(57)【要約】    【課題】  異物の巻き込みが少なく、被覆材の付着量、芯線径等を変更することができ、品質が安定した製品を低コストで製造することができる被覆金属線の製造方法及び製造装置を提供する。    【解決手段】  真空槽１０内を排気して減圧にした状態で、被覆材３を原料供給口１３からるつぼ４の保持部４ｂに供給し、高周波誘導加熱コイル１１によりるつぼ４を加熱して被覆材３を溶湯３ａにする。次に、真空槽１０内に不活性ガスを導入し、真空槽１０内を大気圧より高くした後、溶湯３ａを内筒の側壁４ｃに設けられた微細な孔６から被覆部４ａに供給した後、芯線供給口１４から芯線２を挿入する。そして、被覆部４ａの溶湯３ａの湯面の高さが一定になるように調節しながら、芯線２を溶湯３ａの湯面から供給し鋳型ノズル５の下方から引き抜くことにより、芯線２の表面に被覆材３を被覆すると共に鋳造する。【選択図】    図１
2005105326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又は合金からなる芯線の周囲に前記芯線と異なる金属又は合金からなる被覆層が形成された被覆金属線の製造方法において、溶湯炉内に前記被覆層の材料の溶湯を貯留し、前記溶湯炉内の溶湯中に前記芯線を前記溶湯の湯面から挿入し前記溶湯炉の底部から引き抜くように挿通させると共に、この芯線引き抜きの間、前記溶湯の湯面高さを一定に保持することを特徴とする被覆金属線の製造方法。
【請求項２】
前記溶湯炉内において、前記被覆層の材料を溶解させることを特徴とする請求項１に記載の被覆金属線の製造方法。
【請求項３】
前記溶湯炉には、前記溶湯を保温し保持する保持部と、前記溶湯が前記芯線に接触してその周囲に被覆される被覆部と、前記被覆部と前記保持部とを仕切る壁とが設けられており、前記被覆部内の溶湯の湯面が一定になるように、前記保持部内に前記被覆層の材料を補給することを特徴とする請求項１又は２に記載の被覆金属線の製造方法。
【請求項４】
前記溶湯炉の底部に下方に延びるノズルを連通させ、前記被覆層が被覆された芯線を前記ノズルを介して下方に引き抜くことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被覆金属線の製造方法。
【請求項５】
前記芯線として鋼線を使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被覆金属線の製造方法。
【請求項６】
前記被覆層の材料として銅又は銅合金を使用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の被覆金属線の製造方法。
【請求項７】
金属又は合金からなる芯線の周囲に前記芯線と異なる金属又は合金からなる被覆層が形成された被覆金属線の製造装置において、前記被覆層の材料の溶湯を貯留する溶湯炉と、前記芯線を前記溶湯炉の上方から炉底部を挿通して下方に引き抜く引き抜き手段とを有し、前記溶湯炉は、溶湯炉内の溶湯が前記芯線に接触してその周囲に被覆される被覆部と、前記溶湯を保温し保持する保持部と、前記被覆部と前記保持部とを仕切る壁と、前記保持部内に前記被覆層の材料を補給する補給手段とを有し、前記補給手段は、前記被覆部内の溶湯の湯面が一定になるように、前記保持部内に前記被覆層の材料を補給することを特徴とする被覆金属線の製造装置。
【請求項８】
前記被覆部の溶湯炉の底部には、下方に延びるノズルが連通されていて、前記被覆層が被覆された芯線がこのノズルを介して下方に引き抜かれ、被覆金属線の外径が前記ノズルの内径により決まることを特徴とする請求項７に記載の被覆金属線の製造装置。
【請求項９】
前記補給手段は、前記被覆層の材料を固体状で前記保持部内に供給し、前記溶湯炉は前記保持部を加熱して前記固体状の材料を溶解するものであることを特徴とする請求項７又は８に記載の被覆金属線の製造装置。
【請求項１０】
