JP6103599B2 - 複合導体及びそれを使用した電線 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、産業用ロボットの駆動部の配線、自動車や航空機等の移動機械の配線に用いる耐屈曲性を備えた複合導体及びそれを使用した電線に関する。
従来、ロボットの駆動部の配線に用いるケーブルには専ら純銅製導体が用いられ、純銅製導体の素線の撚り合わせ構造の最適化等を図るケーブル設計技術と、純銅製導体を最適な線径まで縮径する伸線加工方法や最適な高分子被覆材料を選定して被覆する等のケーブル製造技術の両面から、ロボット用のケーブルとしての耐屈曲性能の確保が行われてきた。一方、近年のロボット動作の高速化等に伴って、耐屈曲性能に加えてロボット用のケーブルの軽量化を求める要求が強くなっている。
そこで、特許文献1には、軽量及び高導電性であり、銅被覆アルミニウム線よりも伸線加工性が優れた銅又は銅合金被覆アルミニウム合金線として、引張強さが24kgf/mm以上、導電率が58%IACS以上である高アルミニウム合金線(例えば、Al−0.4Mg−0.4Si)からなる芯材と、芯材を占積率10〜20%で覆う銅又は銅合金層とを有する銅又は銅合金被覆アルミニウム合金線が開示されている。
また、特許文献2には、銅線に比べて軽量で、屈曲性、引張強度にも優れる銅被覆アルミニウム複合素線よりなる自動車用電線の導体として、マグネシウム含有量2.2〜5.6重量%のアルミニウム−マグネシウム系合金からなる心材と、銅又は銅合金からなり心材の外側に積層される中間層と、ニッケル又はニッケル合金からなり中間層の外側に被覆される補強層とより構成され、全体の線径は1.5mm以下であり、全体断面積当たりの補強層の面積比率を3〜10%とした導体が開示されている。
更に、特許文献3には、可撓性、加工性を備え、伸線性が良好であり、高導電で、引張強度がある銅被覆アルミニウム線として、Si:0.2〜0.8質量%、Fe:0.36〜1.5質量%、Cu:0.2質量%以下、Mg:0.45〜0.9質量%、Ti:0.005〜0.03質量%を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金で形成されたアルミニウム合金線に、銅被覆を施した銅被覆アルミニウム合金線が開示されている。
特開平9−17237号公報 特開2010−157363号公報 特開2010−280969号公報
例えば、1回のロボット動作に2秒を要するとした場合、30日間の連続運転を行う場合のロボット動作回数は100万回を超える。一方、特許文献1、3のアルミニウム合金線や特許文献2のアルミニウム−マグネシウム系合金からなる心材に対して耐屈曲性試験(試験体に荷重100gを負荷した状態で、曲げ半径が15mm、折り曲げ角度範囲が±90度)を行った場合の破断回数は30万〜50万回程度である。また、特許文献1、3の被覆層や特許文献2の中間層を構成する、例えば銅に対して同様の耐屈曲性試験を行った場合の破断回数は50万〜100万回程度、特許文献2の補強層を構成する、例えばニッケルに対して同様の耐屈曲性試験を行った場合の破断回数は200万〜500万回程度である。このため、特許文献1〜3に記載されたアルミニウム合金線や導体を用いて作製したロボット用ケーブルは十分な耐屈曲性(例えば、耐屈曲性試験で500万回を超える破断回数)を備えておらず、ロボットを長期間に亘って安定して稼動させることができないという問題がある。
更に、ロボットを実際に運用していると、ロボットに突発的な荷重や衝撃が作用することがあり、突発的な荷重変動や衝撃がロボット用ケーブルに作用した場合、電線表層部に疵(マイクロクラック)が発生し易く、マイクロクラックの発生によりロボット用ケーブルの破断確率が増大して、設計性能(寿命)を達成できないという問題が生じる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、突発的な荷重変動や衝撃に対する破壊抵抗性を有すると共に高い耐屈曲性を備えた複合導体及びそれを使用した電線を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第1の発明に係る複合導体は、繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも155MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも450MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下(例えば、0.5μm以上、好ましくは1μm以上)のアルミニウムの結晶粒と、該結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下(例えば、0.5μm以上、好ましくは1μm以上)の銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、しかも、前記ナノ粒子Cは、アルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物であって、該ナノ析出物は、0.1質量%以上1質量%以下存在し、
衝撃力下破断回数が300万回以上となって、突発的な荷重や衝撃に対する破壊抵抗性と耐屈曲性を備えている。
ここで、「突発的な荷重や衝撃に対する破壊抵抗性と耐屈曲性」の条件を満たすには、300万回〜500万回(材料によって異なる)以上の動的駆動試験に耐えることが必要である。
前記目的に沿うの発明に係る複合導体繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10 回時の疲労強度が少なくとも155MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも250MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下(例えば、0.5μm以上、好ましくは1μm以上)のアルミニウムの結晶粒と、該結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下(例えば、0.5μm以上、好ましくは1μm以上)の銅の結晶粒からなる金属組織で構成され、しかも、前記ナノ粒子Cは、アルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物であって、該ナノ析出物は、0.1質量%以上1質量%以下存在し、
衝撃力下破断回数が300万回以上となって、突発的な荷重や衝撃に対する破壊抵抗性と耐屈曲性を備えている
ここで、前記ナノ粒子Cは、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は前記導電材料Aを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子であって、前記ナノ粒子Cは0.1質量%以上20質量%以下存在してもよい
更に、前記導電材料Aは前記アルミニウム基合金を含み、しかも、前記アルミニウム基合金は0.1質量%以上0.2質量%以下のジルコニウムを含んでいてもよい
そして、前記導電材料Aの前記金属組織には、1μm以下の結晶粒が断面積率で20%以上含まれていることが好ましい。
前記目的に沿うの発明に係る複合導体繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10 回時の疲労強度が少なくとも202MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも450MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下の銅の結晶粒を有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、前記導電材料Aの引張強度σに対する前記導電材料Bの引張強度σの強度比σ/σは1.6以上であって、
衝撃力下破断回数が300万回以上となって、突発的な荷重や衝撃に対する破壊抵抗性と耐屈曲性を備えている
ここで、前記導電材料Bを構成する前記金属組織の前記結晶粒の粒界には、0.1質量%以上20質量%以下のナノ粒子Dが存在することが好ましい。
そして、前記ナノ粒子Dは、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は前記導電材料Bを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子とすることができる。
第1、第3の発明に係る複合導体において、前記銅基合金は、銅銀合金、銅スズ合金、及び銅ニッケル合金のいずれか1とすることができる。
前記目的に沿う第の発明に係る複合導体は、繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも155MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも270MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、該結晶粒の粒界に存在する0.1質量%以上1質量%以下のアルミニウム−スカンジウムのナノ析出物とを有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、耐屈曲性を備えている。即ち、300万回以上の動的駆動試験に耐える。
ここで、前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下の銅又は銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銀又は銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成することができる。
また、前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下のアルミニウム又はアルミニウム基合金の結晶粒と、該結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銀又は銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、前記ナノ粒子Cは、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は前記導電材料Aを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子であって、前記ナノ粒子Cは0.1質量%以上20質量%以下存在するようにしてもよい。
