からなる銅線、比較例２は、高純度銅（６Ｎ銅）からなる銅線である。

実施例１及び比較例１〜３の銅線は、直径８ｍｍとした銅線材を冷間伸線によって直径２．６ｍｍ（加工率約９０％）に伸ばすことにより作製した。それぞれの銅線について、銅線の横断面を観察し、銅線の酸素濃度、硫黄濃度、半軟化温度、導電率、引張強度、伸び率及びＸ線回折強度を測定した。

銅線の導電率の測定は、上記銅線を７０ｃｍに切断したものを用いて行った。すなわち、電流端子間距離を６０ｃｍ、電圧端子間距離を５０ｃｍに設定した４端子法を適用して、それぞれの銅線に４Ａの電流を流して室温にて導電率を測定した。

銅線の半軟化温度の測定は、次のように行った。すなわち、それぞれの銅線について、室温での引張強度と、１００〜４００℃の温度で６０分の熱処理後の引張強度とを測定した。そして、室温での引張強度と熱処理後の引張強度との中間の引張強度に対応する銅線の熱処理温度を求め、その熱処理温度を半軟化温度とした。

酸素濃度及び硫黄濃度は、赤外線発光分析器（Ｌｅｃｏ：登録商標）により測定した。

引張強度の測定は、オートグラフ精密万能試験機ＡＧ−１００ＫＮＧ（島津製作所製）を用いて、それぞれの銅線を３５ｃｍに切断し、測定距離２５ｃｍ、引張速度２０ｍｍ／ｍｉｎの条件で行った。

伸び率は、上記オートグラフ精密万能試験機を用い、断線後の銅線を突き合わせた長さと元の銅線の長さとの差を元の銅線の長さで割った値から求めた。

銅線のＸ線回折強度の測定は、Ｘ線測定装置ＲＩＮＴ２０００（リガク製）を用いて行った。すなわち、直径２．６ｍｍの銅線を樹脂に埋め込んで横断面にＸ線が照射されるようにＸ線測定装置に据え付け、Ｘ線測定装置のＸ線管球の出力を４０ｋＶ、１５０ｍＡ、３°／ｍｉｎの条件で、θ―２θ法により、０〜９０°の範囲でＸ線回折強度の測定を行った。

半軟化温度、引張強度、伸び率及びＸ線回折強度の測定は、それぞれの銅線を不活性ガス（窒素）雰囲気中で、９００℃、６０分の熱処理をした後に行った。

（実施例１）
図１に示すように、実施例１の結晶構造は、結晶粒１ａ、１ｂが銅線の直径の１／３以下であり、図３に示す比較例２の結晶粒１よりも小さいことが確認できる。また、結晶粒１ａ、１ｂは、結晶粒１ａ中の双晶２ａと、結晶１ｂ中の双晶２ｂとで双晶が形成される方向が異なることから、原子面上の回転角度が異なっていることが確認できる。実施例１は、図４に示すように、Ｘ線回折強度のピークが（１１１）面のみが認められ、（２００）面、（２２０）面、（３１１）面のピークは見られない。そのため、実施例１は、結晶方位［１１１］の密度がほぼ１００％になっていることが確認できる。

（比較例１）
図２に示すように、比較例１の結晶構造は、結晶粒１が銅線の直径の１／３以下であり、図１に示す実施例１の結晶粒１ａ、１ｂ及び図３に示す比較例３の結晶粒１よりも小さいことが確認できる。比較例１は、図５に示すように、Ｘ線回折強度のピークが（１１１）面、（２００）面、（３１１）面のピークが見られる。そのため、比較例１は、結晶方位［１１１］、結晶方位［２００］、結晶方位［３１１］が混在していることが確認できる。

