WO2022190557A1 - 金属線及び金属メッシュ - Google Patents

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WO2022190557A1
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tungsten
metal
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metal wire
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友博 金沢
和宏 大條
健史 辻
直樹 神山
唯 仲井
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to metal wires and metal meshes.
  • Patent Document 1 a tungsten wire with a small wire diameter and high tensile strength is known (see Patent Document 1, for example).
  • the conventional tungsten wire described above has a problem that straightness is reduced when the wire diameter is reduced while maintaining high tensile strength.
  • an object of the present invention is to provide a metal wire having a small wire diameter and excellent tensile strength and straightness, and a metal mesh comprising the metal wire.
  • a metal wire according to an aspect of the present invention is made of tungsten or a tungsten alloy, has a wire diameter of 13 ⁇ m or less, a tensile strength of 4.8 GPa or more, and a natural drooping length of 800 mm or more per 1000 mm. .
  • a metal mesh according to one aspect of the present invention includes the metal wires according to the above aspect as warp threads or weft threads.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a metal mesh provided with metal wires according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a flow chart showing a method for manufacturing a metal wire according to the embodiment.
  • FIG. 2B is a flowchart showing another example of the metal wire manufacturing method according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between straightness and tensile strength of the metal wire according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between wire diameter variation and tensile strength of the metal wire according to the embodiment.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, scales and the like do not necessarily match in each drawing. Moreover, in each figure, the same code
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a metal mesh 20 having metal wires 10 according to the present embodiment.
  • the metal mesh 20 includes a plurality of metal wires 10 as warp threads and weft threads. That is, the metal mesh 20 is manufactured by weaving using the plurality of metal wires 10 as warp threads or weft threads.
  • the metal mesh 20 is, for example, a screen mesh used for screen printing.
  • Metal mesh 20 has a plurality of openings 22 .
  • the opening 22 is a portion through which ink passes in screen printing.
  • a non-passing portion through which ink cannot pass is formed by blocking a portion of the opening 22 with emulsion or resin (for example, polyimide).
  • a desired shape can be screen-printed by patterning the shape of the non-passing portion into an arbitrary shape.
  • the diameter of the metal wire 10 is gradually reduced in order to improve the accuracy of screen printing.
  • the cross-sectional area of the metal wire 10 decreases, resulting in a significant decrease in absolute strength.
  • a typical tungsten wire of 13 ⁇ m has a tensile strength of 3.4 GPa and an absolute strength of 0.45N.
  • the 11 ⁇ m tungsten wire whose diameter is reduced has an absolute strength of 0.32 N.
  • a metal wire 10 with a wire diameter of 11 ⁇ m is required to have a tensile strength of 4.8 GPa or more.
  • the metal wire 10 is a tungsten wire made of tungsten (W) or a tungsten alloy wire made of a tungsten alloy.
  • the content of tungsten is 75 wt % or more.
  • the tungsten content may be 80 wt% or more, 85 wt% or more, 90 wt% or more, 95 wt% or more, or 99 wt% or more. , 99.9 wt % or more, or 99.99 wt % or more.
  • the content of tungsten is the ratio of tungsten to the weight of the metal wire 10. The same applies to the contents of other elements such as rhenium (Re) and potassium (K), which will be described later.
  • the metal wire 10 may contain unavoidable impurities that cannot be avoided during manufacturing.
  • a tungsten alloy is, for example, an alloy of rhenium and tungsten (ReW alloy).
  • the rhenium content is, for example, 0.1 wt % or more and 10 wt % or less.
  • the content of rhenium may be 0.5 wt % or more, or 1 wt % or more. Also, the content of rhenium may be 5 wt % or more.
  • the tensile strength of the metal wire 10 can be increased.
  • the rhenium content is too high, it is difficult to thin the metal wire 10 while maintaining a high tensile strength. Specifically, disconnection is more likely to occur, making it difficult to draw a long wire.
  • the workability of the metal wire 10 can be improved.
  • by reducing the content of rare and expensive rhenium it becomes possible to mass-produce long and inexpensive metal wires 10 .
  • the wire diameter of the metal wire 10 is 13 ⁇ m or less. As the wire diameter becomes smaller, the metal mesh 20 with a higher opening ratio can be manufactured, and for example, printing accuracy can be improved.
  • the wire diameter of the metal wire 10 may be 12 ⁇ m or less, 10 ⁇ m or less, 8 ⁇ m or less, or 7 ⁇ m or less.
  • the wire diameter of the metal wire 10 is, for example, 5 ⁇ m or more, but is not limited to this.
  • the wire diameter variation of the metal wire 10 is 1.0 ⁇ m or less.
  • the wire diameter variation corresponds to the absolute value of the difference between the maximum and minimum wire diameters of the metal wire 10 . For this reason, the difference in wire diameter at any two locations of the metal wire 10 is 1.0 ⁇ m or less.
  • the wire diameter variation can be measured based on, for example, a laser wire diameter measuring machine, SEM (Scanning Electron Microscope), or laser microscope.
  • the wire diameter variation may be 0.6 ⁇ m or less, 0.5 ⁇ m or less, 0.4 ⁇ m or less, or 0.3 ⁇ m or less.
  • the cross-sectional shape of the metal wire 10 perpendicular to the line axis is, for example, circular, but is not limited to this.
  • the cross-sectional shape of the metal wire 10 may be oval, square, rectangular, or the like.
  • the tensile strength may be 4.9 GPa or more, 5.0 GPa or more, 5.1 GPa or more, or 5.2 GPa or more.
  • Tensile strength can be measured, for example, based on the Japanese Industrial Standards tensile test (JIS H 4460 8).
  • the straightness of the metal wire 10 is represented by the natural drooping length per 1000 mm.
  • the natural hanging length (that is, straightness) per 1000 mm of the metal wire 10 is 800 mm or more.
  • the straightness of the metal wire 10 may be 900 mm or more, 950 mm or more, or 970 mm or more.