前記目的に沿う第の発明に係る電線は、第1〜第3の発明に係る複合導体で形成され、線径が0.05mm以上0.5mm以下である複合素線を使用した電線であって、該電線をロボットの駆動部の配線用の電線に使用する。
前記目的に沿う第の発明に係る電線は、第の発明に係る複合導体で形成され、線径が0.05mm以上0.5mm以下である複合素線を使用した電線であって、該電線を航空機又は自動車の配線用の電線に使用する。
第1〜第3の発明に係る複合導体において、複合導体の疲労破壊は、外層の表層部に発生した疵(マイクロクラック)から疲労き裂が成長し、この疲労き裂が外層を通過して内層へ伝播することにより生じる。このため、外層を形成する導電材料Bの引張強度を、少なくとも250MPaとすることにより、例えば、産業用ロボットの実使用において想定される突発的な荷重変動や衝撃力が外部から複合導体に作用しても、複合導体の表層部(外層)に疲労き裂の起点となる微き裂(疵)の発生を防止できる。そして、内層を形成する導電材料Aに繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を少なくとも150MPaとすることで、導電材料Aが、例えば、300万回〜500万回以上(材料によって異なる)の動的駆動に耐えることを保証できる。その結果、複合導体を、産業用ロボットの駆動部の配線用の素材に使用することができる。
第1、第2の発明に係る複合導体、導電材料Aが、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成されているので、導電材料A内の疲労き裂は、伝播する際に結晶粒と頻繁に衝突し、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進されて、疲労き裂が一方向に進展する際の速度が低下し、更にナノ粒子Cに疲労き裂が衝突すると、疲労き裂はナノ粒子Cによりピン止めされるため、疲労き裂の進展速度が更に低下する。これにより、導電材料A内に発生する疲労き裂の長さが小さくなり、繰り返し回数10回時の疲労強度を少なくとも150MPaとすることができる。
また、導電材料Bが、平均粒径が2μm以下の銅又は銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成されているので、引張強度が少なくとも250MPaである条件を容易に達成することができると共に、外層を構成する結晶粒の層数が2層以上になって、突発的な荷重変動や衝撃力が外部から外層に作用しても、外層を貫通するき裂の発生を防止できる。
また、ナノ粒子Cが、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は導電材料Aを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子であって、ナノ粒子Cが0.1質量%以上20質量%以下存在する場合、特性や用途に応じて、導電材料Aに最適な特性を与えることができる。
ここで、ナノ粒子Cが、0.1質量%未満では、ナノ粒子Cの量が少なくなって、疲労き裂のピン止め効果が低下するので好ましくない。一方、ナノ粒子Cが、20質量%を超えると、粒界に存在するナノ粒子Cが多くなって、疲労き裂のピン止め効果は向上するが、導電性が大幅に低下し、導電材料としての機能が低下するので好ましくない。
第1、第2の発明に係る複合導体、ナノ粒子Cが、アルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物であるので、ナノ析出物により、内層を構成する金属組織の結晶粒の粒成長を抑制することができ、結晶粒の平均粒径を2μm以下にすることが容易にできる。
また、ナノ析出物が、0.1質量%以上1質量%以下存在するので、導電材料Aの導電性の低下を抑制しながら、き裂のピン止め効果を達成することができる。ここで、ナノ析出物が0.1質量%未満では、き裂のピン止め効果が低下し、ナノ析出物が1.0質量%を超えると、粒界に存在するナノ析出物が多くなって導電性が低下するため好ましくない。
導電材料Aがアルミニウム基合金を含み、アルミニウム基合金が0.1質量%以上0.2質量%以下のジルコニウムを含む場合、ジルコニウムが導電材料Aの結晶粒内及び粒界に存在し、内層が高温の熱履歴を受けても引張強度の低下を防止できる。ここで、ジルコニウム含有量が0.1質量%未満では、引張強度の低下防止が図れず、ジルコニウムの含有量が0.2質量%を超えると導電性が低下するので好ましくない。
第1、第2の発明に係る複合導体において、導電材料Aの金属組織に、1μm以下の結晶粒が断面積率で20%以上含まれている場合、疲労き裂が導電材料Aの金属組織内を伝播する際に、結晶粒との衝突頻度が向上し、疲労き裂の偏向、き裂分岐を更に促進することができ、疲労き裂の進展に伴う抵抗が大きくなって、疲労き裂の進展速度を更に低下させることができる。
の発明に係る複合導体、導電材料Aが、平均粒径が2μm以下の銅の結晶粒を有する金属組織で構成されるので、導電材料A内の疲労き裂は、伝播する際に結晶粒と頻繁に衝突し、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進されて、疲労き裂が一方向に進展する際の速度が低下して、導電材料A内に発生する疲労き裂の長さが小さくなり、繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも150MPaである条件を容易に達成することができる。
また、導電材料Bが、平均粒径が2μm以下の銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成されるので、引張強度が少なくとも250MPaである条件を容易に達成することができると共に、外層を構成する結晶粒の層数が2層以上になって、突発的な荷重変動や衝撃力が外部から外層に作用しても、外層を貫通するき裂の発生を防止できる。
そして、導電材料Aの引張強度σに対する導電材料Bの引張強度σの強度比σ/σが1.6以上であるので、導電材料Aと導電材料Bを銅系材料として、導電材料Aにおける繰り返し回数10回時の疲労強度が150MPa以上の条件と、導電材料Bにおける引張強度が250MPa以上の条件を両立することができる。
の発明に係る複合導体において、導電材料Bを構成する金属組織の結晶粒の粒界に、0.1質量%以上20質量%以下のナノ粒子Dが存在する場合、粒界に沿って進展するき裂を、ナノ粒子Dによってピン止めすることができ、き裂の進展速度の低下を図ることができる。ここで、ナノ粒子Dが、0.1質量%未満では、ナノ粒子Dの量が少なくなってき裂のピン止め効果が低下し、ナノ粒子Dが、20質量%を超えると、粒界に存在するナノ粒子Dが多くなって、導電材料Bの変形性が低下するため好ましくない。
の発明に係る複合導体において、ナノ粒子Dが、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は前記導電材料Bを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子である場合、特性や用途に応じて、導電材料Bに最適な特性を与えることができる。
第1、第3の発明に係る複合導体において、銅基合金が、銅銀合金、銅スズ合金、及び銅ニッケル合金のいずれか1である場合、複合導体において、端子接続性やはんだ作業性等の付帯特性の向上を図ることができる。
の発明に係る複合導体において、複合導体の疲労破壊は、外層の表層部に発生した疵(マイクロクラック)から疲労き裂が成長し、この疲労き裂が外層を通過して内層へ伝播することにより生じる。このため、引張強度が少なくとも150MPaである導電材料Bで外層を形成することにより、実使用時に内層を保護することができる。そして、内層を形成する導電材料Aに繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を少なくとも150MPaとすることで、導電材料Aが、例えば、300万回以上の動的駆動に耐えることを保証できる。その結果、複合導体を、例えば、航空機や自動車等の移動機械のように、低周波の振動が常時作用する配線用の素材に使用することができる。
の発明に係る複合導体、導電材料Aが、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、結晶粒の粒界に存在する0.1質量%以上1質量%以下のアルミニウム−スカンジウムのナノ析出物とを有する金属組織で構成されるので、導電材料A内の疲労き裂は、伝播する際に結晶粒と頻繁に衝突し、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進されて、疲労き裂が一方向に進展する際の速度が低下し、更にナノ析出物に疲労き裂が衝突すると、疲労き裂はナノ析出物によりピン止めされるため、疲労き裂の進展速度が更に低下する。これにより、導電材料A内に発生する疲労き裂の長さが小さくなり、繰り返し回数10回時の疲労強度を少なくとも150MPaとすることができる。ここで、ナノ析出物が0.1質量%未満では、き裂のピン止め効果が低下し、ナノ析出物が1質量%を超えると、粒界に存在するナノ析出物が多くなって導電性が低下するため好ましくない。
また、導電材料Bが、平均粒径が2μm以下の銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成されているので、引張強度が少なくとも150MPaである条件を容易に達成することができると共に、外層を構成する結晶粒の層数が2層以上になって、外層をき裂が貫通するのを抑制できる。そして、導電材料Bが銀基合金であるため、複合導体において、端子接続性やはんだ作業性等の付帯特性の向上を図ることができる。
また、導電材料Aが、平均粒径が2μm以下の銅又は銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成される場合、導電材料A内の疲労き裂は、伝播する際に結晶粒と頻繁に衝突し、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進されて、疲労き裂が一方向に進展する際の速度が低下するので、導電材料A内に発生する疲労き裂の長さが小さくなり、繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも150MPaである条件を容易に達成することができる。そして、導電材料Aが銅又は銅基合金であるため、リサイクル回収材を用いて、内層を形成することもでき、低価格化を図ることができる。
また、導電材料Bが、平均粒径が2μm以下の銀又は銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成されている場合、引張強度が少なくとも150MPaである条件を容易に達成することができると共に、外層を構成する結晶粒の層数が2層以上になって、外層をき裂が貫通するのを抑制できる。そして、導電材料Bが銀又は銀基合金であるため、複合導体において、端子接続性やはんだ作業性等の付帯特性の向上を図ると同時に、表皮効果を伴う高周波信号伝送特性の向上を比較的少ない銀使用量にて実現することができる。
