JPH11105586A

JPH11105586A - 銅又は銅合金被覆鋼トロリ線の製造方法

Info

Publication number: JPH11105586A
Application number: JP27155397A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Ohata; 要介大畑; Tsukasa Yamada; 宰山田; Yoshihisa Ota; 敬久太田; Jiyunichi Kusakai; 淳一草階
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】芯材である鋼線とこれに被覆される銅又は銅
合金素材との接合性を向上させることができ、高強度及
び高硬度の鋼線を使用しても銅又は銅合金被覆鋼トロリ
線を安定して製造することができる銅又は銅合金被覆鋼
トロリ線の製造方法を提供する。【解決手段】硬鋼線７の周囲に銅又は銅合金素材１を
コンフォームにより押出して被覆し押出被覆鋼線１２を
形成した後、この押出被覆鋼線１２の温度を４００℃以
上、圧下率を１０乃至４０％として押出被覆鋼線１２を
熱間圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレールに沿って架設
されパンタグラフ等を介して電車に給電する架線に使用
される銅又は銅合金被覆鋼トロリ線の製造方法に関し、
特に、芯材である鋼線と被覆材である銅又は銅合金素材
との接合性が高い銅又は銅合金被覆鋼トロリ線の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道用のトロリ線には銅又は銅合
金（以下、銅及び銅合金を総称して銅という）線が使用
されているが、電車の高速運行のためには十分な強度が
得られない。このため、高い強度を有するトロリ線が要
望されており、このような高い強度を有するトロリ線と
して、鋼線からなる芯材に銅素材が被覆された銅被覆鋼
トロリ線が提案され（特公平２−１１４６０号公報）、
新幹線等の高速運行電車用として使用されている。この
従来の銅被覆鋼トロリ線の製造方法は以下のとおりであ
る。先ず、鋼線を銅の溶湯中に連続的に浸漬し、鋼線の
周囲に銅素材を凝固させて付着する。次に、一定の温度
で熱間圧延することにより銅被覆鋼線素線を作製する。
そして、伸線加工することにより銅被覆鋼トロリ線を製
造する。

【０００３】この従来の製造方法においては、鋼線を銅
の溶湯中に浸漬し、鋼線の表面に銅溶湯を付着する際
に、鋼線の表面は銅溶湯との濡れ性を良くするために極
めて平滑な活性状態である必要がある。このため、極め
て厳密な管理の下で、鋼線表面の前処理を行う必要があ
る。

【０００４】前処理方法としては、例えば、酸洗い、シ
ョットブラスト及びブラシ研磨等があり、鋼線表面に存
在する酸化皮膜等の汚れ等を除去することができる。し
かし、鋼線表面の平滑性が低く、表面に均一に銅素材を
付着し凝固させることができない。このため、芯材であ
る鋼線と銅素材との界面に空隙及び接合不良部が残留し
てしまう。

【０００５】そこで、実際には、特殊な加工が施された
工具ダイス（以下、皮剥ダイスという）により前処理と
して鋼線表面を連続的に皮剥しながら、真空排気された
ハウジング内に鋼線を導入し、真空状態を保ったまま銅
の溶湯中に浸漬する方法が行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
皮剥ダイスを使用する製造方法では、炭素含有量が０．
３５重量％以下の低強度の鋼線しか使用できないという
重大な欠点があった。これは、芯材として炭素含有量が
０．３５重量％を超えるような所謂硬鋼線を使用した場
合には、製造中に皮剥ダイスの刃先が欠けやすく寿命が
極めて短くなり、製造が安定しなくなるためである。従
って、この製造方法では炭素含有量が０．３５重量％以
下の低強度の鋼線のみしか使用することができない。こ
の鋼線から製造される銅被覆鋼トロリ線の強度は日本国
内で標準的に使用されている長手方向と直交する方向の
断面積が１１０ｍｍ²サイズのもので６７ｋｇｆ／ｍ
ｍ²、１７０ｍｍ²サイズのもので６６ｋｇｆ／ｍｍ²程
度が最高値であり、今後の更なる電車の高速化に対応す
るための高い強度を得ることはできない。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、芯材である鋼線とこれに被覆される銅又は
銅合金素材との接合性を向上させることができ、高強度
及び高硬度の鋼線を使用しても銅又は銅合金被覆鋼トロ
リ線を安定して製造することができる銅又は銅合金被覆
鋼トロリ線の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る銅又は銅合
金被覆鋼トロリ線の製造方法は、鋼線の周囲に銅又は銅
合金素材をコンフォームにより押出して被覆し銅押出被
覆鋼線を形成する工程と、この銅押出被覆鋼線の温度を
４００℃以上、圧下率を１０乃至４０％として前記銅押
出被覆鋼線を熱間圧延する工程とを有することを特徴と
する。

