(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コバルトを主成分とするコバルト、クロム、タングステン等からなる金属の微粉末と、高分子バインダーと、水若しくは有機溶剤の溶解液とを少なくとも原料として用い、
前記原料を混練してスラリーを形成する工程と、
金属線材を成形するために前記スラリーを紐状に押し出す押出工程と、
前記押出工程直後の金属線材を蚊取り線香のような一平面上の渦巻き状に巻きとって巻取後の金属線材の収縮を可能とする巻取工程と、
前記金属線材が渦巻き状に巻きとられた状態のまま、その強度を高め、焼結後ポーラス構造の金属線にするために焼結される焼結工程と、
前記焼結工程を経てある長さの単位で焼結された複数の焼結線を溶接によって接続して連続線とする連続線製造工程と、
前記連続線の線径を均一な円形断面とし且つ線表面を平滑化する外面スエージング工程と、
を有することを特徴とする金属線の製造方法。
【請求項２】
前記焼結工程において、前記ポーラスな金属線の金属密度が85.0% 〜97.0% の範囲内となるように、焼結温度及び焼結時間が定められることを特徴とする請求項１に記載の金属線の製造方法。
【請求項３】
前記焼結工程において、前記ポーラスな金属線の金属密度が85.0% 〜97.0%の範囲内となるように、焼結温度が1200℃〜1300℃の範囲で、且つ、焼結時間が2 時間〜8 時間の範囲で定められることを特徴とする請求項２に記載の金属線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈曲性及び弾力性の殆どない難加工性の超硬金属を原料としているにも係わらず、屈曲性及び弾力性を有する長尺な金属線及びその製造方法に係わり、特に、肉盛溶接の溶加材として適した溶接用線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から屈曲性及び弾力性の殆どない難加工性超硬金属を原料としている溶加材の一つとして、コバルト基合金であるステライト合金製溶接棒が知られている。前記ステライト合金は、米国のDeloro Stellite Company,lnc.社が開発したCo-Cr-W 合金である。このステライト合金は耐磨耗性、耐熱性、耐食性に優れた合金であり、機械部品の一部に肉盛溶接を施すための溶加材として多く使用されている。  前記ステライト合金製溶接棒は、従来、ステライト合金の溶湯を砂型に注型して製造されてきた。このステライト合金製溶接棒を用いて、電気溶接などによって肉盛加工を施工する。
【０００３】
しかし、この技術には，以下の問題点が存在した。
(1) １本の溶接棒を使い切った時，次の溶接棒をセットするまでに時間が必要で、溶接作業を一次中断することを余儀なくされる。その際，それまで溶接した部分の温度が低下する。溶接棒を取替えるのに要する短かい時間の後、さらに肉盛溶接が続行されるが、それまでの溶接部分と新しい溶接部分の温度に差ができてしまう。この温度の不均一が溶接面の強度を下げ、後々製品として使用した場合、その溶接面での剥離が生じ易くなる。
(2) 更に、１本の溶接棒を使い切った時，次の溶接棒をセットするまで溶接作業が中断されるので、溶接作業の自動化が難しく生産性が上がらない。
【０００４】
そこで、前記問題点を解決するために、溶接作業の自動化および連続化を目的として、肉盛MIG （Metal Inert Gas ）溶接用のステライト合金連続線の開発が必要になった。前記MIG 溶接には、溶接線を連続して供給する機構を内蔵した連続溶接ロボットが使用される。この連続溶接ロボットにセットされるべきステライト合金連続線の開発が必要になった。
【０００５】
この要求に対して、前記米国のDeloro Stellite Company,lnc.社がステライト線を開発した。このステライト線は、ステライト合金の材料の内、コバルト以外の材料、たとえば、クロム、ニッケル、カーボンなど各々の粉末を混合して用意し，幅が狭く非常に長いコバルトの薄いシートでこれらの粉末を巻き込んでステライト線としたものである( 以下、Metal Cored Wireと呼ぶ) 。巻き方は異なるが、紙巻き煙草のような製品である。このステライト線はボビン等に巻き取られ、MIG 溶接に際して溶接用ロボットに供給され、連続溶接に寄与する。前記ステライト線は、溶接時にアロイ化されステライト合金になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術も完全なものではなく，以下の問題点が存在する。
(1) コバルトの薄いシートをチューブ状にするための接合は「かしめ」のみによって行われているので、少しの力で容易にコバルトシートの接合部が破れて中の粉末が飛敢してしまう。また、コバルトシートそのものが少しの力で容易に破れて中の粉末が飛散してしまう。
