(57)【要約】【課題】走行中の銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することにより、適時に銅テープの表面粗さを所定の値に修正可能とし、銅テープとアルミニウム線の密着レベルを把握して、密着不良に起因する銅層剥離を防止し、造管工程の線速を向上させ、伸線加工中の断線を防止して銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させることを目的とする。【解決手段】純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造をするための銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程において、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測し、該研磨後の銅テープの表面温度に基づいて、研磨ブラシの押し込み量を調節することを特徴とする銅被覆アルミニウム線の製造方法。【選択図】図１
2010240693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造をするための銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程において、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測することにより、銅テープの表面粗さを測定することを特徴とする銅テープの表面粗さの測定方法。
【請求項２】
純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造をするための銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程において、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測し、該研磨後の銅テープの表面温度に基づいて、研磨ブラシの押し込み量を調節することを特徴とする銅被覆アルミニウム線の製造方法。
【請求項３】
前記研磨後の銅テープの表面温度が、所定の表面温度となるように研磨ブラシの押し込み量を調節することを特徴とする請求項２に記載の銅被覆アルミニウム線の製造方法。
【請求項４】
前記銅テープの表面温度が３５〜６５℃となるように、研磨ブラシの押し込み量を調節することを特徴とする請求項３に記載の銅被覆アルミニウム線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器、ケーブルの導体及び編組線、各種モータ用コイル等の線材として、純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線が用いられている。
【０００３】
この銅被覆アルミニウム線の製造は、通常、銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する第一の工程と、第一の工程で得られた銅被覆アルミニウム線の複合線を、伸線機を用いて伸線加工し、所定の径まで細線化する第二の工程との２工程により製造されている。
【０００４】
第一の工程は、純アルミニウム又はアルミニウム合金を連続鋳造圧延して形成した荒引線や当該荒引線を伸線加工して形成した芯材となるアルミニウム線に銅を被覆して、銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程である。
【０００５】
この工程では、例えば以下のような加工処理が行なわれている。先ず、アルミニウム線を芯材供給装置から繰り出し、ストレーナーで伸直化し、表面洗浄装置で洗浄し、研磨装置でステンレス製或いは合成樹脂製等のブラシで研磨する。一方、被覆する銅は銅テープを用い、銅テープを銅テープ供給装置から繰り出し、研磨装置において、ステンレス製のブラシで研磨する。
【０００６】
そして、造管方式を用い、研磨されたアルミニウム線及び銅テープを成形装置に導入し、成形装置で銅テープにアルミニウム線を縦添えし、アルミニウム線を覆うように、銅テープをアルミニウム線上にロールフォーミングにより連続的に管状に成形し、銅テープの突合せ部をＴＩＧ（タングステンイナートガス）方式で連続的に溶接し、更に、管状に成形、溶接された銅テープを、ロールにより縮径し、心材のアルミニウム線と密着させ、巻取り機に巻取る（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
第二の工程は、上記第一の工程で得られた銅被覆アルミニウム線の複合線を、伸線機を用いて伸線加工し、所定の径まで細線化する工程である。
【０００８】
上記第一の工程において、アルミニウム線及び銅テープの研磨を行なうのは、研磨によりアルミニウム線及び銅テープの表面を所定の表面粗さに加工することにより、アルミニウム線と銅テープの密着性を高めることが出来、伸線加工時における銅テープの剥離と断線を防止するためである。
【０００９】
