(57)【要約】【課題】金属線を引き伸す際の加工性向上を図りつつ、引き伸された金属線の強度低下をなるべく抑制することを目的としている。【解決手段】金属線を引き伸して金属細線を製造する方法である。前記金属線を引き伸す工程(a)と、前記工程(a)で引き伸された金属線をさらに引き伸す工程(b)とを備えている。前記工程(a)と前記工程(b)との間で、前記金属線を構成する金属が再結晶しない条件で、前記金属線を加熱する中間加熱工程(c)をさらに備えている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線を引き伸して金属細線を製造する方法であって、
(a)前記金属線を引き伸す工程と、
(b)前記工程(a)で引き伸された金属線をさらに引き伸す工程と、
(c)前記工程(a)と前記工程(b)との間で、前記金属線を構成する金属が再結晶しない条件で、前記金属線を加熱する中間加熱工程と、
を備える金属細線の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属細線の製造方法であって、
前記工程(c)は、前記金属線を構成する金属の再結晶温度よりも低い温度で前記金属線を加熱する工程である、金属細線の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の金属細線の製造方法であって、
前記工程(c)は、前記金属線に付着している潤滑液の沸点よりも低い温度で、前記金属線を加熱する工程である、金属細線の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の金属細線の製造方法であって、
前記工程(c)は、前記金属線を構成する金属を回復させる条件で、前記金属線を加熱する工程である、金属細線の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の金属細線の製造方法であって、
前記工程(c)は、前記金属線を構成する金属の再結晶温度の６０％〜１００％の温度で前記金属線を加熱する工程である、金属細線の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の金属細線の製造方法であって、
前記金属線が、純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成されている、金属細線の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１に記載の金属細線の製造方法であって、
前記金属線が、Ｍｇ及びＦｅのうちの少なくとも一種を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金により形成されている、金属細線の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の金属細線の製造方法であって、
前記工程 (c)後、前記金属線を引き伸して前記金属細線を製造するまでの面積減少率が９８％以下である、金属細線の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の金属細線の製造方法によって製造された金属細線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属線を引き伸して金属細線を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、電線等の素線は、金属線を複数回に分けて引き伸すことにより製造される。金属線は、引き伸されると硬化して脆くなるため、折曲げ難くなり、加工性が低下する。これにより、加工途中で金属線が断線し易くなってしまう。
【０００３】
そこで、複数の引き伸し工程の途中で中間焼鈍処理が行われる。中間焼鈍処理は、金属材の内部歪みを除去して金属材を軟化させることにより、加工性を向上させる目的で行われる。このため、中間焼鈍処理は、通常、引き伸した金属材を、再結晶温度よりも高い温度で加熱することにより行われる。
【０００４】
なお、複数の冷間圧延工程の途中で中間焼鈍を行う技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２３０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来一般的に行われていた中間焼鈍の条件では、金属線の強度が大きく低下してしまい、その後の金属線の引き伸し工程によっても強度を十分に回復できないおそれがあることが判明した。
【０００７】
そこで、本発明は、金属線を引き伸す際の加工性向上を図りつつ、引き伸された金属線の強度低下をなるべく抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１の態様は、金属線を引き伸して金属細線を製造する方法であって、(a)前記金属線を引き伸す工程と、(b)前記工程(a)で引き伸された金属線をさらに引き伸す工程と、(c)前記工程(a)と前記工程(b)との間で、前記金属線を構成する金属が再結晶しない条件で、前記金属線を加熱する中間加熱工程とを備える。
