金属線材貯蔵体
【課題】輸送後や長期保管後における巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることが可能な貯蔵形態としての金属線材貯蔵体を提供する。
【解決手段】金属線材貯蔵体１は、合成樹脂製スプール２０と、この合成樹脂製スプール２０の外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材１０とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプール２０の熱膨張係数が金属線材１０の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下である。
【解決手段】金属線材貯蔵体１は、合成樹脂製スプール２０と、この合成樹脂製スプール２０の外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材１０とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプール２０の熱膨張係数が金属線材１０の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には金属線材を輸送または保管するための金属線材の貯蔵形態である金属線材貯蔵体に関し、特定的には合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、相対的に低い熱膨張係数を有し、かつ、相対的に細い金属線材を備えた金属線材貯蔵体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱膨張係数が相対的に低く、かつ、相対的に細い金属線材の例として、コロナ放電用電極線、ワイヤ放電加工用電極線、電子管のヒータやフィラメント用金属線等に用いられるタングステン線材、モリブデン線材、タングステン合金線材、モリブデン合金線材がある。これらの金属線材は、輸送または保管するためにリールまたはスプールの外周面の周りに巻かれた形態で貯蔵される。
【０００３】
たとえば、特許第２５３２００４号公報（特許文献１）には、コロナ放電用タングステン電極線材料とその製造方法に関する発明が開示されており、伸線されたタングステン素線材がリールを有する巻取部に巻き取られることが記載されている。
【０００４】
また、たとえば、特許第２５３７８１３号公報（特許文献２）には、タングステン線の製造方法に関する発明が開示されており、線引されたタングステン線が巻取リールに巻き取られることが記載されている。
【０００５】
さらに、たとえば、特許第２８４６０３８号公報（特許文献３）には、タングステン線、モリブデン線等の電子管用金属線材の製造方法に関する発明が開示されており、素線スプールから巻き戻されたタングステン線が加熱酸化処理された後に巻き取りスプールに巻かれることが記載されている。
【０００６】
これらの先行技術文献に記載されているようにタングステン線材等の金属線材は、長尺物として製造された後、最終的にスプールの外周面の周りに巻かれた形態で輸送され、または保管されることが一般的である。
【特許文献１】特許第２５３２００４号公報
【特許文献２】特許第２５３７８１３号公報
【特許文献３】特許第２８４６０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来から一般的に用いられている合成樹脂製スプールの外周面の周りにタングステン線材等の金属線材を巻いて貯蔵した場合、タングステン線材等の特有の問題として、スプールの外周面の周りに整然と巻き取られた線材であっても、輸送後や長期保管後に、巻かれた線材がゆるむこと、またはたわむことなどによって巻き崩れが発生する割合が高いという問題があった。なお、熱膨張係数が相対的に低いタングステン線材等と異なり、熱膨張係数が相対的に高い銅線材、アルミニウム線材、金線材等では上記のような巻き崩れはほとんど発生しない。
【０００８】
また、このタングステン線材等の特有の問題である巻き崩れという現象は、初冬から初春にかけての時期に、特に発生頻度が高くなるという特徴があった。
【０００９】
このような巻き崩れ現象が生じると、タングステン線材等から最終製品としてのワイヤ放電加工用電極線等を製造するために線材をスプールから繰り出す時に、線材同士が絡み合ったり、ねじれることによって断線にいたるという重大な問題が頻発する。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、このようなタングステン線材等の特有の問題を解決し、輸送後や長期保管後における巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることが可能な貯蔵形態としての金属線材貯蔵体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一つの局面に従った金属線材貯蔵体は、合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下である。
【００１２】
この発明のもう一つの局面に従った金属線材貯蔵体は、合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が１００×１０−６／℃以下である。
【００１３】
この発明の金属線材貯蔵体においては、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数を、金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下にする。このように合成樹脂製スプールの熱膨張係数の範囲が限定されているので、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材、たとえば、線径が５０μｍ以下の相対的に細いタングステン線材等を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻いた場合に、初冬から初春にかけての時期に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、線材に対してスプールが過大に収縮することがない。これにより、線材のゆるみやたるみの発生を防止することができるので、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができる。このような本発明の構成とその構成による作用効果は、後述するように本願発明者らの知見に基づくものである。
【００１４】
この発明の金属線材貯蔵体において、金属線材は、主成分としてタングステンまたはモリブデンを含むことが好ましい。
【００１５】
この発明は、主成分としてタングステンまたはモリブデンを含む金属線材に適用することによって、上述の作用効果をより効果的に達成することができる。
【００１６】
この発明の金属線材貯蔵体において、合成樹脂は、ポリカーボネート樹脂であることが好ましい。
【００１７】
この発明は、ポリカーボネート樹脂製のスプールを用いることによって、上述の作用効果をより効果的に達成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のようにこの発明によれば、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻いた場合に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、本発明に至るまでの本願発明者らの検討と知見について説明する。
【００２０】