  • the natural drooping length can be measured, for example, based on the Japanese Industrial Standard straightness test (JIS H 4460 15).
  • the metal wire 10 according to the present embodiment has a small wire diameter and high tensile strength and straightness. In addition, it has a high content of tungsten and is excellent in workability.
  • FIG. 2A is a flow chart showing a method for manufacturing metal wire 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2B is a flow chart showing another example of the method for manufacturing metal wire 10 according to the present embodiment.
  • a tungsten ingot is prepared (S10). Specifically, an aggregate of tungsten powder is prepared, and the prepared aggregate is pressed and sintered (sintered) to produce a tungsten ingot.
  • tungsten powder and metal powder for example, rhenium powder
  • the average particle size of tungsten powder and rhenium powder is, for example, in the range of 3 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the manufactured tungsten ingot is swaged (S12). Specifically, a tungsten ingot is formed into a wire-like tungsten wire by forging and compressing the tungsten ingot from its periphery and extending it. Rolling may be performed instead of swaging.
  • a tungsten ingot with a diameter of about 15 mm or more and about 25 mm or less is formed into a tungsten wire with a wire diameter of about 3 mm.
  • the annealing treatment is performed at 2400° C. in the range of 8 mm or more and 10 mm or less in diameter.
  • annealing is not performed in the swaging process for diameters of less than 8 mm.
  • the tungsten wire is heated at 900°C before heat drawing (S14). Specifically, the tungsten wire is directly heated with a burner or the like. By heating the tungsten wire, an oxide layer is formed on the surface of the tungsten wire so as not to break the wire during the subsequent heating wire drawing process.
  • heating wire drawing is performed (S16). Specifically, the tungsten wire is drawn using one or more wire drawing dies, that is, the tungsten wire is drawn (thinned) while being heated.
  • the heating temperature is 1000° C., for example. Incidentally, the higher the heating temperature, the higher the workability of the tungsten wire, so wire drawing can be easily performed.
  • the heating wire drawing is repeated while exchanging wire drawing dies.
  • the cross-sectional reduction rate of the tungsten wire due to one wire drawing using one wire drawing die is, for example, 10% or more and 40% or less.
  • a lubricant obtained by dispersing graphite in water may be used in the heating drawing process.
  • the heating wire drawing (S16) is repeated until the desired tungsten wire is obtained (No in S18).
  • the desired wire diameter here is the wire diameter when the number of times of wire drawing becomes two, and is, for example, about 80 ⁇ m.
  • the heating wire drawing in repeating the heating wire drawing, a wire drawing die with a hole diameter smaller than that of the wire drawing die used in the previous wire drawing is used.
  • the tungsten wire is heated at a heating temperature lower than the heating temperature during the previous wire drawing. That is, the heating temperature is lowered stepwise.
  • the final heating temperature is, for example, 400° C., which contributes to refinement of crystal grains.
  • normal temperature drawing is performed (S20).
  • electrolytic polishing may be performed (S19) before room temperature drawing (S20).
  • room temperature drawing a tungsten wire is drawn without heating to achieve further refinement of crystal grains.
  • the normal temperature drawing also has the effect of aligning the crystal orientation in the processing axis direction (specifically, the direction parallel to the line axis of the metal wire 10).
  • Normal temperature is, for example, a temperature in the range of 0°C or higher and 50°C or lower, and an example is 30°C.
  • the tungsten wire is drawn using a plurality of wire drawing dies having different hole diameters.
  • a liquid lubricant such as water-soluble is used. Since no heating is performed in normal temperature drawing, evaporation of the liquid is suppressed. Therefore, it is possible to exhibit a sufficient function as a liquid lubricant.
  • the tungsten wire is not heated and processed while cooling with a liquid lubricant to achieve dynamic recovery and dynamic It is possible to suppress recrystallization, contribute to refinement of crystal grains without disconnection, and obtain high tensile strength.
  • the processing rate in room temperature wire drawing is, for example, 70% or more.
  • the processing rate is expressed by the following formula (1) using the wire diameter Db immediately before normal temperature drawing and the wire diameter Da immediately after normal temperature drawing.
  • Processing rate ⁇ 1-(Da/Db) 2 ⁇ x 100
  • the larger the wire diameter is reduced by the normal temperature wire drawing the larger the value of the working ratio.
  • the wire diameter Da immediately after normal temperature drawing becomes smaller as the processing rate increases.
  • the workability of normal temperature wire drawing is 70% or more, but may be 80% or more, 90% or more, or 95% or more.
  • the wire diameter immediately after drawing at room temperature is in the range of about 20 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • low temperature hot drawing is performed (S22). That is, the final drawing of the tungsten wire is performed while heating at a low temperature.
  • the temperature at this time is higher than the temperature (normal temperature) of normal temperature drawing (S20) and lower than the temperature of hot drawing (S16).
  • the temperature of low-temperature hot drawing is in the range of 100°C or higher and 300°C or lower, and is 200°C or 300°C as an example.
  • the wire diameter after low-temperature hot drawing is in the range of about 10 ⁇ m or more and 16 ⁇ m or less.
  • Low-temperature hot wire drawing is a new processing method that lowers the heating temperature by about 300°C compared to the normal heating temperature of 500°C to 600°C. As a result, it is possible to improve the tensile strength and improve the straightness or wire diameter variation. On the other hand, when working at 500° C. to 600° C. after normal temperature drawing, the tensile strength decreases and does not reach 4.8 GPa (Comparative Example 27 in Table 2 to be described later).
  • electrolytic polishing is performed to finely adjust the diameter of the tungsten wire formed by performing low-temperature hot wire drawing (S24). Electropolishing is performed by generating a potential difference between the tungsten wire and the counter electrode while the tungsten wire and the counter electrode are immersed in an electrolytic solution such as an aqueous sodium hydroxide solution.
  • the wire diameter after electropolishing is 13 ⁇ m or less.
