特許 6027807 銅合金トロリ線及び銅合金トロリ線の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6027807

(24)【登録日】2016年10月21日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】銅合金トロリ線及び銅合金トロリ線の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 9/06 20060101AFI20161107BHJP

   C22C 9/02 20060101ALI20161107BHJP

   C22C 9/00 20060101ALI20161107BHJP

   B60M 1/13 20060101ALI20161107BHJP

   C22F 1/08 20060101ALI20161107BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20161107BHJP

【ＦＩ】

   C22C9/06

   C22C9/02

   C22C9/00

   B60M1/13 H

   C22F1/08 C

   !C22F1/00 602

   !C22F1/00 625

   !C22F1/00 630A

   !C22F1/00 630D

   !C22F1/00 650A

   !C22F1/00 661A

   !C22F1/00 685Z

   !C22F1/00 686A

   !C22F1/00 681

   !C22F1/00 691A

   !C22F1/00 691B

   !C22F1/00 691C

   !C22F1/00 694A

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-168910(P2012-168910)

(22)【出願日】2012年7月30日

(65)【公開番号】特開2014-25138(P2014-25138A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年4月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003263

【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100129403

【弁理士】

【氏名又は名称】増井 裕士

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(72)【発明者】

【氏名】芦田 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】橋本 幸治

(72)【発明者】

【氏名】中本 斉

(72)【発明者】

【氏名】石田 徳和

【審査官】 相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／１０７５８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１１９２２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１８９８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８３１８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ９／００−９／１０

Ｃ２２Ｆ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｏ；０．１２質量％以上０．４０質量％以下、Ｐ；０．０４０質量％以上０．１６質量％以下、Ｓｎ；０．００５質量％以上０．７０質量％以下を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、
平均粒径を１０ｎｍ以上とし、かつ、粒径５ｎｍ以上の析出物の個数が観察される析出物全体の９０％以上とされており、
初期の引張強さをＴＳ_０、４００℃×２時間保持後の引張強さをＴＳ_１として、
ＨＲ＝ＴＳ_１／ＴＳ_０×１００
で定義される耐熱性ＨＲが９０％以上であり、
導電率が７６％ＩＡＣＳ以上、伸びが５％以下とされていることを特徴とする銅合金トロリ線。

【請求項2】

請求項１に記載の銅合金トロリ線の製造方法であって、
銅荒引線を連続的に製出する連続鋳造圧延工程と、前記連続鋳造圧延工程によって製出された銅荒引線を所定の断面形状の銅線材へと加工する１次冷間加工工程と、前記銅線材に対して時効熱処理を実施する時効熱処理工程と、この時効熱処理工程の後に前記銅線材に対して冷間加工を実施して所定の断面形状の銅合金トロリ線とする２次冷間加工工程と、を有し、
前記２次冷間加工工程における加工率が２０％以上６５％以下の範囲内とされていることを特徴とする銅合金トロリ線の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電車等に設けられたパンタグラフ等の集電装置と摺接され、前記電車等に給電を行う銅合金トロリ線に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電車等に使用される鉄道用のトロリ線においては、上述のようにパンタグラフ等の集電装置と摺接され、給電される構成とされていることから、一定の強度、耐摩耗性、導電率、耐熱性等を確保する必要がある。
従来、トロリ線として、例えば特許文献１に開示されているように、Ｓｎを０．２５〜０．３５重量％含有したＳｎ入り銅で構成されたものが提供されている。このＳｎ入り銅は、銅の母相中にＳｎが固溶することによって強化された固溶強化型の銅合金であり、耐摩耗性等に優れている。

【0003】

近年、電車の走行速度の高速化が図られているが、新幹線等の高速鉄道においては、電車の走行速度が、トロリ線等の架線に発生した波の伝播速度よりも速くなると、パンタグラフ等の集電装置とトロリ線との接触が不安定となって、安定して給電を行うことができなくなるおそれがある。
ここで、トロリ線の架線張力を高くすることによって、トロリ線における波の伝播速度を高速化することが可能となるため、従来よりもさらに高強度のトロリ線が求められている。