導電材料Aが、平均粒径が2μm以下のアルミニウム又はアルミニウム基合金の結晶粒と、結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成されている場合、導電材料A内の疲労き裂は、伝播する際に結晶粒と頻繁に衝突し、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進されて、疲労き裂が一方向に進展する際の速度が低下し、更にナノ粒子Cに疲労き裂が衝突すると、疲労き裂はナノ粒子Cによりピン止めされるため、疲労き裂の進展速度が更に低下する。これにより、導電材料A内に発生する疲労き裂の長さが小さくなり、繰り返し回数10回時の疲労強度を少なくとも150MPaとすることができる。
また、導電材料Bが、平均粒径が2μm以下の銅又は銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成されている場合、引張強度が少なくとも150MPaである条件を容易に達成することができると共に、外層を構成する結晶粒の層数が2層以上になって、突発的な荷重変動や衝撃力が外部から外層に作用しても、外層を貫通するき裂の発生を防止できる。
そして、ナノ粒子Cが、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は導電材料Aを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子であって、ナノ粒子Cが0.1質量%以上20質量%以下存在する場合、特性や用途に応じて、導電材料Aに最適な特性を与えることができる。ここで、ナノ粒子Cが、0.1質量%未満では、ナノ粒子Cの量が少なくなって、疲労き裂のピン止め効果が低下するので好ましくない。一方、ナノ粒子Cが、20質量%を超えると、粒界に存在するナノ粒子Cが多くなって、疲労き裂のピン止め効果は向上するが、導電性が大幅に低下し、導電材料としての機能が低下するので好ましくない。
の発明に係る電線は、第1〜第3の発明に係る複合導体で形成され、線径が0.05mm以上0.5mm以下である複合素線を使用しているので、電線に繰り返し曲げが負荷された際に複合素線に生じるひずみを小さくすることができると共に、複合素線に突発的な荷重や衝撃が作用しても複合素線の表層部に疵が発生するのを抑制することができ、電線の早期断線を防止することができる。このため、この電線をロボットの駆動部の配線用の電線に使用と、ロボットの信頼性を向上させることができると共に、メンテナンス負担を軽減することができる。
の発明に係る電線は、第の発明に係る複合導体で形成され、線径が0.05mm以上0.5mm以下である複合素線を使用しているので、電線に繰り返し曲げが負荷された際に複合素線に生じるひずみを小さくすることができ、電線に低周波の振動が常時作用しても、電線の早期断線を防止することができる。このため、この電線を航空機又は自動車の配線用の電線に使用すると、航空機又は自動車の信頼性を向上させることができると共に、メンテナンス負担を軽減することができる。
本発明の第1の実施例に係る複合導体の組織の説明図である。 本発明の第2の実施例に係る複合導体の組織の説明図である。 本発明の第3の実施例に係る複合導体の組織の説明図である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第1の実施例に係る複合導体10は、図1に示すように、繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも150MPaである導電材料Aの一例であるアルミニウムからなる内層11と、内層11を被覆し、引張強度がアルミニウムより大きく、少なくとも250MPaである導電材料Bを構成する銅基合金の一例である銅銀合金からなる外層12とを有している。
ここで、アルミニウムは、例えば0.3質量%未満の不可避的不純物を含み、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒13を有する金属組織で構成されている。なお、不可避的不純物の一部は結晶粒13内に固溶し、残部は粒界14に存在している。結晶粒13の平均粒径を2μmに制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmの結晶粒13から構成され、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を150MPaにすることができる。そして、金属組織中に1μm以下の結晶粒13が断面積率で20%含まれるようにすることで、結晶粒13の平均粒径を1.5μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を200MPaとすることができる。また、1μm以下の結晶粒13が断面積率で50%含まれるようにすることで、結晶粒13の平均粒径を1.2μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を220MPaとすることができる。
また、銅銀合金は、1質量%以上10質量%以下の銀を含み、残部が銅と不可避的不純物(不可避的不純物の含有量は、例えば0.1〜0.35質量%)からなり、平均粒径が2μm以下の結晶粒15からなる金属組織で構成されている。なお、不可避的不純物の一部は結晶粒15内に固溶し、残部は粒界16に存在している。結晶粒15の平均粒径を2μm以下に制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmの結晶粒15から構成され、引張強度を450MPaにすることができる。
外層12の厚さは、複合導体10の用途及び要求特性(例えば、導電率値の範囲、引張強度値の範囲)に応じてその都度決定されるが、複合導体10を断面円形とした場合、内層11の直径に対する外層12の厚さの比は、一般的には、0.05〜0.2の範囲としている(以下、同様)。例えば、複合導体10の直径が120μmの場合、外層12の厚さは5〜20μm、複合導体10の直径が80μmの場合、外層12の厚さは5〜15μm、複合導体10の直径が50μmの場合、外層12の厚さは5〜10μmである。このため、外層12を構成する結晶粒15の平均粒径を2μm以下に制御することで、外層12の金属組織を最大粒径が4μmの結晶粒15から構成することができ、外層12を2層以上の結晶粒15から構成することができる。その結果、外層12に外力が作用しても、外層12を貫通するき裂の発生を抑制することができる。
続いて、複合導体10の製造方法について説明する。
純度が99.9質量%以上のアルミニウムからなる内層用の導電材料ブロックを作製し、この導電材料ブロックから、例えば直径が10mmのロッドを切削加工により形成する。また、純度が99.9質量%以上の銅と、純度が99質量%以上の銀を用いて、銀が1〜10質量%含有される銅銀合金からなる外層用の導電材料ブロックを鋳造し、この導電材料ブロックを用いて厚さが、例えば1mmのテープ材を形成する。そして、ロッドとテープ材をそれぞれ清浄化処理した後、ロッドの外側にテープ材をロッドと同心状となるように配置して、ロッドがテープ材で被覆された状態の複合ロッドを形成する。なお、ロッドをテープ材で被覆する作業は、ロッドの表面の酸化を防止するため、雰囲気制御された状態で行う。また、必要に応じ、同心状に配置した後、テープ材の突合せ部分をガス溶接等で連続的に溶着して管状にしてもよい。
次いで、複合ロッド(テープ材)の外周側から圧力(例えば、100〜1000MPa)を加えることでロッドとテープ材を機械的に圧接(一体化)する。そして、ロッドとテープ材が一体化した状態の複合ロッドを、例えば外径が1〜2mm程度となるように圧延してワイヤとした後、300〜500℃で0.1〜5時間、例えば350℃で1時間の熱処理を行う。熱処理を行うことにより、等軸晶の形成が促進され、平均結晶粒の微細化並びに1μm以下の微細な結晶粒の形成確率が向上し、平均粒径2μm以下のアルミニウムの結晶粒からなる内層11と、平均粒径2μm以下の銅基合金の結晶粒からなる外層12とを有する複合導体10が形成される。続いて、複合導体10のダイス伸線加工を行って、線径が0.05mm以上0.5mm以下の複合素線を形成し、複合素線から縒り線を形成し電線を作製する。
ロッドとテープ材を一体化する場合、ロッド及びテープ材のいずれか一方又は両方を加熱(例えば、ロッドの融点の40〜70%、あるいはテープ材の融点の40〜70%にそれぞれ相当する温度まで加熱)してもよい。加熱することで、塑性変形が促進され、ロッドとテープ材の圧接が促進される。なお、複合ロッドの加熱は、複合ロッドを加熱炉に装入しても、複合ロッドに電流を流し複合ロッドを発熱させてもよい。更に、ロッド及びテープ材の間に、例えばインサート材(例えばろう材等の接合用合金)等の金属融着材を介在させ、複合導体10を形成した際、内層11と外層12が融着層を介して一体化するようにしてもよい。内層11と外層12の間に融着層を介在させることで、一体成形を促進することができる。
ここで、加工前の材料の断面積をS、加工後の材料の断面積をSとして、加工度をln(S/S)で定義した場合、複合ロッドの圧延によりワイヤを形成する際の加工度を3〜4とした後に、等軸晶形成を促進するための熱処理(例えば、熱処理温度はロッドの融点の30〜70%)を行い、その後、ダイス伸線加工によりワイヤから複合素線を形成する際の加工度を4〜6、好ましくは5〜6とすることにより、内層11の金属組織を構成する結晶粒13の平均粒径が2μm、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μmとなる。なお、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を4〜7、好ましくは6.5〜7とすることにより、内層11の金属組織を構成する結晶粒13の平均粒径が1.5μmで、1μm以下の結晶粒13が存在する割合が断面積率で20%、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下となる。また、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を5〜8、好ましくは7を超え8以下とすることにより、内層11の金属組織を構成する結晶粒13の平均粒径が1.2μmで、1μm以下の結晶粒13が存在する割合が断面積率で50%となり、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下となる。その結果、内層11と外層12をそれぞれ構成する金属組織の結晶粒のサイズに大きな差は存在しないようにすることができる。