前記溶湯炉は真空槽内に設置され、前記溶湯は真空雰囲気に保持されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の被覆金属線の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードリード線及び電車用トロリー線等に使用される銅覆鋼線及び銅合金覆鋼線等の被覆金属線を連続的に製造する被覆金属線の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被覆金属線を製造する方法としては、例えば、芯線を銅又は銅合金等の被覆材の溶湯に浸漬することにより芯線の表面に被覆材を被覆させる浸漬形成（ディップ・フォーミング）法がある（例えば、特許文献１又は２参照。）。このディップ・フォーミング法では、芯線を溶湯が貯留されているるつぼの底部（下方）から挿入して上方に引き抜くことにより、溶湯に連続的に浸漬している。特許文献１に記載の銅被覆鋼線の製造方法では、鋼線を銅又は銅合金の溶湯中に連続的に浸漬した後、７５０乃至８５０℃の温度条件下で圧延比が１０乃至４０％の範囲で熱間圧延することにより、鋼線と銅又は銅合金とを金属結合させて強度と耐磨耗性を向上させている。特許文献２に記載の被覆鋼線の製造方法では、銅又は銅合金の溶湯に浸漬する前に、ダイスを挿通させて鋼線の皮を剥ぐ工程において、ダイスの入口側に液体窒素を吹きかけることにより、ダイスを冷却すると共に、鋼線の表面に付着した不要物を除去して、強度と耐磨耗性を向上させている。
【０００３】
また、内面をワイヤブラッシング等により清浄化した銅管中に、ショットブラスト又はワイヤブラッシング法等により表面を清浄化した鋼線を挿入して、銅覆鋼線にする方法もある。図５はこの方法で製造された銅覆鋼線を示す斜視図である。
【０００４】
更に、鋼線の表面に銅又は銅合金を均一に被覆するために、銅又は銅合金を加熱溶融させるるつぼに直結された鋳型に鋼線を挿通させ、この鋼線を水平方向に引き抜くことにより被覆鋼線を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献３又は４参照。）特許文献３に記載の方法では、るつぼの側壁に鋳型を設け、この鋳型と対向する側壁に鋼線供給用の穴を設けて、この穴から鋼線を所定の張力を付与しながら供給する。特許文献４に記載の製造方法においては、鋼線をワイヤブラシによる浄化した後整直機にて整直する工程と、鋼線の表面を銅又は銅合金で被覆して鋳造する工程と、熱処理により調質する工程と、を連続して行っている。
【０００５】
【特許文献１】特公平２−１１４６０号公報  （第２−４頁、第１図）
【特許文献２】特公平４−２４１６８号公報  （第２−３頁、第１−２図）
【特許文献３】特開平５−２２０５４５号公報  （第２−３頁、第１図）
【特許文献４】特開平７−１２４７３６号公報  （第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。特許文献１及び２に記載のディップ・フォーミング法は、設備が大型であり、貯留炉にて被覆材を溶湯の状態で保持し続ける必要があるため、エネルギー費等の設備維持費がかかる。また、鋼線をるつぼの下方（底部）から挿入するため、溶湯の漏れを防止し、鋼線表面を清浄にするための真空ツール機構が必要であり、特殊技術を要すると共に装置の構造が複雑になる。更に、この方法では、被覆材の溶湯を上方に引き上げながら鋳造するため、鋳造の際に、溶湯の湯面に浮遊している比重の軽い耐火物である非金属介在物等の異物を巻き込む可能性が高く、これが製品品質に影響する虞がある。更にまた、１回のディッピングにより鋼線に付着し得る銅の量は、中心軸に垂直な断面における面積比で６０％程度が限界であり、導電率７０％ＩＡＣＳ（銅面積比で６７％程度）以上を確保するためには、複数回ディッピングしなければならないという問題点もある。なお、ＩＡＣＳ（％）は、国際軟銅標準による導電率であり、同温同体積の標準軟銅（比抵抗１．７２４１μΩ／ｃｍ・２０℃）の導電率との比で表され、数値が大きいほど導電性が高い。
