(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロリ線のイヤ部溝相当位置に設けられた突起と、この突起によって区画された大弧面とを有する断面形状のダイスを使用し、このダイスにおける押出方向に沿った断面の前記大弧面とは反対方向から銅又は銅合金を供給して押し出し、この押し出し断面におけるトロリ線断面形状の大弧面側に偏心した位置に鋼線を通し、前記鋼線の周囲に銅又は銅合金を被覆する工程と、得られた偏心複合線を伸線加工又は圧延加工により、所定のトロリ線断面形状に成形する工程とを有することを特徴とする偏心型銅被覆鋼トロリ線の製造方法。
【請求項２】
前記鋼線の炭素含有量が０．３５重量％を超えるものであることを特徴とする請求項１に記載の偏心型銅被覆鋼トロリ線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レールに沿って架設され、パンタグラフ等を介して電車に給電する銅被覆鋼トロリ線の製造方法に関し、特に、鋼線芯線が偏心した偏心型銅被覆トロリ線をコンフォームにより製造する偏心型銅被覆鋼トロリ線の製造方法に関する。なお、本明細書において、銅又は銅合金を単に銅という場合がある。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道用トロリ線は、従前銅線が使用されていたが、近時、電車の高速運行の要請が強く、このためトロリ線の強度を一層強めることが要求され、この要望のもとに、鋼線を芯材としてこの芯材の周りを銅又は銅合金で被覆した銅被覆鋼トロリ線が提案されている（特公平２−１１４６０号）。
【０００３】
また、この銅被覆鋼トロリ線において、数種の形状のダイスを使用して、複数回の伸線加工を順次繰り返すことにより、鋼芯をトロリ線の大弧面側に偏心させた偏心型銅被覆鋼トロリ線（特願平６−１１２４３号）が提案されている。この偏心型銅被覆鋼トロリ線は、パンタグラフによりトロリ線が摩耗した場合に、偏心した鋼線芯線が同心円型のものよりも比較的早く出現するので、トロリ線摩耗による導体抵抗の増加を、鋼芯の耐摩耗性により抑制でき、長寿命化を図ることができる。このため、この偏心型銅被覆鋼トロリ線は、新幹線を代表する高速運行電車用として実用されている。
【０００４】
この偏心型銅被覆鋼トロリ線は、従来、ディップフォーミングにより製造されている。即ち、先ず鋼線を銅の溶湯中に連続的に浸漬させ、鋼線の周囲に銅を凝固させて付着させた後、一定の温度範囲にて熱間圧延することにより、鋼芯の周囲に同心円状に銅を被覆した銅被覆鋼線素線をつくり、更にその後に数種の形状のダイス伸線を行い、同心円状に被覆している銅を移動させ、鋼芯を所定のトロリ線形状の大弧面側に偏心させる。このようにして、従来、偏心型銅被覆鋼トロリ線が製造されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来方法は、銅被覆鋼線素線を製造する工程、及びその後のダイス伸線工程の夫々に、以下に述べるような欠点があった。
【０００６】
先ず、銅被覆鋼複合線素線を製造する工程においては、鋼線を銅の溶湯中に浸漬させて鋼線表面に銅を付着させる際、鋼線表面は、銅との濡れ性を良くするために、極めて平滑且つ活性な状態になくてはならない。このため、鋼線を銅溶湯中に浸漬させる際には、鋼線を特殊な加工を施した工具ダイス（以下、皮剥ダイスと称す）により連続的に皮剥した後、銅の溶湯容器内に導入されている。
【０００７】
従来法では、この皮剥工程の存在のために、芯材として使用できる鋼線は、炭素含有量が０．３５重量％以下の低強度の鋼線しか使用できないという重大な欠点があった。これは、鋼線の炭素含有量が０．３５重量％を超えるような所謂硬鋼線を使用すると、鋼線の強度が高くなりすぎるために皮剥ダイスの寿命が極めて短くなり、トロリ線の製造が安定しないためである。
【０００８】
このため、従来の製造方法においては、芯材となる鋼線の炭素含有量は０．３５重量％以下に制限せざるを得ず、従って最終的に得られる偏心型銅被覆鋼トロリ線の強度も、高々、国内で標準的に使用されているトロリ線材の横断面積１１０ｍｍ２サイズのもので引張強度６７ｋｇｆ／ｍｍ２、１７０ｍｍ２サイズのもので引張強度６６ｋｇｆ／ｍｍ２程度である。このため、この従来方法では、トロリ線の高強度化及び高速化には限界がある。
【０００９】