(2) 混合粉末からなるので，材料組成の不均一さを招き易い。
(3) コバルトと粉末の比率が変化し易い。
(4) Metal Cored Wireは各組成物質の混合物であるため、ステライト合金となるためには、溶接時にアロイ化されなくてはならないが、アロイ組成の不均一さが発生し易い。
(5) 以上の(1) 〜(4) の理由により、肉盛溶接部の物性のばらつきが大きい。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈曲性及び弾力性の殆どない難加工性の超硬金属を原料とする金属線であるにもかかわらず、溶接用線として使用した場合に、肉盛溶接部の物性のばらつきが生じず、連続自動溶接を可能にする金属線及びその製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、「ポーラスな金属線とすると、屈曲性及び弾力性の殆どない難加工性の超硬金属を原料とする金属線であるにも係わらず、屈曲性および弾力性を有するようになる。」という知見に基づいてなされた。
【０００９】
請求項１に記載の本発明の金属線の製造方法は、コバルトを主成分とするコバルト、クロム、タングステン等からなる金属の微粉末と、高分子バインダーと、水若しくは有機溶剤の溶解液とを少なくとも原料として用い、前記原料を混練してスラリーを形成する工程と、金属線材を成形するために前記スラリーを紐状に押し出す押出工程と、前記押出工程直後の金属線材を蚊取り線香のような一平面上の渦巻き状に巻きとって巻取後の金属線材の収縮を可能とする巻取工程と、前記金属線材が渦巻き状に巻きとられた状態のまま、その強度を高め、焼結後ポーラス構造の金属線にするために焼結される焼結工程と、前記焼結工程を経てある長さの単位で焼結された複数の焼結線を溶接によって接続して連続線とする連続線製造工程と、前記連続線の線径を均一な円形断面とし且つ線表面を平滑化する外面スエージング工程と、を有することを特徴とする。
金属線をポーラスな構造とすることにより屈曲性及び弾力性が付与された金属線である。屈曲性及び弾力性が付与された金属線であるので、連続線製造工程とすエージング工程により長く均一な円形断面の金属線が得られ溶接用線として最終的にボビンに巻き付けて製品化する場合、金属線が折れて損傷することが無い。そのため、ボビンへの巻き取りや巻き戻しが容易に操作ができる。MIG 溶接機で連続して長時間溶接作業を行うのに最適な金属線を得ることができる。
【００１１】
請求項２ に記載の本発明の金属線の製造方法は、前記請求項１に記載の特徴に加えて、前記焼結工程において、前記ポーラスな金属線の金属密度が85.0% 〜97.0% の範囲となるように、焼結温度及び焼結時間が定められることを特徴とする。更に、好ましくは金属線の金属密度が90.0%〜96.0% の範囲内となるように、焼結温度及び焼結時間が定められるのが良い。前記ポーラスな金属線の金属密度が85.0% 〜97.0% の範囲内であると、更に、好ましくは90.0% 〜96.0% の範囲内であると、溶接用線として最終的にボビンに巻き付けて製品化する場合のボビンへの巻き取りや巻き戻しに適した屈曲性及び弾力性を有する金属線が得られる。
【００１２】
請求項３ に記載の本発明の金属線の製造方法は、前記請求項２ に記載の特徴に加えて、前記焼結工程において、前記ポーラスな金属線の金属密度が85.0% 〜97.0%の範囲内となるように、焼結温度が1200℃〜1300℃の範囲で、且つ、焼結時間が2 時間〜8 時間の範囲で定められることを特徴とする。焼結温度を1200℃〜1300℃の範囲で、且つ、焼結時間を2 時間〜8 時間の範囲内で定めると、溶接用線として最終的にボビンに巻き付けて製品化する場合のボビンへの巻き取りや巻き戻しに適した屈曲性及び弾力性を有する金属線が確実に得られる。
【００１５】
前記請求項１に記載の巻取工程（以下花巻工程とも記載する。）において、前記金属線材を渦巻き状に巻きとるので長く巻き取れることができる。また、前記焼結工程において、前記金属線材は焼結によって収縮するが、前記金属線材が蚊取り線香のように一平面上で渦巻き状に巻きとられた状態のまま焼結されるので歪みが生じることなく自由に収縮できる。更に、一度、花巻工程において巻き取った金属線材は焼結工程において巻き戻す必要がないので、焼結する前の金属線材が弱くても損傷が生じる恐れがない。その結果、金属線材を真っ直ぐな状態で焼結する製造方法よりも長い金属線が製造できる。MIG 溶接機で連続して長時間溶接作業を行うのに最適な金属線を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は、スラリー形成工程、押出工程、花巻工程、焼結工程、外面スエージング工程をこの順番に基本工程として有する。