【０００９】
第２の態様は、第１の態様に係る金属細線の製造方法であって、前記工程(c)は、前記金属線を構成する金属の再結晶温度よりも低い温度で前記金属線を加熱する工程とされている。
【００１０】
第３の態様は、第１又は第２の態様に係る金属細線の製造方法であって、前記工程(c)は、前記金属線に付着している潤滑液の沸点よりも低い温度で、前記金属線を加熱する工程とされている。
【００１１】
第４の態様は、第１〜第３のいずれか一つの態様に係る金属細線の製造方法であって、前記工程(c)は、前記金属線を構成する金属を回復させる条件で、前記金属線を加熱する工程とされている。
【００１２】
第５の態様は、第１〜第４のいずれか一つの態様に係る金属細線の製造方法であって、前記工程(c)は、前記金属線を構成する金属の６０％〜１００％の温度で前記金属線を加熱する工程とされている。
【００１３】
第６の態様は、第１〜第５のいずれか一つの態様に係る金属細線の製造方法であって、前記金属線が純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成されている。
【００１４】
第７の態様は、第１〜第５のいずれか一つの態様に係る金属細線の製造方法であって、前記金属線が、Ｍｇ及びＦｅのうちの少なくとも一種を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金により形成されている。
【００１５】
第８の態様は、第１〜第７のいずれか一つの態様に係る金属細線の製造方法であって、前記工程 (c)後、前記金属線を引き伸して前記金属細線を製造するまでの面積減少率が９８％以下となるように設定されている。
【００１６】
第９の態様に係る金属細線は、第１〜第８のいずれか一つの態様に係る金属細線の製造方法によって製造されたものである。
【発明の効果】
【００１７】
第１の態様によると、工程(a)によって引き伸された金属線が工程(c)によって加熱されるため、その内部歪みが除去される。このため、残りの工程における金属線の加工性向上を図ることができる。また、工程(c)において、金属線は、それを構成する金属が再結晶しない条件で加熱される。このため、金属線の強度低下をなるべく抑制することができる。
【００１８】
第２の態様によると、金属線の再結晶を抑制することができ、金属線の強度低下をなるべく抑制することができる。
【００１９】
第３の態様によると、工程(c)において、前記金属線に付着している潤滑液の沸点よりも低い温度で、前記金属線を加熱するため、金属線に潤滑液が付着した状態を維持することができる。これにより、金属線の表面潤滑性低下を抑制して、加工性を維持できる。
【００２０】
第４の態様によると、金属線を構成する金属を回復させることで、金属線の加工性を向上させることができる。
【００２１】
第５の態様によると、金属線を構成する金属をより確実に回復させることで、金属線の加工性を向上させることができる。
【００２２】
第６の態様のように、金属線が純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成されている場合に、金属線を引き伸す際の加工性向上を図りつつ、引き伸された金属線の強度低下をなるべく抑制することができるという効果が特に有効である。
【００２３】
第７の態様のように、前記金属線が、Ｍｇ及びＦｅのうちの少なくとも一種を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金により形成されていると、金属線を引き伸す際の加工性向上を図りつつ、引き伸された金属線の強度低下をなるべく抑制することができるという効果が特に有効である。
【００２４】
第８の態様のように、前記工程 (c)後の面積減少率が９８％以下であれば、上記中間加熱工程の存在による脆化抑制効果の維持を期待できる。
【００２５】
第９の態様に係る金属細線によると、加工性に優れた製造方法によって、強度にも優れた金属細線を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】加熱温度と引張り強さ及び破断伸びとの関係を示す図である。
【図２】加熱温度を変えて製造実験を行った場合における、問題発生の有無及び各伸線工程後における金属線の性質を示す図である。
【図３】加熱温度を変えて製造実験を行った場合における、問題発生の有無及び各伸線工程後における金属線の性質を示す図である。
【図４】加熱温度を変えて製造実験を行った場合における、問題発生の有無及び各伸線工程後における金属線の性質を示す図である。
【図５】金属細線の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
