JP5889598B2

JP5889598B2 - 平角線の製造方法

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Publication number: JP5889598B2
Application number: JP2011233716A
Authority: JP
Inventors: 毅田窪
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: JP2013091073A

Description

本発明は平角線の製造方法に関する。

モータのステータコアのスロットに巻き付けるステータコイルとして、導体線を一定厚さに圧延した平角線の表面に絶縁層を設けた絶縁電線が用いられる。しかしながら、断面形状が一定の平角の絶縁電線の場合、スロット内にデッドスペースが形成されることから、その占積率を高めるため、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化する平角の絶縁電線が用いられるようになっている。

そして、かかる幅及び厚さが長さ方向に沿って変化する平角の絶縁電線に用いる平角線について、長さ方向に沿って断面積を均一化する技術として、特許文献１及び２には、断面積が長さ方向に大小変化する中間線材を製造し、次に、その中間線材を圧延ロールに送り込み、断面積の大きい部位を平角線の最終厚さ寸法の小さい部位に、また、断面積の小さい部位を平角線の最終厚さ寸法の大きい部位に、それぞれ対応するように圧延ロールを接近-離間制御しつつ圧延することが開示されている。

特許第４５８４９４０号公報特許第４５８４９４４号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載された方法であっても、所望の平角線を得るためには、圧延条件の設定のために多くのトライアンドエラーを要する場合もあり、断面積の均一化という品質と経済性とを両立させるには困難を伴うという問題がある。

本発明の課題は、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化する平角線の製造において、長さ方向に沿って断面積を均一化させるための圧延条件の設定を短時間で行えるようにすることである。

本発明は、断面が円形の金属線を、第１圧延ロールに、ロール間隔を接近-離間制御しながら通して圧延することにより、断面積が長さ方向に大小変化する中間線材を作製し、次に、その中間線材を、該第１圧延ロールの下流側に設けられた第２圧延ロールに、断面積の大きい部位が最終厚さ寸法の小さい部位に、また、断面積の小さい部位が最終厚さ寸法の大きい部位に、それぞれ対応するように接近-離間制御しながら通して圧延する平角線の製造方法であって、
中間線材の第２圧延ロールの通過後に得られる平角線が所定の断面積となるときについて、第１圧延ロールの通過前の金属線の線径と通過後の中間線材の厚さとの差である第１圧下寸法と、その同一箇所における第２圧延ロールの通過前の中間線材の厚さと通過後の平角線の厚さとの差である第２圧下寸法との対応関係を予め求めておき、その対応関係に基づいて、第１及び第２圧延ロールによる同一箇所の圧延に際し、平角線が該所定の断面積となる第１及び第２圧下寸法の組合せとなるように第１及び第２圧延ロールのロール間隔を接近-離間制御するものである。

本発明によれば、平角線の断面積が同一となる第１圧延ロールの通過前後の第１圧下寸法と第２圧延ロールの通過前後の第２圧下寸法との関係を予め求め、その関係に基づいて第１及び第２圧延ロールのロール間隔を接近-離間制御するので、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化する平角線の製造において、平角線の仕様が決まれば、長さ方向に沿って断面積を均一化させるための圧延条件の設定を短時間で行うことができる。

平角線製造装置の概略構成を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は平角線の製造方法を示す図である。第１及び第２圧延ロールの制御部による接近-離間制御の条件設定方法のフローチャートである。第１圧下寸法Ｒ₁及び第２圧下寸法Ｒ₂の関係に断面積Ｓをマッピングした図である。等断面積線図である。等断面積線図に（１）及び（２）の直線を描き入れた図である。正規化した平角線の厚さと断面積との関係を示すグラフである。平角線の斜視図である。（ａ）及び（ｂ）は平角線の断面図である。平角線の変形例の斜視図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る平角線１０の製造方法で用いる平角線製造装置２０の概略構成を示す。