  • the metal wire 10 according to the present embodiment is manufactured through the above steps. Through the above processes, the length of the metal wire 10 immediately after production is, for example, 50 km or longer, which can be industrially used. The metal wire 10 can also be cut into an appropriate length depending on the mode of use and used in the shape of a needle or rod.
  • Each step shown in the manufacturing method of the metal wire 10 is performed in-line, for example.
  • the plurality of wire drawing dies used in step S16 are arranged in order of decreasing hole diameter on the production line.
  • a heating device such as a burner is arranged between the wire drawing dies.
  • an electropolishing device may be arranged between the wire drawing dies.
  • One or more wire drawing dies used in step S20 and one or more wire drawing dies used in step S22 are placed downstream of the wire drawing dies used in step S16 (on the post-process side).
  • the electropolishing device is arranged downstream of the wire drawing die with the smallest hole diameter.
  • each process may be performed individually.
  • the method for manufacturing the metal wire 10 described above is merely an example, and the temperature, wire diameter, etc. in each step can be adjusted as appropriate.
  • the normal temperature wire drawing is performed at the second normal temperature, and then the low temperature wire is drawn.
  • Low temperature hot drawing is performed at a third temperature of .
  • the third temperature is higher than the second temperature (normal temperature) and lower than the first temperature (high temperature).
  • the metal wire 10 is manufactured by implementing a new process called low-temperature hot drawing (also called low-temperature hot working).
  • low-temperature hot drawing also called low-temperature hot working.
  • Table 1 and FIGS. 3 and 4 will be described below for a plurality of examples of the metal wire 10 according to the present embodiment while comparing with a metal wire according to a comparative example manufactured without performing low-temperature hot wire drawing. will be used for explanation.
  • Table 1 shows the material, processing method (wire drawing method), wire diameter, tensile strength, straightness (natural drooping length per 1000 mm) and wire diameter of examples and comparative examples of metal wires made of tungsten or tungsten alloy. shows variability.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between straightness and tensile strength of metal wire 10 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the straightness of the metal wire 10 (natural drooping length per 1000 mm)
  • the vertical axis represents the tensile strength of the metal wire 10 .
  • FIG. 4 shows the relationship between the wire diameter variation and the tensile strength in each example shown in Table 1 and each comparative example shown in Table 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between wire diameter variation and tensile strength of metal wire 10 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the wire diameter variation of the metal wire 10 and the vertical axis represents the tensile strength of the metal wire 10 .
  • the numbers attached to the plots represent the respective numbers of Examples 1 to 14 in Table 1 and Comparative Examples 21 to 28 in Table 2.
  • Examples 1 to 14 are metal wires manufactured according to the flow chart shown in FIG. 2A.
  • normal temperature drawing (S20) and low temperature hot drawing (S22) were performed while appropriately adjusting processing conditions such as material, target value of wire diameter, processing rate of normal temperature drawing, and temperature of low temperature hot drawing. It is a metal wire obtained by performing both.
  • Comparative Examples 21 and 22 are metal wires manufactured without performing low temperature hot drawing (S22) after performing room temperature drawing (S20). As shown in Table 2 and FIG. 3, it can be seen that high tensile strength is obtained by room temperature drawing, but straightness is low. Moreover, as shown in FIG. 4, it can be seen that the wire diameter variation is large and the straightness is low.
  • Comparative Examples 23 to 26 are metal wires manufactured without carrying out neither room temperature wire drawing (S20) nor low temperature hot wire drawing (S22). As shown in Table 2 and FIGS. 3 and 4, high tensile strength cannot be obtained without cold drawing. In order to increase the tensile strength, a room temperature drawing process is necessary, but in this case, as in Comparative Examples 21 and 22, the straightness is lowered.
  • Comparative Example 27 is a metal wire that was subjected to ordinary hot drawing at a temperature of 500° C. to 600° C. instead of low temperature hot drawing (S22) after room temperature drawing (S20). As shown in Table 2 and FIG. 3, although high straightness was obtained, the tensile strength did not reach 4.8 GPa.
  • Examples 1 to 6 are rhenium-tungsten alloy wires containing 1 wt % of rhenium, and Examples 7 to 14 are tungsten wires containing no rhenium.
  • the rhenium-tungsten alloy wire has a slightly higher tensile strength than the tungsten wire. It consists of a solid solution strengthening mechanism. Dispersion strengthening, which is precipitated at grain boundaries in the form of oxides, also contributes to the improvement of tensile strength to some extent.
  • metal wire 10 is made of a tungsten alloy
  • the metal contained in the tungsten alloy may not be rhenium.
  • the tungsten alloy may be an alloy of tungsten and one or more metals different from tungsten.
  • the metal different from tungsten is, for example, a transition metal, an element having an atomic radius close to that of rhenium such as molybdenum (Mo), iridium (Ir), ruthenium (Ru) or osmium (Os).
  • rhenium such as molybdenum (Mo), iridium (Ir), ruthenium (Ru) or osmium (Os).
  • Mo molybdenum
  • Ir iridium
  • Ru ruthenium
  • Os osmium
  • the content of these metals is, for example, 0.1 wt % or more and 10 wt % or less, but is not limited thereto.
  • the metal content in the tungsten alloy may be less than 0.1 wt% or greater than 1 wt%.
  • Example 3 and Example 4 by lowering the temperature of the low-temperature hot wire drawing, even with the same wire diameter, the tensile strength can be increased while maintaining high straightness. can be done.
  • Example 3 and Example 5 by increasing the processing rate of room temperature wire drawing, even with the same wire diameter, it is possible to increase the tensile strength while maintaining high straightness.
  • Tungsten wires that do not contain rhenium have similar relationships, as can be seen by comparing Examples 9-14.
  • Example 3 by increasing the temperature of the low-temperature hot wire drawing, even with the same wire diameter, the straightness is improved while maintaining high tensile strength. can be done.
  • Tungsten wires that do not contain rhenium have similar relationships, as can be seen by comparing Examples 9-14.
