JP2001180337A - 銅合金被覆鋼トロリ線とその製造方法 - Google Patents

銅合金被覆鋼トロリ線とその製造方法

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JP2001180337A
JP2001180337A JP36627099A JP36627099A JP2001180337A JP 2001180337 A JP2001180337 A JP 2001180337A JP 36627099 A JP36627099 A JP 36627099A JP 36627099 A JP36627099 A JP 36627099A JP 2001180337 A JP2001180337 A JP 2001180337A
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Yosuke Ohata
要介 大畑
Hiroaki Iwayama
博明 岩山
Tsukasa Yamada
宰 山田
Toshimizu Tomizuka
稔瑞 富塚
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Fujikura Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度を高め、耐熱性に優れ、トンネル内でも
高速運転可能なトロリ線を提供する。 【解決手段】 Agを0.03〜0.10重量%、残部
がCu及び不可避不純物である組成の耐熱性銅合金被覆
層またはSnを0.05〜0.25重量%、残部がCu
及び不可避不純物である組成の耐熱性銅合金被覆層を鋼
線の周囲に設けたトロリ線、及び鋼線の周囲にコンフォ
ームにより前記組成の耐熱性銅合金被覆層を押出被覆し
て後伸線加工又は圧延加工することを特徴とするトロリ
線の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レールに沿って架
設され、パンタグラフ等を介して電車に給電を行う耐熱
性銅合金被覆鋼トロリ線とその製造方法に関する。
【0002】鉄道用トロリ線は、通常、銅線が使用され
ている。ところで近年、電車の高速進行の要請が強く、
このためトロリ線の強度及び耐熱性を一層強めることが
要求されている。このような中で、鋼線を芯材としその
周りを銅で被覆した銅被覆鋼トロリ線が提案され、新幹
線を代表とする高速運行電車用として使用されている
(特公平2−11460号公報参照)。この従来の銅被
覆鋼トロリ線は、まず鋼線を無酸素銅の溶湯中に連続的
に浸漬させ、鋼線の周囲に無酸素銅を凝固、付着させた
後、一定の温度範囲にて熱間圧延することで銅被覆鋼線
素線をつくり、さらにその後伸線加工することにより製
造されている。
【0003】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、この従
来の銅被覆鋼トロリ線の耐熱性は、通常の銅トロリ線よ
りも優れるものの、300℃から400℃の高温域では
錫入り銅合金トロリ線や銀入り銅合金トロリ線に比べて
劣るため、トンネル内などの高い耐熱特性を要求される
箇所には適用できないといった欠点があった。
【0004】このため、現在トンネル内などで使用され
るトロリ線には、およそ0.12重量%以上の銀を含有
した銀入り銅合金トロリ線が用いられるが、強度レベル
が銅被覆鋼トロリ線に及ばないため、トンネル内は電車
の速度を落として運行せざるを得ない状況にある。この
ようなことから、近年銅被覆鋼トロリ線には、現行の銀
入り銅合金トロリ線と同等以上の耐熱特性を有するよ
う、その耐熱性の改善が熱望されている。又、このよう
な中で耐熱性銅合金を鋼芯の周りに被覆させた銅合金被
覆鋼トロリ線が考えられるが、実用されるものは生まれ
ておらず、その理由は、現行の製造方法での製造は非常
に困難であることが判った。すなわち、現行のトロリ線
の製造方法では銅線の周囲に均一に銅合金を凝固、付着
させることが非常に困難であり、トロリ線として必要と
なる長尺品を安定して製造することができない状況にあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等はかゝる従来
の技術の有する課題を解決するために、鋭意検討を重ね
た結果、従来の銅溶融浸漬による製造方法に代わり、コ
ンフォームにより鋼線の周囲に耐熱性の高い銅合金を押
出し、さらに伸線加工又は圧延加工により、鋼線と銅合
金との接合性が高く、耐熱性の高い銅合金被覆トロリ線
を安定して製造することができることを見出した。
【0006】本発明は、Ag又はSnから選択された金
属を含む耐熱性銅合金を被覆素材とし、鋼線の周囲に被
覆した銅合金被覆鋼トロリ線を提供するものであり、具
体的にはAgを0.03〜0.10重量%含み残部がC
u及び不可避不純物とからなる銅合金、もしくは、Sn
を0.05〜0.25重量%含み残部がCu及び不可避
不純物とからなる銅合金を被覆層としたトロリー線であ
り、その製造方法は、このような耐熱性銅合金をコンフ
ォームにより鋼線の周囲に押出し被覆して銅合金被覆鋼
線素線を作り、さらに伸線加工又は圧延加工を行って所
定のトロリ線形状に加工することを特徴とするトロリ線