そして、銅テープの研磨においては、回転するステンレス製の円柱状の研磨ブラシを銅テープに押圧して行い、この押圧力の調節は、例えばスクリュージャッキ機構を用いて、研磨ブラシの軸を支持する軸受に設けためねじに螺入されるおねじを回転させて、軸受を移動させることにより、研磨ブラシを銅テープ方向又は銅テープと反対方向に移動させることにより行い、おねじの回転量をダイヤル表示させて研磨ブラシの押し込み量、即ち、研磨ブラシの銅テープへの押圧力の確認、調節を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１５２３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、銅テープの研磨において、上述のようにステンレス製の研磨ブラシが用いられているが、この研磨の工程において、銅テープが研磨されると共に、研磨ブラシも研磨されて、ブラシの毛足の長さが短くなり、研磨能力が経時劣化するという問題点があった。
【００１２】
この研磨能力の経時劣化を防止するために、研磨ブラシの押し込み量、即ち、研磨ブラシの銅テープへの押圧力の調節を行なうため、研磨ブラシの押し込み量を数値化して管理するなどの方法が試みられてきたが、研磨による研磨ブラシの毛足の長さの短縮は必ずしも一定ではないため、銅テープの研磨レベルにばらつきが生じ、或いは所望の研磨レベルとならず、その結果として、銅テープとアルミニウム線の密着不良に起因する銅層剥離、最悪の場合には伸線加工中の断線が生じるという問題が生じていた。
【００１３】
又、研磨ブラシの押し込み量を数値化するものとして、表面粗さ計を用い、銅テープの表面粗さを表面粗さ計で測定し、銅テープの研磨レベルの良否を判断していた。
【００１４】
しかし、表面粗さ計により走行中の銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することは困難であり、適時に銅テープの表面粗さを所定の値にすることが出来ないため、代用特性での評価が求められていた。
【００１５】
そこで、本発明は、銅被覆アルミニウム線を製造するための第一の工程、即ち銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程における、銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することを目的とし、更には、走行中の銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することにより、適時に銅テープの表面粗さを所定の値に修正可能とし、銅テープとアルミニウム線の密着レベルをリアルタイムに把握して、密着不良に起因する銅層剥離を防止し、造管工程の線速を向上させ、伸線加工中の断線を防止して銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するための手段としての本発明は、純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造をするための銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程において、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測することにより、銅テープの表面粗さを測定することを特徴とする銅テープの表面粗さの測定方法である。
【００１７】
又、純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造をするための銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程において、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測し、該研磨後の銅テープの表面温度に基づいて、研磨ブラシの押し込み量を調節することを特徴とする銅被覆アルミニウム線の製造方法である。
【００１８】
又、上記銅被覆アルミニウム線の製造方法において、前記研磨後の銅テープの表面温度が、所定の表面温度となるように研磨ブラシの押し込み量を調節することを特徴とする銅被覆アルミニウム線の製造方法である。
【００１９】
又、上記銅被覆アルミニウム線の製造方法において、前記銅テープの表面温度が３５〜６５℃となるように、研磨ブラシの押し込み量を調節することを特徴とする銅被覆アルミニウム線の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような本発明によれば、銅被覆アルミニウム線を製造するための第一の工程、即ち銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程における、走行中の銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することが可能となり、更には、走行中の銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することにより、適時に銅テープの表面粗さを所定の値に修正可能とし、銅テープとアルミニウム線の密着レベルをリアルタイムに把握して、密着不良に起因する銅層剥離を防止し、造管工程の線速を向上させ、伸線加工中の断線を防止して銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】銅被覆アルミニウム線の一部製造工程概念図