【0004】

そこで、例えば、特許文献２−４には、Ｃｒ、Ｚｒ等を含有する銅合金からなるトロリ線が提案されている。Ｃｒ、Ｚｒ等を含有する銅合金は、母相中にＣｒやＺｒを主成分とする化合物が析出、分散することによって強度が向上された析出強化型の銅合金であり、強度、導電率がさらに向上することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特公昭５９−０４３３３２号公報

【特許文献2】特開平０３−０５６６３２号公報

【特許文献3】特開平０５−３１１２８４号公報

【特許文献4】特開平０７−２６６９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献２−４に記載されたＣｒ、Ｚｒ等を含有する析出強化型の銅合金においては、溶体化処理工程でＣｒ、Ｚｒを母相中に固溶させ、冷間加工工程で所定の形状に成形し、その後、時効熱処理工程において、ＣｒやＺｒを主成分とする化合物を析出させている。ここで、析出強化型の銅合金からなるトロリ線においては、析出物の分散状態によって強度及び導電率が変化することになるため、時効熱処理工程において、熱処理条件を調整することで、析出物の分散状態を制御している。
しかしながら、Ｃｒ、Ｚｒ等を含有する銅合金においては、時効熱処理後に冷間加工を実施すると、導電率等の性能が大きく変化してしまうため、時効熱処理工程を最終製品に近似した形状で実施しなければならず、時効熱処理後に形状の修正を十分に行うことができないといった問題があった。例えば、図１に示す溝付トロリ線の場合、溝加工を実施した後で、時効熱処理を実施する必要があった。

【0007】

また、電車の走行速度の高速化によって、トロリ線には大きな摩擦力が作用することになり、トロリ線が摩擦熱によって温度上昇することになる。このため、従来にも増して、耐熱性の向上が求められている。すなわち、２００℃といった高温の状態となった場合であっても、十分な引張強さを有し、架線張力を確保する必要がある。

【0008】

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、強度、導電性、耐摩耗性、耐熱性に優れ、かつ、形状精度に優れた銅合金トロリ線及びこの銅合金トロリ線の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記の課題を解決するために、本発明に係る銅合金トロリ線は、Ｃｏ；０．１２質量％以上０．４０質量％以下、Ｐ；０．０４０質量％以上０．１６質量％以下、Ｓｎ；０．００５質量％以上０．７０質量％以下を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、平均粒径を１０ｎｍ以上とし、かつ、粒径５ｎｍ以上の析出物の個数が観察される析出物全体の９０％以上とされており、初期の引張強さをＴＳ_０、４００℃×２時間保持後の引張強さをＴＳ_１として、ＨＲ＝ＴＳ_１／ＴＳ_０×１００で定義される耐熱性ＨＲが９０％以上であり、導電率が７６％ＩＡＣＳ以上、伸びが５％以下とされていることを特徴としている。

【0010】

上述した本発明に係る銅合金トロリ線においては、Ｃｏ；０．１２質量％以上０．４０質量％以下、Ｐ；０．０４０質量％以上０．１６質量％以下、Ｓｎ；０．００５質量％以上０．７０質量％以下を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされていることから、銅の母相中にＣｏとＰとの化合物からなる析出物が分散されることになる。これにより、強度、導電率の向上を図ることが可能となる。

【0011】

なお、Ｃｏ及びＰが下限値を下回ると析出物の個数が不足し、強度を充分に向上させることができない。一方、Ｃｏ及びＰが上限値を超えると、強度の向上に寄与しない元素が多く存在してしまい、導電率の低下等を招くおそれがある。このため、Ｃｏ及びＰは、上述の範囲内に設定している。
また、Ｓｎは、銅の母相中に固溶することによって強度を向上させる作用を有する元素である。また、ＣｏとＰとを主成分とする析出物の析出を促進させる効果や、耐熱性、耐食性の向上を図ることもできる。このような作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量を０．００５質量％以上とする必要がある。また、Ｓｎが過剰に添加された場合には導電率の低下を招くため、Ｓｎの含有量は０．７０質量％以下とする必要がある。
また、前記析出強化型銅合金は、さらにＮｉ；０．０１質量％以上０．１５質量％以下を含むことが好ましい。
この構成の銅合金線においては、Ｎｉを上述の範囲内で含有しているので、結晶粒の粗大化を抑制でき、強度をさらに向上させることができる。