図１は、従来または本発明の一つの実施の形態としての金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、従来の金属線材貯蔵体１において、金属線材１０が合成樹脂製のスプール２０の巻き取り部の外周面の周りに巻かれた形態で貯蔵される。従来の金属線材貯蔵体１においては、金属線材１０として線径が５０μｍ以下、たとえば、線径が３０μｍのタングステン線材が、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂製のスプール２０の周りに巻かれた形態で貯蔵される。
【００２２】
図２は、輸送後や長期保管後の従来の金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【００２３】
図２に示すように、たとえば、ＡＢＳ樹脂製のスプール２０の巻き取り部の外周面の周りに巻かれたタングステン線材からなる金属線材１０は、たとえば、輸送後や長期保管後に、ゆるむこと、またはたわむことなどによって巻き崩れが発生する。この巻き崩れ現象は初冬から初春にかけての時期に起こる。この発生原因について本願発明者らは次のとおり調査し、検討した。
【００２４】
金属線材１０は、たとえば、環境温度が２０℃のときにスプール２０の外周面の周りに巻かれる。その後、金属線材貯蔵体１は、輸送されるとき、または、保管されるときに、たとえば、温度が０℃の環境に置かれる場合がある。このように、金属線材１０の巻き取り後に環境温度が２０℃から０℃に大きく低下する。本願発明者らはこのような環境温度の大きな低下に着目した。
【００２５】
図１に示すように、環境温度が２０℃のときにタングステン線材がスプール２０の周りに巻かれ、たとえば、環境温度が２０℃のときのスプール２１（実線で示されている）の巻き取り部の直径Ｄは７０ｍｍ、巻き取り領域の幅Ｗは７０ｍｍである。これに対して、環境温度が２０℃から０℃になると、スプール２２（破線で示されている）は全体的に収縮し、たとえば、巻き取り部の外周面の半径方向への収縮量ｄは８０〜１００μｍであることがわかった。この結果として、図１に示すように、スプール２０がスプール２１の状態からスプール２２の状態に収縮するため、空洞（巻き取り領域における実線と破線の間の領域）が形成される。
【００２６】
一方、タングステン線材からなる金属線材１０の線径は３０μｍであり、タングステンの熱膨張係数は相対的に小さいので、金属線材１０の収縮量は、上記の収縮量ｄに比べてかなり小さい。このため、上記の空洞領域（８０〜１００μｍの段差）に線径が３０μｍの金属線材１０が移動することによって、金属線材１０のゆるみやたわみが生じる。これにより、図２に示すように、金属線材１０の巻き崩れ現象が発生するものと考えられる。すなわち、巻き崩れ現象の原因が環境温度の大きな低下による合成樹脂製のスプールの過大な収縮にあることを本願発明者らは見出した。なお、トラック等によって金属線材貯蔵体１を輸送する場合には、輸送時に振動がさらに金属線材貯蔵体１に加えられるため、金属線材１０の巻き崩れ現象がより発生しやすいものと考えられる。
【００２７】
上記の知見に基づいて、本願発明者らは、巻き崩れ現象の原因を解消するために、合成樹脂材料のカタログ等に記載された熱膨張係数の値が相対的に小さく、かつ、タングステン線材等の金属線材の熱膨張係数の値に近い、合成樹脂からなるスプールを採用した。しかし、上記の巻き崩れ現象の発生頻度を低減させることができなかった。
【００２８】
そこで、本発明者らは、種々調査した結果、合成樹脂材料のカタログ等に記載された熱膨張係数の値が、２０℃〜０℃までの室温以下の低温における熱膨張係数の値（測定値）と異なることを見出した。そして、本願発明者らは、合成樹脂材料の２０℃〜０℃までの室温以下の低温における熱膨張係数の値（測定値）が相対的に小さく、タングステン線材等の金属線材の熱膨張係数の値に近い、合成樹脂からなるスプールを採用することにより、巻き崩れ現象の原因を解消することができることを見出した。
【００２９】
上述の本願発明者らの検討と知見に基づいて、本発明の金属線材貯蔵体は、合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下である。
【００３０】
たとえば、図１に示すように、本発明の金属線材貯蔵体１において、金属線材１０が合成樹脂製のスプール２０の巻き取り部の外周面の周りに巻かれた形態で貯蔵される。本発明の金属線材貯蔵体１においては、金属線材１０として線径が５０μｍ以下、たとえば、線径が３０μｍのタングステン線材が、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂製のスプール２０の周りに巻かれた形態で貯蔵される。
【００３１】
図１に示すように、環境温度が２０℃のときにタングステン線材がスプール２０の周りに巻かれ、環境温度が２０℃のときのスプール２１（実線で示されている）の巻き取り部の直径Ｄは７０ｍｍ、巻き取り領域の幅Ｗは７０ｍｍである。これに対して、環境温度が２０℃から０℃になると、スプール２２（破線で示されている）は全体的に収縮し、たとえば、巻き取り部の外周面の半径方向への収縮量ｄは３０〜４０μｍであることがわかった。この結果として、図１に示すように、スプール２０がスプール２１の状態からスプール２２の状態に収縮するため、空洞（巻き取り領域における実線と破線の間の領域）が形成される。
【００３２】
一方、タングステン線材からなる金属線材１０の線径は３０μｍであり、タングステンの熱膨張係数は相対的に小さいので、金属線材１０の収縮量は、上記の収縮量ｄに比べてかなり小さい。しかし、金属線材１０の線径は３０μｍであるので、上記の空洞領域（３０〜４０μｍの段差）に線径が３０μｍの金属線材１０が移動しても、金属線材１０のゆるみやたわみは生じ難い。これにより、図２に示すような金属線材１０の巻き崩れ現象が発生し難いものと考えられる。なお、トラック等によって金属線材貯蔵体１を輸送する場合において、輸送時に振動が金属線材貯蔵体１に加えられても、金属線材１０の巻き崩れ現象が発生し難いものと考えられる。
【００３３】
このように本発明の金属線材貯蔵体１では合成樹脂製スプールの０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の範囲が限定されているので、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材、たとえば、線径が５０μｍ以下の相対的に細いタングステン線材等を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻いた場合に、初冬から初春にかけての時期に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、線材に対してスプールが過大に収縮することがない。これにより、線材のゆるみやたるみの発生を防止することができるので、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができる。
【００３４】
本発明に適用可能な金属線材は、具体的にはタングステン線、モリブデン線、タングステン合金線、モリブデン合金線等である。金属線材の表面には、酸化物層、黒鉛層、または、それらの混合層が形成されていてもよく、あるいは、各種メッキ等の表面処理がされていてもよい。また、金属線材の表面が、電解研磨加工等によって加工されていてもよい。具体的には、タングステン線材の場合、タングステン酸化物層と、黒鉛層と、このタングステン酸化物層および黒鉛層の間に形成されたタングステン酸化物および黒鉛の混合層とからなる多層混合物がタングステン線材の表面に形成されていてもよく、多層混合物の組成としては、タングステン酸化物が０．５〜４．０質量％、黒鉛が０．１〜１．５質量％であってもよい。また、タングステン線材の伸線過程において、中間アニール処理を行う前にタングステン線材の表面層を３〜１０質量％除去してもよい。
