JP4501922B2 - 同軸ケーブル用Ｃｕ−Ａｇ合金線 - Google Patents

Description

本発明は、銅合金線の直径が０．０８ｍｍ以下の超極細銅合金線、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に関し、特に、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に関する。

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）をベースにＳｎを微量添加した銅合金線が広く適用されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、上記目的を達成するため、単線からなる中心導体と、該中心導体の周囲を覆っている絶縁体と、該絶縁体の周囲を覆っている外部導体とを備える同軸ケーブルの、該中心導体および該外部導体に使用する同軸ケーブル用Ｃｕ−Ａｇ合金線であって、該同軸ケーブル用Ｃｕ−Ａｇ合金線は、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のＡｇを１．０〜５．０ｍａｓｓ％含有し、不可避不純物の総和が１ ｍａｓｓｐｐｍ以下の高純度Ｃｕによって残部が構成されるものであり該同軸ケーブルに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場合の屈曲寿命が３８０ｃｙｃｌｅ〜４４０ｃｙｃｌｅであることを特徴とする同軸ケーブル用Ｃｕ−Ａｇ合金線を提供する。
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。

前記Ｃｕ−Ａｇ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。

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１は、本発明の参考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。

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を添加したもの、例えば、Ｃｕ−１．０〜５．０ｍａｓｓ％Ａｇを用いることができる。

この極細銅合金線合金線は、例えば、次のようにして製造される。ここでは、Ｃｕ−１．０〜５．０ｍａｓｓ％Ａｇからなる合金線について説明する。まず、不可避不純物の総和が１ ｍａｓｓｐｐｍ以下の高純度Ｃｕ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する。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、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のＡｇを１．０〜５．０ｍａｓｓ％添加する。Ａｇが完全に溶解した後１０分間保持し、炭素製の鋳型を用いて連続鋳造を行って直径０．０８ｍｍの荒引線を製造する。その荒引線を直径０．０２ｍｍまで伸線する。このようにして超極細銅合金線を製造する。

上述した参考形態によれば、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。

図２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、中心導体１に参考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、他は参考形態と同様に構成されている。この第１の実施の形態によれば、参考形態と比較して屈曲性に劣るが、参考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。

＜実施例１，２＞
本発明の実施例１，２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）、又は５ｍａｓｓ％（実施例２）添加した。Ａｇが完全に溶解した後１０分間保持し、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。

＜参考例３〜６＞
本発明の参考例３〜６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％（参考例３，４）、又は５ｍａｓｓ％（参考例５，６）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％（参考例３，５）、又は０．２ｍａｓｓ％（参考例４，６）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。

＜参考例７〜１０＞
本発明の参考例７〜１０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％（参考例７，８）、又は５ｍａｓｓ％（参考例９，１０）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％（参考例７，９）、又は０．１ｍａｓｓ％（参考例８，１０）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。

＜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。

＜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。

＜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。

＜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。

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。

表１は、その測定結果を示す。

また、上記実施例１、２、参考例３、４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。

表２は、その試験結果を示す。

表１から明らかなように、本実施例によれば、伸線量が比較例の約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。

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。

本発明の参考形態に係る極細同軸ケーブルの断面図である。 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。

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 (1)

1. 単線からなる中心導体と、該中心導体の周囲を覆っている絶縁体と、該絶縁体の周囲を覆っている外部導体とを備える同軸ケーブルの、該中心導体および該外部導体に使用する同軸ケーブル用Ｃｕ−Ａｇ合金線であって、
   該同軸ケーブル用Ｃｕ−Ａｇ合金線は、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のＡｇを１．０〜５．０ｍａｓｓ％含有し、不可避不純物の総和が１ ｍａｓｓｐｐｍ以下の高純度Ｃｕによって残部が構成されるものであり、
   該同軸ケーブルに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場合の屈曲寿命が３８０ｃｙｃｌｅ〜４４０ｃｙｃｌｅであることを特徴とする同軸ケーブル用Ｃｕ−Ａｇ合金線。

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