の製造方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は本発明に基づき得られたト
ロリ線の構造例で、ほゞ中心に鋼線7を有し、その外周
にAg又はSn入り耐熱性銅合金被覆層17を設け、こ
れに溝18を設けてなるトロリ線である。
【0008】次に、本発明におけるコンフォームでの銅
合金被覆鋼素線の製造例を図2、図3により具体的に説
明する。まず、押し出される銅合金1は、表面の酸化皮
膜、油分等の汚れが完全に除去された状態で、駆動する
ホイール2と固定されたシューブロック3とにより形成
された導入路4に連続的に引き込まれ、アパットメント
5で方向を変えた後、ダイチャンバー6の室内に供給さ
れる。
【0009】このとき、導入路4内、ダイチャンバー6
室内の銅合金は、導入路4とシューブロック3との間で
発生する摩擦熱及び高圧力により可塑流動的となる。一
方、芯材となる鋼線7は前処理手段8によって表面に酸
化皮膜、油分等のないように清浄化され、次工程の誘導
加熱装置9により表面を高温に加熱された状態で、ニッ
プル10を介してダイチャンバー6の室内に誘導され
る。
【0010】図3に示すように、ニップル10を介して
ダイチャンバー6の室内に誘導された鋼線7は、上述の
別方向から同室内に侵入してきた銅合金11とともに、
一体となり銅合金被覆素線12となってダイス13を通
って押し出される。この後、図1に示すように銅合金被
覆鋼素線12は連続して冷却槽14中で冷却され、その
後引き取り機15を通って巻き取りドラム16により巻
き取られる。
【0011】この中で素材となる銅合金としてはAg又
はSnを含有する耐熱性銅合金が望ましいが、特に、A
gの濃度を0.03〜0.10重量%もしくはSnの濃
度を0.05〜0.25重量%である銅合金が好まし
い。
【0012】Agの濃度を0.03〜0.10重量%に
限定した理由は、Agの濃度が0.03重量%未満の場
合、Agの添加効果は小さく銅合金被覆トロリ線として
要求される耐熱性を満足できず、一方、Agの濃度が
0.10重量%を超えて多い場合には、耐熱性は非常に
良好となるが、コンフォームにおける押出し性が著しく
悪くなり、押出し工具の摩耗が激しく安定した押出し被
覆ができなくなる。このため、銅合金中のAgの濃度は
0.03〜0.10重量%に限定した。
【0013】また、素線となる銅合金中のSnの濃度を
0.05〜0.25重量%に限定した理由は、Snの濃
度が0.05重量%未満の場合、Agの場合と同じく銅
合金被覆鋼トロリ線として要求される耐熱性を満足でき
ず、一方、Snの濃度が0.25重量%を超えて多い場
合には、Agの場合と同じく耐熱性は非常に良好となる
が、コンフォームにおける押出し性が著しく悪くなり、
押出し工具の摩擦が激しく、安定した押出し被覆がきな
くなるほか、銅合金層の導電率が著しく低下してしまう
ため、銅合金被覆鋼トロリ線として必要とされる導電率
を確保することが難しくなる。このため、銅合金中のS
nの濃度は0.05〜0.25重量%に限定した。
【0014】以上のように、コンフォームの場合には鋼
線の周囲に耐熱性の高い銅合金を高温、高圧で圧接させ
て押し出すことにより、鋼線表面に一定の厚さで均一に
しかも使用上十分な接合性を得た状態で被覆することが
できる。この結果、従来の銅溶湯浸漬による製造方法に
代わり、耐熱性の高い銅合金被覆鋼トロリ線を安定して
製造することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明に係る銅合金被覆鋼トロリ線の
製造実施例について、その比較例と比較して具体的に説
明する。
【0016】まず、耐熱性銅合金素材としてAg入り銅
合金を用いた場合について説明する。鋼線の周囲に被覆
される銅合金素材には、Agの濃度を0〜0.12重量
%の範囲で変えた銅合金線φ12mmを用い、芯材とな
る鋼線には、JIS G 3507に示される冷間圧造
用炭素鋼線SWRCH25K(炭素含有量:0.27重
量%)φ10mmを用いた。まず、銅合金線は表面の酸
化皮膜、油分等の汚れを十分に除去した後、駆動するホ
ィールと固定されたシューブロックとにより形成された
導入路に連続的に供給した。一方、芯材となる鋼線はシ
ョットプラストによって表面の酸化皮膜、油分等を除去
した後、誘導加熱装置によって表面を予備加熱させた状
態でダイチャンバーの室内に誘導し、ダイチャンバー室
内において銅合金を被覆して、ダイスにより外径φ22
mmの銅合金被覆鋼素線として押し出した。その後、冷
間伸線加工によって総断面積170mmの標準的トロ
リ線サイズに仕上げ、その引張強さと導電率、並びに耐
熱性を調査した。
【0017】耐熱性の評価に関しては、従来トンネル区
間に用いられている銀入り銅トロリ線の評価基準を参考
に、300℃の温度で2時間加熱した後の強度の残存率
を測定、算出した。これらの評価結果を表1に示す。表
1によれば、実施例No.1−1〜1−4は本発明品で
ありAgの濃度が本発明の規定の範囲内であるため、従
来の銅被覆鋼トロリ線及び現行の銀入り銅合金トロリ線
に比べて、強度と耐熱性の両方が優れている。一方、比
較例No.1−5はAgの濃度が本発明の範囲外である
ため、強度は良好であるものの、加熱試験後の残存強度
が90%以下で耐熱性は不十分であった。また、比較例
No.1−6は強度、耐熱性とも良好であったが、Ag
