(57)【要約】【課題】Ｃｕ−Ａｇ合金からなる極細の伸線材を得るにあたり、断線が生じ難い伸線材用鋳造材およびこの鋳造材を伸線加工して得られた伸線材を提供する。【解決手段】Ａｇを０.５質量％以上１５.０質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる伸線材用鋳造材である。そして、伸線材用鋳造材の一部を酸で溶解した後、孔径０.２μｍのフィルターで回収した残渣物に含まれるＡｌ量およびＳｉ量がそれぞれ溶解させた鋳造材に対して１質量ｐｐｍ以下である。このような鋳造材であれば、伸線の際に断線に関与する径を有する異物が鋳造材中に非常に少量しか含まれないため、伸線時の断線を効果的に低減することができ、効率良く伸線材を製造することができる。このようにして得られた伸線材は、鋳造材と同じ量の異物量であるので、二次加工も容易である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇを０.５質量％以上１５.０質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる伸線材であって、
該伸線材の一部を酸で溶解した後、孔径０.２μｍのフィルターで濾過したとき、フィルターに回収される残渣物に含まれるＡｌ量およびＳｉ量がそれぞれ溶解させた伸線材に対して１質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする伸線材。
【請求項２】
線径が０.０５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の伸線材。
【請求項３】
引張強さが８００ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の伸線材。
【請求項４】
表面にめっきが施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の伸線材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の伸線材を素線として撚り合わせたことを特徴とする撚り線。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の伸線材またはこの伸線材を素線として撚り合わせた撚り線を中心導体としたことを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項７】
Ａｇを０.５質量％以上１５.０質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる伸線材用鋳造材であって、
該鋳造材の一部を酸で溶解した後、孔径０.２μｍのフィルターで濾過したとき、フィルターに回収される残渣物に含まれるＡｌ量およびＳｉ量がそれぞれ溶解させた鋳造材に対して１質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする伸線材用鋳造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる伸線材用鋳造材および伸線材、ならびにこの伸線材を利用した撚り線および同軸ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の小型化・軽量化の要請に応えた電子機器の発達に伴い、電子機器に利用される導線の細径化が望まれている。このような極細の導線の材料として、導電性と引張強さに優れるＣｕ−Ａｇ合金が提案されている。
【０００３】
上記のような極細の導線は、一般的に、鋳造材を伸線することで得ているが、鋳造材に異物が混在していると伸線の際に断線を生じる虞がある。異物としては、代表的にはＡｌ２Ｏ３などの酸化物やＳｉＣなどの炭化物が挙げられ、主として銅合金の溶解から鋳造に至るまでの経路にある坩堝や鋳型、あるいはこれらを繋ぐ桶などを構成するアルミナ系耐熱材やシリカ系耐熱材に由来する。このような異物の混入による断線は、鋳造材から伸線材を得る際の生産性を大幅に低下させる要因となるため、低減させることが望まれており、このような要請に応える技術として、例えば、特許文献１や２の技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、製造しようとする伸線材（導体）の線径に対して約６割程度の大きさの異物が鋳造材（荒引線）に存在すると伸線の際に断線が生じ易いとしている（同文献の段落0009参照）。また、同文献の実施例２（段落0018および図７を参照）には、伸線加工して得られた２５μｍの極細導体をさらに伸線して２０μｍの径としたときに、約１２〜１６μｍの径を有する異物が存在すると断線が生じ易いことが記載されている。これらの知見をもとに、特許文献１では、製造しようとする伸線材において含有されることを許容する異物の径を規定している。