本発明の第1の実施例に係る複合導体10では、外層12を、銅に銀を加えた銅基合金で構成すると共に、結晶粒15の平均粒径を2μm以下とするため、外層12の引張強度は250MPa以上となる。このため、複合素線(外層)に繰り返し応力が負荷される条件下で、突発的衝撃力が作用しても、外層12におけるマイクロクラックの発生を抑制することができる。更に、外層12に疲労き裂が形成されても、外層12を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下のため、単位体積の外層に含まれる結晶粒15の個数が多くなって、疲労き裂が伝播する際に疲労き裂は結晶粒15と頻繁に衝突することになる。このため、疲労き裂が進展する際、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進され、疲労き裂が一方向に進展する際の速度が低下することになって、疲労き裂が外層12を貫通するのに要する時間が長くなる(外層12は、繰り返し応力の負荷に対する高い耐屈曲性(破断までの繰り返し曲げ回数、即ち破断回数)を有する)。
そして、疲労き裂が外層12を貫通して内層11の表面に達した場合、外層12と内層11は一体化しているため、疲労き裂は内層11内に進展する。ここで、内層11を構成する結晶粒13の平均粒径は2μm以下のため、単位体積の内層11に含まれる結晶粒13の個数が多くなって、疲労き裂が伝播する際に疲労き裂は結晶粒13と頻繁に衝突する。このため、疲労き裂が進展する際、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進され、疲労き裂が一方向に進展する際の速度を低下させ、内層11では疲労き裂が進展し難くなる。その結果、内層11に繰り返し応力を負荷する疲労試験を実施した場合、繰り返し回数10回時の疲労強度が150MPa以上となる。ここで、内層11の金属組織において、1μm以下の結晶粒13が断面積率で20%以上であると、単位体積の内層11に含まれる結晶粒13の個数が更に増大し、疲労き裂と結晶粒13との衝突が顕著になって、疲労き裂の偏向及びき裂分岐が促進する。これにより、内層11では疲労き裂が更に進展し難くなる。
本発明の第1の実施例に係る複合導体10で形成した複合素線(0.05mm以上0.5mm以下の線径)を使用した電線を、非静置状態下の配線、例えば、ロボットの駆動部の配線に使用する電線に使用すると、複合素線は、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒13からなる内層11の外側に、平均粒径が2μm以下の銅基合金の結晶粒15からなり、引張強度が250MPa以上の外層12が存在しているので、内層11がアルミニウムであることに伴う電線の軽量化及び高柔軟性に加えて、複合素線に突発的衝撃力が負荷されても、外層12におけるマイクロクラックの発生防止を図ることができると共に、外層12でのマイクロクラックの疲労き裂への成長と成長した疲労き裂の外層12での進展を抑制することができる。更に、外層12を貫通した疲労き裂が内層11に進展しても、内層11における疲労き裂の進展を抑制できる。その結果、電線の突発的な断線を防止でき、ロボットを長期間に(例えば、電線の疲労寿命データから推定される設計稼動期間)亘って安定して稼動させることができ、ロボットの信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
本発明の第2の実施例に係る複合導体17は、図2に示すように、内層18が、アルミニウムと不可避的不純物(不可避的不純物の含有量は、例えば0.1〜0.35質量%)からなり、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒19と、結晶粒19の粒界20に存在するナノ粒子Cの一例であるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物(AlSc析出粒子)21とを有する金属組織で構成され、内層18は銅銀合金からなる外層12で被覆されている。なお、不可避的不純物の一部は結晶粒19内に固溶し、残部は粒界20に存在している。
結晶粒19の平均粒径を2μmに制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmの結晶粒19から構成され、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を300MPaにすることができる。そして、金属組織中に1μm以下の結晶粒19が断面積率で20%含まれるようにすることで、結晶粒19の平均粒径を1.5μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を330MPaとすることができる。また、1μm以下の結晶粒13が断面積率で50%含まれるようにすることで、結晶粒19の平均粒径を1.2μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を350MPaとすることができる。
続いて、複合導体17の製造方法について説明する。
純度が99.9質量%以上のアルミニウムと、純度が99質量%以上のスカンジウムを用いて、スカンジウムが0.27〜0.32質量%含有されるアルミニウムを鋳造して、内層用の導電材料ブロックを作製する。次いで、250〜450℃で0.5〜30時間、例えば350℃で1時間の時効処理を行った導電材料ブロックから、例えば直径が10mmのロッドを切削加工により作製する。そして、ロッドと第1の実施例で用いたものと同様のテープ材をそれぞれ清浄化処理した後、ロッドの外側にテープ材をロッドと同心状となるように配置して、ロッドがテープ材で被覆された状態の複合ロッドを形成する。なお、ロッドをテープ材で被覆する作業は、ロッドの表面の酸化を防止するため、雰囲気制御された状態で行う。また、必要に応じ、同心状に配置した後、テープ材の突合せ部分をガス溶接等で連続的に溶着して管状にしてもよい。
次いで、複合ロッド(テープ材)の外周側から圧力(例えば、100〜1000MPa)を加えることでロッドとテープ材を機械的に圧接(一体化)する。続いて、ロッドとテープ材が一体化した複合ロッドを、例えば外径が1.5〜2mm程度となるように圧延してワイヤを形成し、300〜500℃で0.1〜5時間、例えば350℃で1時間の熱処理を行う。熱処理を行うことにより、等軸晶の形成が促進され、平均結晶粒の微細化並びに1μm以下の微細な結晶粒の形成確率が向上し、平均粒径2μm以下のアルミニウム又はアルミニウム基合金の結晶粒19とナノ析出物21を有する内層18と、平均粒径2μm以下の銅基合金の結晶粒15からなる外層12とを有する複合導体17が形成される。続いて、複合導体17のダイス伸線加工を行って、線径が0.05mm以上0.5mm以下の複合素線を形成し、複合素線から縒り線を形成し電線を作製する。
ロッドとテープ材を一体化する場合、ロッド及びテープ材のいずれか一方又は両方を加熱(例えば、ロッドの融点の40〜70%、あるいはテープ材の融点の40〜70%にそれぞれ相当する温度まで加熱)してもよい。加熱することで、塑性変形が促進され、ロッドとテープ材の圧接が促進される。なお、複合ロッドの加熱は、複合ロッドを加熱炉に挿入しても、複合ロッドに電流を流し複合ロッドを発熱させてもよい。更に、ロッド及びテープ材の間に、例えばインサート材等の金属融着材を介在させ、複合導体17を形成した際、内層18と外層12が融着層を介して一体化するようにしてもよい。内層18と外層12の間に融着層を介在させることで、固着を促進することができる。
ここで、複合ロッドの圧延によりワイヤを形成する際の加工度を3〜4とした後に、等軸晶形成を促進するための熱処理(例えば、熱処理温度はロッドの融点の30〜70%)を行い、その後、ダイス伸線加工によりワイヤから複合素線を形成する際の加工度を、例えば、4〜6、好ましくは5〜6とすることにより、内層18の金属組織を構成する結晶粒19の平均粒径が2μm、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μmとなる。なお、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を4〜7、好ましくは6.5〜7とすることにより、内層18の金属組織を構成する結晶粒19の平均粒径が1.5μmで、1μm以下の結晶粒19が存在する割合が断面積率で20%、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下となる。また、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を5〜8、好ましくは7を超え8以下とすることにより、内層18の金属組織を構成する結晶粒19の平均粒径が1.2μmで、1μm以下の結晶粒19が存在する割合が断面積率で50%となり、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下となる。
本発明の第2の実施例に係る複合導体17は、外層12を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下であり、外層12の引張強度が250MPa以上であること、内層18を構成する結晶粒19の平均粒径が2μm以下であり、1μm以下の結晶粒19の割合を制御する(断面積率で20%以上にする)ことに伴う作用効果は、第1の実施例に係る複合導体10の作用効果と同一であるので説明は省略する。以下、第2の実施例に係る複合導体17の特徴であるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物21を0.1〜1質量%含有することに関する作用効果について説明する。
導電材料ブロックの時効処理中に、アルミニウムの結晶粒19内及び粒界20に存在しているスカンジウムはアルミニウムと反応して、ナノサイズのAlScのナノ析出物21として粒界20に析出する。なお、金属組織中に存在するナノ析出物21の調査から、添加したスカンジウムのほぼ全量がアルミニウムと反応してAlSc析出粒子を生成していることが確認できた。ここで、時効処理温度及び時効処理時間の範囲内で、温度及び時間を選択することで、ナノ析出物21の平均粒径を、例えば5〜50nmの範囲で調整できる。ナノ析出物21が生成することにより、内層18を構成する金属組織の結晶粒19の粒成長が抑制され、結晶粒19の平均粒径を2μm以下にすることが容易となる。
