JP2008088549A - 線材の製造方法、線材の製造装置および銅合金線 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】線材繰り出し装置と、線材巻き取り装置と、線材繰り出し装置および線材巻き取り装置の間に設けられて、通過経路に沿って折り返して時効析出型銅合金線材が通過する走間焼鈍装置とを備えた線材の製造装置。走間焼鈍装置の上流側にタンデムに時効析出型銅合金線材を昇温する通電加熱焼鈍装置をさらに備えていてもよい。走間焼鈍装置の上流側に時効析出型銅合金線材を溶体化処理する別の通電加熱装置をさらにタンデムに備えていてもよい。また、走間焼鈍装置のかわりに通電加熱装置をタンデムに接続して時効処理のための走間加熱装置を構成してもよい。また、これらの装置を用いることにより、直径が0.03mm以上3mm以下の範囲において時効析出型銅合金線を得る。
【選択図】図1
Description
1)バッチ焼鈍炉(ベル型、ポット型)
2)連続バッチ焼鈍炉(バルクヘッド型、ローラーハース型)
上述したタイプの炉では、何れも線材をスプールに巻く、またはスタンド材、タバ材にして熱処理を行うため、単線の連続焼鈍装置を使用する場合に比べ、線材の生産性が低い。
例えば、Cu-Zr合金を走間炉で時効する方法が開示されている(特許文献1:特開平11−256295)。また、Cu-Zr合金を通電加熱で時効する方法が開示されている(特許文献2:特開2000−160311)。
さらに、上述したバッチ焼鈍炉、連続バッチ焼鈍炉は、設備費が高価であり、設置するのに広大なスペースを要する。また、例えば撚線機などとタンデム(複数の処理を連続して行うよう、装置を縦列に配置して線材を通すことで、複数の処理を1つの工程とすること)に配置することはできず、「焼鈍」で一工程となる。さらに、焼鈍温度が高い場合には線同士が粘着し、次工程での繰り出し時に表面傷となる。上述したように、従来の走間焼鈍、電流焼鈍では焼鈍時間が短く、時効熱処理は不可能である。
さらに、走間焼鈍装置内に、複数の通電加熱装置を所定の間隔で縦列に配置し、個々の通電加熱装置で線材を加熱し、通電加熱装置間の無通電区間を通過時に温度低下させると、時効処理に必要な時間、時効温度上限と時効温度下限との間の温度に線材を維持することができ、連続焼鈍によって時効処理ができることが判明した。
さらに、上述した走間焼鈍装置の上流側に(走間焼鈍装置の上流側に通電加熱焼鈍装置を備えている場合は、さらにその上流側に)、時効析出型銅合金線材を溶体化処理する通電加熱装置(溶体化処理装置)をさらにタンデムに備えていてもよい。
なお、本願では、上流とは線材の繰り出し側のことであり、下流とは線材の巻き取り側である。
ここで、走間焼鈍装置とは、線材を所定の速度で通過させながら加熱して焼鈍する装置のことをいう。この実施の態様に関して、走間焼鈍装置3は、この内部を通過する線材6の温度をこの長手方向でほぼ一定に加熱する装置であることが好ましい。走間焼鈍装置3は、時効処理を行う装置であり、所定の温度で保持を行う必要があるためである。走間焼鈍装置3としては、誘導加熱装置等の間接加熱装置が好適に用いられる。
この場合、線材6は走間焼鈍装置3内の(炉内の)温度に保持され、走間焼鈍装置3内のターン数またはライン速度を変化させることによって、熱処理時間を所望の時間に変化させることができる。ここで、走間焼鈍装置3内の温度も適宜変化させることができる。
ここで、通電加熱とは、線材に金属接点(ローラー、プーリー等)から直接電流を流す、または誘導コイルにより間接的に電流を発生させて流し、線材の電気抵抗により発熱させ、温度を上昇させて加熱を行うことである。
図3は、この発明の別の態様の線材の製造装置を説明する模式図である。図3に示すように、この発明の装置においては、走間焼鈍装置3の前(即ち、上流側)に、通電加熱装置8を設置してもよい。
この発明の線材の製造方法の1つの態様は、時効析出型銅合金の線材を繰り出すステップと、繰り出した前記線材を、走間加熱の際の通過経路に沿って複数回折り返して所定の温度内に所定時間保持しつつ通過させる時効処理を行うステップと、前記時効処理が施された前記線材を巻き取るステップを備えた線材の製造方法である。ここで、所定の温度とは時効温度下限と時効温度上限との間の温度、具体的には300℃から600℃の範囲内の温度であり、所定時間とは10秒超から1200秒の間の時間である。
ΔT=P・t/(m・C) ・・・(1)
P:付与した電力、t:付与時間
