JP2015176808A - 複合導体 - Google Patents
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Abstract
【課題】断線しにくく、芯材と被覆層とが剥離しにくい複合導体を提供する。【解決手段】チタン又はチタン合金を含む芯材と、芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、芯材を構成するチタン又はチタン合金と被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、芯材と被覆層との間に設けられた金属間化合物層と、を備える、複合導体である。【選択図】図１
Description
本発明は、複合導体に関する。
例えばヘッドホンコード等のケーブルに用いられる導体には、軽量化が要求されるようになっている。そのため、導体としては、従来、銅から構成される銅導体が用いられていたが、銅よりも軽いアルミニウムから構成されるアルミニウム導体が検討されている。しかしながら、アルミニウム導体は、銅導体と比較して軽いものの、銅導体よりも導電性が低いという問題がある。
そこで、導体の軽量化および高い導電性を両立するため、アルミニウム導体を芯材とし、その外周を被覆するように銅からなる被覆層を形成した複合導体（いわゆる銅被覆アルミニウム線）が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この複合導体は、同径の銅導体と比較して軽く、高周波伝送用途の場合、銅導体と同じ程度の導電性を有する。
しかしながら、特許文献１に示す複合導体においては、芯材であるアルミニウムの機械的強度が弱いため、伸線加工中や、製品として使用中の屈曲や繰り返し曲げにより断線しやすいという問題がある。また、その製造時や使用時に芯材と被覆層との密着性が低下し、被覆層が芯材から剥離しやすいという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、断線しにくく、被覆層が芯材から剥離しにくい複合導体を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
チタン又はチタン合金を含む芯材と、前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記芯材と前記被覆層との間に設けられた金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
チタン又はチタン合金を含む芯材と、前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記芯材と前記被覆層との間に設けられた金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
本発明の他の態様によれば、
チタン又はチタン合金を含む芯材と、前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、前記芯材と前記被覆層との間に介在するように設けられ、モリブデン又はバナジウムを含む中間層と、前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムとが拡散することにより形成され、前記芯材と前記中間層との間に設けられた第１の金属間化合物層と、前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムと前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記中間層と前記被覆層との間に設けられた第２の金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
チタン又はチタン合金を含む芯材と、前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、前記芯材と前記被覆層との間に介在するように設けられ、モリブデン又はバナジウムを含む中間層と、前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムとが拡散することにより形成され、前記芯材と前記中間層との間に設けられた第１の金属間化合物層と、前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムと前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記中間層と前記被覆層との間に設けられた第２の金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