必要に応じて、スラリー脱気工程、押出後の乾燥工程、前記乾燥後の脱脂工程、焼結後の連続線製造工程、スエージング後のボビン巻取工程を適宜有している。
【００１７】
[スラリー形成工程]
スラリー形成工程とは、以下の材料を用意し、それらの材料を混練機によって混練してスラリーを形成する工程である。
難加工性の超硬金属の微粉末、高分子バインダー、水若しくは有機溶剤の溶解液を用意する。更に、合金として結合する際に不足する物質、例えば、不足カーボン量に相当するカーボン微粉末などの添加物を必要に応じて用意する。
前記難加工性の超硬金属の微粉末としては、ステライト合金に代表されるCo−C r −W 合金、WC−Co系合金、WC一TiC −Co系合金、 TiC−Mo2 C −Ni系合金、TiC −Mo2 C −WC−Co−Ni系合金などの難加工性の超硬金属の微粉末が挙げられる。
【００１８】
前記高分子バインダーの高分子物質としては、天然および合成に係わりなく、焼結までの段階でバインダーとして作用し、且つ、脱脂および焼結のための加熱により熱分解して消失しうるものであればその種類には一切制限がない。また、その高分子物質が水に溶解する、或いは、各種の有機溶剤に溶解するなど溶解させる高分子物質を特定することなく、例えば、澱粉、ゼラチン、カゼイン、寒天、アラビアゴム、アルギン酸のような天然の高分子物質、或いは、ポリビニルアルコール系、ポリアクリル系、ポリ酢酸ビニル系、メチルセルロース、ポリビニルエ−テル系、ポリビニルピロリドンなどのような合成の高分子物質が適宜選択して使用される。
前記水以外の有機溶剤としては、アルコール類、ケトン類、芳香属炭化水素類、低級炭化水素のハロゲン化物などがある。
【００１９】
スラリーを後述する押出機によって紐状に押し出す際、押し出し挙動の安定性を保つために材料粘度を最適化する必要がある。また、金属粉末密度をスラリー成型時から大きくするように、更に、そのための脱脂の操作を容易にできるようにバインダーの量は少ない方が良い。加えて、金属粉末密度をスラリー成型時から大きくすることができるように、溶解液の量も少ない方が良い。
そのために、バインダーおよび溶解液の重量に関して、アトマイズ法により成形された平均粒度が80μm 以下の難加工性の超硬金属の微粉末100 部に対して、、バインダーは 2〜15部を基本とし、好ましくは3 〜8 部とする。溶解液は 5〜40部を基本とし、好ましくは6 〜15部とする。
【００２０】
以上に用意した材料を双碗開放型ニーダを用いて混練し、スラリーを形成する。例えば、スラリー性能として、剪断速度1 〜100sec-1の時に粘度が104 〜105poiseとなるようにする。
混練に際し、各材料を均一に分散させること、及び、温度を異常に上げないように留意する必要がある。後述する押出工程において、スラリーを紐状に押し出した際の押出物の円形断面の形状を均一に保つために、スラリー全体の物性を均一にすることが肝要である。そのため、金属等の粉末、バインダー、溶解液が、それぞれ均一に分散し、特に、金属粉末の未分散の凝集物が無いように、バインダーは溶解液に完全に溶解するように留意して混練する。
【００２１】
加えて、前記材料粘度は、後述する花巻工程において、図１に示す押出直後の金属線材4 が押出機のダイノズル5 の押出点Q から巻取板上の接点P まで無理のない一様なカテナリー曲線を保持できるようにすると同時に押出直後の金属線材4 の損傷を生じさせないために、所定のメルトテンションを保つように選択される。
尚、加圧型ニーダやロータ混練機を用いないで開放型ニーダを使用した理由は、高圧下や高速回転のロータで高混練すると、短時間に材料温度が上昇してしまい、充分な分散が出来ないこと、及び、水あるいは有機溶剤が蒸発し易くなり、組成が変化してしまうなどのマイナス要因が発生するからである。
【００２２】
[脱気工程]
最終製品である金属線内にボイドを形成させないために、スラリーを形成するための混練後期、或いは、次工程で使用される押出機等にスラリーを注入した直後、或いは、押出中に、スラリーを減圧下にさらしてスラリー中に存在する気体分を取り除く。ここで、高度な真空下にさらすこと、長時間真空下にさらすことは水分とか有機溶剤の蒸発を促すことになるので、避ける必要がある。
【００２３】
[押出工程]
スクリュー式押出機、若しくは、プランジャーポンプによって、円形断面のダイから連続して紐状に前記スラリーを押し出し焼結前の金属線材を成形する。前記スクリュー、若しくは、プランジャーの作用である一定の堆力と定量吐出性を用いて、スラリーを紐状に長く押し出す。この時、紐状押出物の円形断面の形状を均一に保つために、押出時のノズル前圧力を一定に保つことに留意する。