【0012】

また、本発明に係る銅合金トロリ線においては、平均粒径を１０ｎｍ以上とし、かつ、粒径５ｎｍ以上の析出物の個数を、観察される析出物全体の９０％以上としているので、強度、導電率、耐熱性を向上させることが可能となる。ここで、析出物の粒径が１０ｎｍ未満の場合には、その後の冷間加工において、ＣｏとＰとを主成分とする析出物が母相中に再固溶してしまい、導電率を低下させてしまう。
上述のように、本発明の銅合金トロリ線においては、時効熱処理後に冷間加工することによってさらに強度が向上することから、時効熱処理後に冷間加工を実施して形状の修正を十分に行うことができ、形状精度に優れた銅合金トロリ線を提供することが可能となる。

【0013】

さらに、本発明に係る銅合金トロリ線においては、初期の引張強さをＴＳ_０、４００℃×２時間保持後の引張強さをＴＳ_１として、ＨＲ＝ＴＳ_１／ＴＳ_０×１００で定義される耐熱性ＨＲが９０％以上とされているので、摩擦熱等で銅合金トロリ線の温度が上昇した場合であっても、引張強さが十分に確保され、この銅合金トロリ線の架線張力を高く設定することができ、高速鉄道等にも適用することが可能となる。

【0014】

本発明の銅合金トロリ線の製造方法は、上述した銅合金トロリ線の製造方法であって、銅荒引線を連続的に製出する連続鋳造圧延工程と、前記連続鋳造圧延工程によって製出された銅荒引線を所定の断面形状の銅線材へと加工する１次冷間加工工程と、前記銅線材に対して時効熱処理を実施する時効熱処理工程と、この時効熱処理工程の後に前記銅線材に対して冷間加工を実施して所定の断面形状の銅合金トロリ線とする２次冷間加工工程と、を有し、前記２次冷間加工工程における加工率が２０％以上６５％以下の範囲内とされていることを特徴としている。

【0015】

この構成の銅合金トロリ線の製造方法によれば、時効熱処理工程によって、Ｃｏ及びＰを主成分とする析出物を析出させた後、２次冷間加工工程において加工率２０％以上６５％以下の加工を実施しているので、析出物の部分において転位ループが形成されることになり、強度を確実に向上させることが可能となる。また、時効熱処理工程の後に、加工率２０％以上の冷間加工を実施するので、トロリ線の形状精度を向上させることが可能となる。
ここで、２次冷間加工工程における加工率が２０％未満の場合には、強度の向上が不十分となるおそれがある。また、２次冷間加工工程における加工率が６５％を超える場合には、転位の集積と析出物の再固溶によって、導電率が低下してしまうおそれがある。よって、強度、及び、導電率を確保する観点から、２次冷間加工工程における加工率を２０％以上６５％以下の範囲内に設定しているのである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、強度、導電性、耐熱性に優れ、かつ、形状精度に優れた銅合金トロリ線及びこの銅合金トロリ線の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態である銅合金トロリ線の断面説明図である。

【図2】本発明の実施形態である銅合金トロリ線の製造方法のフロー図である。

【図3】本発明の実施形態である銅合金トロリ線の製造方法で用いられる連続鋳造圧延設備の概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明の実施形態に係る銅合金トロリ線及び銅合金トロリ線の製造方法について添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態である銅合金トロリ線１の一例を示す。
本実施形態である銅合金トロリ線１は、図１に示すように、金具を装着するための溝２が形成された溝付トロリ線とされている。この銅合金トロリ線１は、溝２の一方側（図１において下側）に設けられた第一円弧部３と、溝２の他方側（図１において上側）に設けられた第二円弧部４と、を備えており、第一円弧部３がパンタグラフに摺接する構成とされている。
ここで、鉄道用のトロリ線は、断面積によって規格化されており、本実施形態である銅合金トロリ線１においては、断面積が１１０ｍｍ^２とされている。

