JP3948203B2 - 銅合金線、銅合金撚線導体、同軸ケーブル、および銅合金線の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅合金線の直径が0.08mm以下の銅合金線、銅合金撚線導体、同軸ケーブル、および銅合金線の製造方法に関し、特に、引張強度、伸線性および屈曲性に優れた銅合金線、銅合金撚線導体、同軸ケーブル、および銅合金線の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器、ICテスタ、医療機器の小型化に伴い、それらに適用されている機器電線も細径化が進んでいる。特に、医療機器用電線には、ケーブルの外径は従来と同等で線芯数を多くしたケーブルが求められている。現在、実用化されている導体は、40AWG(7/0.03)が主流であり、不純物濃度が10ppm程度の無酸素銅(OFC)をべースにSnを微量添加した銅合金線が広く適用されている。
【0003】
従来からダイス加工で線材を伸線する場合、異物による断線と延性破壊による断線が問題となる。
【0004】
異物が原因で断線したサンプルを詳細に分析してみると、異物の混入原因は大きく2つに分けられる。1つは伸線工程中に外部から混入した異物、もう1つは溶解、鋳造時に素材である銅や添加元素に含まれる介在物、あるいはルツボや鋳型の成分であるSiC、SiO2、ZrO2などの耐火材が剥離して生じる異物である。前者の異物を低減するためには、伸線工程をクリーン化すれば解決できる。しかし、後者の異物を低減するためには、母材を高品質化しなければならない。一方、延性破断については、加工度と密接な関係があることが知られている。加工度が大きい場合、変形抵抗が大きく塑性変形しにくくなるため、延性破断が起こり易くなる。しかし、加工限界に達していない範囲では強度が大きい材料の方が延性破断が起こりにくいため、強度が大きい材料が望まれている。以上のように、超極細線を製造する場合、各工程において細心の注意を払う必要がある。
【0005】
異物による断線の解決を図った従来の極細導体として、例えば、特開平11−293365号公報に示されるものがある。
【0006】
この極細導体は、Agを1〜4.5重量%含み、残部がCuと不可避不純物からなり、極細導体内に含まれる異物の径を極細導体の径に対して所定の値以下とするものである。これにより、伸線加工や巻線加工で断線しにくい引張強度、伸線性および巻線性を有する極細導体を提供することができる。例えば、極細導体の径が20μmの場合は、異物の径を12μm以下にすればよい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の極細導体によると、除外すべき異物を径で規定しているため、その規定された径以下の異物の量が多い場合は、伸線加工時に断線し易くなり、屈曲性にも劣る。
【0008】
従って、本発明の目的は、引張強度、伸線性および屈曲性に優れた超極細銅合金線、銅合金撚線導体、極細同軸ケーブル、および超極細銅合金線の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、0.08mm以下の線径を有する銅合金線において、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加したことによって構成されることを特徴とする銅合金線を提供する。
線径を0.08mm以下に規定しているのは、線径が0.08mmよりも大きい場合、従来の無酸素銅(OFC)を母材としても安定して製造できるからである。不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuを用いることにより、母材中に断線の原因となる異物が最小限に抑えられる。高純度CuにAgを添加することにより、Snと比較して導電率をあまり低下させずに引張強度を向上させることができ、延性破壊が起こりにくくなる。Agの純度を99.99mass%以上とすることにより、マトリックスのCuの汚染を最小限にすることができる。Agの濃度を1.0〜5.0mass%に限定したのは、Ag濃度が1.0mass%未満では、共晶相の晶出量が極めて少ないことから強度の向上効果が乏しいためであり、5.0mass%を超えると、加工硬化が著しく直径0.02mm以下の超極細導体を伸線する場合に中間で熱処理を入れないと加工できなくなるためである。
Agの他に純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加してもよい。Mgを添加したのは、Agは高価であるため、導電率をあまり低下させない添加元素Mgで置きかえることによりAg濃度を低減させるためである。Mgの純度を99.9mass%以上に限定したのは、マトリックスのCuの汚染を最小限にするためである。Mgの濃度を0.01〜0.5mass%に限定しているのは、0.01mass%未満では、十分な添加効果が得られないためであり、0.5mass%を超えると、加工効果が著しく超極細導体を伸線する場合に中間で熱処理を入れないと加工できなくなるためである。
【0010】
本発明は、上記目的を達成するため、0.08mm以下の線径を有する銅合金線において、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加したことによって構成されることを特徴とする銅合金線を提供する。
