(57)【要約】【課題】  大気中で鋳造等を行って、優れた生産性を以て高い歩留りでＣｕ−Ｍｇ系の銅合金導体を製造することを可能とした、銅合金導体の製造方法およびその銅合金導体ならびにケーブルならびにトロリー線を提供する。【解決手段】  本発明の銅合金導体の製造方法は、銅母材１を溶解して銅合金溶湯３を作り、その銅合金溶湯３を用いて連続鋳造圧延を行って圧延材５を形成し、その圧延材５を用いて０．０５質量％以上〜１．０質量％以下のＭｇを含有する銅合金導体（例えば銅合金線７）を製造する、銅合金導体の製造方法であって、銅母材１に、２質量％以上〜４３質量％以下のＭｇを含有する銅合金を添加材２として投入し、その添加材２を銅母材１と共に溶解させて銅合金溶湯３を作ることを特徴としている。【選択図】  図１
2009174038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中にて、銅母材を溶解して銅合金溶湯を作り、当該銅合金溶湯を用いて連続鋳造圧延を行って圧延材を形成し、当該圧延材を用いて０．０５質量％以上〜１．０質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金導体を製造する、銅合金導体の製造方法であって、
前記銅母材に、２質量％以上〜４３質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金を添加材として投入し、当該添加材を前記銅母材と共に溶解させて前記銅合金溶湯を作る
ことを特徴とする銅合金導体の製造方法。
【請求項２】
０．０５質量％以上〜１．０質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金導体であって、
大気中にて銅母材に２質量％以上〜４３質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金を添加材として投入し当該添加材と共に前記銅母材を溶解させた銅合金溶湯を連続鋳造圧延してなる圧延材を用いて形成された
ことを特徴とする銅合金導体。
【請求項３】
請求項２記載の銅合金導体において、
前記銅合金導体を加工して線材とし、当該線材の表面に錫またはニッケルもしくは銀のめっき膜を設けてなる
ことを特徴とする銅合金導体。
【請求項４】
請求項２または３に記載の銅合金導体において、
前記銅合金導体を複数本撚り合わせてなる
ことを特徴とする銅合金導体。
【請求項５】
請求項２ないし４のうちいずれか１つの項に記載の銅合金導体からなる製品の表面を絶縁被膜で被覆してなる
ことを特徴とするケーブル。
【請求項６】
請求項２ないし４のうちいずれか１つの項に記載の銅合金導体を用いてなる
ことを特徴とするトロリー線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種電子・電気機器用や産業用のケーブル、あるいは電気鉄道車両にパンタグラフ等を介して給電を行うための架線（電車線）用のトロリー線等に用いられる、銅合金導体の製造方法および銅合金導体ならびにその銅合金導体を用いてなるケーブルならびにトロリー線に関する。
【背景技術】
【０００２】
電車線用銅合金導体（トロリー線）や各種機器のケーブルなどに用いられる機器用ケーブル用の導体としては、導電率が高い硬銅線や、耐摩耗性・耐熱性を有する銅合金材（銅合金線）等が使用されている。
銅合金材としては、従来、銅母材にＳｎを０．２５〜０．３５質量％含有させたものが提案されており（特許文献１）、新幹線および在来線のトロリー線（電車用架線）や、機器用ケーブル等の導体として用いられている。
【０００３】
近年、例えば新幹線における時速２７０ｋｍ〜３００ｋｍあるいはそれ以上での営業運転最高速度の達成や在来線での最高時速１３０ｋｍでの営業運転など、電車のさらなる高速化が進められている。このような高速化に対応すべく、電車用トロリー線の架線張力をさらに高めることが要請されており、その架線張力は、１．５トンから２．０トン以上にまで高められる傾向にある。