【０００５】
また、特許文献２は、鋳造材中の異物の混入による断線を低減する方法として、鋳造材の原料に純度の高い銅と銀を使用することを提案している。具体的には、純度９９．９９９９％以上（不可避的不純物の含有量が１質量ｐｐｍ以下）の、いわゆるシックスナインクラスのＣｕを鋳造材の原料として使用している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９３３６５号公報
【特許文献２】特願２００７−７７５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献の技術では、伸線時の断線を効果的に抑制できるとは言い難い。
【０００８】
まず、特許文献１の技術では、伸線の際に断線を生じさせる異物を径で規定しているが、伸線する際の断線を抑制するために異物の径を規定することは効果的であるとは言い難い。一般に、鋳造材に含有される異物について調べるときは、同一ロットの鋳造材からサンプルを取得して実施することになるが、そもそも、鋳造材の製造の際に異物を低減するようにしているため、鋳造材において断線を生じさせるような径を有する異物の存在量自体が少ない。そのため、断線が頻繁に生じるほど鋳造材に異物が含まれているにもかかわらず、サンプル中に、規定するような径の異物が含まれないことがある。
【０００９】
また、特許文献２の技術は、高純度の原料を使用することで鋳造材における異物の低減を図ったものであるが、鋳造材の製造の際に坩堝や鋳型に起因する異物の混入を避けることはできないため、異物の低減には限界がある。そのため、材料の純度を規定することは、断線の低減には一定の効果を発揮するものの、断線を抑制するための規定として十分とは言えない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、極細でありながら高導電性で高強度であるＣｕ−Ａｇ合金からなる伸線材およびこの伸線材を撚り合わせた撚り線ならびにこの撚り線を中心導体とした同軸ケーブルを提供することにある。また、本発明の他の目的は、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる極細の伸線材を得るにあたり、断線が生じ難い伸線材用鋳造材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、高純度の原料を利用することによる鋳造材に含まれる異物の低減に限界があるとの認識のもと、発想の転換を行い、鋳造材に含まれる異物の量がどの程度であれば伸線材用の鋳造材として許容できるのかという観点から検討した。そして、本発明者らが種々検討した結果、鋳造材の一部をサンプルとして取得し、含有される異物の濃度を測定することで、断線に関与する異物の存在量を推定することができることを見いだした。具体的には、鋳造材において、一定以上の径を有する異物の量が所定値以下であれば、断線に関与する異物が非常に少ない鋳造材になることを見いだした。このような鋳造材であれば、伸線加工したときに断線し難いため、非常に生産性良く伸線材を製造できるとの知見を得た。この知見に基づいて本発明伸線材および伸線材用鋳造材を規定する。
【００１２】
