JP2009520332A - 電気複合導体及びその製造法 - Google Patents

Abstract

本発明は、０．０８％乃至０．１２％のＡｇ割合を有するＣｕＡｇのベース合金より成る電気複合導体に関する。この場合、複合導体は横断面で見て、縁部側（１４）又は芯側（２０，２２）が、０．１％乃至０．７％のＭｇ割合を有するＣｕＭｇの合金より成っている。有利な形式で、芯２０内にＣｕＭｇ０．１ … …０．７より成る線材を有し、ＣｕＡｇ０．１より成る周壁によって包囲されているトロリ線１０（溝付きトロリ線又はトロリ線）が提案されている。製造法として、例えばヨーロッパ特許公開第０１２５７８８号明細書に記載されているホルトン・コンフォーム・クラッディングプロセスが提案されている。

Description

本発明は、電気複合導体特にトロリ線、及び電気複合導体の製造法に関する。

複合導体（特にトロリ線）をその機械的な強度に関して改善するための様々な提案がなされているが、この場合、電気伝導率を低下させたくはない。またこの場合、例えば銅心線に、別の合金相手材が追加されており、この合金相手材は、導体材料を機械的に硬化させるために貢献し、例えば銀を加えることによって電気伝導率が著しく低下することはない。

従来技術
複合導体及びその製造法は公知である。電気配線技術の様々な使用例のために、相応に様々な態様が提案されている。超伝導技術において非常に特殊な使用例が要求される。棒材、成形材及び中空体を製造するための広範囲な適用可能性は、押出し成形装置にある。このような押出し成形装置は、コンフォーム法（Conform-Verfahren=continuos forming；連続押出し成形法）として公知である。従来の押出し成形装置は、ドイツ連邦共和国特許第２２１１６９号明細書に記載されている。この方法では、ホルトン・コンフォーム（Holton Conform）が有名である。ホルトン・コンフォームの名称は、"Firma Holton"（ホルトン社）に由来する。またホルトン社については、ヨーロッパ特許公開第０４９４７５５号明細書に記載されている。細長い物品の被覆は、コンフォーム・クラッディング（conform cladding）と称呼されている。製造技術の変化実施例は、例えばヨーロッパ特許第０１２５７８８号明細書に記載されている。

課題
本発明の課題は、最大電気伝導率を及び最適な機械強度を有する導体を得るための、電気複合導線及びその製造法を提供することである。別の変化実施例は、従属請求項に記載されている。製造法は請求項８に記載されている。

本発明による複合導体は、その機械的及び電気的な特性に関して従来提供可能な材料より優れている。それと同時に、本発明による複合導体は、広い範囲で様々な要求を満たすことができる。従って、製造プロセスのフレキシブル性（融通性）及び製造多様性が高められる。

本発明による複合導体は、０．０８％〜０．１２％のＡｇ割合をするＣｕＡｇのベース合金より成っていて、複合導体の縁部又は芯が、０．１％乃至０．７％のＭｇ割合を有するＣｕＭｇの合金より成っている。

本発明の実施態様によれば、ＣｕＭｇ合金のＭｇ割合は有利には０．５％Ｍｇである。有利な形式でベース合金における銀の割合は、０．１％Ａｇである。

複合導体の横断面で見た、芯側に存在する合金の面割合は１０％〜８０％の間である。有利な形式で、芯内のＣｕＭｇ合金の面割合は、５０％である。

芯の構成は、単数又は複数のより線より成っている。

複数のより線が芯側に存在している場合は、より線は互いにほぼ同じ直径を有している。

複合導体は、種々異なる横断面で製造することができる。横断面は、丸形導線を製造するためには円形であって、導体レール（Stromschiene）を製造するためにはほぼ方形であるか、又は成形導線のためには異形成形されている。成形導線の有利な使用範囲として、トロリ線（trolley wire）が挙げられる。これについては、トロリ線が規格化されている規格ＥＮ５０１４９を参照されたい。

本発明による複合導体を製造するために、公知の押出し成形プロセスが提案される。この場合、棒材又は線材が押出し成形によって製造される。周壁材料は、押出し成形ホイールの（２つの）周方向溝内に入れられ、この場合、対抗軸受における高い摩擦によって、流動性の管状の成形品が形成され、この成形品は、芯材料の被覆部として押出し成形機の開口から押し出される。周壁材料は芯材料を被覆する。次いで、製品が単数又は複数の引き抜きダイスを通ってガイドされ、最終寸法で引き出される。前述のように、これに適した押出し成形装置は市販されている。

