JP3942123B2 - High durability movable electric wire, high durability movable cable and manufacturing method thereof - Google Patents

High durability movable electric wire, high durability movable cable and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP3942123B2
JP3942123B2 JP04344398A JP4344398A JP3942123B2 JP 3942123 B2 JP3942123 B2 JP 3942123B2 JP 04344398 A JP04344398 A JP 04344398A JP 4344398 A JP4344398 A JP 4344398A JP 3942123 B2 JP3942123 B2 JP 3942123B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wire
electric wire
processing
highly durable
movable electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP04344398A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11242914A (en
Inventor
行一 三宅
秀房 高原
ラーベェ ディーク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yoshinogawa Electric Wire and Cable Co Ltd
Original Assignee
Yoshinogawa Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yoshinogawa Electric Wire and Cable Co Ltd filed Critical Yoshinogawa Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority to JP04344398A priority Critical patent/JP3942123B2/en
Publication of JPH11242914A publication Critical patent/JPH11242914A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3942123B2 publication Critical patent/JP3942123B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電線及びケーブルの技術に属するものであり、特に、導電性及び耐久性に優れた可動電線及び可動ケーブルに関する。このような可動電線及び可動ケーブルは、例えば産業用ロボットにおいて可動部(アーム)を経て動力用電流を供給したり或は制御用等の電気信号を伝達したりするのに好適に利用される。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
産業用ロボットにおいては、アームが複雑な動きをするので、該アームの先端に取り付けられた溶接装置などへの動力供給用または信号伝達用のケーブルは、アーム関節部分において頻繁に屈曲作用を受ける。このため、特にロボット用ケーブル及びそれに用いる電線などの可動電線及び可動ケーブルでは、これらの寿命を長くするために屈曲に対する大きな耐久性が求められる。
【0003】
一方、これら可動電線及び可動ケーブルでは、これらが取り付けられる可動部分の機械的動作速度の一層の向上が求められるにつれて、重量軽減のため導電線の細線化が求められている。もちろん、この細線化に際しても、屈曲耐久性の低下があってはならない。
【0004】
従来、産業用ロボットにおいては、以上のような可動ケーブルを構成する電線として、主としてタフピッチ軟銅線が使用されていた。該タフピッチ軟銅線を撚り合わせたものを絶縁体で被覆して被覆電線とし、この被覆電線を複数集合したものを更にシースで外部被覆することにより、ロボット用可動ケーブルとしていた。そして、特に耐久性が要求される場合には、スズ含有銅合金などのいわゆる高耐久性銅合金を用いた電線が使用されている。この高耐久性銅合金線はタフピッチ軟銅線の5倍程度の耐久性を有する。
【0005】
しかし、一般に導電率と引っ張り強さとは相反する性質であるため、銅合金中に添加する金属の含有率を増加させれば、引っ張り強さは増加するが、導電率は低下する。例えば、純銅は、導電率100%IACS(国際軟銅標準)を有し、高い導電性を示すが、引っ張り強さ40Kg/mm2 以下である。これに対し、代表的なバネ用ベリリウム銅は、引っ張り強さ100Kg/mm2 以上であるが、導電率30%IACS以下である。
【0006】
上述のスズ含有銅合金線は、既にトロリー線などに利用されているものであるが、スズ添加量が増加するに従って、機械的強度は増加するが、導電率が低下する。例えば、0.3%スズ含有銅合金の場合は導電率が70%IACSであるが、強度が増加した0.6%スズ含有銅合金の場合は導電率が50〜60%IACSである。当然のことながら、導電率が低い場合には、ジュール熱の発生を抑制するため導電線径を太くせざるを得ない。しかし、これでは細線化に基づく軽量化によりロボットのアームの運動性を向上させる要求に反することになる。
【0007】
最近、一層高い導電性と一層高い屈曲耐久性の双方を満足することを目指して提案されている材料として、いわゆるその場(In−situ)形成金属繊維強化銅マトリックス複合材料がある。
【0008】
一例として、銅とニオブのように互いに殆ど固溶し合わない合金成分を溶解鋳造して得られたインゴットを熱間または冷間で加工してニオブの繊維をその場形成して、銅マトリックスを強化した線材や板材とすることが可能である。これについては、例えば、J.Bevk et al.,J.Appl.Phys.vol.49(1978)6031に記載されている。
【0009】
これによれば、例えば銅−ニオブの場合、鋳造時にニオブの樹枝状晶が析出し、これが加工によりその場で繊維状に引き伸ばされ、これが銅マトリックスを強化する。しかるに、ニオブは融点が高く、アーク炉による溶解や電子ビーム溶解を必要とし、産業上利用するには生産性に問題がある。
【0010】
最近では、ニオブなどの高融点金属を用いない、その場形成銀繊維強化銅マトリックス複合材料やその場形成クロム繊維強化銅マトリックス複合材料についての研究がなされている。例えば、Y.Sakai et al., Appl.Phys.Lett.,vol.59(1991)2965;T.Takeuchi et al.,J.Less−Common Metals, vol.157(1990)25参照。
【0011】
工業的実施の観点からは、銀と比較して低コストのクロムを用いることが好ましいが、その場形成クロム繊維強化銅マトリックス複合材料は、クロムが脆性であるので、所望の機械強度(屈曲耐久性など)を実現するためには十分微細なクロム繊維を形成しなければならないところ、従来提案されている手法では、工業的規模でクロムの繊維径を十分細くすることは容易ではなく、従って工業的規模で生産される可動電線における良好な機械強度を実現し得ていない。
【0012】
このようなクロムの脆性に起因する問題を解決するために、特開平9−235633号公報に記載の技術では、銅マトリックス中にクロム以外に延性なアルファ鉄相を介在させ、鉄相の加工によって生ずる応力を脆性なクロム相に伝達することでクロムを一層細く繊維状に引き伸ばして銅マトリックスを繊維強化している。この手法では、微細なクロム繊維をその場形成することができるが、鉄相を介在させるので、この極く微細な鉄が銅マトリックスに固溶すると、鉄は他の元素に比較して銅の導電率を極端に低下させてしまうので、銅中への鉄の固溶を避けなければならず、そのための成分コントロールが極めて難しく、この点で製造コストアップを来すという難点がある。
【0013】
そこで、本発明は、クロムの脆性に起因するその場形成クロム繊維強化銅マトリックス複合材料の上記の如き問題を解決し、導電性と屈曲耐久性との双方が高められた導電性材料を工業的規模で提供することを可能となし、この材料を用いた高導電性で高屈曲耐久性の導電線を用いた可動電線を提供することを目的とする。
【0014】
更に、本発明は、以上のような可動電線を用いることで繰り返し屈曲に対する高い耐久性を持ち、軽量化が可能で運動性に優れ、長寿命が可能な可動ケーブルを提供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
銅マトリックスと該銅マトリックス中の最大径2.5μm以下で平均径1.0μm以下のその場形成繊維状クロムとを含むその場形成クロム繊維強化銅基複合材料で構成されている線材を用いて導電線が形成されていることを特徴とする、高耐久性可動電線、
が提供される。
【0016】
本発明の一態様においては、前記その場形成クロム繊維強化銅基複合材料はクロム含有率1〜25重量%で残部実質的に銅である。
【0017】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
銅マトリックスと該銅マトリックス中のその場形成繊維状クロムと前記銅マトリックス中に分散せる銀またはジルコニウムとを含むその場形成クロム繊維強化銅基複合材料で構成されている線材を用いて導電線が形成されていることを特徴とする、高耐久性可動電線、
が提供される。
【0018】
本発明の一態様においては、前記その場形成クロム繊維強化銅基複合材料はクロム含有率1〜25重量%で銀またはジルコニウムの含有率が0.01〜8重量%で残部実質的に銅である。
【0019】
本発明の一態様においては、前記その場形成クロム繊維強化銅基複合材料は導電率65%IACS以上で引っ張り強度850MPa以上である。
【0020】
本発明の一態様においては、前記線材は線径300μm以下である。
【0021】
本発明の一態様においては、前記導電線は前記線材を複数束ねたものからなる。
【0022】
本発明の一態様においては、前記複数の線材は撚り合わされている。
【0023】
本発明の一態様においては、前記導電線に絶縁被覆層が付されている。
【0024】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
上記高耐久性可動電線を少なくとも1つ含む線状体と該線状体を包囲するシースとを含んでなることを特徴とする、高耐久性可動ケーブル、
が提供される。
【0025】
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
クロム含有率1〜25重量%で残部実質的に銅からなる合金材料を、必要に応じてスエージ加工し、次いで第1の冷間伸線加工を施し、次いで溶体化処理し、しかる後に第2の冷間伸線加工を施すことより、銅マトリックス中で繊維状クロムをその場形成して線材を得、該線材を少なくとも1本用いて導電線を形成することを特徴とする、高耐久性可動電線の製造方法、
が提供される。
【0026】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