の濃度が本発明の範囲外であり、製造時のダイス、ホイ
ールの変形、摩耗が激しく、安定した製造ができなかっ
たため、判定を×とした。
【0018】
【表1】
【0019】次に銅合金素材としてSn入り銅合金を用
いた場合について説明する。鋼線の周囲に被覆される銅
合金素材には、Snの濃度を0〜0.30重量%の範囲
で変えた銅合金線φ12mmを用い、芯材となる鋼線に
は、JIS G3507に示される冷間圧造用炭素鋼線
SWRCH25K(炭素含有量:0.27重量%)φ1
0mmを用いた。これらの銅合金素材及び鋼線を用い,
Ag入り銅合金を用いた場合と同様にして、コンフォー
ムにより銅合金被覆鋼線素線を押し出した。このとき、
押し出される銅合金被覆鋼線素線の外径は、銅合金中の
Sn濃度に合わせ、22〜25mmの間で調整した。こ
れは、銅合金中のSn濃度が高くなると銅合金層の導電
率が低下し、最終のトロリ線としての導電率が低くなっ
てしまうためで、この対策として、Sn濃度の高い銅合
金を使う場合には、銅合金層の被覆率を多くして、銅合
金被覆鋼素線としての導電率を確保するようにした。そ
の後、伸線加工によって総断面積170mmの標準的
トロリ線サイズに仕上げ、その引張強さと導電率、並び
に耐熱性をAg入り銅合金の場合と同様の方法で調査し
た。
【0020】これらの評価結果を表2に示す。実施例N
o.2−1〜2−4は本発明品でありSnの濃度が本発
明の範囲内であるため、従来の銅被覆鋼トロリ線及び現
行の銀入り銅合金トロリ線に比べて、強度と耐熱性の両
方が優れている。一方、比較例No.2−5はSnの濃
度が本発明の範囲外であるため、強度は良好であるもの
の、加熱試験後の残存強度が90%以下で耐熱性は不十
分であった。また、比較例No.2−6は強度、耐熱性
とも良好であったが、Snの濃度が本発明の範囲外であ
り、製造時のダイス、アバットメント、ホイールの変
形、摩耗が激しく、安定した製造ができなかったため、
判定を×とした。
【0021】
【表2】
【0022】本発明においては、芯材として最も安価で
強度の高い硬鋼線を使用したが、軽量化やさらなる高強
度をはかるために、ステンレス鋼などの合金鋼を用いる
こともできる。即ち、芯材が靱性及び伸線性に影響を受
けない程度に、例えば、C,N,S,Si,Ni,Z
r,Cr,Co,Ti,Mg,Mo,Sn,及びAl等
を含有していても良い。また、芯材の長手方向に垂直な
面の断面形状は、例えば円、楕円又は矩形とすることも
できる。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、コ
ンフォームにより鋼線の周囲に耐熱性の高い銅合金を押
出し、さらに伸線加工又は圧延加工を行う方法により、
鋼線と銅合金との接合性が高く、耐熱性の高い銅合金被
覆鋼トロリ線を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるトロリー線の断面図。
【図2】コンフォームを示す模式的断面図。
【図3】コンフォームのダイチャンバー内を示す模式的
断面図。
【符号の説明】
1 銅合金 2 ホイール 3 シューブロック 4 導入路 5 アバットメント 6 ダイチャンバー 7 芯材(鋼線) 8 前処理手段 9 誘導加熱装置 10 ニップル 11 銅合金 12 銅合金被覆鋼素線 13 ダイス 14 冷却槽 15 引き取り機 16 巻き取りドラム 17 耐熱性銅合金被覆層 18 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 宰 東京都江東区木場1丁目5番1号株式会社 フジクラ内 (72)発明者 富塚 稔瑞 東京都江東区木場1丁目5番1号株式会社 フジクラ内 Fターム(参考) 4E029 HC03 HD04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ag又はSnから選択された金属を含む
    耐熱性銅合金被覆層を鋼線の周囲に設けてなることを特
    徴とする銅合金被覆鋼トロリ線。
  2. 【請求項2】 耐熱性銅合金被覆層がAgを0.03〜
    0.10重量%含み残部がCu及び不可避不純物とから
    なる銅合金被覆層であることを特徴とする請求項1記載
    の銅合金被覆鋼トロリ線。
  3. 【請求項3】 耐熱性銅合金被覆層がSnを0.05〜
    0.25重量%含み残部がCu及び不可避不純物とから
    なる銅合金被覆層であることを特徴とする請求項1記載
    の銅合金被覆鋼トロリ線。
  4. 【請求項4】 コンフォームにより鋼線の周囲に請求項
    1、2もしくは3に記載の銅合金を押出し被覆して銅合
    金被覆鋼素線を製造する工程と、伸線加工又は圧延加工
    により所定のトロリ線形状に成形する工程とにより製造
    されることを特徴とする銅合金被覆鋼トロリ線の製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103302126A (zh) * 2013-06-26 2013-09-18 温州宏丰电工合金股份有限公司 层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法
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