【００３５】
金属線材は、純タングステンに、添加剤として、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕおよびそれら各々の酸化物を含む群から選ばれた１種以上を少なくとも０．００１０〜１．０質量％添加した材料から構成されてもよい。また、金属線材は、タングステンおよびモリブデンのうちの少なくとも１種の高融点金属を母合金とし、この母合金の内部に、添加剤として、酸化セリウムおよび酸化サマリウムのうちの少なくとも１種からなる希土類酸化物が均一に分散している酸化物分散型合金から構成されてもよい。さらに、金属線材は、上記の母合金に、添加剤として、Ｒｅを０．００１〜１．０質量％添加した材料から構成されてもよい。
【００３６】
これらの表面層、表面処理、添加剤等の有無によらず、金属線材を構成する材料は、０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下であれば、本発明の金属線材貯蔵体に適用可能である。
【００３７】
金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の下限値は、１×１０−６／℃が好ましい。金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１×１０−６／℃未満であると、低温保管時や低温輸送時等において、金属線材と合成樹脂製スプールの間で収縮率の差が大きくなりすぎるため、巻き崩れ現象が発生する確率が高くなる。また、上記の熱膨張係数が１×１０−６／℃以下の金属は希少であり、存在しても商用には適さない。
【００３８】
また、金属線材のヤング率は、３００ＧＰａ以上が好ましい。金属線材のヤング率が高いほど、スプールに巻き取られた状態で、金属線材が巻き緩む方向の応力が大きく発生するので、巻き崩れやすくなる。このため、金属線材のヤング率が高いほど、本願発明の金属線材貯蔵体による作用効果をより顕著に発揮することができる。
【００３９】
金属線材の線径は、０．０１５ｍｍ（１５μｍ）以上が好ましい。金属線材の線径が０．０１５ｍｍより細いと、スプールの周りに稠密に巻き上げることが困難となり、スプールの熱膨張係数に関係なく、巻き崩れ現象が発生する確率が高くなる。また、金属線材の線径が０．０１５ｍｍより細いと、実用上でも、金属線材の強度が不足し、たとえば、ワイヤ放電加工用電極線の用途に適用することができない恐れがある。
【００４０】
金属線材の線径の上限値は、０．０５０ｍｍ（５０μｍ）である。金属線材の線径が０．０５０ｍｍより太くなると、スプールの熱膨張係数に関係なく、巻き崩れ現象が発生し難くなる。
【００４１】
本発明にスプールを構成する合成樹脂は、具体的にはポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレンコポリマー（ＡＳ）樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂等である。これらの中でも、０℃から２０℃までの熱膨張係数が比較的小さいポリカーボネート（ＰＳ）樹脂をスプールの構成材料の主成分とすることが好ましい。
【００４２】
スプールを構成する合成樹脂には、添加剤として、ガラス繊維を含有量が５０質量％になるまで添加されていてもよい。ガラス繊維（ＧＦ）を添加すると、スプールの強度が向上する。スプールの強度は、搬送時や落下時の変形を抑制するために、ＩＳＯ１７８準拠の曲げ強度が１０５ＭＰａ以上であるのが好ましい。この曲げ強度を確保するためには、合成樹脂にガラス繊維が５質量％以上添加されていることが好ましい。
【００４３】
上記のスプールの材質や添加剤等の有無によらず、スプールを構成する材料は、０℃から２０℃までの熱膨張係数が１００×１０−６／℃以下、または金属線材の０℃から２０℃までの熱膨張係数の１０倍以下の熱膨張係数であれば、少なくとも本発明の作用効果を達成することができる。
【００４４】
合成樹脂製のスプールの０℃から２０℃までの熱膨張係数の下限値は、金属線材の０℃から２０℃までの熱膨張係数の下限値と一致することが好ましいが、低コストの汎用な合成樹脂を採用することを考慮すると、１０×１０−６／℃であるのが好ましい。また、スプールを構成する材料の０℃から２０℃までの熱膨張係数は、金属線材の０℃から２０℃までの熱膨張係数の３倍以上であることが望ましい。
【００４５】
図１に示すように、スプール２０の巻き取り領域の幅Ｗ（巻き取り幅：胴長）は、９０ｍｍ以下が好ましい。幅Ｗが９０ｍｍより広いと、スプールの熱膨張係数に関係なく、金属線材の巻き崩れが発生する確率が高くなる。幅Ｗの下限値は、特に規定されるものではないが、金属線材の運搬や保管の効率を考慮すると、６０ｍｍが好ましい。
【００４６】
スプール２０の金属線材巻き取り部の直径Ｄ（巻き取り径：胴径）は、６０ｍｍ以上が好ましい。直径Ｄが６０ｍｍより小さいと、金属線材にカールが発生しやすくなるという実用上の問題が生じやすい。直径Ｄの上限値は、特に規定されるものではないが、スプールに巻かれた金属線材の実使用時の利便性を考慮すると、９０ｍｍが好ましい。直径Ｄが９０ｍｍより大きいと、スプール自体の重量が大きくなり、金属線材を繰り出すのに必要なトルクが大きくなるので、金属線材の繰り出しが困難になる。
【００４７】
本発明に適用可能な金属線材のスプールへの巻き取り方法としては、従来のあらゆる金属線材の巻き取り方法が適用可能である。巻きはじめから巻き終わりまでの金属線材の重なり厚み（スプールの径方向の巻き厚み）は、１ｍｍ以下が好ましい。巻き厚みが１ｍｍより厚いと、スプールの熱膨張係数に関係なく、巻き崩れが発生する確率が高くなる。巻き厚みの下限値は、特に規定されるものではないが、金属線材の運搬や保管の効率を考慮すると、０．１ｍｍが好ましい。合成樹脂製のスプールに巻かれた、金属線材の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率は、７８％以上、９１％以下であることが好ましい。この占有率の範囲内で金属線材が合成樹脂製のスプールの周りに巻かれると、本発明の作用効果をより顕著に達成することができる。
【００４８】
図３は、本発明の金属線材貯蔵体の部分断面を示す断面図である。図３の（Ａ）は、金属線材１０の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率が７８％の状態を示す。図３の（Ｂ）は、金属線材１０の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率が９１％の状態を示す。
【００４９】
上記の占有率が７８％より小さいと、金属線材がもともと緩めに巻かれているため、巻き崩れが発生してしまう恐れがある。上記の占有率が９１％より大きい密度で金属線材をスプールの外周面の周りに巻くことはできない。
【００５０】
このような範囲の占有率（密度）で金属線材をスプールの周りに巻きあげるためには、スプールの周りに巻く際のスプールの回転数や巻き速度を調整することにより、金属線材の振れを２０μｍ以下に制御することが好ましい。たとえば、線径が３０μｍのタングステン線の場合、スプールの周りに巻く際のスプールの回転数を７００〜１１００ｒｐｍ、巻き速度を１５０〜２５０ｍ／分に調整することにより、金属線材の振れを２０μｍ以下に制御することが可能となる。
【実施例】
【００５１】