【0019】

この銅合金トロリ線１は、Ｃｏ；０．１２質量％以上０．４０質量％以下、Ｐ；０．０４０質量％以上０．１６質量％以下、Ｓｎ；０．００５質量％以上０．７０質量％以下を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされた組成の銅合金で構成されている。
また、前記析出強化型銅合金は、さらにＮｉ；０．０１質量％以上０．１５質量％以下を含むことが好ましい。
なお、この銅合金においては、さらに、０．００２質量％以上０．５質量％以下のＺｎ、０．００２質量％以上０．２５質量％以下のＭｇ、０．００２質量％以上０．２５質量％以下のＡｇ、０．００１質量％以上０．１質量％以下のＺｒのうち、いずれか１種以上を含有してもよい。
この構成の銅合金線においては、Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｚｒのいずれか１種または２種以上を上述の範囲で含有しているので、これらの元素が硫黄（Ｓ）と化合物を形成することにより、銅の母相中に硫黄（Ｓ）が固溶することを抑制でき、強度等の機械的特性の劣化を抑制することができる。
以下に、各元素の含有量を上述の範囲内に設定した理由について説明する。

【0020】

（ＣｏおよびＰ）
ＣｏとＰは、銅の母相中に分散する析出物を形成する元素である。
ここで、Ｃｏの含有量が０．１２質量％未満およびＰの含有量が０．０４０質量％未満の場合には、析出物の個数が不足し、強度を充分に向上させることができないおそれがある。一方、Ｃｏの含有量が０．４０質量％超えおよびＰの含有量が０．１６質量％超えの場合には、強度の向上に寄与しない元素が多く存在してしまい、導電率の低下等を招くおそれがある。
このため、Ｃｏの含有量を０．１２質量％以上０．４０質量％以下、Ｐの含有量を０．０４０質量％以上０．１６質量％以下の範囲内に設定している。

【0021】

（Ｓｎ）
Ｓｎは、銅の母相中に固溶することによって強度を向上させる作用を有する元素である。また、ＣｏとＰとを主成分とする析出物の析出を促進させる効果や、耐熱性、耐食性を向上させる作用も有する。
ここで、Ｓｎの含有量が０．００５質量％未満の場合には、上述した作用効果を確実に奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ｓｎの含有量が０．７０質量％を超える場合には、導電率を確保できなくなるおそれがある。
このため、Ｓｎの含有量を０．００５質量％以上０．０７質量％以下の範囲内に設定している。

【0022】

（Ｎｉ）
Ｎｉは、Ｃｏの一部を代替することができ、結晶粒の粗大化を抑制する作用効果を有する元素である。
ここで、Ｎｉの含有量が０．０１質量％未満の場合には、上述した作用効果を確実に奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ｎｉの含有量が０．１５質量％を超える場合には、導電率を確保できなくなるおそれがある。
このため、Ｎｉを含有する場合には、Ｎｉの含有量を０．０１質量％以上０．１５質量％以下の範囲内とすることが好ましい。

【0023】

（Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｚｒ）
Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｚｒといった元素は、硫黄（Ｓ）と化合物を生成し、銅の母相中への硫黄（Ｓ）の固溶を抑制する作用効果を有する元素である。
ここで、Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｚｒといった元素の含有量がそれぞれ上述の下限値より少ない場合には、銅の母相中への硫黄（Ｓ）の固溶を抑制する作用効果を十分に奏功せしめることができない。一方、Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｚｒといった元素の含有量がそれぞれ上述の上限値より多い場合には、導電率を確保できなくなるおそれがある。
このため、Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｚｒといった元素を含有する場合には、それぞれ上述の範囲内とすることが好ましい。