本発明によれば、断線しにくく、被覆層が芯材から剥離しにくい複合導体が得られる。
本発明者らは、複合導体としての銅被覆アルミニウム線において、被覆層が芯材から剥離しやすい点について検討したところ、この剥離は、芯材と被覆層との間に形成される金属間化合物層が原因で生じることがわかった。
金属間化合物層は、銅被覆アルミニウム線の製造時に、芯材と被覆層との間に形成されるものである。一般に、銅被覆アルミニウム線は、材料（母材）を伸線加工により引き伸ばして細径化し、焼鈍（加熱）することによって製造される。加熱などを含む加工が施される銅被覆アルミニウム線においては、芯材を構成するアルミニウム（Ａｌ）と被覆層を構成する銅（Ｃｕ）とが加熱により活性化して拡散する。これらの金属拡散の結果、芯材と銅被覆層との間には、ＡｌとＣｕとの金属間化合物（Ａｌ−Ｃｕ化合物）からなる金属間化合物層が形成されることになる。
この金属間化合物層は、芯材と被覆層との間に存在し、これらの密着性に寄与する。しかしながら、金属間化合物層は、機械的に脆く、加熱により厚く成長すると割れるおそれがある。芯材と被覆層との間に存在する金属間化合物層が割れると、被覆層が芯材から剥離してしまう。金属間化合物層は、銅被覆アルミニウム線の製造時だけでなく、銅被覆アルミニウム線の使用時においても加熱により厚く成長することがあるので、被覆層を芯材から剥離させてしまうおそれがある。
このように、銅被覆アルミニウム線においては、金属間化合物層により芯材と被覆層との密着性が図れるものの、金属間化合物層が加熱により厚く成長して割れることで、被覆層が芯材から剥離してしまう。
このことから、被覆層の剥離を抑制するには、芯材を構成する金属と被覆層を構成する金属とが加熱により拡散しにくいこと、つまり金属間化合物層が加熱により厚く成長しにくいことがよいと考えられる。そこで、本発明者らは、導電性の観点から被覆層にＣｕを用いるため、芯材を構成する金属について検討を行った。その結果、芯材を構成する金属としてはチタン（Ｔｉ）又はチタン合金（Ｔｉ合金）がよいとの知見を見出した。ＴｉまたはＴｉ合金は、一般に活性な金属とされるものの、被覆層を構成するＣｕと金属間化合物層を形成したとしても、その金属間化合物層は加熱により厚く成長しにくいことを見出した。したがって、複合導体の芯材にＴｉ又はＴｉ合金を用いることによって、製造時や使用時の加熱による金属間化合物層の割れ、そして、それに伴う被覆層の芯材からの剥離を抑制することができる。また、従来のＡｌの代わりに、機械的強度の高いＴｉ又はＴｉ合金を芯材に用いることで、強度や曲げ、繰り返し曲げ等に強く、断線しにくい複合導体とすることができる。
さらに、本発明者らは、Ｔｉ又はＴｉ合金から構成される芯材と、Ｃｕから構成される被覆層との間に、ＴｉやＣｕとの金属間化合物を形成しにくいモリブデン（Ｍｏ）又はバナジウム（Ｖ）から構成される中間層を介在させるとよいことを見出した。これにより、芯材と被覆層との間に形成される金属間化合物層の厚さの増加をより抑制することができる。したがって、Ｍｏ又はＶを含む中間層を設けることによって、被覆層の芯材からの剥離を抑制することができる。
本発明は、上記知見に基づいて成されたものである。
＜本発明の第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合導体の断面図である。
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合導体の断面図である。
（１）複合導体の構成
本実施形態の複合導体１は、図１に示すように、チタン（Ｔｉ）又はチタン合金（Ｔｉ合金）を含む芯材１０と、芯材１０の外周を被覆するように設けられ、銅（Ｃｕ）を含む被覆層１１と、芯材１０と被覆層１１との間に設けられ、Ｔｉ又はＴｉ合金とＣｕとが拡散することにより形成された金属間化合物を含む金属間化合物層２０と、を備えている。
本実施形態の複合導体１は、図１に示すように、チタン（Ｔｉ）又はチタン合金（Ｔｉ合金）を含む芯材１０と、芯材１０の外周を被覆するように設けられ、銅（Ｃｕ）を含む被覆層１１と、芯材１０と被覆層１１との間に設けられ、Ｔｉ又はＴｉ合金とＣｕとが拡散することにより形成された金属間化合物を含む金属間化合物層２０と、を備えている。
芯材１０は、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されている。Ｔｉ合金は、主成分としてＴｉを含有し、残部として、例えばＡｌ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉのうちの少なくとも１つを含有する。芯材１０の外径は、好ましくは１０μｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるとよい。