例えば、スラリー性能として、剪断速度1 〜100sec-1の時に粘度が104 〜105poise(103〜104Ns/m2) と一定にした場合、ノズル前圧力は20〜100 kgf/cm2 (1.96 〜9.8MPa) 間の略一定値となる。粉末を含むスラリーの押出であるから、押出圧力がやや振れることはやもうえないが、その振れの限界を±20 kgf/cm2(1.96MPa) 以下、好ましくは±10 kg/cm2 (0.98MPa) 以下とする。焼結後の最終製品径は、押出し時の線径よりも小さく、更に、一般に押出し時の線径は、ダイノズル径よりも小さくなる。従って、ダイノズル径は、所望の最終製品径が得られるように事前の実験によって定める。
【００２４】
[花巻工程]
図 1(a) に示した花巻装置1 によって、巻取板2 上に紐状に長く押出されたスラリー4 、即ち、押出直後の金属線材4 を香取線香のような渦巻き状に巻き取る。これを花巻きと称す。
そして、前記巻取板2 上に花巻きされた金属線材4 を載せたまま乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程等の後の工程が行われる。これは、押出直後の金属線材4 が弱いため、一度、巻き取ったものに対して巻き戻しなどを行うと、損傷が生じる恐れがあるためである。更に、前記押出直後の金属線材4 は、焼結工程で収縮するので、前記金属線材4 が巻取板2 上で自由に収縮できるように、且つ、前記押出直後の金属線材4 が出来るだけ長く巻き取れるように、香取線香のような渦巻き状に巻き取られる。
結果として、焼結前線4 を真っ直ぐな状態で焼結する製造方法よりも長い超硬金属製線が製造できる。
【００２５】
前記花巻装置1 について図 1に基づき説明する。図 1(a) は上面図、図 1(b) は正面図、図 1(c) は側面図である。
前記花巻装置1 は、巻取板2 及び支持軸3 を有する。図 1において、符号4 は焼結前線、5 は押出機のダイノズル、6 は押出機の押出ヘッドである。
前記巻取板2 は、平面の薄板である。前記巻取板2 の材質としては、前記巻取板2 上に焼結前線4 を載せたまま乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程等の後の工程が行えるように、脱脂炉、焼結炉に配置しても高温による化学変化が生じたり、損傷したりしない材質が選択される。例えば、セラミックス等が挙げられる。
【００２６】
前記支持軸3 は、一定方向( 矢印b 方向) に水平に回転しながらその回転中心O が一定方向( 矢印a 方向) に水平に移動する軸であり、前記巻取板2 を下方から支持するために、前記巻取板2 の下面に固定されている。従って、前記支持軸3 が矢印b 方向に回転しながらその回転中心O が矢印a 方向に移動すると、前記巻取板2 も前記矢印b 方向に回転しながらその回転中心O が矢印a 方向に移動する。
前記支持軸3 及び巻取板2 は、押出機のダイノズル5 から押し出された金属線材4 が垂直に落下してくる位置に存在していて、前記支持軸3 の回転中心O が前記ダイノズル5 から遠ざかる方向に移動するように設置される。
【００２７】
次に、図 1に示す花巻装置1 による巻き取り方法について説明する。
押出機のダイノズル5 から押し出された金属線材4 は、垂直に落下してくる。前記ダイノズル5 の押出点Q から離れた金属線材4 は、前記巻取板2 と接点P で巻取板に接触する。一方、前記巻取板2 は水平に回転しているので、前記押出点Q から接点P までの金属線材4 は、カテナリー曲線4aを描く。外部の静止点から見て、点Q と点P の位置関係を押出中は一定に保つようにする。
金属線材4 が巻き取られるに従って、回転中心O と前記接点P との距離が大きくなるように、回転中心O を矢印a 方向に移動させる。その時、接点P での金属線材4 の挙動が一定となるように、前記接点P の周速度V を一定とし、支持軸3 による巻取板2 の回転速度を制御する。前記の点Q と点P の位置関係を保つように移動速度及び周速度が制御される。
【００２８】
例えば、回転中心O と接点P との距離をd 、回転数をn とすると、V=π d nであり、n =V/(π d）となる。点OP間距離d が変化し、接点P の周速度V を一定とするためには、d の値に反比例して巻取板2 の回転速度を変化させる。
その結果、押出直後の金属線材4 は乾燥が進んでいなく、十分柔らかいので、巻取板2 の回転及び回転中心O の移動に合わせて一様な巻取性能下で渦巻き状に巻き取られる。
【００２９】
[乾燥工程]
乾燥工程では、前記金属線材に含まれる溶解液を乾燥させて排出する。溶解液が水の場合は、排出される気体が蒸気であるので容易に乾燥できる。溶解液が有機溶剤の場合は、乾燥そのものは容易であるが、排出される気体が有機溶剤であるので、乾燥炉外には容易には排出できないことがあり、燃焼させるなど、後処理施設が必要となる場合もある。