【0024】

また、本実施形態である銅合金トロリ線１においては、平均粒径を１０ｎｍ以上とし、かつ、粒径５ｎｍ以上の析出物の個数を、観察される析出物全体の９０％以上とされている。
ここで、析出物の観察は、次のようにして実施した。透過型電子顕微鏡によって倍率１５万倍および７５万倍で観察し、当該析出物の面積を算出してその円相当径を粒径として算出した。なお、倍率１５万倍で１1〜１００ｎｍの粒径の析出物を、倍率７５万倍で１〜１０ｎｍの粒径の析出物を測定した。倍率７５万倍での観察では１ｎｍ未満の析出物は明確に判別できないことから、観察される析出物全体の個数は粒径１ｎｍ以上の析出物の個数となる。また、透過型電子顕微鏡による観察は、倍率１５万倍の場合は視野面積約４×１０^５ｎｍ² 、倍率７５万倍の場合は視野面積約２×１０^４ｎｍ² で実施した。

【0025】

また、本実施形態である銅合金トロリ線１においては、初期の引張強さをＴＳ_０、４００℃×２時間保持後の引張強さをＴＳ_１として、ＨＲ＝ＴＳ_１／ＴＳ_０×１００で定義される耐熱性ＨＲが９０％以上とされている。
なお、本実施形態では、銅合金トロリ線１の引張強さの測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して実施した。また、熱処理後の引張強さＴＳ_１は、４００℃×２時間保持後に常温で測定した。

【0026】

次に、上述の銅合金トロリ線１の製造方法について説明する。図２に本発明の実施形態である銅合金トロリ線１の製造方法のフロー図を示す。
まず、上記銅合金からなる銅荒引線５０を連続鋳造圧延法によって連続的に製出する（連続鋳造圧延工程Ｓ０１）。この連続鋳造圧延工程Ｓ０１においては、例えば図３に示す連続鋳造圧延設備が用いられる。

【0027】

図３に示す連続鋳造圧延設備は、溶解炉Ａと、保持炉Ｂと、鋳造樋Ｃと、ベルトホイール式連続鋳造機Ｄと、連続圧延装置Ｅと、コイラーＦとを有している。

【0028】

溶解炉Ａとして、本実施形態では、円筒形の炉本体を有するシャフト炉を用いている。炉本体の下部には円周方向に複数のバーナ（図示なし）が上下方向に多段状に配備されている。そして、炉本体の上部から原料である電気銅が装入され、前記バーナの燃焼によって溶解され、銅溶湯が連続的に製出される。

【0029】

保持炉Ｂは、溶解炉Ａでつくられた銅溶湯を、所定の温度で保持したままで一旦貯留し、一定量の銅溶湯を鋳造樋Ｃに送るためのものである。

【0030】

鋳造樋Ｃは、保持炉Ｂから送られた銅溶湯を、ベルトホイール式連続鋳造機Ｄの上方に配置されたタンディッシュ１１にまで移送するものである。この鋳造樋Ｃは、例えばＡｒ等の不活性ガス又は還元性ガスでシールされている。なお、この鋳造樋Ｃには、不活性ガスによって銅溶湯を攪拌して溶湯中の酸素等を除去する脱ガス手段（図示なし）が設けられている。

【0031】

タンディッシュ１１は、ベルトホイール式連続鋳造機Ｄに銅溶湯を連続的に供給するために設けられた貯留槽である。このタンディッシュ１１の銅溶湯の流れ方向終端側には、注湯ノズル１２が配置されており、この注湯ノズル１２を介してタンディッシュ１１内の銅溶湯がベルトホイール式連続鋳造機Ｄへと供給される構成とされている。

【0032】

ここで、本実施形態では、鋳造樋Ｃ及びタンディッシュ１１に合金元素添加手段（図示なし）が設けられており、銅溶湯中に、上述の元素（Ｃｏ，Ｐ、Ｓｎ）が添加される構成とされている。