本発明によれば、ＣｕＭＧ合金の良好な電気伝導率及び高い硬化性が、ＣｕＡｇ合金の良好な摩耗特性及び平均的な硬化性及び高い電気伝導率と組み合わせて利用される。これによって、１つの合金だけから成る従来のトロリ線の物理的に限定された範囲は、提案された合金相手材によって、強度及び電気伝導率に関連して著しく広げられる。特に、Staku（stahlummantelter Kupfer-Draht；鋼で被覆された銅線）より成る公知の複合トロリ線に対して、提案された複合トロリ線は、その良好な電気伝導率の他に、腐食しにくく、価値の高いリサイクル可能性をも有している。

トロリ線としては、溝付きトロリ線が製造可能である。この溝付きトロリ線は、芯内にＣｕＭｇ０．１ … …０．７より成る少なくとも１本の導線を有していて、ＣｕＡｇ０．１より成る周壁によって包囲されている。心線は、円形であるか、又は周壁の外側プロフィール（Ri-Profil）にある程度合わせられる。複合導体の横断面で見た心線の面割合は、広い範囲で変えることができる。心線は、種々異なる冷間成形温度で所望の強度に調節され、この強度をもって複合体に組み込まれることを特徴としている。例えばホルトン・コンフォーム押出し成形（Holton-Conform-Strangpressen）に従って付加的に使用された冷間成形によって、複合トロリ線をさらに硬化させることができる。これによって、調節可能な製品特性（特に強度及び電気導電率）の多様性が可能である。また複合トロリ線の所望の特性に関連して、安価な引き抜きコストでほぼ最終形状に近い状態で完成させることができる。

しかしながら材料組み合わせは、芯内にＣｕＡｇ０．１より成る少なくとも１本の心線が埋め込まれていて、芯がＣｕＭｇ０．１ … … ０．７の周壁によって包囲されている、別の形状も可能である。

トロリ線の敷設特性（ケーブルロールから繰り出した後の波形を減少若しくは抑制する）のために、ホルトン・コンフォームプロセスに従って比較的高い冷間成形率で、ＣｕＡｇ周壁の硬化が既に飽和（熱力学的な釣り合い）の範囲内にあって、周壁の強度が全体的に、心線の強度を著しく下回るように、すれば有利である。さらにまた、高強度の心線の組織の均質性は、単一の材料より成る従来のトロリ線の組織の均質性と比較して著しく高く、それによってトロリ線の長さに亘って均一な機械的特性が得られる。

材料特性として、例えばＣｕＭｇ０．５より成る心線の面割合が２５％である場合、９０％ＩＡＣＳ（５２ＭＳｍ^-1）の電気導電率及び４３５Ｎ／ｍｍ^２の引張強度が見込まれ、またＣｕＭｇ０．５より成る心線の面割合が５０％の場合、８１％ＩＡＣＳ（４７ＭＳｍ^-1）の電気導電率及び４９０Ｎ／ｍｍ^２の引張強度が見込まれる。

製造法
従来の製造法によれば、所定の（高い）強度及び電気伝導率を有する（円形又は異形成形された）心線が、ＣｕＭｇ合金（例えばＣｕＭｇ０．５）より製造される。単数又は複数の心線の表面は、例えば化学処理によって入念に不純物層又は腐食層が取り除かれる。不純物が取り除かれた、活性表面を備えた心線において、被覆材料との良好な材料結合が得られる。表面洗浄は、後で行われる成形プロセスにおいて、心線と被覆部との間の密な材料結合を維持するために重要である。

このようにして製造され、前処理された心線は、コンフォーム・クラッディング法（Conform-Cladding-Verfahren）で非常に良好な電気伝導率を有する材料ＣｕＡｇ０．１によって被覆される。このプロセスの実施中に、有利には、熱負荷発生時に心線が再結晶することは避けられる。このようして得られた複合心線は、次の引き抜き段階によってその最終的な成形形状に成形される。必要な横断面の割合に基づいて、丸形導線又は異形成形導線としての心線が得られる。製造プロセスは、複合導体の表面近傍の縁部領域又は周壁領域に心線が当接しないように、制御されているので、直径の約１０％の周壁ゾーンに心線は存在しない。引き抜きプロセス中に横断面を減少させることによって、製品の最終強度に影響を及ぼすことができる。高速軌道に使用するために適したトロリ線を製造するために、比較的大きい横断面減少が実施される。このようなトロリ線は、特に高い引張力で敷設されるので、集電器の圧着を少しだけずらして、集電器のリフトアップの高い位相速度が保証される。つまり、機械的な高い強度が、トロリ線として使用するための前提条件である。