m:材料の質量、C:比熱
通電加熱装置において線材は固定された状態ではなく、ある速度で流れているため、付与時間が刻々と変化し、材料温度は段々上昇して行く。
この発明で目的としている熱処理は時効熱処理であり、材料温度が所定温度(時効温度下限と時効温度上限との間の温度、具体的には300℃から600℃の範囲内の温度)に達しないで低すぎると析出が生じず、逆に所定温度を超えて高すぎると析出物が粗大になり、所望の特性向上に寄与しないため、ある範囲内の温度(時効温度下限と時効温度上限との間の温度、具体的には300℃から600℃の範囲内の温度)で、ある時間範囲(10秒超から1200秒の間)の加熱を行う必要がある。
最初の所定の温度に到達させるための通電加熱装置は、大きめの付与電力が必要となる。その後の温度保持用の通電加熱での付与電力は、時効温度範囲により決定する。また、通電加熱装置間の間隔についても、時効温度範囲により決定する。
図5に示すこの発明の線材の製造装置においては、熱処理時間(即ち、時効処理に必要な時間)を稼ぐために、走間加熱装置13内に所定間隔をあけて複数の通電加熱装置が縦列に配置されている。その結果、線材が走間加熱装置13内に、従来よりも長い所定の時間滞留して、所定の時効処理時間を確保している。
ここで、通電加熱とは、線材に金属接点(ローラー、プーリー等)から直接電流を流す、または誘導コイルにより間接的に電流を発生させて流し、線材の電気抵抗により発熱させ、温度を上昇させて加熱を行うことである。
ここで、走間加熱装置内の温度を300〜600℃とした理由は、300℃未満では時効析出型銅合金の析出が不十分であり、600℃を超えると析出物の粗大化および再固溶が開始し特性が低下するためである。また走間加熱装置内の滞留時間を10秒超〜1200秒とした理由は、10秒以下では析出が不十分であり、1200秒を超えると設備が長大となり実用的ではないためである。
ここで、加熱温度を800℃以上としたのは、800℃未満の温度では溶体化が不完全で続く時効処理で生じる析出が不十分となるためである。加熱温度は高ければ高いほど良いが、設備コストの観点から、950℃以下が好ましい。また時間を5秒以下としたのは、5秒を超えると結晶粒が粗大化し、耐力や屈曲性が低下したためである。また、0.1秒以下であるとその効果があらわれない。
この発明の線材の製造方法の1つの態様は、時効析出型銅合金の線材を繰り出すステップと、繰り出した前記線材を走間加熱して時効処理を行うステップと、前記時効処理が施された前記線材を巻き取るステップを備えた線材の製造方法であって、前記時効処理を行うステップは、繰り出した前記線材を、それぞれ少なくとも1つの異なる通電加熱領域と、前記通電加熱領域の間で無通電により温度低下する領域とを通過させて、前記線材を所定範囲内の温度に保持して、時効処理を行うステップである線材の製造方法である。
以下、それぞれの態様について列挙する。
この発明の銅合金線に用いられるCu−Ni−Si系銅合金は、Niを1.5〜4.0質量%、Siを0.3〜1.1質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金、または、Niを1.5〜4.0質量%、Siを0.3〜1.1質量%含有し、さらにAg、Mg、Mn、Zn、Sn、P、Fe、CrおよびCoからなる群から選択される少なくとも1つの元素を0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金である。
このような観点から、Mgを含有する場合の含有量は0.01〜0.2質量%とする。
この発明の銅合金線に用いられるCu−Cr系銅合金は、Crを0.1〜1.5質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金、または、Crを0.1〜1.5質量%含有し、さらにZn、Sn、Zrからなる群から選択される少なくとも1つの元素を0.1〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金である。
この発明の銅合金線に用いられるCu−Ti系銅合金は、Tiを1.0〜5.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金である。
この発明の銅合金線に用いられるCu−Fe系銅合金は、Feを1.0〜3.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金、または、Feを1.0〜3.0質量%含有し、さらにP、Znの少なくとも1つの元素を0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金である。
