JP2005313208A - 線材用銅およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットワイヤーなどに適した高品質の線材用銅およびその製造方法を提供する。
【解決手段】銅鋳塊を連続圧延して製造された線材用銅において、前記銅鋳塊に含まれるブローホールの内径が３．０ｍｍ以下である線材用銅。連続鋳造機から製出される銅鋳塊７を連続圧延する線材用銅１１の製造方法において、前記連続圧延前に、銅鋳塊７に８００〜９５０℃の温度で圧下率３〜２０％の軽圧下圧延を施す線材用銅１１の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、高効率型モーターのマグネットワイヤーなどに適した線材用銅およびその製造方法に関する。

線材用銅は、銅鋳塊を圧延加工して製造される銅荒引線などであり、所定寸法の素線（丸線或いは平角線など）に加工されたのち樹脂被覆してマグネットワイヤーなどとして用いられている。前記マグネットワイヤーの素線には、接続溶接の際にガスボイドが生じ難い無（低）酸素銅が使用されるようになった。

前記無酸素銅の線材用銅は、従来、コアロッド（無酸素銅）の外周に無酸素溶銅を連続的に凝固させるディップフォーミング法、或いは溶銅上に配した鋳型内で溶銅を凝固させて上方に連続的に引き上げるアップキャスト法などの溶銅周囲を還元性雰囲気にし易い小規模製造法により製造されていたが、近年、生産性向上を目的にベルト＆ホイール式連続鋳造圧延法（ＳＣＲ法など、２０ｔｏｎ／ｈｒ以上）による線材用無酸素銅（通常φ８ｍｍ）の製造方法が開発された（引用文献１）。

前記ＳＣＲ法の連続圧延は縦横交互の２方ロールにより行われ、この連続圧延での各スタンドの圧下率は２０％を超える。

特開２００３−２６８４６６号公報

ところで、前記線材用銅にはワレ、ソゲ、フクレといった微小欠陥が存在し、前記微小欠陥はマグネットワイヤー母線（丸線、平角線など）に加工する際に拡大し、樹脂被覆後の焼付工程で樹脂被覆層に膨れなどの欠陥が生じる原因になり、特に平角線は角部の成形加工が苛酷なため前記微小欠陥は拡大し易いという問題があった。

このようなことから、本発明者等は、線材用銅の品質改善について検討し、前記線材用銅の微小欠陥は銅鋳塊に含まれる粗大なブローホールが原因で生じること、前記微小欠陥は前記銅鋳塊に含まれるブローホールを小さく規定することにより、或いは前記銅鋳塊に所定の軽圧下圧延を施すことにより無害化し得ることを知見し、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、マグネットワイヤーなどに適した高品質の線材用銅およびその製造方法の提供を目的とする。

請求項１記載発明は、銅鋳塊を連続圧延して製造された線材用銅において、前記銅鋳塊に含まれるブローホールの内径が３．０ｍｍ以下であることを特徴とする線材用銅である。

請求項２記載発明は、前記銅鋳塊が無酸素銅からなることを特徴とする請求項１記載の線材用銅である。

請求項３記載発明は、連続鋳造機から製出される銅鋳塊を連続圧延する線材用銅の製造方法において、前記連続圧延前に、前記銅鋳塊に８００〜９５０℃の温度で圧下率３〜２０％の軽圧下圧延を施すことを特徴とする線材用銅の製造方法である。

請求項４記載発明は、前記銅鋳塊が無酸素銅からなることを特徴とする請求項３記載の線材用銅の製造方法である。

請求項１記載発明の線材用銅は、ブローホールの大きさを小さく規定（内径が３．０ｍｍ以下）した銅鋳塊を連続圧延して製造されたものなので、前記ブローホールは連続圧延時に圧壊し無害なものとなる。そのため前記線材用銅を加工して得られる平角線などには微小欠陥が存在せず、従って前記平角線などを樹脂を被覆し焼付けて得られたマグネットワイヤーは樹脂被覆層に膨れなどが生じない。