まず、表１に示すように、スプールの材料に用いられる樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄと、金属線材の材料に用いられる線材１について、２０℃から０℃までの熱膨張係数を測定した。表１中、ＰＣはポリカーボネート樹脂、ＡＳはアクリロニトリルスチレン樹脂、ＡＢＳはアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ＧＦはガラス繊維、Ｗはタングステン、ＣｅＯ２はセリア（酸化セリウム）を示す。熱膨張係数は以下のようにして測定された。
【００５２】
表１に示す材質として樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄからなるスプール（胴径７０ｍｍ×胴長７０ｍｍ）、表１に示す材質として線材１からなるタングステン棒（直径６ｍｍ×長さ７０ｍｍ）、外側マイクロメーター（デジタル表示、目量：１／１０００ｍｍ）および恒温槽を用意した。
【００５３】
２０℃に設定維持した恒温槽に各スプール、タングステン棒を挿入し、２４時間保持した後、個別に取り出し、各スプールの胴径およびタングステン棒の長さを外側マイクロメーターを用いて測定し、２０℃における各スプールの胴径、タングステン棒の長さを求めた。２０℃での測定を終えた後、１日室温に各スプール、タングステン棒を放置した。０℃に設定維持した恒温槽に各スプール、タングステン棒を挿入し、２４時間保持した後、個別に取り出し、各スプールの胴径およびタングステン棒の長さを外側マイクロメーターを用いて測定し、０℃における各スプールの胴径、タングステン棒の長さを求めた。
【００５４】
得られた０℃と２０℃における各スプールの胴径およびタングステン棒の長さの寸法の差と温度差とから、材質として樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄ、線材１の０℃〜２０℃間における線膨張係数を算出した。
【００５５】
このようにして測定された樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄ、線材１の０℃〜２０℃の熱膨張係数を表１に示す。樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄに関しては、各合成樹脂のカタログに記載の熱膨張係数も併せて表１に示す。表１から、各合成樹脂のカタログに記載の熱膨張係数と測定された０℃〜２０℃の熱膨張係数が異なること、および、その差は合成樹脂の種類によって大きく異なることがわかる。たとえば、樹脂Ｃ、樹脂Ｄは、カタログに記載の熱膨張係数が４０×１０−６／℃、２８×１０−６／℃と小さいにもかかわらず、０℃〜２０℃の熱膨張係数は１７０×１０−６／℃、１８０×１０−６／℃と大きくなっている。これは、カタログに記載の熱膨張係数が通常、室温より高温側で測定された値と推察されることと、合成樹脂では材質によって熱膨張係数の温度依存性が大きく異なることによるものと考えられる。
【００５６】
表１に示す樹脂Ａ、樹脂Ｂ，樹脂Ｃ、樹脂Ｄ、線材１を用いて、表２に示す線径の金属線材と、表２に示す各種材質・形状（胴径、胴長）の合成樹脂製スプールを準備した。そして、表２に示す巻き厚みになるように金属線材を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻き付けた。巻き取り中は、スプールの回転数や巻き速度を調整して、金属線材の振れを２０μｍ以下に制御し、金属線材の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率が７８％以上、９１％以下となるようにして、金属線材を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻き付けた。このようにして、表２に示す試料Ｎｏ．１〜２３の金属線材貯蔵体を作製した。
【００５７】
金属線材貯蔵体の試料は、表２に示す試料Ｎｏ．ごとに、同一条件で１０個作製した。これらの試料を０℃に設定維持した恒温槽に２４時間静置し、その後、２０℃に設定維持した恒温槽に２４時間静置することを１サイクルとして、このサイクルを５回繰り返した。この０℃〜２０℃サイクル試験を行った後、各試料において巻き崩れの有無を確認した。ただし、１サイクル終了ごとに試料の巻き崩れを目視確認し、同一条件の１０個の試料のうち、１つでも巻き崩れが発生した場合、表２に示すように、その試料Ｎｏ．について×印を付した。１つも巻き崩れが発生しなかった場合は、その試料Ｎｏ．について○印を付した。
【００５８】
次に、実際の運搬時に発生する巻き崩れ発現の実験を次の通りに行った。２２℃の工場内で試料Ｎｏ．１〜４と同一条件の試料を各６個作製した。各試料を化粧箱に個別に装入した。その後、個別に試料が装入された６個の化粧箱を試料Ｎｏ．ごとに輸送用の１個のダンボール箱に詰めた。ダンボール箱内には、各試料のスプールの胴部が水平状態を保つように、６個の化粧箱を順序よく、３列の２段重ねで並べることによって梱包した。
【００５９】
このダンボール箱をトラックにて荷積み地から６５０ｋｍの距離隔てた荷降ろし地まで運んだ。この際、トラックの荷台には温度調節機能は設けられておらず、荷積み地の気温は−３℃、荷降ろし地の気温は１５℃であった。
【００６０】
荷降ろし地の建屋室内（室温２０℃）でダンボール箱、化粧箱を順に開梱し、スプールに巻かれた金属線材の巻き付け状態を目視観察した結果、表２にて×印が付されていない試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．２と同一条件で作製した試料では、巻き崩れが一切発生していなかったのに対し、表２にて×印が付された試料Ｎｏ．３、Ｎｏ．４と同一条件で作製した試料では、それぞれ１つ以上の試料に巻き崩れが発生していた。
【００６１】
以上の結果から、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が、材質として線材１からなるタングステン線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下である樹脂Ａ、樹脂Ｂからなるスプールの外周面の周りにタングステン線材を巻いた場合に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、線材に対してスプールが過大に収縮することがないので、線材のゆるみやたるみの発生を防止することができ、その結果、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができることがわかる。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来または本発明の一つの実施の形態としての金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】輸送後や長期保管後の従来の金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の金属線材貯蔵体の部分断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：金属線材貯蔵体、１０：金属線材、２０：スプール。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には金属線材を輸送または保管するための金属線材の貯蔵形態である金属線材貯蔵体に関し、特定的には合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、相対的に低い熱膨張係数を有し、かつ、相対的に細い金属線材を備えた金属線材貯蔵体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱膨張係数が相対的に低く、かつ、相対的に細い金属線材の例として、コロナ放電用電極線、ワイヤ放電加工用電極線、電子管のヒータやフィラメント用金属線等に用いられるタングステン線材、モリブデン線材、タングステン合金線材、モリブデン合金線材がある。これらの金属線材は、輸送または保管するためにリールまたはスプールの外周面の周りに巻かれた形態で貯蔵される。