そして、結晶粒19の粒界20にナノサイズのナノ析出物21が生成していると、粒界20に沿って進展する疲労き裂の先端がナノ析出物21に衝突し、疲労き裂の先端がナノ析出物21によりピン止めされて疲労き裂の進展停止が起こり、疲労き裂の進展速度低下が更に促進される。ここで、ナノ析出物21の含有量が0.1質量%未満では、生成するナノ析出物21の量が少なくなって、疲労き裂のピン止め効果が低下する。一方、ナノ析出物21の含有量が1.0質量%を超えると、粒界20に存在するナノ析出物21が多くなって、疲労き裂のピン止め効果は向上するが、導電性が低下し、導電材料としての機能が低下する。このため、ナノ析出物21の含有量を0.1〜1.0質量%の範囲とした。
生成するナノ析出物21の総量はスカンジウムの含有量で決まるので、ナノ析出物21の個数が増加するとナノ析出物21の粒径は減少し、ナノ析出物21の個数が減少するとナノ析出物21の粒径は増加することになる。一方、金属組織中に発生した疲労き裂が進展する際に、疲労き裂がナノ析出物21によりピン止めされる効果は、ナノ析出物21の個数が多くなるほど、ナノ析出物21の粒径が大きくなるほど増加する。
ここで、ナノ析出物21の平均粒径が5nm未満では、ナノ析出物21の個数が多くなって疲労き裂のピン止め発生の頻度は高まるが、ナノ析出物21による疲労き裂のピン止め作用は大きくなく、疲労き裂のピン止め効果は顕著とならない。一方、ナノ析出物21の平均粒径が50nmを超えると、ナノ析出物21による疲労き裂のピン止め作用は大きくなるが、ナノ析出物21の個数が少なくなって疲労き裂のピン止め発生の頻度は低下し、疲労き裂のピン止め効果は顕著とならない。このため、ナノ析出物21の総量が一定の場合、ナノ析出物21の平均粒径を5〜50nmにすることで、疲労き裂のピン止め発生の頻度を高位に維持しながらナノ析出物21による疲労き裂のピン止め作用も高位に維持することができ、ナノ析出物21による疲労き裂のピン止め効果を向上させることができる。
本発明の第2の実施例に係る複合導体17で形成した複合素線(0.05mm以上0.5mm以下)を使用した電線を、非静置状態下の配線、例えば、ロボットの駆動部の配線に使用する電線に使用すると、複合素線は、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒19及び結晶粒19の粒界20に存在するAlScのナノ析出物21からなる内層18の外側に、平均粒径が2μm以下の銅銀合金の結晶粒15からなり、引張強度が250MPa以上の外層12が存在しているので、内層18を構成している結晶粒19がアルミニウムであることに伴う電線の軽量化及び高柔軟性に加えて、複合素線に突発的衝撃力が負荷されても、外層12におけるマイクロクラックの発生防止を図ると共に、外層12でのマイクロクラックの疲労き裂への成長と疲労き裂の外層12での進展を抑制することができる。更に、内層18と外層12をそれぞれ構成する金属組織の結晶粒のサイズに大きな差が存在しないので、外層12にマイクロクラックが発生しても、繰り返し応力が負荷される条件下で、発生したマイクロクラックが進展性の疲労き裂となって、内層18内を進展することが抑制される。
外層12を貫通した疲労き裂が内層18に進展しても、内層18内での疲労き裂の偏向、き裂分岐、及びピン止めの発生により内層18における疲労き裂の進展を抑制できる。その結果、電線の突発的な断線を防止でき、ロボットを、例えば、電線の疲労寿命データから推定される設計稼動期間に亘って安定して稼動させることができ、ロボットの信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
本発明の第3の実施例に係る複合導体22は、図3に示すように、内層23が、0.1質量%以上0.2質量%以下のジルコニウムを含み、残部がアルミニウムと不可避的不純物(不可避的不純物の含有量は、例えば0.1〜0.35質量%)からなるアルミニウム基合金からなる平均粒径が2μm以下の結晶粒24と、結晶粒24の粒界25に存在するナノ粒子Cの一例であるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物(AlSc析出粒子)26とを有する金属組織で構成され、内層23は銅銀合金からなる外層12で被覆されている。なお、ジルコニウム及び不可避的不純物の一部は結晶粒24内に固溶し、残部は粒界25に存在している。
結晶粒24の平均粒径を2μmに制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmの結晶粒24から構成され、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を310MPaにすることができる。そして、金属組織中に1μm以下の結晶粒24が断面積率で20%含まれるようにすることで、結晶粒24の平均粒径を1.5μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を320MPaとすることができる。また、1μm以下の結晶粒24が断面積率で50%含まれるようにすることで、結晶粒24の平均粒径を1.2μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を330MPaとすることができる。
続いて、複合導体22の製造方法について説明する。
純度が99.9質量%以上のアルミニウムと、純度が99質量%以上のスカンジウムと、純度が99質量%以上のジルコニウムを用いて、スカンジウムが0.27〜0.32質量%、ジルコニウムが0.1質量%以上0.2質量%以下それぞれ含有されるアルミニウムを鋳造して、内層23用の導電材料ブロックを作製する。次いで、250〜450℃で0.5〜30時間、例えば350℃で24時間の時効処理を行った導電材料ブロックから、例えば直径が10mmのロッドを切削加工により作製する。そして、ロッドと第1の実施例で用いたものと同様のテープ材をそれぞれ清浄化処理した後、ロッドの外側にテープ材をロッドと同心状となるように配置して、ロッドがテープ材で被覆された状態の複合ロッドを形成する。なお、ロッドをテープ材で被覆する作業は、ロッドの表面の酸化を防止するため、雰囲気制御された状態で行う。また、必要に応じ、同心状に配置した後、テープ材の突合せ部分をガス溶接等で連続的に溶着して管状にしてもよい。
導電材料ブロックの時効処理中に、結晶粒24内及び粒界25に存在しているスカンジウムはアルミニウムと反応して、ナノサイズのAlScのナノ析出物26として粒界25に析出する。なお、金属組織中に存在するナノ析出物26の調査から、添加したスカンジウムのほぼ全量がアルミニウムと反応してAlSc析出粒子を生成していることが確認できた。ここで、時効処理温度及び時効処理時間の範囲内で、温度及び時間を選択することで、ナノ析出物26の平均粒径を、例えば5〜50nmの範囲で調整できる。ナノ析出物26が生成することにより、内層23を構成する金属組織の結晶粒24の粒成長が抑制され、結晶粒24の平均粒径を2μm以下にすることが容易となる。一方、時効処理を行っても、ジルコニウムと不可避的不純物は、結晶粒24内に及び粒界25にそれぞれ存在している。
次いで、複合ロッド(テープ材)の外周側から圧力(例えば、100〜1000MPa)を加えることでロッドとテープ材を機械的に圧接(一体化)する。続いて、ロッドとテープ材が一体化された複合ロッドを、例えば複合ロッドの外径が1.5〜2mm程度となるように圧延してワイヤを形成し、300〜500℃で0.1〜5時間、例えば450℃で1時間の熱処理を行う。熱処理を行うことにより、等軸晶の形成が促進され、平均結晶粒の微細化並びに1μm以下の微細な結晶粒の形成確率が向上し、平均粒径2μm以下のアルミニウム基合金の結晶粒24とナノ析出物26を有する内層23と、平均粒径2μm以下の銅基合金の結晶粒15からなる外層12とを有する複合導体22が形成される。続いて、複合導体22のダイス伸線加工を行って、線径が0.05mm以上0.5mm以下の複合素線を形成し、複合素線から縒り線を形成し電線を作製する。
ロッドとテープ材を一体化する場合、ロッド及びテープ材のいずれか一方又は両方を加熱(例えば、ロッドの融点の40〜70%、あるいはテープ材の融点の40〜70%にそれぞれ相当する温度まで加熱)してもよい。加熱することで、塑性変形が促進され、ロッドとテープ材の圧接が促進される。なお、複合ロッドの加熱は、複合ロッドを加熱炉に装入しても、複合ロッドに電流を流し複合ロッドを発熱させてもよい。更に、ロッド及びテープ材の間に、例えばインサート材(例えばろう材等の接合用合金)等の金属融着材を介在させ、複合導体22を形成した際、内層23と外層12が融着層を介して一体化するようにしてもよい。内層23と外層12の間に融着層を介在させることで、固着を促進することができる。
ここで、複合ロッドの圧延によりワイヤを形成する際の加工度を3〜4とした後に、等軸晶形成を促進するための熱処理(例えば、熱処理温度はロッドの融点の30〜70%)を行い、その後、ダイス伸線加工によりワイヤから複合素線を形成する際の加工度を、例えば、4〜6、好ましくは5〜6とすることにより、内層23の金属組織を構成する結晶粒24の平均粒径を2μm、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径を2μmとなる。なお、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を4〜7、好ましくは6.5〜7とすることにより、内層23の金属組織を構成する結晶粒24の平均粒径が1.5μmで、1μm以下の結晶粒24が存在する割合が断面積率で20%、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下となる。また、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を5〜8、好ましくは7を超え8以下とすることにより、内層23の金属組織を構成する結晶粒24の平均粒径が1.2μmで、1μm以下の結晶粒24が存在する割合が断面積率で50%となり、外層12の金属組織を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下となる。
本発明の第3の実施例に係る複合導体22において、外層12を構成する結晶粒15の平均粒径が2μm以下であり、外層12の引張強度が250MPa以上であること、内層23を構成する結晶粒24の平均粒径が2μm以下であり、1μm以下の結晶粒24の割合を制御すること、及びスカンジウムを0.1〜1.0質量%含有することにより結晶粒24の粒界25にAlScのナノ析出物26が生成していることに伴う作用効果は、第2の実施例に係る複合導体17の作用効果と同一であるので説明は省略する。以下、第3の実施例に係る複合導体22の特徴であるジルコニウムを0.1質量%以上0.2質量%以下含有することに関する作用効果について説明する。