  • the metal wire 10 according to the present embodiment is made of tungsten or a tungsten alloy, has a wire diameter of 13 ⁇ m or less, a tensile strength of 4.8 GPa or more, and a natural hanging length per 1000 mm of , 800 mm or more. Further, for example, the wire diameter variation is 1.0 ⁇ m or less.
  • the metal wire 10 having a small wire diameter and excellent tensile strength and straightness can be realized.
  • an annealing straightening treatment is generally known in which wire is heated at a high temperature of about 1000°C after wire drawing or electropolishing.
  • the metal wire of Comparative Example 21 is subjected to the annealing straightening treatment, the straightness is improved, but the tensile strength is lowered.
  • Comparative Example 28 in Table 2 the metal wire of Comparative Example 21 was subjected to annealing straight treatment.
  • the straightness was improved by performing the annealing straightening treatment, but instead the tensile strength decreased to less than 4.8 GPa.
  • the annealing straight treatment cannot achieve both high straightness and high tensile strength.
  • the wire diameter variation hardly changes in the annealing straight treatment, the wire diameter variation cannot be reduced.
  • the metal wire 10 according to the present embodiment is a metal wire that has not been annealed straight. High straightness and high tensile strength can be achieved at the same time by low-temperature hot wire drawing without annealing straightening treatment.
  • the natural hanging length per 1000 mm is 900 mm or more.
  • the metal mesh 20 includes metal wires 10 as warp threads or weft threads. Also, for example, the metal mesh 20 is used as a mesh for screen printing.
  • the metal wire 10 having a small wire diameter and excellent tensile strength and straightness is used, so the metal mesh 20 can be easily manufactured. Since the wire diameter is small, a metal mesh 20 with a high open area ratio can be manufactured.
  • the tungsten content may be 90 wt% or more.
  • the metal wire 10 with excellent workability can be realized.
  • Metal mesh 20 may be used in filters, protective clothing, and the like. All the warp threads and weft threads of the metal mesh 20 may be metal wires 10, at least one warp thread or weft thread is the metal wire 10, and the remaining warp threads or weft threads are made of other materials such as stainless steel wires. metal wire.
  • the metal wire 10 may be used other than the wires used for weaving the metal mesh 20 .
  • the metal wire 10 may be used as saw wire, medical needles, ropes or cords, and the like.
  • the content of tungsten contained in the metal wire 10 may be less than 75 wt% or less than 70 wt%.
  • the metal wire 10 may be made of tungsten doped with potassium (K).
  • Doped potassium exists at the grain boundaries of tungsten.
  • Potassium (K) dispersed at the grain boundaries suppresses crystal coarsening during high-temperature heating and heating wire drawing processing, but in normal temperature wire drawing, crystal coarsening does not occur during processing, so the amount of potassium (K) is For example, it may be 0.010 wt% or less, while it has the effect of slightly improving the strength in the process up to room temperature drawing. Even with a potassium-doped tungsten wire, it is possible to realize a tungsten wire having a tensile strength higher than that of a general piano wire, as in the case of a tungsten alloy wire. Similar effects can be obtained not only with oxides of potassium but also with oxides of other substances such as cerium or lanthanum.