クロム含有率1〜25重量%で銀またはジルコニウムの含有率0.01〜8重量%で残部実質的に銅からなる合金材料を、必要に応じてスエージ加工し、次いで第1の冷間伸線加工を施し、次いで溶体化処理し、しかる後に第2の冷間伸線加工を施し、次いで時効硬化処理することより、銅マトリックス中で繊維状クロムをその場形成し且つ銅マトリックス中に銀またはジルコニウムを分散析出せしめて線材を得、該線材を少なくとも1本用いて導電線を形成することを特徴とする、高耐久性可動電線の製造方法、
が提供される。
【0027】
本発明の一態様においては、前記合金材料から前記線材までの加工において加工前の断面積をA0 とし且つ加工後の断面積をAとして加工度ηをln(A0 /A)で定義した時に、前記第1の伸線加工を前記合金材料からの加工度ηが3〜4になるまで実行する。
【0028】
本発明の一態様においては、前記合金材料から前記線材までの加工において加工前の断面積をA0 とし且つ加工後の断面積をAとして加工度ηをln(A0 /A)で定義した時に、前記第2の伸線加工を前記合金材料からの加工度ηが7以上になるまで実行する。
【0029】
本発明の一態様においては、前記第1の伸線加工及び前記第2の伸線加工は、それぞれ1回あたりの加工度ηが0.01〜0.5となる引き抜き加工を複数回繰り返すことで実行する。
【0030】
本発明の一態様においては、前記溶体化処理は780〜1000℃に加熱することで行われる。
【0031】
本発明の一態様においては、前記時効硬化処理は200〜450℃で30〜90分間加熱することで行われる。
【0032】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
上記製造方法により製造された高耐久性可動電線を少なくとも1つ用いて線状体を形成し、該線状体をシースで包囲することを特徴とする、高耐久性可動ケーブルの製造方法、
が提供される。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【0034】
本発明では、高導電性・高耐久性その場形成クロム繊維強化銅基複合材料を得るために、その場形成するクロム繊維の繊維径を所望の強度が得られるまで細くし(細線化)、その細くしたクロム繊維による複合強化で所望の高い耐屈曲性を具備させるものである。そして、そのために、伸線(例えばダイスを用いた引き抜き)の途中において、溶体化処理という強度を高めようとする場合の処理としては常識に反するような熱処理を加える。この溶体化処理で一旦は材料の硬度が低下するものの、その後の冷間伸線加工で硬度を復帰させることが可能であると共に更に一層の細線化が可能となる。
【0035】
図1は、本発明の第1の実施形態による可動電線を製造する際の、加工度の変化(加工の進行)に伴う複合材料の硬度変化を示したものである。加工度はηで示され、これは伸線等の小径化工程において、複合材料の加工前の断面積をA0 とし且つ加工後の断面積をAとして、ln(A0 /A)で表される。
【0036】
加工の出発に用いる合金材料(複合材料)の成分組成は、1〜25重量%のクロムを含有し残部実質的に銅からなる。クロムの含有率が25重量%を越えると銅基合金材料の導電率が低下して所望の導電性が得られなくなる傾向にあり、クロムの含有率が1重量%未満ではクロムが第2相として存在することが困難となり、クロム繊維をその場形成することができにくくなる傾向にある。
【0037】
以上のような合金材料の鋳造インゴットを、図1に示すように、まずスエージ加工により加工度ηがm(例えば2)になる迄粗加工する。この時の硬度Hvの上昇は加工硬化による寄与分のみである。
【0038】
次に、冷間伸線加工(第1の伸線加工)を施す。この第1の伸線加工は1回あたりの加工度Δηが0.01〜0.5となるように穴ダイスを用いた引き抜き加工を繰り返すことで行うのが好ましい。これは、銅の変形能とクロムの変形能とが著しく異なるために、銅の変形にクロムの変形が追従できなければならないからである。この範囲を超えると、銅のみが変形してクロムは破断しやすくなる傾向にあり、逆にこの範囲を下回ると加工能率が極端に低下する傾向にある。
【0039】
図1において、斜線部は繊維強化硬化による寄与分を示す。図1において、a点までの領域では、主として硬度上昇は加工による銅マトリックスの強化の寄与分が大きく、クロム繊維強化の寄与分は比較的小さい。a点〜b点の領域では、加工によるクロムの繊維強化の寄与分が増大し、加工硬化の寄与分は鈍化する。
【0040】
加工度ηがnになった時点で、溶体化処理を行う。この溶体化処理は、例えば780〜1000℃例えば900℃の温度で30分間加熱処理することにより行われる(加熱時間は均一な温度分布を得るに足るものであれば良い)。これにより、銅マトリックス及びクロム相が加工硬化状態から焼鈍状態あるいは再結晶状態に入り、b点からb’点へと硬度は低下する。このb’点の状態では、繊維強化硬化の寄与分のみが残留する。溶体化処理を開始する直前における加工度(スエージ加工の開始時からの加工度)ηが4を越えると材料内部に空隙が発生し始める傾向にあり、更に溶体化処理を開始する直前における加工度ηが5を越えると材料内部の空隙が大きくなって亀裂が発生し断線に至り加工不能となりがちである。従って、溶体化処理は、そのような状態になる前に行うことが好ましく、例えば第1の伸線加工は加工度ηが3〜4となるまで行うのが好ましい(即ちn=3〜4)。
【0041】
次に、溶体化処理前と同様にして、但し今度は加工度ηがpとなるまで、冷間伸線加工(第2の伸線加工)を行う。この第2の伸線加工も、1回あたりの加工度Δηが0.01〜0.5となるように穴ダイスを用いた引き抜き加工を繰り返すことで行うのが好ましい。b’点〜c点の領域では、加工状態への再入により加工硬化による寄与分が増加し、それと共に繊維強化硬化による寄与分も生じている。c点〜d点の領域は主として加工の進行によるクロム繊維の微細化による硬化寄与分を示す。加工度ηがpとなったd点ではb点よりも更に硬度が上昇していることがわかる。p点の加工度ηは7以上とする(即ちp>7)。この第2の伸線加工では、加工度8〜9程度にまで加工することは可能であり(得られる線材の直径を300μm以下例えば50〜100μmとすることができる)、p点の加工度を高くすけば、それだけクロム繊維径が細くなり、強度向上効果が大きくなる。
【0042】
図2に、加工の進行に伴うクロム繊維径の変化のグラフを示す。この測定は、次のようにして行った。即ち、所定の加工度まで加工した試料をエッチング処理して銅を除去し、クロム繊維のみを取り出し、これをSEMにより撮影する。この写真からデジタル処理によりイメージ化し、イメージ解析法を用いて繊維径の分布を求めた。
【0043】
図2より、加工度ηが3の時、すなわちスエージ加工と冷間伸線加工とを加算した加工後の加工度が3の時、銅マトリックス中にその場形成されるクロム繊維の径は約8.5〜0.5μmと大きくばらつき、その平均径は2.2μm程度である。これは、Cu−Cr合金を鋳造した際に形成された極小径のクロムデンドライトが繊維状に多少延伸されたことを示すもので、全体的には加工が不十分で繊維化そのものが十分には達成されていないことを示す。
【0044】
スエージ加工と冷間伸線加工とを加算した加工後の加工度ηが4になると、最大径が多少小さくなり、平均径もそれに応じて小さくなるものの、平均径は約2μm程度で未だ十分とはいえない。
【0045】
この時点で溶体化処理を施すと、最大径約11μmで、平均径は2.8μm程度となる。
【0046】
続いて、冷間伸線加工を継続すると、加工度ηが大きくなるにつれて最大径及び平均径が逐次小さくなり、加工度ηが7を越えると、最大径が2.5μm以下で平均径が1.0μm以下(いわゆるサブミクロン領域)となり、所要の特性を得ることが可能となる。一般に、その場金属繊維強化複合材料の全体の強度は、いわゆる複合則による項とホール・ペッチ式における粒径を繊維径で置き換えた項とで記述できる。後者の項は、繊維径が小さくなればなるほど強度が増加し、強度は繊維径の2乗の逆数に比例して増加する。クロム繊維の平均径が1.0μm以下すなわちサブミクロンの領域に入ると、十分な強度を得ることができる。具体的には、銅マトリックス中にその場形成されるクロム繊維の最大径が2.5μm以下で平均径がサブミクロンサイズとなると、引っ張り強度850MPa以上且つ導電率65%IACS以上が達成される。クロム繊維の最大径が2.5μmを越える場合あるいはその平均径が1μmを越える場合には、本発明で目的とする強度と導電性との双方において優れた所期の特性のものは得にくくなる。
【0047】
第2の伸線加工の終了の際の加工度ηは7以上とする。伸線加工の途中において溶体化処理を施す本発明では、溶体化処理を施さない場合には加工度5を越えることが困難であったところの7以上の加工度を実現することが可能となった。これによりクロム繊維を十分に細いものとしてクロム繊維による強化を有効なものとし、本発明の可動電線の工業的実用化が達成される。
【0048】
図3は、本発明の第2の実施形態による可動電線を製造する際の、加工度の変化(加工の進行)に伴う複合材料の硬度変化を示したものである。本図において、図1におけると同様の用語が用いられている。
【0049】
本実施形態では、加工の出発に用いる合金材料の成分組成は、1〜25重量%のクロムと8重量%以下の銀またはジルコニウムを含有し残部実質的に銅からなる。クロムの含有率範囲については、第1の実施形態で説明したと同様の意義がある。銀またはジルコニウムが8重量%を越えると、これら金属元素とマトリックスとの界面における電子の散乱による導電率低下が大きくなる傾向にある。
【0050】
以上のような合金材料の鋳造インゴットの金属組織写真の一例を図4に示す。図4から、クロムデンドライトは微細であり、微細な繊維をその場形成するのに好ましい様相をしていることが分かる。
【0051】
この鋳造インゴットを、図3に示すように、加工度ηがmになる迄スエージ加工して粗加工し、次いで加工度ηがnになる迄第1伸線加工を行い、次に溶体化処理を施し、次いで第2伸線加工を行い、加工度ηがpになった時点で銀またはジルコニウムの析出のための時効硬化処理を行い、続いて第2伸線加工を継続する。銀またはジルコニウムの析出のための時効硬化処理は、例えば200〜450℃例えば250℃の温度で30〜90分間加熱処理することにより行われる。この析出処理により、d点からd’点へと移動し、析出硬化による寄与分が重畳される。
【0052】
第1伸線加工終了時(加工度ηが4.0)のクロム繊維のSEM像を図5に示す。図5は、銅マトリックスをエッチング除去し、クロム繊維のみ残した状態で撮影して得られたものである。この段階ではクロム繊維は最大径が粗大であり平均径も小さくはないことが分かる。
【0053】
第2伸線加工終了時(加工度ηが8.0)のクロム繊維のSEM像を図6に示す。図5のものより、クロム繊維が十分に微細であることが分かる。
【0054】
本実施形態では、クロム繊維強化とともに銀またはジルコニウムによる析出強化を重畳させているので、析出のための熱処理がクロム繊維径の粗大化をもたらさず、且つ、銅の導電性を著しく損なうことがない。これは、銅中の銀またはジルコニウムの析出速度が比較的大きく、析出のための時効処理を比較的低温で行うことができ、従ってクロム繊維径の粗大化を防止することができる。
【0055】
本実施形態では、これらの繊維強化と銀またはジルコニウムの析出との双方が硬度向上に寄与し、この強化機構に基づき高い導電性と高い強度特に高い屈曲耐久性とを具備した線材を得ることができる。具体的には、引っ張り強度1000MPa以上及び導電率75%IACS以上が達成できる。
【0056】
