矩形銅線の製造では、シングルパス圧延とマルチパス圧延のどちらを採用するかが重要な検討事項となります。この選択は、材料の変形量の配分、圧延工程の制御方法、適切な設備構成に影響します。
シングルパス圧延は、必要な成形加工を1回の圧延パスで行う方法です。一方、マルチパス圧延は、必要な変形を複数のパスに分けて行います。ただし、いずれの方法も、寸法精度の向上、生産性の向上、表面品質の改善を自動的に保証するものではありません。
本記事では、両方式の主な違い、圧延減少率の計算方法、および矩形銅導体の製造工程を選定する際に考慮すべき実務上のポイントについて解説します。
1. シングルパス圧延とマルチパス圧延の主な違い
シングルパス圧延
シングルパス圧延は、銅線を1回の圧延パスで成形し、寸法を減少させる加工方法です。加工後の寸法は、入側材料の状態、ロール形状、ロールギャップの設定、および運転条件によって決まります。
入側線材の寸法が目標寸法に比較的近く、必要な変形を設備の加工能力の範囲内で実現できる場合に適しています。
マルチパス圧延
マルチパス圧延は、必要な変形を2回以上の圧延パスに分けて行う方法です。用途や設備条件に応じて、複数の圧延スタンドを使用する場合や、同じ設備で繰り返し圧延する場合があります。
この方法では、圧延減少量を複数の工程に配分できます。ただし、線材の位置合わせ、速度の同期、張力制御、材料に蓄積される変形量などを総合的に考慮する必要があります。
主な違い
| 比較項目 | シングルパス圧延 | マルチパス圧延 |
|---|---|---|
| 圧延パス数 | 1回 | 2回以上 |
| 変形の配分 | 1工程で変形させる | 複数工程に分けて変形させる |
| 設備構成 | 圧延工程数を少なくできる場合がある | 圧延スタンドの追加や繰り返し加工が必要になる場合がある |
| 工程調整 | パスに関連する調整項目が比較的少ない | 複数の工程条件を調整・同期する必要がある |
| 寸法精度 | 金型・工具および運転条件に依存する | 各パスの加工状態と工程間の連携に依存する |
| 主な検討事項 | 1回の圧延で必要な成形が可能か | 圧延パス全体の安定性を確保できるか |
これらは一般的な工程上の違いを示したものであり、特定の性能上の優位性を保証するものではありません。
2. 圧延減少率の計算方法
圧延減少率を計算することで、加工中に必要となる寸法変化を評価できます。
板厚減少率は、次の式で求められます。
板厚減少率（%）＝［（圧延前の厚さ − 圧延後の厚さ）÷ 圧延前の厚さ］× 100
計算例：銅線の厚さを2.00 mmから1.50 mmに減少させる場合
初期厚さが2.00 mm、目標厚さが1.50 mmの矩形銅導体を例に考えます。
シングルパス圧延の場合：
減少率＝［（2.00 − 1.50）÷ 2.00］× 100＝25%
一方、2パスで圧延する場合、計算上は次のように減少量を配分できます。
| 圧延工程 | 圧延前の厚さ | 圧延後の厚さ | 板厚減少率 |
|---|---|---|---|
| シングルパス | 2.00 mm | 1.50 mm | 25.0% |
| マルチパス：第1パス | 2.00 mm | 1.75 mm | 12.5% |
| マルチパス：第2パス | 1.75 mm | 1.50 mm | 14.3% |
どちらの方法でも、全体の板厚減少率は25%となります。
これらの数値は計算方法を説明するための例であり、推奨する圧延パススケジュールやCRM設備の保証性能を示すものではありません。
板厚減少率と断面積減少率の違い
圧延中には銅が幅方向に広がる場合があるため、板厚減少率と断面積減少率は必ずしも一致しません。
角部に丸みのない矩形導体の場合：
断面積（mm²）＝幅（mm）× 厚さ（mm）
断面積減少率（%）＝［（加工前の断面積 − 加工後の断面積）÷ 加工前の断面積］× 100
角部が丸められた導体や異形断面の導体については、実際の断面形状に基づいて断面積を算出する必要があります。
圧延工程を評価する際には、板厚減少率と断面積減少率の両方を考慮することが重要です。
3. 圧延パス数が銅線品質に与える影響
矩形銅線の仕様では、一般的に幅、厚さ、角部のR寸法、表面状態、機械的特性などが規定されます。
寸法精度
シングルパス圧延では、必要な寸法変化を1工程で実現します。一方、マルチパス圧延では、変形を連続する複数の工程に分配します。
どちらの方式でも、寸法精度はロールギャップ制御、工具形状、入側材料の均一性、および安定した運転条件に左右されます。
圧延パス数を増やしたからといって、必ずしも寸法公差が厳しく管理できるわけではありません。
角部Rと表面品質
最終的な角部Rは、工具設計、材料の塑性流動、成形条件によって決まります。導体の仕様によっては、追加のエッジ成形工程が必要になる場合もあります。
表面品質には、入側材料の表面状態、ロールの摩耗、位置合わせ、潤滑条件、工程の安定性などが影響します。
どちらの圧延方式も、それ自体が優れた表面品質を保証するものではありません。
関連する技術情報については、銅線圧延プロセスガイドをご覧ください。