次に、偏心加工工程においては、数種の形状のダイスを使用した伸線によって同心円状に被覆している銅を移動させ、鋼芯を所定のトロリ線形状の大弧面側に偏心させるとともに、所定のトロリ線形状に仕上げるものであるため、極めて多数のパス回数が必要であるため、工程が複雑となるなどの欠点があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、炭素含有量が０．３５重量％を超えるような硬鋼線を芯線として使用でき、トロリ線を更に一層高強度化及び高速化することができると共に、工程が簡素な偏心型銅被覆鋼トロリ線の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏心型銅被覆鋼トロリ線の製造方法は、トロリ線のイヤ部溝相当位置に設けられた突起と、この突起によって区画された大弧面とを有する断面形状のダイスを使用し、このダイスにおける押出方向に沿った断面の前記大弧面とは反対方向から銅又は銅合金を供給して押し出し、この押し出し断面におけるトロリ線断面形状の大弧面側に偏心した位置に鋼線を通し、前記鋼線の周囲に銅又は銅合金を被覆する工程と、得られた偏心複合線を伸線加工又は圧延加工により、所定のトロリ線断面形状に成形する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この偏心型銅被覆鋼トロリ線の製造方法において、前記鋼線の炭素含有量は０．３５重量％を超えるものとすることができる。
【００１３】
本発明においては、鋼線の周囲に押出成形により銅又は銅合金素材を被覆するので、皮剥ダイスが不要であり、請求項２に記載のように、芯線として炭素含有量が０．３５重量％を超える硬鋼線を使用することができ、より一層高強度で高速化が可能なトロリ線を安定して製造することができる。また、本発明は、鋼線が偏心するように銅又は銅合金を鋼線の周囲に被覆することにより、銅被覆鋼線を製造するから、従来のように、複数回成形加工を繰り返す必要がなく、工程は簡素である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するため、鋭意実験研究を重ねた結果、従来の銅溶湯中への鋼線浸漬による製造方法に代わり、コンフォームにより鋼線の周囲に銅を押出して被覆する方法により、鋼線芯線と銅被覆層との接合性が高い複合線を製造でき、炭素含有量が０．３５重量％を超えるような硬鋼線材を使用した偏心型高強度銅被覆鋼トロリ線を安定して得ることができることを見いだした。
【００１５】
具体的には、まず、押出し断面形状をトロリ線形状のイヤ部相当位置に溝を付けた形状とするとともに、鋼芯を大弧面側に偏心させた状態で、コンフォームにより鋼線の周囲に銅又は銅合金を押出し被覆する。その後、この得られた銅被覆鋼複合線を、１回又は複数回、伸線加工又は圧延加工することにより、所定のトロリ線形状に成形する。
【００１６】
以下、本発明の実施例方法について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施例方法にて使用するコンフォームによる偏心型高強度銅被覆鋼トロリ線の製造装置を示す断面図、図２はその押出装置のダイチャンバを示す断面図である。
【００１７】
コンフォーム押出装置のホイール２はその周面に銅素材１が嵌合される溝が周方向に沿って形成されており、一定方向に回転駆動されるようになっている。このホイール２の上端には、シューブロック３がホイール２の周面に一部沿うように設けられている。このシューブロック３には、ホイール２の中心軸の直上域の位置にダイチャンバ６が設けられている。このダイチャンバ６は鋼線７が挿通する中心孔が形成されたニップル１０と、押出形状を規定するダイス１３と、ホイール２の溝内に挿入されたアバットメント５とを有する。これらのニップル１０，ダイス１３及びアバットメント５は、ダイチャンバ６内に嵌合され、ニップル１０及びダイス１３はその孔位置が整合するように配置され、アバットメント５はホイール２の溝内に位置するように配置されている。また、ダイチャンバ６には、軟化した押出素材１１をニップル１０とダイス１３との間に導く流路６ａが形成されている。更に、シューブロック３とホイール２との間の銅素材１の入り口には、導入路４が設けられており、この導入路４にて銅素材１が導入路４とホイール２との間の摩擦熱により加熱され、可塑流動化する。
【００１８】
鋼線７はニップル１０及びダイス１３を通過するが、この鋼線７の通過域の上流側には鋼線７の前処理装置８が設置されており、鋼線の表面の酸化皮膜及び油分等が除去されるようになっている。この前処理装置８と、ダイチャンバ６との間には、鋼線７を誘導加熱する誘導加熱装置９が配置されている。一方、鋼線７の進行方向におけるダイチャンバ６の下流側には、ダイチャンバ６にて鋼線の周囲に銅が被覆された銅被覆鋼線１２を冷却するための冷却槽１４が配置されている。そして、冷却槽１４の下流側には、銅被覆鋼線１２の引き取り機１５が配置されており、この引き取り機１５の下流側には銅被覆鋼線１２の巻き取り機１６が配置されている。