請求項２記載発明は、前記銅鋳塊に無酸素銅を用いた線材用銅であり、前記線材用銅はマグネットワイヤーなどとして用いた際の溶接時にガスボイドが生じ難く、溶接性に優れる。

請求項３記載発明の線材用銅は、連続鋳造機から製出される銅鋳塊に、８００〜９５０℃の温度で圧下率３〜２０％の軽圧下圧延を施し、その後線材用銅に連続圧延したものであり、前記銅鋳塊に含まれるブローホールは前記軽圧下圧延時に圧壊する。そのため前記線材用銅を加工して得られる平角線などには微小欠陥が存在せず、従って前記平角線などを樹脂被覆し焼付けて得られるマグネットワイヤーは樹脂被覆層に膨れなどが生じない。

請求項４記載発明は、前記銅鋳塊に無酸素銅を用いた線材用銅の製造方法であり、得られる線材用銅は、マグネットワイヤーなどとして用いた際の溶接時にガスボイドが生じ難く、溶接性に優れる。

請求項１記載発明において、銅鋳塊に含まれるブローホールの内径を３．０ｍｍ以下に規定する理由は、内径が３．０ｍｍを超えるとブローホールが連続圧延で圧壊せず、ソゲなどの欠陥として残るためである。前記ブローホールとは、例えば、鋳造時に巻き込まれる空気、溶銅中の酸素と水素が反応して生成する水蒸気、溶銅中のガス化した水素などにより形成される空洞である。

請求項１記載発明において、銅鋳塊に含まれるブローホールの内径とは、ブローホールの横断面における最大内径である。例えば、ブローホールが球形の場合はその直径、楕円形の場合は短径、パイプ状の場合は横断面における最大径である。

請求項１記載発明において、前記銅鋳塊が無酸素銅からなる場合は、得られるマグネットワイヤーは溶接時にガスボイドが生じ難く、接続溶接が高品質に行える。

本発明において、無酸素銅とは酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の純銅である。

請求項３記載発明は、膨れなどが生じ難いマグネットワイヤが得られる線材用銅の製造方法である。前記線材用銅１１は、例えば、図１に示すように、縦型連続溶解炉１（以下、溶解炉と略記する。）から製出する溶銅を樋１ａ、保持炉２、樋２ａを経てタンディッシュ３内に連続的に移送し、次いで溶銅４をタンディッシュ３の下部に取付けたスパウト５から、ベルト６ａとホイール６ｂとで構成される回転移動鋳型６ｃ（以下、鋳型と略記する。）内に注入し、これを鋳型６ｃ内で冷却し凝固させて銅鋳塊７とし、この銅鋳塊７を鋳型６ｃから連続的に引出し、次いで銅鋳塊７を、水平に配置した２本の圧延ロール９ａ、９ｂからなる軽圧下圧延機９により圧下率３〜２０％の範囲で軽圧下圧延し、引続き粗圧延機１０ａと仕上圧延機１０ｂとからなる連続圧延機１０により連続圧延して製造される。図１で１２は線材用銅１１を巻き取るパレットである。

請求項３記載発明において、前記軽圧下圧延を圧延温度８００〜９５０℃、圧下率３〜２０％で施す理由は、前記圧延温度が８００℃未満でも、前記圧下率が３％未満でもブローホールが十分圧壊せず、また前記圧延温度が９５０℃を超えても、前記圧下率が２０％を超えても圧延割れが生じ易くなるためである。

請求項３記載発明における前記軽圧下圧延は、連続圧延機の第一スタンドで行うことも可能である。

請求項３記載発明は、銅鋳塊にブローホールが発生し易い無酸素銅において、その効果がより顕著に発現される。前記無酸素銅鋳塊にブローホ−ルが発生し易い理由は、溶銅中の水素と酸素は、溶銅が接する雰囲気中の水蒸気と平衡状態を保つため溶銅中の酸素濃度が低いほど、ブローホールの原因になる水素濃度が高くなるためである。