【０００７】
銅管に鋼線を挿入する方法では、銅管内に鋼線を挿入した後、別工程で所定の寸法まで伸線加工するが、この製法では銅と鋼とが固相接合するため、所定の加工度を与えないと金属的に接合しない。しかしながら、その伸線加工工程において、銅と鋼とを均一に接合させることは難しく、加工後の銅と鋼との面積比にばらつきが生じやすい。また、１回あたりに製造できる量には制限があり、連続製造するためには嵌合した母材を連結させて使用するが、製品用途によっては連結部を後で取り除かねばならい場合があり、更に、製品の品質が母材のロット毎にばらつき、安定的ではないという問題点もある。このため、製造コストは、手間がかかる分増加する。
【０００８】
特許文献３及び４に記載の製造方法は、鋳造方向が水平方向であるため、若干ではあるが、重力の影響で、鋼線に溶銅が付着凝固する際に上下組織に差が生じることがある。また、銅線の挿入口が、溶湯が入っているるつぼの底部付近の横壁設けられているため、湯漏れしないような設備構造が必要であり、設備及び作業の安全面で不安定要因がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、異物の巻き込みが少なく、被覆材の付着量、芯線の径等を変更することができ、品質が安定した製品を低コストで製造することができる被覆鋼線の製造方法及び製造装置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】
【００１０】
本願第１発明に係る被覆鋼線の製造方法は、金属又は合金からなる芯線の周囲に前記芯線と異なる金属又は合金からなる被覆層が形成された被覆金属線の製造方法において、溶湯炉内に前記被覆層の材料の溶湯を貯留し、前記溶湯炉内の溶湯中に前記芯線を前記溶湯の湯面から挿入し前記溶湯炉の底部から引き抜くように挿通させると共に、この芯線引き抜きの間、前記溶湯の湯面高さを一定に保持することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、芯線を溶湯に浸漬する際に、溶湯の湯面から挿入し溶湯炉底部から引き抜くように挿通させるため、溶湯の湯面に浮遊している異物の巻き込みを少なくすることができる。また、芯線引き抜きの間、溶湯の湯面高さが一定であるため、芯線が溶湯に浸漬される時間が一定になり、芯線表面部が溶解及び拡散する量を均一にすることができる。これにより、被覆鋼線の品質が安定化する。更に、芯線の直径及び溶湯炉底部の引き抜き孔の直径を変更することにより、被覆層の厚さを調節することができる。
【００１２】
前記製造方法においては、前記溶湯炉内において、前記被覆層の材料を溶解させてもよい。これにより、別途溶解炉を設ける必要がなくなるため、装置を小型化することができると共に、製造コストを低減することができる。
【００１３】
また、前記溶湯炉には、前記溶湯を保温し保持する保持部と、前記溶湯が前記芯線に接触してその周囲に被覆される被覆部と、前記被覆部と前記保持部とを仕切る壁とが設けられており、前記被覆部内の溶湯の湯面が一定になるように、前記保持部内に前記被覆層の材料を補給することが好ましい。これにより、湯面高さを低くして、芯線が溶湯に浸漬される時間を少なくすることができるため、芯線線表面部が必要以上に溶解及び拡散することを防止できる。
【００１４】
更に、前記溶湯炉の底部に下方に延びるノズルを連通させ、前記被覆層が被覆された芯線を前記ノズルを介して下方に引き抜いてもよい。これにより、所定の寸法及び形状に鋳造することができる。
【００１５】
更にまた、前記金属線としては、例えば、鋼線を使用することができ、前記金属線を被覆する金属又は合金としては、例えば、銅又は銅合金を使用することができる。
【００１６】
