JPH01263230A - 電子通信機器配線用無酸素銅の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、オーディオ・ビデオ機器や通信用機器などの
配線に使用してすぐれた特性を発揮し得る高純度無酸素
銅の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 刑は、電気機器類の配線材料として古くより（史用され
ており、そのような配線材料としてタフピッチ鋼かその
主流を占めている。このタフピッチ鋼中には、通常１０
０〜５００　ｐｐｍ程度の酸素が含まれており、そのほ
かにも水素等のガス成分、ＳやＰ等の非金属元素、ある
いはＺｎやＳｎ等の金属元素を不純物として総量で約０
．１％程度含有している。

タフピッチ胴中の不純物元素としては、酸素の含有量が
最も多いが、その大部分は銅と化合して亜酸化銅（ＣＵ
ｚＯ）を形成し、結晶粒界に析出している。しかし、タ
フピッチ胴中の酸素の一部は他の不純物元素とも酸化物
を形成してこれを析出させる作用を有し、この不純物の
酸化析出効果により、銅マトリツクス中に固溶している
不純物を析出除去し、マトリックス自体を清浄化する作
川がある。この結果、タフピッチ銅は不純’Ｆｌ’Ｊ　
濃度か比教的高いにも拘らずすぐれた導電率を有し、し
なやかであると同時にその名の示す通りの強靭・姉を保
持し、前記配線材料としてまことに好都合な諸性質を有
している。

上記のＣＵ２０自体が半導体としての挙動を示すことは
早くより知られていた。しかし、それは語学上の性質と
して知られるだけであり、タフピッチ銅中に存在するＣ
ｕ２Ｏか有する半導体的特性が配線材量として如何なる
意味を有するかについては、つい最近まで論じられるこ
とすらなかった。

電子通信機器類の発達およびこれらと不可分の関係にあ
るエレクトロニクス技術の発達に伴い、タフピッチ胴中
のＣＩＪｚＯの示す半導体特性による容量リアクタンス
が交流信号の伝送とくに高周波領域の伝送特性に少なか
らざる影響のあることかわかってきて、これか産業界の
論点となり始めなのは、つい最近のことである。

第２図は、第３図に示すような測定装置を用い、入力信
号Ｖｉｎ＝０．２Ｖにて入力し、ＣＬ１２０を通過する
電気信号の周波数と減衰度の関係をプロットした線図で
ある。

第２図よりわかるように、人間の可聴限界といわれる２
　０　Ｋ　Ｉ−Ｉ　Ｚ以下の帯域においてずでに減衰が
みられており、タフピッチ銅を音声信号が伝送されるオ
ーディオ機器の配線に使用すれば、その周波数特性に歪
みを与える可能性のあることを図は教示している。さら
にＭ　Ｈｚ帯の信号まで汲うビデオ機器や通信機器等に
使用すれば、配線材着内に含有されるＣＩＪｚＯが伝送
特性に大きな影響を与えるおそれのあることは明らかで
ある。

そこで、上記のような悪影響のあるＣＩＪｚＯを含有す
るタフピッチ銅の使用を避け、高品質オーディオ・ビデ
オ機器等の配線材量としてＣＩＪｚＯを含有しない無酸
素銅（ＯＦＣ＞を使用することか提案され、この種配線
材料として広く実用に供されるようになった。

無酸素銅中に含有する酸素量は１０ｐ１）ＩＩＩ以下で
あり、ＣｕｚＯの形成は認められない。しかも、酸素の
胴中への溶解度（例えば５００℃で５０ｐｐｌ）から推
して、銅溶湯が凝固する際にその大部分は銅７１〜リッ
クス中に固溶するものと考えられる。

［発明か解決しようとする課ａ］ 上記の通り、無酸素銅中にはＣＩＪｚＯは存在せず、含
有酸素も極めて微量であって、銅マトリックスに固溶し
ているものと考えられ、そのメリッｉ・のみが注目を集
めているが、電子通信機器類が高度化され精密化される
につれ、予期しない問題点を露呈してきた。

すなわち、先にタフピッチ銅についての説明において明
らかにしたように、胴中にある程度酸素が含有されてい
ることで、当該酸素が胴中に固溶している別の有害な不
純物を酸化物に変え、これを無害な析出物として析出さ
せる作用を有する。