しかし、強制乾燥はなるべく行わずに、自然乾燥させることが望ましい。なぜなら強制乾燥を行うと、表面の割れなどの現象が発生する恐れが有るからである。実際には半日から一日を要して自然乾燥させる。この間の金属粉末の錆を特別心配することはない。それは、後の焼結工程で、錆即ち酸化現象は還元され、消滅するからである。尚、乾燥工程では、前記金属線材の収縮は殆ど存在しない。
【００３０】
乾燥工程では、溶解液は完全に消滅しているので、次工程である脱脂を行わなくても乾燥後の金属線材はポーラスとなっている。
例えば、最終線径1.6mm を目標に、金属粉末重量：バインダー重量：溶解液の重量比が100 ：4 ．3 ：7 ．1 のスラリーを用いて押出した金属線材の場合、金属粉末とバインダーが占める空間体積は、約70.0% とポーラスである。
【００３１】
〔脱脂工程〕
一般に金属粉体とバインダーだけでできている中実の成形体を直接焼結する場合はバインダー分解ガス圧によって成形体が破裂する場合があり、こうした場合、脱脂が必要である。
また、一般に、線材を焼結する場合は、真空炉を用いて真空焼結する場合が多い。前工程から供給される焼結前の既にポーラスな金属線材に対して脱脂が必要であるか無いかは、焼結時にバインダーから発生する分解ガスの量が、焼結炉を傷めたり、真空性を低下させる量であるか否かで判断される。焼結前の金属線材をそのまま焼結すると焼結時にバインダーから発生する分解ガスの量が多くて焼結炉を傷めたり、真空性を低下させるおそれが有る場合は脱脂が必要である。
【００３２】
太物の線材の場合、脱脂工程を行わずに焼結を行うと、焼結の際に高分子バインダーの分解ガスが多く発生して真空度を低下させてしまう。更に、この高分子バインダーの高分子分解物質は真空炉の壁面に付着してしまい、幾ら清掃をしても真空度が上がらないという問題を生じさせる。従って、焼結前の金属線材の線径若しくは最終製品線径が1.0mm よりも大きな太物の線材の場合、脱脂工程が必要である。
線径が細ければ焼結時にバインダーから発生する分解ガスの量が少ないので脱脂の必要はないことになる。焼結前の金属線材の線径若しくは最終製品線径が1.0mm 以下と細ければ、脱脂を行わなくても真空炉を傷めることはない。
【００３３】
脱脂工程は、焼結炉を傷めないために、焼結前の金属線材を構成する金属粉末の各々の接着力が無くなって崩れてしまわない程度に高分子バインダーを焼結前の金属線材から抜く工程である。脱脂は、脱脂率30% 〜80% の範囲で、好ましくは脱脂率30% 〜70% の範囲で行う。
最終線径1.6mm を目標に、金属粉末：バインダー：溶解液の重量比が100 ：4 ．3 ：7 ．1 のスラリーを用いて押出した焼結前の金属線材の場合、金属粉末とバインダーが占める空間体積は、脱脂率30% で約64.4% 、脱脂率70% で約57.2% とポーラスとなる。尚、脱脂工程でも焼結前の金属線材の収縮は殆どない。
【００３４】
[焼結工程]
前記金属線材を強度の大きい線材とするために、金属粉末の各々を焼結させる工程である。
ここで、前記焼結前の金属線材が、焼結後ポーラスな金属線となるように、金属密度、焼結温度及び焼結時間を制御して花巻状態のまま焼結する。焼結後の金属線を以下焼結線と称す。前記焼結線をポーラス構造にする理由は、下記のような本発明者の知見に基づき、難加工性の超硬金属を原料とする金属線に屈曲性および弾力性を付与するためである。
本発明者の知見: 難加工性の超硬金属を原料とする金属線をポーラスな構造体とすると、難加工性の超硬金属を原料とするにも係わらず、金属線材は屈曲性および弾力性を有するようになる。
【００３５】
そこで、ポーラスの度合いを金属密度で規定すると、金属密度が85〜97.0% の範囲内に、好ましくは90.0〜96.0% の範囲内となるように、難加工性の超硬金属を原料とする金属線をポーラス構造体として仕上げる。これによって溶接に用いる溶接線として適当な屈曲性および弾力性が得られる。各材料によって焼結温度帯が異なるが、ステライトの場合、焼結温度としては1200℃〜1300℃の範囲で定める。好ましくは1240℃〜1280℃の範囲で定める。1200℃より下がると、金属粒子間の拡散が十分でなく、線材強度が低下して使用できない。一方、1300℃を越えると、線材としての形状を保持出来なくなる。
焼結時間としては2 時間〜8 時間の範囲で定める。好ましくは2 ．5 時間〜4 時間の範囲で定める。2 時間より短いと固相焼結が進まなく製品強度が保てない。8 時間よりも長いと、金属密度が大きくなりすぎて線材としての屈曲性が不足する。
【００３６】
[連続線製造工程]
ある長さの単位でバッチ焼結された複数の焼結線の各々を溶接によって接続して連続線とする連続線製造工程である。