【０００３】
たとえば、特許第２５３２００４号公報（特許文献１）には、コロナ放電用タングステン電極線材料とその製造方法に関する発明が開示されており、伸線されたタングステン素線材がリールを有する巻取部に巻き取られることが記載されている。
【０００４】
また、たとえば、特許第２５３７８１３号公報（特許文献２）には、タングステン線の製造方法に関する発明が開示されており、線引されたタングステン線が巻取リールに巻き取られることが記載されている。
【０００５】
さらに、たとえば、特許第２８４６０３８号公報（特許文献３）には、タングステン線、モリブデン線等の電子管用金属線材の製造方法に関する発明が開示されており、素線スプールから巻き戻されたタングステン線が加熱酸化処理された後に巻き取りスプールに巻かれることが記載されている。
【０００６】
これらの先行技術文献に記載されているようにタングステン線材等の金属線材は、長尺物として製造された後、最終的にスプールの外周面の周りに巻かれた形態で輸送され、または保管されることが一般的である。
【特許文献１】特許第２５３２００４号公報
【特許文献２】特許第２５３７８１３号公報
【特許文献３】特許第２８４６０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来から一般的に用いられている合成樹脂製スプールの外周面の周りにタングステン線材等の金属線材を巻いて貯蔵した場合、タングステン線材等の特有の問題として、スプールの外周面の周りに整然と巻き取られた線材であっても、輸送後や長期保管後に、巻かれた線材がゆるむこと、またはたわむことなどによって巻き崩れが発生する割合が高いという問題があった。なお、熱膨張係数が相対的に低いタングステン線材等と異なり、熱膨張係数が相対的に高い銅線材、アルミニウム線材、金線材等では上記のような巻き崩れはほとんど発生しない。
【０００８】
また、このタングステン線材等の特有の問題である巻き崩れという現象は、初冬から初春にかけての時期に、特に発生頻度が高くなるという特徴があった。
【０００９】
このような巻き崩れ現象が生じると、タングステン線材等から最終製品としてのワイヤ放電加工用電極線等を製造するために線材をスプールから繰り出す時に、線材同士が絡み合ったり、ねじれることによって断線にいたるという重大な問題が頻発する。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、このようなタングステン線材等の特有の問題を解決し、輸送後や長期保管後における巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることが可能な貯蔵形態としての金属線材貯蔵体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一つの局面に従った金属線材貯蔵体は、合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下である。
【００１２】
この発明のもう一つの局面に従った金属線材貯蔵体は、合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が１００×１０−６／℃以下である。
【００１３】
この発明の金属線材貯蔵体においては、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数を、金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下にする。このように合成樹脂製スプールの熱膨張係数の範囲が限定されているので、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材、たとえば、線径が５０μｍ以下の相対的に細いタングステン線材等を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻いた場合に、初冬から初春にかけての時期に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、線材に対してスプールが過大に収縮することがない。これにより、線材のゆるみやたるみの発生を防止することができるので、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができる。このような本発明の構成とその構成による作用効果は、後述するように本願発明者らの知見に基づくものである。
【００１４】
この発明の金属線材貯蔵体において、金属線材は、主成分としてタングステンまたはモリブデンを含むことが好ましい。
【００１５】
この発明は、主成分としてタングステンまたはモリブデンを含む金属線材に適用することによって、上述の作用効果をより効果的に達成することができる。
【００１６】
この発明の金属線材貯蔵体において、合成樹脂は、ポリカーボネート樹脂であることが好ましい。
【００１７】
この発明は、ポリカーボネート樹脂製のスプールを用いることによって、上述の作用効果をより効果的に達成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のようにこの発明によれば、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻いた場合に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、本発明に至るまでの本願発明者らの検討と知見について説明する。
【００２０】
図１は、従来または本発明の一つの実施の形態としての金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、従来の金属線材貯蔵体１において、金属線材１０が合成樹脂製のスプール２０の巻き取り部の外周面の周りに巻かれた形態で貯蔵される。従来の金属線材貯蔵体１においては、金属線材１０として線径が５０μｍ以下、たとえば、線径が３０μｍのタングステン線材が、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂製のスプール２０の周りに巻かれた形態で貯蔵される。
【００２２】
図２は、輸送後や長期保管後の従来の金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【００２３】
図２に示すように、たとえば、ＡＢＳ樹脂製のスプール２０の巻き取り部の外周面の周りに巻かれたタングステン線材からなる金属線材１０は、たとえば、輸送後や長期保管後に、ゆるむこと、またはたわむことなどによって巻き崩れが発生する。この巻き崩れ現象は初冬から初春にかけての時期に起こる。この発生原因について本願発明者らは次のとおり調査し、検討した。
【００２４】
金属線材１０は、たとえば、環境温度が２０℃のときにスプール２０の外周面の周りに巻かれる。その後、金属線材貯蔵体１は、輸送されるとき、または、保管されるときに、たとえば、温度が０℃の環境に置かれる場合がある。このように、金属線材１０の巻き取り後に環境温度が２０℃から０℃に大きく低下する。本願発明者らはこのような環境温度の大きな低下に着目した。
【００２５】