請求項３記載発明において、軽圧下圧延は、図２に示すように、ブローホール７ｂが集中して生じる銅鋳塊７のベルト面７ａに圧延ロールを当接させて行うのが、ブローホール７ｂが圧壊し易く望ましい。ブローホール７ｂが銅鋳塊７のベルト面７ａ側に集中するのは、鋳型内への溶銅の注入、冷却、凝固などの諸条件に起因する。

以下に本発明を実施例により詳細に説明する。

図１に示したベルト＆ホイール式連続鋳造圧延法により線材用銅（以下、銅荒引線と記す。）を製造した。
即ち、溶解炉１で溶解した溶銅を、樋１ａ、保持炉２、樋２ａを経てタンディッシュ３内に流入させ、次いでタンデッシュ３内の溶銅４をベルト＆ホイール式連続鋳造機６にて鋳造し、鋳造機６から連続的に引き出される銅鋳塊７（断面サイズ１００ｍｍ×５０ｍｍ）を軽圧下圧延機９により軽圧下圧延し、次いで連続圧延機１０により連続圧延してφ８ｍｍの無酸素銅荒引線１１を製造した。溶解炉１での原料の溶解、樋１ａ、保持炉２、樋２ａおよびタンディッシュ３を通過する溶銅の保温にはブタンガスを用いた。前記ブタンガスへの空気の混合比率は燃焼可能な範囲で極力絞りタンデッシュ３内の溶銅４の酸素量を１ｐｐｍ以下に制御した。タンデッシュ３内は窒素ガスを充満させた。

次に、前記無酸素銅荒引線を連続伸線機によりφ２．６ｍｍまで冷間で伸線加工し、次いで前記伸線加工材を平角線に加工し、その後、焼鈍（軟化）、ワニス塗布、焼付けを連続的に行ってマグネットワイヤーを製造し、これをコイルに巻き取った。

前記荒引線並びに伸線加工材の表面欠陥数、およびマグネットワイヤーのワニス焼付層（樹脂被覆層）の欠陥数を、それぞれ巻取機前に配置した渦流探傷器により連続的に計測した。また連続鋳造終了時に、軽圧下圧延機９直前の銅鋳塊サンプルを採取してブローホールの大きさを計測した。

荒引線および伸線加工材の品質は伸線量５トンあたりの欠陥数が４個以下を良好、５個以上を不良と評価した。マグネットワイヤーの品質はマグネットワイヤー１トンあたりの樹脂被覆層の欠陥数が５個以下を良好、６個以上を不良と評価した。銅鋳塊の品質は長さ１ｍの銅鋳塊のベルト面側の表層を厚さ１ｍｍ研削して除去し、研削面に露出したブローホールについて、各々の最大径を測定した。

表１に、荒引線、伸線加工材およびマグネットワイヤーの品質を示した。表１にはタンディッシュ内の溶銅中の酸素量、銅鋳塊ベルト面（研削面）に露出したブローホールの最大径および径が３ｍｍを超えるブローホールの個数、および軽圧下圧延条件を併記した。

溶解炉１、保持炉２、樋１ａ、２ａおよびタンディッシュ３でのブタンガス燃焼における空気の混合比率を適宜調節して、タンデッシュ内の溶銅の酸素量を８〜９ｐｐｍ、１７〜１９ｐｐｍ、３０〜３５ｐｐｍの３通りに調節した他は、実施例１と同じ方法によりマグネットワイヤを製造し、実施例１と同じ方法により銅鋳塊、荒引線、伸線加工材、マグネットワイヤーの各品質を調査した。

実施例２において、銅鋳塊に軽圧下圧延を施し、その後連続圧延を施した他は、実施例１と同じ方法によりマグネットワイヤを製造し、実施例１と同じ方法により銅鋳塊、荒引線、伸線加工材、マグネットワイヤーの各品質を調査した。