被覆層１１は、芯材１０の外周を被覆するように設けられている。被覆層１１は、Ｃｕで形成されており、例えばタフピッチ銅（ＴＰＣ）や無酸素銅（ＯＦＣ）で形成される。被覆層１１の厚さは、好ましくは０．１μｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは２μｍ以上２ｍｍ以下であるとよい。また、被覆層１１の断面積は、複合導体１の全体の断面積に対して、好ましくは２％以上５０％以下、より好ましくは５％以上３０％以下であるとよい。被覆層１１の複合導体１全体に対する断面積の比率を２％以上とすることにより、複合導体１の抵抗を、特に高周波抵抗を低減させることができる。一方、被覆層１１の複合導体１全体に対する断面積の比率を５０％以下とすることにより、比重の高いＣｕの割合を低減させて複合導体１を軽量化させることができる。なお、複合導体１の全体の断面積は、芯材１０、被覆層１１および金属間化合物層２０の断面積を合わせた断面積を示す。
金属間化合物層２０は、芯材１０と被覆層１１との間に設けられ、芯材１０と被覆層１１との密着性に寄与する。金属間化合物層２０は、複合導体１を製造する際の加熱により、芯材１０を構成するＴｉ又はＴｉ合金と、被覆層１１を構成するＣｕとが拡散することで形成された金属間化合物からなる。具体的には、金属間化合物層２０は、Ｔｉ−Ｃｕ化合物からなる。本実施形態では、芯材１０をＴｉ又はＴｉ合金で構成しているため、複合導体１が加熱された場合にＴｉとＣｕとの拡散を抑制でき、拡散により形成される金属間化合物層２０の成長を抑制することができる。すなわち、金属間化合物層２０の厚さが加熱により増加することを抑制することができる。
金属間化合物層２０の厚さは、芯材１０と被覆層１１との密着性を確保しつつ、割れが生じないような厚さであればよい。本発明者らの知見によれば、金属間化合物層２０の厚さが０．１μｍ以上であれば、密着性を確保でき、厚さが５．０μｍ以下であれば、金属間化合物層２０の割れを抑制できることが見出されている。したがって、金属間化合物層２０の厚さは、好ましくは０．１μｍ以上５．０μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上２．０μｍ以下である。金属間化合物層２０の厚さを０．１μｍ以上５．０μｍ以下とすることにより、芯材１０と被覆層１１との密着性を確保しつつ、金属間化合物層２０の割れを抑制することができる。しかも、金属間化合物層２０が割れるような厚さとなるまでの裕度を確保することができるため、複合導体１を加熱環境に置いたときの耐久性を向上させることができる。
金属間化合物層２０は、Ｔｉ又はＴｉ合金とＣｕとからなる金属間化合物を含むが、Ｃｕ濃度がＴｉ濃度よりも大きくなるように構成されることが好ましい。金属間化合物層２０を、Ｔｉと比較して柔軟なＣｕが比較的多く含有するように構成することで、金属間化合物層２０に柔軟性を付与することができる。これにより、金属間化合物層２０を芯材１０と被覆層１１とに追従させて密着させることができ、芯材１０と被覆層１１との密着性を向上させることができる。
複合導体１の外径は、好ましくは１０μｍ以上２６ｍｍ以下、より好ましくは１５μｍ以上１５ｍｍ以下であるとよい。
（２）複合導体の製造方法
次に、上述の複合導体１の製造方法について説明する。なお、以下に示す製造方法は一例であり特に限定されるものではない。
次に、上述の複合導体１の製造方法について説明する。なお、以下に示す製造方法は一例であり特に限定されるものではない。
（母材形成工程）
まず、芯材１０として、例えば、断面が円形状であって外径４ｍｍのＴｉ又はＴｉ合金を含むＴｉ芯材を用意する。被覆層１１として、Ｔｉ芯材を挿入できるような、例えば外径６ｍｍ、内径４．２ｍｍ、厚さ１．８ｍｍの円筒状のＣｕを含むＣｕパイプ（Ｃｕ管）を用意する。続いて、Ｃｕ管内にＴｉ芯材を挿入し、外径６ｍｍの母材を形成する。
まず、芯材１０として、例えば、断面が円形状であって外径４ｍｍのＴｉ又はＴｉ合金を含むＴｉ芯材を用意する。被覆層１１として、Ｔｉ芯材を挿入できるような、例えば外径６ｍｍ、内径４．２ｍｍ、厚さ１．８ｍｍの円筒状のＣｕを含むＣｕパイプ（Ｃｕ管）を用意する。続いて、Ｃｕ管内にＴｉ芯材を挿入し、外径６ｍｍの母材を形成する。
（伸線工程）