図１に示すように、環境温度が２０℃のときにタングステン線材がスプール２０の周りに巻かれ、たとえば、環境温度が２０℃のときのスプール２１（実線で示されている）の巻き取り部の直径Ｄは７０ｍｍ、巻き取り領域の幅Ｗは７０ｍｍである。これに対して、環境温度が２０℃から０℃になると、スプール２２（破線で示されている）は全体的に収縮し、たとえば、巻き取り部の外周面の半径方向への収縮量ｄは８０〜１００μｍであることがわかった。この結果として、図１に示すように、スプール２０がスプール２１の状態からスプール２２の状態に収縮するため、空洞（巻き取り領域における実線と破線の間の領域）が形成される。
【００２６】
一方、タングステン線材からなる金属線材１０の線径は３０μｍであり、タングステンの熱膨張係数は相対的に小さいので、金属線材１０の収縮量は、上記の収縮量ｄに比べてかなり小さい。このため、上記の空洞領域（８０〜１００μｍの段差）に線径が３０μｍの金属線材１０が移動することによって、金属線材１０のゆるみやたわみが生じる。これにより、図２に示すように、金属線材１０の巻き崩れ現象が発生するものと考えられる。すなわち、巻き崩れ現象の原因が環境温度の大きな低下による合成樹脂製のスプールの過大な収縮にあることを本願発明者らは見出した。なお、トラック等によって金属線材貯蔵体１を輸送する場合には、輸送時に振動がさらに金属線材貯蔵体１に加えられるため、金属線材１０の巻き崩れ現象がより発生しやすいものと考えられる。
【００２７】
上記の知見に基づいて、本願発明者らは、巻き崩れ現象の原因を解消するために、合成樹脂材料のカタログ等に記載された熱膨張係数の値が相対的に小さく、かつ、タングステン線材等の金属線材の熱膨張係数の値に近い、合成樹脂からなるスプールを採用した。しかし、上記の巻き崩れ現象の発生頻度を低減させることができなかった。
【００２８】
そこで、本発明者らは、種々調査した結果、合成樹脂材料のカタログ等に記載された熱膨張係数の値が、２０℃〜０℃までの室温以下の低温における熱膨張係数の値（測定値）と異なることを見出した。そして、本願発明者らは、合成樹脂材料の２０℃〜０℃までの室温以下の低温における熱膨張係数の値（測定値）が相対的に小さく、タングステン線材等の金属線材の熱膨張係数の値に近い、合成樹脂からなるスプールを採用することにより、巻き崩れ現象の原因を解消することができることを見出した。
【００２９】
上述の本願発明者らの検討と知見に基づいて、本発明の金属線材貯蔵体は、合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下である。
【００３０】
たとえば、図１に示すように、本発明の金属線材貯蔵体１において、金属線材１０が合成樹脂製のスプール２０の巻き取り部の外周面の周りに巻かれた形態で貯蔵される。本発明の金属線材貯蔵体１においては、金属線材１０として線径が５０μｍ以下、たとえば、線径が３０μｍのタングステン線材が、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂製のスプール２０の周りに巻かれた形態で貯蔵される。
【００３１】
図１に示すように、環境温度が２０℃のときにタングステン線材がスプール２０の周りに巻かれ、環境温度が２０℃のときのスプール２１（実線で示されている）の巻き取り部の直径Ｄは７０ｍｍ、巻き取り領域の幅Ｗは７０ｍｍである。これに対して、環境温度が２０℃から０℃になると、スプール２２（破線で示されている）は全体的に収縮し、たとえば、巻き取り部の外周面の半径方向への収縮量ｄは３０〜４０μｍであることがわかった。この結果として、図１に示すように、スプール２０がスプール２１の状態からスプール２２の状態に収縮するため、空洞（巻き取り領域における実線と破線の間の領域）が形成される。
【００３２】
一方、タングステン線材からなる金属線材１０の線径は３０μｍであり、タングステンの熱膨張係数は相対的に小さいので、金属線材１０の収縮量は、上記の収縮量ｄに比べてかなり小さい。しかし、金属線材１０の線径は３０μｍであるので、上記の空洞領域（３０〜４０μｍの段差）に線径が３０μｍの金属線材１０が移動しても、金属線材１０のゆるみやたわみは生じ難い。これにより、図２に示すような金属線材１０の巻き崩れ現象が発生し難いものと考えられる。なお、トラック等によって金属線材貯蔵体１を輸送する場合において、輸送時に振動が金属線材貯蔵体１に加えられても、金属線材１０の巻き崩れ現象が発生し難いものと考えられる。
【００３３】
このように本発明の金属線材貯蔵体１では合成樹脂製スプールの０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の範囲が限定されているので、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材、たとえば、線径が５０μｍ以下の相対的に細いタングステン線材等を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻いた場合に、初冬から初春にかけての時期に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、線材に対してスプールが過大に収縮することがない。これにより、線材のゆるみやたるみの発生を防止することができるので、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができる。
【００３４】
本発明に適用可能な金属線材は、具体的にはタングステン線、モリブデン線、タングステン合金線、モリブデン合金線等である。金属線材の表面には、酸化物層、黒鉛層、または、それらの混合層が形成されていてもよく、あるいは、各種メッキ等の表面処理がされていてもよい。また、金属線材の表面が、電解研磨加工等によって加工されていてもよい。具体的には、タングステン線材の場合、タングステン酸化物層と、黒鉛層と、このタングステン酸化物層および黒鉛層の間に形成されたタングステン酸化物および黒鉛の混合層とからなる多層混合物がタングステン線材の表面に形成されていてもよく、多層混合物の組成としては、タングステン酸化物が０．５〜４．０質量％、黒鉛が０．１〜１．５質量％であってもよい。また、タングステン線材の伸線過程において、中間アニール処理を行う前にタングステン線材の表面層を３〜１０質量％除去してもよい。
【００３５】
金属線材は、純タングステンに、添加剤として、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕおよびそれら各々の酸化物を含む群から選ばれた１種以上を少なくとも０．００１０〜１．０質量％添加した材料から構成されてもよい。また、金属線材は、タングステンおよびモリブデンのうちの少なくとも１種の高融点金属を母合金とし、この母合金の内部に、添加剤として、酸化セリウムおよび酸化サマリウムのうちの少なくとも１種からなる希土類酸化物が均一に分散している酸化物分散型合金から構成されてもよい。さらに、金属線材は、上記の母合金に、添加剤として、Ｒｅを０．００１〜１．０質量％添加した材料から構成されてもよい。
【００３６】
これらの表面層、表面処理、添加剤等の有無によらず、金属線材を構成する材料は、０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下であれば、本発明の金属線材貯蔵体に適用可能である。
【００３７】
金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の下限値は、１×１０−６／℃が好ましい。金属線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１×１０−６／℃未満であると、低温保管時や低温輸送時等において、金属線材と合成樹脂製スプールの間で収縮率の差が大きくなりすぎるため、巻き崩れ現象が発生する確率が高くなる。また、上記の熱膨張係数が１×１０−６／℃以下の金属は希少であり、存在しても商用には適さない。
【００３８】
