JP2016078071A - 硬銅線の製造方法、硬銅線 - Google Patents

Abstract

【課題】銅荒引線を圧延して、所定の直径の硬銅線に加工する際の消費電力量を削減することができる硬銅線の製造方法、および、その製造方法によって製造された硬銅線を提供する。
【解決手段】本発明の硬銅線の製造方法は、直径２．６ｍｍの硬銅線の製造方法であって、銅鋳造材を熱間加工して、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線を作製する第１の工程と、銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を作製する第２の工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬銅線の製造方法、および、その製造方法によって製造された硬銅線に関する。

銅線は電線の導体材料として幅広く用いられている。銅を用いた電線（硬銅線）の加工前製品として、銅荒引線がある。銅荒引線は、連続鋳造圧延製法等の製造方法によって製造される。代表的な銅荒引線の連続鋳造圧延製法としては、ＳＣＲ（Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ）法、ディップフォーム法、コンチロッド法、プロペチル法、アップキャスト法等が挙げられる。これらの製造方法の中でも、ＳＣＲ法は、世界中で最も多く用いられている製造方法である（例えば、特許文献１参照）。

ＳＣＲ法は、原材料をシャフト炉で熔解し、得られた溶湯を鋳造輪に流し込んで、ベルト＆ホイール式で冷却・固化して鋳造バーを作製し、得られた高温（７００〜１０００℃）の鋳造バーを連続的に圧延加工し、所定の断面径を備えた荒引線を得る方法である。鋳造バーを圧延して所定の断面径の荒引線とする工程は、「熱間加工工程」と呼ばれる。熱間加工工程を経た後の荒引線は、コイラーによってコイル状に巻き取られる。硬銅線の加工前製品としての銅荒引線は、一般的に直径８ｍｍの銅荒引線が用いられる。

続いて、熱間加工により得られた銅荒引線をダイス等によって伸線し、所定の断面径の硬銅線を得る。荒引線を伸線し、硬銅線を得るまでの工程は、「冷間加工工程」と呼ばれる。

特許第３６５１６６１号公報

昨今、低炭素社会の実現に向けて、製品の生産に要するエネルギーを削減することによって、社会全体の消費電力を削減する試みがなされている。硬銅線を製造する過程では、銅荒引線を圧延して硬銅線に加工する伸線機において、消費電力が多い。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、銅荒引線を圧延して、所定の直径の硬銅線に加工する際の消費電力量を削減することができる硬銅線の製造方法、および、その製造方法によって製造された硬銅線を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、直径２．６ｍｍの硬銅線の製造方法であって、銅鋳造材を熱間加工して、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線を作製する第１の工程と、前記銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を作製する第２の工程と、を有する。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様の硬銅線の製造方法において、前記第１の工程にて、直径５．０ｍｍ〜６．２ｍｍの銅荒引線を作製する。

本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様または第２の態様の硬銅線の製造方法によって製造された硬銅線である。

上記本発明の態様によれば、銅荒引線を圧延して、所定の直径の硬銅線に加工する際の消費電力量を削減することができる。

本発明の硬銅線の方法の一実施形態の概略を示す模式図であり、（ａ）は銅鋳造材の熱間加工の工程を示す図であり、（ｂ）は銅荒引線の冷間加工の工程を示す図である。 ＳＣＲ（Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ）法に用いられる連続鋳造圧延設備を示す模式図である。 本発明の硬銅線の方法の一実施形態において、銅荒引線の冷間加工の工程を示す概略図である。 電力量削減率と銅荒引線の断面積の減少率の関係を示すグラフである。

本発明の硬銅線の製造方法、硬銅線の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の硬銅線の方法の一実施形態の概略を示す模式図であり、（ａ）は銅鋳造材の熱間加工の工程を示す図であり、（ｂ）は銅荒引線の冷間加工の工程を示す図である。図２は、本発明の硬銅線の方法の一実施形態において用いられる、銅荒引線の連続鋳造圧延製法の１つである、ＳＣＲ（Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄ）法に用いられる連続鋳造圧延設備を示す模式図である。図３は、本発明の硬銅線の方法の一実施形態において、銅荒引線の冷間加工の工程を示す概略図である。