本発明の可動電線に用いられる線材は、変形領域を弾性領域に抑え込み、塑性領域には踏み込ませないものであるため、塑性歪みの蓄積は生ぜず、塑性歪みの蓄積による疲労破壊は防止でき、これにより本発明の可動電線の工業的実用化が達成される。
【0057】
図7に、本発明による可動電線の形態の具体例を模式的に示す。
【0058】
図7(a)において、符号2は上記第1または第2の実施形態で説明したようにして製造された線材を示す。この線材2を7本撚り合わせて撚り線4を形成し、該撚り線4を絶縁体6で被覆して被覆電線としている。絶縁体6の材質としては、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリウレタン及びフッ素系樹脂が例示される。
【0059】
図7(b)において、符号12はテトロン糸またはポリウレタン糸等からなる中心糸を示す。該中心糸12の周囲には、図7(a)で説明した撚り線4を複数横巻きしたものを図7(a)で説明した絶縁体6で被覆したものである。
【0060】
図7(c)において、テトロン糸またはポリウレタン糸等からなる中心糸12の周囲には、図7(a)で説明した線材2を複数横巻きしたものを2層に形成し、図7(a)で説明した絶縁体6で被覆したものである。線材2の複数横巻きを1層に形成してもよい。
【0061】
もちろん、本発明の可動電線は、これらの形態のものに限定されることはなく、上記の如き線材を少なくとも1本含むものであれば、その形態は問わない。
【0062】
図8に、本発明による可動ケーブルの形状の具体例を模式的に示す。
【0063】
図8(a)は斜視図であり、図8(b)はその断面図である。これらの図において、符号22は中心紐を示し、符号24は図7で説明したような被覆電線を示す。中心紐22としては、例えばアラミド繊維を用いることができる。中心紐22の周囲には、複数の被覆電線24が巻き付けられており、これにより線状体26が形成されている。該線状体26はシース28により包囲されている。シース28の材質としては、例えばポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリウレタン及びゴムが例示される。
【0064】
もちろん、本発明の可動ケーブルは、この形態のものに限定されることはなく、上記の如き電線を少なくとも1本含むものであれば、その形態は問わない。例えば、線状体26として中心紐22を含まないものや線間介在を含むものやエアチューブを含むものなどを用いることができる。
【0065】
本発明の可動電線及び可動ケーブルに好適な用途としては、特に屈曲耐久性が要求される用途が挙げられる。上記産業用ロボットとしては溶接ロボットや塗装ロボットや管体内部検査ロボットや窓拭きロボットや水中ロボットが例示される。その他の用途としては、可動部を有する各種機械、例えばNC制御による工作機械(旋盤、フライス盤、研削盤など)、移動籠を備えた自動倉庫、移動ヘッドを備えたプリンター、半導体装置製造工程で使用される装置(実装機[マウンター]、ウエハ移動機など)が例示される。
【0066】
以下、実施例により本発明を説明する。
【0067】
実施例1
高周波真空溶解炉を用いて、純度99.9の10%Cr、残部Cuの組成のインゴットを製造した。ルツボはマグネシア製のものを用い、鋳型は銅製のものを用いた。溶解温度は1300℃、保持時間は10分とした。溶解直前まで真空(5×10-2Torr)を保持し、次いでアルゴンを送入して溶解及び鋳造を行った。インゴットサイズは直径30mm、長さ320mmであり、これを18mmφまで面削した。このインゴットの組成分析値は次のとおりであった:
Cu・・・・90.3wt%
Cr・・・・・9.7wt%
C・・・・・17.5ppm
O・・・・100.8ppm
N・・・・・・2.3ppm。
【0068】
加工プロセスは、スエージ加工と穴ダイス冷間引き抜き伸線加工によった。面削により30mmφから18mmφとされたインゴットを、スエージ加工により6.7mmφまで加工した。この時の加工度ηは2.0である。次いで、穴ダイス冷間引き抜きを1回の加工度Δηが0.1となるようにして行い、加工度ηが4.0になるまで加工し、即ちスエージ加工と穴ダイス冷間引き抜き伸線加工との全加工後の加工度の合計が4.0になるまで加工した。この段階では、クロム繊維の最大径は粗大であり平均径も小さくはなかった。
【0069】
次に、この加工度ηが4.0の段階で、900℃で30分間の溶体化処理を施した。
【0070】
次に、穴ダイス冷間引き抜きを上記と同様にして1回の加工度Δηが0.1となるようにして行い、加工度ηが7.0及び8.0の2種類の線材を得た。加工度7.0の線材では、クロム繊維は最大径2.5μmで平均径0.7μmであった。この線材は、インストロン試験機で測定した機械的強度(引っ張り強度)が890MPaであり、長さ1mで4端子法により測定した導電率が70%IACSであった。また、加工度8.0の線材では、クロム繊維は最大径1.8μmで平均径0.5μmであった。この線材は、インストロン試験機で測定した機械的強度(引っ張り強度)が950MPaであり、長さ1mで4端子法により測定した導電率が65%IACSであった。尚、溶体化処理を施さなかった場合には、加工度ηが5以上となるように伸線することができなかった。
【0071】
以上のようにして得られた加工度ηが7.0及び8.0の2種類の線材をそれぞれ用いて、図7(c)で示すような被覆電線(20本の線材を1層横巻き)を製造した。この被覆電線について繰り返し屈曲試験したところ、0.3%スズ含有銅合金からなる線材を用いて同様にして製造された従来の被覆電線と比較して、50倍以上屈曲耐久性が優れていることが分かった。
【0072】
実施例2
高周波真空溶解炉を用いて、純度99.9の10%Cr、3%Ag、残部Cuの組成のインゴットを製造した。ルツボはマグネシア製のものを用い、鋳型は銅製のものを用いた。溶解温度は1300℃、保持時間は10分とした。溶解直前まで真空(5×10-2Torr)を保持し、次いでアルゴンを送入して溶解及び鋳造を行った。インゴットサイズは直径30mm、長さ320mmであり、これを18mmφまで面削した。このインゴットの組成分析値は次のとおりであった:
Cu・・・・87.3wt%
Cr・・・・・9.7wt%
Ag・・・・・3.0wt%
C・・・・・11.0ppm
O・・・・128.0ppm
N・・・・・・2.5ppm。
【0073】
このインゴットの金属組織写真は図4に示す通りであった。
【0074】
加工プロセスは、スエージ加工と穴ダイス冷間引き抜き伸線加工によった。面削により30mmφから18mmφとされたインゴットを、スエージ加工により6.7mmφまで加工した。この時の加工度ηは2.0である。次いで、穴ダイス冷間引き抜きを1回の加工度Δηが0.1となるようにして行い、加工度ηが4.0になるまで加工した。
【0075】
加工度4.0の時のクロム繊維のSEM像は図5に示す通りであった。
【0076】
次に、この加工度ηが4.0の段階で、900℃で30分間の溶体化処理を施した。
【0077】
次に、穴ダイス冷間引き抜きを上記と同様にして1回の加工度Δηが0.1となるようにして行い、加工度ηが8.0の線材を得た。
【0078】
加工度8.0の時のクロム繊維のSEM像は図6に示す通りであった。
【0079】
次に、この加工度ηが8.0の段階で、250℃で30分間の時効硬化処理を施した。得られた加工度8.0の線材は、インストロン試験機で測定した機械的強度(引っ張り強度)が1000MPaであり、長さ1mで4端子法により測定した導電率が70%IACSであった。尚、溶体化処理を施さなかった場合には、加工度ηが5以上となるように伸線することができなかった。
【0080】
以上のようにして得られた加工度ηが8.0の線材を用いて、図7(c)で示すような被覆電線(20本の線材を1層横巻き)を製造した。この被覆電線について繰り返し屈曲試験したところ、0.3%スズ含有銅合金からなる線材を用いて同様にして製造された従来の被覆電線と比較して、50倍以上屈曲耐久性が優れていることが分かった。
【0081】
なお、以上の実施例で銀の代わりにジルコニウムを使用した場合にも同様な結果が得られた。
【0082】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第1の伸線加工後に溶体化処理を行い、その後第2の伸線加工を施すことで、最終加工度を7以上とすることができ、これにより、クロム繊維強化を十分に有効なものとすることができ、導電性と屈曲耐久性との双方が高められた導電性材料を工業的規模で提供することが可能となり、この材料からなる高導電性で高屈曲耐久性の導電線を用いた可動電線を工業的規模で提供することができる。
【0083】
更に、本発明は、以上のような可動電線を用いることで、繰り返し屈曲に対する高い耐久性を持ち、軽量化が可能で運動性に優れ、長寿命が可能な可動ケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による可動電線を製造する際の、加工度の変化(加工の進行)に伴う複合材料の硬度の変化を示すグラフである。
【図2】加工の進行に伴うクロム繊維径の変化を示すグラフである。
【図3】本発明の第2の実施形態による可動電線を製造する際の、加工度の変化(加工の進行)に伴う複合材料の硬度の変化を示すグラフである。
【図4】合金材料の鋳造インゴットの金属組織の一例を示す図である。
【図5】第1伸線加工終了時(加工度ηが4.0)のクロム繊維を示すSEM像であるる。
【図6】第2伸線加工終了時(加工度ηが8.0)のクロム繊維を示すSEM像であるる。
【図7】本発明による可動電線の形態の具体例を示す模式図である。
【図8】本発明による可動ケーブルの形状の具体例を示す模式図である。
【符号の説明】
2 線材
4 撚り線
6 絶縁体
12 中心糸
22 中心紐
24 被覆電線
26 線状体
28 シース
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technology of electric wires and cables, and particularly relates to a movable electric wire and a movable cable excellent in conductivity and durability. Such a movable electric wire and a movable cable are suitably used for supplying an electric current for power or transmitting an electric signal for control through a movable part (arm) in an industrial robot, for example.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In an industrial robot, the arm moves in a complicated manner, so that a power supply cable or a signal transmission cable to a welding device or the like attached to the tip of the arm frequently undergoes a bending action at the arm joint portion. For this reason, in particular, a movable cable and a movable cable such as a robot cable and an electric wire used therefor are required to have high durability against bending in order to extend their life.