【００１９】
図３はダイス１３の形状を示す。このダイス１３はトロリ線の断面形状に相当する形状の孔１３ａを有する。即ち、この孔１３ａは、トロリ線のイヤ部溝に相当する位置に突起１３ｂを有する。そして、このダイス１３における鋼線７が通過する鋼線位置１７は、イヤ部溝により規定されるトロリ線周面の大弧面側に偏心した位置である。
【００２０】
次に、上述の如く構成された装置による本実施例方法について説明する。先ず、押し出される銅素材１は、その表面の酸化皮膜及び油分等の汚れが完全に除去された状態で、駆動するホイール２と固定されたシューブロック３とにより形成された導入路４に連続的に引き込まれ、アバットメント５で方向を変えた後、ダイチャンバ６の室内に供給される。このとき、導入路４内及びダイチャンバー６室内の銅素材１は、導入路４とシューブロック３との間で発生する摩擦熱及び高圧力により可塑流動体となる。
【００２１】
一方、芯材となる鋼線７は前処理装置８によって表面に酸化皮膜及び油分等が除去されて清浄化され、次工程の誘導加熱装置９により表面を高温に加熱された状態で、ニップル１０を介してダイチャンバ６の室内に誘導される。
【００２２】
ニップル１０を介してダイチャンバ６の室内に誘導された鋼線７は、上述の高温及び高圧となって流路６ａを介して同室内に侵入してきた可塑流動体の銅素材１１とダイチャンバ室内で一体となり、銅被覆鋼線１２となってダイス１３から押し出される。この銅被覆鋼線１２は、その後、冷却槽１４及び引き取り機１５を通って巻き取り機１６により連続的に巻き取られる。
【００２３】
このとき、ダイス１３とニップル１０との間の相対位置及びダイス１３の形状は、図２に示すように、鋼線位置１７がダイス１３の孔１３ａの中心から偏心しており、押し出される銅被覆鋼線素線の形状は、所定のトロリ線形状のイヤ部相当位置に溝を付けた形状となっていると共に、大弧面側に鋼芯が偏心した状態となるように調節される。
【００２４】
巻き取り機１６に巻き取られた銅被覆鋼線１２は、その後、伸線加工又は圧延加工により、成形加工されて、トロリ線が製造される。
【００２５】
以上のように、コンフォームの場合は、鋼線の周囲に銅を高圧で圧接させ、押し出し被覆させることにより使用上十分な接合性を得ることができることから、鋼線の前処理は従来の皮剥と異なり、通常の酸洗い、ショットブラスト又はブラシ研磨等を１台又は複数台を組み合わせて使用することで十分である。
【００２６】
従って、芯材となる鋼線を炭素量の少ない鋼種に限定する必要はなく、よって炭素含有量が０．３５重量％を超えるような硬鋼線材を使用して、従来よりも、高強度で、パンタグラフによる摩減、それによる導体抵抗の増加を抑制した長寿命な銅被覆鋼トロリ線を製造することができる。また、押出し後の伸線工程を簡略化することも可能となる。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明の実施例方法により偏心型高強度銅被覆鋼トロリ線を実際に製造した結果について、その比較例と比較して具体的に説明する。
【００２８】
被覆される銅素材には、直径が１２ｍｍのＪＩＳＣ１０２０の無酸素銅線を使用し、芯材となる鋼線には、ＪＩＳＧ３５０６に示されるＳＷＲＨ６２Ａ硬鋼線（炭素含有量：０．６３重量％）、ＳＷＲＨ８２Ａ硬鋼線（炭素含有量：０．８０重量％）を使用した。この芯線鋼線は、両者共、直径が５．４ｍｍ及び４．３４ｍｍの２種類を使用した。
【００２９】
銅線は、表面の酸化皮膜及び油分等の汚れを十分に除去した後、駆動するホイールと固定されたシューブロックとにより形成された導入路に連続的に供給した。一方、芯材となる鋼線はショットブラストによって表面の酸化皮膜及び油分等を除去した後、誘導加熱装置によって表面を高温に加熱させた状態でダイチャンバの室内に誘導し、ダイチャンバ室内において銅を被覆して夫々トロリ線のイヤ部相当位置に溝を付けた形状として押し出した。
【００３０】
押し出された各銅被覆鋼線素線の総断面積はダイスにより、直径５．４ｍｍの鋼線を用いたものでは２１２．５ｍｍ２、直径４．３４ｍｍの鋼線を用いたものでは１３７．５ｍｍ２とし、両者ともに銅被覆面積率が５７％（導電率で６０〜６２％ＩＡＣＳ）となるようにした。また、鋼芯の偏心程度は、従来の工程で製造されたものと同じ程度とした。
【００３１】
このように押し出した各銅被覆鋼線素線を、２０％の減面率で１回、ダイスにより伸線加工を行って、最終的に１１０ｍｍ２、１７０ｍｍ２の各サイズの偏心型銅被覆鋼トロリ線に仕上げた。