例えば、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.3質量%存在する金属組織を有する線材の常温における引張強度σRTは300MPaであり、この線材を260℃で1時間加熱した直後における引張強度σ260は294MPaとなって、耐熱性を、(σ260/σRT)×100で評価すると、耐熱性は98%となる。一方、ジルコニウムが0.01質量%固溶したアルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.3質量%存在する金属組織を有する線材の常温における引張強度σRTは300MPaであり、この線材を260℃で1時間加熱した直後における引張強度σ260は294MPaとなって耐熱性は98%となる。また、ジルコニウムが0.05質量%固溶したアルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.3質量%存在する金属組織を有する線材の常温における引張強度σRTは305MPaであり、この線材を260℃で1時間加熱した直後における引張強度σ260は303MPaとなって耐熱性は99%となる。更に、ジルコニウムが0.1質量%固溶したアルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.3質量%存在する金属組織を有する線材の常温における引張強度σRTは310MPaであり、この線材を260℃で1時間加熱した直後における引張強度σ260は309MPaとなって耐熱性は100%となる。
以上のように、ジルコニウムが内層23の金属組織を構成している結晶粒24の粒内及び粒界25に存在することで、内層23が高温の熱履歴を受けても粒成長等の組織変化が生じることを防止でき、引張強度の低下を防止できることが解る。ここで、ジルコニウムの固溶量(含有量)が0.2質量%を超えると、熱履歴後の引張強度改善効果は増大するが、導電性が低下し、導電材料としての機能が低下する。このため、ジルコニウムの含有量は0.1質量%以上0.2質量%以下とすることが好ましい。したがって、複合導体22の内層23がジルコニウムを、0.1質量%以上0.2質量%以下含有するようにすることで、複合導体22が高温の熱履歴を受けても、内層23の引張強度の低下が防止できるため、複合導体22としての強度が維持できる。
本発明の第3の実施例に係る複合導体22で形成した複合素線(0.05mm以上0.5mm以下)を使用した電線を、非静置状態下の配線、例えば、ロボットの駆動部の配線に使用する電線に使用すると、複合素線は、平均粒径が2μm以下でジルコニウムが固溶しているアルミニウムの結晶粒24、ジルコニウムが分散している粒界25、及び粒界25に存在するAlScのナノ析出物26で構成される内層23の外側に、平均粒径が2μm以下の銅銀合金の結晶粒15からなり、引張強度が250MPa以上の外層12が存在しているので、内層23を構成している結晶粒24がアルミニウム基合金であることに伴う電線の軽量化及び高柔軟性に加えて、複合素線に突発的衝撃力が負荷されても、外層12におけるマイクロクラックの発生防止を図ると共に、外層12でのマイクロクラックの疲労き裂への成長と疲労き裂の外層12での進展を抑制することができる。更に、外層12を貫通した疲労き裂が内層23に進展しても、内層23内での疲労き裂の偏向、き裂分岐、及びピン止めの発生により内層23における疲労き裂の進展を抑制できる。また、ジルコニウムの一部が結晶粒24内に固溶し、残部が粒界25に存在するので、内層23では、高温の熱履歴後の引張強度の低下が防止でき、高温の熱履歴後を受けた複合導体22の耐屈曲性の低下を防止できる。
このため、工場や災害現場等の高温環境下に曝される可能性のあるロボットの駆動部分(アーム部分)の配線用の電線を、第3の実施例に係る複合導体22を使用して作製すると、一時的高熱下に曝された際の引張強度ひいては耐久性をも確保することができると共に、電線の突発的な断線を防止でき、ロボットを、例えば、電線の疲労寿命データから推定される設計稼動期間に亘って安定して稼動させることができ、ロボットの信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
本発明の第4の実施例に係る複合導体は、繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも150MPaである導電材料Aの一例である銅からなる内層と、内層を被覆し、引張強度が銅より大きく、少なくとも250MPaである導電材料Bの一例である銅銀合金からなる外層とを有している。
ここで、内層は、例えば0.1質量%未満の不可避的不純物を含み、平均粒径が2μm以下の銅結晶粒を有する金属組織で構成されている。銅結晶粒の平均粒径を2μmに制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmの銅結晶粒から構成され、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を250MPaにすることができる。そして、金属組織中に1μm以下の銅結晶粒が断面積率で20%含まれるようにすることで、銅結晶粒の平均粒径を1.5μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を270MPaとすることができる。また、1μm以下の銅結晶粒が断面積率で50%含まれるようにすることで、銅結晶粒の平均粒径を1.2μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を290MPaとすることができる。
また、外層は、1質量%以上10質量%以下の銀を含み、残部が銅と不可避的不純物(不可避的不純物の含有量は、例えば0.1〜0.7質量%)からなり、平均粒径が2μm以下の銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成されている。なお、不可避的不純物の一部は銅銀合金の結晶粒内に固溶し、残部は銅銀合金の結晶粒の粒界に存在している。銅銀合金の結晶粒の平均粒径を2μm以下に制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmの銅銀合金の結晶粒から構成され、引張強度を、例えば、450MPaにすることができる。なお、導電材料Aの引張強度σに対する導電材料Bの引張強度σの強度比σ/σを1.6以上とするのが好ましい。
続いて、第4の実施例に係る複合導体の製造方法について説明する。
純度が99.9質量%以上の銅からなる内層用の導電材料ブロックを作製し、この導電材料ブロックから、例えば直径が10mmのロッドを切削加工により形成する。また、純度が99.9質量%以上の銅と、純度が99質量%以上の銀を用いて、銀が1〜10質量%含有される銅銀合金からなる外層用の導電材料ブロックを鋳造し、この導電材料ブロックを用いて厚さが、例えば1mmのテープ材を形成する。そして、ロッドとテープ材をそれぞれ清浄化処理した後、ロッドの外側にテープ材をロッドと同心状となるように配置して、ロッドがテープ材で被覆された状態の複合ロッドを形成する。なお、ロッドをテープ材で被覆する作業は、ロッドの表面の酸化を防止するため、雰囲気制御された状態で行う。また、必要に応じ、同心状に配置した後、テープ材の突合せ部分をガス溶接等で連続的に溶着して管状にしてもよい。
次いで、複合ロッド(テープ材)の外周側から圧力(例えば、100〜1000MPa)を加えることでロッドとテープ材を機械的に圧接(一体化)する。続いて、ロッドとテープ材が一体化された複合ロッドを、例えば複合ロッドの外径が1.5〜2mm程度となるように圧延してワイヤを形成し、400〜650℃で0.1〜5時間、例えば500℃で5時間の熱処理を行う。熱処理を行うことにより、等軸晶の形成が促進され、平均結晶粒の微細化並びに1μm以下の微細な結晶粒の形成確率が向上し、平均粒径2μm以下の銅結晶粒からなる内層と、平均粒径2μm以下の銅銀合金の結晶粒からなる外層とを有する複合導体が形成される。続いて、複合導体のダイス伸線加工を行って、線径が0.05mm以上0.5mm以下の複合素線を形成し、複合素線から縒り線を形成し電線を作製する。
ロッドとテープ材を一体化する場合、ロッド及びテープ材のいずれか一方又は両方を加熱(例えば、ロッドの融点の40〜70%、あるいはテープ材の融点の40〜70%にそれぞれ相当する温度まで加熱)してもよい。加熱することで、塑性変形が促進され、ロッドとテープ材の圧接が促進される。なお、複合ロッドの加熱は、複合ロッドを加熱炉に装入しても、複合ロッドに電流を流し複合ロッドを発熱させてもよい。更に、ロッド及びテープ材の間に、例えばインサート材等の金属融着材を介在させ、複合導体を形成した際、内層と外層が融着層を介して一体化するようにしてもよい。内層と外層の間に融着層を介在させることで、固着を促進することができる。
複合ロッドの圧延によりワイヤを形成する際の加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を4〜6、好ましくは5〜6とすることにより、内層の金属組織を構成する銅結晶粒の平均粒径が2μm、外層の金属組織を構成する銅銀合金の結晶粒の平均粒径が2μmとなる。なお、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を4〜7、好ましくは6.5〜7とすることにより、内層の金属組織を構成する銅結晶粒の平均粒径が1.5μmで、1μm以下の銅結晶粒が存在する割合が断面積率で20%、外層の金属組織を構成する銅銀合金の結晶粒の平均粒径が2μm以下となる。また、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を5〜8、好ましくは7を超え8以下とすることにより、内層の金属組織を構成する銅結晶粒の平均粒径が1.2μmで、1μm以下の銅結晶粒が存在する割合が断面積率で50%となり、外層の金属組織を構成する銅銀合金の結晶粒の平均粒径が2μm以下となる。
本発明の第4の実施例に係る複合導体では、外層を、銅銀合金で構成すると共に、銅銀合金の結晶粒の平均粒径を2μm以下とするため、外層の引張強度は250MPa以上となる。このため、複合素線(外層)に繰り返し応力が負荷される条件下で、突発的衝撃力が作用しても、外層におけるマイクロクラックの発生を抑制すると共に、外層に発生したマイクロクラックが、繰り返し応力の負荷の下で進展性の疲労き裂に成長することが抑制される。更に、外層に疲労き裂が形成されても、外層を構成する銅銀合金の結晶粒の平均粒径が2μm以下のため、単位体積の外層に含まれる銅基合金結晶粒の個数が多くなって、疲労き裂が伝播する際に疲労き裂は銅基合金結晶粒と頻繁に衝突することになる。このため、疲労き裂が進展する際、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進され、疲労き裂が一方向に進展する際の速度が低下することになって、疲労き裂が外層を貫通するのに要する時間が長くなる。