【0033】

ベルトホイール式連続鋳造機Ｄは、外周面に溝が形成された鋳造輪１３と、この鋳造輪１３の外周面の一部に接触するように周回移動される無端ベルト１４とを有している。このベルトホイール式連続鋳造機Ｄにおいては、前記溝と無端ベルト１４との間に形成された空間に注湯ノズル１２を介して銅溶湯が注入され、この銅溶湯を冷却・固化することで、棒状の鋳造銅材２１を連続的に鋳造するものである。

【0034】

このベルトホイール式連続鋳造機Ｄの下流側には、連続圧延装置Ｅが連結されている。この連続圧延装置Ｅは、ベルトホイール式連続鋳造機Ｄから製出された鋳造銅材２１を連続的に圧延して、所定の外径の銅荒引線５０を製出するものである。
この連続圧延装置Ｅから製出された銅荒引線５０は、洗浄冷却装置１５及び探傷器１６を介してコイラーＦに巻き取られる。
ここで、上述の連続鋳造圧延設備によって製出される銅荒引線５０の外径は、例えば８ｍｍ以上３０ｍｍ以下とされており、本実施形態では２７ｍｍとされている。
そして、この連続鋳造圧延工程Ｓ０１では、鋳造銅材２１が、例えば８００℃から１０００℃の比較的高温で保持されることから、Ｃｏ、Ｐといった元素が銅の母相中に多く固溶することになる。

【0035】

次に、図２に示すように連続鋳造圧延工程Ｓ０１によって製出された銅荒引線５０に対して、冷間加工を実施する（１次冷間加工工程Ｓ０２）。この１次冷間加工工程Ｓ０２では、ダイス伸線法、ロール圧延法、スウェージング加工等によって、所定の断面形状の銅線材へと加工することになる。このとき、加工抵抗の低減、ダイスやロールの摩耗低減、材料の冷却等を目的として、油性潤滑剤が使用される。

【0036】

次に、銅線材の皮剥ぎを実施する（皮剥ぎ工程Ｓ０３）。この皮剥ぎ工程Ｓ０３では、皮剥ぎダイスを用いて、表面の０．１〜０．５ｍｍ，好ましくは０．１〜０．２ｍｍの表面層を除去する。この皮剥ぎ工程Ｓ０３によって得られる銅線材は、直径が１３〜２２ｍｍ程度とされており、本実施形態では１８ｍｍとされている。

【0037】

次に、皮剥ぎ工程Ｓ０３後の銅線材に対して時効熱処理を実施する（時効熱処理工程Ｓ０４）。この時効熱処理工程Ｓ０４によって、ＣｏとＰとを主成分とする化合物からなる析出物を析出させる。
ここで、時効熱処理工程Ｓ０４では、昇温速度が５０℃／時間以上３００℃／時間以下、熱処理温度が３００℃以上６００℃以下、保持時間が０．５時間以上６時間以下の条件で実施される。

【0038】

次に、時効熱処理工程Ｓ０４後の銅線材に対して、冷間加工を実施し、所定の断面形状の銅合金トロリ線とする（２次冷間加工工程Ｓ０５）。
ここで、この２次冷間加工工程Ｓ０５における加工率は、２０％以上６５％以下の範囲内となるように設定されている。
この２次冷間加工工程Ｓ０５においては、断面円形の銅線材に対して溝加工を実施し、図１に示す断面形状の銅合金トロリ線１とする。

【0039】

以上のような構成とされた本実施形態である銅合金トロリ線１及び銅合金トロリ線１の製造方法によれば、Ｃｏ；０．１２質量％以上０．４０質量％以下、Ｐ；０．０４０質量％以上０．１６質量％以下、Ｓｎ；０．００５質量％以上０．７０質量％以下を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされていることから、銅の母相中にＣｏとＰとの化合物からなる析出物が分散されることになり、強度、導電率の向上を図ることが可能となる。

【0040】

ここで、本実施形態では、Ｃｏの含有量を０．１２質量％以上０．４０質量％以下、Ｐの含有量を０．０４０質量％以上０．１６質量％以下の範囲内に設定しているので、析出物の個数が確保され、強度を十分に向上させることができるとともに、強度の向上に寄与しない余剰のＣｏ，Ｐが多く存在しておらず、導電率を確保することができる。

