JP5561510B2 - 銅又は銅合金の荒引線のコイル - Google Patents

Description

本発明は銅又は銅合金の荒引線に関する。特に、荒引線を巻き取る際及び巻き取られた荒引線を繰り出す際に傷が付き難く、また巻き取られた状態においても取扱性に優れる銅又は銅合金の荒引線に関する。

例えばモータコイルやマグネットコイルなどに利用される巻線用の被覆線、送配電線、通信線などには、銅又は銅合金の線材が広く利用されている。これら各種用途に利用される銅又は銅合金の線材は、一般的には、所定の線径を有する銅又は銅合金の荒引線を製造した後、この荒引線を所望の線径まで冷間伸線加工することにより製造されている（例えば、特許文献１〜４を参照）。

通常、銅又は銅合金の荒引線の製造は、所定の銅又は銅合金の溶湯を例えばシャフト炉などの溶解炉から連続鋳造機に供給し、溶湯を鋳塊にした後、この鋳塊を多段圧延機に供給し、この鋳塊を所定の線径となるように複数の圧延ロールで連続的に熱間圧延加工することで行われる。そして、熱間圧延加工後に冷却した荒引線は、巻き取り機（コイラー）により一旦コイル状に巻き取られた後、巻き取られた状態から繰り出して伸線機に供給し、伸線ダイスに挿通することで各種用途の線材に加工される。上記の溶解炉（溶解工程）→連続鋳造機(鋳造工程)→多段圧延機（圧延工程）→巻き取り機（巻き取り工程）は、生産性の向上の観点から、一連の生産ラインになっていることが多い（特許文献１の図１及び特許文献２の図２を参照）。

また、多段圧延機とコイラーとの間には冷却還元槽を配置することがある。この冷却還元槽では、アルコール水溶液などの溶液中に荒引線を浸漬通過させ、荒引線の還元及び冷却が行われる。

一方で、巻き取られた銅又は銅合金の荒引線の荷姿として、ルーズコイルとタイトコイルとが知られている（例えば、特許文献４〜６を参照）。ルーズコイルは、ルーズコイル用の巻き取り機を用いて、巻き取り機のガイドパイプから荒引線を螺旋状に巻き回しながらパレット上に落としていき、下から順に積み上げた荷姿である。他方、タイトコイルは、タイトコイル用の巻き取り機を用いて、巻き取りボビン又は巻き取りドラムに対して荒引線を密に整列巻きした後、巻き取りドラムなどを取り外してバンドで結束した荷姿である。なお、荒引線をタイトコイルの荷姿に巻き取る場合は、熱間圧延加工後冷却した荒引線を直接タイトコイルの荷姿に巻き取る他、一度ルーズコイルの荷姿とした荒引線を再度タイトコイルの荷姿に巻き取り直すことでも可能である。

一般的に、ルーズコイルの荷姿とタイトコイルの荷姿とを比較した場合、タイトコイルの荷姿の方が荒引線を密に巻回している分、単位重量当たりの空間占有体積が小さくなるので、保管上、輸送上のメリットが大きい。また、ルーズコイルの荷姿とタイトコイルの荷姿とでは、伸線加工する際の荒引線の繰り出し方が異なり、ルーズコイルの荷姿では巻き終わりとなるコイルの上側から繰り出され、他方、タイトコイルの荷姿では巻き始めとなるコイルの内側から繰り出される（特許文献５の図４、図５を参照）。

特開２００２−１０３００３号公報 特開２００４−１８８４２９号公報 特開２００６−２５５７１７号公報 特開２００４−１１４１３２号公報 特開平６−１５３１号公報 特開平５−８９３８号公報

ところで、銅又は銅合金の荒引線をルーズコイル或いはタイトコイルの荷姿に巻き取る際、巻き取る前に、荒引線の表面に潤滑油などの油分を塗布することがある。

荒引線を巻き取る際には、巻き取り機の部品（ガイドパイプなど）と荒引線との摩擦や、巻き取り時に接する荒引線同士の摩擦により擦り傷が発生することがある。一方で、荒引線を繰り出す際には、繰り出される荒引線と接している荒引線との摩擦により、擦り傷が発生したり、線同士がもつれたりすることがある。そこで、荒引線の表面に油分を塗布して、線表面の滑り性を高めておくことが好ましい。

なお、荒引線の表面に油分を塗布する方法としては、上記の冷却還元槽内に満たされた溶液に油分（潤滑油）を添加しておき、この溶液中に荒引線を浸漬通過させる方法や、巻き取り機のガイドパイプの直前に油分噴霧ノズルを設けておき、このノズルから潤滑油を噴霧する方法などが用いられる。

しかし、本発明者らが鋭意研究した結果、荒引線表面の油分量が適切な範囲に制御されていないと、次のような不具合が発生することが分かった。

まず、荒引線表面の油分量が少ない場合は、線表面の滑り性が十分でなく、荒引線を巻き取る際及び巻き取られた荒引線を繰り出す際に、線表面に傷が付く。他方、荒引線表面の油分量が多い場合は、巻き取られた状態において荷崩れを起し易く、保管時や輸送時の取扱性が悪い。