【０００９】本発明においては、コンフォームにより鋼
線の表面に銅又は銅合金素材を被覆して銅押出被覆鋼線
を形成した後、この銅押出被覆鋼線を適切な温度及び圧
下率で熱間圧延しているので、鋼線と銅又は銅合金素材
との間に原子の拡散が起こりやすく、前処理として皮剥
を行わなくとも十分な接合性が得られる。これにより、
芯材として硬質で高強度の硬鋼線を使用しても不具合が
生じることがなく、銅又は銅合金被覆鋼トロリ線を安定
して製造することができる。

【００１０】銅押出被覆鋼線の熱間圧延温度が４００℃
未満であると、鋼線及び銅素材間の原子の拡散が不十分
となり十分な接合性を得ることができない。従って、熱
間圧延中の銅押出被覆鋼線の温度は４００℃以上とす
る。

【００１１】また、熱間圧延における圧下率が１０％未
満であると、鋼線及び銅素材の界面において十分な圧力
が印加されず、高い接合性を得ることができない。一
方、圧下率が４０％を超えると、接合性は高いものの、
銅被覆層が著しく変形するため所望の銅被覆率を有する
製品とすることができない。従って、熱間圧延における
圧下率は１０乃至４０％とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例方法つい
て、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本
発明の実施例方法に使用される押出加工装置を示す模式
的断面図である。本実施例方法に使用される押出加工装
置には芯材である鋼線の表面に付着した酸化皮膜及び油
分等を除去する前処理装置８が配設されている。前処理
装置８としては、酸洗い、ショットブラスト若しくはブ
ラシ研磨又はこれらの組み合わせを行う装置が使用さ
れ、複数台配設されてもよい。前処理装置８の次工程側
には誘導加熱装置９が配設されている。この誘導加熱装
置９には供給管１８が接続されており、供給管１８の誘
導加熱装置９に対して逆側の端部にはダイチャンバ６が
接続されている。

【００１３】ダイチャンバ６には鋼線に被覆される銅素
材を押出すコンフォーム１７が接続されている。このコ
ンフォーム１７は回転駆動するホイール２と、その外側
に設けられ固定されたシューブロック３と、ホイール２
とシューブロック３との間に形成された導入路４と、ホ
イール２の外周に沿って形成された導入路４の方向を変
えるアバットメント５とから構成されている。そして、
導入路４の端部はダイチャンバ６に接続されている。ま
た、ダイチャンバ６はシューブロック３の内部に設けら
れている。

【００１４】図２はダイチャンバを示す模式的断面図で
ある。ダイチャンバ６は鋼線に銅素材を被覆するための
チャンバ１１を形成するダイ１９と、チャンバ１１と供
給管１８とを接続するニップル１０と、鋼線に銅素材が
被覆されて形成される銅押出被覆鋼線の形状を調節する
ダイス１３とにより構成されている。

【００１５】そして、コンフォーム１７の次工程側に
は、銅押出被覆鋼線を熱間圧延ロール１４ａにより熱間
圧延する熱間圧延機１４が配設されており、その次工程
側には、銅押出被覆鋼線を冷却する冷却槽１５が配設さ
れている。更に、その次工程側には、押出時に鋼線７に
負荷される次工程側への張力を調節する引き取り機１６
が配設されており、その次工程側には、銅押出被覆鋼線
を巻き取る巻き取り機２０が配設されている。

【００１６】次に、上述の押出加工装置を使用した実施
例方法について説明する。図１に示すように、先ず、銅
素材１をその表面に付着した酸化皮膜及び油分等の汚れ
が完全に除去された状態で導入路４に導入する。そし
て、ホイール２を矢印方向に回転させ、銅素材１を導入
路４の中にホイール２の外周に沿って連続的に供給する
と共に、銅素材１をシューブロック３とホイール２との
間の摩擦熱及び圧力により加熱して可塑流動的な状態と
する。そして、アバットメント５において、銅素材１の
移動する方向を変え、可塑流動的な状態でダイチャンバ
６内のチャンバ１１に押出す。

【００１７】一方、芯材については、鋼線７を前処理装
置８に供給して、その表面に酸化皮膜又は油分等の汚れ
が残留しないように清浄化する。そして、誘導加熱装置
９に供給する。ここで、鋼線７の表面を加熱し、直ちに
供給管１８及びニップル１０を介して鋼線７をチャンバ
１１に供給する。