  • a potassium-doped tungsten wire can be manufactured by a manufacturing method similar to that of the embodiment by using potassium-doped doped tungsten powder instead of tungsten powder.
  • the surface of the metal wire 10 may be coated with an oxide film, a nitride film, or the like, or plated.

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Abstract

金属線(10)は、タングステン又はタングステン合金からなり、線径は、13μm以下であり、引張強度は、4.8GPa以上であり、1000mmあたりの自然垂下長は、800mm以上である。

Description

金属線及び金属メッシュ
 本発明は、金属線及び金属メッシュに関する。
 従来、線径が小さく、引張強度が高いタングステン線が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2020-105548号公報
 しかしながら、上記従来のタングステン線では、高い引張強度を維持しながら線径が小さくなった場合に、真直性が低下するという問題がある。
 そこで、本発明は、線径が小さくて引張強度及び真直性に優れた金属線、及び、当該金属線を備える金属メッシュを提供することを目的とする。
 本発明の一態様に係る金属線は、タングステン又はタングステン合金からなり、線径は、13μm以下であり、引張強度は、4.8GPa以上であり、1000mmあたりの自然垂下長は、800mm以上である。
 本発明の一態様に係る金属メッシュは、上記一態様に係る金属線をタテ糸又はヨコ糸として備える。
 本発明によれば、線径が小さくて引張強度及び真直性に優れた金属線などを提供することができる。
図1は、実施の形態に係る金属線を備える金属メッシュの模式図である。 図2Aは、実施の形態に係る金属線の製造方法を示すフローチャートである。 図2Bは、実施の形態に係る金属線の製造方法の別の例を示すフローチャートである。 図3は、実施の形態に係る金属線の真直度と引張強度との関係を示す図である。 図4は、実施の形態に係る金属線の線径ばらつきと引張強度との関係を示す図である。
 以下では、本発明の実施の形態に係る金属線及び金属メッシュについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
 また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
 また、本明細書において、円形などの要素の形状を示す用語、及び、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。
 (実施の形態)
 [構成]
 まず、実施の形態に係る金属線及び当該金属線を備える金属メッシュについて、図1を用いて説明する。
 図1は、本実施の形態に係る金属線10を備える金属メッシュ20の模式図である。図1では、金属メッシュ20の一部のみに網目を模式的に図示しているが、金属メッシュ20の全体が網目状になっている。金属メッシュ20は、複数の金属線10をそれぞれタテ糸及びヨコ糸として備える。つまり、金属メッシュ20は、複数の金属線10をそれぞれタテ糸又はヨコ糸として用いて製織することにより製造される。
 金属メッシュ20は、例えば、スクリーン印刷に用いられるスクリーンメッシュである。金属メッシュ20は、複数の開口22を有する。開口22は、スクリーン印刷においてインクが通過する部分である。開口22の一部を乳剤又は樹脂(例えば、ポリイミド)などによって塞ぐことにより、インクが通過できない非通過部が形成される。非通過部の形状を任意の形状にパターニングすることにより、所望の形状でスクリーン印刷が可能になる。
 金属メッシュ20がスクリーン印刷に使用される場合においては、スクリーン印刷の精度向上のため、金属線10の細径化が段階的に進行している。細径化が進むにつれて、金属線10の断面積の低下に伴い、絶対強度の低下が著しい。例えば13μmの一般的なタングステン線の引張強度は3.4GPaであり、絶対強度は0.45Nである。これに対して、細径化を実施した11μmのタングステン線では、絶対強度が0.32Nまで低下する。絶対強度の低下を補うために、断面積あたりの強度、すなわち、引張強度の向上が求められている。例えば、線径が11μmの金属線10では、4.8GPa以上の引張強度が求められる。
 金属線10は、タングステン(W)からなるタングステン線、又は、タングステン合金からなるタングステン合金線である。タングステンの含有率は、75wt%以上である。タングステンの含有率は、80wt%以上であってもよく、85wt%以上であってもよく、90wt%以上であってもよく、95wt%以上であってもよく、99wt%以上であってもよく、99.9wt%以上であってもよく、99.99wt%以上であってもよい。
 なお、タングステンの含有率は、金属線10の重さに対するタングステンの割合である。後述するレニウム(Re)及びカリウム(K)などの他の元素の含有率についても同様である。また、金属線10には、製造上、混入が避けられない不可避的不純物が含まれていてもよい。
 タングステン合金は、例えば、レニウムとタングステンとの合金(ReW合金)である。レニウムの含有率は、例えば、0.1wt%以上、10wt%以下である。レニウムの含有率は、0.5wt%以上であってもよく、1wt%以上であってもよい。また、レニウムの含有率は、5wt%以上であってもよい。
 レニウムの含有率が高い場合、金属線10の引張強度を高めることができる。一方で、レニウムの含有率が高すぎる場合には、金属線10の引張強度を高く維持したまま、細線化を行うことが難しい。具体的には、断線が発生しやすくなり、長尺での線引きが難しくなる。レニウムの含有率を低くし、タングステンの含有率を90wt%以上にすることにより、金属線10の加工性を高めることができる。また、希少で高価なレニウムの含有率を低くすることで、安価な金属線10を長尺で大量生産が可能になる。
 金属線10の線径は、13μm以下である。線径が小さくなる程、高い開口率の金属メッシュ20を製造することができ、例えば印刷精度を向上させることができる。金属線10の線径は、12μm以下であってもよく、10μm以下であってもよく、8μm以下であってもよく、7μm以下であってもよい。金属線10の線径は、例えば5μm以上であるが、これに限定されない。