[0003]
On the other hand, in these movable electric wires and movable cables, as the mechanical operation speed of the movable portion to which they are attached is further improved, the conductive wires are required to be thinned to reduce the weight. Of course, there should be no reduction in bending durability even in this thinning.
[0004]
Conventionally, in industrial robots, tough pitch annealed copper wire has been mainly used as the electric wire constituting the movable cable as described above. The twisted tough pitch annealed copper wire is covered with an insulator to form a covered electric wire, and a plurality of these covered electric wires are further externally covered with a sheath to obtain a movable cable for a robot. And when durability is especially requested | required, the electric wire using what is called a highly durable copper alloy, such as a tin containing copper alloy, is used. This highly durable copper alloy wire has a durability about five times that of a tough pitch annealed copper wire.
[0005]
However, since conductivity and tensile strength are generally contradictory properties, increasing the content of the metal added to the copper alloy increases tensile strength but decreases conductivity. For example, pure copper has a conductivity of 100% IACS (International Annealed Copper Standard) and exhibits high conductivity, but has a tensile strength of 40 kg / mm. 2 It is as follows. In contrast, typical beryllium copper for springs has a tensile strength of 100 kg / mm. 2 As described above, the conductivity is 30% IACS or less.
[0006]
The tin-containing copper alloy wire described above is already used for a trolley wire or the like, but as the amount of tin added increases, the mechanical strength increases, but the conductivity decreases. For example, in the case of a 0.3% tin-containing copper alloy, the conductivity is 70% IACS, but in the case of a 0.6% tin-containing copper alloy having an increased strength, the conductivity is 50-60% IACS. Naturally, when the conductivity is low, the conductive wire diameter must be increased in order to suppress the generation of Joule heat. However, this is contrary to the demand for improving the mobility of the robot arm by reducing the weight based on thinning.
[0007]
Recently, as a material that has been proposed with the aim of satisfying both higher conductivity and higher bending durability, there is a so-called in-situ formed metal fiber reinforced copper matrix composite material.
[0008]
As an example, an ingot obtained by melting and casting alloy components such as copper and niobium that are hardly in solid solution with each other is hot or cold processed to form niobium fibers in situ to form a copper matrix. It is possible to make a reinforced wire or plate. Regarding this, for example, J. Org. Bevk et al. , J .; Appl. Phys. vol. 49 (1978) 6031.
[0009]
According to this, for example, in the case of copper-niobium, dendritic crystals of niobium are precipitated during casting, and this is stretched into fibers in situ by processing, which reinforces the copper matrix. However, niobium has a high melting point and requires melting by an arc furnace or electron beam melting, and there is a problem in productivity for industrial use.
[0010]
Recently, studies have been made on in-situ formed silver fiber reinforced copper matrix composites and in-situ formed chrome fiber reinforced copper matrix composites that do not use refractory metals such as niobium. For example, Y. Sakai et al. , Appl. Phys. Lett. , Vol. 59 (1991) 2965; Takeuchi et al. , J .; Less-Common Metals, vol. 157 (1990) 25.
[0011]
From the viewpoint of industrial implementation, it is preferable to use low-cost chromium compared to silver. However, in-situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material has a desired mechanical strength (bending durability) because chromium is brittle. However, it is not easy to make the chrome fiber diameter sufficiently small on an industrial scale by the conventionally proposed method. It has not been possible to achieve good mechanical strength in movable electric wires produced on a scale.
[0012]
In order to solve such problems caused by the brittleness of chromium, in the technique described in JP-A-9-235633, a ductile alpha iron phase other than chromium is interposed in a copper matrix, and the iron phase is processed. By transmitting the generated stress to the brittle chromium phase, the copper matrix is fibre-reinforced by stretching the chromium into finer fibers. In this method, fine chromium fibers can be formed in situ, but since an iron phase is interposed, when this extremely fine iron is dissolved in the copper matrix, the iron is compared with other elements. Since the electrical conductivity is extremely lowered, it is necessary to avoid solid solution of iron in copper, and it is extremely difficult to control the components for that purpose, which raises the manufacturing cost.