この平角線製造装置２０は、上流側の第１圧延ロール２１と下流側の第２圧延ロール２２とそれらを接近-離間制御する制御部２３とを備えている。第１及び第２圧延ロール２１，２２のロール径は例えば５０〜３００ｍｍである。第１及び第２圧延ロール２１，２２のロール径は、一方が他方よりも大きくてもよく、また、同一であってもよいが、前者よりも後者の方が大きいことが好ましい。第１及び第２圧延ロール２１，２２のロール間隔は例えば５００〜２０００ｍｍである。

本実施形態に係る平角線１０の製造方法では、上記平角線製造装置２０を用い、荒引線を伸線した断面が円形の金属線１０”を、第１圧延ロール２１に、ロール間隔を接近-離間制御しながら通して圧延することにより、断面積が長さ方向に大小変化する中間線材１０’を作製し、次に、その中間線材１０’を、第２圧延ロール２２に、断面積の大きい部位が最終厚さ寸法の小さい部位に、また、断面積の小さい部位が最終厚さ寸法の大きい部位に、それぞれ対応するように接近-離間制御しながら通して圧延する。つまり、本実施形態に係る平角線１０の製造方法では、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属線１０”を第１圧延ロール２１により圧延することにより、最終的に最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ａに形成する部分を最も幅狭で且つ最も厚肉の部分１０ａ’に形成し、また、最終的に最も幅狭で且つ最も厚肉の部分に形成する部分１０ｂを最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ｂ’に形成した中間線材１０’を作製し、その中間線材１０’を第２圧延ロール２２により圧延することにより、逆に、最も幅狭で且つ最も厚肉の部分１０ａ’を最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ａに形成し、また、最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ｂ’を最も幅狭で且つ最も厚肉の部分１０ｂに形成する。これにより、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化している部分を有する平角線１０を製造することができる。なお、このときの金属線１０”、中間線材１０’、及び平角線１０の走行速度は例えば１〜２０ｍ／ｍｉｎである。

ここで、第１及び第２圧延ロール２１，２２の制御部２３による接近-離間制御について実例に基づいて説明する。なお、図３はその条件設定方法のフローチャートを示す。

第１及び第２圧延ロール２１，２２の接近-離間制御に際して、予め、平角線１０の断面積が同一となる第１圧延ロール２１の通過前後の第１圧下寸法Ｒ₁と第２圧延ロール２２の通過前後の第２圧下寸法Ｒ₂との関係を示す等断面積線図を求めた。

等断面積線図の作成では、まず、ロール径１０６ｍｍの第１圧延ロール２１及びロール径１５０ｍｍの第２圧延ロール２２を備えた平角線製造装置２０を用い、線径Ｄ＝２．０ｍｍの金属線１０”（硬銅線）に、種々の条件で第１及び第２圧延ロール２１，２２による２段階の定常圧延を施す予備実験を行った（ステップＳ１）。この予備実験において、マイクロメータを用い、同一箇所の第１圧延ロール２１通過後の厚さｔ₁及び第２圧延ロール２２通過後の厚さｔ₂を測定した。また、第２圧延ロール２２を通過後のものをサンプリングし、その長さ１ｍ分の質量と銅の密度（８．８９ｇ／ｃｍ³）とから圧延後の断面積Ｓを算出した（ステップＳ２）。断面積Ｓの算出は、岩村匡郎「塑性と加工」、９（９２），１９６８，ｐ５８９−５９６に記載の方法に基づいて行った。

そして、図４に示すように、第１圧下寸法Ｒ₁＝Ｄ−ｔ₁を横軸、及び第２圧下寸法Ｒ₂＝ｔ₁−ｔ₂を縦軸とし、各（Ｒ₁，Ｒ₂）での断面積Ｓをマップ化し、その結果に基づいて、コンピュータ解析を行うことにより、図５に示すように、同一の断面積Ｓが得られる第１圧下寸法Ｒ₁及び第２圧下寸法Ｒ₂の組合せを等断面積線で繋いだ等断面積線図を作成した（ステップＳ３）。