 金属線10の線径ばらつきは、1.0μm以下である。線径ばらつきは、金属線10の線径の最大値と最小値との差分絶対値に相当する。このため、金属線10の任意の2ヶ所における線径の差は、1.0μm以下である。線径ばらつきは、例えば、レーザ線径測定機、SEM(Scanning Electron Microscope)、レーザ顕微鏡に基づいて測定可能である。線径ばらつきは、0.6μm以下であってもよく、0.5μm以下であってもよく、0.4μm以下であってもよく、0.3μm以下であってもよい。
 なお、金属線10の線軸に直交する断面における断面形状は、例えば、円形であるが、これに限定されない。金属線10の断面形状は、楕円形、正方形又は長方形などであってもよい。
 金属線10の引張強度は、4.8GPa(=4800MPa)以上である。引張強度は、4.9GPa以上であってもよく、5.0GPa以上であってもよく、5.1GPa以上であってもよく、5.2GPa以上であってもよい。引張強度は、例えば、日本工業規格の引張試験(JIS H 4460 8)に基づいて測定可能である。
 金属線10の真直度は、1000mmあたりの自然垂下長で表される。具体的には、金属線10の1000mmあたりの自然垂下長(すなわち、真直度)は、800mm以上である。金属線10の真直度は、900mm以上であってもよく、950mm以上であってもよく、970mm以上であってもよい。自然垂下長は、例えば、日本工業規格の真直性試験(JIS H 4460 15)に基づいて測定可能である。
 以上のように、本実施の形態に係る金属線10は、線径が小さくて、かつ、引張強度及び真直性のいずれもが高い。また、タングステンの含有率が高くて加工性にも優れている。
 [製造方法]
 続いて、金属線10の製造方法について、図2A及び図2Bを用いて説明する。図2Aは、本実施の形態に係る金属線10の製造方法を示すフローチャートである。図2Bは、本実施の形態に係る金属線10の製造方法の別の例を示すフローチャートである。
 図2Aに示されるように、まず、タングステンインゴットを準備する(S10)。具体的には、タングステン粉末の集合物を準備し、準備した集合物に対してプレス及び焼結(シンター)を行うことで、タングステンインゴットを作製する。
 なお、タングステン合金からなる金属線10を製造する場合には、タングステン粉末と金属粉末(例えば、レニウム粉末)とを所定の割合で混合した混合物を、タングステン粉末の集合物の代わりに準備する。タングステン粉末及びレニウム粉末の平均粒径は、例えば3μm以上4μm以下の範囲であるが、これに限定されない。
 次に、作製したタングステンインゴットに対してスエージング加工を行う(S12)。具体的には、タングステンインゴットを周囲から鍛造圧縮して伸展させることで、ワイヤー状のタングステン線に成形する。スエージング加工の代わりに圧延加工が行われてもよい。
 例えば、スエージング加工を繰り返し行うことで、直径が約15mm以上約25mm以下のタングステンインゴットを、線径が約3mmのタングステン線に成形する。スエージング加工の途中の工程においてアニール処理を実施することにより、以降の処理における加工性を確保する。例えば、径が8mm以上10mm以下の範囲で、2400℃のアニール処理を実施する。ただし、結晶粒微細化による引張強度の確保のため、径が8mm未満のスエージング工程では、アニール処理を実施しない。
 次に、加熱線引きを行う前にタングステン線を900℃で加熱する(S14)。具体的には、バーナーなどで直接的にタングステン線を加熱する。タングステン線を加熱することで、以降の加熱線引きで加工中に断線しないようにタングステン線の表面に酸化物層を形成する。
 次に、加熱線引きを行う(S16)。具体的には、1つ以上の伸線ダイスを用いてタングステン線の線引き、すなわち、タングステン線の伸線(細線化)を加熱しながら行う。加熱温度は、例えば1000℃である。なお、加熱温度が高い程、タングステン線の加工性が高められるので、容易に線引きを行うことができる。加熱線引きは、伸線ダイスを交換しながら繰り返し行われる。1つの伸線ダイスを用いた1回の線引きによるタングステン線の断面減少率は、例えば10%以上40%以下である。加熱線引き工程において、黒鉛を水に分散させた潤滑剤を用いてもよい。
 所望のタングステン線が得られるまで(S18でNo)、加熱線引き(S16)が繰り返される。ここでの所望の線径は、線引き回数が残り2回になるときの線径であり、例えば、80μm程度である。
 なお、加熱線引きの繰り返しにおいては、直前の線引きで用いた伸線ダイスよりも孔径が小さい伸線ダイスが用いられる。また、加熱線引きの繰り返しにおいて、直前の線引き時の加熱温度よりも低い加熱温度でタングステン線は加熱される。つまり、加熱温度は、段階的に低くなる。最後の加熱温度は、例えば400℃であり、結晶粒の微細化に寄与させる。
 所望の線径のタングステン線が得られ、残りの線引き回数が2回である場合(S18でYes)、常温線引きを行う(S20)。なお、図2Bに示されるように、常温線引き(S20)の前に電解研磨を行ってもよい(S19)。常温線引きでは、加熱をせずにタングステン線の線引きを行うことで、さらなる結晶粒の微細化を実現する。また、常温線引きにより結晶方位を加工軸方向(具体的には、金属線10の線軸に平行な方向)に揃える効果もある。
 常温とは、例えば0℃以上50℃以下の範囲の温度であり、一例として30℃である。具体的には、孔径が異なる複数の伸線ダイスを用いてタングステン線の線引きを行う。常温線引きでは、水溶性などの液体潤滑剤を用いる。常温線引きでは加熱を行わないため、液体の蒸発が抑制される。したがって、液体潤滑剤として十分な機能を発揮させることができる。従来の伝統的なタングステン線の加工方法である600℃以上の加熱線引きに対し、タングステン線への加熱を行わず、また、液体潤滑剤で冷却しながら加工することで、動的回復及び動的再結晶を抑制し、断線することなく、結晶粒の微細化に寄与させ、高い引張強度を得ることができる。
 常温線引きでの加工率は、例えば70%以上である。加工率は、常温線引き直前の線径Dbと常温線引き直後の線径Daとを用いて、以下の式(1)で表される。
 (1) 加工率={1-(Da/Db)}×100
 式(1)から分かるように、常温線引きによって線径が大きく減る程、その加工率が大きな値になる。例えば、常温線引き直前の線径Dbが同じであっても、加工率が大きい程、常温線引き直後の線径Daが小さくなる。加工率を大きくすることで、常温線引きによるタングステン線の細線化の程度が大きくなる、つまり、より細いタングステン線が得られる。常温線引きの加工率は、70%以上であるが、80%以上であってもよく、90%以上であってもよく、95%以上であってもよい。常温線引き直後の線径は、おおよそ20μm以上40μm以下の範囲である。
 次に、常温線引きの後、低温熱間線引きを行う(S22)。つまり、低温で加熱しながら、タングステン線の最後の線引きを行う。このときの温度は、常温線引き(S20)の温度(常温)よりも高く、加熱線引き(S16)の温度よりも低い温度である。具体的には、低温熱間線引きの温度は、100℃以上300℃以下の範囲であり、一例として200℃又は300℃である。低温熱間線引き後の線径は、おおよそ10μm以上16μm以下の範囲である。
