(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅又は銅合金からなる押出素材が嵌合される溝が周方向に沿って形成され回転駆動されるホイールと、このホイールの外周面の一部に対向するように設けられたシューブロックと、前記溝における前記シューブロックからの出口に設けられたアバットメント及びダイチャンバとを有する押出成形装置を使用し、前記溝における前記シューブロックへの入り口に前記押出素材を連続的に供給し、前記ホイールの回転により、前記溝に嵌合した押出素材と前記ホイール及びシューブロックとの摩擦により発生する熱により前記押出素材を可塑化させ、この可塑流動体となった押出素材を前記シューブロックからの出口にて前記アバットメントにより前記ダイチャンバに向けて供給し、前記押出素材をこのダイチャンバにて所定形状に押出成形するコンフォームによる押出成形方法において、前記銅又は銅合金素材の長手方向に直交する断面積をＡ０、押出された押出成形品の長手方向に直交する断面積をＡ１としたとき、Ａ０／Ａ１が１．６乃至９．６であることを特徴とする押出成形方法。
【請求項２】
銅又は銅合金からなる押出素材が嵌合される溝が周方向に沿って形成され回転駆動されるホイールと、このホイールの外周面の一部に対向するように設けられたシューブロックと、前記溝における前記シューブロックからの出口に設けられたアバットメント及びダイチャンバとを有する押出成形装置を使用し、前記溝における前記シューブロックへの入り口に前記押出素材を連続的に供給し、前記ホイールの回転により、前記溝に嵌合した押出素材と前記ホイール及びシューブロックとの摩擦により発生する熱により前記押出素材を可塑化させ、この可塑流動体となった押出素材を前記シューブロックからの出口にて前記アバットメントにより前記ダイチャンバに向けて供給し、このダイチャンバにて芯材の周囲に前記押出素材を所定形状に押出して被覆するコンフォームによる押出成形方法において、前記銅又は銅合金素材の長手方向に直交する断面積をＡ０、押出された押出成形品中の銅又は銅合金被覆材の長手方向に直交する断面積をＡ１としたとき、Ａ０／Ａ１が１．６乃至９．６であることを特徴とする押出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は銅又は銅合金の線素材をコンフォームにより押出加工して連続的にパイプ、平角線、セグメンタル導体素線又は銅被覆複合線等を成形するのに好適な押出成形方法に関し、特に、押出成形品中への異物の巻き込みの低減を図った押出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、銅パイプ、銅平角線及びセグメンタル導体用銅素線等の銅製品並びに銅被覆鋼線及び銅被覆アルミニウム線等の銅被覆複合線がコンフォーム押出機といわれる押出成形装置により押出成形されて製造されている。
【０００３】
図１は従来の押出成形装置を示す断面図である。押出成形装置のホイール１はその周面に銅素材３が嵌合される溝２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１の上方から側方にかけて、シューブロック５がホイール１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５には、ホイール１の中心軸の側方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は成形品の押出形状を規定する押出成形用ダイス７と、ホイール１の溝２内に挿入されたアバットメント８とを有する。これらのダイス７及びアバットメント８は、ダイチャンバ６内に嵌合され、アバットメント８は溝２内に位置するように配置されている。また、シューブロック５とホイール１との間の銅素材３の入り口には、ガイドローラ１０及び導入路４が設けられており、このガイドローラ１０に案内されて銅素材３が導入路４に引き込まれ、導入路４にて銅素材３が導入路４とホイール１との間の摩擦熱により加熱され、可塑流動化する。
【０００４】