【図２】銅テープの表面温度と表面粗さとの関係を示すグラフ図
【図３】銅テープの表面温度と表面粗さとの関係を示すグラフ図
【図４】銅テープの表面温度と被覆アルミニウム線の伸線製出量との関係を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を説明する。本発明は、第一に、純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造をするための銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程における、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測することにより、銅テープの表面粗さを測定する銅テープの表面粗さの測定方法であり、第二に、純アルミニウム又はアルミニウム合金を主導体として用い、当該主導体の外周に銅を被覆した銅被覆アルミニウム線の製造をするための銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程において、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測することにより、銅テープの表面粗さを測定し、該研磨後の銅テープの表面温度に基づいて、研磨ブラシの押し込み量を調節する銅被覆アルミニウム線の製造方法である。
【００２３】
銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程は、銅被覆アルミニウム線の主導体としての、純アルミニウム（電気用アルミニウム）又は各種アルミニウム合金で形成された芯材のアルミニウム線に銅を被覆して、銅被覆アルミニウム線の複合線を製造する工程であり、公知の装置を用いて、公知の方法を採用でき、アルミニウム線としては、連続鋳造圧延された荒引線や当該荒引線を伸線加工して形成した線材を用いることが出来、又、銅被覆層は、銅を薄く長尺状に成形した銅テープを用いて形成する。
【００２４】
この工程の一実施例として、図１に示すように、先ずアルミニウム線１を芯材供給装置１１から繰り出し、ストレーナー１２で伸直化し、表面洗浄装置１３で洗浄し、研磨装置１４でステンレス製或いは合成樹脂製等のブラシで研磨する。又、銅テープ２は銅テープ供給装置２１から繰り出され、研磨装置２２で研磨し、研磨後に温度センサ２３により銅テープの表面温度が計測される。銅テープの一例として、酸素量１０ｐｐｍの無酸素銅テープで、厚さ０．４ｍｍ、幅４２ｍｍのもの等が使用できるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
そして、造管方式を用い、研磨されたアルミニウム線１及び銅テープ２を成形装置３１に導入し、成形装置３１で銅テープ２にアルミニウム線１を縦添えし、アルミニウム線１を覆うように、銅テープ２をアルミニウム線１上にロールフォーミングにより連続的に管状に成形し、銅テープ２の突合せ部をＴＩＧ（タングステンイナートガス）方式の溶接機３２で連続的に溶接し、更に、管状に成形、溶接された銅テープ２を、ロールにより縮径し、心材のアルミニウム線１と密着させ、銅被覆アルミニウム線の複合線４を形成して、巻取り機３３に巻取る。
【００２６】
尚、銅被覆アルミニウム線の銅被覆層は特に限定されないが、銅とアルミニウムの断面積における銅の面積割合である、銅被覆占積率を１〜２０％とすることが好ましい。１％未満であると、銅被覆層が破れ易く、断線、接続不良の原因となるからであり、２０％を超えると、伸線時に芯材のアルミニウム線が断線し易くなる場合があるからである。
【００２７】
伸線加工工程は、上記工程で得られた、芯材のアルミニウム線に銅テープが密着した銅被覆アルミニウム線の複合線を、公知の伸線機を用いて伸線加工し、所定の径まで細線化して銅被覆アルミニウム線を製造する工程であり、複数のダイスを用いて、徐々に細線化する。
【００２８】
上述のように、銅テープとアルミニウム線の密着性は、銅テープの研磨レベル即ち、表面粗さＲａに影響を受けるので、従来から表面粗さ計により研磨レベルを測定し、研磨レベルの良否を判断していた。しかし、表面粗さ計により走行中の銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することは困難であり、銅テープの研磨中に適時研磨レベルを調節することは出来なかった。
【００２９】
そこで、代用特性での銅テープの研磨レベルを評価することが求められていたところ、研磨により銅テープが発熱することに着眼し、研磨後の銅テープの温度と研磨レベルに関する実験を行なったところ、研磨後の銅テープの表面温度と研磨レベルに相関性があることを見出した。
【００３０】
