JP2006283181A - 耐摩耗性銅合金トロリ線およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】銅合金よりなるトロリ線であって、該銅合金が、0.03〜0.3重量%の鉄、0.01〜0.1重量%のリン、0.05〜0.5重量%のスズおよび不可避不純物を含有し、残部が銅である、トロリ線。
【選択図】 なし
Description
(2)Cu−0.3%Sn合金トロリ線:導電性、強度、耐摩耗性とも比較的良好である(特許文献1参照)。
(3)PHCトロリ線:Cr、Zrなどの析出物の効果によって強度と導電性とを両立したトロリ線である。Cu−0.3%Sn合金トロリ線の約2倍の耐摩耗性を有している。しかし、連続鋳造圧延法の適用が困難であること、熱処理が複数回必要であること等により、Cu−Sn合金トロリ線と比較して高価となる(特許文献2および3参照)。
(4)鋼芯入りトロリ線:純銅の中心に鋼芯を配した構造を有するトロリ線である。該トロリ線は、鋼芯を有することから引張強度は高いが、外周が純銅であるため、初期の耐摩耗性は硬銅トロリ線と同等であり、劣る(特許文献4参照)。
(5)Cu−0.4%Sn合金トロリ線:Sn添加量を0.4%程度まで増加させ、さらに冷間加工度を上げることによって、高強度化を可能にしたトロリ線である(特許文献5参照)。
(6)その他:Cu−Ni−Si−Ag合金トロリ線(特許文献6参照)、Cu−P−(CoまたはMnまたはNi)合金トロリ線(特許文献7参照)などがある。
(1)銅合金よりなるトロリ線であって、該銅合金が、0.03〜0.3重量%の鉄、0.01〜0.1重量%のリン、0.05〜0.5重量%のスズおよび不可避不純物を含有し、残部が銅である、トロリ線。
(2)不可避不純物の含有量が0.01重量%以下である、上記(1)に記載のトロリ線。
(3)銅合金の溶湯を溶製し、該溶湯を連続的に鋳造・熱間圧延して荒引線を作製し、該荒引線を冷間加工することによって得られる、上記(1)または(2)に記載のトロリ線。
(4)冷間加工する前に、さらに荒引線を300〜600℃の温度で0.5〜4時間熱処理することによって得られる、上記(3)に記載のトロリ線。
(5)荒引線からトロリ線までの冷間加工度が40〜90%である、上記(3)または(4)に記載のトロリ線。
(6)トロリ線に析出した鉄−リン化合物の大きさが外径100nm以下である、上記(3)〜(5)のいずれか1つに記載のトロリ線。
本発明のトロリ線は、銅合金よりなり、該銅合金は、0.03〜0.3重量%の鉄(Fe)、0.01〜0.1重量%のリン(P)、0.05〜0.5重量%のスズ(Sn)および不可避不純物を含有し、残部は銅である。
まず、シャフト炉などを用いて電気銅を溶解して銅溶湯を溶製し、この銅溶湯を保持炉内に流し込み(転湯し)、次いで、所定の合金元素(鉄、リン、スズ)を上記組成の範囲内(すなわち、鉄:0.03〜0.3重量%、リン:0.01〜0.1重量%、スズ:0.05〜0.5重量%)で添加して、銅合金溶湯を溶製する。
上記第1工程で得られる銅合金溶湯を、連続鋳造圧延法を用いて、連続的に鋳造・熱間圧延し、荒引線を作製する。連続鋳造圧延法としては、例えば、ホイルベルト式連続鋳造圧延法、ツインベルト式連続鋳造圧延法、アップワード式連続鋳造圧延法などが挙げられる。荒引線の外径は、特に限定されるものではなく、最終製品であるトロリ線の所望の外径に応じて適宜決定すればよく、通常10〜30mmである。
なお、上記第1工程で得られる銅合金溶湯を水冷鋳造法によって鋳造し、次いで熱間押出・熱間圧延することによっても荒引線を作製することはできるが、このような方法では、工程数が増加するために製造コストが高くなり、従ってトロリ線の価格が上昇する。
上記第2工程で得られる荒引線を冷間加工して、所望の形状のトロリ線を作製する。冷間加工の方法としては、例えば、ダイス(引抜きダイス、カセットローラダイスなど)による伸線加工、圧延加工、スウェージング加工などが挙げられる。得られるトロリ線の形状は、特に限定されるものではなく、トロリ線の具体的な使用形態などに応じて適宜決定することができ、例えば、JIS E 2102に示されるようなみぞ付き硬銅トロリ線の形状、JIS E 2102に示されるような円形硬銅トロリ線の形状などが代表例として挙げられる。このような冷間加工によって、加工効果の結果としてトロリ線の強度が向上する。