溶接ロボットに供給する溶接線としては、長ければ長いほど良いわけであるから、複数の前記焼結線の各々の端部を電気溶接機によって接合し、難加工性の超硬金属を原料とする長尺の連続金属線を製造する。接合面である溶接部分は溶接後、端面でポーラスでなくなるが、連続金属線を屈曲する特性には影響を及ぼさない。
【００３７】
[外面スエージング工程]
超硬金属を原料とする長尺化した前記連続金属線を溶接線として使用するために、線径を一定化して均一な円形断面とする目的及び線表面の平滑化を目的として、長尺化した前記連続金属線の外面のスエージングをスエージングマシーンによってを行う。
ロボットを用いて溶接線を溶接部分に供給する場合、連続してかつ安定して線材を供給するためには、前述の屈曲性、弾力性があること、強度が均一であることに加えて、線断面がほぼ真円であることと、その円径が長手方向に一定であることが必要である。更に、溶接線の表面が平滑でなければならない。そのために、前記超硬金属を原料とする長尺化した連続金属線の線径の一定化及び線表面の平滑化行う。
【００３８】
このスエージング工程において線径がやや小さくなる。この時、超硬金属を原料とする前記連続金属線の屈曲性および弾力性を保つために、最終製品線径に対してスエージング前の線径を1.01〜1.27倍にする。このスエージングによって線表面の金属密度は上がるが、線全体で金属密度が上がる訳ではなく、屈曲性および弾力性を保持する中心部分の金属密度は変化しない。
【００３９】
[ボビン巻取工程]
前記スエージングマシーンに後続して設置されたボビン巻取機によってスエージング後の超硬金属を原料とする前記金属連続線をボビンに巻き取る。所定の重量を単位としてボビン一巻きの製品とする。
ボビンの直径に制限はないが、超硬金属を原料とする前記金属連続線のボビン巻取径が、200mm 〜1000mmの範囲となるように巻取るのが一般的である。ボビン巻取径が200mm よりも小さいと、超硬金属を原料とする前記金属連続線に大きな負荷がかかった状態となり、ロボットに装着しにくくなり、ボビン巻取径が1000mmよりも大きいと製品を搬送する上で支障になったり、また、ロボットに装着しにくくなったりする。
【００４０】
本発明の超硬金属を原料とする金属線の製造方法は、もともとアロイ粉体を原料としていて、或いは各金属単体の粉末を原料としても、焼結工程を有しているので、製造された金属線は、アロイ組成の製品であり、偏組成部分がなく均一な組成である。そのため、溶接部分の物性が部分部分で異なり、ばらつくということがない。したがって常に安定した溶接部分の物性が得られる。
更に、上記本発明の製造方法によれば、焼結後の金属線が、屈曲性及び弾性を有するように焼結工程を行っているので、ボビンへの巻取工程において金属線が折れて損傷することは無い。結果として、ボビンへの巻き取りや巻き戻しが容易に操作ができ、長尺な連続金属線を得ることができる。
【００４１】
加えて、上記本発明の製造方法によれば、外面スエージング工程を有しているので、製造された超硬金属製連続線の断面は略真円で変化がなく、線の表面が平滑であることから、ロボットに内蔵されたボビンから滞りなく溶接部へ供給される。そのため、MIG 溶接機で連続して長時間溶接作業が可能である。その結果、連続した溶接作業が可能となり、溶接部に不連続な溶接面が無くなり、溶接部の強度が一様となる。
【００４２】
【実施例】
次に、本発明を実施した例を説明する。
[スラリー成形工程]
以下の原料を用意した。ステライトNo．6 合金のアトマイズ粉末、セランダー（ユケン工業社製メチルセルロース系バインダー）、溶解液としての水。
重量比を、 (金属粉末：バインダー：溶解液)=(100:4.3:7.1) とした。
スラリーを作成する配合の基準として、出来上がったスラリーの性状は、剪断速度1 〜100sec-1の時に粘度を104 〜105poise(103〜104Ns/m2) となるようにした。
この配合では、スラリー組成の空間体積は以下となる。
金属粉末空間体積（Volume Fraction ）     51.8%
バインダー空間体積（同  上    ）         18.2%
溶解液空間体積    （同  上    ）         30.0%
【００４３】
上記原料を混練した。
一般には、混練機として、双碗開放型のニーダを用いて、15〜40分かけて混練する。混練機の混練室を冷却することは有効であるが、冷却をしないでスラリーの温度を250 ℃以上に上げないように調節する。実施例として1 バッチで、上記混合材料を6kg 、混練時間を20分、材料温度の上昇を＋5 度℃以内として混練した。
【００４４】
〔脱気工程〕