[0013]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the in-situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material due to the brittleness of chromium, and industrially provides a conductive material with improved both conductivity and bending durability. An object of the present invention is to provide a movable electric wire using a conductive wire having high conductivity and high bending durability using this material.
[0014]
Furthermore, an object of the present invention is to provide a movable cable that has high durability against repeated bending by using a movable electric wire as described above, can be reduced in weight, has excellent mobility, and can have a long life. Is.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the object as described above is achieved.
Using a wire composed of an in-situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material including a copper matrix and an in-situ formed fibrous chromium having an average diameter of 2.5 μm or less and an average diameter of 1.0 μm or less in the copper matrix A highly durable movable electric wire, characterized in that a conductive wire is formed,
Is provided.
[0016]
In one aspect of the invention, the in-situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite is 1-25% by weight chromium, with the balance being substantially copper.
[0017]
In addition, according to the present invention, the object as described above is achieved.
Conductive wires are formed using a wire composed of a copper matrix, an in situ formed fibrous chromium in the copper matrix, and an in situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material containing silver or zirconium dispersed in the copper matrix. A highly durable movable electric wire, characterized by being formed,
Is provided.
[0018]
In one embodiment of the present invention, the in-situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material has a chromium content of 1 to 25% by weight and a silver or zirconium content of 0.01 to 8% by weight with the balance being substantially copper. is there.
[0019]
In one aspect of the present invention, the in-situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material has a conductivity of 65% IACS or more and a tensile strength of 850 MPa or more.
[0020]
In one aspect of the present invention, the wire has a wire diameter of 300 μm or less.
[0021]
In one aspect of the present invention, the conductive wire is a bundle of a plurality of the wires.
[0022]
In one aspect of the present invention, the plurality of wires are twisted together.
[0023]
In one aspect of the present invention, an insulating coating layer is attached to the conductive wire.
[0024]
In addition, according to the present invention, the object as described above is achieved.
A highly durable movable cable comprising: a linear body including at least one of the above highly durable movable electric wires; and a sheath surrounding the linear body;
Is provided.
[0025]
Furthermore, according to the present invention, the object as described above is achieved.
An alloy material consisting essentially of copper with a chromium content of 1 to 25% by weight is swaged as necessary, then subjected to a first cold wire drawing, then solution treatment, and then second. A high-durability characterized by forming a wire chrome in-situ in a copper matrix to form a wire, and forming a conductive wire using at least one of the wires Manufacturing method of movable wire,
Is provided.
[0026]
In addition, according to the present invention, the object as described above is achieved.
An alloy material consisting of a chromium content of 1 to 25% by weight and a silver or zirconium content of 0.01 to 8% by weight and the balance substantially consisting of copper is optionally swaged and then first cold drawn. Processing, followed by solution treatment, followed by a second cold wire drawing, followed by age hardening, thereby forming fibrous chromium in situ in the copper matrix and silver or silver in the copper matrix. A method for producing a highly durable movable electric wire, characterized in that a wire is obtained by dispersing and precipitating zirconium, and a conductive wire is formed using at least one of the wires.
Is provided.
[0027]
In one aspect of the present invention, the cross-sectional area before processing in processing from the alloy material to the wire is A. 0 And the cross-sectional area after processing is A, and the processing degree η is ln (A 0 / A), the first wire drawing is performed until the degree of work η from the alloy material becomes 3-4.
[0028]
In one aspect of the present invention, the cross-sectional area before processing in processing from the alloy material to the wire is A. 0 And the cross-sectional area after processing is A, and the processing degree η is ln (A 0 / A), the second wire drawing is performed until the degree of work η from the alloy material becomes 7 or more.
[0029]
In one aspect of the present invention, each of the first wire drawing and the second wire drawing is performed by repeating a drawing process at which the degree of processing η per process is 0.01 to 0.5, a plurality of times. Run with.
[0030]
In one embodiment of the present invention, the solution treatment is performed by heating to 780 to 1000 ° C.
[0031]
In one aspect of the present invention, the age hardening treatment is performed by heating at 200 to 450 ° C. for 30 to 90 minutes.
[0032]
In addition, according to the present invention, the object as described above is achieved.
Forming a linear body using at least one highly durable movable electric wire manufactured by the above manufacturing method, and surrounding the linear body with a sheath;
Is provided.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
In the present invention, in order to obtain a highly conductive and highly durable in-situ formed chromium fiber reinforced copper-based composite material, the fiber diameter of the in-situ formed chromium fiber is reduced until a desired strength is obtained (thinning), The desired high bending resistance is provided by composite reinforcement with the thinned chromium fiber. And for that purpose, in the middle of wire drawing (for example, drawing using a die), a heat treatment that is contrary to common sense is applied as a treatment for increasing the strength of solution treatment. Although the hardness of the material once decreases by this solution treatment, the hardness can be restored by the subsequent cold wire drawing and further thinning can be achieved.
[0035]
FIG. 1 shows a change in the hardness of a composite material accompanying a change in processing degree (progress of processing) when manufacturing a movable electric wire according to the first embodiment of the present invention. The degree of processing is indicated by η, which indicates the cross-sectional area before processing of the composite material in the diameter reduction process such as wire drawing. 0 And the cross-sectional area after processing is A, and ln (A 0 / A).
[0036]
The component composition of the alloy material (composite material) used at the start of processing contains 1 to 25% by weight of chromium, and the balance is substantially made of copper. If the chromium content exceeds 25% by weight, the conductivity of the copper-based alloy material tends to decrease, and the desired conductivity tends not to be obtained. If the chromium content is less than 1% by weight, chromium is the second phase. It becomes difficult to exist, and it tends to be difficult to form the chromium fiber in situ.
[0037]
As shown in FIG. 1, the cast ingot of the alloy material as described above is first roughly machined by swaging until the degree of work η becomes m (for example, 2). The increase in the hardness Hv at this time is only a contribution due to work hardening.
[0038]
Next, cold wire drawing (first wire drawing) is performed. This first wire drawing process is preferably performed by repeating the drawing process using a hole die so that the processing degree Δη per time becomes 0.01 to 0.5. This is because the deformability of chrome must be able to follow the deformation of copper because the deformability of copper and the deformability of chromium are remarkably different. If this range is exceeded, only copper will be deformed and chromium will tend to break. Conversely, if it falls below this range, the working efficiency will tend to be extremely reduced.
[0039]
In FIG. 1, the shaded portion indicates the contribution due to fiber reinforced hardening. In FIG. 1, in the region up to point a, the increase in hardness mainly contributes to the reinforcement of the copper matrix by processing, and the contribution of chromium fiber reinforcement is relatively small. In the region between points a and b, the contribution of chromium fiber reinforcement by processing increases, and the contribution of work hardening slows down.
[0040]
When the degree of work η reaches n, solution treatment is performed. This solution treatment is performed, for example, by performing heat treatment at a temperature of 780 to 1000 ° C., for example, 900 ° C. for 30 minutes (the heating time may be sufficient to obtain a uniform temperature distribution). As a result, the copper matrix and the chromium phase enter the annealed state or the recrystallized state from the work-hardened state, and the hardness decreases from the b point to the b ′ point. In the state of this b 'point, only the contribution of fiber reinforced hardening remains. When the degree of work immediately before the start of solution treatment (work degree from the start of swaging) η exceeds 4, voids tend to start to form inside the material, and the degree of work immediately before the start of solution treatment When η exceeds 5, the voids inside the material become large, cracks are generated, breakage tends to occur and processing tends to be impossible. Accordingly, the solution treatment is preferably performed before such a state is reached. For example, the first wire drawing is preferably performed until the degree of work η is 3 to 4 (that is, n = 3 to 4). .
[0041]
Next, in the same manner as before the solution treatment, however, cold wire drawing (second wire drawing) is performed until the working degree η becomes p. This second wire drawing process is also preferably performed by repeating the drawing process using a hole die so that the processing degree Δη per time becomes 0.01 to 0.5. In the region from the point b ′ to the point c, the contribution due to work hardening increases due to reentry into the processed state, and at the same time, the contribution due to fiber reinforced hardening also occurs. The region from the point c to the point d mainly indicates the contribution of hardening due to the refinement of the chrome fibers due to the progress of processing. It can be seen that the hardness is further increased at the point d where the processing degree η becomes p than at the point b. The degree of processing η at the point p is 7 or more (that is, p> 7). In this second wire drawing, it is possible to process to a processing degree of about 8-9 (the diameter of the obtained wire can be 300 μm or less, for example, 50-100 μm), and the processing degree at the p point is The higher the value, the smaller the chrome fiber diameter, and the greater the strength improvement effect.