本実施形態の硬銅線の製造方法は、直径２．６ｍｍの硬銅線の製造方法であって、銅鋳造材を熱間加工して、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線を作製する第１の工程と、銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を作製する第２の工程と、を有することを特徴とする。
以下、本実施形態の硬銅線の製造方法を詳細に説明する。
銅荒引線を作製する第１の工程では、例えば、図２に示す連続鋳造圧延設備１００を用いて銅荒引線を作製する。
連続鋳造圧延設備１００は、原料装入・熔解ライン１１０と、鋳造ライン１２０と、圧延ライン１３０と、デスケーリングライン１４０と、巻取・計量ライン１５０と、を備えている。
原料装入・熔解ライン１１０は、原料を熔解するためのシャフト炉１１１を備えている。
鋳造ライン１２０は、熔銅１７１（図１（ａ）参照）を銅鋳造材（鋳造バー）１７２（図１（ａ）参照）とする保持炉（図示略）、ラウンダー（図示略）、タンディッシュ１２１（図１（ａ）参照）、鋳造輪１２２（図１（ａ）参照）等を備えている。
圧延ライン１３０は、銅鋳造材１７２を熱間加工（圧延）するための圧延ロール１７３（図１（ａ）参照）を備えている。
巻取・計量ライン１５０は、コイラー１５１を備えている。

原料装入・熔解ライン１１０では、シャフト炉１１１に原料としての電気銅１７０を装入し、シャフト炉１１１内で電気銅１７０を熔解して熔銅１７１とし、その熔銅１７１を鋳造ライン１２０へと送る。

鋳造ライン１２０では、原料装入・熔解ライン１１０から送られてきた熔銅１７１を、保持炉、ラウンダー、タンディッシュ１２１、鋳造輪１２２の順に送り、銅鋳造材１７２を作製し、その銅鋳造材１７２を圧延ライン１３０へと送る。

圧延ライン１３０では、鋳造ライン１２０から送られてきた銅鋳造材１７２を、所定の温度に加熱した一対の圧延ロール１７３の間に通して圧延する熱間加工により、熱間圧延材１７４（図１（ａ）参照）を作製し、その熱間圧延材１７４をデスケーリングライン１４０へと送る。

デスケーリングライン１４０では、圧延ライン１３０から送られてきた熱間圧延材１７４を、所定の温度に加熱した一対の圧延ロール（図示略）の間に通して圧延する熱間加工により、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線１７５（図１（ａ）参照）を作製し、その銅荒引線１７５を巻取・計量ライン１５０へと送る。

巻取・計量ライン１５０では、デスケーリングライン１４０から送られてきた銅荒引線１７５を、コイラー１５１でコイル状に巻き取る。

コイル状に巻き取られた銅荒引線１７５は、巻取り線１６０の状態で次の工程に供給される。

従来、直径８．０ｍｍ以上の銅荒引線を作製する連続鋳造圧延設備を用いて、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線を作製しようとすると、圧延ライン１３０の圧延ロール１７３や、デスケーリングライン１４０の圧延ロールにおける加工度合、すなわち、銅鋳造材１７２から、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線１７５にまで加工する程度（形状を変化させ、直径を小さくする程度）が大きくなり、圧延ライン１３０における銅鋳造材１７２に対する負荷や、デスケーリングライン１４０における熱間圧延材１７４に対する負荷が大きくなり、結果として、銅荒引線１７５に欠陥が生じるといった問題が生じる。

そこで、本実施形態では、鋳造輪１２２によって、タンディッシュ１２１から送られてきた熔銅１７１を加工し、断面積が小さい銅鋳造材１７２を得ている。具体的には、鋳造輪１２２によって、断面積が４０００ｍｍ^２〜５０００ｍｍ^２の銅鋳造材１７２を得ることが好ましく、断面積が４１００ｍｍ^２〜４７００ｍｍ^２の銅鋳造材１７２を得ることがより好ましい。
このように断面積が４０００ｍｍ^２〜５０００ｍｍ^２の銅鋳造材１７２を作製し、この銅鋳造材１７２を、圧延ライン１３０に供給することにより、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線を製造したとしても圧延ライン１３０における銅鋳造材１７２に対する負荷や、デスケーリングライン１４０における熱間圧延材１７４に対する負荷を小さくし、銅荒引線１７５の欠陥が軽減される。

また、第１の工程において、連続鋳造圧延設備１００を用いて、直径５．０ｍｍ〜６．２ｍｍの銅荒引線１７５を作製することが好ましい。
このようにすれば、冷間加工工程における電力量削減率をより大きくすることができる。