電気配線に用いられる電線の芯線は、１本の金属細線又は複数本の金属細線を束ねることによって構成されている。芯線を構成する個々の金属細線は、素線と呼ばれることもある。このような金属細線は、比較的太い金属線を複数段階の伸線工程にて段階的に引き伸すことによって製造される。なお、以下では、便宜上、引き伸し前から引き伸し途中、引き伸し後も含む全ての状態を金属線といい、最終引き伸し工程によって目的径となった完成形態のものを金属細線という場合がある。
【００２８】
しかしながら、複数の伸線工程によって金属細線を引き伸した場合、後工程、例えば、引き伸された金属細線を撚り合わせる工程等において、当該金属細線が断線してしまう等の不具合が多発してしまう。
【００２９】
この原因は次の通りであると考えられる。すなわち、伸線工程は冷間加工の一種であるため、伸線工程が繰返されると、金属線は次第に硬化して脆くなってしまい、曲げに弱く折れやすい状態となる。この状態で、金属細線を撚り合わせると、金属細線が折れるように破断してしまうこととなる。特に、Ｍｇ或はＦｅを含むアルミニウム合金は、加工による変形量が大きくなるに従って、硬くなる傾向が比較的顕著であるため、引き伸し後に断線してしまうという不具合が生じやすい。
【００３０】
そこで、複数の伸線工程の途中で、引き伸した金属線を加熱軟化させることを検討した。引き伸された金属線を加熱した場合において、加熱温度と引張り強さ及び破断伸びとの関係を実験した。図１に加熱温度と引張り強さ及び破断伸びとの関係を示す。ここで、引張り強さは、加熱後の金属線を引張り試験した場合に破断に至る引張り力である。また、破断伸びは、金属線を引張る前の長さに対する、前記引張り試験を行った場合に破断に至る前での金属線の伸び量の割合である。
【００３１】
すると、軟化温度２２０℃〜３００℃の範囲で、引張り強さが急激に低下しかつ破断伸びが急激に大きくなり、軟化温度が３００℃を越えるとそれらの変化がなだらかになることが確認された。
【００３２】
この複数の伸線工程の途中における金属線の加熱は、金属線の内部の歪みを除去して軟化させることにより、引き伸し後の断線を抑制する目的で行われる。このため、金属線の構成金属材料を再結晶温度以上に加熱する焼鈍し、いわゆる完全焼鈍しとするのが好ましいと考えられた。この場合、３５０℃±５０℃の軟化温度で加熱することが適切と考えられた。
【００３３】
上記検討に鑑み、伸線工程の途中で、上記完全焼鈍しを行って、金属細線の製造を試みた。すると、伸線工程の後工程における金属細線の断線は抑制されることが確認された。
【００３４】
しかしながら、今度は、軟化後の金属線を送る途中で絡みが多発するという問題が生じた。
【００３５】
そこで、本願発明者は、種々検討を行い、その検討の一つとして、上記加熱温度を変えて製造を試みることに思い至った。図２〜図４は、加熱温度を変えて製造実験を行った場合における、問題発生の有無及び各伸線工程後における金属線の性質を示している。
【００３６】
なお、実験は、次の３種類の金属線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を対象として行った。金属線Ｗ１は、Ｆｅ：０〜２質量％、Ｍｇ：０〜０．５質量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金によって形成されている。不可避不純物としては、Ｓｉ：０．５質量％以下、Ｃｕ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、その他微量のＴｉを含んでいる。金属線Ｗ２は、ＪＩＳＨ４０００に規定された合金番号１０７０の純アルミニウム（Ａｌ：９９．７０質量％以上と不可避不純物からなり、不可避不純物としてＦｅ：０．２５質量％以下、Ｍｇ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以下、Ｃｕ：０．０４質量％以下、Ｍｎ：０．０３質量％以下、その他微量のＺｎ、Ｔｉ、Ｖを含んでいる）によって形成されている。金属線Ｗ３は、ＪＩＳＨ４０００に規定された合金番号５１５４のアルミニウム合金（Ｍｇ：３．１〜３．９質量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、不可避不純物としてＦｅ：０．４質量％以下、Ｓｉ：０．２５質量％以下、Ｃｕ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、その他微量のＣｒ、Ｚｎ、Ｔｉを含んでいる）によって形成されている。
【００３７】
これらの金属線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３のそれぞれに対して、加熱前の伸線工程（以下では、伸線工程(a)と表記する）と加熱後の伸線工程（以下では伸線工程（ｂ）と表記する）との間の中間加熱工程（以下では、中間加熱工程 (c)と表記する）における温度を変えてみた。なお、伸線工程(a)では金属線を直径３．６ｍｍから１．１ｍｍに引き伸した。この場合の減面率は９０．７％である。また、伸線工程(b)では金属線を直径１．１ｍｍから０．２９ｍｍに引き伸した。この場合の減面率は９３．０％である。