[0042]
In FIG. 2, the graph of the change of the chromium fiber diameter accompanying progress of a process is shown. This measurement was performed as follows. That is, a sample processed to a predetermined degree of processing is etched to remove copper, and only the chrome fibers are taken out and photographed by SEM. This photograph was converted into an image by digital processing, and the fiber diameter distribution was determined using an image analysis method.
[0043]
As shown in FIG. 2, when the processing degree η is 3, that is, when the processing degree after processing obtained by adding swage processing and cold drawing is 3, the diameter of the chromium fiber formed in situ in the copper matrix is about It varies greatly from 8.5 to 0.5 μm, and the average diameter is about 2.2 μm. This indicates that the ultra-small diameter chrome dendrite formed when the Cu-Cr alloy was cast was somewhat stretched into a fiber shape. Overall, the processing was insufficient and the fiberization itself was sufficient. Indicates that it has not been achieved.
[0044]
When the processing degree η after processing, which includes swage processing and cold wire drawing, is 4, the maximum diameter is somewhat smaller and the average diameter is also reduced accordingly, but the average diameter is still about 2 μm, which is still sufficient. I can't say that.
[0045]
When solution treatment is performed at this point, the maximum diameter is about 11 μm and the average diameter is about 2.8 μm.
[0046]
Subsequently, when the cold wire drawing is continued, the maximum diameter and the average diameter sequentially decrease as the workability η increases. When the workability η exceeds 7, the maximum diameter is 2.5 μm or less and the average diameter is 1 It becomes 0.0 μm or less (so-called submicron region), and required characteristics can be obtained. In general, the overall strength of an in-situ metal fiber reinforced composite material can be described by a term based on a so-called composite rule and a term in which the particle diameter in the Hall-Petch equation is replaced with the fiber diameter. In the latter term, the strength increases as the fiber diameter decreases, and the strength increases in proportion to the inverse of the square of the fiber diameter. When the average diameter of the chrome fibers is 1.0 μm or less, that is, in the submicron region, sufficient strength can be obtained. Specifically, when the maximum diameter of the chromium fibers formed in situ in the copper matrix is 2.5 μm or less and the average diameter is a submicron size, a tensile strength of 850 MPa or more and a conductivity of 65% IACS or more are achieved. When the maximum diameter of the chrome fiber exceeds 2.5 μm or the average diameter exceeds 1 μm, it is difficult to obtain the desired characteristics excellent in both strength and conductivity intended in the present invention. .
[0047]
The processing degree η at the end of the second wire drawing is 7 or more. In the present invention in which the solution treatment is performed in the middle of the wire drawing, it is possible to realize a processing degree of 7 or more, which is difficult to exceed the processing degree of 5 when the solution treatment is not performed. It was. As a result, the chrome fibers are sufficiently thin to effectively strengthen the chrome fibers, and industrial application of the movable wire of the present invention is achieved.
[0048]
FIG. 3 shows a change in hardness of the composite material accompanying a change in processing degree (progress of processing) when a movable electric wire according to the second embodiment of the present invention is manufactured. In this figure, the same terms as in FIG. 1 are used.
[0049]
In this embodiment, the component composition of the alloy material used at the start of processing contains 1 to 25% by weight of chromium and 8% by weight or less of silver or zirconium, and the balance is substantially made of copper. The chromium content rate range has the same significance as described in the first embodiment. When silver or zirconium exceeds 8% by weight, there is a tendency that the conductivity decrease due to electron scattering at the interface between these metal elements and the matrix becomes large.
[0050]
FIG. 4 shows an example of a metallographic photograph of a cast ingot of the above alloy material. It can be seen from FIG. 4 that the chrome dendrite is fine and has a favorable aspect for forming fine fibers in situ.
[0051]
As shown in FIG. 3, the cast ingot is swaged and roughed until the working degree η reaches m, then the first wire drawing is performed until the working degree η reaches n, and then the solution treatment. Then, the second wire drawing is performed. When the degree of work η reaches p, age hardening treatment for precipitation of silver or zirconium is performed, and then the second wire drawing is continued. The age hardening treatment for the precipitation of silver or zirconium is performed, for example, by heat treatment at a temperature of 200 to 450 ° C., for example, 250 ° C. for 30 to 90 minutes. This precipitation process moves from point d to point d ′, and the contribution due to precipitation hardening is superimposed.
[0052]
FIG. 5 shows an SEM image of the chromium fiber at the end of the first wire drawing (degree of processing η is 4.0). FIG. 5 was obtained by photographing with the copper matrix removed by etching and leaving only the chromium fibers. At this stage, it can be seen that the maximum diameter of the chromium fiber is coarse and the average diameter is not small.
[0053]
FIG. 6 shows an SEM image of the chromium fiber at the end of the second wire drawing (working degree η is 8.0). It can be seen from FIG. 5 that the chrome fibers are sufficiently fine.
[0054]
In this embodiment, the precipitation strengthening by silver or zirconium is superimposed together with the chromium fiber reinforcement, so that the heat treatment for precipitation does not cause the coarsening of the chromium fiber diameter and does not significantly impair the conductivity of copper. . This is because the precipitation rate of silver or zirconium in copper is relatively large, and the aging treatment for precipitation can be performed at a relatively low temperature, so that the coarsening of the chromium fiber diameter can be prevented.
[0055]
In this embodiment, both the fiber reinforcement and the precipitation of silver or zirconium contribute to the improvement of hardness, and based on this strengthening mechanism, it is possible to obtain a wire having high conductivity and high strength, particularly high bending durability. it can. Specifically, a tensile strength of 1000 MPa or more and a conductivity of 75% IACS or more can be achieved.
[0056]
Since the wire used for the movable electric wire of the present invention suppresses the deformation region to the elastic region and does not step into the plastic region, accumulation of plastic strain does not occur, and fatigue failure due to accumulation of plastic strain can be prevented. Thereby, industrial practical use of the movable electric wire of the present invention is achieved.
[0057]
In FIG. 7, the specific example of the form of the movable electric wire by this invention is shown typically.
[0058]
In FIG. 7A, reference numeral 2 denotes a wire manufactured as described in the first or second embodiment. Seven strands of this wire 2 are formed to form a stranded wire 4, and the stranded wire 4 is covered with an insulator 6 to form a covered electric wire. Examples of the material of the insulator 6 include polyethylene, polyvinyl chloride, polyester, polyurethane, and fluorine-based resin.
[0059]
In FIG.7 (b), the code | symbol 12 shows the center yarn which consists of a tetron yarn or a polyurethane yarn. Around the center yarn 12, a plurality of the stranded wires 4 described in FIG. 7 (a) are horizontally wound and covered with the insulator 6 described in FIG. 7 (a).
[0060]
In FIG. 7 (c), a plurality of wires 2 described in FIG. 7 (a) are formed in two layers around the center yarn 12 made of tetron yarn, polyurethane yarn or the like. It is coated with the insulator 6 described in (1). A plurality of horizontal windings of the wire 2 may be formed in one layer.
[0061]
Of course, the movable electric wire of the present invention is not limited to these forms, and any form may be used as long as it includes at least one wire as described above.
[0062]
FIG. 8 schematically shows a specific example of the shape of the movable cable according to the present invention.
[0063]
FIG. 8A is a perspective view, and FIG. 8B is a cross-sectional view thereof. In these drawings, reference numeral 22 denotes a central string, and reference numeral 24 denotes a covered electric wire as described in FIG. As the center string 22, for example, an aramid fiber can be used. A plurality of covered electric wires 24 are wound around the center string 22, thereby forming a linear body 26. The linear body 26 is surrounded by a sheath 28. Examples of the material of the sheath 28 include polyvinyl chloride, polyester, polyurethane, and rubber.
[0064]
Of course, the movable cable of the present invention is not limited to this form, and any form may be used as long as it includes at least one electric wire as described above. For example, the linear body 26 that does not include the center string 22, includes the inter-line interposition, or includes the air tube can be used.
[0065]
Applications suitable for the movable electric wire and the movable cable of the present invention include applications that particularly require bending durability. Examples of the industrial robot include a welding robot, a painting robot, a tube internal inspection robot, a window cleaning robot, and an underwater robot. Other applications include various machines with moving parts, such as NC controlled machine tools (lathes, milling machines, grinders, etc.), automatic warehouses with moving rods, printers with moving heads, and semiconductor device manufacturing processes. Examples of such devices (mounting machine [mounter], wafer moving machine, etc.).
[0066]
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
[0067]
Example 1 :
An ingot having a composition of 10% Cr with a purity of 99.9 and the balance Cu was produced using a high-frequency vacuum melting furnace. The crucible was made of magnesia, and the mold was made of copper. The dissolution temperature was 1300 ° C. and the retention time was 10 minutes. Vacuum (5x10 until just before dissolution) -2 Torr) was held, and then argon was introduced to dissolve and cast. The ingot size was 30 mm in diameter and 320 mm in length, and this was chamfered to 18 mmφ. The composition analysis values of this ingot were as follows:
Cu ... 90.3wt%
Cr: 9.7wt%
C ... 17.5ppm
O ... 100.8ppm
N: 2.3 ppm.