なお、冷間加工とは、室温(JIS Z 0050によれば、5〜35℃)まで温度が下がった荒引線に、上記のダイスによる伸線加工、圧延加工、スウェージング加工などを行うことをいう。
冷間加工度(%)=(荒引線の断面積−トロリ線の断面積)÷荒引線の断面積×100
以下の表1に示す組成を有する銅合金からなるトロリ線(断面積170mm2)を、次に示す工程に従って製造した。なお、それぞれの合金元素の組成は、JIS H 3250(銅および銅合金棒)に規定された分析方法に従って決定した。
得られた荒引線に対して、450℃の温度で2.5時間の熱処理を施した。熱処理終了後、50℃/分の速度で室温まで冷却した。続いて、引抜きダイスによる伸線加工によって冷間加工を行い、JIS E 2102に示されるみぞ付き硬銅トロリ線を得た。
以下の表1に示す合金組成を用いて、実施例1〜7と同様にしてみぞ付き硬銅トロリ線を製造した。
なお、実施例1〜7ならびに比較例1、2および5において、冷間加工度は、(荒引線の断面積−トロリ線の断面積)÷荒引線の断面積×100=(380−170)÷380×100=55(%)であった。
以下の表1に示す合金組成を用いて、実施例1〜7と同様にしてみぞ付き硬銅トロリ線を製造しようとしたが、銅合金溶湯を熱間圧延することができず、従ってトロリ線を得ることができなかった。これは、銅合金の変形抵抗が高すぎて、圧延機の能力を超えたものと思われる。このように、比較例3、4および6の組成を有する銅合金、すなわち、合金元素を本発明で規定した含有量を超えて添加した銅合金には、連続鋳造圧延法を適用することができなかった。
従来品のみぞ付き硬銅トロリ線(三菱電線工業(株)製、みぞ付き錫入り硬銅トロリ線)を用いた。
JIS Z 2241(金属材料引張試験方法)に従って測定した。
(導電率)
JIS H 0505(非鉄金属材料の体積抵抗率および導電率測定方法)に従って測定した。
(耐摩耗性)
長さ2mのトロリ線試料を回転円盤に取り付け、銅系焼結合金擦り板を押付け荷重5kgfでトロリ線試料に押し付けた。トロリ線試料に通電電流AC180アンペアを流した状態で、65km/hの速度で回転円盤を回転させ、35時間経過後の摩耗量をマイクロメーターにて測定した。
(鉄−リン化合物の大きさ)
得られたトロリ線から任意に試料を切り出し、透過型電子顕微鏡を用いてその断面を観察し、その断面の任意の観察視野内に存在する鉄−リン化合物の断面の外径を測定し、それらの値を平均した。
一方、組成が本願で規定した範囲外である銅合金からなる比較例1、2、5および7のトロリ線は、引張強さと導電性とのバランスが悪く、かつ耐摩耗性に劣っていた。
次に、実施例3において、荒引線に対して行う熱処理の条件(熱処理温度、熱処理時間および冷却速度)を変化させて、得られるトロリ線の引張強さ、導電率、耐摩耗性および鉄−リン化合物の大きさに与える影響を調査した。その結果を以下の表3に示す。
一方、熱処理の条件が上記範囲外であった実験例1、3、7、8および12で得られたトロリ線は、引張強さと導電性とのバランスが悪く、かつ耐摩耗性に劣っていたことが分かる。
Claims (6)
- 銅合金よりなるトロリ線であって、該銅合金が、0.03〜0.3重量%の鉄、0.01〜0.1重量%のリン、0.05〜0.5重量%のスズおよび不可避不純物を含有し、残部が銅である、トロリ線。
- 不可避不純物の含有量が0.01重量%以下である、請求項1に記載のトロリ線。
- 銅合金の溶湯を溶製し、該溶湯を連続的に鋳造・熱間圧延して荒引線を作製し、該荒引線を冷間加工することによって得られる、請求項1または2に記載のトロリ線。
- 冷間加工する前に、さらに荒引線を300〜600℃の温度で0.5〜4時間熱処理することによって得られる、請求項3に記載のトロリ線。
- 荒引線からトロリ線までの冷間加工度が40〜90%である、請求項3または4に記載のトロリ線。
- トロリ線に析出した鉄−リン化合物の大きさが外径100nm以下である、請求項3〜5のいずれか1項に記載のトロリ線。
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