続いて、母材を伸線ダイスに挿通させて伸線する。伸線ダイスは、導入部と、導入部より径の小さな伸線部と、出口部とを備えている。母材は、伸線ダイスの導入部から伸線ダイス内に導入され、伸線部において伸線前の外径より小さな外径に加工されて、出口部から引き出される。本実施形態においては、母材を、複数の伸線ダイスを用いて複数パスで伸線することにより、母材の外径を順次細径化して、伸線材を形成する。具体的には、外径６ｍｍの母材を、複数の伸線ダイスにより細径化し、外径０．９ｍｍの伸線材を形成する。このとき、伸線材における芯材１０の外径を０．７４ｍｍ、被覆層１１の厚さを０．０８ｍｍ、伸線材の断面積に対する被覆層１１の断面積の比率を３２％とする。
続いて、母材を伸線ダイスに挿通させて伸線する。伸線ダイスは、導入部と、導入部より径の小さな伸線部と、出口部とを備えている。母材は、伸線ダイスの導入部から伸線ダイス内に導入され、伸線部において伸線前の外径より小さな外径に加工されて、出口部から引き出される。本実施形態においては、母材を、複数の伸線ダイスを用いて複数パスで伸線することにより、母材の外径を順次細径化して、伸線材を形成する。具体的には、外径６ｍｍの母材を、複数の伸線ダイスにより細径化し、外径０．９ｍｍの伸線材を形成する。このとき、伸線材における芯材１０の外径を０．７４ｍｍ、被覆層１１の厚さを０．０８ｍｍ、伸線材の断面積に対する被覆層１１の断面積の比率を３２％とする。
伸線工程において、母材を伸線して伸線材を形成する際の加工度は、例えば５％以上９９％以下とするとよく、好ましくは２５％以上９８％以下とするとよい。なお、加工度とは、伸線前の母材の断面積に対する伸線後の伸線材の断面積の比率を示す。複数の伸線ダイスにより複数パスで伸線する場合、加工度が上記範囲内となるように各伸線ダイスでの加工度を調整するとよい。
伸線工程において母材を伸線することにより、母材では、その伸線方向にせん断応力が発生する。この応力により母材ではせん断発熱が発生することになる。つまり、母材は伸線工程により加熱されることになる。この結果、母材が伸線されて形成される伸線材では、芯材１０と被覆層１１との間に、芯材１０を構成するＴｉ又はＴｉ合金と被覆層１１を構成するＣｕとが拡散し、それぞれの成分を含む金属間化合物層２０が形成されることになる。
（焼鈍工程）
続いて、伸線工程により形成された伸線材を焼鈍（加熱）して、本実施形態の複合導体１を得る。焼鈍工程においては、伸線材を加熱することにより、伸線工程で生じた伸線材の加工ゆがみを緩和する。このとき、芯材１０と被覆層１１との間での金属拡散が促進されて、金属間化合物層２０が厚く成長するおそれがあるが、本実施形態では、芯材１０にＴｉ又はＴｉ合金を用いているため、加熱による金属間化合物層２０の厚さの増加を抑制することができる。これにより、複合導体１の製造時における金属間化合物層２０の割れ、そしてそれに伴う被覆層１１の剥離を抑制することができる。焼鈍工程においては、金属間化合物層２０の厚さを、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下となるように加熱するとよい。
続いて、伸線工程により形成された伸線材を焼鈍（加熱）して、本実施形態の複合導体１を得る。焼鈍工程においては、伸線材を加熱することにより、伸線工程で生じた伸線材の加工ゆがみを緩和する。このとき、芯材１０と被覆層１１との間での金属拡散が促進されて、金属間化合物層２０が厚く成長するおそれがあるが、本実施形態では、芯材１０にＴｉ又はＴｉ合金を用いているため、加熱による金属間化合物層２０の厚さの増加を抑制することができる。これにより、複合導体１の製造時における金属間化合物層２０の割れ、そしてそれに伴う被覆層１１の剥離を抑制することができる。焼鈍工程においては、金属間化合物層２０の厚さを、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下となるように加熱するとよい。
焼鈍工程において伸線材を加熱する条件は、金属間化合物層２０を過度に成長させないような条件であれば、特に限定されない。例えば、加熱温度を５０℃以上８００℃以下、加熱時間を５秒以上５時間以下とするとよい。好ましくは、加熱温度を５０℃以上５００℃以下、加熱時間を１０秒以上５時間以下とするとよい。
なお、本実施形態では、円筒状のＣｕパイプにＴｉ芯材を挿入して母材を形成する場合について説明したが、例えば、Ｔｉ芯材の外周に所定の厚さのＣｕ箔を被覆し、その継ぎ目を溶接することにより、Ｔｉ芯材の外周にＣｕ箔が被覆するように設けられた母材を形成してもよい。また例えば、Ｔｉ芯材の外周にメッキ法などにより被覆層１１としてのＣｕメッキ層を直接形成してもよい。
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