この発明の銅合金線に用いられるCu−Ni−Ti系銅合金は、Niを1.0〜2.5質量%、Tiを0.3〜0.8質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金、または、Niを1.0〜2.5質量%、Tiを0.3〜0.8質量%含有し、さらにAg、Mg、ZnおよびSnからなる群から選択される少なくとも1つの元素を0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金である。
このような観点から、Mgを含有する場合の含有量は0.01〜0.2質量%とする。
上述した温度は実体温度であり、特性および流れた電流から推測することもできる。また、線径が太い場合、放射温度計でも測定することができる。また、上述した温度は、導電率から推測する方法もある。
表1に示す合金No.1〜38を用いて、溶体化処理を施した後、線径φ0.1mmの銅合金線を形成し、表2に示す条件の下、図3および図4(b)で示される線材の製造装置を用いて、連続焼鈍で時効熱処理を行った。その結果を表2に合わせて示す。ここでは、比較のために、上述した合金を使用して、線径φ0.1mmの銅合金線を形成し、バッチ炉を使用して従来の方法で時効熱処理を行った。即ち、表2に示す温度(℃)に、線材を加熱し、加熱時間(sec)に示す間その温度に保持し、その後、線材巻き取り装置によって巻き取った。走間加熱装置内の線材の引張強さ(MPa)、導電率(%IACS)を表2に合わせて示す。
次に、銅合金線の線径を変化させた例を示す。具体的には、表1に示す合金No.16、22を用いて、溶体化処理を施した後、線径φ0.03mm、φ0.1mm、φ0.9mm、φ3mmの銅合金線を形成し、表3に示す条件の下、図3および図4(b)で示される線材の製造装置を用いて、連続焼鈍で時効熱処理を行った。
実施例1と同様の実験を、図5、図6、および図8(a)で示される線材の製造装置を用いて、走間通電加熱により時効熱処理を行った。このとき、時効温度の中心値を、実施例1の表2で示される温度(時効温度)とし、最高温度と最低温度との差はすべて40度となるようにした。例えば、表2で温度が500℃となっているものは、本実施例では温度の中心値が500℃、最高温度が520℃、最低温度が480℃となるようにした。
図4および図8に示されるすべての態様の線材の製造装置を用いた例について示す。条件は以下のとおりとした。
(1)銅合金線を構成する時効析出型銅合金としては、表1に示す合金No.16、22を用いた。
(2)線材の直径については、単線の場合は、線径φ0.03mm、φ0.1mm、φ0.9mm、φ3mmの4種類とした。図4(c)(f)と図8(b)(e)を除く製造装置を用いた場合がこの条件に該当する。
(3)撚線の場合は、単線を7本撚り合わせて撚り線とした。なお、単線の種類は、φ0.03mm、φ0.1mm、φ0.9mmの3種類とした。図4(c)(f)と図8(b)(e)の製造装置を用いた場合がこの条件に該当する。
(4)溶体化処理を施す場合は、線材の直径をφ5mmとし、温度を800℃以上950℃以下として、0.1秒以上5秒以下加熱した後、図示されない水冷機構により急冷した。図4(e)(f)と図8(d)(e)の製造装置を用いた場合がこの条件に該当する。
(5)溶体化処理後に伸線する場合、伸線後の線材の直径をφ0.03mm、φ0.1mm、φ0.9mm、φ3mmの4種類とした。
(6)被覆装置については、公知の装置を用いた。なお、被覆はポリエチレンとした。
(A)単線としては、表2および表3とほぼ同様の結果が得られ、銅合金線に対して必要な時効処理が施され、かついずれも時効後の粘着は生じなかった。
(B)撚線としては、これを構成する各単線について、表2および表3とほぼ同様の結果が得られ、かつ各単線に対して必要な時効処理が施されていた。また、各単線間について時効後の粘着は生じなかった。
(C)溶体化、伸線、被覆に関しては、いずれも時効処理と連続して実施することができた。また、銅合金線に対して必要な時効処理が施され、かついずれも時効後の粘着は生じなかった。
2、12 ダンサー装置
3 走間焼鈍装置
4、14 引取キャプスタン
5、15 線材巻き取り装置
6、16 線材
7 ガイドロール
8 通電加熱装置(予熱装置)
13 走間加熱装置