[0068]
The processing process was based on swaging and cold drawing and drawing of hole dies. An ingot that was changed from 30 mmφ to 18 mmφ by chamfering was processed to 6.7 mmφ by swaging. At this time, the working degree η is 2.0. Next, the hole die is cold-drawn so that the degree of processing Δη at one time becomes 0.1 and is processed until the degree of processing η becomes 4.0, that is, swaging and cold drawing of the hole die and cold drawing. Were processed until the total degree of processing after total processing was 4.0. At this stage, the maximum diameter of the chromium fibers was coarse and the average diameter was not small.
[0069]
Next, a solution treatment for 30 minutes was performed at 900 ° C. when the degree of processing η was 4.0.
[0070]
Next, the hole die was cold-drawn in the same manner as described above so that the degree of processing Δη at one time was 0.1, and two types of wires having the processing degree η of 7.0 and 8.0 were obtained. . In the wire rod having a degree of processing of 7.0, the chromium fiber had a maximum diameter of 2.5 μm and an average diameter of 0.7 μm. This wire had a mechanical strength (tensile strength) measured with an Instron testing machine of 890 MPa, a length of 1 m, and a conductivity measured by the 4-terminal method of 70% IACS. Further, in the wire rod having a degree of processing of 8.0, the chromium fiber had a maximum diameter of 1.8 μm and an average diameter of 0.5 μm. This wire had a mechanical strength (tensile strength) measured by an Instron testing machine of 950 MPa, a length of 1 m, and a conductivity measured by the 4-terminal method was 65% IACS. In addition, when the solution treatment was not performed, the wire was not drawn so that the degree of processing η was 5 or more.
[0071]
Using two types of wire rods having a workability η of 7.0 and 8.0 obtained as described above, respectively, a covered electric wire as shown in FIG. ) Was manufactured. When repeatedly bending test this coated electric wire, it is superior in bending durability by 50 times or more compared with a conventional coated electric wire manufactured in the same manner using a wire made of a 0.3% tin-containing copper alloy. I understood.
[0072]
Example 2 :
An ingot having a composition of 10% Cr, 3% Ag and the balance Cu was produced using a high-frequency vacuum melting furnace. The crucible was made of magnesia, and the mold was made of copper. The dissolution temperature was 1300 ° C. and the retention time was 10 minutes. Vacuum (5x10 until just before dissolution) -2 Torr) was held, and then argon was introduced to dissolve and cast. The ingot size was 30 mm in diameter and 320 mm in length, and this was chamfered to 18 mmφ. The composition analysis values of this ingot were as follows:
Cu ... 87.3wt%
Cr: 9.7wt%
Ag ... 3.0wt%
C ... 11.0ppm
O ... 128.0ppm
N ··· 2.5 ppm.
[0073]
The metal structure photograph of this ingot is as shown in FIG.
[0074]
The processing process was based on swaging and cold drawing and drawing of hole dies. An ingot that was changed from 30 mmφ to 18 mmφ by chamfering was processed to 6.7 mmφ by swaging. At this time, the working degree η is 2.0. Next, the hole die was cold-drawn so that the processing degree Δη of one time became 0.1, and was processed until the processing degree η became 4.0.
[0075]
The SEM image of the chromium fiber when the degree of processing was 4.0 was as shown in FIG.
[0076]
Next, a solution treatment for 30 minutes was performed at 900 ° C. when the degree of processing η was 4.0.
[0077]
Next, the hole die was cold-drawn in the same manner as described above so that the processing degree Δη of one time became 0.1, and a wire rod having a processing degree η of 8.0 was obtained.
[0078]
The SEM image of the chromium fiber when the degree of processing was 8.0 was as shown in FIG.
[0079]
Next, an age hardening treatment was performed at 250 ° C. for 30 minutes when the degree of processing η was 8.0. The obtained wire having a degree of processing of 8.0 had a mechanical strength (tensile strength) measured by an Instron testing machine of 1000 MPa, a length of 1 m, and a conductivity measured by the 4-terminal method was 70% IACS. . In addition, when the solution treatment was not performed, the wire was not drawn so that the degree of processing η was 5 or more.
[0080]
Using the wire having a degree of work η of 8.0 obtained as described above, a covered electric wire (20 wires was wound in one layer) as shown in FIG. 7C was manufactured. When repeatedly bending test this coated electric wire, it is superior in bending durability by 50 times or more compared with a conventional coated electric wire manufactured in the same manner using a wire made of a 0.3% tin-containing copper alloy. I understood.
[0081]
Similar results were obtained when zirconium was used instead of silver in the above examples.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the solution treatment is performed after the first wire drawing, and then the second wire drawing is performed, so that the final degree of processing can be 7 or more. Thus, it is possible to sufficiently enhance the chromium fiber reinforcement, and it is possible to provide a conductive material with improved conductivity and bending durability on an industrial scale. It is possible to provide a movable electric wire using a conductive wire having high bending durability, on an industrial scale.
[0083]
Furthermore, the present invention can provide a movable cable that has high durability against repeated bending, can be reduced in weight, has excellent mobility, and can have a long life by using the above-described movable electric wire.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a change in hardness of a composite material accompanying a change in processing degree (progress of processing) when manufacturing a movable electric wire according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a change in the chromium fiber diameter with the progress of processing.
FIG. 3 is a graph showing a change in hardness of a composite material with a change in processing degree (progress of processing) when manufacturing a movable electric wire according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing an example of a metal structure of a cast ingot of an alloy material.
FIG. 5 is an SEM image showing chromium fibers at the end of the first wire drawing (working degree η is 4.0).
FIG. 6 is an SEM image showing a chromium fiber at the end of the second wire drawing (working degree η is 8.0).
FIG. 7 is a schematic view showing a specific example of the form of the movable electric wire according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a specific example of the shape of the movable cable according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Wire rod
4 Stranded wire
6 Insulator
12 Center thread
22 Center string
24 covered wire
26 Linear body
28 sheath

Claims (17)

銅マトリックスと該銅マトリックス中のその場形成繊維状クロムと前記銅マトリックス中に分散せる銀またはジルコニウムとを含むその場形成クロム繊維強化銅基複合材料で構成されている線材を用いて導電線が形成されていることを特徴とする、高耐久性可動電線。Conductive wires are formed using a wire composed of a copper matrix, an in situ formed fibrous chromium in the copper matrix, and an in situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material containing silver or zirconium dispersed in the copper matrix. A highly durable movable electric wire characterized by being formed. 前記その場形成クロム繊維強化銅基複合材料はクロム含有率1〜25重量%で銀またはジルコニウムの含有率が0.01〜8重量%で残部実質的に銅であることを特徴とする、請求項1に記載の高耐久性可動電線。The in situ formation of chromium fiber reinforced copper matrix composite content of silver or zirconium chromium content 1-25% by weight and wherein the balance being substantially copper 0.01 to 8% by weight, wherein Item 4. The highly durable movable electric wire according to Item 1 . 前記その場形成クロム繊維強化銅基複合材料は導電率65%IACS以上で引っ張り強度850MPa以上であることを特徴とする、請求項1〜2のいずれかに記載の高耐久性可動電線。3. The highly durable movable electric wire according to claim 1 , wherein the in-situ formed chromium fiber reinforced copper matrix composite material has a conductivity of 65% IACS or more and a tensile strength of 850 MPa or more. 前記線材は線径300μm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の高耐久性可動電線。The highly durable movable electric wire according to claim 1 , wherein the wire has a wire diameter of 300 μm or less. 前記導電線は前記線材を複数束ねたものからなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の高耐久性可動電線。The highly durable movable electric wire according to any one of claims 1 to 4 , wherein the conductive wire is made of a bundle of a plurality of the wires. 前記複数の線材は撚り合わされていることを特徴とする、請求項5に記載の高耐久性可動電線。The highly durable movable electric wire according to claim 5 , wherein the plurality of wires are twisted together. 前記導電線に絶縁被覆層が付されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の高耐久性可動電線。The highly durable movable electric wire according to claim 1 , wherein an insulating coating layer is attached to the conductive wire. 