【００３２】
本実施例方法による偏心型被覆鋼トロリ線と、従来方法によって製造された同サイズの比較例の偏心型銅被覆鋼トロリ線について、その引張強さと導電率を調査し、比較した。これらの製造条件及び評価結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0003618202.tif 000002
【００３４】
この表１に示すように、実施例１〜４は、芯材である鋼線中の炭素含有量が比較例５，６の従来品に比べて多いことから、鋼線自体の強度が高く、その結果、得られた偏心型銅被覆鋼トロリ線の強度も高いものとなった。なお、トロリ線の導電率は、実施例１乃至４及び比較例５及び６はいずれも同等であった。
【００３５】
次に、ニップルとダイスの位置を調節し、従来工程で製造されたものよりも大弧面側により偏心させたものを押し出し製造した。
【００３６】
この銅被覆鋼線素線を、２０％の減面率で１回、ダイスにより伸線加工を行って、最終的に１１０ｍｍ２、１７０ｍｍ２の各サイズの偏心型銅被覆鋼トロリ線に仕上げた。図４は本発明実施例の場合及び比較例の場合について、伸線加工後の偏心型銅被覆鋼トロリ線（断面積１１０ｍｍ２）の横断面を模式的に示す。
【００３７】
これらの偏心型銅被覆鋼トロリ線の耐摩耗性について、集電摺動耐摩耗減量試験によって評価した。集電摺動耐摩耗減量試験は、各トロリ線を大弧面を外側にした外径１ｍのリング状に加工し、そのリングを回転させながら、銅系焼結合金を取り付けたすり板に通電し、一定荷重で押しつける方法にて行った。このときのリングの回転速度は４０ｋｍ／時、押し付け荷重は２ｋｇ、通電電流１００Ａであり、摺動は１０万パンダまで無潤滑状態で行った。
【００３８】
これらの評価結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
0003618202.tif 000003
【００４０】
この表２に示すように、実施例１乃至４は、芯材である鋼線中の炭素含有量が比較例５及び６の従来品に比べて高く硬いのに加え、従来方法により製造された比較例５及び６よりも偏心化が容易で鋼線７を比較例よりもより偏心化させているため、早期に鋼線芯線が露出し、パンタグラフによる摩耗量は極めて低くなった。これに比べ、従来品の比較例５，６では、鋼芯位置が高いために鋼芯の露出が遅く、その間の摩耗量は多くなった。
【００４１】
なお、本発明は上記実施例に限定されないことは勿論である。特に、上記実施例は芯材として最も安価で強度が高い硬鋼線を使用したが、軽量化及び更に一層の高強度化を図るために、ステンレス鋼などの合金鋼を用いることもできる。即ち、芯材が靱性及び伸線性に影響を受けない程度に、例えば、Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｓｎ及びＡｌ等を含有する鋼線を使用することができる。
【００４２】
また、芯材の長手方向に垂直な面の断面形状は、例えば円、楕円、長方形又は矩形とすることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、コンフォームによって鋼線の周囲に銅又は銅合金素材を高圧力で押出し被覆するとともに、鋼線芯線をトロリ線の大弧面側に偏心させることから、芯材となる鋼線の硬度には制限がなく、よって炭素含有量が０．３５重量％を超えるような硬鋼線材を使用した偏心型高強度銅被覆鋼トロリ線を製造することができる。このため、高強度で更に一層の高速化が可能な銅被覆鋼トロリ線を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例方法にて使用するコンフォーム押出装置を示す断面図である。
【図２】このコンフォーム押出装置のダイチャンバ内を示す断面図である。
【図３】ダイスの形状を示す模式図である。
【図４】実施例方法及び比較例方法により製造された偏心型銅被覆鋼トロリ線の形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１；銅線材
２；ホイール
３；シューブロック
４；導入路
５；アバットメント
６；ダイチャンバ
６ａ：流路
７；鋼線
８；前処理装置
９；誘導加熱装置
１０；ニップル
１１；銅素材
１２；銅被覆鋼線
１３；ダイス
１４；冷却槽
１５；引き取り機
１６；巻き取り機
【図１】
0003618202.tif 000004
【図２】
0003618202.tif 000005
【図３】
0003618202.tif 000006
【図４】
0003618202.tif 000007