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、荒引線を巻き取る際及び巻き取られた荒引線を繰り出す際に傷が付き難く、また巻き取られた状態において取扱性に優れる銅又は銅合金の荒引線を提供することにある。

本発明の銅又は銅合金の荒引線は、線表面の油分量が0.5μg/cm²以上50μg/cm²以下であることを特徴とする。

線表面の油分量が上記範囲内を満たすことで、次の効果を奏する。まず、油分量が0.5μg/cm²以上の場合、線表面の滑り性の向上により、荒引線を巻き取る際及び巻き取られた荒引線を繰り出す際に傷が付くのを効果的に防止することができる。次に、油分量が50μg/cm²以下の場合、巻き取られた状態において荷崩れの発生を効果的に防止することができ、取扱性に優れる。

なお、線表面の油分量は、5μg/cm²以上30μg/cm²以下であることが好ましい。

本発明の銅又は銅合金の荒引線において、線表面の酸化膜の厚さが0.003μm以上0.1μm以下であることが好ましい。

ここでいう酸化膜とは、銅又は銅合金の荒引線の製造工程で線表面に形成される、Cu₂O又はCuOからなる酸化膜のことである。そして、銅又は銅合金の荒引線の線表面に適度な厚さの酸化膜が形成されていることで、油分塗布工程での油分の付着性・保持性を高めることができる。具体的には、酸化膜の厚さが0.003μm（30Å）以上の場合に、油分の付着・保持効果が向上する傾向が認められる。しかし、酸化膜の厚さが0.1μm（1000Å）を超えると、荒引線が変色する問題があり、商品価値が下がるので好ましくない。また、酸化膜が厚過ぎると、伸線加工時のトラブルの原因にもなり得る。

なお、線表面の酸化膜の厚さは、０．０１μｍ（１００Å）以上０．０５μｍ（５００Å）以下であることが好ましい。

本発明の銅又は銅合金の荒引線は、荒引線を巻き取る際及び巻き取られた荒引線を繰り出す際に傷が付き難く、また巻き取られた状態において取扱性に優れる。

本発明の銅又は銅合金の荒引線において、線表面に塗布される油分は、潤滑剤として機能する潤滑油であり、市販のものを利用することができる。潤滑油の成分としては、具体的には、鉱物油、合成油及び植物油などから選択される１種以上と表面活性剤との混合物が挙げられる他、油脂と石鹸とを主成分としたものがある。例えば、株式会社日本油剤研究所製のルーブライト（登録商標）型番M‐20、RichardsApex株式会社製の型番Lubro30FM、D.A.Stuart株式会社製の型番WM561などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。その他、油分は、製造後の荒引線の変色（酸化）を防止する変色防止剤を兼ね備えるものを利用してもよい。

次に、本発明の銅又は銅合金の荒引線において、線表面の油分量及び酸化膜の厚さを制御する方法について説明する。

線表面の油分量を制御するには、例えば、ルーズコイル用の巻き取り機において、ガイドパイプの直前に設けられた油分噴霧ノズルから噴霧する油分の流量或いは濃度を調整することで実現することができる。この場合において、噴霧する油分の流量或いは濃度を大きくするほど、線表面の油分量が増加する傾向がある。また、例えば、冷却還元槽内のアルコール水溶液に添加する油分の量を調整することで実現することもできる。この場合において、アルコール水溶液中の油分濃度を大きくするほど、線表面の油分量が増加する傾向がある。

一方、線表面の酸化膜の厚さを制御する具体例としては、多段圧延機から送出されたときの荒引線の温度又は冷却還元槽に導入された荒引線の冷却速度を制御することが挙げられる。これら荒引線の温度又は冷却速度の制御は、例えば、鋳造温度や圧延温度を調整する又は冷却還元槽の冷却能を調整することで実現することができる。ここで、冷却能の調整は、冷却還元槽内のアルコール水溶液のアルコール濃度を調整したり、冷却還元槽の温度を調整したりすることにより行うことができる。

（試験例１）
線表面の油分量及び酸化膜の厚さを制御した複数の荒引線を製造し、その評価を行った。本例では、溶解炉（溶解工程）→連続鋳造機(鋳造工程)→多段圧延機（圧延工程）→冷却還元槽（冷却工程）→巻き取り機（巻き取り工程）が一連に構築された生産ラインを用いて、直径8mmの複数のタフピッチ銅荒引線（4.5ton＝4500kg）を製造した。また、各荒引線は、巻き取り工程において、タイトコイル用の巻き取り機を用いて、冷却還元槽から送出された冷却後の荒引線を直接タイトコイルの荷姿に巻き取った。各荒引線（試料No.1-1〜1-7）における表面の油分量及び酸化膜の厚さを表１に示す。

