JP2001210153A

JP2001210153A - 水冷ケーブル

Info

Publication number: JP2001210153A
Application number: JP2000014274A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Tamagawa; 輝久玉川; Tadamasa Ara; 忠正荒; Masanori Yoshida; 雅則吉田
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】水冷ケーブルに高い耐屈曲性、耐久性を付与す
る。また、水冷ケーブルの層撚導体全体としての導電率
の低下およびコストの上昇を抑える。【解決手段】水冷ケーブルにおいて、層撚導体を形成す
る素線を銅−銀合金線材とする。また、層撚導体を形成
する子撚線の外周部分に位置する素線を銅−銀線材と
し、子撚線の中央部に位置する素線は純銅線とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導体を冷却水で冷
却する水冷ケーブルに関するものであり、特に、高い電
流密度で通電が行われ、高い耐屈曲特性を要求される用
途に用いられる水冷ケーブルに適するものである。

【０００２】

【従来の技術】加熱装置やスポット溶接機等に用いる給
電用のケーブルとして、水冷ケーブルが広く用いられて
いる。水冷ケーブルとは、冷却媒体である水により直接
導体を冷却して電流容量の増加を図った可撓絶縁ケーブ
ルである。銅の撚線導体に冷却水通路を兼ねる絶縁ホー
スを被覆し、両端に冷却水路を有する接続端子が取付け
られた構造を有しており、使用の際は、絶縁ホースと撚
線導体との間に冷却水を流通した状態で通電がなされ
る。このような水冷ケーブルの一例として、実開昭６１
−１６７３１９号公報に記載されたものがある。

【０００３】水冷ケーブルの特徴として、電流容量（電
流密度）を大きくとれること、可撓性及び絶縁性を有す
ることが挙げられる。このため、比較的低電圧で、大電
流と可撓性が求められる加熱装置やスポット溶接用ロボ
ット等に用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような水冷ケーブ
ルは、通常のケーブルに比べて高い電流密度で用いられ
るため発熱で高温となりやすく、また使用中に繰返し曲
げ、捩りを受けるため、短期間で導体の断線が生じやす
い。そのため水冷ケーブルを用いる設備においては、頻
繁に水冷ケーブルの交換を行わなければならず、そのた
めの手間や費用がかかる。また、頻繁に交換作業を行わ
ねばならないため工場作業が停止され、工場合理化を進
める上で問題となっている。

【０００５】このような問題は、自動車の製造ライン等
に用いられるスポット溶接用のロボットに水冷ケーブル
を用いる際に特に顕著である。スポット溶接においては
大電流が必要とされるため、それに用いられる水冷ケー
ブルは特に高い電流密度の電流が通電される。一般的な
用途の水冷ケーブルでは、６〜１０Ａ／平方ミリ程度の
電流密度で通電されることが多いが、スポット溶接ロボ
ットに用いる水冷ケーブルでは２０〜３０Ａ／平方ミリ
の電流密度が必要とされる。そのため発熱が多く導体が
高温となりやすい。また、スポット溶接ロボットは複雑
な動きを繰返し行うため、それに用いる水冷ケーブルに
も、捩りや曲げの力が複合されて繰返しかかることとな
る。これにより水冷ケーブルの導体が損傷、疲労を受
け、導体の断線が生じやすい。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、素線を撚
合わせた子撚線を層撚りして層撚導体を形成し、その外
周に絶縁ホースを被覆してなる水冷ケーブルにおいて、
素線が銅−銀合金線材よりなることを特徴とすることで
ある。

【０００７】銅基に適切割合の銀を添加した銅−銀合金
線材は、純銅線に近い高い導電率をもち、純銅線に比べ
て高い強度と耐屈曲性を有している。このような銅−銀
合金線材を水冷ケーブルの層撚導体を構成する素線に用
いることで、水冷ケーブルに高い耐屈曲性、耐久性を付
与することができる。

【０００８】次の手段は、上記構造を持つ水冷ケーブル
において、子撚線の外周部分に位置する素線が銅−銀合
金線材よりなることとすることである。

【０００９】銅−銀合金線材は、純銅線に比べて高い強
度と耐屈曲性を有するものの、純銅線に比べて１〜３割
程度導電率が低く、また銀を含むことから価格がかなり
高いという短所をも有している。一方本発明の水冷ケー
ブルは、素線を撚合わせた子撚線を層撚りして層撚導体
を形成し、その外周に絶縁ホースを被覆した構造を有し
ている。このような水冷ケーブルに屈曲、捩りを与えた
場合には、各子撚線同士がずれ合い、こすれ合うことと
なる。従って各子撚線の外周部分に位置する素線が特に
断線しやすい。