しかし、ｐ６素銅にはそのような有益な作用をする酸素
が存在しない。

無酸素銅中にも精錬において除去し切れない各種の不純
物が含まれている。そのような不純物は凝固に際し、タ
フピッチ銅の場合のように無害な酸化物として析出され
ず、別マトリックス中に単独元素として固溶しあるいは
不純物同士が化合物となって析出する６ 不純物の中、ＳｎやＳｌは単体であっても半導体となり
得るし、Ｃｄ　、ＺｎおよびＨ（ｌは同じく無酸素銅中
に不純物として存在するＳ、ＳｅおよびＴｅと化合すれ
ば、半導体となり得ることはよく知られている通りであ
る。

酸素か存在していた場合には、上記半導体となり得る元
素はそれとの親和性がより大きな酸素と先に結合して酸
化物となって析出し問題となるおそれはなかった。無酸
素銅を使用したことによつＣＬＩｚＯによる悪影響は確
かに解消されたか、上記新たに無酸素銅中に半導体物質
が生成されれば、ＣＬＪ２０同様に伝送特性に悪影響を
与えることは明らかである。そして、従来は問題化する
に及ばなかった程度の影響であっても、機器類そのもの
か著しく高疫精密化された今日では決して無視できない
ものとなってきたのである。

このような悪影響を回避するには、無酸素銅そのものを
高純度化精錬し、そのような元素を不純物として残存せ
しめなＣ−＋ればよい。

しかし、無酸素銅の工業的規模での生産は、電気銅を母
材とし、これを還元雰囲気中で溶解して脱酸し、その後
鋳型に！ｉｒＪ造する方法が用いられている。この方法
では、揮発成分を除くと原理的に融点の高い酸化物しか
除去できず、鋳塊の純度はほぼＢ村となった電気銅の純
度で決まってしまうのである。この結果、すでに示した
半導体としての作用を示す不純物は除去し切れず、不純
物として不可避的に存在し、先に説明したような悪影響
の原因となる。

このような無酸素銅を一層高純度化し上記悪影響を回避
しようとするには、電解精錬の繰返しと電解液の改善が
必要であり、これを実現させようとすると甚たしくコス
ト高となる。別にゾーンメルト法による精製も有効では
あるが、コスト高となることは同じであり、方法自体が
小規模生産向けであって、連続鋳造法によって大量生産
される無酸素銅の精製には不向きである。

本発明は、上記したような実・１ｒｔにかんがみてなさ
れたものであり、従来の連続鋳造法による大量生産に対
しても適用することかでき、しかも電子通信機器用配線
として使用する際に悪影響のおそれかある不純物が生成
する半導体化合物についてはその生成を回避せしめ得る
新規な高純度無酸素銅の製造方法を提供しようとするも
のである。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、素材として総不純物含有量か１００Ｄ　Ｄ　
Ｉｎ以下である無酸素銅第１種を用い、この溶湯に池の
特定の元素と化合物を形成したとき半導体特性を示す元
素であるＳ、Ｓｅ　、Ｔｅ等と化合し易い元素を添加し
、凝固の際に前記Ｓ、Ｓａ。

Ｔｅ等と添加元素との化合物を生成させてこれを析出さ
せるものである。

［作用］ 上記のようにしてＳ、Ｓｅ　、Ｔｅ等に対して親和性の
大きい元素を添加してやれば、前記元素は清先的に添加
元素と結合して無害な析出物を形成し、有害となる半導
体化合物をつくるおそれがなくなるから、無酸素銅中に
不純物として前記元素が残存しても、伝送特性に悪影響
を及ばずおそれは解消し、大ｒｌゴなコスト高となる高
純度化精製を施すことなく電子通信機器配線用材料とし
てすぐれた特性を発揮させることかできる。

Ｕ実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照しつつ詳細に説明
する。

本発明においては、素材として純度の低い材料を使用せ
ず、ＪＩＳあるいはＡＳＴＭが無酸素銅第１種と１−て
規定しているような総不純物含有量か１００ｐｐｌ′Ｍ
以下であるような無酸素銅を使用する。この素材は、常
用の連続鋳造法により大量生産可能な材料でありながら
もつとも純度が高く安定しているからである。このよう
に特殊精製工程を付加することなく工業的に入手できし
かも高純度な材料を選択し、対象とする不純物量を特定
範囲内の数値としである程度把握可能な条件下におくこ
とは、後述する添加元素の添加量を規制し、最適添加量
を選んで所期効果以外の好ましからざる性質か随伴され
ることを防止する上で重要なことである。

本発明が対象とする不純物は、ＡＢなる半導体化合物を
形成する元素である。しかし、それら以外にもＰ−ＡＳ
等のように半導体は生成しないか胴マトリックス中に固
溶することにより導電率を低下させる不純物元素も導電
率の改善が配線用目利として第−義的に重要である以上
付加的意味合いにおいて対象とされる。

無酸素銅中に含まれる不純物中において上記ＡＢなる半
導体化合物を作る典型的元素としては、Ａグループとし
てＣｄ　、ｚｎ　、ＨＱがありＢグループとしてＳ、Ｓ
ｅ、Ｔｅがある。しかし、ＢがＡと結合することを妨げ
てやれば、たとえ八だけか残っても無害である。本発明
においては、このような知見に立ち、ＢずなわちＳ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ等と親和性を有し、銅溶湯中に添加した際これ
らＳ、Ｓｅ、’「ｅ等と優先的に結合して化合物を形成
し、析出物として析出せしめる能力を有する元素を添加
する。

そのような性質を有する添加元素は種々あろうか、Ｔｉ
　、Ｎｂ　、Ｔａ　、Ｚｒ　、Ｈｆ　、Ｖなどが適当で
あることか実験によってわかった。これらの元素の中で
も、Ｔｉがとくに化学的に活性であり、添加したＴｉは
目的元素であるＳ、Ｓｅ　、Ｔｅとよく化合するのみな
らず、前記付加的対象元素であるＡｓ、Ｐ等ともよく化
合する。

このような添加元素の作用効果を定量的に研認するには
、添加量に伴う導電率の変化をプロットすることか最も
適当である。すなわち、添加元素の添加により母材中に
固溶していた不純物元素か化合物となって析出しマトリ
ックスが清浄化されると導電率は向上する。添加元素の
量と不純物の景が相互に過不足なく均衡しすべてが析出
物となった場合に導電率は最大値を示すか、それ以上に
添加して添加元素が過剰となれば化合物形成のために消
費し切れずに残存した添加元素が逆にマトリックス中に
固溶しはじめ再び導電率は低下してくるのである。

第１図は、そのようにして、′■゛１添加量と導電率の
関係を測定した線図である。

第１表に、第１図に示した実験に素材として使用した無
酸素銅の組成を示しな。

第　　　１　　　表 高周波誘導加熱による真空溶解炉を用い、上記第１表の
無酸素銅を黒鉛るつぼ内で再溶解し、この再溶解した時
点でＣＩＪ−１５重量％Ｔ１のＨ合金を添加し、無酸素
銅ベース母材を製造した。

溶解後、重量的５　ｋＢ（の溶湯を鋳型に鋳造し、３０
０ｍｍ’　Ｘ　２００＋ｎｙ＋’　Ｘ　１０ｍｍ’の板
状インボン１〜としな。

各インコツトより１０ｍｍ’　Ｘ１０ｍ１ＩＩ’　Ｘ２
００Ｉｎｆｆ＋’の角材を切出し、これを線引き加工し
て２間径の線材とし、５００’Ｃｘ　３０Ｉｉｎの焼鈍
を行なって導電率測定用サンプルとした。

第１図よりわかるように、Ｔ１添加で導電率は次第に向
上し、約３０ｐｐＩの添加でピークをつくり、再び導電
率は下降している。これは、′１゛１添加による前記し
た不純物の析出効果が３０　ｐｐＩｌｌのところで過不
足なく均衡し、それを越えて添加することによりＴｉか
化合物の生成に消費し切れず単独元素として残存固溶し
はじめ、固溶したＴ１が導電率を低下させるようになる
ためと考えられる。従って、添加元素の添加量には自ら
上限かあることがわかる。

つぎに、その添加量の上限について検討する。

第１表に示したように、第１図の実験に供した素材の不
純物の総量は４０１）Ｉ）ｌである。すなわち、第１図
の実験は不純物の総合計が４０　Ｄｉａｌの素材に対し
てＴ１の最適添加量か３０１）Ｉ）ｌであることを示し
ている。すでに説明したように、本発明においては使用
する無酸素銅素材の不純物の総合計量を１００　ｐｐｍ
と規定した。従って上限の１００１）Ｉ）ｌ含有する素
材について第１図の実験結果を単純に外挿してやれば、
その場合のＴｉの最適添加量は７５０１）Ｉｎとなる。

これは′Ｆｉについていえることであって、′Ｆｉに代
えて重い元素であるＴａを添加した場合を考えれば、’
ｒ’　ａとＴ；の原子量の比は約３．７５であるから ７５　ｘ　３　、　７５　＝　２８０　ａｐｌ　　　　
となる。

これは最適添加量についてみたものであり、ここに上限
があるというものでないことは第１図の線図からも肯け
よう。

上記によりさらに実験を重ねた結果、本発明における添
加元素の上限は単独あるいは２以上の合計で３００　ｐ
ｐ１１以下とすることが適当なことかわかった。

以上説明した第１図の実験のための供試材の製造は実験
室的な規模の生産の場合であって、工業的に大量生産し
市場に供給するには適当ではない。

本発明を工業的規模で適用するには、連続鋪遣設Ｏ１ｎ
を使用する。その場合の添加元素の添加についても母合
金による添加は余り適当ではない。発明者らは、工業的
規模におけるＴ１添加に当り、外径３ｍｍ’″Ｃ″ｃｕ
／’ｒ’ｉの組成比か重量比において１、　ＯＯ／　２
９となるような銅被覆チタン複合線を製造しな。

無酸素銅第１種を溶解鋳造する連続鋳造設備を用い、保
持炉においてその溶湯中に上記複合線を投入した。時間
当りの鋳造量に対する複合線の投入速度を管理すること
により、上記実験的生産におけると変ることなく必要な
添加量の添加元素の添加が行なわれ、工業的規模におい
て本発明に１系る製造方法の適用か可能であることが確
認できた。

以上のようにして製造した鋳塊に基いて、これを線材に
伸線加工して例えは配線用コード類等とし、あるいは薄
板に圧延して例えばプリント配線基板用鋼箔とし、量産
規模をもって広く市場に供給することかできる。

［発明の効果コ 以上のようにして製造された素材から信号伝送用ケーブ
ルを製作し、これをオーディオ機器に用いた結果では、
不純物に起因する容量リアクタンス成分か大ｒｌＪに減
少し高周波スペクトラムの伝送損失か低減され、聴感上
の分解能、透明度か増し歪感が減少する一方、音五感が
明らかに向上した。

その効果は、周波数帯域がＭ　Ｈｚ帯に及ぶビデオ機器
において一層明瞭であり、高周波特性に大きく左右され
る映像信号中の輝度成分の伝送特性の向上がとくに顕著
であり、水平解像度の増大やグレースケールの階調表現
の改善が得られるなど、本発明のもたらず効用は、電子
通信機器類全般において歴然たるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は′ｒｉ添加と導電率の関係を示す線図、第２図
は亜酸化銅による伝送特性への影響を示す周波数特性線
図、第３図は第２図の測定を行なった測定装置の概略説
明図である。 代理人　　弁理±　　１々　藤　不二雄３１図 ０　　　　　　　　　　！；Ｄ　　　　　　　　　　　
１％Ｔごシヘ加量　（Ｆ’Ｆ’ｍ） 第２図 ｒｏ　　　　　　５ｏ　　　　　　＋ｏｏ　　　　　ｓ
ｅａ　　　　　１．ｂｏ。 肩坂政（ＫＨｚ） 第３１’Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）不純物の総含有量が１００ｐｐｍ以下の無酸素銅
   に、半導体化合物を生成し得る不純物元素であるＳ、Ｓ
   ｅ、Ｔｅ等と化合し易い元素を添加し、前記Ｓ、Ｓｅ、
   Ｔｅ等の不純物を添加元素との化合物として析出せしめ
   る電子通信機器配線用無酸素銅の製造方法。（２）添加
   元素がＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖのいずれか１
   またはその複数であり、添加量が単独あるいは２以上の
   合計で３００ｐｐｍ以下である請求項１記載の製造方法
   。 （３）添加元素を銅で被覆して銅被覆複合金属線に形成
   し、当該複合金属線を連続鋳造装置の保持炉内の溶湯に
   投入する請求項１または２記載の製造方法。