ここで、各試料の表面における油分量は、冷却還元槽内のアルコール水溶液中の油分濃度を調整することで制御した。例えば、試料No.1-1では、アルコール水溶液中の油分濃度を0.06％に調整した。また、各試料において、油分は、ルーブライトM‐20を使用した。

一方、各試料の表面における酸化膜の厚さは、冷却還元槽内のアルコール水溶液のアルコール濃度を調整することで制御した。例えば、試料No.1-1では、アルコール水溶液のアルコール濃度を1.6％に調整した。

本例において、各試料の線表面の油分量及び酸化膜の厚さは、次のようにして求めた。

線表面に塗布されている油分量の測定は、試料から長さ30cm・重さ134gのサンプル片を採取する。このとき、正確を期すため、皮脂などの油分の付着並びにサンプル片からの油分の流出がないように、作業にはサクラメント手袋を使用すると共に、サンプル片はアルミホイルに包むことで保管する。次に、フロン系溶剤H-997（ジクロロペンタフルオロプロパン）でサンプル片を超音波洗浄して、サンプル片表面の油分を溶媒に抽出した後、油分濃度計（株式会社堀場製作所製OCMA）を用いて、H-997抽出非分散赤外線吸収法により溶媒中の油分量を測定する。最後に、測定した油分量を基にサンプル片の単位重量（1g）当たりの油分量を求め、これをサンプル片の単位表面積（1cm²）当たりの油分量に換算することで求める。例えば、直径8mmのタフピッチ銅荒引線において、サンプル片1g当たりの油分量が1μgの場合では、線表面の油分量は1.779μg/cm²となる。

線表面に形成されている酸化膜の厚さは、試料から採取したサンプル片を水酸化ナトリウム溶液中に浸漬し、クーロメトリー法を用いて酸化還元電流を測定することで求める。

また、本例において、各試料の評価は、線表面に付いた擦り傷の有無及び変色の有無を評価した。具体的には、タイトコイル状に巻き取られた各試料について、荒引線の繰り出しを行い、線表面の傷の有無及び変色の有無を目視にて観察することにより評価した。その結果を表１に示す。

表１の結果から、線表面の油分量が0.5μg/cm²以上50μg/cm²以下である試料は、線表面に擦り傷が認められず、巻き取る際及び繰り出す際に傷が付き難いことが分かる。これに対し、線表面の油分量が0.5μg/cm²未満の試料は、線表面に擦り傷が認められ、巻き取る際及び繰り出す際に傷が付き易いことが分かる。他方、線表面の油分量が50μg/cm²超の試料は、線表面に擦り傷が認められなかったものの、巻き取り機から取り外した後、運搬中にコイルが傾く現象が確認された。このことから、線表面の滑り性が高過ぎるため、輸送時などに荷崩れが起り易く、取扱性が悪いと考えられる。

また、線表面の酸化膜の厚さが0.003μm以上0.1μm以下である試料は、変色が認められず、品質上問題がなかった。これに対し、線表面の酸化膜の厚さが0.1μm超である試料は、変色が認められ、品質上問題があった。また、線表面の酸化膜の厚さが上記範囲内を満たす試料は、油分の付着性・保持性が高い傾向が見られた。

以上説明したように、銅又は銅合金の荒引線における線表面の油分量が適切な範囲であることで、荒引線を巻き取る際及び巻き取られた荒引線を繰り出す際に傷が付き難く、また巻き取られた状態において取扱性に優れる。さらに、線表面の酸化膜の厚さが適切な範囲であることで、変色がなく品質に優れると共に、油分の付着・保持効果が高い。

なお、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、荒引線が銅合金の荒引線であってもよいし、また、油分の種類を適宜変更してもよい。

本発明の銅又は銅合金の荒引線は、伸線加工することで、巻線用の被覆線、送配電線、通信線などの線材として好適に利用することができる。

Claims (4)

1. 銅又は銅合金の荒引線が螺旋状に巻き取られたルーズコイルであり、
   線表面の油分量が５μｇ／ｃｍ^２以上３０μｇ／ｃｍ^２以下である銅又は銅合金の荒引線のコイル。但し、０．３ｇ／ｍ ^２ （３０μｇ／ｃｍ ^２ ）を除く。
2. 銅又は銅合金の荒引線が整列巻きされたタイトコイルであり、
   線表面の油分量が５μｇ／ｃｍ ^２ 以上３０μｇ／ｃｍ ^２ 以下である銅又は銅合金の荒引線のコイル。但し、０．３ｇ／ｍ ^２ （３０μｇ／ｃｍ ^２ ）を除く。
3. 線表面の酸化膜の厚さが０．００３μｍ以上０．１μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の銅又は銅合金の荒引線のコイル。
4. 線表面の酸化膜の厚さが０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の銅又は銅合金の荒引線のコイル。