研磨後の銅テープの表面温度と研磨レベルの相関性を確認するため、ステンレス製の研磨ブラシを用い、研磨ブラシ回転数１，０００ｒｐｍで銅テープを研磨後、研磨ブラシから離れて３秒後の銅テープに表面温度計を接触させて、銅テープの表面温度を計測した結果を図２と図３に示す。夫々、銅テープが２６℃、３５℃、４７℃、６５℃の時の表面粗さを計測し、最小値及び最大値、並びに平均値を求めた。図２は、厚さ０．４ｍｍ、酸素量１０ｐｐｍの無酸素銅テープを線速６ｍ／分で引いたときの銅テープの表面粗さＲａと表面温度との関係を示すグラフ図であり、図３は、厚さ０．４ｍｍ、酸素量１０ｐｐｍの無酸素銅テープを線速３ｍ／分で引いたときの銅テープの表面粗さＲａと表面温度との関係を示すグラフ図である。夫々最小値及び最大値は棒線で、平均値は丸印で示した。
【００３１】
図２及び図３に示すグラフは、多数行なった実験結果の一例であり、これらの実験から研磨後の銅テープの表面温度と研磨レベルに相関性があることが明らかである。銅テープの表面粗さＲａと表面温度に相関性がある理由は、摩擦による発熱を定量化しているためである。
【００３２】
本発明においては、銅テープの研磨工程において、銅テープの走行中であって、銅テープのステンレス製研磨ブラシによる研磨後に、アルミニウム線上にロールフォーミングにより連続的に管状に成形する前に、銅テープに表面温度計を接触させて銅テープの表面温度を計測する。
【００３３】
そして、銅テープの表面温度を計測することにより、銅テープの表面粗さＲａと表面温度に相関性があるので、銅テープの表面粗さを測定することが出来る。
【００３４】
更に、計測された研磨後の銅テープの表面温度と、上述のような銅テープの表面粗さＲａと表面温度の相関性について各種条件ごとに予め行なった実験で得たデータとを対比させて、現在の研磨工程における銅テープの表面粗さＲａを測定、把握し、研磨後の銅テープの表面温度に基づいて把握される銅テープの表面粗さＲａが所望の値より小さい場合には、所望の表面粗さＲａに対応する所定の表面温度になるように、研磨ブラシを押し込んで、即ち研磨ブラシを銅テープ方向に移動させ、押し込み量を調節する。押し込み量とは研磨ブラシの銅テープに対する相対的な移動量である。一方、研磨後の銅テープの表面温度に基づいて把握される銅テープの表面粗さＲａが所望の値より大きい場合には、所望の表面粗さＲａに対応する所定の表面温度になるように、研磨ブラシの押し込みを緩和し、押し込み量を調節する。
【００３５】
ここで、研磨後の銅テープの表面温度を、３０℃以上７５℃未満とすることが好ましい。より好ましくは３５℃〜６５℃であり、最も好ましいのは６５℃である。３０℃未満であると、銅テープの表面粗さＲａが低いため、銅テープとアルミニウム線の密着レベルが低く、銅層剥離が生じやすく、銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させることは出来ないからであり、３０℃以上であれば、銅テープとアルミニウム線の密着レベルが高まり、３５℃以上であれば、より銅テープとアルミニウム線の密着レベルが高まり、６５℃で最も高まり、銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させることが出来、７５℃以上であると、銅テープに酸化皮膜が形成されて赤紫色に変色すると共に、密着レベルが低下するからである。
【００３６】
このように、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を、銅テープの走行中に逐次計測することにより、銅テープの表面粗さをインラインでリアルタイムに測定することが出来、リアルタイムに銅テープとアルミニウム線の密着性レベルを把握することが可能となり、更に、銅テープの表面温度に基づいて研磨ブラシの押し込み量を適時に調節することにより、銅テープの表面粗さをインラインで適時に調節することが出来、密着不良に起因する銅層剥離を防止し、造管工程の線速を向上させ、伸線加工中の断線を防止して銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させることが可能となる。
【００３７】
銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させるため、造管線速アップを検討する際、銅テープの溶接条件の適切性は溶接電流別にビード断面形状を事後観察すれことにより把握することが出来るが、銅テープの研磨レベルの把握については、従来の知見では困難であったが、本発明により増速後の適正な銅テープの表面粗さ、即ち銅テープ表面温度を予測し、製造することにより、増速後の伸線製出量が良好となり、更なる増速にも貢献することが明らかである。尚、伸線製出量とは、断線１回当りに伸線可能であった重量を意味する。
【００３８】
尚、銅テープの表面温度の計測は、表面温度計のほか、接触式か非接触式かを問わず、各種温度センサを用いることが出来、温度センサは、研磨装置に設置してもよく、研磨装置の銅テープ排出口近傍に研磨装置とは独立して設置してもよい。
【００３９】
銅テープの研磨後、どのタイミングで、即ち、銅テープが研磨ブラシから離れて何秒後或いは何ｍ走行後に表面温度を計測するかは、造管加工前であれば特に限定されないが、研磨レベルの判断基準となる、予め同条件で行なった銅テープの表面粗さＲａと表面温度の相関性の実験データを得た実験と同じタイミングで行なう。しかし、好ましくは、研磨直後であり、時間であれば、研磨直後〜研磨後３秒の間に計測することが好ましい。