硬銅線を作製する第２の工程では、例えば、図３に示す伸線機２００を用いて硬銅線を作製する。
伸線機２００は、伸線ダイス２０１と、キャプスタン２０２と、ダンサーロール２０３と、コイラー２０４と、を備えている。

伸線機２００では、コイル状に巻き取られた銅荒引線１７５を、複数の伸線ダイス２０１を通す冷間加工により伸線し、直径２．６ｍｍの硬銅線１７６を作製する。銅荒引線１７５は、キャプスタン２０２によって、複数の伸線ダイス２０１間を順に移動する。
得られた硬銅線１７６は、ダンサーロール２０３経て、コイラー２０４でコイル状に巻き取られる。

本実施形態の硬銅線の製造方法によれば、予め銅鋳造材１７２を熱間加工して、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線を作製し、この銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線１７６を得るので、従来のように、直径８．０ｍｍの銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を得る場合よりも少ないエネルギー（電力量）で硬銅線を製造することができる。例えば、直径２４ｍｍの銅鋳造材から直径２．６ｍｍの硬銅線を製造するとき、銅鋳造材を熱間加工して直径８．０ｍｍの銅荒引線を作製し、その銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を得た場合（従来）と、銅鋳造材を熱間加工して直径７．０ｍｍの銅荒引線を作製し、その銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を得た場合（本実施形態）とでは、後者（本実施形態）の方が、より少ないエネルギーで硬銅線を製造することができる。

また、本実施形態の硬銅線の製造方法によって製造された硬銅線は、日本工業規格ＪＩＳ Ｃ３１０１「電気用硬銅線」に規定される引張強さが４３４ＭＰａ以上である。

ところで、一般に、金属は低温（再結晶温度以下）で加工すると、歪に応じて塑性変形して、加工硬化する。歪に応じて、金属の強度が上がるが、限界点になると壊れる。他方、高温（再結晶温度以上）では、歪が加えられると同時に、再結晶により歪が緩和されるため、加工硬化しない。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
直径８．０ｍｍの銅鋳造材を、熱間加工して、直径７．０ｍｍの銅荒引線を作製した。この銅荒引線の断面積の減少率を算出したところ、２３．４％であった。
次に、直径７．０ｍｍの銅荒引線を冷間加工（伸線加工）して、実施例１の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。この冷間加工において、伸線機において要した電力量を電力量計によって測定したところ、加工する銅１トンあたりの電力量は５６．３ｋＷｈ（５６．３ｋＷｈ／ｔｏｎ）であった。
また、直径８．０ｍｍの銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を得る（従来の方法、比較例１）のに要した電力量に対する、実施例１において、銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を得るのに要した電力量の削減率を電力量削減率と定義し、この電力量削減率を下記の式（１）に従って算出した。結果を表１に示す。
電力量削減率（％）＝｛１−（実施例１における電力量）／（比較例１における電力量）｝（１）
また、日本工業規格ＪＩＳ Ｃ３１０１「電気用硬銅線」に準拠して、実施例１の直径２．６ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。
さらに、直径２．６ｍｍの硬銅線を冷間加工（伸線加工）して、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線を作製し、それぞれの硬銅線の引張強さを、日本工業規格ＪＩＳ Ｃ３１０１「電気用硬銅線」に準拠して測定した。結果を表１に示す。

［実施例２］
直径８．０ｍｍの銅鋳造材を、熱間加工して、直径７．５ｍｍの銅荒引線を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例２の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。
銅荒引線の断面積の減少率、冷間加工に要した電力量を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、電力量削減率を算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、直径２．６ｍｍの硬銅線、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。

［実施例３］
直径８．０ｍｍの銅鋳造材を、熱間加工して、直径５．５ｍｍの銅荒引線を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例３の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。
銅荒引線の断面積の減少率、冷間加工に要した電力量を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、電力量削減率を算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、直径２．６ｍｍの硬銅線、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。

［実施例４］
直径８．０ｍｍの銅鋳造材を、熱間加工して、直径５．０ｍｍの銅荒引線を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例４の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。
銅荒引線の断面積の減少率、冷間加工に要した電力量を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、電力量削減率を算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、直径２．６ｍｍの硬銅線、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。

［実施例５］
直径８．０ｍｍの銅鋳造材を、熱間加工して、直径６．２ｍｍの銅荒引線を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例５の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。
銅荒引線の断面積の減少率、冷間加工に要した電力量を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、電力量削減率を算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、直径２．６ｍｍの硬銅線、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。