そして、疲労き裂が外層を貫通して内層の表面に達した場合、外層と内層は一体化しているため、疲労き裂は内層内に進展する。ここで、内層を構成する銅結晶粒の平均粒径は2μm以下のため、単位体積の内層に含まれる銅結晶粒の個数が多くなって、疲労き裂が伝播する際に疲労き裂は銅結晶粒と頻繁に衝突する。このため、疲労き裂が進展する際、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進され、疲労き裂が一方向に進展する際の速度を低下させ、内層では疲労き裂が進展し難くなる。その結果、内層に繰り返し応力を負荷する疲労試験を実施した場合、繰り返し回数10回時の疲労強度が150MPa以上となる。ここで、内層の金属組織において、1μm以下の銅結晶粒が断面積率で20%以上であると、単位体積の内層に含まれる結晶粒の個数が更に増大し、疲労き裂と銅結晶粒との衝突が顕著になって、疲労き裂の偏向及びき裂分岐が促進する。これにより、内層では疲労き裂が更に進展し難くなる。
本発明の第4の実施例に係る複合導体で形成した複合素線(0.05mm以上0.5mm以下)を使用した電線を、非静置状態下の配線、例えば、ロボットの駆動部の配線に使用する電線に使用すると、複合素線は、平均粒径が2μm以下の銅結晶粒からなる内層の外側に、平均粒径が2μm以下の銅銀合金の結晶粒からなり、引張強度が250MPa以上の外層が存在しているので、複合素線に突発的衝撃力が負荷されても、外層におけるマイクロクラックの発生防止を図ることができると共に、外層でのマイクロクラックの疲労き裂への成長と成長した疲労き裂の外層での進展を抑制することができる。更に、外層を貫通した疲労き裂が内層に進展しても、内層における疲労き裂の進展を抑制できる。その結果、電線の突発的な断線を防止でき、ロボットを長期間に(例えば、電線の疲労寿命データから推定される設計稼動期間)亘って安定して稼動させることができ、ロボットの信頼性を向上させると共に、メンテナンスの負担を軽減することができる。
本発明の第5の実施例に係る複合導体は、内層(導電材料A)が、アルミニウムと不可避的不純物(不可避的不純物の含有量は、例えば0.1〜0.35質量%)からなり、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界に存在する0.1質量%以上1質量%以下のナノ粒子Cの一例であるアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物(AlSc析出粒子)とを有する金属組織で構成され、内層は銀基合金からなる外層(導電材料B)で被覆されている。なお、不可避的不純物の一部はアルミニウムの結晶粒内に固溶し、残部は粒界に存在している。
アルミニウムの結晶粒の平均粒径を2μm以下に制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmのアルミニウムの結晶粒から構成され、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を150MPaにすることができる。そして、金属組織中に1μm以下のアルミニウムの結晶粒が断面積率で20%含まれるようにすることで、アルミニウムの結晶粒の平均粒径を1.5μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を200MPaとすることができる。また、1μm以下のアルミニウムの結晶粒が断面積率で50%含まれるようにすることで、アルミニウムの結晶粒の平均粒径1.2μmにすることができ、疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度を220MPaとすることができる。
また、銀基合金は、1質量%以上13質量%以下の亜鉛、1質量%以上13質量%以下のスズ、1質量%以上10質量%以下のインジウムを含み、残部が銀と不可避的不純物(例えば0.1〜3質量%のカルシウム)からなり、平均粒径が2μm以下の銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成されている。なお、不可避的不純物の一部は銀合金の結晶粒内に固溶し、残部は粒界に存在している。銀合金の結晶粒の平均粒径を2μmに制御した場合、金属組織の顕微鏡観察から、金属組織は、最大粒径が4μmの銀合金の結晶粒から構成され、引張強度を270MPaにすることができる。
続いて、第5の実施例に係る複合導体の製造方法について説明する。
純度が99.9質量%以上のアルミニウムと、純度が99質量%以上のスカンジウムを用いて、スカンジウムが0.27〜0.32質量%含有されるアルミニウムを鋳造して、内層用の導電材料ブロックを作製する。次いで、250〜450℃で0.5〜30時間、例えば350℃で1時間の時効処理を行った導電材料ブロックから、例えば直径が10mmのロッドを切削加工により作製する。
また、純度が99質量%以上の銀と、純度がそれぞれ99質量%以上の亜鉛、スズ、インジウムを用いて、亜鉛が1〜13質量%、スズが1〜13質量%、インジウムが1〜10質量%それぞれ含有される銀基合金からなる外層用の導電材料ブロックを鋳造し、この導電材料ブロックを用いて厚さが、例えば1mmのテープ材を形成する。そして、ロッドとテープ材をそれぞれ清浄化処理した後、ロッドの外側にテープ材をロッドと同心状となるように配置して、ロッドがテープ材で被覆された状態の複合ロッドを形成する。なお、ロッドをテープ材で被覆する作業は、ロッドの表面の酸化を防止するため、雰囲気制御された状態で行う。また、必要に応じ、同心状に配置した後、テープ材の突合せ部分をガス溶接等で連続的に管状に溶着してもよい。
次いで、複合ロッド(テープ材)の外周側から圧力(例えば、100〜1000MPa)を加えることでロッドとテープ材を機械的に圧接(一体化)する。そして、ロッドとテープ材が一体化した状態の複合ロッドを、例えば外径が1〜2mm程度となるように圧延してワイヤとした後、300〜500℃で0.1〜5時間、例えば350℃で1時間の熱処理を行う。熱処理を行うことにより、等軸晶の形成が促進され、平均結晶粒の微細化並びに1μm以下の微細な結晶粒の形成確率が向上し、平均粒径2μm以下のアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物とアルミニウムの結晶粒からなる内層と、平均粒径2μm以下の銀基合金の結晶粒からなる外層とを有する複合導体が形成される。続いて、複合導体のダイス伸線加工を行って、線径が0.05mm以上0.5mm以下の複合素線を形成し、複合素線から縒り線を形成し電線を作製する。
ロッドとテープ材を一体化する場合、ロッド及びテープ材のいずれか一方又は両方を加熱(例えば、ロッドの融点の40〜70%、あるいはテープ材の融点の40〜70%にそれぞれ相当する温度まで加熱)してもよい。加熱することで、塑性変形が促進され、ロッドとテープ材の圧接が促進される。なお、複合ロッドの加熱は、複合ロッドを加熱炉に装入しても、複合ロッドに電流を流し複合ロッドを発熱させてもよい。更に、ロッド及びテープ材の間に、例えばインサート材(例えばろう材等の接合用合金)等の金属融着材を介在させ、複合導体を形成した際、内層と外層が融着層を介して一体化するようにしてもよい。内層と外層の間に融着層を介在させることで、一体成形を促進することができる。
ここで、複合ロッドの圧延によりワイヤを形成する際の加工度を3〜4とした後に熱処理を行い、更にダイス伸線加工によりワイヤから複合素線を形成する際の加工度を4〜6、好ましくは5〜6とすることにより、内層の金属組織を構成する結晶粒の平均粒径が2μm、外層の金属組織を構成する銀基合金の結晶粒の平均粒径が2μmとなる。なお、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を4〜7、好ましくは6.5〜7とすることにより、内層の金属組織を構成する結晶粒の平均粒径が1.5μmで、1μm以下の結晶粒が存在する割合が断面積率で20%、外層の金属組織を構成する銀基合金の結晶粒の平均粒径が2μm以下となる。また、複合ロッドからワイヤを形成する加工度を3〜4とし、ダイス伸線加工の加工度を5〜8、好ましくは7を超え8以下とすることにより、内層の金属組織を構成する結晶粒の平均粒径が1.2μmで、1μm以下の結晶粒が存在する割合が断面積率で50%となり、外層の金属組織を構成する銀基合金の結晶粒の平均粒径が2μm以下となる。
本発明の第5の実施例に係る複合導体では、外層を銀基合金で構成すると共に、銀基合金の結晶粒の平均粒径を2μm以下とするため、外層の引張強度は150MPa以上とすることができると共に、外層を構成する銀基合金の結晶粒の層数を2層以上にすることができ、外層を疲労き裂が貫通するのを抑制できる。
そして、疲労き裂が外層を貫通して内層の表面に達した場合、外層と内層は一体化しているため、疲労き裂は内層内を進展することになるが、内層を構成する結晶粒の平均粒径が2μm以下のため、単位体積の内層に含まれる結晶粒の個数が多くなって、疲労き裂が伝播する際に疲労き裂は結晶粒と頻繁に衝突する。このため、疲労き裂が進展する際、疲労き裂の偏向とき裂分岐が促進され、疲労き裂が一方向に進展する際の速度を低下させ、内層では疲労き裂が進展し難くなる。その結果、内層に繰り返し応力を負荷する疲労試験を実施した場合、繰り返し回数10回時の疲労強度が150MPa以上となる。ここで、内層の金属組織において、1μm以下の結晶粒が断面積率で20%以上であると、単位体積の内層に含まれる結晶粒の個数が更に増大し、疲労き裂と結晶粒との衝突が顕著になって、疲労き裂の偏向及びき裂分岐が促進する。これにより、内層では疲労き裂が更に進展し難くなる。
本発明の第5の実施例に係る複合導体で形成した複合素線を使用した電線は、内層がアルミニウムの結晶粒で形成されているため、軽量化が図られ、例えば、航空機や自動車等の移動機械の配線に使用することにより、移動機械の軽量化を図ることができる。
また、移動機械の配線は、非静置状態下の配線であるため低周波の振動が常時作用することになって、電線には繰り返し曲げが負荷される状況となるが、複合素線の線径は0.05mm以上0.5mm以下であるので、電線に繰り返し曲げが負荷された際に複合素線に生じるひずみを小さくすることができる。そして、外層は、平均粒径が2μm以下の銀基合金の結晶粒からなり、引張強度は内層の引張強度より大きく、150MPa以上なので、複合素線に繰り返し曲げが負荷される状況で外層におけるき裂発生及びき裂進展を抑制でき、内層は、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒及び粒界に存在するナノ析出物(AlSc析出粒子)からなるので、発生したき裂が外層を貫通し内層に到達して内層内を進展することになっても、き裂の偏向及び分岐が促進されるため、き裂の進展速度が低下する。このため、移動機械の配線の早期断線を防止することが、移動機械の信頼性を向上させることができると共に、メンテナンス負担を軽減することができる。