また、金属線材のヤング率は、３００ＧＰａ以上が好ましい。金属線材のヤング率が高いほど、スプールに巻き取られた状態で、金属線材が巻き緩む方向の応力が大きく発生するので、巻き崩れやすくなる。このため、金属線材のヤング率が高いほど、本願発明の金属線材貯蔵体による作用効果をより顕著に発揮することができる。
【００３９】
金属線材の線径は、０．０１５ｍｍ（１５μｍ）以上が好ましい。金属線材の線径が０．０１５ｍｍより細いと、スプールの周りに稠密に巻き上げることが困難となり、スプールの熱膨張係数に関係なく、巻き崩れ現象が発生する確率が高くなる。また、金属線材の線径が０．０１５ｍｍより細いと、実用上でも、金属線材の強度が不足し、たとえば、ワイヤ放電加工用電極線の用途に適用することができない恐れがある。
【００４０】
金属線材の線径の上限値は、０．０５０ｍｍ（５０μｍ）である。金属線材の線径が０．０５０ｍｍより太くなると、スプールの熱膨張係数に関係なく、巻き崩れ現象が発生し難くなる。
【００４１】
本発明にスプールを構成する合成樹脂は、具体的にはポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレンコポリマー（ＡＳ）樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂等である。これらの中でも、０℃から２０℃までの熱膨張係数が比較的小さいポリカーボネート（ＰＳ）樹脂をスプールの構成材料の主成分とすることが好ましい。
【００４２】
スプールを構成する合成樹脂には、添加剤として、ガラス繊維を含有量が５０質量％になるまで添加されていてもよい。ガラス繊維（ＧＦ）を添加すると、スプールの強度が向上する。スプールの強度は、搬送時や落下時の変形を抑制するために、ＩＳＯ１７８準拠の曲げ強度が１０５ＭＰａ以上であるのが好ましい。この曲げ強度を確保するためには、合成樹脂にガラス繊維が５質量％以上添加されていることが好ましい。
【００４３】
上記のスプールの材質や添加剤等の有無によらず、スプールを構成する材料は、０℃から２０℃までの熱膨張係数が１００×１０−６／℃以下、または金属線材の０℃から２０℃までの熱膨張係数の１０倍以下の熱膨張係数であれば、少なくとも本発明の作用効果を達成することができる。
【００４４】
合成樹脂製のスプールの０℃から２０℃までの熱膨張係数の下限値は、金属線材の０℃から２０℃までの熱膨張係数の下限値と一致することが好ましいが、低コストの汎用な合成樹脂を採用することを考慮すると、１０×１０−６／℃であるのが好ましい。また、スプールを構成する材料の０℃から２０℃までの熱膨張係数は、金属線材の０℃から２０℃までの熱膨張係数の３倍以上であることが望ましい。
【００４５】
図１に示すように、スプール２０の巻き取り領域の幅Ｗ（巻き取り幅：胴長）は、９０ｍｍ以下が好ましい。幅Ｗが９０ｍｍより広いと、スプールの熱膨張係数に関係なく、金属線材の巻き崩れが発生する確率が高くなる。幅Ｗの下限値は、特に規定されるものではないが、金属線材の運搬や保管の効率を考慮すると、６０ｍｍが好ましい。
【００４６】
スプール２０の金属線材巻き取り部の直径Ｄ（巻き取り径：胴径）は、６０ｍｍ以上が好ましい。直径Ｄが６０ｍｍより小さいと、金属線材にカールが発生しやすくなるという実用上の問題が生じやすい。直径Ｄの上限値は、特に規定されるものではないが、スプールに巻かれた金属線材の実使用時の利便性を考慮すると、９０ｍｍが好ましい。直径Ｄが９０ｍｍより大きいと、スプール自体の重量が大きくなり、金属線材を繰り出すのに必要なトルクが大きくなるので、金属線材の繰り出しが困難になる。
【００４７】
本発明に適用可能な金属線材のスプールへの巻き取り方法としては、従来のあらゆる金属線材の巻き取り方法が適用可能である。巻きはじめから巻き終わりまでの金属線材の重なり厚み（スプールの径方向の巻き厚み）は、１ｍｍ以下が好ましい。巻き厚みが１ｍｍより厚いと、スプールの熱膨張係数に関係なく、巻き崩れが発生する確率が高くなる。巻き厚みの下限値は、特に規定されるものではないが、金属線材の運搬や保管の効率を考慮すると、０．１ｍｍが好ましい。合成樹脂製のスプールに巻かれた、金属線材の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率は、７８％以上、９１％以下であることが好ましい。この占有率の範囲内で金属線材が合成樹脂製のスプールの周りに巻かれると、本発明の作用効果をより顕著に達成することができる。
【００４８】
図３は、本発明の金属線材貯蔵体の部分断面を示す断面図である。図３の（Ａ）は、金属線材１０の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率が７８％の状態を示す。図３の（Ｂ）は、金属線材１０の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率が９１％の状態を示す。
【００４９】
上記の占有率が７８％より小さいと、金属線材がもともと緩めに巻かれているため、巻き崩れが発生してしまう恐れがある。上記の占有率が９１％より大きい密度で金属線材をスプールの外周面の周りに巻くことはできない。
【００５０】
このような範囲の占有率（密度）で金属線材をスプールの周りに巻きあげるためには、スプールの周りに巻く際のスプールの回転数や巻き速度を調整することにより、金属線材の振れを２０μｍ以下に制御することが好ましい。たとえば、線径が３０μｍのタングステン線の場合、スプールの周りに巻く際のスプールの回転数を７００〜１１００ｒｐｍ、巻き速度を１５０〜２５０ｍ／分に調整することにより、金属線材の振れを２０μｍ以下に制御することが可能となる。
【実施例】
【００５１】
まず、表１に示すように、スプールの材料に用いられる樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄと、金属線材の材料に用いられる線材１について、２０℃から０℃までの熱膨張係数を測定した。表１中、ＰＣはポリカーボネート樹脂、ＡＳはアクリロニトリルスチレン樹脂、ＡＢＳはアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ＧＦはガラス繊維、Ｗはタングステン、ＣｅＯ２はセリア（酸化セリウム）を示す。熱膨張係数は以下のようにして測定された。
【００５２】
表１に示す材質として樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄからなるスプール（胴径７０ｍｍ×胴長７０ｍｍ）、表１に示す材質として線材１からなるタングステン棒（直径６ｍｍ×長さ７０ｍｍ）、外側マイクロメーター（デジタル表示、目量：１／１０００ｍｍ）および恒温槽を用意した。
【００５３】
２０℃に設定維持した恒温槽に各スプール、タングステン棒を挿入し、２４時間保持した後、個別に取り出し、各スプールの胴径およびタングステン棒の長さを外側マイクロメーターを用いて測定し、２０℃における各スプールの胴径、タングステン棒の長さを求めた。２０℃での測定を終えた後、１日室温に各スプール、タングステン棒を放置した。０℃に設定維持した恒温槽に各スプール、タングステン棒を挿入し、２４時間保持した後、個別に取り出し、各スプールの胴径およびタングステン棒の長さを外側マイクロメーターを用いて測定し、０℃における各スプールの胴径、タングステン棒の長さを求めた。
【００５４】
得られた０℃と２０℃における各スプールの胴径およびタングステン棒の長さの寸法の差と温度差とから、材質として樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄ、線材１の０℃〜２０℃間における線膨張係数を算出した。
【００５５】
このようにして測定された樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄ、線材１の０℃〜２０℃の熱膨張係数を表１に示す。樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ、樹脂Ｄに関しては、各合成樹脂のカタログに記載の熱膨張係数も併せて表１に示す。表１から、各合成樹脂のカタログに記載の熱膨張係数と測定された０℃〜２０℃の熱膨張係数が異なること、および、その差は合成樹脂の種類によって大きく異なることがわかる。たとえば、樹脂Ｃ、樹脂Ｄは、カタログに記載の熱膨張係数が４０×１０−６／℃、２８×１０−６／℃と小さいにもかかわらず、０℃〜２０℃の熱膨張係数は１７０×１０−６／℃、１８０×１０−６／℃と大きくなっている。これは、カタログに記載の熱膨張係数が通常、室温より高温側で測定された値と推察されることと、合成樹脂では材質によって熱膨張係数の温度依存性が大きく異なることによるものと考えられる。
【００５６】
表１に示す樹脂Ａ、樹脂Ｂ，樹脂Ｃ、樹脂Ｄ、線材１を用いて、表２に示す線径の金属線材と、表２に示す各種材質・形状（胴径、胴長）の合成樹脂製スプールを準備した。そして、表２に示す巻き厚みになるように金属線材を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻き付けた。巻き取り中は、スプールの回転数や巻き速度を調整して、金属線材の振れを２０μｍ以下に制御し、金属線材の長さ方向に垂直な断面における単位面積あたりの金属線材の占有率が７８％以上、９１％以下となるようにして、金属線材を合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻き付けた。このようにして、表２に示す試料Ｎｏ．１〜２３の金属線材貯蔵体を作製した。
【００５７】
金属線材貯蔵体の試料は、表２に示す試料Ｎｏ．ごとに、同一条件で１０個作製した。これらの試料を０℃に設定維持した恒温槽に２４時間静置し、その後、２０℃に設定維持した恒温槽に２４時間静置することを１サイクルとして、このサイクルを５回繰り返した。この０℃〜２０℃サイクル試験を行った後、各試料において巻き崩れの有無を確認した。ただし、１サイクル終了ごとに試料の巻き崩れを目視確認し、同一条件の１０個の試料のうち、１つでも巻き崩れが発生した場合、表２に示すように、その試料Ｎｏ．について×印を付した。１つも巻き崩れが発生しなかった場合は、その試料Ｎｏ．について○印を付した。
【００５８】
次に、実際の運搬時に発生する巻き崩れ発現の実験を次の通りに行った。２２℃の工場内で試料Ｎｏ．１〜４と同一条件の試料を各６個作製した。各試料を化粧箱に個別に装入した。その後、個別に試料が装入された６個の化粧箱を試料Ｎｏ．ごとに輸送用の１個のダンボール箱に詰めた。ダンボール箱内には、各試料のスプールの胴部が水平状態を保つように、６個の化粧箱を順序よく、３列の２段重ねで並べることによって梱包した。
【００５９】
このダンボール箱をトラックにて荷積み地から６５０ｋｍの距離隔てた荷降ろし地まで運んだ。この際、トラックの荷台には温度調節機能は設けられておらず、荷積み地の気温は−３℃、荷降ろし地の気温は１５℃であった。
【００６０】
荷降ろし地の建屋室内（室温２０℃）でダンボール箱、化粧箱を順に開梱し、スプールに巻かれた金属線材の巻き付け状態を目視観察した結果、表２にて×印が付されていない試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．２と同一条件で作製した試料では、巻き崩れが一切発生していなかったのに対し、表２にて×印が付された試料Ｎｏ．３、Ｎｏ．４と同一条件で作製した試料では、それぞれ１つ以上の試料に巻き崩れが発生していた。
【００６１】
以上の結果から、０℃から２０℃までの温度範囲における合成樹脂製スプールの熱膨張係数が、材質として線材１からなるタングステン線材の０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数の１０倍以下、または、１００×１０−６／℃以下である樹脂Ａ、樹脂Ｂからなるスプールの外周面の周りにタングステン線材を巻いた場合に、巻き取り後の環境温度が大きく低下しても、線材に対してスプールが過大に収縮することがないので、線材のゆるみやたるみの発生を防止することができ、その結果、巻き崩れ現象の発生頻度を大幅に低減させることができることがわかる。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来または本発明の一つの実施の形態としての金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】輸送後や長期保管後の従来の金属線材貯蔵体の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の金属線材貯蔵体の部分断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：金属線材貯蔵体、１０：金属線材、２０：スプール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、
０℃から２０℃までの温度範囲における前記合成樹脂製スプールの熱膨張係数が前記金属線材の熱膨張係数の１０倍以下である、金属線材貯蔵体。
【請求項２】
合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、
０℃から２０℃までの温度範囲における前記合成樹脂製スプールの熱膨張係数が１００×１０−６／℃以下である、金属線材貯蔵体。
【請求項３】
前記金属線材は、主成分としてタングステンまたはモリブデンを含む、請求項１または請求項２に記載の金属線材貯蔵体。
【請求項４】
前記合成樹脂は、ポリカーボネート樹脂である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の金属線材貯蔵体。
【請求項１】
合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、
０℃から２０℃までの温度範囲における前記合成樹脂製スプールの熱膨張係数が前記金属線材の熱膨張係数の１０倍以下である、金属線材貯蔵体。
【請求項２】
合成樹脂製スプールと、この合成樹脂製スプールの外周面の周りに巻かれた、線径が５０μｍ以下で０℃から２０℃までの温度範囲における熱膨張係数が１０×１０−６／℃以下である金属線材とを備えた金属線材貯蔵体であって、
０℃から２０℃までの温度範囲における前記合成樹脂製スプールの熱膨張係数が１００×１０−６／℃以下である、金属線材貯蔵体。
【請求項３】
前記金属線材は、主成分としてタングステンまたはモリブデンを含む、請求項１または請求項２に記載の金属線材貯蔵体。
【請求項４】
前記合成樹脂は、ポリカーボネート樹脂である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の金属線材貯蔵体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１６１３３０（Ｐ２００９−１６１３３０Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０９７（Ｐ２００８−２０９７）
【出願日】平成２０年１月９日（２００８．１．９）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月９日（２００８．１．９）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
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