また、近年、特に大都市部の鉄道では、輸送能力のさらなる増強を図るために、電車通過密度（単位長さ当たりの線路上を走行する電車の本数）が益々高くなる傾向にある。一路線上を同時に複数本の電気鉄道車両が走行している場合、等価回路的には、給電線である一本のトロリー線（および帰電線としての軌道レール）に対してその車両の本数に比例した総個数の電動機が並列に接続されている状態と見做すことができるので、一路線上を走行している多数の鉄道車両に供給することが必要となる電力量（主に電流量）は、電車通過密度の増大につれて益々大きくなる傾向にある。このため、トロリー線のさらなる大電流容量化が要求されるようになってきている。
【０００４】
また、各種電気・電子機器用ケーブルとして用いられる導体では、使用環境を考慮して、耐屈曲性・強度のさらなる向上が要請されている。また、各種電気・電子機器自体の軽量化・小型化・省電力化の要求を満たすために、それに用いられるケーブルにも、さらに高い導電性の達成が求められている。
さらには、産業用ケーブルについても、導電性の低下を極力抑制しつつ強度および耐熱性を向上させ、かつ使用環境を考慮して耐屈曲性等もさらに良好なものとした導体を用いることが益々強く求められるようになってきている。
【０００５】
そこで、これらの要求を満たすために、高い機械的強度および高い導電性を備えた銅合金導体の実現が益々強く要請されるようになってきた。
高強度の銅合金導体としては、主に固溶強化型合金と析出強化型合金との、２種類がある。固溶強化型合金としては、Ｃｕ‐Ａｇ合金（高濃度銀）、Ｃｕ‐Ｓｎ合金、Ｃｕ‐Ｓｎ‐Ｉｎ合金、Ｃｕ‐Ｍｇ合金、Ｃｕ‐Ｓｎ‐Ｍｇ合金などが挙げられる。また、析出強化型合金としては、Ｃｕ‐Ｚｒ合金、Ｃｕ‐Ｃｒ合金、Ｃｕ‐Ｃｒ‐Ｚｒ合金などが挙げられる。
固溶強化型合金であるＣｕ−Ｍｇ合金は、従来のＣｕ−Ｓｎ合金と比較して、強度と共に導電性にも優れており、かつ銅合金溶湯から連続して鋳造圧延が可能であるという優れた特長を備えている。このようなＣｕ−Ｍｇ合金については、例えば、真空中で鋳造され
たＭｇ（マグネシウム；以下同様）を０．０５質量％以上〜０．９質量％以下含有させた銅合金などが提案されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特公昭５９−４３３３２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２９２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｍｇは一般に、大気中にて酸化され易い物質であり、約５００℃で激しく酸化して発火・燃焼することが知られている。このようなＭｇの発火・燃焼の発生を回避するために、従来、Ｃｕ−Ｍｇ合金は真空中で鋳造されている。
ところが、真空中での鋳造では一般に、１バッチ当たり数ｋｇから数１０ｋｇ程度しか製造することができないので、固溶強化型合金であるＣｕ−Ｍｇ合金の優れた生産性という特長が生かされないことになってしまう。
そこで、斯様な生産性向上の観点から、ＳＣＲ方式のような連続鋳造圧延方式を適用するなどして、Ｃｕ−Ｍｇ合金を大気中で製造すればよいものと考えられる。
【０００８】
しかしながら、大気中では、銅母材に投入されるＭｇは、溶解する前に発火・燃焼してしまい、その後の圧延工程等を経て最終的に得られるＣｕ−Ｍｇ系銅合金導体における、実際のＭｇの含有量が、所期の目標組成のＭｇ含有量とは大幅に異なったものとなり、その結果、歩留りが著しく低下するという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みて成されたもので、その目的は、投入されたＭｇの発火・燃焼に起因した歩留りの低下を引き起こすことなく、大気中で鋳造等を行って、優れた生産性を以て高い歩留りでＣｕ−Ｍｇ系の銅合金導体を製造することを可能とした、銅合金導体の製造方法およびその銅合金導体ならびにケーブルならびにトロリー線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の銅合金導体の製造方法は、大気中にて、銅母材を溶解して銅合金溶湯を作り、当該銅合金溶湯を用いて連続鋳造圧延を行って圧延材を形成し、当該圧延材を用いて０．０５質量％以上〜１．０質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金導体を製造する、銅合金導体の製造方法であって、前記銅母材に、２質量％以上〜４３質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金を添加材として投入し、当該添加材を前記銅母材と共に溶解させて前記銅合金溶湯を作ることを特徴としている。