 低温熱間線引きは、通常であれば500℃~600℃の加熱温度で加工するのに対して300℃程度低下させた新しい加工方法である。これにより、引張強度の向上と真直性又は線径ばらつきをよくすることができる。一方、常温線引き後に、500℃~600℃で加工すると引張強度が低下し、4.8GPaに達しない(後述する表2の比較例27)。
 最後に、低温熱間線引きを行うことで形成されたタングステン線に対して、直径を微調整するために、電解研磨を行う(S24)。電解研磨は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液などの電解液に、タングステン線と対向電極とを浸した状態で、タングステン線と対向電極との間に電位差が生じることで電解研磨が行われる。電解研磨後の線径は、13μm以下になる。
 以上の工程を経て、本実施の形態に係る金属線10が製造される。以上の工程を経ることで製造直後の金属線10の長さは、例えば50km以上の長さであり工業的に利用できる。金属線10は、使用される態様に応じて適切な長さに切断され、針又は棒の形状として使用することもできる。
 なお、金属線10の製造方法に示される各工程は、例えばインラインで行われる。具体的には、ステップS16で使用される複数の伸線ダイスは、生産ライン上で孔径が小さくなる順で配置される。また、各伸線ダイス間にはバーナーなどの加熱装置が配置されている。また、各伸線ダイス間には電解研磨装置が配置されていてもよい。ステップS16で使用される伸線ダイスの下流側(後工程側)に、ステップS20で使用される1以上の伸線ダイス及びステップS22で使用される1以上の伸線ダイスが、孔径が小さくなる順で配置され、最も孔径が小さい伸線ダイスの下流側に電解研磨装置が配置される。なお、各工程は、個別に行われてもよい。
 また、上述した金属線10の製造方法は一例に過ぎず、各工程における温度及び線径などは、適宜調整可能である。
 以上のように、本実施の形態に係る金属線10の製造方法では、高温である第1の温度で加熱線引きを行った後、常温である第2の温度で常温線引きを行い、その後、低温である第3の温度で低温熱間線引きを行う。第3の温度は、第2の温度(常温)より高く、第1の温度(高温)より低い。
 このように、金属線10は、低温熱間線引き(低温熱間加工とも呼ばれる)という新たな工程を実施することによって製造される。低温熱間線引きが行われることによって、線径が小さくて、かつ、線径偏差が1.0μm以下で、引張強度及び真直性のいずれも高い金属線10が実現される。
 [実施例]
 以下では、低温熱間線引きを行わずに製造された比較例に係る金属線と比較しながら、本実施の形態に係る金属線10の複数の実施例について、表1並びに図3及び図4を用いて説明する。
 以下の表1は、タングステン又はタングステン合金からなる金属線の実施例及び比較例の、材質、加工方法(線引き方法)、線径、引張強度、真直度(1000mmあたりの自然垂下長)及び線径ばらつきを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1に示される各実施例及び表2に示される各比較例における、真直度と引張強度との関係が図3に示されている。図3は、本実施の形態に係る金属線10の真直度と引張強度との関係を示す図である。図3において、横軸は、金属線10の真直度(1000mmあたりの自然垂下長)を表し、縦軸は、金属線10の引張強度を表している。
 また、表1に示される各実施例及び表2に示される各比較例における、線径ばらつきと引張強度との関係が図4に示されている。図4は、本実施の形態に係る金属線10の線径ばらつきと引張強度との関係を示す図である。図4において、横軸は、金属線10の線径ばらつきを表し、縦軸は、金属線10の引張強度を表している。なお、図3及び図4において、プロットの傍に付された数字は、表1の実施例1~14及び表2の比較例21~28の各番号を表している。
 実施例1~14はいずれも、図2Aに示されるフローチャートに沿って製造された金属線である。実施例1~14は、材質、線径の目標値、常温線引きの加工率及び低温熱間線引きの温度などの加工条件を適宜調整しながら、常温線引き(S20)及び低温熱間線引き(S22)の両方を行うことで得られた金属線である。
 比較例21及び22は、常温線引き(S20)を行った後、低温熱間線引き(S22)を行わずに製造された金属線である。表2及び図3に示されるように、常温線引きを行うことによって、高い引張強度が得られているものの、真直度が低いことが分かる。また、図4に示されるように、線径ばらつきが大きく、真直性が低いことが分かる。
 比較例23~26は、常温線引き(S20)及び低温熱間線引き(S22)のいずれも実施されずに製造された金属線である。表2並びに図3及び図4に示されるように、常温線引きを行わない場合には、高い引張強度を得ることができない。引張強度を高めるためには、常温線引き工程が必要であるが、この場合は、比較例21及び22のように真直性が低下する。
 なお、比較例27は、常温線引き(S20)を行った後、低温熱間線引き(S22)の代わりに、500℃~600℃の温度で通常の熱間線引きを行った金属線である。表2及び図3に示されるように、高い真直性は得られているものの、引張強度が4.8GPaに達していない。
 このように、低温熱間線引きを行わない場合には、高い引張強度と高い真直性とを両立することができない。比較例に係る金属線のように、線径が13μm以下の細い金属線において、引張強度と真直性との間にはトレードオフの関係が存在する。すなわち、引張強度を高くすると真直性が低下し、真直性を高くすると引張強度が低下する。
 これに対して、表1及び図3に示されるように、実施例1~14では、高い引張強度と高い真直度とが実現されている。また、図4に示されるように、高い引張強度と小さい線径ばらつき、又は、高い真直性が実現されている。つまり、低温熱間線引きを行うことによって、線径が13μm以下で細い場合であっても、高い引張強度と高い真直性とを両立させた金属線10を得ることができる。金属線10は、レニウムを含まないタングステン線、又は、レニウムの含有率が10wt%以下のレニウムタングステン合金線であるので、加工性に優れている。
 なお、実施例1~6は、レニウムを1wt%含むレニウムタングステン合金線であり、実施例7~14は、レニウムを含まないタングステン線である。表1から分かるように、同じ線径、同じ線引き条件で比較した場合、レニウムタングステン合金線は、タングステン線に対して、引張強度が若干向上している。これは、固溶体強化機構からなるものである。また、酸化物の状態で粒界に析出される分散強化も同様に、ある程度の引張強度の向上に寄与する。
 よって、このような強化機構を発現させる元素として、レニウムの代わりに、原子半径の異なるその他金属元素を用いた場合も、同様の効果が得られる。つまり、金属線10がタングステン合金からなる場合に、タングステン合金に含まれる金属は、レニウムでなくてもよい。すなわち、タングステン合金は、タングステンと、タングステンとは異なる1種類以上の金属との合金であってもよい。
 タングステンとは異なる金属は、例えば遷移金属であり、モリブデン(Mo)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)又はオスミウム(Os)などのレニウムと原子半径が近い元素である。これらの金属の含有率は、例えば、0.1wt%以上10wt%以下であるが、これに限らない。例えば、タングステン合金に含まれる金属の含有率は、0.1wt%より小さくてもよく、1wt%より大きくてもよい。