［比較例１］
直径８．０ｍｍの銅荒引線を冷間加工して、比較例１の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。
銅荒引線の断面積の減少率、冷間加工に要した電力量を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、電力量削減率を算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、直径２．６ｍｍの硬銅線、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。

［比較例２］
直径８．０ｍｍの銅鋳造材を、熱間加工して、直径７．７ｍｍの銅荒引線を作製した以外は実施例１と同様にして、比較例２の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。
銅荒引線の断面積の減少率、冷間加工に要した電力量を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、電力量削減率を算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、直径２．６ｍｍの硬銅線、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。

［比較例３］
直径８．０ｍｍの銅鋳造材を、熱間加工して、直径４．５ｍｍの銅荒引線を作製した以外は実施例１と同様にして、比較例３の直径２．６ｍｍの硬銅線を作製した。
銅荒引線の断面積の減少率、冷間加工に要した電力量を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、電力量削減率を算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１と同様にして、直径２．６ｍｍの硬銅線、直径１．４ｍｍの硬銅線と直径０．９ｍｍの硬銅線の引張強さを測定した。結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例１〜５によれば、電力量削減率を８％以上とすることができたばかりでなく、直径２．６ｍｍの硬銅線の引張強さを、日本工業規格ＪＩＳ Ｃ３１０１「電気用硬銅線」に規定される４３４ＭＰａ以上とすることができた。特に、実施例３〜５では、直径５．０ｍｍ〜６．２ｍｍの銅荒引線を用いて硬銅線を作製したので、電力量削減率を２８％以上とすることができたばかりでなく、直径２．６ｍｍの硬銅線の引張強さを４３４ＭＰａ以上とすることができた。
一方、比較例２では、直径７．７ｍｍの銅荒引線を用いて硬銅線を作製したので、電力量削減率が１．７％であり、電力量の削減効果がほとんど得られなかった。
また、比較例３では、直径４．５ｍｍの銅荒引線を用いて硬銅線を作製したので、電力量削減率が３９．５％であったものの、直径２．６ｍｍの硬銅線の引張強さが４３１ＭＰａであり、日本工業規格ＪＩＳ Ｃ３１０１「電気用硬銅線」の規定を満たすことができなかった。これは、銅荒引線の直径が小さすぎると、電力量の削減効果が得られるものの、銅荒引線の冷間加工の度合いが小さくなるため、硬銅線の引張強さが低下することを示している。

また、銅荒引線の断面積の減少率を、直径８ｍｍの銅荒引線の断面積に対する、各実施例１〜５および比較例１〜３における銅荒引線の断面積の減少率（直径８ｍｍならば０％、直径４ｍｍならば７５％）と定義すると、電力量削減率と、銅荒引線の断面積の減少率との間には、おおよそ下記の式（２）の関係がある。
電力量削減率（％）＝０．６７×（銅荒引線の断面積の減少率（％））＋１．２ （２）
上記の式（２）で表わされる関係式は、図４に示すように、表１に示す電力量削減率と銅荒引線の断面積の減少率の関係を示す点を線形回帰した直線を表わす。

１００・・・連続鋳造圧延設備、１１０・・・原料装入・熔解ライン、１１１・・・シャフト炉、１２０・・・鋳造ライン、１２１・・・タンディッシュ、１２２・・・鋳造輪、１３０・・・圧延ライン、１４０・・・デスケーリングライン、１５０・・・巻取・計量ライン、１５１・・・コイラー、１６０・・・巻取り線、１７０・・・電気炉、１７１・・・熔銅、１７２・・・銅鋳造材、１７３・・・圧延ロール、１７４・・・熱間圧延材、１７５・・・銅荒引線、１７６・・・硬銅線、２００・・・伸線機、２０１・・・伸線ダイス、２０２・・・キャプスタン、２０３・・・ダンサーロール、２０４・・・コイラー。

Claims (3)

1. 直径２．６ｍｍの硬銅線の製造方法であって、
   銅鋳造材を熱間加工して、直径４．９ｍｍ〜７．６ｍｍの銅荒引線を作製する第１の工程と、
   前記銅荒引線を冷間加工して、直径２．６ｍｍの硬銅線を作製する第２の工程と、を有することを特徴とする硬銅線の製造方法。
2. 前記第１の工程にて、直径５．０ｍｍ〜６．２ｍｍの銅荒引線を作製することを特徴とする請求項１に記載の硬銅線の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の硬銅線の製造方法によって製造されたことを特徴とする硬銅線。

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