本発明の銅合金導体は、０．０５質量％以上〜１．０質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金導体であって、大気中にて銅母材に２質量％以上〜４３質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金を添加材として投入し当該添加材と共に前記銅母材を溶解させた銅合金溶湯を連続鋳造圧延してなる圧延材を用いて形成されたことを特徴としている。
本発明のケーブルは、上記の銅合金導体からなる製品の表面を絶縁被膜で被覆してなることを特徴としている。
本発明のトロリー線は、上記の銅合金導体を用いてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大気中で、０．００１質量％以上〜０．１質量％以下の酸素を含有する銅母材に添加材として２質量％以上〜４３質量％以下のマグネシウムを含有する銅合金を投入して銅母材と共に溶解させて銅合金溶湯を作るようにしたので、投入されたＭｇの発火・燃焼に起因した歩留りの低下を引き起こすことなく大気中で溶解、鋳造等を行うことができ、最終的に得られる銅合金導体における実際のＭｇの含有量が所期の目標組成のＭｇ含有量とは大幅に異なったものとなることを解消することができる。その結果、強度および導電性が共に高いＣｕ−Ｍｇ系の銅合金導体を、優れた生産性を以て高い歩留りで
実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本実施の形態に係る銅合金導体の製造方法およびその銅合金導体ならびにケーブルならびにトロリー線について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る銅合金導体の製造方法における主要な工程の流れを示す図である。
【００１２】
本実施の形態に係る銅合金導体の製造方法は、酸素を０．００１〜０．１質量％含有する銅母材１に、添加材２として、２質量％以上〜４３質量％以下のＭｇ（マグネシウム）を含有する銅合金を投入して溶解し、銅合金溶湯３を作る溶解工程Ｆ１と、その銅合金溶湯３を鋳造して鋳造材４とする鋳造工程Ｆ２と、鋳造材４に複数段（多段）の熱間圧延加工を施して、圧延材５とする熱間圧延工程Ｆ３と、その圧延材５を洗浄し、巻き取って、荒引線６とする洗浄・巻取工程Ｆ４と、その巻き取った荒引線６を送り出しながら冷間伸線加工を施して、銅合金線７とする冷間加工工程Ｆ５とを、その主要な工程として含んでいる。そして、この製造方法によって製造された銅合金線７は、その後さらに、例えば線材、撚線、条材、板材などのような所望の形状に加工される。
【００１３】
上記の溶解工程Ｆ１から洗浄・巻取工程Ｆ４までは、既存の一般的な連続圧延設備（ＳＣＲ連続鋳造設備）等を用いて行うことができる。また、冷間加工工程Ｆ５は、既存または慣用の冷間伸線加工装置等を適用可能である。但し、そのような設備や装置を用いて行われる各工程での各種プロセス条件等や、特に溶解工程Ｆ１における添加材の設定については、一般的なものではなく、下記にさらに詳述するような設定および方法であることは勿論である。
【００１４】
すなわち、本実施の形態に係る銅合金導体である銅合金線７およびその製造方法では、溶解工程Ｆ１にて、酸素を０．００１〜０．１質量％含む銅母材１に、添加材２として、２質量％以上〜４３質量％以下のＭｇを含有する銅合金を投入し、その添加材２と共に銅母材１を溶解することで銅合金溶湯３を作り、その銅合金溶湯３を、鋳造工程Ｆ２で鋳造し熱間圧延工程Ｆ３で圧延して圧延材５と成し、洗浄・巻取工程Ｆ４そして冷間加工工程Ｆ５を経て、銅合金線７を形成する。
このような製造方法によって製造される、本実施の形態に係る銅合金導体からなる銅合金線７は、０．００１質量％以上〜０．１質量％以下の酸素を含み、かつ０．０５質量％以上〜１．０質量％以下のマグネシウムを含有している。
【００１５】
ここで、上記の添加材２におけるＭｇの含有量について、さらに詳細に説明する。
添加材２におけるＭｇの含有量を２質量％以上〜４３質量％以下とした理由は、２質量％未満では、添加材２全体におけるＭｇの量が少ないので、最終的に得られる銅合金線７におけるＭｇの含有量を、例えば０．０５〜１．０質量％のような所期の組成目標値に達するようにするためには、銅母材１に投入すべき添加材２が多量に必要となって、その製造が極めて困難なものとなる虞があるからである。また、４３質量％を超えると、添加材２を構成する銅合金の結晶組織は、大気中で発火および燃焼を生じ易いＭｇの単相またはＭｇとＣｕＭｇ２との２相となるため、発火や燃焼の発生を抑止ないしは解消することが実質的にできなくなるからである。
【００１６】
上記の添加材２の銅合金におけるＭｇの含有量は、より好ましくは、２質量％以上〜１４質量％以下とする。その理由は、Ｍｇの含有量が１４質量％を超えると、添加材２の密度が７．９ｇ／ｍｍ３よりも大きくなって、融点付近での密度が約７．９ｇ／ｍｍ３である銅母材１の溶湯に添加材２が沈降せずに、その溶湯の表面付近で発火・燃焼してしまう虞が高くなるからである。
また、さらに好ましくは、添加材２の銅合金におけるＭｇの含有量を１０質量％以上〜１４質量％以下とする。その理由は、含有量が１０質量％未満では、２％未満の場合よりは多いのでその製造は可能であるものの、銅母材１に多量の添加材２を投入する必要があり、設備上非常に製造が困難となる虞が高いからである。
【００１７】
なお、上記のようにして連続鋳造圧延され、伸線加工されて、線材状に形成された銅合金線７を、複数本撚り合わせて、いわゆる撚線（図示省略）とすることも可能である。
または、上記の線材状に形成された銅合金線１７や撚線の表面上に、絶縁性材料からなる被膜を設けて、その銅合金線１７や撚線の表面全体をほぼ完全に絶縁被覆することで、各種電子・電気機器用や産業用のケーブル（図示省略）を形成することも可能である。
もしくは、上記の線材状に形成された銅合金線１７や撚線の表面に、Ｓｎ（錫）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）などのめっき膜を各種めっき法等により被着させるようにしてもよい（図示省略）。
【００１８】
以上のように、本発明の一実施の形態に係る銅合金導体およびそれを用いたケーブルならびにトロリー線ならびに銅合金導体の製造方法によれば、大気中で、０．００１質量％以上〜０．１質量％以下の酸素を含有する銅母材１に、添加材２として、２質量％以上〜４３質量％以下、より好ましくは２質量％以上〜１４質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以上〜１４質量％以下のＭｇを含有する銅合金を投入し、その銅母材１を溶解させた銅合金溶湯３を用いて、銅合金線７を得るようにしたので、投入されたＭｇの発火・燃焼に起因した歩留りの低下を引き起こすことなく大気中で鋳造等を行うことができ、最終的に得られる銅合金線７のような本実施の形態に係る銅合金導体からなる製品における実際のＭｇの含有量が所期の目標組成のＭｇ含有量とは大幅に異なったものとなることが解消され、その結果、強度および導電性が共に高いＣｕ−Ｍｇ系の銅合金導体およびそれを加工してなるケーブルやトロリー線のような製品を、優れた生産性を以て高歩留りで実現することが可能となる。
【実施例】
【００１９】
上記の実施の形態で説明したような銅合金導体を、添加材２としてＭｇの含有量を異ならせた複数種類のＣｕ−Ｍｇ系の銅合金を作製し、それらを溶解工程Ｆ２で銅母材１に投入し溶解させて、それぞれ銅合金溶湯３を作り、それを用いた熱間圧延工程Ｆ３、洗浄・巻取工程Ｆ４、冷間加工工程Ｆ５を行って、実施例１〜５および比較例１、２の銅合金線７を作製した。
図２は、実施例および比較例に係る銅合金導体の各種設定および各種試験結果を一覧表として纏めて示す表図である。
【００２０】
銅母材１に投入した添加材２の量は、実施例１〜５および比較例１、２の全てについて統一して、目標組成（銅母材１に投入された添加材２に含まれているＭｇの全量が発火・燃焼等で損失することなく銅母材１内に完全に添加されたと仮定した場合の組成）が、Ｃｕ−０．３質量％Ｍｇとなるように設定した。
【００２１】
上記のような添加材２を銅母材１に投入し溶解して得られた銅合金溶湯３（１１００℃〜１２００℃）を鋳造し、５００℃〜６００℃で熱間圧延を多段に施して、圧延材５を形成した。この圧延材５を洗浄し、巻取りを行って、直径８ｍｍの荒引線６を形成した。その荒引線６に冷間（伸線）加工を行って、直径０．２６ｍｍの銅合金線（硬銅線）７を得た。
そして、それらの銅合金線７を、実施例１〜５および比較例１、２の各試料として用いて、それら個々の試料についての引張強さ（ＭＰａ）および導電率（％ＩＡＣＳ）を、引張試験および導電率測定試験によって、それぞれ調べた。また、それら各試料の歩留りについても調べた。
【００２２】
実施例１〜５では、添加材２として、それぞれＭｇ含有量が３質量％、５質量％、１０質量％、１４質量％、３０質量％の銅合金を用いて、各々の銅合金線７を作製した。
また、比較例１では、Ｍｇ含有量が６０質量％の銅合金からなる添加材を用いて銅合金線を作製した。比較例２では、銅合金ではなく、純金属のＭｇを添加材として添加して銅合金線を作製した。
【００２３】
その結果は、図２に一覧表として示したようなものとなった。ここで、図２の一覧表に示した「歩留」の値は、荒引線６におけるＭｇの含有量の目標組成値と実際に作製された荒引線６についてＩＣＰによって分析されたＭｇ濃度の値との差を、Ｍｇの含有量の目標組成値で規格化したものである。
【００２４】
実施例１〜５の銅合金線７は、いずれも、添加材２のＭｇ含有量を２質量％以上〜４３質量％以下の範囲内の値としたことで、歩留りの値が約５０となっており、比較例１の３５や比較例２の０よりも、顕著に向上していることが確認できた。
【００２５】
また、引張強さについても、比較例１、２の場合には５００ＭＰａ台前半の値であったものが、実施例１〜５では６００ＭＰａ台前半の値となっており、比較例よりも約１００ＭＰａも向上していることが確認できた。これは、実施例１〜５の銅合金線７の場合には、その製造途中での発火や燃焼に起因したＭｇの添加量の著しい損失が生じることなく、目標組成に則した所期の含有量でＭｇを添加することができたことによるものと推測される。
【００２６】
これとは対照的に、特に比較例２の場合には、最終的に得られた銅合金線を組成分析した結果、Ｍｇの含有量は０．０００１質量％以下であり、従って歩留りの値は０となった。また、引張強さは、全ての試料中で最低の値となった。これは、純金属のＭｇを添加材として用いたことに起因して、その銅合金線の製造途中でＭｇが発火や燃焼してしまったことに起因するものと解せられる。
また、導電率についても、実施例１〜５の銅合金線７は、いずれも８０％ＩＡＣＳを超えた値となっており、高い導電率を確保していることが確認できた。
【００２７】
以上のような試料を用いた実験から、本実施例に係る銅合金導体（本実施例では銅合金線７）およびその製造方法によれば、引張強さおよび導電率が共に高いＣｕ−Ｍｇ系の銅合金導体を、大気中にて優れた生産性を以て高歩留りで作製できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る銅合金導体の製造方法における主要な工程の流れを示す図である。
【図２】実施例および比較例に係る銅合金導体の各種設定および各種試験結果を一覧表として纏めて示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    銅母材
２    添加材
３    銅合金溶湯
４    鋳造材
５    圧延材
６    荒引線
７    銅合金線
【図１】
2009174038.tif 000003
【図２】
2009174038.tif 000004