【００４０】
銅テープの表面温度及び銅テープの表面粗さＲａの把握、並びに研磨ブラシの押し込み量の調節は、使用する研磨装置に従って、目視、手動で行なうか、自動で行なうかが選択される。目視、手動で行なう場合、表面温度計を目視して銅テープの表面温度を把握し、所望の表面粗さＲａに対応する表面温度か否かを確認し、例えば、研磨ブラシの軸を支持する軸受に設けためねじに螺入されるおねじを回転させて、軸受を移動させることにより研磨ブラシを銅テープ方向又は銅テープと反対方向に移動させて行うスクリュージャッキ機構を用いて、おねじのハンドルを手動で回転させて行なうことが出来、自動で行なう場合には、例えば、温度センサからの銅テープの研磨後の表面温度の計測値がコンピュータ等の制御装置に読み込まれ、制御装置において、該研磨後の銅テープの表面温度に基づき、即ち予め制御装置に記録されている各種条件のうち選択された所定の条件での表面粗さＲａに対応する表面温度と比較され、所定の温度となるように、モータを制御して、モータに連結されたスクリュージャッキ機構を回転させて行なうことが出来る。
【００４１】
尚、銅テープの表面温度及び銅テープの表面粗さＲａの把握、研磨ブラシの押し込み量の調節は、銅テープの研磨後に、銅テープの表面温度を計測し、該研磨後の銅テープの表面温度に基づけば、上記のような方法、機構に限定されることなく、例えば、スクリュージャッキ機構に替えて油圧又は空圧のシリンダ等を用いる等することとしてもよい。
【実施例】
【００４２】
酸素量１０ｐｐｍの無酸素銅テープで、厚さ０．４ｍｍ、幅４０ｍｍの銅テープをステンレス製の研磨ブラシを用い、研磨ブラシ回転数１，０００ｒｐｍ、銅テープ送り出し速度８ｍ／分の条件下で、研磨後の銅テープの表面温度を３０℃〜７５℃の間で研磨し、上述の造管方式により、線径９．５ｍｍの主導体である純アルミニウム荒引線の外周に銅被覆占積率１５％の銅被覆アルミニウム線の複合線を形成した後、冷間加工で伸線加工を行ない、線径０．９ｍｍから線径０．１３５ｍｍまで伸線する過程での伸線製出量を求めた。結果を図４に示す。尚、伸線製出量とは、断線１回当りに伸線可能であった重量を意味し、数値が大きいほうが、銅層剥離及び断線がなく、伸線加工性がよいことを示す。
【００４３】
銅テープの研磨を行なわない比較例１は、銅テープの表面温度が２６℃で、表面粗さＲａが平均０．１４（最小０．１１〜最大０．１９）μｍであり、銅テープの表面温度が４７℃の実施例３は、表面粗さＲａが平均０．４４（最小０．４０〜最大０．５２）μｍであり、銅テープの表面温度が６５℃の実施例４は、表面粗さＲａが平均０．４７（最小０．４３〜最大０．５４）μｍであった。
【００４４】
図４及び以上のことから明らかなように、研磨ブラシの銅テープへの押し込みによる、銅テープの研磨の効果が生じるのは、銅テープの表面温度が３０℃以上であることが必要であり、銅テープの表面温度が７５℃以上であると、比較例２に示すように、銅テープに研磨時の発熱による変化で酸化皮膜が形成されて、銅テープが赤紫色に変色することに加え、銅被覆アルミニウム線を細線化する伸線工程での伸線製出量も６５℃の場合に比べ低下し、外観及びアルミニウム線との密着性が悪化することが分かる。
【００４５】
又、銅テープとアルミニウム線の密着レベルを高め、密着不良に起因する銅層剥離を防止して、伸線製出量を高めるためには、銅テープの表面温度が３０℃以上であることが必要であり、銅テープの表面温度を３５℃以上とすることが好ましい。更には、表面粗さが平均０．４７（最小０．４３〜最大０．５４）μｍが望ましく、そのためには銅テープの表面温度を６５℃とすべきことが分かる。
【００４６】
以上のことから、銅被覆アルミニウム線の製造において、研磨後の銅テープの表面温度に基づいて、銅テープの表面粗さＲａ、研磨ブラシの押し込み量を把握、管理することが出来、銅テープとアルミニウム線の密着レベルをリアルタイムに把握して、密着不良に起因する銅層剥離を防止し、造管工程の線速を向上させ、伸線加工中の断線を防止して銅被覆アルミニウム線の生産性を向上させることが可能となることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の銅被覆アルミニウム線の製造方法により、走行中の銅テープの表面粗さをリアルタイムに把握することにより、適時に銅テープの表面粗さを所定の値に修正可能とし、銅テープとアルミニウム線の密着レベルを常時把握し、修正可能として、密着不良に起因する銅層剥離を防止し、銅被覆アルミニウム線の製造効率を向上させることが出来、又、本発明の銅被覆アルミニウム線の製造方法により製造した銅被覆アルミニウム線は、電子機器、ケーブルの導体及び編組線、各種モータ用コイル等の線材として好適に用いることが出来る。
【符号の説明】
【００４８】
１      アルミニウム線
２      銅テープ
２２    研磨装置
２３    温度センサ
４      銅被覆アルミニウム線の複合線
【図１】
2010240693.tif 000003
【図２】
2010240693.tif 000004
【図３】
2010240693.tif 000005
【図４】
2010240693.tif 000006