（ａ）本実施形態の複合導体１によれば、芯材１０を、加熱により拡散しにくいＴｉ又はＴｉ合金から構成している。そのため、製造時や使用時に複合導体１が加熱されるような場合でも、芯材１０のＴｉ又はＴｉ合金と被覆層１１のＣｕとの拡散を抑制し、拡散により形成される金属間化合物層２０の成長を抑制することができる。すなわち、加熱による金属間化合物層２０の厚さの増加を抑制することができる。これにより、複合導体１においては、金属間化合物層２０の厚さの増加による割れ、そして、それに伴う被覆層１１の芯材１０からの剥離を抑制することができる。
（ｂ）本実施形態の複合導体１によれば、芯材１０を、アルミニウムよりも強度の高いＴｉ又はＴｉ合金から構成しているので、同径の銅被覆アルミニウム線と比較して、断線を抑制することができる。
（ｃ）本実施形態の複合導体１によれば、芯材１０を、Ｃｕよりも軽いＴｉ又はＴｉ合金から構成しているので、同径の銅導体と比較して、軽量化することができる。
（ｄ）本実施形態の複合導体１によれば、金属間化合物層２０の厚さを０．１μｍ以上５．０μｍ以下とするとよい。金属間化合物層２０の厚さを上記範囲内とすることにより、芯材１０と被覆層１１との密着性を向上させることができる。さらに、複合導体１において金属間化合物層２０が割れる厚さとなるまでの裕度を確保することができるため、複合導体１を加熱環境に置いたときの耐久性を向上させることができる。
（ｅ）本実施形態の複合導体１によれば、被覆層１１の断面積を、複合導体１の全体の断面積に対して２％以上５０％以下とするとよい。被覆層１１の断面積比率を上記範囲内とすることにより、被覆層１１における高周波抵抗値を低減することができる。これにより、複合導体１の高周波特性をさらに向上させることができる。
＜本発明の第２の実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ただし、ここでは、上述した第１実施形態との相違点のみを説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る複合導体１の断面図である。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ただし、ここでは、上述した第１実施形態との相違点のみを説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る複合導体１の断面図である。
第２の実施形態に係る複合導体１は、図２に示すように、Ｔｉ又はＴｉ合金を含む芯材１０とＣｕを含む被覆層１１との間に、モリブデン（Ｍｏ）又はバナジウム（Ｖ）を含む中間層１２が設けられている点、芯材１０と中間層１２との間に、芯材１０を構成するＴｉ又はＴｉ合金と中間層１２を構成するＭｏ又はＶとが拡散することにより形成された第１の金属間化合物層２１ａが設けられている点、そして、中間層１２と被覆層１１との間に、中間層１２を構成するＭｏ又はＶと被覆層１１を構成するＣｕとが拡散することにより形成された第２の金属間化合物層２１ｂが設けられている点で、上述した第１の実施形態とは異なる。
中間層１２は、Ｍｏ又はＶを含む。これら金属は、芯材１０を構成するＴｉや被覆層１１を構成するＣｕと拡散しにくく、これらとの金属間化合物を形成しにくいものである。中間層１２の厚さは、芯材１０および被覆層１１のそれぞれと金属拡散し、良好な密着性を得られるような厚さであれば、特に限定されない。中間層１２の厚さは、好ましくは０．２μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以上５０μｍ以下である。
第１の金属間化合物層２１ａは、芯材１０と中間層１２との間に設けられ、芯材１０と中間層１２との密着性に寄与する。第１の金属間化合物層２１ａは、芯材１０を構成するＴｉ又はＴｉ合金と、中間層１２を構成するＭｏ又はＶとが拡散することで形成された金属間化合物からなる。具体的には、第１の金属間化合物層２１ａは、Ｔｉ−Ｍｏ化合物またはＴｉ−Ｖ化合物からなる。本実施形態では、Ｔｉ、ＭｏおよびＶのそれぞれが熱で拡散しにくい金属であるため、これら金属を含む第１の金属間化合物層２１ａは、加熱により成長しにくく、成長による厚さの増加が抑制されている。
第２の金属間化合物層２１ｂは、中間層１２と被覆層１１との間に設けられ、中間層１２と被覆層１１との密着性に寄与する。第２の金属間化合物層２１ｂは、中間層１２を構成するＭｏ又はＶと、被覆層１１を構成するＣｕとが拡散することで形成された金属間化合物からなる。具体的には、第２の金属間化合物層２１ｂは、Ｍｏ−Ｃｕ化合物またはＶ−Ｃｕ化合物からなる。本実施形態では、ＭｏおよびＶのそれぞれが熱で拡散しにくい金属であるため、これら金属を含む第２の金属間化合物層２１ｂは、加熱により成長しにくく、成長による厚さの増加が抑制される。