本願第２発明に係る被覆鋼線の製造装置は、金属又は合金からなる芯線の周囲に前記芯線と異なる金属又は合金からなる被覆層が形成された被覆金属線の製造装置において、前記被覆層の材料の溶湯を貯留する溶湯炉と、前記芯線を前記溶湯炉の上方から炉底部を挿通して下方に引き抜く引き抜き手段とを有し、前記溶湯炉は、溶湯炉内の溶湯が前記芯線に接触してその周囲に被覆される被覆部と、前記溶湯を保温し保持する保持部と、前記被覆部と前記保持部とを仕切る壁と、前記保持部内に前記被覆層の材料を補給する補給手段とを有し、前記補給手段は、前記被覆部内の溶湯の湯面が一定になるように、前記保持部内に前記被覆層の材料を補給する。
【００１７】
本発明においては、溶融炉内が、保温し保持する保持部と溶湯が前記芯線に接触してその周囲に被覆される被覆部とに分かれているため、保持部から被覆部に流入する溶湯の量を調節することにより、被覆部の溶湯の湯面高さを調節することができる。これにより、芯線が溶湯に浸漬される時間を調節することができるため、金属線表面部が必要以上に溶解及び拡散することを防止できる。
【００１８】
前記被覆部の溶湯炉の底部には、下方に延びるノズルが連通されていて、前記被覆層が被覆された芯線がこのノズルを介して下方に引き抜かれ、被覆金属線の外径が前記ノズルの内径により決まってもよい。また、前記補給手段は、前記被覆層の材料を固体状で前記保持部内に供給し、前記溶湯炉は前記保持部を加熱して前記固体状の材料を溶解してもよい。更に、前記溶湯炉を真空槽内に設置し、前記溶湯を真空雰囲気に保持することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、芯線を溶湯に浸漬する際に、溶湯の湯面から挿入し溶湯炉の底部から引き抜くように挿通させることにより、溶湯の湯面に浮遊している異物の巻き込みを減少させることができると共に、芯線引き抜きの間、溶湯の湯面高さを一定にすることにより、芯線が溶湯に浸漬される時間を一定に保持し、芯線表面部が溶解及び拡散する量を均一化することができるため、ディップ・フォーミング法及び横型鋳造法に比べて品質を安定化させることができ、また、溶湯の漏れを防止する機構等が不要になるため、装置を簡素化及び小型化して製造コストを低減することができ、更に、芯線の径及び溶湯炉底部の芯線引き抜き孔の直径を変更することにより、被覆層の厚さ、即ち、被覆材の被覆率を調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る被覆金属線の製造方法について説明する。先ず、本実施形態において使用される製造装置について説明する。図１はこの製造装置を模式的に示す断面図であり、図２は図１の拡大断面図である。図１及び２に示すように、本実施形態の被覆金属線１の製造装置には、被覆材３の溶湯３ａを貯留するるつぼ４、及び芯線２をるつぼ４の上方から底部を挿通して下方に引き抜く引き抜き手段（図示せず）が設けられている。このるつぼ４は石英管等からなる真空槽１０の中に配置されており、真空槽１０の周囲にはるつぼ４を加熱する高周波誘導加熱コイル１１が配置されている。また、るつぼ４の底部には下方に向かって延びる鋳型ノズル５が連通されている。
【００２１】
本実施形態の製造装置におけるるつぼ４は、外筒と内筒とが同軸状に配置された２重構造になっており、外筒４と内筒４との間が溶湯３ａを保温し保持する保持部４ｂであり、内筒の内側が芯線２を溶湯３ａに浸漬させる被覆部４ａである。即ち、被覆部４ａの外側に保持部４ｂが設けられており、この被覆部４ａと保持部４ｂは内筒の側壁４ｃにより被着られている。保持部４ｂに貯留できる溶湯３ａの量は、例えば、５ｋｇ程度である。また、内筒の側壁４ｃの下部には、複数個の微細な孔６が形成されており、この孔６から溶湯３ａが被覆部４ａに供給される。更に、被覆部４ａの上部には、芯線２を鋳型ノズル５の所定の位置に案内するセンタリングガイド８が設けられている。そして、るつぼ４の底部には、溶湯３ａにより被覆された芯線２を所定の形状に成形する鋳型ノズル５が連通されている。
【００２２】