17 ガイドロール
18 電源
19 昇温用通電加熱装置
20 温度保持用通電加熱装置
Claims (43)
- 時効析出型銅合金の線材を繰り出すステップと、
繰り出した前記線材を走間加熱して時効処理を行うステップと、
前記時効処理が施された前記線材を巻き取るステップを備えた
線材の製造方法。 - 前記時効処理を行うステップは、繰り出した前記線材を、走間加熱の際の通過経路に沿って複数回折り返して所定の温度内に所定時間保持しつつ通過させるステップである、請求項1に記載の線材の製造方法。
- 前記時効処理は、300℃から600℃の範囲内の温度で、10秒超から1200秒の間行われる、請求項2に記載の線材の製造方法。
- 前記時効処理に先立って、前記線材を通電加熱するステップを備えた請求項2または請求項3に記載の線材の製造方法。
- 前記通電加熱するステップは、300℃から600℃の範囲内の温度に、5秒以下の時間で、前記線材が昇温されるステップである、請求項4に記載の線材の製造方法。
- 前記通電加熱に先立って、前記線材に溶体化処理を施すステップを備えた請求項4に記載の線材の製造方法。
- 前記時効処理を行うステップは、繰り出した前記線材を、それぞれ少なくとも1つの異なる通電加熱領域と、前記通電加熱領域の間で無通電により温度低下する領域とを通過させて、前記線材を所定範囲内の温度に保持して、時効処理を行うステップである、請求項1に記載の線材の製造方法。
- 前記異なる通電加熱領域が、線材を所定の温度に昇温する通電加熱領域と、所定の温度範囲内に線材を保持する通電加熱領域とからなっており、前記線材を時効温度上限と時効温度下限との間の温度に保持する、請求項7に記載の線材の製造方法。
- 前記時効処理は、300℃から600℃の範囲内の温度で、10秒超から1200秒の間行われる、請求項7に記載の線材の製造方法。
- 前記時効処理に先立って、前記線材に溶体化処理を施すステップを備えた請求項7に記載の線材の製造方法。
- 前記溶体化処理は、800℃以上の温度で、5秒以下の間行われる、請求項6または10に記載の線材の製造方法。
- 前記線材は、直径が0.03mm以上3mm以下であることを特徴とする、請求項1から11のいずれか1項に記載の線材の製造方法。
- 前記線材は、撚線であることを特徴とする、請求項1から12のいずれか1項に記載の線材の製造方法。
- 線材繰り出し装置と、
線材巻き取り装置と、
前記線材繰り出し装置および前記線材巻き取り装置の間に設けられた走間焼鈍装置とを備え、
該走間焼鈍装置は、時効析出型銅合金の線材を、該線材の時効温度上限と時効温度下限との間の温度に保持しながら順次通過するように構成されている
線材の製造装置。 - 前記走間焼鈍装置は、前記線材の温度を長手方向でほぼ一定に加熱する装置であり、前記線材が通過経路に沿って複数回折り返して通過するように構成されている、請求項14に記載の線材の製造装置。
- 300℃から600℃の範囲内の温度で、10秒超から1200秒の間、前記線材が、前記走間焼鈍装置内に保持される、請求項15に記載の線材の製造装置。
- 前記走間焼鈍装置の上流側に、前記線材を昇温する通電加熱装置をさらに備えている、請求項15に記載の線材の製造装置。
- 300℃から600℃の範囲内の温度に、5秒以下の時間で、前記線材が、前記通電加熱装置にて昇温される、請求項17に記載の線材の製造装置。
- 前記走間焼鈍装置の上流側に、前記線材を溶体化処理する溶体化処理装置を備えていることを特徴とする、請求項15に記載の線材の製造装置。
- 800℃以上の温度で、5秒以下の間、前記線材が、前記溶体化処理装置にて加熱される、請求項19に記載の線材の製造装置。
- 前記走間焼鈍装置がその内部に複数対のガイドロールを備えており、前記線材が前記ガイドロール間を複数回折り返して通過する、請求項15から20の何れか1項に記載の線材の製造装置。
- 前記走間焼鈍装置は、複数の通電加熱装置からなり、前記線材を、該線材の時効温度上限と時効温度下限との間の温度に保持しながら前記線材が順次通過するように構成されている、請求項14に記載の線材の製造装置。
- 前記複数の通電加熱装置間における前記線材の温度が、前記時効温度下限を下回らないように構成されている、請求項22に記載の線材の製造装置。
- 300℃から600℃の範囲内の温度で、10秒超から1200秒の間、前記線材が前記走間焼鈍装置内に保持される、請求項22に記載の線材の製造装置。