第１の金属間化合物層２１ａおよび第２の金属間化合物層２１ｂの厚さは、それぞれの密着性を確保しつつ、割れが生じないような厚さであれば特に限定されない。第１の金属間化合物層２１ａの厚さは、好ましくは０．１μｍ以上４μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上２μｍ以下である。第２の金属間化合物層２１ｂの厚さは、好ましくは０．１μｍ以上４μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上２μｍ以下である。第１又は第２の金属間化合物層２１ａ，２１ｂのそれぞれの厚さを上記範囲内とすることにより、それぞれの密着性を向上させることができる。さらに、第１又は第２の金属間化合物層２１ａ，２１ｂのそれぞれが割れるような厚さとなるまでの裕度を持たせることができ、複合導体１を加熱環境に置いたときの耐久性を向上させることができる。
本実施形態において、複合導体１は、Ｍｏ又はＶを含む中間層１２が芯材１０と被覆層１１との間に介在するように設けられており、芯材１０と中間層１２との間に形成される金属間化合物層２１ａと、中間層１２と被覆層１１との間に形成される金属間化合物層２１ｂとを備えている。そのため、本実施形態の複合導体１においても、上述の第１の実施形態の場合と同様に、加熱による金属間化合物層２１ａ，２１ｂの割れ、そして、それに伴う被覆層１１の芯材１０からの剥離を抑制することができる。しかも、本実施形態によれば、より拡散しにくいＭｏ又はＶで中間層１２を構成しているので、第１の実施形態と比較して、加熱による金属間化合物層２１ａ，２１ｂの厚さの増加をさらに抑制することができる。
本実施形態の複合導体１は、例えば以下のように製造することができる。
（母材形成工程）
母材形成工程では、まず、中間層１２としてのＭｏを含むＭｏ箔と、被覆層１１としてのＣｕを含むＣｕ箔とを貼り合わせて積層箔を形成する。この積層箔を、Ｍｏ箔が内側に、Ｃｕ箔が外側に、それぞれ配置されるように、芯材１０としてのＴｉ芯材の外周に被覆し、その継ぎ目を溶接することにより、母材を形成する。なお、母材の外径を４．６ｍｍ、Ｔｉ芯材の外径を４．０ｍｍ、Ｍｏ箔の厚さを０．１ｍｍ、Ｃｕ箔の厚さを０．２ｍｍとする。
母材形成工程では、まず、中間層１２としてのＭｏを含むＭｏ箔と、被覆層１１としてのＣｕを含むＣｕ箔とを貼り合わせて積層箔を形成する。この積層箔を、Ｍｏ箔が内側に、Ｃｕ箔が外側に、それぞれ配置されるように、芯材１０としてのＴｉ芯材の外周に被覆し、その継ぎ目を溶接することにより、母材を形成する。なお、母材の外径を４．６ｍｍ、Ｔｉ芯材の外径を４．０ｍｍ、Ｍｏ箔の厚さを０．１ｍｍ、Ｃｕ箔の厚さを０．２ｍｍとする。
（伸線工程）
続いて、母材を伸線ダイスに挿通させて伸線する。外径４．６ｍｍの母材を、複数の伸線ダイスにより細径化し、外径０．５２５ｍｍの伸線材を形成する。このとき、伸線材における芯材１０の外径を０．３７５ｍｍ、中間層１２の厚さを０．０２５ｍｍ、被覆層１１の厚さを０．０５ｍｍとし、伸線材の断面積に対する被覆層１１の断面積の比率を２１％とする。伸線材には、伸線工程において、芯材１０と中間層１２との間に第１の金属間化合物層２１ａが形成され、中間層１２と被覆層１１との間に第２の金属間化合物層２１ｂが形成されることになる。
続いて、母材を伸線ダイスに挿通させて伸線する。外径４．６ｍｍの母材を、複数の伸線ダイスにより細径化し、外径０．５２５ｍｍの伸線材を形成する。このとき、伸線材における芯材１０の外径を０．３７５ｍｍ、中間層１２の厚さを０．０２５ｍｍ、被覆層１１の厚さを０．０５ｍｍとし、伸線材の断面積に対する被覆層１１の断面積の比率を２１％とする。伸線材には、伸線工程において、芯材１０と中間層１２との間に第１の金属間化合物層２１ａが形成され、中間層１２と被覆層１１との間に第２の金属間化合物層２１ｂが形成されることになる。
（焼鈍工程）
続いて、伸線工程により形成された伸線材を焼鈍（加熱）して、本実施形態の複合導体１を得る。焼鈍工程においては、芯材１０と中間層１２との間、そして中間層１２と被覆層１１との間で金属拡散が促進されるおそれがあるが、芯材１０、中間層１２および被覆層１１のそれぞれを、熱で拡散しにくい金属で構成しているため、第１の金属間化合物層２１ａおよび第２の金属間化合物層２１ｂの加熱による厚さの増加を抑制することができる。これにより、複合導体１の製造時における金属間化合物層の割れ、そしてそれに伴う被覆層１１の剥離を抑制することができる。焼鈍工程においては、第１の金属間化合物層２１ａの厚さを例えば０．１μｍ以上４μｍ以下、第２の金属間化合物層２１ｂの厚さを例えば０．１μｍ以上４μｍ以下となるように加熱するとよい。