本発明の伸線材は、Ａｇを０.５質量％以上１５.０質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる。そして、伸線材の一部を酸で溶解した後、孔径０.２μｍのフィルターで濾過したとき、フィルターに回収される残渣物に含まれるＡｌ量およびＳｉ量がそれぞれ溶解させた伸線材に対して１質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の伸線材によれば、異物の含有量が非常に少ないので、例えば、この伸線材をさらに伸線するときや、複数撚り合わせて撚り線とするときにも断線等の不具合が生じ難い。また、伸線材を同軸ケーブルの中心導体としたり、複数の伸線材を撚り合わせた撚り線を同軸ケーブルの中心導体としても、同軸ケーブルの使用時に断線などの不具合が生じ難い。このような伸線材は、代表的には、後述する本発明の伸線材用鋳造材を伸線することで得ることができる。なお、本発明の伸線材用鋳造材を伸線して得られた伸線材は、鋳造材とほぼ同じ異物の含有量となる。
【００１４】
また、本発明の伸線材用鋳造材は、Ａｇを０.５質量％以上１５.０質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる。そして、伸線材用鋳造材の一部を酸で溶解した後、孔径０.２μｍのフィルターで回収した残渣物に含まれるＡｌ量およびＳｉ量がそれぞれ溶解させた鋳造材に対して１質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の伸線用鋳造材では、孔径０．２μｍ以下のフィルターで回収した残渣物に含まれるＡｌ量およびＳｉ量、即ち、鋳造材に含まれる０．２μｍ超のＡｌ化合物の量とＳｉ化合物の量を規定している。ここで、鋳造材に含まれる一定以上の径を有する異物の存在量から、断線に関与する径を有する異物の存在量を推定することができるという本発明者らが見いだした知見によれば、本発明の伸線材用鋳造材は、断線を生じさせるような径を有する異物が非常に少量しか含有されていないと言える。そのため、本発明の伸線材用鋳造材によれば、伸線時に断線が生じ難く、生産性良く伸線材を製造することができる。
【００１６】
Ａｌ量とＳｉ量を特定するために酸で溶解させる伸線用鋳造材および伸線材の量は、おおよそ１００ｇ〜２００ｇ程度あれば十分である。また、使用する酸としては、銀の沈殿物を生成しない硝酸などを挙げることができる。
【００１７】
本発明の伸線材用鋳造材を製造するための方法としては、例えば、以下の工程を有する方法が挙げられる。
［１］  ＣｕおよびＡｇを用意する工程。
［２］  ＣｕおよびＡｇを高純度カーボン製の坩堝で溶解させ溶湯を得ると共に、ＣｕとＡｇとの混合物の融点以上に３０分以上保持して溶湯の表面に不純物を分離させる工程。
［３］  高純度カーボン製の鋳型を使用して溶湯から鋳造材を得る工程。
【００１８】
上記工程のうち、特に、溶湯の表面に不純物を分離させるための溶湯の保持時間が重要な要素となる。この保持時間が短いと、不純物の分離が不十分になり、鋳造材に含まれる異物も多くなる。特に、保持時間が０〜２０分の場合、断線に関与する異物が鋳造材に高確率で含有され、伸線時に断線が生じ易い鋳造材になる。
【００１９】
その他、鋳造材に含有される異物を低減するために、鋳造時において異物ができるだけ混入しないように工夫をすることが望ましい。例えば、鋳造材の原料であるＣｕおよびＡｇをフォーナインクラス（純度９９．９９％以上）以上とすることが挙げられる。また、高純度カーボン製の坩堝や鋳型としては、不純物量が２０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは５質量ｐｐｍ以下のものを使用することが有効である。
【００２０】
ところで、本発明の伸線材用鋳造材に規定されるＡｌおよびＳｉの量は、断線が生じ易いか否かの指標として利用することができる。従って、規定量を超えるＡｌおよびＳｉが鋳造材に含有されているときは、上述する鋳造材の製造方法によりもう一度鋳造材を作り直せば良い。つまり、断線が生じ易い鋳造材を伸線工程に導入することがなくなるので、伸線材の生産性を大幅に向上させることができる。
【００２１】
以下、本発明伸線材の好ましい態様について言及する。
【００２２】
上述するように異物の低減により伸線時に断線が生じ難いとの理由から、上記伸線材は、その線径を０．０５ｍｍ以下とすることができる。さらに、伸線材の線径を０．０１〜０．０３ｍｍとすることもできる。このような線径の伸線材であれば、例えば、伸線材をコイルとして利用する場合、コイルの体積あたりの巻き数を多くすることができる。
【００２３】