【００１０】そこで、子撚線の外周部分に位置する素線
を銅−銀合金線材とし、子撚線の中央部分に位置する素
線には従来の純銅線を用いる。このようにすれば、水冷
ケーブルに高い耐久性、耐屈曲性を付与しつつ、層撚導
体全体としては導電率の低下を抑えることができる。ま
た、銅−銀合金線材の使用によるコストの上昇も抑える
ことができる。

【００１１】また、層撚導体の最外層に位置する子撚線
の外周部分に位置する素線が銅−銀合金線材よりなるこ
ととすることもできる。

【００１２】本発明のような構造の水冷ケーブルにおい
ては、層撚導体の最外層に位置する子撚線が最も損傷を
受けやすい。これは、この部分が最も大きな曲げや捩り
の作用を受け、また、層撚導体が絶縁ホースの内壁と擦
れることによる損傷を受けるためである。従ってこの部
分のみに銅−銀合金線材を使用しても充分な効果が得ら
れ、導電率の低下、コストの上昇は、さらに抑えること
ができる。

【００１３】他の手段は、層撚導体を形成する層撚りの
各層の外周に抑え巻き層が設けられていることである。

【００１４】銅−銀合金線材は純銅線に比べて強度が高
く、線のこしが強い。そのために、撚線としたときに、
撚線のばらけ、ほぐれが生じやすい。これを防止するた
めに層撚りの各層の外周に抑え巻き層を設ける。

【００１５】他の手段は、層撚導体を形成する層撚りの
各層において互いに隣接する前記子撚線の素線撚り方向
を異方向としたことである。

【００１６】このようにすれば、互いに隣接する子撚線
間では素線が平行となる状態でふれあうこととなり、点
接触ではなく線接触で擦れ合うこととなる。したがっ
て、素線に過度の摩擦力や圧力がかかるのを防止でき
る。子撚線外周部に位置する素線を銅−銀合金線材とし
たことと併せ、子撚線の耐屈曲性、耐久性の向上に寄与
することとなる。

【００１７】他の手段は、層撚導体を形成する層撚り
は、互いに隣接する各層の層撚り方向を異方向とするこ
とである。

【００１８】水冷ケーブルを溶接ロボット等に用いた場
合には、水冷ケーブルには、曲げに加えて捩りの力が加
えられる。そして、ロボットは複雑な動きをするため
に、この捩りの方向をあらかじめ想定しておくことはで
きない。層撚導体が捩られた場合、撚りがゆるむ方向に
捩られた場合に特に子撚線のばらけ、ほぐれが生じ易
い。一方、撚りが締る方向に捩られた場合には、子撚線
が強く締付けられるのみで比較的問題は少ない。そこで
本発明では、互いに隣接する各層の層撚り方向を異方向
としている。このようにすれば捩れの方向による影響が
平均化するのみならず、捩れによってある層の子撚線が
ばらけ気味になったとしても、その上の層の子撚線から
は締付けの力が働くので、層撚導体全体としては、ばら
け、ほぐれが生じにくい。

【００１９】本発明に用いる銅−銀合金線材としては、
２乃至１４重量％の銀を含有し残部が銅および不可避的
不純物からなる銅基合金の鋳造ロッドに縮径のための冷
間加工を行い、この冷間加工の途中で１回以上の熱処理
を施し、最後に熱処理を施した後に９０％以上の減面率
で最終線径にまで冷間加工を行うことにより得られる銅
−銀合金線材が好適である。