本実施形態に係る平角線１０の製造方法では、所定の等断面積線に沿って第１圧下寸法Ｒ₁及び第２圧下寸法Ｒ₂が設定されるように第１及び第２圧延ロール２１，２２の接近-離間制御を行い、それによって製造する平角線１０の断面積を長さ方向に沿って均一化させることができる。なお、この等断面積線図は、ロール径１０６ｍｍの第１圧延ロール２１及びロール径１５０ｍｍの第２圧延ロール２１を備えた平角線製造装置２０並びに線径Ｄ＝２．０ｍｍの硬銅線を用いる場合に適用できるものであり、平角線製造装置２０及び金属線１０”の組合せ毎に作成が必要である。但し、ロール径及び金属線１０”の線径が等倍でスケールアップ又はスケールダウンする場合には、等断面積線図に同様のスケールアップ又はスケールダウンを施すことにより適用することができる。

なお、平角線１０の断面積Ｓを長さ方向に沿って均一化させるためには、基本的には、図５に示す等断面積線図における所定の等断面積線に沿って第１圧下寸法Ｒ₁及び第２圧下寸法Ｒ₂が設定されるように第１及び第２圧延ロール２１，２２の接近-離間制御を行えばよい。但し、場合によってはこの制御を行うことができない。例えば、上記実例において、最大厚さ１．０ｍｍ及び最小厚さ０．６ｍｍの平角線１０を製造する場合、最大厚さ１．０ｍｍに加工するためにはＲ₁＋Ｒ₂＝１．０・・・（１）、及び最小厚さ０．６ｍｍに加工するためにはＲ₁＋Ｒ₂＝１．４・・・（２）であることが必要であり、（１）及び（２）の直線を図５に示す等断面積線図に描き足すと図６に示す通りとなる（ステップＳ４）。この図６によれば、例えばＳ＝２．８５ｍｍ²の等断面積線は（１）及び（２）の両方と交点を有するので、等断面積線に沿った第１及び第２圧延ロール２１，２２の接近-離間制御を行うことができる。しかしながら、例えばＳ＝２．８０ｍｍ²の等断面積線は（２）とは交点を有するものの、（１）とは交点を有さない。つまり、最大厚さ１．０ｍｍで且つＳ＝２．８０ｍｍ²となる第１圧下寸法Ｒ₁及び第２圧下寸法Ｒ₂の組合せが存在しない。従って、平角線１０の設計段階において、断面積Ｓを長さ方向に沿って均一化させながら製造可能な平角線１０をこの等断面積線図から知ることができ（ステップＳ５）、等断面積線が（１）及び（２）の両方と交点を有する場合には平角線１０の製造が可能で、等断面積線に沿った第１及び第２圧延ロール２１，２２の接近-離間制御を行うように条件設定を行い、（ステップＳ６）、等断面積線が（１）及び（２）のうち少なくとも一方と交点を有さない場合には平角線１０の製造が不可である（ステップＳ７）。

上記のようにして作成した図５に示す等断面積線図に基づいて、最大厚さ１．１ｍｍ及び最小厚さ０．７ｍｍ、最大厚さ１．０ｍｍ及び最小厚さ０．６ｍｍ、並びに最大厚さ０．８５ｍｍ及び最小厚さ０．６ｍｍとなり、それぞれ長さ方向に沿って断面積Ｓが２．８５ｍｍ²に均一化されるように第１及び第２圧延ロール２１，２２の接近-離間制御を行うことにより例１〜３の平角線１０の製造を行った。なお、例１〜３の平角線１０は、長さ方向に沿って、最も幅広で且つ最も薄肉の部分から連続してテーパー状に幅が狭まると共に厚さが大きくなるように形成されたものである。

表１は、例１〜３のそれぞれを製造する際のＲ_1max及びＲ_1min、並びにＲ_2max及びＲ_1minの図５から読み取った数値を示す。

これによると、例１では、Ｒ_1max０．７０ｍｍ及びＲ_1min０．１０ｍｍ、並びにＲ_2max１．２０ｍｍ及びＲ_2min０．２０ｍｍであった。例２では、Ｒ_1max０．７１ｍｍ及びＲ_1min０．１５ｍｍ、並びにＲ_2max１．２５ｍｍ及びＲ_2min０．２９ｍｍであった。例３では、Ｒ_1max４８ｍｍ及びＲ_1min０．１５ｍｍ、並びにＲ_2max１．２５ｍｍ及びＲ_2min０．６７ｍｍであった。