また、伸線材の引張強さは、８００ＭＰａ以上１６００ＭＰａであることが好ましい。このような引張強さを有する伸線材であれば、伸線材の形態を線状の形態からさらに別の形態にする場合に断線などが生じ難い。例えば、伸線材を巻回してコイル状の形態にしたり、あるいは、複数の伸線材を撚り合わせて撚り線状の形態にしたりするときに伸線材が破断し難い。
【００２４】
さらに、伸線材の導電率は、５５％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。より好ましくは、６０％ＩＡＣＳ以上、さらに好ましくは６５％ＩＡＣＳ以上である。このような導電率の伸線材であれば、種々の電気機器の導体として好適に利用可能である。
【００２５】
その他、伸線材はその表面にめっきを有することが好ましい。めっきとしては、Ａｕ、Ａｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｓｎ、Ｓｎ合金、ＮｉおよびＮｉ合金が挙げられる。表面にめっきを有することにより、伸線材の耐食性が向上するし、伸線材を他の部材（他の伸線材を含む）に接続する際の接続性が向上する。めっきは、伸線が終了した時点で行っても良いし、複数パスの伸線を行うのであれば、パス間で行っても良い。
【００２６】
上述した線径や引張強さを有する伸線材を得るためには、鋳造材の伸線条件を操作すれば良い。鋳造材の径と、最終的な伸線材の径にもよるが、鋳造材を複数パスの伸線加工（特に、冷間伸線加工）により伸線材とすることが好ましい。特に、一番初めに行う伸線加工は、減面率７０％以上であることが好ましい。７０％以上の伸線加工を行うことで、以降の伸線加工を所定の加工度で行うことが容易になる。
【００２７】
また、複数回の伸線加工の間に中間熱処理を施しても良い。中間熱処理を行うことで、この中間熱処理前に伸線材に導入された加工歪みを除去して、後工程の伸線加工を容易にすることができる。また、中間熱処理によってＡｇを析出させて、後工程の伸線加工によってＡｇ析出物を繊維状とすることで、伸線材の強度を向上させることができる。中間熱処理の条件は、３５０〜５００℃（好ましくは、４００〜４５０℃）で０．５〜１０時間とすると良い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の伸線材によれば、この伸線材をさらに伸線したり、撚り合わせたりするときに断線が生じ難い。また、本発明の伸線材用鋳造材によれば、この鋳造材を伸線して伸線材を得るにあたり断線が生じ難いため、極細の伸線材であっても生産性良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本実施形態では、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる複数の鋳造材を製造し、この鋳造材における異物混入量の評価を行った。そして、この鋳造材を使用して実際に極細の線状体を作製した。これらの点を以下に詳細に説明する。
【００３０】
＜鋳造材の製造＞
（試料１）
まず、純度９９．９９％以上の電気銅（Ｃｕ）を酸洗して、その表面に付着した異物を除去した後、この酸洗した電気銅を高純度カーボン製の坩堝に投入し、連続鋳造装置内で真空溶解させた。電気銅（Ｃｕ）が完全に溶解した後、装置のチャンバー内をアルゴンガスに置換して、純度９９．９９％以上の銀粒（Ａｇ）を高純度カーボン製の坩堝に投入し、ＣｕとＡｇが溶解した溶湯を作製した。このとき、溶湯におけるＡｇの含有量は、０．６質量％となるように調整した。
【００３１】
溶湯を得るにあたって、Ａｇの添加後、ＣｕとＡｇとの混合物の融点以上に３０分以上保持して坩堝内の溶湯表面に不純物（異物を含む）を分離させた。この保持時間が後述する試料３や４のように３０分未満の場合、溶湯からの異物を含む不純物を十分に分離させることができない。
【００３２】
最後に、高純度カーボン製の鋳型を用いて線径φ８.０ｍｍの荒引線（鋳造材）を２０ｋｇ製造した。この鋳造材を試料１とする。
【００３３】
（試料２）
試料２として、試料１とはＡｇの含有量が異なる鋳造材を作製した。鋳造材におけるＡｇ含有量の調節は、坩堝内への銀粒の投入量を調節することで行った。この銀粒の投入量以外は、試料１と同様である。
【００３４】
（試料３）