【００１８】そして、チャンバ１１に供給した鋼線７に
そこに押出した可塑流動的な状態の銅素材１をその表面
に被覆して銅押出被覆鋼線１２を形成する。次いで、ダ
イス１３により所望の形状を有するように銅押出被覆鋼
線１２を押出して熱間圧延機１４に供給する。

【００１９】次に、熱間圧延機１４内で銅押出被覆鋼線
１２をその温度が４００℃以上、圧下率が１０乃至４０
％の条件で熱間圧延ロール１４ａにより熱間圧延する。
そして、銅押出被覆鋼線１２を冷却槽１５で冷却し、引
き取り機１６によって張力を調節しながら、巻き取り機
２０により巻き取る。

【００２０】なお、冷却槽は熱間圧延温度を調節するた
め及び銅押出被覆鋼線表面の銅被覆層の酸化を抑制する
ために、熱間圧延機１４の前工程側及び後工程側の両方
に配置されていてもよい。

【００２１】本実施例方法によれば、コンフォーム１７
により鋼線７の表面に銅素材１を高圧で圧接して押出し
た後に、４００℃以上の温度及び１０乃至４０％の圧下
率で押出被覆鋼線１２を熱間圧延しているので、鋼線と
銅被覆層との接合強度が極めて高い。従って、鋼線７に
銅素材１を被覆する工程の前処理として従来実施されて
いる皮剥を行わずに、酸洗い、ショットブラスト若しく
はブラシ研磨又はこれらの組み合わせを行った場合に
も、十分に高い鋼線７と銅素材１との接合性を得ること
ができ、所望の銅被覆率を有する銅被覆鋼トロリ線用の
銅押出被覆鋼線１２を製造することができる。このよう
に、本実施例方法では、皮剥を行なわなくても高い接合
性が得られるので、芯材として炭素含有量が０．３５重
量％を超える硬鋼線材を使用しても不具合が生じること
がなく、これにより、硬鋼線材を使用して接合性が良好
であり高速電車用として十分に強度が高い高強度銅被覆
鋼トロリ線用の銅押出被覆鋼線を製造することができ
る。

【００２２】なお、鋼線の材料は特に限定されるもので
はない。安価で強度が高い硬鋼線の他、軽量化及び高強
度化に好適なステンレス鋼等の合金鋼を使用することも
できる。つまり、鋼線の靱性又は伸線性に悪影響を及ぼ
さない程度に、例えば、Ｃ、Ｎ、Ｓ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｚｒ、
Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｓｎ及びＡｌ等
を１種又は組み合わせて含有する鋼線を使用してもよ
い。

【００２３】また、鋼線の長手方向と直交する方向の断
面形状は特に限定されるものではない。例えば、円、楕
円、矩形及び四角形とすることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その特許請
求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明す
る。

【００２５】第１実施例先ず、直径が１２ｍｍであるＪＩＳＣ１０２０無酸素
銅線の表面に付着した酸化物及び油分等の汚れを除去し
た後、この銅線を回転可能なホイールと固定されたシュ
ーブロックとにより形成された導入路に連続的に供給し
た。このとき、ホイールとシューブロックとの間の摩擦
熱及び圧力により銅線を加熱し可塑流動的な状態な銅素
材とした。

【００２６】一方、直径が１０ｍｍでありＪＩＳＧ３
５０６に示される炭素含有量が０．６３重量％であるＳ
ＷＲＨ６２Ａ硬鋼線からなる鋼線を前処理としてショッ
トブラストによりその表面に付着した酸化皮膜及び油分
等の汚れを除去した後、誘導加熱装置を使用してその表
面を加熱した。その後直ちに、その状態を保ったまま鋼
線をダイチャンバ内に誘導し、可塑流動的な状態の銅素
材を鋼線の表面に押出して被覆した。そして、ダイスに
より外径が２２ｍｍの銅押出被覆鋼線を押出した。な
お、このときの銅押出被覆鋼線の銅被覆率の目標値は８
０％である。更に、この銅押出被覆鋼線を予備冷却槽で
冷却した後、下記表１に示す条件の下で銅押出被覆鋼線
に熱間圧延を施して銅被覆鋼トロリ線用の銅押出被覆鋼
線とした。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】次に、芯材である鋼芯と被覆された銅素材
との接合性の評価及び銅被覆率の測定を行った。