4. 材料特性と生産能力
銅材の種類と加工硬化
電気導体の製造に一般的に使用される銅材には、C11000（Cu-ETP）、C10200（Cu-OF）、C10100（Cu-OFE）などがあります。
適切な圧延方式は、銅材の種類だけでなく、加工前の調質状態、過去の加工履歴、および完成品に求められる特性によっても異なります。
冷間圧延では加工硬化が発生する場合があり、材料の強度や延性に影響を与えます。マルチパス圧延は変形を複数工程に分配しますが、累積する加工硬化をなくすものではありません。
材料の状態や完成導体の仕様によっては、焼鈍処理が必要になる場合があります。焼鈍の必要性と工程内での実施位置は、それぞれ個別に評価する必要があります。
マルチパス圧延で生産量は増加するのか？
必ずしもそうとは限りません。
単一の裸銅導体について、理論生産量は次の式で計算できます。
理論生産量（kg/h）＝断面積（mm²）× 線速（m/min）× 銅の密度（g/cm³）× 0.06
常温における銅の密度は、約8.96 g/cm³です。
実際の生産量は、設備停止時間、稼働効率、良品率などによっても変動します。
マルチパス圧延では、連結された各工程が適切に同期した速度で運転され、安定した張力と製品品質を維持する必要があります。
圧延スタンドを追加しても、生産能力が自動的に向上するわけではありません。同様に、パス数が少ないからといって、必ずしも生産速度が高くなるとは限りません。
したがって、個々の圧延スタンドの最高速度だけで判断するのではなく、生産ライン全体の能力を評価することが重要です。
5. 適切な圧延方式の選定方法
シングルパス圧延とマルチパス圧延の選定は、完成導体に求められる仕様を明確にすることから始まります。
| 必要な情報 | 評価目的 |
|---|---|
| 銅材の種類と調質状態 | 材料の変形特性を評価する |
| 入側材料の寸法と形状 | 加工前の形状を明確にする |
| 目標幅と目標厚さ | 必要な寸法変化を算出する |
| 寸法公差 | 必要な加工精度を明確にする |
| 角部Rと表面品質の要求 | 工具設計と成形条件を検討する |
| 目標生産能力 | 生産ラインの構成を評価する |
| 焼鈍および巻取りの要求 | 工程全体の連携と設備構成を検討する |
シングルパス圧延は、検証された運転条件の下で、必要な変形を1工程で実現できる場合に検討できます。
マルチパス圧延は、変形を複数工程に分配する必要がある場合や、追加の成形調整が求められる場合に検討できます。
適切な圧延パス数は、技術的な評価を行い、必要に応じて加工試験を実施した上で決定する必要があります。
関連情報として、矩形銅導体の製造における平角線圧延機と伸線機の比較およびカスタム寸法に対応する平角マグネットワイヤー製造ラインの仕様策定方法もご参照ください。
設備購入前に性能を確認する
設備メーカーには、代表的な導体寸法について、提案する圧延パススケジュール、工具構成、運転条件、および予想生産量の説明を求めることが重要です。
合意した工場受入試験（Factory Acceptance Test：FAT）では、安定運転時の速度、完成品寸法、角部R、表面品質、良品生産量、および関連する機械的特性を評価します。
保証値については、双方が合意した技術仕様書に明記する必要があります。
用途に応じた設備構成を検討する際には、CRM精密平角線圧延機も参考にしてください。
よくある質問（FAQ）
マルチパス圧延はシングルパス圧延よりも寸法精度が高いですか？
必ずしもそうではありません。寸法精度は、パス数だけでなく、工具、ロールギャップ制御、材料の均一性、位置合わせ、運転条件などによって決まります。
矩形銅線は1回の圧延パスで製造できますか？
必要な寸法変化によっては、1回の圧延パスで加工できる場合があります。実現可能かどうかは、入側材料、目標寸法、公差、設備能力によって異なります。
マルチパス圧延では中間焼鈍が必要ですか？
必ずしも必要ではありません。焼鈍の必要性は、材料の初期状態、累積変形量、完成品に求められる特性によって決まります。
矩形銅線の製造には何回の圧延パスが必要ですか？
すべての製品に共通するパス数はありません。必要なパス数は、材料、初期寸法、目標断面形状、許容変形量、および設備構成によって異なります。
まとめ
シングルパス圧延とマルチパス圧延は、矩形銅線を製造するための異なる加工方式です。
シングルパス圧延では1工程で変形を行い、マルチパス圧延では変形を複数工程に分配します。どちらが適しているかは、導体寸法、材料特性、品質要求、および生産条件によって決まります。
いずれの方式も、優れた寸法精度や生産性を無条件に保証するものではありません。設備の選定は、技術計算と適切な工程検証に基づいて行う必要があります。
Sky Bluer Environmental Technology Co., Ltd.（CRM）は、精密圧延機および各種金属線材加工用のカスタマイズ設備を製造しています。
お客様の導体図面、材料仕様、目標生産量を当社の技術チームにお送りください。用途や生産条件に適した圧延設備構成を検討いたします。