Agの他に純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加してもよい。Inを添加したのは、Agは高価であるため、導電率をあまり低下させない添加元素Inで置きかえることによりAg濃度を低減させるためである。Inの純度を99.99mass%以上に限定したのは、マトリックスのCuの汚染を最小限にするためである。Inの濃度を0.01〜0.3mass%に限定したのは、0.01mass%未満では、十分な添加効果が得られないためであり、0.3mass%を超えると、加工効果が著しく超極細導体を伸線する場合に中間で熱処理を入れないと加工できなくなるためである。
【0011】
前記銅合金線は、Snめっき、Agめっき、Niめっき、SnPbはんだめっき、Sn−Agめっき、Sn−Cuめっき、Sn−Ag−Cuめっき、あるいはSn−Ag−Cu−Biめっきが施されたものでもよい。これにより、合金線が機器電線として使用される場合、耐食性、端末接続性が良好となる。
【0012】
本発明は、上記目的を達成するため、0.08mm以下の線径を有する複数の銅合金線を撚り合わせた銅合金撚線導体において、前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加したことを特徴とする銅合金撚線導体を提供する。
【0013】
本発明は、上記目的を達成するため、0.08mm以下の線径を有する複数の銅合金線を撚り合わせた銅合金撚線導体において、前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加したことを特徴とする銅合金撚線導体を提供してもよい。
【0014】
本発明は、上記目的を達成するため、0.08mm以下の線径を有する銅合金線を中心導体あるいは外層導体に用いた同軸ケーブルにおいて、前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加したことを特徴とする同軸ケーブルを提供する。
【0015】
本発明は、上記目的を達成するため、0.08mm以下の線径を有する銅合金線を中心導体あるいは外層導体に用いた同軸ケーブルにおいて、前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加したことを特徴とする同軸ケーブルを提供する。
【0016】
本発明は、上記目的を達成するため、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度のCuを真空中に設置された炭素製のルツボの中で溶解し、溶解した前記Cuの雰囲気をアルゴンガス雰囲気に置換して前記Cuに純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%添加し、前記Agが添加された前記Cuを炭素製の鋳型を用いて鋳造して荒引線を形成し、前記荒引線を直径0.08mm以下に伸線することを特徴とする銅合金線の製造方法を提供する。
炭素製のルツボ、および炭素製の鋳型に限定した理由は、溶解、鋳造時に混入する異物の大半はルツボや鋳型に使用されるセラミックスやセメントの成分であるSiC、SiO 2 、ZrO2などが剥離し溶湯中に混入したものだからである。
【0017】
本発明は、上記目的を達成するため、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度のCuを真空中に設置された炭素製のルツボの中で溶解し、溶解した前記Cuの雰囲気をアルゴンガス雰囲気に置換して前記Cuに純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加し、前記Agおよび前記Mgが添加された前記Cuを炭素製の鋳型を用いて鋳造して荒引線を形成し、前記荒引線を直径0.08mm以下に伸線することを特徴とする銅合金線の製造方法を提供する。
【0018】
本発明は、上記目的を達成するため、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度のCuを真空中に設置された炭素製のルツボの中で溶解し、溶解した前記Cuの雰囲気をアルゴンガス雰囲気に置換して前記Cuに純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加し、前記Agおよび前記Inが添加された前記Cuを炭素製の鋳型を用いて鋳造して荒引線を形成し、前記荒引線を直径0.08mm以下に伸線することを特徴とする銅合金線の製造方法を提供する。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る極細同軸ケーブルを示す。この極細同軸ケーブルは、撚り合わされた複数の極細銅合金線からなる導体サイズ44AWG(直径0.02mmの7本撚り)の中心導体1と、この中心導体1の周囲に形成され、中心導体1を絶縁するための絶縁体2と、絶縁体2の周囲に形成され、直径0.02mmの極細銅合金線からなるノイズを除去するための横巻きシールド線3と、横巻きシールド線3の周囲に形成されたジャケット4とを備える。絶縁体2は、例えば、充実フッ素樹脂、具体的にはFEP,PFA,ETFE等を用いることができ、外径は直径0.115mm、肉厚は0.06mmである。ジャケット4は、例えばPETからなり、外径は直径0.215mm、肉厚は0.02mmである。
【0020】