- 前記複数の通電加熱装置は、それぞれ1つ以上の昇温用通電加熱装置および温度保持用通電加熱装置からなっており、前記昇温用通電加熱装置によって、所定の温度まで前記線材を昇温し、前記温度保持用通電加熱装置によって前記時効温度上限と時効温度下限との間の温度に前記線材の温度を保持する、請求項24に記載の線材の製造装置。
- 前記昇温用通電加熱装置および前記温度保持用通電加熱装置は、線材に通電するガイドロールを備えている、請求項25に記載の線材の製造装置。
- 前記走間焼鈍装置の上流側に前記線材を溶体化処理する溶体化処理装置を備えている、請求項22に記載の線材の製造装置。
- 800℃以上の温度で、5秒以下の間、前記線材が前記溶体化処理装置にて加熱される、請求項27に記載の線材の製造装置。
- 前記走間焼鈍装置を通過する前記線材は、直径が0.03mm以上3mm以下であることを特徴とする、請求項14から28のいずれか1項に記載の線材の製造装置。
- 前記走間焼鈍装置を通過する前記線材は、撚線であることを特徴とする、請求項14から28のいずれか1項に記載の線材の製造装置。
- 時効析出型銅合金により形成される銅合金線であって、直径が0.03mm以上3mm以下に形成された後、時効処理されることにより製造されたことを特徴とする銅合金線。
- 時効析出型銅合金により形成される銅合金線であって、溶体化処理された後、伸線されて直径が0.03mm以上3mm以下に形成され、その後時効処理されることにより製造されたことを特徴とする銅合金線。
- 時効析出型銅合金により形成される銅合金線であって、直径が0.03mm以上3mm以下に形成され、複数本撚り合わされた後、時効処理されることにより製造されたことを特徴とする銅合金線。
- 時効析出型銅合金により形成される銅合金線であって、溶体化処理された後、伸線されて直径が0.03mm以上3mm以下に形成され、複数本撚り合わされた後、時効処理されることにより製造されたことを特徴とする銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Ni−Si系銅合金であって、Niを1.5〜4.0質量%、Siを0.3〜1.1質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Ni−Si系銅合金であって、Niを1.5〜4.0質量%、Siを0.3〜1.1質量%含有し、さらにAg、Mg、Mn、Zn、Sn、P、Fe、CrおよびCoからなる群から選択される少なくとも1つの元素を0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Cr系銅合金であって、Crを0.1〜1.5質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Cr系銅合金であって、Crを0.1〜1.5質量%含有し、さらにZn、Sn、Zrからなる群から選択される少なくとも1つの元素を0.1〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Ti系銅合金であって、Tiを1.0〜5.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Fe系銅合金であって、Feを1.0〜3.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物かからなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Fe系銅合金であって、Feを1.0〜3.0質量%含有し、さらにP、Znの少なくとも1つの元素を0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Ni−Ti系銅合金であって、Niを1.0〜2.5質量%、Tiを0.3〜0.8質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
- 前記時効析出型銅合金は、Cu−Ni−Ti系銅合金であって、Niを1.0〜2.5質量%、Tiを0.3〜0.8質量%含有し、さらにAg、Mg、ZnおよびSnからなる群から選択される少なくとも1つの元素を0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuと不可避不純物からなることを特徴とする、請求項31から34までのいずれか1項に記載の銅合金線。
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