本発明による複合導体は、導体レール若しくは第三レール（Stromchiene）として使用することができる。導体レールは配電器に定置に設けることができるので、このような使用のために機械的な強度も得られる。

本発明を以下に３つの図面を用いて説明する。

図１は、複数の心線を有する丸形導線の横断面図、
図２は、１つの心線を有するトロリ線の横断面図、
図３は、複数の埋め込まれたより線を有するトロリ線の横断面図である。

図１には、丸形導線１２が示されており、この丸形導線１２内に複数の心線（単線、より線）２２が位置している。単線２２は材料１４内に不規則に分配配置されていて、丸形導線の表面に対して間隔を保って位置しているので、心線のない縁部ゾーンが存在する。単線分布の規則性は、使用された製造法に基づいており、従って調整可能である。

図２は、ＥＮ５０１４９に基づくトロリ線１０（溝付きトロリ線又はトロリ線；trolley wire）を示している。このトロリ線１０は、ＣｕＭｇ０．１ … ０．１，０．７を有しており、ＣｕＡｇより成る周壁１４によって包囲されている。心線２０は、丸形導線から成形されたものであり、丸形導線は、異形成形によって成形され、それによって丸形導線は、洋梨形の横断面を有している。心線の横断面形状は、成形の強さ及び、押出しプレスされた初期プロフィールの形状に基づいているので、ほぼ円形の心線を有するトロリ線も製造可能である。

複合導線の横断面で見た、心線の面割合は、広範囲に変えることができる（１０％〜８０％）。心線側にＣｕＭｇ合金が設けられている場合、このＣｕＭｇ合金の面割合は有利には５０％である。

図３は、ある程度規則的に分配配置された複数のより線２２が心線内に配置されたトロリ線１１を示す。より線２２は、均一な直径を有する心線ストック（Drahtvorrat）から供給されるので、埋め込まれたより線は、製造段階で種々異なる形状に成形されない限り、ほぼ均一な横断面を有している。しかしながらより線は、非円形の横断面を有していても良い。

トロリ線のための数値は例えば、心線４のための横断面が４ｍｍ^２である。心線の面割合が５０％である場合、（前記基準に従って）約１２０ｍｍ^２の横断面を有する溝付きトロリ線において、約１５本の心線が使用される。

図１は、複数の心線を有する丸形導線の横断面図である。 １つの心線を有するトロリ線の横断面図である。 複数の埋め込まれたより線を有するトロリ線の横断面図である。

Claims (9)

1. ０．０８％乃至０．１２％のＡｇ割合を有するＣｕＡｇのベース合金より成る電気複合導体において、
   複合導体の縁部（１４）又は芯（２０，２２）が、０．１％乃至０．７％のＭｇ割合を有するＣｕＭｇの合金より成っていることを特徴とする、電気複合導体。
2. 複合導体（１０，１１，１２）の横断面における導体芯（２０，２２）の割合が１０％乃至８０％である、請求項１記載の複合導体。
3. 芯（２０，２２）が少なくとも１本のより線（２０）より成っている、請求項１又は２記載の複合導体。
4. 芯内に複数のより線（２２）が配置されていて、これらのより線（２２）がほぼ同じ横断面を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の複合導体。
5. 複合導体（１２）が円形の横断面を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の複合導体。
6. 複合導体が、溝付き導線（１０，１１）特にトロリ線として構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の複合導体。
7. 直径の約１０％の周壁ゾーン内に、より線が存在しない、請求項１から６までのいずれか１項記載の複合導体。
8. 請求項１記載の、合金対を有する複合導体の製造法において、
   少なくとも１本のより線（２２）を第１の合金から製造し、
   少なくとも１本のより線（２２）を押出し成形装置内に導入し、第２の合金より成る周壁（１４）を設け、
   製造された複合導体（１０，１１，１２）を少なくとも１回だけ引き抜きダイスを通して引き抜き加工し、この際に最終的な成形形状を得る、
   という段階を有することを特徴とする、複合導体の製造法。
9. １本又は複数のより線（２２）の表面から、被覆する前に不純物層を取り除く、請求項８記載の複合導体の製造法。

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