続いて、伸線工程により形成された伸線材を焼鈍（加熱）して、本実施形態の複合導体１を得る。焼鈍工程においては、芯材１０と中間層１２との間、そして中間層１２と被覆層１１との間で金属拡散が促進されるおそれがあるが、芯材１０、中間層１２および被覆層１１のそれぞれを、熱で拡散しにくい金属で構成しているため、第１の金属間化合物層２１ａおよび第２の金属間化合物層２１ｂの加熱による厚さの増加を抑制することができる。これにより、複合導体１の製造時における金属間化合物層の割れ、そしてそれに伴う被覆層１１の剥離を抑制することができる。焼鈍工程においては、第１の金属間化合物層２１ａの厚さを例えば０．１μｍ以上４μｍ以下、第２の金属間化合物層２１ｂの厚さを例えば０．１μｍ以上４μｍ以下となるように加熱するとよい。
なお、本実施形態では、母材形成工程において、Ｃｕ箔にＭｏ箔を貼り合わせて積層箔を形成する場合について説明したが、例えばスパッタリング法によりＣｕ箔上にＭｏ箔を形成して積層箔を形成してもよい。また、上述の第１の実施形態と同様に、Ｔｉ又はＴｉ合金を含むＴｉ芯材と、中間層１２として、Ｔｉ芯材を挿入できるような円筒状のＭｏを含むＭｏパイプと、被覆層１１として、Ｍｏパイプを挿入できるような円筒状のＣｕを含むＣｕパイプと、を用意して、Ｃｕパイプ内にＭｏパイプを挿入し、Ｍｏパイプ内にＴｉ芯材を挿入することにより、母材を形成しても良い。
なお、上述の第１および第２の実施形態では、複合導体１として断面が円形状の場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図３に示すように、断面を平角状とすることもできる。また例えば、断面を、電車用トロリ線に用いるような異形状とすることもできる。
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
［付記１］
本発明の一態様によれば、
チタン又はチタン合金を含む芯材と、
前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、
前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記芯材と前記被覆層との間に設けられた金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
本発明の一態様によれば、
チタン又はチタン合金を含む芯材と、
前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、
前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記芯材と前記被覆層との間に設けられた金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
［付記２］
付記１の複合導体であって、好ましくは、
前記金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である。
付記１の複合導体であって、好ましくは、
前記金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である。
［付記３］
付記１又は２の複合導体であって、好ましくは、
前記被覆層の断面積が、複合導体の全体の断面積に対して２％以上５０％以下である。
付記１又は２の複合導体であって、好ましくは、
前記被覆層の断面積が、複合導体の全体の断面積に対して２％以上５０％以下である。
［付記４］
本発明の他の態様によれば、
チタン又はチタン合金を含む芯材と、
前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、
前記芯材と前記被覆層との間に介在するように設けられ、モリブデン又はバナジウムを含む中間層と、
前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムとが拡散することにより形成され、前記芯材と前記中間層との間に設けられた第１の金属間化合物層と、
前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムと前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記中間層と前記被覆層との間に設けられた第２の金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