【0041】

また、Ｓｎの含有量を０．００５質量％以上としているので、銅の母相中に固溶することによって強度を向上させることができるとともに、ＣｏとＰとを主成分とする析出物の析出を促進させることができ、耐熱性、耐食性の向上を図ることができる。一方、Ｓｎの含有量を０．７０質量％以下としているので、導電率の低下を抑制することができる。

【0042】

また、本実施形態では、必要に応じて、０．００２質量％以上０．５質量％以下のＺｎ、０．００２質量％以上０．２５質量％以下のＭｇ、０．００２質量％以上０．２５質量％以下のＡｇ、０．００１質量％以上０．１質量％以下のＺｒのうち、いずれか１種以上を含有する構成としている。このような元素を添加した場合には、銅の母相中へのＳの固溶を防止し、Ｓによる性能低下を防止することができる。さらに、これらの元素によって、更なる強度向上を図ることができる。

【0043】

本実施形態である銅合金トロリ線１においては、平均粒径を１０ｎｍ以上とし、かつ、粒径５ｎｍ以上の析出物の個数を、観察される析出物全体の９０％以上とされているので、強度、導電率、耐熱性を向上させることが可能となる。
また、本実施形態である銅合金トロリ線１においては、時効熱処理後に冷間加工することによってさらに強度が向上することから、時効熱処理後に冷間加工を実施して形状の修正を十分に行うことができ、形状精度に優れた銅合金トロリ線１を提供することが可能となる。

【0044】

さらに、本実施形態である銅合金トロリ線１においては、初期の引張強さをＴＳ_０、４００℃×２時間保持後の引張強さをＴＳ_１として、ＨＲ＝ＴＳ_１／ＴＳ_０×１００で定義される耐熱性ＨＲが９０％以上とされているので、摩擦熱等で銅合金トロリ線１の温度が上昇した場合であっても、引張強さが十分に確保され、この銅合金トロリ線１の架線張力を高く設定することができ、高速鉄道等にも適用することが可能となる。

【0045】

また、本実施形態である銅合金トロリ線１の製造方法においては、時効熱処理工程Ｓ０４と、この時効熱処理工程Ｓ０４の後に実施される２次冷間加工工程Ｓ０５と、を有しており、２次冷間加工工程Ｓ０５において加工率２０％以上６５％以下の加工を実施しているので、強度を確実に向上させることができるとともに、導電率を確保することが可能となる。すなわち、２次冷間加工工程Ｓ０５における加工率が２０％未満の場合には、強度の向上が不十分となるおそれがある。また、２次冷間加工工程Ｓ０５における加工率が６５％を超える場合には、転位の集積と析出物の再固溶によって、導電率が低下してしまうおそれがある。

【0046】

さらに、本実施形態では、２次冷間加工工程Ｓ０５の前に、３００℃以上６００℃以下で０．５時間以上６時間以下の熱処理によって析出物を析出させる時効処理工程Ｓ０４を備えているので、銅の母相中に分散される析出物の大きさ、密度を調整することができ、例えば、平均粒径を１０ｎｍ以上とし、かつ、粒径５ｎｍ以上の析出物の個数を、観察される析出物全体の９０％以上とすることができ、強度の向上を図ることができる。

【0047】

また、本実施形態である銅合金トロリ線１の製造方法においては、連続鋳造圧延工程Ｓ０１によって銅荒引線５０を製出しているので、効率良く銅荒引線５０を製出することができる。また、例えば８００〜１０００℃の高温状態で一定時間保持されることになるので、ＣｏやＰ等の元素が銅の母相中に固溶されることになり、別途、溶体化処理を行う必要がない。

【0048】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、図１に示す断面形状の銅合金トロリ線として説明したが、これに限定されることはなく、他の断面形状の銅合金トロリ線であってもよい。また、鉄道用トロリ線として説明したが、これに限定されることはなく、クレーン等の搬送機械に用いられるものであってもよい。