中心導体1および横巻きシールド線3に用いられる極細銅合金線の材料としては、Agめっきが施された不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに純度99.99mass%以上のAg,Mg,In等の元素を添加したもの、例えば、Cu−1.0〜5.0mass%Ag−0.01〜0.05mass%Mg、あるいはCu−0.01〜0.3mass%In等を用いることができる。
【0021】
上述した第1の実施の形態によれば、母材中に断線の原因となる異物が最小限に抑えられた超極細銅合金線により中心導体1および横巻きシールド線3を構成しているので、伸線工程で断線が起こりにくいため、生産性の向上が図れ、屈曲性の優れた極細同軸ケーブルを提供することができる。
【0022】
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る極細同軸ケーブルを示す。この極細同軸ケーブルは、第1の実施の形態において、中心導体1に第1の実施の形態と同様に製造された直径0.06mmの超極細銅合金からなる単線導体を用いたものであり、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。この第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と比較して屈曲性に劣るが、第1の実施の形態と同様に伸線工程で断線が起こりにくいため、生産性の向上が図れる。
【0023】
<実施例1〜4>
本発明の実施例1〜4の超極細銅合金線の製造方法について説明する。母材の高純度銅(Cu:99.9999mass%)について酸洗いを行い、表面に付着した異物を除去した後、炭素製のルツボにセットし、小型の連続鋳造設備で真空溶解した。Cuが完全に溶解した後、チャンバー内をアルゴンガスで置換し、Ag(純度99.99mass%)を2mass%(実施例1,2)、又は5mass%(実施例3,4)添加した。Agが完全に溶解した後10分間保持し、Mg(純度99.9mass%)を0.05mass%(実施例1,3)、又は0.2mass%(実施例2,4)添加し、さらに10分間保持した。その後、炭素製の鋳型を用いて連続鋳造を行って直径8.0mmの荒引線を製造した。その荒引線を直径0.02mまで伸線した。
【0024】
<実施例5〜8>
本発明の実施例5〜8の超極細銅合金線の製造方法について説明する。母材の高純度銅(Cu:99.9999mass%)について酸洗いを行い、表面に付着した異物を除去した後、炭素製のルツボにセットし、小型の連続鋳造設備で真空溶解した。Cuが完全に溶解した後、チャンバー内をアルゴンガスで置換し、Ag(純度99.99mass%)を2mass%(実施例5,6)、又は5mass%(実施例7,8)添加した。Agが完全に溶解した後10分間保持し、In(純度99.99mass%)を0.01mass%(実施例5,7)、又は0.1mass%(実施例6,8)添加し、さらに10分間保持した。その後、炭素製の鋳型を用いて連続鋳造を行って直径8.0mmの荒引線を製造した。その荒引線を直径0.02mmまで伸線した。
【0025】
<比較例1>
比較例1の超極細銅合金線の製造方法について説明する。無酸素銅(Cu:99.99mass%)をSiC等の材質で作られているルツボ中で大気溶解した後、Sn(純度99.9mass%)を0.3mass%添加して10分間保持した後、連続鋳造・圧延を行って直径11.0mmの荒引線を製造した。その荒引線を直径0.02mmまで伸線した。
【0026】
<比較例2,3>
比較例2,3の超極細銅合金線の製造方法について説明する。無酸素銅(Cu:99.99mass%)をSiC等の材質で作られているルツボ中で大気溶解した後、Ag(純度99.99mass%)を2mass%(比較例2)、又は5mass%(比較例3)添加して10分間保持した後、連続鋳造圧延を行って直径11.0mmの荒引線を製造した。その荒引線を直径0.02mmまで伸線した。
【0027】
<比較例4〜7>
比較例4〜7の超極細銅合金線の製造方法について説明する。無酸素銅(Cu:99.99mass%)をSiC等の材質で作られているルツボ中で大気溶解した後、Ag(純度99.99mass%)を2mass%(比較例4,5)、又は5mass%(比較例6,7)添加して10分間保持した後、Mg(純度99.9mass%)を0.05mass%(比較例4,6)、又は0.2mass%(比較例5,7)添加し、さらに10分間保持した。その後、連続鋳造・圧延を行って荒引き線を製造した。その荒引き線を伸線した際に炉材の混入が原因で断線が多発したため検討を中止した。
【0028】
<比較例8〜11>
比較例8〜11の超極細銅合金線の製造方法について説明する。無酸素銅(Cu:99.99mass%)をSiC等の材質で作られているルツボ中で大気溶解した後、Ag(純度99,99mass%)を2mass%(比較例8,9)、又は5mass%(比較例10,11)添加して10分間保持した後、In(純度99.99mass%)を0.01mass%(比較例8,10)、又は0.1mass%(比較例9,11)添加し、さらに10分間保持した。その後、連続鋳造・圧延を行った際に荒引き線の表面に深い傷が入ったため、超極細線の母材として不適切と判断し検討を中止した。
【0029】
上記超極細銅合金線について、直径0.02mmに伸線したときの引張強度(MPa)、および導電率(%IACS)、20kg伸線したときの1断線あたりの伸線量(kg/break)を測定した。