本発明の他の態様によれば、
チタン又はチタン合金を含む芯材と、
前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、
前記芯材と前記被覆層との間に介在するように設けられ、モリブデン又はバナジウムを含む中間層と、
前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムとが拡散することにより形成され、前記芯材と前記中間層との間に設けられた第１の金属間化合物層と、
前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムと前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記中間層と前記被覆層との間に設けられた第２の金属間化合物層と、を備える、複合導体が提供される。
［付記５］
付記４の複合導体であって、好ましくは、
前記中間層の厚さが、０．２μｍ以上１ｍｍ以下である。
付記４の複合導体であって、好ましくは、
前記中間層の厚さが、０．２μｍ以上１ｍｍ以下である。
［付記６］
付記４又は５の複合導体であって、好ましくは、
前記第１の金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第２の金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上４μｍ以下である。
付記４又は５の複合導体であって、好ましくは、
前記第１の金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第２の金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上４μｍ以下である。
［付記７］
付記４〜６の複合導体であって、好ましくは、
前記銅を含む被覆層の断面積が、複合導体の全体の断面積に対して２％以上５０％以下である。
付記４〜６の複合導体であって、好ましくは、
前記銅を含む被覆層の断面積が、複合導体の全体の断面積に対して２％以上５０％以下である。
１ 複合導体
１０ 芯材
１１ 被覆層
１２ 中間層
２０ 金属間化合物層
２１ａ 第１の金属間化合物層
２１ｂ 第２の金属間化合物層
１０ 芯材
１１ 被覆層
１２ 中間層
２０ 金属間化合物層
２１ａ 第１の金属間化合物層
２１ｂ 第２の金属間化合物層
Claims (7)
- チタン又はチタン合金を含む芯材と、
前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、
前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記芯材と前記被覆層との間に設けられた金属間化合物層と、を備える、複合導体。 - 前記金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項１に記載の複合導体。
- 前記被覆層の断面積が、複合導体の全体の断面積に対して２％以上５０％以下である、請求項１又は２に記載の複合導体。
- チタン又はチタン合金を含む芯材と、
前記芯材の外周を被覆するように設けられ、銅を含む被覆層と、
前記芯材と前記被覆層との間に介在するように設けられ、モリブデン又はバナジウムを含む中間層と、
前記芯材を構成するチタン又はチタン合金と前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムとが拡散することにより形成され、前記芯材と前記中間層との間に設けられた第１の金属間化合物層と、
前記中間層を構成するモリブデン又はバナジウムと前記被覆層を構成する銅とが拡散することにより形成され、前記中間層と前記被覆層との間に設けられた第２の金属間化合物層と、を備える、複合導体。 - 前記中間層の厚さが、０．２μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項４に記載の複合導体。
- 前記第１の金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第２の金属間化合物層の厚さが、０．１μｍ以上４μｍ以下である、請求項４又は５に記載の複合導体。
- 前記銅を含む被覆層の断面積が、複合導体の全体の断面積に対して２％以上５０％以下である、請求項４〜６のいずれかに記載の複合導体。
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