このように構成された従来の押出成形装置を使用して銅素線を銅平角線に押出成形する場合、先ず、押出される銅素材３は、その表面の酸化皮膜及び油等の汚れが完全に除去された状態で、ガイドローラ１０により案内されて駆動するホイール１と固定されたシューブロック５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８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及びダイチャンバ６室内の銅素材３は、導入路４とシューブロック５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。そして、可塑流動体の銅素材３はダイス７から銅平角線９として押出される。このように、従来の押出成形装置によれば、銅素材に連続的に押出成形を施すことができる。
【０００５】
しかし、この従来の押出成形装置を使用して押出成形品を製造した場合には、押出成形品の表面に膨れ等の異状が生じて品質が低下することがある。溝２の表面は、アバットメント８を通過した後、高温状態で大気に曝されるので、この表面に銅酸化物が生成される。この銅酸化物の一部は、押出成形時にフラッシュと呼ばれるスクラップとして回収可能であるが、一部は回収されずに溝２の表面に残存する。残存した銅酸化物１１はホイール１の駆動により導入路４に送り込まれるので、連続して銅素材３が導入路４に引き込まれる際に銅素材３の表面に付着してダイチャンバ６まで持ち込まれる。そして、銅酸化物１１は押出成形品の内部に巻き込まれ、この巻き込みに伴って内部に持ち込まれた汚れ分、異物及びガス成分等が押出成形品の表面に膨れ等の異状を起こし、品質を低下させているのである。
【０００６】
また、押出成形直後には異状が生じていない場合にも、この後の工程として焼鈍等の熱処理又は実際に使用される環境を模擬した加熱試験等が施されたときに押出成形品の表面に膨れが生じたり、内部に大きな空隙が生じることがある。
【０００７】
そこで、押出成形時に高温となる導入路、ダイチャンバ及びアバットメントに還元性のガスを吹付けて、素材の酸化を抑制する方法が提案されている（ＧＢ−Ｂ−２２４１６６０号）。また、前述のような装置全体をフードで囲い、その内部を不活性ガス等で充満して非酸化性雰囲気とすることにより、酸化を抑制する方法が提案されている（ＰＣＴ公開ＷＯ９５／１７２７０号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来方法には、以下に述べるような問題点がある。
【０００９】
ＧＢ−Ｂ−２２４１６６０号に開示された方法では、押出速度が速く、酸化物の生成及びその酸化物の巻き込みが急速に行われる条件下では、還元反応が間に合わず、酸化物の巻き込みが十分には抑制されない。また、還元性ガスに曝されるダイチャンバ及びアバットメントの表面が急速に劣化し、これら押出工具の寿命が短くなり、この結果、押出成形品のコストが上昇するという欠点もある。
【００１０】
一方、ＰＣＴ公開ＷＯ９５／１７２７０号に開示された方法では、装置全体がフードで覆われるので作業性が極めて悪化すると共に、装置のコストが上昇するという欠点がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、装置及び押出成形品のコストを上昇させることなく、押出成形品の品質低下を防止することができる押出成形方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る押出成形方法は、銅又は銅合金からなる押出素材が嵌合される溝が周方向に沿って形成され回転駆動されるホイールと、このホイールの外周面の一部に対向するように設けられたシューブロックと、前記溝における前記シューブロックからの出口に設けられたアバットメント及びダイチャンバとを有する押出成形装置を使用し、前記溝における前記シューブロックへの入り口に前記押出素材を連続的に供給し、前記ホイールの回転により、前記溝に嵌合した押出素材と前記ホイール及びシューブロックとの摩擦により発生する熱により前記押出素材を可塑化させ、この可塑流動体となった押出素材を前記シューブロックからの出口にて前記アバットメントにより前記ダイチャンバに向けて供給し、前記押出素材をこのダイチャンバにて所定形状に押出成形するコンフォームによる押出成形方法において、前記銅又は銅合金素材の長手方向に直交する断面積をＡ０、押出された押出成形品の長手方向に直交する断面積をＡ１としたとき、Ａ０／Ａ１が１．６乃至９．６であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る他の押出成形方法は、銅又は銅合金からなる押出素材が嵌合される溝が周方向に沿って形成され回転駆動されるホイールと、このホイールの外周面の一部に対向するように設けられたシューブロックと、前記溝における前記シューブロックからの出口に設けられたアバットメント及びダイチャンバとを有する押出成形装置を使用し、前記溝における前記シューブロックへの入り口に前記押出素材を連続的に供給し、前記ホイールの回転により、前記溝に嵌合した押出素材と前記ホイール及びシューブロックとの摩擦により発生する熱により前記押出素材を可塑化させ、この可塑流動体となった押出素材を前記シューブロックからの出口にて前記アバットメントにより前記ダイチャンバに向けて供給し、このダイチャンバにて芯材の周囲に前記押出素材を所定形状に押出して被覆するコンフォームによる押出成形方法において、前記銅又は銅合金素材の長手方向に直交する断面積をＡ０、押出された押出成形品中の銅又は銅合金被覆材の長手方向に直交する断面積をＡ１としたとき、Ａ０／Ａ１が１．６乃至９．６であることを特徴とする。
【００１４】
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、銅又は銅合金（以下、銅及び銅合金を総称して銅という）素材の断面積と押出成形品中の銅材の断面積との比率を適切なものとすることにより、低コストで確実に銅酸化物による押出成形品の品質低下を抑制できることを見い出した。
【００１５】
即ち、本発明においては、銅又は銅合金素材の断面積と押出成形品又はその中の銅若しくは銅合金被覆材の断面積との比を適切なものにして押出成形を行うので、コンフォームのホイールの溝に残存する銅酸化物は、ダイチャンバ室内のデッドメタルで堆積又は密集することなく押出される。このため、この銅酸化物による押出成形品の品質低下を防止することができる。また、大掛かりな設備等は必要ではないので、コストの上昇を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る押出成形方法について、更に説明する。銅素材の長手方向に直交する断面積をＡ0とし、押出成形品中の銅材の長手方向に直交する断面積をＡ1としたときのこれらの比率Ａ0／Ａ1を１．５乃至１０とすることにより、ホイールの溝に残存し連続して供給される銅素材の表面に付着してダイチャンバ室内へと持ち込まれる銅酸化物はダイチャンバ室内のデッドメタルで堆積しないうちに高速でダイスから押出されて成形される。このため、従来の押出成形装置を使用しても、押出成形品中において、銅酸化物は密集することなく押出方向に引き延ばされて分散し、健全な組織中の結晶粒界を分断するような欠陥とはなりにくいので、空隙等の異状部は発達しにくくなる。
【００１７】
これにより、押出直後に表面に膨れが生じることはない。また、押出成形の後工程として焼鈍等の熱処理を行った場合又は実際に使用される環境を模擬した加熱試験等を行った場合にも、表面に膨れが生じたり押出成形品の内部に大きな空隙が生じることはない。つまり、安定した高品質の銅押出成形品を安定して製造することができる。
【００１８】
更に、還元性のガスを使用する従来の方法のような押出工具の劣化を生じさせることはなく、フードで装置全体を覆う従来の方法のような作業性の低下又は装置のコスト高を招くこともない。
【００１９】
なお、断面積の比率Ａ0／Ａ1が１．５未満であると、銅素材の表面に付着してダイチャンバ内へと持ち込まれる銅酸化物がデッドメタルにおいて堆積して密集しながらダイスから押出される。この結果、押出直後に表面に膨れが生じたり、押出成形の後工程として焼鈍等の熱処理を行う場合又は実際に使用される環境を模擬した加熱試験等を行った場合に、表面に膨れが生じたり押出成形品の内部に大きな空隙が生じてしまう。一方、断面積の比率Ａ0／Ａ1が１０を超えると、銅酸化物のデッドメタルでの堆積及び密集は生じにくく、良好な品質の押出成形品を得ることができるものの、銅素材の押出抵抗が著しく増大して押出工具の摩耗が激しくなると共に、押出成形時に発生する銅屑の量が多くなるため、作業性の低下及び装置又は工具のコスト上昇を招くこととなる。従って、銅素材の断面積をＡ0とし、押出成形品中の銅材の断面積をＡ1としたときのこれらの比率Ａ0／Ａ1は１．５乃至１０とする。
【００２０】
なお、押出成形装置による押出成形品の押出形状は平角線に限定されるものではない。ダイスを選択することにより、例えば、パイプ及びセグメンタル導体素線等に押出成形することができる。また、本発明を銅被覆アルミニウム線及び銅被覆鋼線等の銅複合材に適用することもできる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００２２】