【0030】
表1は、その測定結果を示す。
【表1】
【0031】
また、上記実施例1、2および比較例5の極細銅合金線を用いて図1および図2に示す構造のサンプルを製作し、各サンプルに100gfの荷重をかけ、曲げr=1mm、速度30cycle/minの条件で左右90度の屈曲試験を行った。
【0032】
表2は、その試験結果を示す。
【表2】
表1から明らかなように、本実施例によれば、伸線料が比較例の約2倍に向上しているので、直径0.02mmの超極細銅合金線の生産性が従来の約2倍に向上した。また、従来のCu−0.3mass%Snに比べて引張強度で20%以上向上しているので、延性破壊による断線が起こりにくく、導電率も従来と同等以上の材料が得られた。
また、表2から明らかなように、本実施例の超極細銅合金線を用いた極細同軸ケーブルの屈曲寿命は、従来のCu−0.3mass%Snを用いたものに比べて50%以上向上することが確認された。
【0033】
なお、導体として、上記実施例の超極細銅合金線からなる導体について熱処理を行い、伸びを5%以上に調整したものを用いてもよい。
また、導体として、高純度Cu(99.9999mass%)にCr,Fe,Nb等を添加した繊維強化型金属にMg,Inを微量添加し、超極細サイズまで伸線した導体を用いてもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、母材中の断線の原因となる異物を最小限に抑えているので、伸線性および屈曲性に優れる。また、Agを添加元素としているので、引張強度に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る極細同軸ケーブルの断面図である。
【図2】 本発明の第2の実施の形態に係る極細同軸ケーブルの断面図である。
【符号の説明】
1 中心導体
2 絶縁体
3 横巻きシールド線
4 ジャケット
Claims (10)
- 0.08mm以下の線径を有する銅合金線において、
不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加したことによって構成されることを特徴とする銅合金線。 - 0.08mm以下の線径を有する銅合金線において、
不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加したことによって構成されることを特徴とする銅合金線。 - 前記銅合金線は、Snめっき、Agめっき、Niめっき、SnPbはんだめっき、Sn−Agめっき、Sn−Cuめっき、Sn−Ag−Cuめっき、あるいはSn−Ag−Cu−Biめっきが施されたことを特徴とする請求項1あるいは2記載の銅合金線。
- 0.08mm以下の線径を有する複数の銅合金線を撚り合わせた銅合金撚線導体において、
前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加したことを特徴とする銅合金撚線導体。 - 0.08mm以下の線径を有する複数の銅合金線を撚り合わせた銅合金撚線導体において、
前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加したことを特徴とする銅合金撚線導体。 - 0.08mm以下の線径を有する銅合金線を中心導体あるいは外層導体に用いた同軸ケーブルにおいて、
前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加したことを特徴とする同軸ケーブル。 - 0.08mm以下の線径を有する銅合金線を中心導体あるいは外層導体に用いた同軸ケーブルにおいて、
前記銅合金線は、不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度Cuに、純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加したことを特徴とする同軸ケーブル。 - 前記中心導体は、撚り合わせた複数の前記銅合金線からなることを特徴とする請求項6あるいは7記載の同軸ケーブル。
- 不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度のCuを真空中に設置された炭素製のルツボの中で溶解し、
溶解した前記Cuの雰囲気をアルゴンガス雰囲気に置換して前記Cuに純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.9mass%以上のMgを0.01〜0.5mass%添加し、
前記Agおよび前記Mgが添加された前記Cuを炭素製の鋳型を用いて鋳造して荒引線を形成し、
前記荒引線を直径0.08mm以下に伸線することを特徴とする銅合金線の製造方法。 - 不可避不純物の総和が1 massppm以下の高純度のCuを真空中に設置された炭素製のルツボの中で溶解し、
溶解した前記Cuの雰囲気をアルゴンガス雰囲気に置換して前記Cuに純度99.99mass%以上のAgを1.0〜5.0mass%、および純度99.99mass%以上のInを0.01〜0.3mass%添加し、
前記Agおよび前記Inが添加された前記Cuを炭素製の鋳型を用いて鋳造して荒引線を形成し、
前記荒引線を直径0.08mm以下に伸線することを特徴とする銅合金線の製造方法。
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