【００２０】このような銅−銀合金線材は、銅基固溶相
並びに銅と銀の共晶相及び析出相が冷間加工により繊維
状に引きのばされた組織を有する。また、加工条件の選
定により、１０００MPa以上の引張り強度を有するもの
である。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明による水冷ケーブルの実施
例を図１乃至２に示す。図１は水冷ケーブルの外観図、
図２は断面説明図であり、（ａ）は縦断面説明図、また
図中破線ａ−ａ’における横断面説明図を（ｂ）に示し
ている。この（ｂ）では前記（ａ）と同一の部分に同一
のハッチングが施されている。層撚導体１は、両端に電
流端子２が取付けられ、またその外周は絶縁ホース３に
より被覆されている。層撚導体１の端部にはスリーブ４
が被せられており、このスリーブ４が半田付けにより電
流端子２に接続される。電流端子２には冷却水路５が設
けられており、この冷却水路には図示しない冷却水配管
が接続される。スリーブ４は、その１部が概略U字形に
くぼむ形で層撚導体１に対して圧接されており、この概
略U字形のくぼみが冷却水路５の開口の場所と一致する
ようにされ、冷却水が水冷ケーブル内に通りやすいよう
にされている。撚線導体１の外周には絶縁ホース３が被
され、この絶縁ホース３の両端はそれぞれ電流端子２
に、締付バンド６により水密に固定される。また、絶縁
ホース３の周囲には保護ホース７が一緒に固定されてい
る。

【００２２】上記水冷ケーブルは使用時には、電流端子
２の片方が、スポット溶接ロボット装置の溶接ガン側の
端子に接続され、また、もう片方の電流端子２が、溶接
電流供給用の変圧器側の端子に接続される。また、上述
のように、両方の電流端子２の冷却水路５には冷却水配
管が接続され、冷却水が絶縁ホース３内に流通されて層
撚導体１が冷却された状態で、電流が流される。

【００２３】この水冷ケーブルに用いられている層撚導
体１の断面構造を図３に示す。この実施例の層撚導体
は、直径１．２ｍｍの素線１０が１９本撚り合わされて
子撚線１１とされ、さらにその子撚線１１が１本、６
本、１２本、１８本の順番で、合計３７本層撚りされた
構造となっている。層撚りの最外層に位置する子撚線１
１ｂは、７本の純銅線１０ａの周囲に１２本の銅−銀合
金線材１０ｂが撚り合わされた構造となっている。一
方、最外層以外の子撚線１１ａは、純銅線１０ａのみを
１９本撚り合わせた構造となっている。また各層撚りの
外周には押え巻層１２となる押えテープが螺旋状に巻か
れている。

【００２４】この層撚導体１の各子撚線１１の素線撚り
方向を図４に示す。図中で「右」と記されている子撚線
は右撚りされており、なにも記されていない子撚線は左
撚りされている。図示のように、各層において互いに隣
接する子撚線の素線撚り方向は異方向とされている。ま
た、中央の右撚りされた１本の子撚線の周囲に６本の子
撚線が左撚りに層撚りされ、その周囲に１２本の子撚線
が右撚りに層撚りされ、さらにその周囲に１８本の子撚
線が左撚りに層撚りされた構造となっている。

【００２５】図３と同一断面部分に同一符号を付した図
５には、他の実施例における本発明の水冷ケーブルの層
撚導体の断面構造を示す。この実施例では、層撚りの各
層を形成する全ての子撚線１１ｂは、７本の純銅線１０
ａの周囲に１２本の銅−銀合金線材１０ｂが撚り合わさ
れた構造となっている。また、前記図５と同様に符号を
付した図６に示す実施例のように、純銅線を用いずに撚
線を全て銅−銀合金線材１０ｂで形成することもでき
る。

【００２６】本発明の水冷ケーブルに用いられる銅−銀
合金線材の製造工程を表１に示す。なお、上述の水冷ケ
ーブルの実施例においては、仕上り線径が１．２ｍｍで
ある表１中の１の線材を用いているが、２乃至４の線材
も同様に適用可能である。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１中の実施例１乃至４では、１０％又は
６％の銀と残部が銅からなる銅−銀合金を、外周に水冷
ジャケットを設けた黒鉛鋳型を有する水平連続鋳造機に
よって連続鋳造して、直径８ｍｍの鋳造ロッドを作成
し、これに表１に示した条件で、冷間加工、熱処理を施
して銅−銀合金線材を製造した。表中に示されるよう
に、これら実施例１乃至４においては、１０００ＭＰａ
を超える高い強度と６０乃至８０％程度の導電率が得ら
れている。

【００２９】このような銅−銀合金線材の耐屈曲性の試
験結果を図７に示す。本試験では各サンプル線材を線材
直径の５倍の曲げ半径で両振り繰返し曲げ試験を行った
際の、破断までの屈曲回数を測定している。図７では銅
−銀合金線材のサンプルとして１４００ＭＰａの引張り
強度を持つもの及び、比較例として、純銅、銅−亜鉛合
金、銅−ベリリウム合金のサンプルの測定結果も示して
いる。図示のように、銅−銀合金線材は純銅線材等に比
べきわめて高い耐屈曲性を有している。