請求項1〜7のいずれかに記載の高耐久性可動電線を少なくとも1つ含む線状体と該線状体を包囲するシースとを含んでなることを特徴とする、高耐久性可動ケーブル。A highly durable movable cable comprising: a linear body including at least one highly durable movable electric wire according to any one of claims 1 to 7 ; and a sheath surrounding the linear body. クロム含有率1〜25重量%で残部実質的に銅からなる合金材料を、第1の冷間伸線加工を施し、次いで溶体化処理し、しかる後に第2の冷間伸線加工を施すことより、銅マトリックス中で繊維状クロムをその場形成して線材を得、該線材を少なくとも1本用いて導電線を形成することを特徴とする、高耐久性可動電線の製造方法。The alloy material consisting of 1 to 25% by weight of chromium and the balance substantially consisting of copper is subjected to a first cold wire drawing, followed by a solution heat treatment, and then a second cold wire drawing. A method for producing a highly durable movable electric wire, characterized in that a fibrous chrome is formed in situ in a copper matrix to obtain a wire, and a conductive wire is formed using at least one of the wires. クロム含有率1〜25重量%で銀またはジルコニウムの含有率0.01〜8重量%で残部実質的に銅からなる合金材料を、第1の冷間伸線加工を施し、次いで溶体化処理し、しかる後に第2の冷間伸線加工を施し、次いで時効硬化処理することより、銅マトリックス中で繊維状クロムをその場形成し且つ銅マトリックス中に銀またはジルコニウムを分散析出せしめて線材を得、該線材を少なくとも1本用いて導電線を形成することを特徴とする、高耐久性可動電線の製造方法。An alloy material consisting of 1 to 25% by weight of chromium and a silver or zirconium content of 0.01 to 8% by weight and the balance substantially consisting of copper is subjected to a first cold wire drawing, followed by solution treatment. Then, by applying a second cold wire drawing process and then age hardening, fibrous chromium is formed in situ in the copper matrix and silver or zirconium is dispersed and precipitated in the copper matrix to obtain a wire. A method for producing a highly durable movable electric wire, wherein a conductive wire is formed using at least one of the wires. 前記時効硬化処理は200〜450℃で30〜90分間加熱することで行われることを特徴とする、請求項10に記載の高耐久性可動電線の製造方法。The method for producing a highly durable movable electric wire according to claim 10 , wherein the age hardening treatment is performed by heating at 200 to 450 ° C for 30 to 90 minutes. 前記第1の冷間伸線加工の前に、前記合金材料をスエージ加工することを特徴とする、請求項9〜11のいずれかに記載の高耐久性可動電線の製造方法。The method for producing a highly durable movable electric wire according to claim 9, wherein the alloy material is swaged before the first cold wire drawing. 前記合金材料から前記線材までの加工において加工前の断面積をA0とし且つ加工後の断面積をAとして加工度ηをln(A0/A)で定義した時に、前記第1の伸線加工を前記合金材料からの加工度ηが3〜4になるまで実行することを特徴とする、請求項9〜12のいずれかに記載の高耐久性可動電線の製造方法。In the processing from the alloy material to the wire rod, when the cross-sectional area before processing is A 0 and the cross-sectional area after processing is A and the processing degree η is defined as ln (A 0 / A), the first wire drawing The method for producing a highly durable movable electric wire according to any one of claims 9 to 12 , wherein the processing is performed until a processing degree η from the alloy material becomes 3 to 4. 前記合金材料から前記線材までの加工において加工前の断面積をA0とし且つ加工後の断面積をAとして加工度ηをln(A0/A)で定義した時に、前記第2の伸線加工を前記合金材料からの加工度ηが7以上になるまで実行することを特徴とする、請求項9〜13のいずれかに記載の高耐久性可動電線の製造方法。In the processing from the alloy material to the wire, when the cross-sectional area before processing is A 0 and the cross-sectional area after processing is A, and the processing degree η is defined as ln (A 0 / A), the second wire drawing The method for producing a highly durable movable electric wire according to any one of claims 9 to 13 , wherein the processing is performed until a processing degree η from the alloy material becomes 7 or more. 前記第1の伸線加工及び前記第2の伸線加工は、それぞれ1回あたりの加工度ηが0.01〜0.5となる引き抜き加工を複数回繰り返すことで実行することを特徴とする、請求項13〜14のいずれかに記載の高耐久性可動電線の製造方法。Each of the first wire drawing and the second wire drawing is performed by repeating a plurality of drawing operations each having a working degree η of 0.01 to 0.5. The manufacturing method of the highly durable movable electric wire in any one of Claims 13-14. 前記溶体化処理は780〜1000℃に加熱することで行われることを特徴とする、請求項9〜15のいずれかに記載の高耐久性可動電線の製造方法。The method for producing a highly durable movable electric wire according to any one of claims 9 to 15 , wherein the solution treatment is performed by heating to 780 to 1000 ° C. 請求項9〜16のいずれかに記載の製造方法により製造された高耐久性可動電線を少なくとも1つ用いて線状体を形成し、該線状体をシースで包囲することを特徴とする、高耐久性可動ケーブルの製造方法。 A linear body is formed using at least one highly durable movable electric wire manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 9 to 16 , and the linear body is surrounded by a sheath. Manufacturing method of high durability movable cable.
JP04344398A 1998-02-25 1998-02-25 High durability movable electric wire, high durability movable cable and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP3942123B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04344398A JP3942123B2 (en) 1998-02-25 1998-02-25 High durability movable electric wire, high durability movable cable and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04344398A JP3942123B2 (en) 1998-02-25 1998-02-25 High durability movable electric wire, high durability movable cable and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11242914A JPH11242914A (en) 1999-09-07
JP3942123B2 true JP3942123B2 (en) 2007-07-11

Family

ID=12663857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04344398A Expired - Fee Related JP3942123B2 (en) 1998-02-25 1998-02-25 High durability movable electric wire, high durability movable cable and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3942123B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001295011A (en) * 2000-04-05 2001-10-26 Hitachi Cable Ltd Bending resistant copper alloy wire and cable using the same
JP2002250799A (en) * 2001-02-23 2002-09-06 Ushio Inc Electron beam treatment device
JP6091912B2 (en) * 2013-01-30 2017-03-08 矢崎総業株式会社 Copper-chromium alloy wire and method for non-heating production of high ductility, high-strength copper-chromium alloy wire
CN113737051B (en) * 2021-09-06 2023-05-12 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 Preparation method of ultrahigh-strength copper-chromium-zirconium alloy

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11242914A (en) 1999-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2896708B1 (en) Aluminum alloy wire rod, alum1inum alloy stranded wire, sheathed wire, wire harness, and method for manufacturing aluminum alloy conductor
JP4177266B2 (en) High strength and high conductivity copper alloy wire with excellent stress relaxation resistance
TWI413132B (en) Electric wire conductor for wiring, electric wire for wiring, and method of producing these
JP4311277B2 (en) Manufacturing method of extra fine copper alloy wire
WO2016088889A1 (en) Aluminum alloy wire material, aluminum alloy stranded wire, covered electrical wire, wire harness, and method for producing aluminum alloy wire material
JP5195019B2 (en) Cu-Ag alloy wire, winding, and coil
JP3941304B2 (en) Super fine copper alloy wire, method for producing the same, and electric wire using the same
JP3454981B2 (en) Robot electric wire and robot cable using the same
JP3942123B2 (en) High durability movable electric wire, high durability movable cable and manufacturing method thereof
JP4947634B2 (en) Copper alloy
JP2002129262A (en) Extra-fine copper alloy wire and its production method
JP2004035940A (en) BRONZE MATERIAL FOR NB3Sn BASED SUPERCONDUCTING WIRE ROD, COMPOSITE MATERIAL FOR SUPERCONDUCTING WIRE ROD USING THE MATERIAL, AND SUPERCONDUCTING WIRE ROD
JP2006291271A (en) High-strength copper alloy material having excellent settling resistance, and method for producing the same
JP2001295011A (en) Bending resistant copper alloy wire and cable using the same
JP3856073B2 (en) Method for producing Cu-Ag alloy
CN111250560B (en) Preparation method of Cu-Ag alloy wire
JP5468872B2 (en) Metal-metal glass composite material, electrical contact member, and method for producing metal-metal glass composite material
JP4358395B2 (en) Method for producing chromium-zirconium-based copper alloy wire
CN1555065A (en) High strength high conductivity copper base composite material and its preparing method
JPH0689621A (en) Manufacture of high conductivity and high strength stranded wire
JPH09235633A (en) In situ fiber reinforced copper alloy with high strength and high electric conductivity
JP4742843B2 (en) Core wire for Nb3Sn superconducting wire, Nb3Sn superconducting wire, and manufacturing method thereof
JP3864868B2 (en) Aluminum alloy braided wire
Miyake et al. Application of in situ-formed metallic-fiber-reinforced copper matrix composites to cables used for robots
JPH10251774A (en) High electric conductivity and high strength copper matrix composite material and its production

Legal Events

Date Code Title Description
A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20041105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060629

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060825

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061012

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070328

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070402

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110413

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees