JP5463694B2 - 溝付トロリ線の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は溝付トロリ線の製造方法及び製造装置に関する。特に、生産性が高く、且つ表面品質及び伸直性に優れる溝付トロリ線の製造方法及び製造装置に関する。

従来、電車の集電装置を接触させ電車に電力を供給する架線として、例えば純銅又は錫を0.3質量％含有する銅合金の溝付トロリ線が利用されている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、溝付トロリ線の溝は、吊金具及びハンガを係止させる部位である。また、溝付トロリ線には、例えば直径が10〜16mm、公称断面積が70〜175mm²のものが広く利用されている。

このような溝付トロリ線は、例えば、純銅又は銅合金の荒引線に所定の線径となるまで伸線加工を施して伸線材を作製した後、この伸線材に溝を形成する溝付加工を施し、最終的にコイル状に巻き取ることで製造されることがある。また、通常、出発材となる荒引線には、連続鋳造圧延により製造された線径が18.5〜30mmのものが利用され、荒引線はコイル状に巻き取られた状態で供給されることが多い。

ところで、上記した溝付トロリ線の製造方法において、コイル状に巻き取られた荒引線を繰り出し、繰り出された荒引線に伸線加工を施して伸線材とした後、この伸線材を一旦コイル状に巻き取ることが知られている。この場合では、コイル状に巻き取られた伸線材を繰り出し、繰り出された伸線材に溝付加工を施して溝付トロリ線とした後、この溝付トロリ線をコイル状に巻き取ることが行われる。つまり、このような製造方法においては、伸線材を作製する伸線工程と伸線材に溝を形成する溝付工程とがそれぞれ別々に行われ、各工程において繰り出し・巻き取りが行われる。さらに、荒引線に所定の線径となるまで伸線加工を施す際に、複数段階に分けて伸線加工を施す場合があり、この場合にも各段階の伸線加工で得られた伸線材を一旦コイル状に巻き取ることが知られている。

一方、溝付工程においては、例えば圧延加工を施して伸線に溝を形成することが知られている。

特開２０００−２３９７６６号公報

しかし、上記した溝付トロリ線の製造方法では、次のような不具合が発生する虞がある。

(1)伸線工程と溝付工程とをそれぞれ別々に行い、各工程において繰り出し・巻き取りを行うため、生産性が低い。また、伸線工程において複数段階に分けて伸線加工を行う場合、各段階の伸線加工で得られた伸線材を一旦コイル状に巻き取るため、生産性が低い。
(2)製造過程において、中間製品の伸線材に対して巻き取り・繰り出しを繰り返し行うため、その際に表面に疵が生じ易く、最終製品の溝付トロリ線の表面品質が悪化する。
(3)製造過程において、中間製品の伸線材に対して巻き取り・繰り出しを繰り返し行うため、その際に伸線材に巻き癖（ねじれ）が生じ易く、最終製品の溝付トロリ線の伸直性が悪化する。溝付トロリ線としての伸直性が十分に確保されていないと、軸方向における溝の位置がずれる原因となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、生産性が高く、且つ表面品質及び伸直性に優れる溝付トロリ線の製造方法及び製造装置を提供することにある。

本発明の溝付トロリ線の製造方法は、次の工程を備える。
(1)荒引線を繰り出し、この荒引線に伸線加工を施して伸線材を作製する伸線工程
(2)伸線材に溝を形成し、溝付トロリ線を作製する溝付工程
(3)溝付トロリ線を巻き取る巻取工程
そして、伸線工程、溝付工程及び巻取工程を連続して行うことを特徴とする。

上記した製造方法によれば、伸線工程、溝付工程及び巻取工程が一連の連続工程になっており、生産性が高い。また、中間製品の伸線材に対して巻き取り・繰り出しを繰り返し行わないことで、伸線材の表面に巻き取り・繰り出しによる疵が生じ難い。その結果、表面品質に優れる溝付トロリ線を製造することができる。さらに、中間製品の伸線材に対して巻き取り・繰り出しを繰り返し行わないことで、巻き取り・繰り出しに起因するねじれが伸線材に生じ難い。その結果、伸直性に優れる溝付トロリ線を製造することができ、溝付トロリ線における軸方向の溝の位置ズレを効果的に防止することができる。

伸線工程において、伸線加工は、例えば丸孔ダイスや伸線ローラなどの伸線工具による伸線（引抜）又はロールによる加工により実現することができる。また、溝付工程において、伸線材に溝を形成するための溝付加工は、例えば異形孔ダイスや溝付けローラなどの溝付け工具による伸線（引抜）又はロールによる加工により実現することができる。溝付けローラとは、溝付トロリ線の溝形成位置に対応する箇所に、溝を形成するローラのことである。また、ロールによる加工には、自由回転するローラの間に被加工材を通す引抜（例、ローラダイスを用いた引抜）や、回転駆動するローラの間に被加工材を通す圧延が含まれる。

本発明の製造方法において、溝付工程では、伸線材に異形孔ダイスによる溝付加工を施して溝を形成することが好ましい。

異形孔ダイスによる溝付加工を施して伸線材に溝を形成することにより、安定した寸法精度を確保し易く、目標形状の溝付トロリ線を安定して製造することができる。上記した溝付工程において、異形孔ダイス及び溝付けローラの少なくとも一方により複数段階に分けて溝付加工を実施してもよいが、異形孔ダイスによる溝付加工を、少なくとも最終段階、つまり溝付トロリ線の最終形状に加工する段階で実施することが好ましい。

本発明の製造方法において、荒引線又は伸線材の表面を皮剥ぎする皮剥工程を備えることが好ましい。

必要に応じて皮剥工程を付加することにより、荒引線（伸線材）の表面の酸化皮膜や、表面の微小欠陥を除去することができる。その結果、表面品質により優れる溝付トロリ線を製造することができる。

本発明の溝付トロリ線の製造装置は、構成として、供給装置、伸線工具、溝付け工具、巻取装置及び移送装置を備える。そして、荒引線の繰り出しから溝付トロリ線の巻き取りまでを連続して行えるように、これら各構成が配置されていることを特徴とする。ここで、供給装置は、荒引線を繰り出す。伸線工具は、荒引線に伸線加工を施して伸線材に加工する。溝付け工具は、伸線材に溝を形成し、溝付トロリ線に加工する。巻取装置は、溝付トロリ線を巻き取る。移送装置は、荒引線、伸線材、溝付トロリ線の各々を、所定の張力を付与しながら搬送する。

上記した製造装置によれば、荒引線の繰り出しから、伸線加工、溝付加工を経て、溝付トロリ線の巻き取りまでを連続的に行う一連の生産ラインで溝付トロリ線を製造する。その結果、生産性が高く、且つ表面品質及び伸直性にも優れる溝付トロリ線を製造することができる。

また、移送装置により、荒引線、伸線材、溝付トロリ線の各々（以下、搬送対象と呼ぶ）に所定の張力を付与しながら各加工を施すことができるので、製造過程において伸線材などの搬送対象にねじれが生じることを効果的に抑制することができる。その結果、伸直性により優れる溝付トロリ線を製造することができ、溝付トロリ線における軸方向の溝の位置ズレをより効果的に防止することができる。

本発明の製造装置において、荒引線又は伸線材の表面を皮剥ぎする皮剥装置を備えることが好ましい。

必要に応じて皮剥装置を付加することにより、荒引線（伸線材）の表面の酸化皮膜や、表面の微小欠陥を除去することができる。その結果、表面品質により優れる溝付トロリ線を製造することができる。

本発明の製造装置において、荒引線、伸線材、溝付トロリ線の各々の線速を一定に制御する線速制御手段を備えることが好ましい。

線速制御手段により、上流における荒引線の繰り出しから下流における溝付トロリ線の巻き取りまで、搬送対象を一定の線速に制御することで、搬送対象に過大な張力やたるみが生じることを防止することができる。

本発明の溝付トロリ線の製造方法及び製造装置によれば、荒引線の繰り出しから、伸線工程（伸線工具による伸線加工）、溝付工程（溝付け工具による溝付加工）、巻取工程（溝付トロリ線の巻き取り）まで、一連の連続工程になっている。そのため、生産性が高く、且つ表面品質及び伸直性に優れる溝付トロリ線を製造することができる。

本発明の実施の形態に係る溝付トロリ線の製造装置の一例を示す概略図である。

本発明を実施するための溝付トロリ線の製造装置を、図１を用いて、説明する。

溝付トロリ線の製造装置Mは、供給装置（サプライ）10、伸線ダイス20,21、皮剥装置30、溝付装置40、巻取装置50、移送装置（キャプスタン）60及びガイド70を備える。そして、この製造装置Mは、荒引線Wの繰り出しから、伸線加工、溝付加工を経て、溝付トロリ線Tの巻き取りまでを連続的に行う一連の生産ラインになっている。以下、各構成について詳しく説明する。

サプライ10は、コイル状に巻き取られた荒引線Wを繰り出し、荒引線Wを後段に配置された伸線ダイス20に供給するためのものであり、公知のものが利用できる。

伸線ダイス20は、荒引線Wを後段の皮剥装置30に挿入するため、主としてサプライ10から繰り出された荒引線Wの寸法・形状を調整するためのものである。この伸線ダイス20は、所定寸法の伸線材D0に調整する丸孔ダイスであり、省略してもよい。

皮剥装置30は、伸線ダイス20から送出された伸線材D0の表面の酸化皮膜及び微小欠陥を除去するためのものである。この皮剥装置30は、伸線材D0が挿入される側から、第一の芯出ダイス、切り刃、第二の芯出ダイス、皮剥ダイスの順序で構成されている。

まず、第一の芯出ダイスは、後段の切り刃に対し位置決めするため、伸線材D0の芯出しを行うためのものである。次に、切り刃は、伸線材D0の表面に螺旋状の切り込みを入れるためのものである。この切り刃により伸線材D0の表面に螺旋状の切り込みを入れることで、皮剥ぎした際に発生する皮剥屑を微細化することができる。次に、第二の芯出ダイスは、後段の皮剥ダイスに対し位置決めするため、伸線材D0の芯出しを行うためのものである。次に、皮剥ダイスは、伸線材D0の表面の皮剥ぎを行うためのものである。ここで、皮剥ダイスにより皮剥ぎする際、前段で切り刃により伸線材D0の表面に螺旋状の切り込みが入れられているため、皮剥屑が分断され微細化されることになる。

また、この皮剥装置30は、後述する伸線ダイス21の後段であって溝付装置40の前段に設けてもよい。

伸線ダイス21は、皮剥装置30から送出された伸線材D0を所定の線径となるまで伸線加工を施して、伸線材D1に加工するための丸孔ダイスである。ここでいう所定の線径とは、製造する溝付トロリ線Tの寸法に応じて決定した値のことである。

また、所定の線径となるまで伸線加工する際、一つの伸線ダイスを用いて一気に所定の線径となるまで伸線加工を施してもよいが、加工度合いに応じて、複数の伸線ダイスを多段に配置して複数段階に分けて伸線加工を施してもよい。特に細径（直径13mm未満）の溝付トロリ線Tを製造するときは、２段階以上に分けて伸線加工を施すことが好ましい。このように複数段階に分けて伸線加工を施し、所定の線径に除々に近づけていくこで、伸線時のダイスの焼付きや断線などのトラブルを回避することができる。

溝付装置40は、伸線材D1に溝を形成し、目標形状の溝付トロリ線Tに加工するためのものであり、溝付トロリ線Tの最終形状に加工する異形孔ダイスを備える。ところで、異形孔ダイスのみによる一回の溝付加工では、安定して所定の溝を形成することが困難な場合があるが、その場合、異形孔ダイスにより最終形状に加工する前に、伸線材D1に対し所定の前加工（プレ加工）を施すことが好ましい。

プレ加工としては、伸線材D1に形成する溝形状が所定の溝形状に除々に近づくようにプレ溝を形成する加工、具体的には別途配置した異形孔ダイスや溝付けローラによる伸線（引抜）又はロールによる加工を行うことが挙げられる。ここで、伸線材D1にプレ溝を形成する溝付けローラの具体的構成としては、例えば、溝付トロリ線Tの溝形成位置に対応する箇所に突部を有する一組のローラを備えるものが挙げられる。このとき、別途配置する異形孔ダイス及び溝付けローラの設定数は、必要に応じて適宜決定すればよい。

また、溝付装置４０における溝付加工では、異形孔ダイスを用いた引抜と溝付けローラ用いたロールによる加工とを組み合せて行ってもよい。具体的には、溝付けローラによるロールによる加工を行って伸線材Ｄ１にプレ溝を形成した後、異形孔ダイスによる引抜を行って伸線材Ｄ１に所定の溝を形成することが挙げられる。ここで、ロールによる加工は異形孔ダイスによる引抜と比較して加工度を大きく取れる点で有利であり、一方で、異形孔ダイスによる引抜はロールによる加工と比較して安定した寸法精度を確保し易い。なお、このような溝付装置４０を多段に配置して複数段階に分けて溝付加工を施し、所定の溝形状に除々に近づけるようにしてもよい。

巻取装置50は、溝付装置40から送出された溝付トロリ線Tを巻き取るためのものである。具体的には、巻取りドラム51を回転させ、この巻取りドラム51に溝付トロリ線Tを巻き取るように構成されている。

キャプスタン60は、荒引線W、伸線材D0,D1、溝付トロリ線Tの各々を搬送するためのものである。具体的には、キャプスタン60に搬送対象の線材を複数ターン掛け回してキャプスタン60を回転させることで、一定の線速で各搬送対象が走行するように構成されている。例えば、各キャプスタンの回転速度や径を調整することで各搬送対象の線速を一定にすることができる。また、キャプスタン60が、搬送対象に所定の張力を付与しているので、搬送対象にねじれが生じることを効果的に抑制することができる。

その他、例えば各キャプスタンの回転速度を制御して、搬送対象の線速を一定に制御する線速制御手段を備えてもよい。この線速制御手段は、複数のキャプスタンの回転速度を個々に独立して制御する複数の制御手段、或いは、複数のキャプスタンの回転速度を個々に一括して制御する単一の制御手段とすることができる。

ガイド70は、溝付装置40から巻取装置50まで案内するためのものである。

以上説明した各構成を備える溝付トロリ線の製造装置Mは、次の効果を奏する。
(1)伸線工程及び溝付工程が一連の連続工程になっており、生産性が高い。
(2)表面品質に優れる溝付トロリ線を製造することができる。
(3)伸直性に優れる溝付トロリ線を製造することができ、溝付トロリ線における軸方向の溝の位置ズレを効果的に防止することができる。

また、この溝付トロリ線の製造装置Mでは、伸線工程における加工進行方向、並びに溝付工程における加工進行方向が一方向に固定されるため、最終製品の溝付トロリ線の結晶方向が揃い易い。その結果、溝付トロリ線の耐摩耗性が向上すると推測される。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、伸線工具として、伸線ダイスではなく、伸線ローラ（例、ローラダイス）を用いてもよいし、溝付け工具として、溝付けローラのみを用いてもよい。また、例えば、本発明の製造装置において、供給装置、伸線工具、溝付け工具、巻取装置及び移送装置を直線状に配置してもよいが、途中に方向転換ロールなどを配置して搬送対象の走行方向を転換させるように構成してもよい。走行方向を転換させることで、設置スペースの制約を大幅に緩和することができる。

本発明は、溝付トロリ線の製造に好適に利用することができる。

M 溝付トロリ線の製造装置
10 供給装置（サプライ） 20,21 伸線ダイス 30 皮剥装置
40 溝付装置 50 巻取装置 51 巻取りドラム
60 移送装置（キャプスタン） 70 ガイド
W 荒引線 D0,D1 伸線材 T 溝付トロリ線

Claims (6)

1. 荒引線を繰り出し、この荒引線に複数段階に分けて伸線加工を施して伸線材を作製する伸線工程と、
   前記伸線材にプレ溝を形成した後、所定の溝を形成し、溝付トロリ線を作製する溝付工程と、
   前記溝付トロリ線を巻き取る巻取工程とを備え、
   前記伸線工程、溝付工程及び巻取工程を連続して行う溝付トロリ線の製造方法。
2. 前記溝付工程において、前記伸線材に異形孔ダイスによる溝付加工を施して溝を形成する請求項１に記載の溝付トロリ線の製造方法。
3. 前記荒引線又は伸線材の表面を皮剥ぎする皮剥工程を備える請求項１又は請求項２に記載の溝付トロリ線の製造方法。
4. 荒引線を繰り出す供給装置と、
   多段に配置され、前記荒引線に複数段階に分けて伸線加工を施して伸線材に加工する複数の伸線ダイスと、
   前記伸線材にプレ溝を形成する溝付けローラと、前記プレ溝を形成した前記伸線材に所定の溝を形成し、溝付トロリ線に加工する異形孔ダイスとを有する溝付装置と、
   前記溝付トロリ線を巻き取る巻取装置と、
   前記荒引線、伸線材、溝付トロリ線の各々を、所定の張力を付与しながら搬送する移送装置とを備え、
   荒引線の繰り出しから溝付トロリ線の巻き取りまでを連続して行えるように、供給装置、伸線ダイス、溝付装置、巻取装置及び移送装置が配置されている溝付トロリ線の製造装置。
5. 前記荒引線又は伸線材の表面を皮剥ぎする皮剥装置を備える請求項４に記載の溝付トロリ線の製造装置。
6. 前記荒引線、伸線材、溝付トロリ線の各々の線速を一定に制御する線速制御手段を備える請求項４又は請求項５に記載の溝付トロリ線の製造装置。

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