【００３０】表１の実施例においては、１１００ＭＰａ
以上の極めて高い引張り強度を持つ銅−銀合金線材の例
を示しているが、撚線作業性や、製品となる水冷ケーブ
ルの柔軟性に重点をおく場合には、より低い引張り強度
を持つ銅−銀合金線材を用いることも可能である。その
場合には、合金中の銀濃度を表１に示したものより低く
する、あるいは、熱処理後の冷間加工の減面率を低くす
ることとなる。また、撚線作業性や、製品となる水冷ケ
ーブルの柔軟性に、より重点を置く場合には、撚線を行
う前の銅−銀合金線材の素線に３００℃乃至６００℃で
１時間以上の焼鈍し熱処理を行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】上述のように本発明では、水冷ケーブル
において、層撚導体を形成する素線を銅−銀合金線材と
することで、水冷ケーブルに高い耐屈曲性、耐久性を付
与することができる。また、層撚導体を形成する子撚線
の外周部分に位置する素線を銅−銀線材とし、子撚線の
中央部に位置する素線は純銅線とすれば、水冷ケーブル
に高い耐久性、耐屈曲性を付与しつつ、層撚導体全体と
しては導電率の低下を抑えることができ、銅―銀合金線
材の使用によるコストの上昇も抑えることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水冷ケーブルの外観図である。

【図２】本発明による水冷ケーブルの断面説明図であ
る。

【図３】本発明による水冷ケーブルに用いられる層撚導
体の断面構造の説明図である。

【図４】層撚導体の素線撚り方向を示す説明図である。

【図５】層撚導体の断面構造の別の例を示す説明図であ
る。

【図６】層撚導体の断面構造の別の例を示す説明図であ
る。

【図７】銅−合金線材の耐屈曲試験の試験結果を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１層撚導体２電流端子３絶縁ホース５冷却水路１０素線１０ａ純導線１０ｂ銅−銀合金線材１１子撚線１２押え巻層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G309 KA04 LA01 LA05 5G315 DA01 DB03 DC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素線を撚合わせた子撚線を層撚りして層撚
導体を形成し、その外周に絶縁ホースを被覆してなる水
冷ケーブルにおいて、素線が銅−銀合金線材よりなるこ
とを特徴とする水冷ケーブル。
【請求項２】素線を撚合わせた子撚線を層撚りして層撚
導体を形成し、その外周に絶縁ホースを被覆してなる水
冷ケーブルにおいて、子撚線の外周部分に位置する素線
が銅−銀合金線材よりなることを特徴とする水冷ケーブ
ル。
【請求項３】素線を撚合わせた子撚線を層撚りして層撚
導体を形成し、その外周に絶縁ホースを被覆してなる水
冷ケーブルにおいて、層撚導体の最外層に位置する子撚
線の外周部分に位置する素線が銅−銀合金線材よりなる
ことを特徴とする水冷ケーブル。
【請求項４】前記層撚導体を形成する層撚りの各層の外
周に抑え巻き層が設けられていることを特徴とする、請
求項１乃至３に記載の水冷ケーブル。
【請求項５】前記層撚導体を形成する層撚りの各層にお
いて互いに隣接する前記子撚線の素線撚り方向を異方向
としたことを特徴とする請求項１乃至４に記載の水冷ケ
ーブル。
【請求項６】前記層撚導体を形成する層撚りは、互いに
隣接する各層の層撚り方向を異方向としたことを特徴と
する請求項１乃至５に記載の水冷ケーブル。
【請求項７】前記銅−銀合金線材は、２乃至１４重量％
の銀を含有し残部が銅および不可避的不純物からなる銅
基合金の鋳造ロッドに縮径のための冷間加工を行い、こ
の冷間加工の途中で１回以上の熱処理を施し、最後に熱
処理を施した後に９０％以上の減面率で最終線径にまで
冷間加工を行うことにより得られる銅−銀合金線材であ
る請求項１乃至６に記載の水冷ケーブル。
【請求項８】前記銅−銀合金線材は、２乃至１４重量％
の銀を含有し残部が銅および不可避的不純物からなる銅
基合金よりなり、銅基固溶相並びに銅と銀の共晶相及び
析出相が冷間加工により繊維状に引きのばされた組織を
有する銅−銀合金線材であることを特徴とする請求項１
乃至６に記載の水冷ケーブル。