この製造装置におけるるつぼ４の周囲には、るつぼ４を保温する（るつぼ４からの放熱を防ぐ）グラスウール又はセラミック製の断熱材７が設けられている。また、鋳型ノズル５の周囲には、溶湯３ａを冷却して凝固させるための水冷ジャケット１２が設けられており、断熱材７と水冷ジャケット１２との間には、るつぼ４が水冷ジャケット１２に接触することを防止する耐熱レンガ９が設けられている。更に、真空槽１０の上面には、るつぼ４に固体状の被覆材３又はその溶湯３ａを供給する原料供給口１３と、芯線２を被覆部４ａに案内する芯線挿入口１４とが設けられている。
【００２３】
なお、被覆材３として酸素量が２０ｐｐｍ以下の無酸素銅又は、酸素量が５０乃至１００ｐｐｍ程度の低酸素銅を使用する場合、るつぼ４及び鋳型ノズル５は還元力がある黒鉛製にすることが好ましい。
【００２４】
次に、この製造装置を使用して、被覆金属線１を製造する方法について説明する。先ず、真空槽１０の上面に設けられた原料供給口１３からワイヤ状の被覆材３を挿入し、るつぼ４の保持部４ｂに供給する。そして、高周波誘導加熱コイル１１によりるつぼ４を加熱して、被覆材３を溶湯３ａにする。このとき、真空槽１０内を排気して減圧にしておく。この溶湯３ａは内筒の側壁４ｃの下部に設けられた微細な孔６を通って、被覆部４ａにも貯留し、更に、被覆部４ａの底部から鋳型ノズル５へと流入する。
【００２５】
次に、真空槽１０内にアルゴンガス等の不活性ガス又は弱還元性ガスを導入し、真空槽１０内を大気圧より高くする。そして、芯線供給口１４から芯線２を挿入する。この芯線２は、被覆部４ａに設けられたセンタリングガイド８により、鋳型ノズル５の中心部に案内される。そして、芯線２を湯面から溶湯３ａ中に挿入し、溶湯３ａの湯面高さを一定に保持した状態で、鋳型ノズル５の下方から引き抜く。これにより、芯線２の表面に被覆層が形成されると共に、所定の寸法及び形状に鋳造される。その際、例えば、引き抜き時間０．１乃至５．０秒、停止時間１．０乃至５．０秒とし、この引き抜きと停止とを繰り返すことにより被覆金属線１を間欠的に引き出し、５０乃至３００ｍｍ／分の速度で連続鋳造する。これにより、例えば、直径が８．０乃至２２．０ｍｍの６０％ＩＡＣＳの銅覆鋼線又は、直径が８．０乃至２２．０ｍｍの７０％ＩＡＣＳの銅覆鋼線等の被覆金属線を製造することができる。
【００２６】
本実施形態の製造方法においては、被覆部４ａにおいて芯線２が溶湯３ａ中に浸漬される際、芯線２の表面が溶湯３ａと接触して凝固及び再溶解する。これにより、芯線２の極表面が拡散して清浄化する。そして、最終的に被覆材３が芯線２の表面に付着して凝固する時点では、芯線２の表面波酸化スケールがなくなるため、芯線２の前処理としては、酸化スケールの除去のみ行えばよい。
【００２７】
本実施形態の被覆金属線の製造方法においては、るつぼ４を保持部４ｂと被覆部４ａとを内筒により分離した２重構造にし、溶湯３ａを内筒の側壁４ｃに設けた微細な孔６により被覆部４ａに供給する。これにより、保持部４ｂ及び被覆部４ａの溶湯面の高さの差によって生じる圧力差を利用して、被覆部４ａに供給される溶湯３ａの量を調節することができる。このとき、図２に示すように、保持部４ｂ及び被覆部４ａにおける溶湯３ａの湯面差をΔｈ０（ｍｍ）、孔６の直径をｄ（ｍｍ）としたとき、被覆部４ａへの溶湯３ａの流入量Ｆ（ｍｌ／分）は、下記数式１により求められる。
【００２８】
【数１】
2005105326.tif 000003
【００２９】