【0049】

また、本実施形態では、連続鋳造圧延工程によって銅荒引線を製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、円柱状の鋳塊（ビレット）を製出し、この鋳塊を押出・冷間加工することで銅荒引線を製出してもよい。但し、押出法によって銅荒引線を製出した場合には、別途溶体化処理を行う必要がある。さらに、連続鋳造圧延工程によって製造された場合であっても、銅荒引線に対して溶体化処理を実施してもよい。
また、本実施形態では、連続鋳造圧延工程を図３に示すベルトホイール式鋳造機を用いて実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の連続鋳造法を採用してもよい。

【実施例】

【0050】

以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
ベルトホイール式連続鋳造機を備えた連続鋳造圧延設備を用いて、表１に示す組成の銅合金からなる銅荒引線（直径２７ｍｍ）を製出した。この銅荒引線に対して、１次冷間加工を実施して直径２０mmとし、皮剥ぎを実施した後に、表１に示す条件で時効熱処理を施した。その後、表１に示す条件で２次冷間加工を実施し、断面積１１０mm^２の溝付トロリ線を製造した。

【0051】

そして、製造された溝付トロリ線を用いて、析出物の観察を行った。析出物の観察は、透過型電子顕微鏡（機種名：ＴＥＭ：日立製作所製、Ｈ−８００、ＨＦ−２０００、ＨＦ−２２００および日本電子製 ＪＥＭ−２０１０Ｆ）の透過電子像を用いて、各析出物の面積から相当粒径を算出した。なお、倍率は１５万倍、７５万倍とし、それぞれ測定視野約４×１０^５ｎｍ²、約２×１０^４ｎｍ² で、観察を実施した。そして、析出物の平均粒径、及び、観察される析出物のうち粒径５ｎｍ以上の析出物の割合を算出した。結果を表２に示す。

【0052】

また、製造された溝付トロリ線を用いて、耐熱性ＨＲ、引張強さ、伸び、導電率を評価した。
耐熱性ＨＲは、初期の引張強さをＴＳ_０、４００℃×２時間保持後の引張強さをＴＳ_１として、ＨＲ＝ＴＳ_１／ＴＳ_０×１００で定義されるものであり、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、島津製作所製ＡＧ−１００ｋＮＸを用いて、初期の引張強さＴＳ_０、４００℃×２時間保持後の引張強さＴＳ_１として測定して算出した。
引張強さ、伸びについても、上述のように、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、島津製作所製ＡＧ−１００ｋＮＸを用いて測定した。
導電率は、ＪＩＳ ｈ ０５０５に準拠して、ダブルブリッジ法によって測定した。
なお、従来例１としてタフピッチ銅、従来例２としてＣｕ−０．３ｗｔ％Ｓｎについて、耐熱性、引張強さ、伸び、導電率を測定した。
評価結果を表２に示す。

【0053】

【表1】

【0054】

【表2】

【0055】

ＣｏおよびＰの含有量が本発明の上限値を超えた比較例１においては、導電率が低くなっていることが確認される。
ＣｏおよびＰの含有量が本発明の下限値未満とされた比較例２においては、引張強さが不十分であった。
Ｓｎの含有量が本発明の上限値を超えた比較例３においては、導電率が低くなっていることが確認される。
Ｓｎの含有量が本発明の下限値未満とされた比較例４においては、引張強さが不十分であった。
析出物の平均粒径及び粒径５ｎｍ以上の析出物の個数が観察される析出物全体割合が本発明の範囲から外れた比較例５においては、導電率が低くなっていた。
また、従来例１，２においては、引張強度が不足しており、耐熱性も不十分であった。

【0056】

これに対して、本発明例１−９においては、強度、導電率、耐熱性に優れていることが確認される。
以上の確認実験の結果から、本発明によれば、強度、導電率、耐熱性に優れた銅合金トロリ線を安定して提供することが可能であることが確認された。

【符号の説明】

【0057】

１ 銅合金トロリ線
２ 溝
３ 第一円弧部
４ 第二円弧部

【図1】

【図2】

【図3】