【００３０】接合性については、カッターで切断した際
の切断破面及び長手方向への引張試験を行った際の引張
破面について、１０倍の拡大鏡を使用して観察し、鋼芯
と銅素材との間の剥離を評価した。このとき、剥離が生
じていなかったものを○、僅かな剥離が生じていたもの
を△、大きな剥離が生じていたものを×とした。

【００３１】また、銅被覆率については、銅被覆鋼トロ
リ線用の銅押出被覆鋼線の長手方向に垂直な断面におけ
る銅被覆層の断面積を測定し、銅被覆率を算出した。な
お、銅被覆率が７８乃至８２％であるものを良好である
と評価した。これらの結果を下記表３及び４に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】上記表３及び４に示すように、実施例１乃
至６においては、適切な温度及び圧下率の下で銅押出被
覆鋼線に熱間圧延を施しているので、鋼芯と銅被覆層と
の接合性が良好である銅被覆鋼トロリ線を安定して製造
することができた。

【００３５】一方、比較例７乃至１５においては、熱間
圧延時の銅押出被覆鋼線の温度が本発明範囲の下限未満
であるので、鋼芯と銅被覆層との接合性が不十分であっ
た。

【００３６】比較例１６乃至１９においては、熱間圧延
における圧下率が本発明範囲の下限未満であるので、鋼
芯と銅被覆層との接合性が不十分であった。

【００３７】比較例２０乃至２３においては、熱間圧延
における圧下率が本発明範囲の上限を超えているので、
銅被覆層が著しく変形し銅被覆率が目標としたものから
著しく外れ、安定して銅被覆鋼トロリ線を製造すること
ができなかった。

【００３８】第２実施例先ず、外径が１０ｍｍであり下記表５に示す炭素含有量
の鋼線を使用して、熱間圧延温度を５００℃、圧下率を
２０％とし、第１実施例と同様にして、銅被覆鋼トロリ
線用の銅押出被覆鋼線を製造した。次に、下記表５に示
す断面積となるまで冷間伸線加工した。なお、実施例２
４及び２６に使用された鋼線はＳＷＲＨ６２Ａ硬鋼線で
あり、実施例２５及び２７に使用された鋼線はＳＷＲＨ
８２Ａ硬鋼線である。また、第２実施例において、比較
例とは、皮剥を行う従来の方法により銅被覆鋼トロリ線
を製造する際に使用されてきた鋼線を使用した例をい
う。

【００３９】

【表５】

【００４０】そして、伸線加工された各実施例及び比較
例の銅押出被覆鋼線の引張強度及び導電率を測定した。
この結果を下記表６に示す。

【００４１】

【表６】

【００４２】上記表６に示すように、実施例２４乃至２
７においては、適切な量の炭素を含有する硬鋼線を使用
しているので鋼線自体の強度が高く、導電率を低下させ
ることなく、高い強度を有する銅被覆鋼トロリ線を得る
ことができた。

【００４３】一方、比較例２８及び２９においては、炭
素含有量が低い軟鋼線を芯材として使用したので、硬鋼
線を使用した場合と比して、高い引張強度を得ることが
できなかった。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
銅押出被覆鋼線を４００℃以上の温度及び１０乃至４０
％の圧下率で熱間圧延しているので、芯材である鋼線と
これに被覆される銅又は銅合金素材との間に原子の拡散
が起こりやすく、前処理として皮剥を行わなくとも十分
な接合性が得られる。これにより、芯材として硬質で高
強度の硬鋼線を使用しても不具合が生じることがなく、
銅又は銅合金被覆鋼トロリ線を安定して製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例方法に使用される押出加工装置
を示す模式的断面図である。

【図２】ダイチャンバを示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１；銅素材２；ホイール３；シューブロック４；導入路５；アバットメント６；ダイチャンバ７；鋼線８；前処理装置９；誘導加熱装置１０；ニップル１１；チャンバ１２；銅押出被覆鋼線１３；ダイス１４；熱間圧延機１４ａ；熱間圧延ロール１５；冷却槽１６；引き取り機１７；コンフォーム１８；供給管１９；ダイ２０；巻き取り機

フロントページの続き (72)発明者草階淳一東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼線の周囲に銅又は銅合金素材をコンフ
ォームにより押出して被覆し銅押出被覆鋼線を形成する
工程と、この銅押出被覆鋼線の温度を４００℃以上、圧
下率を１０乃至４０％として前記銅押出被覆鋼線を熱間
圧延する工程とを有することを特徴とする銅又は銅合金
被覆鋼トロリ線の製造方法。