(57)【要約】    【課題】  直径３０μｍ未満に伸線しても断線が発生しにくい銅又は銅合金極細線の製造方法を提供する。    【解決手段】  長さがＴ（ｍｍ）の銅合金母材から直径が３０μｍ未満の銅合金極細線を製造する場合、先ず、ロータリーポンプにより反応管１内を１×１０−１Ｐａ程度に真空引し、次に、原料５として所定量の銅線及び銀線が充填されたるつぼ３の全体を発熱体４により１２００℃に加熱して原料５を溶解し、更に、溶融状態の原料を１２００℃で（Ｔ／１５）時間以上保持して原料５に含まれるＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３等の異物を浮上させる。その後、反応管１に沿って５乃至５０ｍｍ／分の速さで発熱体４を上方に移動させ、溶融状態の原料を一方向凝固させることにより銅合金母材を得る。そして、この銅合金母材の上部の異物が含まれている部分を除去した後、伸線加工して銅合金細線とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さがＴ（ｍｍ）の銅又は銅合金母材から直径が３０μｍ未満の銅又は銅合金極細線を製造する方法において、銅又は銅合金からなる素材を含む原料を溶解して溶融状態で（Ｔ／１５）時間以上保持する工程と、この溶融状態の原料を一方向凝固法により下方から上方に向かって凝固させて銅又は銅合金母材を得る工程と、この一方向凝固した銅又は銅合金母材を伸線加工する工程と、を有することを特徴とする銅又は銅合金極細線の製造方法。
【請求項２】
一方向凝固の凝固速度は、５乃至５０ｍｍ／分であることを特徴とする請求項１に記載の銅又は銅合金極細線の製造方法。
【請求項３】
前記銅又は銅合金母材は、一方向凝固後にその上部を所定長除去した後、伸線加工されることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅又は銅合金極細線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の小型電子機器の極細同軸ケーブルに使用される直径が３０μｍ未満の銅又は銅合金極細線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、電子機器の小型化及び軽量化に伴い、電気的特性が優れた極細同軸ケーブルの需要が高まっている。現在、携帯電話等の小型電子機器には、直径が２５乃至３０μｍの素線を使用した極細同軸ケーブルが一般的に使用されているが、このような電子機器は更に小型化が進行しており、同軸ケーブルにも細線化が求められている。
【０００３】
同軸ケーブルを細線化するためには、同軸ケーブルを構成する素線も更に細くする必要がある。従来、同軸ケーブル用素線として使用されている銅又は銅合金極細線においては、母材として、ＳＣＲ（Southwire Conti-Rod：連続鋳造圧延）法、ベルトリー及び連続鋳造機等により製造された銅又は銅合金線材を、直径が６乃至８ｍｍに加工した後、皮むきダイスによりその表層を除去したものが使用されている。しかしながら、このような方法で作製された極細線の母材は、表層の異物は除去されるが、内部に存在する異物は除去されないため、直径が３０μｍ未満になるように線引きダイスを使用して伸線加工すると、母材作製時に混入したＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３等の炉材、並びに伸線工程内で混入したＦｅ粉等の異物により、断線が多発し、製造効率が低下してしまう。そこで、従来、酸洗いにより母材を縮径加工して極細線を製造する方法が提案されている（特許文献１及び２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特許第２７１４９２２号公報
【特許文献２】特開２００２−１４０９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、特許文献１及び２に記載されているように、酸洗いにより母材を縮径加工して極細線とする場合、処理速度が遅く、生産効率が低いという問題点がある。このため、極細線の製造工程においては、母材を伸線加工して極細線にする方法が多用されており、直径が３０μｍ未満になるように伸線加工を施しても断線が発生しにくい銅又は銅合金母材が求められている。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、直径３０μｍ未満に伸線しても断線が発生しにくい銅又は銅合金極細線の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る銅又は銅合金極細線の製造方法は、長さがＴ（ｍｍ）の銅又は銅合金母材から直径が３０μｍ未満の銅又は銅合金極細線を製造する方法において、銅又は銅合金からなる素材を含む原料を溶解して溶融状態で（Ｔ／１５）時間以上保持する工程と、この溶融状態の原料を一方向凝固法により下方から上方に向かって凝固させて銅又は銅合金母材を得る工程と、この一方向凝固した銅又は銅合金母材を伸線加工する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、原料を溶融状態で（Ｔ／１５）時間以上保持することにより、原料中に含まれる異物を浮上させた後、一方向凝固法により下方から上方に向かって凝固させ、異物を極力排除した銅又は銅合金母材を使用しているため、直径が３０μｍ未満の極細線に伸線加工する際の断線発生率を低減することができる。