なお、上述した各パラメータは以下の手順で設定することができる。例えば、芯線２として鋼線を使用し、被覆材３に銅を使用して、鋼線が溶銅に浸漬されている間に拡散溶解し、銅覆鋼線１の銅層中に含まれる電気抵抗に影響する不純物である鉄の濃度を１０ｐｐｍ以下にする場合、先ず、銅層中の鉄濃度が１０ｐｐｍ以下になるように、鋼線を溶銅に浸漬する時間を設定する。次に、製造したい銅被覆鋼線の寸法から鋼線に付着させる銅の量を求め、それに見合った溶銅量、即ち、内筒４ａの内側の溶銅の高さΔＨを設定する。次に、被覆部４ａの溶銅の高さΔＨの設定値から溶銅の流入量Ｆを求め、上記数式１より孔６の直径ｄ及び湯面差Δｈ０を設定する。そして、上述のように設定した浸漬時間及び被覆部４ａの溶銅の高さΔＨから鋳造速度を決定する。具体的には、例えば、直径が８．０ｍｍの７０％ＩＡＣＳ銅覆鋼線を、３００ｍｍ／分の速度で鋳造する場合、溶銅への浸漬時間は最大で５秒である。よって、内筒４ａの内側の溶銅の高さΔＨは２５ｍｍ以下となり、孔６の直径ｄは０．７ｍｍになる。
【００３０】
このように、本実施形態の製造方法においては、保持部４ｂ及び被覆部４ａに貯留されている溶湯３ａの湯面差Δｈ０を調節することにより、被覆部４ａへの溶湯３ａの流入量Ｆ、即ち、被覆部４ａの溶湯３ａの高さΔＨを制御することができる。その結果、芯線２への被覆材３の付着量及び芯線２の表面の溶解及び拡散量を抑制して、所定の量の被覆材を芯線表面に被覆させることができる。
【００３１】
そして、本実施形態の被覆金属線の製造方法においては、芯線引き抜き（鋳造している）間、溶湯３ａの湯面高さを一定に保持する。引き抜き速度（鋳造速度）が一定の場合、被覆部４ａに貯留されている溶湯３ａの湯面高さΔＨは、保持部４ｂから流入する溶湯の量Ｆにのみ影響を受ける。従って、溶湯３ａの流入量Ｆが一定であれば、被覆部４ａにおける湯面高さΔＨは一定になる。上記数式１に示されるように、溶湯３ａの流入量Ｆは、内筒の側壁４ｃに形成された孔６の直径ｄ及び湯面差Δｈ０により決定する。孔６の直径ｄは変化しないので、湯面差Δｈ０を一定に保持することにより、被覆部４ａにおける湯面高さΔＨを一定に保持することができる。具体的には、例えば、保持部４ｂに貯留されている溶湯３ａの湯面をカメラにより観察し、その映像を画像処理して湯面の変動を確認した結果を基に芯線２の供給量を調節して、保持部４ｂの湯面高さを一定にすることにより、被覆部４ａの湯面高さΔＨを一定にする。
【００３２】
本実施形態の製造装置におけるるつぼ４は、溶解炉及び保持炉の両方の機能を備えているため、投入前の原材料の予備加熱が不要であり、ディップフォーミング方式の製造装置に比べて、設備を小型化することができるため、設備の維持管理費及び使用電力量を低減することができる。また、このるつぼ４に被覆材３を供給する際は、前述の製造方法のように、ワイヤ状又は粒状等の固体状の被覆材をるつぼ４内で溶解して溶湯３ａにすることもできるが、これに限定されるものではなく、例えば、別の溶解炉で溶解した溶湯を供給してもよい。また、連続運転することにより、長尺な被覆金属線を製造することもできる。更に、必要に応じて、高周波誘導加熱コイル１１による加熱を中止したり、再加熱したりすることができるため、必要なときに必要な量だけ製造することができる。更にまた、本実施形態の製造装置は、小型で、自動化しやすい機構であるため、各工程を自動化して無人運転することも可能である。その結果、従来の製造方法に比べて、製造コストを大幅に低減することができる。
【００３３】
本実施形態の被覆金属線の製造方法においては、鋳造ノズル５がるつぼ４の底部に連通されているため、被覆金属線１の直径に相当する鋳造ノズル５の内径（鋳型内径）と、芯線の直径との組み合わせを変更することより、芯線に被覆させる被覆材の量を調節することができると共に、１回の鋳造で、被覆材の被覆量を芯線の中心軸に対して垂直な断面における面積比で７０％以上にすることもできる。また、鋳造時に、溶湯面に浮上した比重の軽い非金属介在物等の異物を巻き込む可能性が低いため、被覆金属線１の品質を安定させることができる。
【００３４】
更に、芯線２は溶湯３ａの上方から溶湯面に対して垂直に挿入されるため、溶湯３ａの漏れを防止する機構が不要であり、また、芯線挿入口１４と鋳型ノズル５の中心軸の位置を合わせることにより、被覆金属線１の偏芯を容易に防止することができると共に、長手方向に垂直な断面において質量の影響を均等に受けるため、芯線に被覆された被覆材の金属組織を均一にすることができる。