 また、実施例3と実施例4とを比較して分かるように、低温熱間線引きの温度を低くすることで、同じ線径であっても、高い真直性を維持しながら引張強度を高めることができる。実施例3と実施例5とを比較して分かるように、常温線引きの加工率を高くすることで、同じ線径であっても、高い真直性を維持しながら引張強度を高めることができる。レニウムを含まないタングステン線においても、実施例9~14を比較して分かるように同様の関係を有する。
 また、実施例3と実施例4とを比較して分かるように、低温熱間線引きの温度を高くすることで、同じ線径であっても、高い引張強度を維持しながら真直性を高めることができる。レニウムを含まないタングステン線においても、実施例9~14を比較して分かるように同様の関係を有する。
 [効果など]
 以上のように、本実施の形態に係る金属線10は、タングステン又はタングステン合金からなり、線径は、13μm以下であり、引張強度は、4.8GPa以上であり、1000mmあたりの自然垂下長は、800mm以上である。また、例えば、線径ばらつきは、1.0μm以下である。
 これにより、線径が小さくて引張強度及び真直性に優れた金属線10を実現することができる。
 なお、真直性を高める処理として、伸線後又は電解研磨後に1000℃程度の高温で加熱するアニールストレート処理が一般的に知られている。しかしながら、例えば、比較例21の金属線に対してアニールストレート処理を行った場合、真直性が高められるものの、引張強度が低下する。例えば、表2の比較例28は、比較例21の金属線に対してアニールストレート処理を行ったものである。比較例21と比較して分かるように、アニールストレート処理を行うことにより、真直性を高めることができているが、その代わりに引張強度が4.8GPa未満に低下している。つまり、アニールストレート処理では、高い真直性と高い引張強度とを両立させることはできない。また、アニールストレート処理では、線径ばらつきがほとんど変化しないので、線径ばらつきを小さくすることができない。
 これに対して、本実施の形態に係る金属線10では、アニールストレート処理が行われていない金属線である。アニールストレート処理を行わずとも、低温熱間線引きによって、高い真直性と高い引張強度とを両立させることができる。
 また、例えば、1000mmあたりの自然垂下長は、900mm以上である。
 これにより、真直性がより高まるので、金属メッシュ20の製織などにより有用である。
 仮に、線径ばらつきが1.0μmを超える金属線を用いて製織を行った場合、製織時の織むらが発生しやすい。このため、織むらが発生した金属メッシュは、その高さにばらつきが生じることがある。この金属メッシュがスクリーンメッシュに使用される場合、スキージなどで押し込まれた際にスクリーン印刷の精度が低下するなどの問題が発生しうる。
 また、真直度が800mm未満の金属線を用いて製織を行った場合、ワイヤーがキンクするなどして製織時の断線を引き起こす等の不具合を引き起こす。製織以外のワイヤーの2次加工、例えば撚り線加工等を、真直度が800mm未満の金属線を用いて行った場合、断線等の不具合を引き起こす。
 これに対して、本実施の形態に係る金属メッシュ20は、金属線10をタテ糸又はヨコ糸として備える。また、例えば、金属メッシュ20は、スクリーン印刷のメッシュとして用いられる。
 これにより、線径が小さくて引張強度及び真直性に優れた金属線10を利用するので、金属メッシュ20を簡単に製造できる。線径が小さいので、高い開口率の金属メッシュ20を製造することができる。
 また、例えば、タングステンの含有率は、90wt%以上であってもよい。
 これにより、例えば、レニウムなどの他の元素の含有率を低くし、タングステンの含有率を高めることにより、加工性に優れた金属線10を実現することができる。
 (その他)
 以上、本発明に係る金属線及び金属メッシュについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
 例えば、上記の実施の形態では、金属メッシュ20がスクリーンメッシュである例を示したが、これに限らない。金属メッシュ20は、フィルタ又は防護服などに利用されてもよい。金属メッシュ20の全てのタテ糸及びヨコ糸が金属線10であってもよく、少なくとも一本のタテ糸又はヨコ糸が金属線10であり、残りのタテ糸又はヨコ糸はステンレス線などの他の金属線であってもよい。
 また、例えば、金属線10は、金属メッシュ20の製織に用いられる線材以外に利用されてもよい。例えば、金属線10は、ソーワイヤー、医療用針、ロープ又は紐などに利用されてもよい。
 また、例えば、金属線10に含まれるタングステンの含有率は、75wt%未満であってもよく、70wt%未満であってもよい。
 また、例えば、金属線10は、カリウム(K)がドープされたタングステンからなってもよい。ドープされたカリウムは、タングステンの結晶粒界に存在する。粒界に分散したカリウム(K)が、高温加熱時及び加熱線引きの加工時に結晶粗大化を抑制するが、常温線引きでは、加工時の結晶粗大化が発生しないため、カリウム(K)量は、例えば0.010wt%以下でもよい、一方で常温線引きに至るまでのプロセスにおける若干の強度向上の効果がある。カリウムドープタングステン線でも、タングステン合金線の場合と同様に、ピアノ線の一般的な引張強度よりも高い引張強度を有するタングステン線を実現することができる。カリウムの酸化物に限らず、セリウム又はランタン等、別の物質の酸化物でも同様の効果が得られる。
 カリウムドープタングステン線は、タングステン粉末の代わりに、カリウムがドープされたドープタングステン粉末を利用することで、実施の形態と同様の製造方法により製造することができる。
 また、例えば、金属線10の表面には、酸化膜又は窒化膜など又はメッキなどが被覆されていてもよい。
 その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
10 金属線
20 金属メッシュ

Claims (7)

  1.  タングステン又はタングステン合金からなり、
     線径は、13μm以下であり、
     引張強度は、4.8GPa以上であり、
     1000mmあたりの自然垂下長は、800mm以上である、
     金属線。
  2.  線径ばらつきは、1.0μm以下である、
     請求項1に記載の金属線。
  3.  タングステン又はタングステン合金からなり、
     線径は、13μm以下であり、
     引張強度は、4.8GPa以上であり、
     線径ばらつきは、1.0μm以下である、
     金属線。
  4.  1000mmあたりの自然垂下長は、900mm以上である、
     請求項1~3のいずれか1項に記載の金属線。
  5.  タングステンの含有率は、90wt%以上である、
     請求項1~4のいずれか1項に記載の金属線。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の金属線をタテ糸又はヨコ糸として備える金属メッシュ。
  7.  スクリーン印刷のメッシュとして用いられる、
     請求項6に記載の金属メッシュ。
PCT/JP2021/047254 2021-03-12 2021-12-21 金属線及び金属メッシュ WO2022190557A1 (ja)

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