表２は、例１〜３のそれぞれについて、長さ方向に沿って数カ所で測定した厚さ及び断面積、断面積の平均値、並びに断面積の平均値を基準とした最大値及び最小値の誤差を示す。なお、厚さはマイクロメータを用いて測定した。断面積は、柳本左門、「塑性と加工」、２（７）、１９６１、ｐ．１３５〜１４２に記載の方法で測定した。また、図７は、正規化した厚さ、つまり、厚さと最小厚さとの差（ｔ−ｔ_min）を最大厚さと最小厚さとの差（ｔ_max−ｔ_min）で除したものと断面積との関係を示す。

これらによると、断面積の平均値は、例１では２．８８ｍｍ²、例２では２．８３ｍｍ²、及び例３では２．８４ｍｍ²であり、いずれも狙いの断面積２．８５ｍｍ²に対して近い測定結果となった。

最大値の誤差は、例１では＋１．３％、例２では＋０．５％、及び例３では＋１．１％で、最小値の誤差は、例１では−１．１％、例２では−１．３％、及び例３では−１．２％であり、また、正規化した厚さが大きくなるに従って断面積が若干上昇する傾向が伺われるものの、いずれも断面積のバラツキは小さい測定結果となった。

本実施形態に係る平角線１０の製造方法では、以上のようにして、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化している部分を有する平角線１０、具体的には、例えば、図８に示すように、長さ方向に沿って、最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ａから連続してテーパー状に幅が狭まると共に厚さが大きくなって最も幅狭で且つ最も厚肉の部分１０ｂとなり、そこから連続してテーパー状に幅が広がると共に厚さが小さくなって最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ｂとなる形状が周期的に繰り返される平角線１０を製造することができる。本実施形態で用いる平角線１０は、例えば、幅が１．０〜１０ｍｍであり、厚さが０．１〜１．０ｍｍである。最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ａから連続してテーパー状に幅が狭まると共に厚さが大きくなって最も幅狭で且つ最も厚肉の部分１０ｂまでの長さ、或いは、最も幅狭で且つ最も厚肉の部分１０ｂから連続してテーパー状に幅が広がると共に厚さが小さくなって最も幅広で且つ最も薄肉の部分１０ａまでの長さ（テーパー長）は例えば５００〜３０００ｍｍである。なお、平角線１０の形状は、特にこれに限定されるものではなく、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化している部分を有していればよい。

平角線１０を形成する金属材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。銅としてはタフピッチ銅、無酸素銅が挙げられる。銅合金としては、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金等が挙げられる。アルミニウムとしては純アルミニウムが挙げられる。アルミニウム合金としては、例えば、Ａｌ−Ｆｅ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｍｎ合金等が挙げられる。

平角線１０の断面形状は、図９（ａ）に示すように、一対の平行な長辺とそれらの両側のそれぞれを連結する円弧状の側辺とからなる陸上競技のトラック形状であってもよく、また、図９（ｂ）に示すように、横長矩形状であってもよい。但し、エッジワイズ曲げ加工を施した際、曲げ加工部分の曲げ外周部で曲げに沿って生じる伸び歪みを均一化させる観点からは、陸上競技のトラック形状のように、側面の断面外郭形状が外向きに凸の曲線であることが好ましい。

平角線１０の断面積は例えば０．２〜１０ｍｍ²であり、平均断面積に対して±２．０％以内であることが好ましく、±１．０％以内であることがより好ましい。

平角線１０は、図１０に示すように、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化しない定常厚部分１０ｃを有していてもよい。定常厚部分１０ｃの長さ（定常厚長）は例えば５０〜３００ｍｍである。