先ず、ディップフォーミング法により製造され、表面を溶剤により脱脂洗浄され、酸洗いにより表面の酸化物が除去された下記表１に示す形状の無酸素銅線（ＪＩＳ Ｃ １０２０）を押出成形装置に供給して銅平角線を作製した。このとき、ダイスを取り替えることにより、各実施例及び比較例の銅平角線の断面形状を下記表１に示すものとした。なお、表１の銅平角線のサイズの欄において、８×１２とあるのは銅平角線の断面において１辺の長さが８ｍｍであり、これに直交する１辺の長さが１２ｍｍであることを示す。
【００２３】
【表１】
0004153981.tif 000002
【００２４】
次に、作製した各実施例及び比較例の銅平角線について、内部組織の観察、加熱試験、振動疲労試験及び押出工具の摩耗損の評価を行った。
【００２５】
内部組織の観察では、銅平角線の横断面を観察することにより、酸化物巻き込みの有無及び空隙等の組織の異状の有無について調査した。
【００２６】
加熱試験では、各実施例及び比較例の銅平角線を窒素雰囲気中で１８０℃、４００℃又は６００℃の各保持温度に１時間保持した後、冷却して外観を観察した。銅平角線内部に酸化物又はこれに伴うガス成分等の巻き込みがあると、この加熱試験において、銅平角線が膨張してその表面に膨れが生じる。平角線等では、押出成形の後工程として伸線加工工程及び焼鈍等の熱処理工程が行われることがある。また、実際に使用される環境下で熱履歴を受けることも考えられる。このため、加熱試験において、外観上膨れ等の異状が生じないことが品質が良好であるとの判断基準となる。そこで、外観を観察した結果、膨れが生じていなかったものを○、膨れが生じていたものを×として評価した。
【００２７】
振動疲労試験では、平面曲げ疲労試験機を使用して疲労破壊を生じさせ、疲労破壊の起点を破面の走査電子顕微鏡観察により特定した。正常な銅平角線においては、疲労破壊は最も大きな歪みが生じる表面から起こる。一方、異状を有する銅平角線においては、内在する巻き込まれた酸化物又は空隙等の欠陥部から疲労破壊が起こる。
【００２８】
押出工具の摩耗損の評価では、押出成形に使用された押出工具の摩耗損の程度を評価した。これらの結果を下記表２に示す。
【００２９】
【表２】
0004153981.tif 000003
【００３０】
上記表２に示すように、実施例１乃至９においては、断面積の比率Ａ0／Ａ1を適切なものとして押出成形を行ったので、平角線内部に異物及び銅酸化物の巻き込みは観察されなかった。また、加熱試験において膨れは発生せず、振動疲労破壊試験における疲労破壊の起点は表面であり正常だった。つまり、押出成形品の内部組織は健全であるといえる。
【００３１】
一方、比較例１０、１１,１３、１４、１６及び１７においては、断面積の比率Ａ0／Ａ1が本発明範囲の下限未満であるので、ガス成分が巻き込まれた結果とみられる空隙若しくは銅酸化物の巻き込み又はこれらの双方が平角線内部に観察された。また、加熱試験において外観に膨れが観察された。更に、疲労破壊試験においては、内部に存在する空隙又は巻き込まれた酸化物内の空隙部の亀裂部分を起点として疲労破壊が発生し、実施例１乃至９よりも少ない歪みの繰り返し回数で破壊に至った。
【００３２】
また、比較例１２、１５及び１８においては、断面積の比率Ａ0／Ａ1が本発明範囲の上限を超えているので、良好な品質の平角線を得ることができたものの、銅素材の押出抵抗が増大したため、押出工具の摩耗損が激しくなった。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、銅又は銅合金素材の断面積と押出成形品又はその中の銅若しくは銅合金被覆材の断面積との比を適切なものにして押出成形を行うので、コンフォームのホイールの溝に残存する銅酸化物は、ダイチャンバ室内のデッドメタルで堆積又は密集することなく押出される。このため、この銅酸化物による押出成形品の品質低下を防止することができる。また、大掛かりな設備等は必要ではないので、コストの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】押出成形装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１；ホイール
２；溝
３；銅素材
４；導入路
５；シューブロック
６；ダイチャンバ
７；ダイス
８；アバットメント
９；銅平角線
１０；ガイドローラ
１１；銅酸化物
【図１】
0004153981.tif 000004