試料３として、溶湯の作製時に異物の分離操作を行わなかった鋳造材を作製した。具体的には、坩堝内への銀粒の投入後、ＣｕとＡｇとの混合物の融点以上の温度で一定時間保持することを行わず、銀粒が溶解したのを確認した後、鋳造材の作製を行った。この操作以外は、試料１と同様である。
【００３５】
（試料４）
試料４として、ＣｕとＡｇとの混合物の融点以上の温度で２０分間保持し、溶湯中に浮かせた不純物を分離する操作を行った鋳造材を作製した。この保持時間以外は、試料１と同様である。
【００３６】
＜鋳造材の評価＞
上述のようにして作製した鋳造材（試料１〜４）をそれぞれ２００ｇだけ取り分け、６．４ｍｏｌ以上の硝酸を含む水溶液に溶解させ、この溶液を孔径０．２μｍのフィルターで濾過した。フィルターに回収された残渣物は、白金坩堝内にて乾燥し、フィルターを灰化した後、融剤を加えて溶融し、ガラス状物質とした。このガラス状物質を、塩酸を含む水溶液に溶解させた。鋳造材の溶解からガラス状物質の溶解までの作業は、クリーンブース内で実施した。そして、ガラス状物質が溶解した溶液を誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析にかけてＳｉ量とＡｌ量を定量した。各試料のＳｉ含有量（質量ｐｐｍ）とＡｌ含有量（質量ｐｐｍ）を後段の表１に示す。
【００３７】
＜伸線性の評価＞
線径φ８ｍｍの鋳造材である試料１〜４を、伸線ダイスを用いて線径φ０．０２５ｍｍまで伸線したときに断線が生じるかを調べることで鋳造材の伸線性を評価した。
【００３８】
伸線は、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｗｉｒｅ  Ｇａｇｅ規格のダイスを使用することで行った。また、伸線の途中段階である、線径がφ２．６ｍｍ、減面率が８９％になった時に、中間熱処理（４００℃で８時間）を行った。
【００３９】
鋳造材の伸線性は、２０ｋｇの鋳造材を全て伸線し終わるまでの間に発生した断線回数を測定し、２０ｋｇをその断線回数で割った値（ｋｇ／回）を求めることにより評価した。この結果も次段の表１に示す。なお、表中の伸線性は、試料１、３および４については線径φ０．０２５ｍｍまで伸線したときの伸線性、試料２について線径φ０．０４０ｍｍまで伸線したときの伸線性を示している。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１の結果から、鋳造材の製造にあたり、溶湯をＣｕとＡｇとの混合物の融点以上に３０分以上保持した試料１および２は、異物の含有量が、１質量ｐｐｍ以下であった。一方、溶湯の温度保持を行わなかった試料３と、溶湯の温度保持時間が試料１および２よりも短い試料４は、ＳｉとＡｌの少なくとも一方が、１質量ｐｐｍを超えていた。
【００４２】
また、これら試料１〜４の伸線性を比較すると、試料１および２の伸線性は、異物量が多い試料３および４よりも格段に優れていた。特に、試料２は、２０ｋｇの鋳造材を全く断線することなく伸線することができた。
【００４３】
＜伸線材の性能評価＞
次いで、伸線性に優れる試料１および２を伸線して得られた伸線材について導電率と引張強さを測定したところ、試料１の伸線材は、導電率が８５％ＩＡＣＳ、引張強さが９００ＭＰａ、試料２の伸線材は、導電率が７０％ＩＡＣＳ、引張強さが１２００ＭＰａであった。
【００４４】
このような導電性と引張強さを有する伸線材であれば、電気機器に使用される配線などの導体として十分な特性を備えていると言える。特に、引張強さが高いことから、伸線材を撚り合わせて撚り線を製造する際に切れ難いので、本願発明の伸線材は、例えば、撚り線を中心導体とする同軸ケーブルなどの製造に好適に利用可能である。
【００４５】
なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、Ａｇの含有量や伸線材の線径を変化させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明Ｃｕ−Ａｇ合金からなる伸線材用鋳造材は、細径で、高強度、高導電率が望まれる伸線材を作製することに利用できる。また、本発明鋳造材から製造した伸線材は、例えば、複数本撚り合わせた撚り線状の導体や、この撚り線を中心導体とする同軸ケーブルなどに好適に利用可能である。