（比較例２）
図３に示すように、比較例２の結晶構造は、結晶粒１が銅線の直径の１／３以上であり、図１に示す実施例１の結晶粒１ａ、１ｂ及び図２に示す比較例１の結晶粒１よりも大きいことが確認できる。比較例２は、図５に示すように、Ｘ線回折強度のピークが（１１１）面、（２００）面、（３１１）面のピークが見られる。そのため、比較例２は、結晶方位［１１１］、結晶方位［２００］、結晶方位［３１１］が混在していることが確認できる。

（実施例及び比較例の総合評価）
表１に実施例１及び比較例１、２の銅線の酸素濃度、硫黄濃度、半軟化温度、導電率、引張強度、伸び率及びＸ線回折強度と、総合評価とを示す。

実施例１は、表１から引張強度が２００ＭＰａ以上、伸び率が２０％以上、導電率が１０１％ＩＡＣＳ以上、（１１１）面以外のＸ線回折強度のピークが見られないことから、総合評価を○とした。

比較例１は、引張強度が２００ＭＰａ以上、伸び率が２０％以上、導電率が１０１％ＩＡＣＳ以上であるが、（１１１）面以外のＸ線回折強度のピークが見られることから、総合評価を×とした。

比較例２は、導電率が１０１％ＩＡＣＳ以上であるが、引張強度が２００ＭＰａ以下、伸び率が２０％以下であり、（１１１）面以外のＸ線回折強度のピークが見られることから、総合評価を×とした。

［変形例］
なお、本発明の実施の形態及び実施例は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形、実施が可能である。例えば、実施例の銅線を絶縁体で被覆した単一線、又は単一線を複数本集めた集合線としてもよい。

また、銅線材を絶縁体で被覆し、被覆した銅線を複数本撚り合わせた撚線としてもよい。

また、集合線又は撚線の銅線として、熱処理を施したタフピッチ銅、無酸素銅又は高純度から２種以上選択して使用してもよい。

また、集合線又は撚線の外周に絶縁層を設けた電力用ケーブル又は信号用ケーブルとしてもよい。また、中心導体を銅合金材料により形成し、その外周に絶縁層及び編組線を設けた同軸ケーブルとしてもよい。

また、上記実施の形態及び実施例では、銅線材がＳＣＲ連続鋳造圧延装置により製造されるものとして説明したが、銅線材は、双ロール式連続鋳造圧延装置及びプロペルチ式連続鋳造圧延装置等の鋳造と圧延が一体化した装置で製造してもよい。

また、銅線材の表面にＳｎ、Ａｇ、はんだ材、アモルファス状の亜鉛及び酸素を含む薄膜を形成してもよい。

本発明は、モータ等に使用される巻線やエナメル線、イヤホン、ヘッドホン等のオーディオケーブル用導体、カーナビゲーション用等の高音質及び高画質が求められる信号用導体等に利用可能である。

１、１ａ、１ｂ結晶粒
２ａ、２ｂ双晶

Claims

結晶方位が［１１１］であり、原子面上の回転角度が異なる複数の結晶粒を有する無酸素銅（４Ｎ銅）からなる銅線材を用いた銅線であって、
前記結晶粒の直径が前記銅線材の直径の１／３以下であり、かつ、前記銅線材の引張強度が２００ＭＰａ以上である、
銅線。
前記銅線材の表面にＳｎ、Ａｇ、はんだ材、アモルファス状の亜鉛及び酸素を含む薄膜を有する、
請求項１に記載の銅線。
無酸素銅（４Ｎ銅）からなる銅線材に、熱処理温度が７００℃以上９５０℃以下、熱処理時間が６０分以上１２０分以下の条件で熱処理を施すことにより、結晶方位が［１１１］であり、原子面上の回転角度が異なる複数の結晶粒を有し、前記結晶粒の直径が前記銅線材の直径の１／３以下であり、かつ、前記銅線材の引張強度を２００ＭＰａ以上とする熱処理工程を含む、
銅線の製造方法。
前記熱処理工程は、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気中で、パイプ管状電気炉、通電アニーラ、ゴールドファーネス又はプラズマ連続焼鈍により熱処理を行う、
請求項３に記載の銅線の製造方法。