平角線１０には、圧延前及び／又は圧延後に焼鈍処理が施されていてもよい。平角線１０に絶縁層が被覆されるが、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化する平角線１０の場合、エッジワイズ曲げ加工を施した際に、特に幅が大きい部分で絶縁層の割れが発生し易い傾向があるものの、特に圧延後に焼鈍処理を施すことにより、エッジワイズ曲げ加工を施した際の絶縁層の割れの発生を抑制し、コイル形成の際の巻回加工性を良好なものにすることができる。また、断面形状が一定の平角線の場合、同様の加工履歴を受けるため例えば硬さ等の特性が長さ方向に沿って均一となるが、幅及び厚さが長さ方向に沿って変化する平角線１０の場合、断面形状が一定でないため、特性も長さ方向に沿って変化する傾向があるものの、圧延後に焼鈍処理を施すことにより、特性を長さ方向に沿って均一化させることができる。

焼鈍処理は、バッチ式で行ってもよく、また、連続式で行ってもよい。長さ方向の特性を均一化させる観点からはバッチ式が好ましく、その場合、圧延前の導体線１１”或いは圧延後の平角線１０を巻回したボビンを熱処理炉に投入後、所定の昇温速度で炉内の温度を所定の保持温度まで高め、その保持温度で所定の保持時間を保持した後、所定の降温速度で炉内の温度を低下させる。このとき、昇温速度は２５〜１００℃／ｈとすることが好ましく、３０〜６０℃とすることがより好ましい。保持温度は２００〜６５０℃／ｈとすることが好ましく、２５０〜４００℃とすることがより好ましい。保持時間は５〜５０時間とすることが好ましく、１５〜３０時間とすることがより好ましい。降温速度は２５〜１００℃／ｈとすることが好ましく、３０〜６０℃とすることがより好ましい。炉内雰囲気は還元ガス雰囲気とすることが好ましい。焼鈍処理手段としては、例えば、還元性雰囲気にした電気炉、通電焼鈍、パイプ焼鈍等が挙げられる。

本実施形態に係る方法で製造した平角線１０は、例えば、電着液に連続して浸漬されて定電圧法で電着塗装が施された後、付着した電着被膜からなる絶縁層が焼き付けられて平角の絶縁電線を構成し、そして、モータのステータコアのスロットに巻き付けるステータコイルとして使用される。

本発明は平角線の製造方法について有用である。

１０平角線
１０ａ幅広薄肉部分
１０ｂ幅狭厚肉部分
１０ｃ定常厚部分
１０’ 中間線材
１０” 金属線
２０平角線製造装置
２１第１圧延ロール
２２第２圧延ロール
２３制御部

Claims

断面が円形の金属線を、第１圧延ロールに、ロール間隔を接近-離間制御しながら通して圧延することにより、断面積が長さ方向に大小変化する中間線材を作製し、次に、その中間線材を、該第１圧延ロールの下流側に設けられた第２圧延ロールに、断面積の大きい部位が最終厚さ寸法の小さい部位に、また、断面積の小さい部位が最終厚さ寸法の大きい部位に、それぞれ対応するように接近-離間制御しながら通して圧延する平角線の製造方法であって、
中間線材の第２圧延ロールの通過後に得られる平角線が所定の断面積となるときについて、第１圧延ロールの通過前の金属線の線径と通過後の中間線材の厚さとの差である第１圧下寸法と、その同一箇所における第２圧延ロールの通過前の中間線材の厚さと通過後の平角線の厚さとの差である第２圧下寸法との対応関係を予め求めておき、その対応関係に基づいて、第１及び第２圧延ロールによる同一箇所の圧延に際し、平角線が該所定の断面積となる第１及び第２圧下寸法の組合せとなるように第１及び第２圧延ロールのロール間隔を接近-離間制御する平角線の製造方法。
請求項１に記載された平角線の製造方法において、
上記平角線は、最も幅広で且つ最も薄肉の部分から連続してテーパー状に幅が狭まると共に厚さが大きくなって最も幅狭で且つ最も厚肉の部分となり、そこから連続してテーパー状に幅が広がると共に厚さが小さくなって最も幅広で且つ最も薄肉の部分となる形状が周期的に繰り返されるように形成される平角線の製造方法。