JP2005105326A - 被覆金属線の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (10)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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