前記１バッチで混棟したスラリーを、一塊として一時に押出機のホッバーに投入した。この時、押出機のホッパー全体を囲って減圧した。減圧程度としては、300 〜600mmHg(39.9〜79.8kPa)の範囲とするのが良く、実施例では、真空度600mmHg(79.8kPa)の条件を用いた。この場合、前記スクリューを回転するまでに30秒放置することで、押出物中のボイドの発生が防げた。真空度を下げた場合は、下げる度合いに応じて30秒以上の時間を要した。
押出機のスクリューの回転に伴って、含んでいた気体が排出され、押出しを容易にさせ、紐状押出物の中にボイドを形成しなかった。
【００４５】
〔押出工程〕
以下の条件で押出工程は行われた。ダイノズル径は、焼結後の最終製品線径を1.6mm とするために実験によって決定された。
・押出機経              80mm
・ダイノズル径          1.94mm   (最終製品線径1.6mm の場合)
・押出量                2kg/hr
・ノズル前圧力は        35 kgf/cm2     (3.43MPa)
・ノズル前圧力の変動    ±5 kgf/cm2    (0.49MPa)
・押し出された線径      1.91mm
ダイノズル径が1.94mmであるのに対して押出された線径は1.91mmであり、スウェル比は 1．0 以下である。これは、Drow down （引き落とし）と呼ばれる現象であり、線が引き伸ばされた状態となる。後述するように、焼結段階では、半径方向の収縮に比べて長手方向の収縮の方が大きいことを示唆する。
【００４６】
〔花巻工程〕
前記工程で押し出された焼結前の線材を花巻装置によって巻き取った。アルミナセラミックス製の巻取板の大きさは、面積400mm ×400mm で厚さ10mmであった。
・渦巻きの直径  巻取り開始時   200mm
巻取り終了時   380mm
・巻数                         14 以上
・線の全長                  約 13m
〔乾燥工程〕
前記花巻きされた焼結前の線材を自然乾燥させた。乾燥後、金属粉末とバインダーの空間体積が70.0% 、溶解液が消滅した空間体積が30.0% となった。ポーラス構造体となって、非常に脆い性質を示した。
【００４７】
〔脱脂工程〕
前記乾燥後の焼結前の線材を下記条件で脱脂した。
・脱脂温度                             200℃
・脱脂時間                             4時間
・脱脂率                                62%
・金属粉末と残留バインダーの空間体積    58.6%
（内、金属粉末空間体積              51.8%)
【００４８】
〔焼結工程〕
前記焼結前の線材を焼結した。
・真空炉真空度         1   Torr       (133.3224N/m2 )
・最高焼結温度         1250 ℃
・有効焼結時間         3        時間
・焼結前線径           1.91mm
・焼結後線径           1.61mm
・焼結後金属密度       94.0%
金属粉末空間体積51.8% が焼結後金属密度97% となった。線材の半径方向に15.7% (1/1.186) 、線材の長手方向に22.5% (1/1.29)収縮し、およそ10m の焼結線が完成した。前述のように、線材の長手方向の収縮が半径方向の収縮より大さくなった。
以上のような工程を繰り返しておよそ10m の焼結線を複数製造した。
【００４９】
〔連続線製造工程〕
前記複数の焼結線の各々の端面を電気溶接機によって接合し、超硬金属を原料とする長尺の連続金属線を製造した。溶接機として東京信電気 (株) 製のBMS −1 を用いた。前記電気溶接機の溶接点の左右から、溶接すべき2 本の焼結線の端面を挿入して面合わせを行い、通電して溶接を行った。
【００５０】
〔外面スエージング工程〕
前記長尺の連続金属線をスエージングした。スエージングマシーンとして (株) ヨシダキネン製SD−2000を用いた。スエージングマシーンダイ径 (最終製品線径) に対してスエージング前の線径は1.01倍であった。
処理前
・連続金属線の径                   1.61mm
・連続金属線の金属密度            94.0%
・スエージングマシーンダイ径       1．60mm
処理後
・連続金属線の径                   1．60mm
・金属密度  平均                  95.2%
中心部分              94.0%
表面部分            約100%
【００５１】
[ボビン巻取工程]