【００３５】
更にまた、真空槽１０内を陽圧にすることで、原料供給口１３及び芯線挿入口１４からの空気等の流入を防止することができると共に、真空槽１０内における被覆材３及び芯線２の酸化を抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態における芯線２及び被覆材３としては、種々の金属を使用することができ、被覆材３の融点が芯線２の融点よりも低い材料であればよい。例えば、芯線２に鋼を使用する場合、被覆材３として銅、銅−銀合金、銅−錫合金、銅−亜鉛合金、アルミニウム及びニッケル等を使用することができ、芯線２にモリブデン及びタングステンを使用する場合は、被覆材３として白金等を使用することができる。また、被覆材３として複数の材料をるつぼ４に供給することもできる。例えば、強度及び耐熱性等の機能が必要な場合は、銅と添加元素とを同時に所定の比率でるつぼ４内に供給することにより、芯線２に銅合金を被覆させることができる。具体的には、例えば、芯線２に直径が４．０乃至１３．０ｍｍの低炭素鋼線を使用し、被覆材３としては、直径が８ｍｍの無酸素銅荒引線、直径が１．０ｍｍの銀線及び直径が１．０ｍｍの錫線を溶解して、銅に対して銀の含有率が０．１乃至１．０質量％、錫の含有量が０．１乃至１．０質量％になるようにしたものを使用する。このとき、るつぼ４内は高周波誘導により加熱されているため、溶湯３ａ内で対流が生じて十分に撹拌されるため、るつぼ４内において各成分は均一に分散される。
【００３７】
また、本実施形態の製造方法においては、溶湯３ａがるつぼ４から流出したり、溶湯面に浮遊している非金属介在物等の異物を巻き込んだりしない程度であれば、製造装置を傾けて使用してもよい。
【実施例１】
【００３８】
以下、本発明に係る被覆金属線の製造方法について、実施例により詳細に説明する。本発明の実施例１として、図３に示す製造装置を使用して、直径が８．０ｍｍの銅覆鋼線２１を製造した。先ず、図４に示すように、るつぼ２４の底部の中心部に、内径が８．０ｍｍのグラファイト製の鋳型ノズル２５を擦り合わせにより接合した。そして、溶湯２３ａ中に溶解拡散しても影響のない材料からなり、先端面が球状で、表面が若干荒らしてあるスターティングロット３６を、鋳型ノズル２５に下方から挿入し、その先端が鋳型ノズル２５の上端面と略同じ位置になるようにした。次に、真空槽３０内を排気して１３Ｐａ以下にすると共に、真空槽３０の原料供給口３３から直径が８ｍｍの無酸素銅線２３を挿入し、この無酸素銅線２３をグラファイト製のるつぼ２４の保持部２４ｂで溶解して溶湯２３ａにした。これにより、銅線２３中含まれる酸素を除去され、酸素量が１０ｐｐｍ以下の無酸素銅の溶湯２３ａを得た。このとき、被覆部２４ａに溶湯２３ａが流入しないように、内筒の側壁２４ｃに形成された微細な孔２６を封鎖しておいた。
【００３９】
次に、アルゴンガス等の不活性ガス３５を導入して、真空槽３０内の雰囲気を置換した。このとき、原料供給口３３及び芯線挿入口３４を開放したときに、真空槽３０の外から空気が流入することを防ぐため、真空槽３０内の圧力が大気圧より高くなるようにした。
【００４０】
次に、内筒の側壁２４ｃに設けられた孔２６を開放し、溶湯２３ａを被覆部２４ａに供給すると共に、芯線挿入口３４から直径が４．７ｍｍの鋼線２２を挿入した。この鋼線２２は、芯線挿入口３４及び内筒４ａの中間部に設けたセラミックス製のセンタリングガイド２８に案内されて、鋳型ノズル２５の中心部に供給される。なお、芯線挿入口３４、センタリングガイド２８及び鋳型ノズル２５は、中心軸の位置が略等しくなるように、予め調節しておいた。
【００４１】
次に、鋼線２２及び溶湯２３ａをスターティングロット３６に凝固接合させた後、鋳造ノズル２５の下方に設けたピンチロール３７で、スターティングロット３６を引き抜くことにより、鋳造を開始した。そして、引き抜き速度を１０ｍｍ／秒、引き抜き時間を１５秒、停止時間を１．５秒とし、引き抜きと停止を繰り返す間欠方式により、平均鋳造速度３００ｍｍ／分で鋳造を行った。このとき、溶湯２３ａを凝固させるため、鋳造ノズル２５外面に接するように設けられた水冷ジャケット３２により、鋳造ノズル２５を冷却した。