【００３８】
図２は金属線Ｗ１に対する実験結果、図３は金属線Ｗ２に対する実験結果、図４は金属線Ｗ３に対する実験結果を示している。これらの図では、問題発生の有無を評価するため、脆化の有無、断線の有無、絡みの有無を示した。脆化の有無は伸線後の素線をねじり合わせた際に素線切れを生じるか否かにより模擬的に確認した。断線の有無は製造工程中における断線回数が所定の許容数に収るか否かにより判断し、絡みの有無は製造工程中における絡み発生回数が所定の許容数に収るか否かにより判断した。また、実験結果の一部では、伸線工程(a)後及び伸線工程(b)後における金属線の性質として、引張り強さ（図では単に「強さ（ＭＰａ）」と表記）、及び、破断伸び（図では単に「伸び（％）」と表記）とを示した。また、撚り合せ工程後における金属線の性質として、金属１本あたりの引張り強さ、破断伸び及び導電率（％ＩＡＣＳ（ＩＡＣＳ（international annealed copper standard）を基準とする割合値））を示した。
【００３９】
図２〜図４から加熱しない場合には、脆化されたままであり、断線の問題が生じることがわかる。また、２５０℃或は３５０℃に加熱した場合には、脆化及び断線の問題は解消されるものの、絡みの問題が生じることがわかる。ところが、１５０℃或は２００℃に加熱した場合には、脆化及び断線の問題が解消されること、及び、引張り強さがある程度の大きさに維持され絡みの問題も解消されることが判明した。
【００４０】
つまり、上記金属線を対象とした場合、複数の伸線工程の途中で、１５０℃〜２００度の加熱条件で加熱すると、後の工程で金属線を引き伸す際の加工性向上を図りつつ、引き伸された金属線の強度低下をなるべく抑制することができることを確認した。
【００４１】
また、１５０℃〜２００度の加熱温度を図１に照らして考えると、中間加熱工程での加熱温度は、引張り強さ及び破断伸びが急激に変化する温度範囲及びそれを超えることは好ましくなく、むしろ引張り強さ及び破断伸びが急激に変化する温度範囲を下回っていることが好ましいと考えられる。そして、引張り強さ及び破断伸びが急激に変化する温度範囲は、金属が再結晶し得る温度範囲であると考えられるため、中間加熱工程では、金属線を構成する金属が再結晶しない条件で、当該金属線を加熱すれば、内部歪みを除去して脆化を無くしつつ、ある程度の強度を維持できるということになる。
【００４２】
上記は、他の金属線に適用した場合にも同様の効果を得ることができると考えられる。特に、純アルミニウム又はアルミニウム合金製の金属線、より好ましくは、純アルミニウム又はＭｇ及びＦｅのうちの少なくとも一種を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金により形成されている金属線について好適であると考えられる。ここで、不可避不純物は、原料中に存在し或は製造工程において不可避的に混入するものであり、上記中間加熱工程における内部歪みを除去して脆化を無くすという作用を大きく害してしまうような影響を及さないのであれば、上記Ｍｇ或はＦｅと同程度或はそれ以上の量を含む場合もありうる。
【００４３】
以上の検討から、図５に示すように、金属細線の製造方法として、金属線を引き伸す工程(a)とこの工程(a)で引き伸された金属線をさらに引き伸す工程(b)との間で、金属線を構成する金属が再結晶しない条件で、当該金属線を加熱する工程(c)を実施すればよいことがわかる。
【００４４】
金属線を引き伸す工程(a)、(b)は、金属線を巻付可能な複数のキャプスタンに金属線を巻付け、各キャプスタン間で金属線に引張り力を加えつつ当該金属線を引抜く方法等、種々の引き伸し方法によって実施することができる。
【００４５】
金属線を加熱する工程(c)は、ローラを通って金属線を巻取る途中で、当該金属線に電気を流す給電ローラ或は電磁誘導等によって当該金属線に電気を流して加熱する方法、或は、巻取ローラに巻取られた金属線を加熱炉内で加熱する方法等によって実施することができる。
【００４６】
これにより、前記工程(c)によって引き伸された金属線が加熱され、その内部の歪みが除去される。これにより、次の工程(b)等において金属線をさらに引き伸す際、或は、撚り合わせる際等の加工性を向上させることができる。また、金属線は、それを構成する金属が再結晶しない条件で加熱されるため、金属線の強度低下をなるべく抑制することができる。
【００４７】
金属が再結晶しない条件は、金属を加熱する際の温度等によって定められる。そのような条件の一つは、例えば、金属線を構成する金属の再結晶温度よりも低い温度で金属線を加熱するという条件である。ここで、金属の再結晶とは、温度上昇によって歪みのある結晶粒が歪みの無い再結晶粒に置換えられる現象であり、再結晶温度とは、再結晶が生じる温度を指す。ここでは、再結晶温度とは、いずれかの結晶が再結晶をし始める温度として捉えられ、その温度は、金属によって異なり、例えば、ある種のアルミニウム合金の場合は２２０℃である。
【００４８】
さらには、工程(c)における加熱温度は、当該金属線に付着している潤滑液の沸点よりも低い温度であることが好ましい。つまり、上記金属線に対しては、加工中に金属線を送給し或はガイドするローラ等に対する滑りをよくするため、潤滑液が供給されており、金属線表面に潤滑液が付着している。上記工程(c)において金属線を潤滑液の沸点よりも高い温度で加熱すると、当該潤滑液が蒸発してしまう。そこで、工程(c)における加熱温度を当該金属線に付着している潤滑液の沸点よりも低い温度に設定することで、属線に潤滑液が付着した状態を維持することができる。これにより、金属線の表面潤滑性低下を抑制して、後の工程での加工性を維持できる。
【００４９】
潤滑液としては、例えば、合成油或は鉱物油等の油性潤滑剤が用いられ、その場合の沸点は一般的に２００°Ｃであり、上記金属が再結晶しない条件を満たすものを選定することが好ましい。
【００５０】
また、上記工程(c)では、金属線を雰囲気温度よりも高い温度に加熱すればある程度内部の歪み除去が図られると考えられる。
【００５１】
好ましくは、金属線を構成する金属を、回復させる条件で加熱すればよいと考えられる。ここで、金属の回復とは、金属を加熱した場合に上記再結晶が起る以前に生じる現象であり、再結晶によらない加工歪みエネルギーの低減現象を指す。このような回復の現象によって、引き伸された金属線の脆化除去及び加工性向上が図られていると考えられる。
【００５２】
図２〜図４の実験結果からすると、上記のような回復の現象を効果的に生じさせるためには、例えば、上記再結晶温度（摂氏）の６０％〜１００％の温度で加熱するとよいと考えられる。上記金属線Ｗ１の場合、再結晶温度は２２０℃であり、好ましい結果が得られた１５０℃〜２００℃は当該再結晶温度に対して６８％〜９１％の範囲内であり、上記金属線Ｗ２の場合、再結晶温度は２００℃であり、好ましい結果が得られた１５０℃〜２００℃は当該再結晶温度に対して７５％〜１００％の範囲内であり、上記金属線Ｗ３の場合、再結晶温度は２５０℃であり、好ましい結果が得られた１５０℃〜２００℃は当該再結晶温度に対して６０％〜８０％範囲内であることに鑑みると、再結晶温度（摂氏）の６０％〜１００％の温度で加熱すると、上記のような回復の現象を効果的に生じさせることができると考えられるからである。
【００５３】
なお、上記工程(a)の前、或は、工程(b)の後等にさらに他の引き伸し工程が実施されてもよい。
【００５４】
もっとも、上記工程(c)の後、さらに金属線を大きく引き伸してしまうと、金属線が再度脆化してしまう。そこで、工程(c)後、最終目的径となった金属細線を製造するまでの面積減少率を９８％以下とすることが好ましい。ここでは、面積減少率は、工程(c)直後の断面積をＳ１、最終目的径となった金属細線の断面積をＳ２とした場合、その断面積の減少率（（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１）で表され、その減少率が９８％以下となるように、伸線工程の回数、各伸線工程の加工度、工程(c)の挿入箇所等が設定される。なお、撚り合わせ工程等において複数の金属線がさらに圧縮されて引き伸される場合もある。例えば、金属線を撚り合わせて圧縮する場合、金属線は１０％程度引き伸される。そのような工程における引き伸しも考慮して、上記面積減少率を満たすように設定するとよい。例えば、工程(c)において、金属線を直径１．１ｍｍから直径０．２９ｍｍに引き伸す（減面率は９３％）、直径１．６ｍｍから直径０．２９ｍｍに引き伸す（減面率は９３％）、直径１．０から直径０．１９ｍｍに引き伸す（減面率は９７．４％）等である。
【００５５】
このように中間加熱工程(c)後における金属線の引き伸しを制約された範囲とすることで、中間加熱工程(c)による脆化抑制効果の維持を期待でき、完成形態或は完成形態に近い金属細線が脆くなってしまうこと抑制できる。これにより、後工程、例えば、撚り合わせ工程等における金属細線の破断等を有効に抑制できる。
【００５６】
もっとも、中間加熱工程(c)後において、金属線をあまり引き伸さないのであれば、中間加熱工程(c)を実施する意味が薄くなる。実際に、金属線を直径１．１ｍｍから０．４２ｍｍ（減面率は８５％）にするときでも脆化による問題が発生していることからすれば、工程(c)の後の面積減少率は、８０％以上であることが好ましい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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