前記スエージングマシーンに後続して設置されたボビン巻取機によってスエージング後の前記金属連続線をボビンに巻き取った。所定の重量を単位としてボビン一巻きの製品とした。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の超硬金属製連続線の製造方法は、もともとアロイの粉末を原料としていて、或いは、各金属単体の粉末を原料としても焼結工程を有しているので、製造された超硬金属を原料とする金属線はアロイ組成の製品であり、偏組成部分がなく均一な組成である。そのため、溶接部分の物性が部分部分で異なり、ばらつくということがない。
【００５３】
請求項1 に記載の本発明の金属線によれば、屈曲性及び弾力性の殆どない難加工性の超硬金属を原料とする金属線であるが、その構造をポーラスな構造とすることにより屈曲性及び弾力性が付与された金属線であるので、溶接用線として最終的にボビンに巻き付けて製品化する場合、金属線が折れて損傷することが無い。そのため、ボビンへの巻き取りや巻き戻しが容易に操作ができる。MIG 溶接機で連続して長時間溶接作業を行うのに最適な金属線である。
【００５４】
請求項2 に記載の本発明の難加工性の超硬金属を原料とする金属線の製造方法によれば、焼結工程が、紐状に押し出された金属線材をポーラスに焼結して、焼結後の金属線材に屈曲性及び弾力性を付与する工程であるので、出来上がった金属線は、屈曲性及び弾力性を有する。そのため、本発明によって製造された金属線は、溶接用線として最終的にボビンに巻き付けて製品化する場合、金属線が折れて損傷することが無く、ボビンへの巻き取りや巻き戻しが容易に操作ができる。MIG 溶接機で連続して長時間溶接作業を行うのに最適な金属線を得ることができる。
【００５５】
請求項3 に記載の本発明の難加工性の超硬金属を原料とする金属線の製造方法によれば、前記請求項2 に記載の効果に加えて、前記焼結工程において、前記ポーラスな金属線の金属密度が85.0% 〜97.0% の範囲となるように焼結温度及び焼結時間が定めると、更に、好ましくは金属線の金属密度が90.0% 〜96.0% の範囲内となるように焼結温度及び焼結時間が定めると、溶接用線として最終的にボビンに巻き付けて製品化する場合のボビンへの巻き取りや巻き戻しに適した屈曲性及び弾力性を有する金属線が得られる。
【００５６】
請求項4 に記載の本発明の難加工性の超硬金属を原料とする金属線の製造方法によれば、前記請求項2 又は3 に記載の効果に加えて、難加工性の超硬金属の原料をステライト等のCo-Cr-W 合金とし、焼結温度を1200℃〜1300℃の範囲で、且つ、焼結時間を2 時間〜8 時間の範囲内で定めると、溶接用線として最終的にボビンに巻き付けて製品化する場合のボビンへの巻き取りや巻き戻しに適した屈曲性及び弾力性を有する金属線が確実に得られる。
【００５７】
請求項5 に記載の本発明の難加工性の超硬金属を原料とする金属線の製造方法によれば、前記請求項2 に記載の効果に加えて、押出工程直後の金属線材を蚊取り線香のように一平面上の渦巻き状に巻きとって、巻取後の金属線材の収縮を可能とする花巻工程を有しているので、前記金属線材を長く巻き取れることができる。
更に、前記金属線材が蚊取り線香のように一平面上で渦巻き状に巻きとられた状態のまま焼結される焼結工程を有しているので、前記金属線材は焼結によって収縮するが、歪みが生じることなく自由に収縮できる。また、一度、花巻工程において巻き取った金属線材は焼結工程において巻き戻す必要がないので、焼結する前の金属線材が弱くても損傷が生じる恐れがない。その結果、金属線材を真っ直ぐな状態で焼結する製造方法よりも長い金属線が製造できる。MIG 溶接機で連続して長時間溶接作業を行うのに最適な金属線を提供できる。
【００５８】
請求項6 に記載の本発明の難加工性の超硬金属を原料とする金属線の製造方法によれば、前記押出工程直後の金属線材を蚊取り線香のような一平面上の渦巻き状に巻きとって巻取後の金属線材の収縮を可能とする花巻工程と、前記金属線材が渦巻き状に巻きとられた状態のまま、その強度を高めるために焼結される焼結工程とを少なくとも有するので、前記金属線材は長く巻き取られることができ、焼結工程においても歪みが生じることなく自由に収縮できる。
更に、一度、花巻工程において巻き取った金属線材は焼結工程において巻き戻す必要がないので、焼結する前の金属線材が弱くても損傷が生じる恐れがない。の結果、金属線材を真っ直ぐな状態で焼結する製造方法よりも長い金属線が製造できる。MIG 溶接機で連続して長時間溶接作業を行うのに最適な金属線を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における花巻装置を示す図である。
【符号の説明】
1   花巻装置
2   巻取板
3   支持軸
4   焼結前の線材
5   押出機のダイノズル
6   押出ヘッド
【図１】
0004370040.tif 000002