比較例１として、タンデッシュ内の湯面を木炭で覆って水素ガスの放出を抑え、また軽圧下圧延を行わなかった他は実施例１と同じ方法によりマグネットワイヤを製造し、実施例１と同じ方法により銅鋳塊、荒引線、伸線加工材、マグネットワイヤーの各品質を調査した。

比較例２として、タンデッシュ内の湯面を木炭で覆って水素ガスの放出を抑え、また軽圧下圧延を本発明規定値外の条件で行った他は実施例１と同じ方法によりマグネットワイヤを製造し、実施例１と同じ方法により銅鋳塊、荒引線、伸線加工材、マグネットワイヤーの各品質を調査した。

実施例１〜３および比較例１、２の調査結果を表１に示した。

表１から明らかなように、本発明例の荒引線を用いて製造したマグネットワイヤー（Ｎｏ．１〜１３）はいずれも樹脂被覆層の欠陥が少なかった。これは実施例１のＮｏ．１〜７にあっては銅鋳塊を所定条件で軽圧下してブローホールを直径３ｍｍ以下に微小化したため、実施例２のＮｏ．８〜１０にあってはブローホールの大きさを３ｍｍ以下に規定したため、実施例３のＮｏ．１１〜１３にあってはブローホールの大きさを３ｍｍ以下に規定したうえ、軽圧下圧延を施したため、いずれも荒引線および伸線加工材においてソゲなどの微小欠陥が無害化したことによる。中でも軽圧下圧延したものはマグネットワイヤーの品質が極めて良好であった。

これに対し、比較例１のＮｏ．１４は軽圧下圧延を行わなかったためブローホールが圧壊せずに、また比較例２のＮｏ．１５は軽圧下圧延での圧下率が大きすぎたため、Ｎｏ．１６、１７は軽圧下圧延温度が本発明規定値外のため、いずれにも圧延割れが生じた。その結果、荒引線、伸線加工材、マグネットワイヤーは品質不良となった。

本発明例のＮｏ．１〜１３のマグネットワイヤーについて接続溶接を行ったところ、無酸素銅からなるＮｏ．１〜７のマグネットワイヤーについては溶接部にガスボイドは全く認められず、酸素量が多いＮｏ．８〜１３のマグネットワイヤーはガスボイドが若干認められたが、実用上全く問題ない程度であった。

本発明の線材用銅の製造方法の実施形態を示す工程説明図である。 ブローホールの分布形態を示す銅鋳塊横断面説明図である。

符号の説明

１ 縦型連続溶解炉
１ａ、２ａ樋
２ 保持炉
３ タンディッシュ
４ 溶銅
５ スパウト
６ 連続鋳造機
６ａベルト
６ｂホイール
６ｃ回転移動鋳型
７ 銅鋳塊
７ａ銅鋳塊のベルト面
７ｂブローホール
８ 圧延材
９ 軽圧下圧延機
９ａ軽圧下圧延機の圧延ロール
９ｂ軽圧下圧延機の圧延ロール
１０ 連続圧延機
１０ａ粗圧延機
１０ｂ仕上圧延機
１１ 線材用銅（荒引線）
１２ パレット

Claims (4)

1. 銅鋳塊を連続圧延して製造された線材用銅において、前記銅鋳塊に含まれるブローホールの内径が３．０ｍｍ以下であることを特徴とする線材用銅。
2. 前記銅鋳塊が無酸素銅からなることを特徴とする請求項１記載の線材用銅。
3. 連続鋳造機から製出される銅鋳塊を連続圧延する線材用銅の製造方法において、前記連続圧延前に、前記銅鋳塊に８００〜９５０℃の温度で圧下率３〜２０％の軽圧下圧延を施すことを特徴とする線材用銅の製造方法。
4. 前記銅鋳塊が無酸素銅からなることを特徴とする請求項３記載の線材用銅の製造方法。

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