【００４２】
なお、鋳造中は、鋼線に被覆される溶湯２３ａの質量と、孔２６から被覆部２４ａ内に供給される溶湯２３ａの質量と、保持部２４ｂに供給される無酸素銅線２３の質量とが等しくなるようにした。具体的には、保持部２４ａに貯留されている溶湯２３ａの湯面をカメラにより観察し、その映像を画像処理することによって溶湯２３ａの湯面高さの変動を確認した。そして、鋼線２２の供給量を調節して、保持部２４ｂの湯面高さを一定にすることによって、被覆部２４ｂの湯面高さΔＨを一定にした。
【００４３】
本実施例の製造方法においては、中心軸に垂直な断面における銅の面積比（以下、被覆率ともいう）が７０％であり、鋼線と銅との接合性が優れた銅覆鋼線が得られた。これは、加工前の鋼線２２の表面が多少酸化していても、不活性ガス中を３００ｍｍ／分程度の速度で移動するため、表面の酸化が進行せず、更に、内筒２４ａにおいて溶湯２３ａと短時間接触するため、表面が溶解して清浄化されると共に、鋼線２２が予熱されるため銅の凝固が円滑に進行するためである。
【実施例２】
【００４４】
次に、本発明の実施例２として、直径が８．０ｍｍの銅−銀合金覆鋼線を製造した。本実施例においては、被覆材の材料として、るつぼの保持部に、直径が８．０ｍｍの無酸素銅線と共に、直径が１．０乃至２．０ｍｍの銀線又は銀粒を、被覆材全質量あたりの添加量が０．０１乃至１．０質量％になるように投入した。それ以外は、前述の実施例１と同様の方法及び条件で製造した。これにより、被覆率が７０％である銅−銀覆鋼線を製造することができた。
【実施例３】
【００４５】
次に、本発明の実施例３として、直径が８．０ｍｍの銅−錫合金覆鋼線を製造した。本実施例においては、被覆材の材料として、るつぼの保持部に、直径が８．０ｍｍの無酸素銅線と共に、直径が１．０乃至２．０ｍｍの錫線又は錫粒を、被覆材全質量あたりの添加量が０．０１乃至１．０質量％になるように投入した。それ以外は、前述の実施例１と同様の方法及び条件で製造した。これにより、被覆率が７０％である銅−錫覆鋼線を製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態の被覆金属線の製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す製造装置のるつぼ部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例１の製造方法において使用した製造装置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１の製造方法におけるスターティングロットの配置位置を示す断面図である。
【図５】銅管に鋼線を挿入する方法で製造された銅覆鋼線を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１；被覆金属線
２；芯線
３；被覆材
３ａ、２３ａ；溶湯
４、２４；るつぼ
４ａ、２４ａ；被覆部
４ｂ、２４ｂ；保持部
４ｃ、２４ｃ；内筒の側壁
５、２５；鋳型ノズル
６、２６；孔
７；断熱材
８、２８；センタリングガイド
９；断熱レンガ
１０、３０；真空槽
１１；高周波誘導加熱コイル
１２、３２；水冷ジャケット
１３、３３；原料供給口
１４、３４；芯線挿入口
１５、３５；不活性ガス
２１、５１；銅覆鋼線
２２；鋼線
２３；銅線
３６；スターティングロット
３７；ピンチロール
５０；銅管
【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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