【０００９】
この銅又は銅合金極細線の製造方法においては、一方向凝固の凝固速度を５乃至５０ｍｍ／分とすることができる。これにより、銅又は銅合金母材中に合金成分が偏析したり、原料が凝固する際に引き巣が発生して銅又は銅合金母材の内部に異物が引き込まれたりすることを防止できる。また、前記銅又は銅合金母材は、一方向凝固後にその上部を所定長除去した後、伸線加工してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、原料を溶融状態で一定時間以上保持することにより原料に含まれていた異物を浮上させた後、一方向凝固法により凝固することによって異物を除去した銅又は銅合金母材を使用しているため、極細線に伸線加工する際の断線発生率を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る銅又は銅合金極細線の製造方法について、添付の図面を参照して具体的に説明する。本発明者等は前述の課題を解決するために、鋭意実験研究を行った結果、原料を溶融状態で一定時間以上保持した後、一方向凝固法を利用して凝固させることにより、原料に混入していた異物を凝固材の上部に集めることができ、この異物を含む部分を除去することにより、極細線への伸線加工性が優れた銅又は銅合金母材が得られることを見出した。
【００１２】
そこで、本実施形態の銅極細線の製造においては、一方向凝固法を利用して銅又は銅合金母材を製造する。図１は本実施形態の銅極細線の製造方法で使用する一方向凝固装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態において使用する一方向凝固装置１０には、石英等からなる反応管１が設けられており、この反応管１内に設けられた設置台２上には、原料５が充填されるるつぼ３が載置されている。また、反応管１の周囲には、Ｓｉ３Ｎ４等からなる発熱体４が配置されている。この発熱体４は、るつぼ３の全体を加熱することができる大きさであり、反応管１に沿って上下方向に移動可能になっている。この一方向凝固装置１０を使用することにより、溶解した原料に適当な温度分布を発生させて、一方向凝固させることができる。
【００１３】
次に、この一方向凝固装置１０を使用して長さがＴｍｍの銅又は銅合金母材を製造する方法について説明する。先ず、るつぼ３内に原料５として銅線等の銅素材及び必要に応じて銀線等の添加成分材料を充填する。そして、るつほ３全体を加熱できる位置に発熱体４を配置し、ロータリーポンプ（図示せず）等により、反応管１内を例えば１×１０−１Ｐａ程度に真空引する。この真空度を維持した状態で発熱体４によりるつぼ３の全体を原料５の融点以上、例えば１１００℃以上に加熱して原料５を溶解し、この温度条件下で（Ｔ／１５）時間以上保持する。即ち、原料５を溶解した後、溶融した状態で（Ｔ／１５）時間以上保持する。これにより、原料５中に含まれるＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３等の異物が浮上する。
【００１４】
その後、反応管１に沿って、発熱体４を５乃至５０ｍｍ／分の速さで上方に移動させる。そうすると、るつぼ３内の溶湯は、その下部の部分から上方に向けて連続的に、発熱体４による加熱域から外れていき、加熱域から外れた部分のるつぼ３内の溶湯が降温し、凝固点を超えると、凝固する。そして、発熱体４を上方に移動させることにより、るつぼ３内の溶湯は、凝固界面がほぼ水平の状態で上方に移動しつつ凝固していく。これにより、銅又は銅合金が一方向凝固する。この一方向凝固においては、凝固界面がほぼ水平で、引け巣が発生しないので、鋳塊の中心部に異物が取り込まれることがない。そして、最終的に凝固が完了した銅又は銅合金母材の上部に異物が集積する。従って、この異物が集積した上部を切り捨てると、残りの銅又は銅合金母材の部分は、異物を殆ど含まず、清浄度が高いものとなる。よって、この銅又は銅合金母材を極細線に伸線加工すると、断線が防止され、高品質の極細線を得ることができる。
【００１５】
次に、本実施形態の銅又は銅合金極細線の製造方法における数値限定理由について説明する。
【００１６】
原料を溶融状態で保持する時間：Ｔ／１５時間以上
長さがＴｍｍの銅又は銅合金母材を製造する場合、原料を溶融状態で保持する時間が（Ｔ／１５）時間よりも短いと、異物が十分に浮上せず、凝固後の銅又は銅合金母材内部に残存してしまう。よって、原料を溶融状態で保持する時間は（Ｔ／１５）時間以上とする。なお、原料を溶融状態で保持する時間の上限値は特に限定するものではないが、生産性を考慮すると、２０時間以下とすることが好ましい。
【００１７】
発熱体の移動速度（一方向凝固速度）：５乃至５０ｍｍ／分
発熱体４の移動速度が５ｍｍ／分未満であると、Ｃｕ−Ａｇ合金材等の銅合金母材を製造する場合にＡｇ等の合金成分が偏析してしまうことがある。また、発熱体４の移動速度が５０ｍｍ／分を超えると、凝固時に引き巣が発生して異物が銅又は銅合金母材の内部に引き込まれてしまうことがある。よって、発熱体４の移動速度は５乃至５０ｍｍ／分とすることが好ましい。なお、この程度の発熱体の移動速度であれば、発熱体の移動速度が、一方向凝固時の凝固速度と略一致する。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。本発明の第１実施例として、図１に示す一方向凝固装置を使用してＣｕ−Ａｇ合金母材を作製した。先ず、ＳＣＲ法により作製した直径が８ｍｍの銅線と純度が９９．９９質量％の銀線とをるつぼ３内に充填した後、ロータリーポンプにより反応管１内を１×１０−１Ｐａ程度まで真空引きした。そして、この真空度を維持した状態で発熱体４によりるつぼ３の全体を１２００℃に加熱して原料５を溶解し、更にこの溶融状態の原料５を１２００℃で１０時間保持した。その後、発熱体４を１０ｍｍ／分の速度で上方に移動させて、直径が３０ｍｍ、長さＴが１５０ｍｍで、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる一方向凝固材を作製した。この一方向凝固材のＡｇ濃度を、ＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray microanalyzer）により分析したところ、上部が１．１％、中央部が０．９％、下部が１．０％であり、Ａｇが均一に分布したＣｕ−Ａｇ合金母材を作製することができた。
【００１９】
また、本発明の比較例として、ＳＣＲ法により、前述の実施例の一方向凝固材と組成が等しいＣｕ−Ａｇ合金母材を作製した。そして、実施例の一方向凝固材及び比較例のＳＣＲ材に対して伸線加工を施し、その伸線性を評価した。その際、比較例のＳＣＲ材は、直径が６．５ｍｍになるまで伸線した後、皮むきダイスにより表層を除去する皮むき加工を行い、更に、単頭伸線機により直径が２．０ｍｍになるまで伸線した。その後、３連伸線機を使用して直径が０．９ｍｍになるまで伸線し、それ以降は、コーン型のスリップ伸線機を使用して、入口の直径が０．９ｍｍで出口の直径が０．１２ｍｍ、入口の直径が０．１２ｍｍで出口の直径が０．０５ｍｍ、入口の直径が０．０５ｍｍで出口の直径が０．０３ｍｍ、入口の直径が０．０３ｍｍから出口の直径が０．０１５ｍｍであるダイスをこの順に配列して伸線した。伸線性の評価は、線材の直径が０．１２ｍｍになった段階でその長さを１０００ｍにし、この線材を直径が０．０１５ｍｍになるまで加工した場合の断線回数を測定した。一方、実施例の一方向凝固材は、異物の存在量が多いと思われる上から５０ｍｍまでの部分を切断して除去した後、スエージング法により直径が８．０ｍｍになるまで縮径加工したものを、比較例のＳＣＲ材と同様の方法で伸線加工し、その伸線性を評価した。
【００２０】
また、伸線後の各線材に対して、ＪＩＳ規格Ｃ３００２に規定されている方法に基づいて引張試験を行い、その引張強度及び伸びを測定した。以上の結果を、下記表１にまとめて示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記表１に示すように、直径が０．０３ｍｍ（３０μｍ）までの伸線性については、ＳＣＲ材（比較例１）と一方向凝固材（実施例１）とでほとんど差はみられなかったが、直径が０．０１５ｍｍ（１５μｍ）になるまで伸線すると、ＳＣＲ材（比較例２）では断線回数が１５回であったのに対して、一方向凝固材（実施例２）は断線回数が１回であり、断線回数が大幅に低減していた。また、断線の原因を調査するために、破面の観察を行ったところ、比較例１及び比較例２の線材では、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３等の異物が検出されたが、実施例１及び２の線材では異物は検出されなかった。このことから、ＳＣＲ材（比較例１及び比較例２）は主に異物の残留によって断線が発生し、一方向凝固材（実施例１及び２）は異物の残留以外の原因で断線が発生したと考えられる。また、実施例１及び２の線材は、比較例１及び２の線材に比べて、伸びは同等であるが、引張強度が向上していた。このように、本実施例の一方向凝固材は、比較例のＳＣＲ材よりも内部に異物が少なく、伸線性及び強度が優れていた。
【００２３】
次に、本発明の第２実施例として、原料を溶融状態で保持する時間を変えて、溶融状態で保持する時間と異物の浮上分離の効果について調べた。本実施例においては、図１に示す一方向凝固装置を使用し、原料を溶融状態で保持する際の温度を１２００℃、時間を夫々１時間、５時間、１０時間及び２０時間とし、それ以外の条件は前述の第１の実施例と同様にして、直径が３０ｍｍ、長さＴが１５０ｍｍで、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる一方向凝固材を作製した。そして、前述の第１の実施例と同様の方法で、これらの一方向凝固材の伸線性、並びに伸線後の各線材の引張強度及び伸びを評価した。その結果を下記表２に示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
上記表２に示すように、原料を溶融状態で保持する時間が（Ｔ／１５）時間、即ち、１０時間よりも短い一方向凝固材（比較例３乃至６）は、原料を溶融状態で保持する時間を１０時間以上にした一方向凝固材（実施例３乃至６）よりも破断回数が多かった。特に、直径を０．０１５ｍｍ（１５μｍ）にした場合の破断回数は、原料を溶融状態で保持する時間が１時間の一方向凝固材（比較例４）が９回、原料を溶融状態で保持する時間が５時間の一方向凝固材（比較例６）が６回であったのに対し、原料を溶融状態で保持する時間が１０時間以上である一方向凝固材（実施例４及び実施例６）ではいずれも１回であり、断線回数が大幅に低減していた。
【００２６】
また、断線の原因を調査するために、破面の観察を行ったところ、比較例３乃至６の線材では、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３等の異物が検出されたが、実施例３乃至６の線材では異物は検出されなかった。これにより、原料を溶融状態で保持する時間が１０時間未満の一方向凝固材（比較例３乃至６）では、主に異物の残留により断線し、原料を溶融状態で保持する時間が１０時間以上の一方向凝固材（実施例３乃至６）では、異物の残留以外の原因で断線したと考えられる。この結果から、原料を溶融状態で保持する時間を（Ｔ／１５）時間以上にすることにより、異物が十分に浮上し、異物が少ない清浄なＣｕ−Ａｇ合金材を作製できることが確認された。なお、本実施例の結果より、異物の浮上速度はおおよそ１５ｍｍ／時間であると考えられる。
【００２７】
また、本実施例においては、原料を溶融状態で保持する時間を１０時間よりも長くしても破断回数に大きな変化はみられなかった。これは、所定の時間以上原料を溶融状態で保持することで異物が完全に浮上することを示唆していると考える。更に、各線材の引張強度及び伸びは、原料を溶融状態で保持する時間にかかわらず、略同等であった。
【００２８】
次に、本発明の第３実施例として、図１に示す一方向凝固装置を使用し、原料を溶融状態で保持する際の温度を１２００℃、時間を夫々１時間、１０時間、２０時間及び４０時間とし、それ以外の条件は前述の第１の実施例と同様にして、銅合金母材として直径が３０ｍｍ、長さＴが３００ｍｍで、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる一方向凝固材を作製した。そして、前述の第１及び第２実施例と同様の方法で、これらの一方向凝固材の伸線性、並びに伸線後の各線材の引張強度及び伸びを評価した。その結果を下記表３に示す。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
上記表３に示すように、原料を溶融状態で保持する時間が（Ｔ／１５）時間、即ち、２０時間よりも短い一方向凝固材（比較例７乃至１０）は、原料を溶融状態で保持する時間を２０時間以上にした一方向凝固材（実施例７乃至１０）よりも破断回数が多かった。特に、直径を０．０１５ｍｍ（１５μｍ）にした場合の破断回数は、原料を溶融状態で保持する時間が１時間の一方向凝固材（比較例８）が１２回、原料を溶融状態で保持する時間が１０時間の一方向凝固材（比較例１０）が６回であったのに対し、原料を溶融状態で保持する時間が２０時間以上である一方向凝固材（実施例８及び実施例１０）ではいずれも１回であり、断線回数が大幅に低減していた。
【００３１】
また、断線の原因を調査するために、各線材の破面の観察を行ったところ、比較例７乃至１０の線材では、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３等の異物が検出されたが、実施例７乃至１０の線材では異物は検出されなかった。よって、原料を溶融状態で保持する時間が２０時間未満の一方向凝固材（比較例７乃至１０）では、主に異物の残留により断線し、原料を溶融状態で保持する時間が２０時間以上である一方向凝固材（実施例７乃至１０）では、異物の残留以外の原因で断線したと考えられる。この結果から、原料を溶融状態で保持する時間を（Ｔ／１５）時間以上にすることにより、異物が十分に浮上し、異物が少ない清浄なＣｕ−Ａｇ合金母材を作製できることが確認された。また、本実施例においても、原料を溶融状態で保持する時間を２０時間よりも長くしても破断回数に大きな変化はみられなかった。更に、各線材の引張強度及び伸びは、原料を溶融状態で保持する時間にかかわらず、略同等であった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の銅又は銅合金極細線の製造方法は、携帯電話等に使用される直径が３０μｍ未満の極細同軸ケーブル用素線を製造する場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る銅又は銅合金極細細線の製造方法に使用する一方向凝固装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１；反応管
２；設置台
３；るつぼ
４；発熱体
５；原料
１０；一方向凝固装置
【図１】
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