更に、複合導体の外層が銀基合金で形成されているので、複合導体で形成した複合素線を用いた電線では、端子接続性やはんだ作業性等の付帯特性が向上し、配線作業の信頼性及び高効率化を図ることができる他、表皮効果を伴う高周波信号伝送特性の向上を比較的少ない銀使用量にて実現することもできる。
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験例、比較例について、以下に説明する。
(実験例1〜6)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金(銀を5質量%含有、以下同様)の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線1、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線2、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線3をそれぞれ作製し、得られた複合素線1〜3を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線1〜3を作製した。
また、平均粒径が1.5μm(1μm以下の結晶粒が断面積率で20%存在)のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線4、平均粒径が1.5μm(1μm以下の結晶粒が断面積率で20%存在)のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線5、平均粒径が1.5μm(1μm以下の結晶粒が断面積率で20%存在)のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線6をそれぞれ作製し、得られた複合素線4〜6を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線4〜6を作製した。
そして、常温で電線1〜6に荷重100gを負荷した状態で、曲げ半径が15mm、折り曲げ角度範囲が±90度の左右繰り返し曲げを加える際に、左右繰り返し曲げが加わる部位をクリップで締め付けて50Nの締め付け力を作用させることにより、電線(複合素線)に繰り返し応力が負荷される条件下で突発的衝撃力が作用する状態を模擬的に作り出す衝撃力付加屈曲試験を行って破断回数(以下、衝撃力下破断回数という)を求めた。なお、電線1〜6に50Nの締め付け力を作用させることは、電線1〜6に負荷される繰り返し応力の、例えば、200〜500%程度の衝撃応力が作用することに対応する。また、作製した電線1〜6を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表1に示す。
Figure 0006103599
複合素線1〜6と、平均的にほぼ同様の断面組織を有し、長さ30mm、幅3mm、厚さ0.3mmの部材をそれぞれ作製し、部材の一端から長手方向に24mm離れた部位の幅方向中央位置に、直径が0.5mmの円孔を形成した。次いで、円孔が形成された部材の表面を鏡面仕上げして試験片1〜6を作製した。続いて、試験片1〜6の他端側にホルダーを、ホルダーの先端が円孔中心から1mmの位置になるように取り付け、試験片1〜6の一端を下方にしてホルダーを音響用スピーカのボイスコイル部に固定し、ボイスコイルを振動させて試験片1〜6が1次共振状態になるようにして、疲労試験を行った。なお、試験片1〜6のホルダー付け根に生じる最大応力を片持ち梁の曲げ応力の式から求め、疲労試験時の応力振幅とした。そして、応力繰り返し数が10回の破断応力を求め、内層の疲労強度とした。更に、複合素線1〜6の外層と平均的にほぼ同様の断面組織を有する長さが31mm、幅が8.5mm、厚さが1mmの引張試験片1〜6を作製し、引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表1に示す。
(比較例R1〜R9)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R1、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R2、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R3、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R4をそれぞれ作製し、得られた複合素線R1〜R4を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R1〜R4を作製した。
また、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R5、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R6、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R7、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R8、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R9をそれぞれ作製し、得られた複合素線R5〜R9を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R5〜R9を作製した。
そして、常温で電線R1〜R9に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線R1〜R9を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表2に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R1〜R9と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R1〜R9を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R1〜R9を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表2に示す。
Figure 0006103599
(実験例7〜12)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線7、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線8、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線9をそれぞれ作製し、得られた複合素線7〜9を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線7〜9を作製した。
また、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線10、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線11、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線12をそれぞれ作製し、得られた複合素線10〜12を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線10〜12を作製した。
常温で電線7〜12に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線7〜12を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表3に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線7〜12と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片7〜12を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片7〜12を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表3に示す。
Figure 0006103599
(比較例R10〜R18)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R10、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R11、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R12、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する複合導体から線径80μmの複合素線R13をそれぞれ作製し、得られた複合素線R10〜R13を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R10〜R13を作製した。
また、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R14、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R15、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R16、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R17、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する複合導体から線径80μmの複合素線R18をそれぞれ作製し、得られた複合素線R14〜R18を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R14〜R18を作製した。
そして、常温で電線R10〜R18に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線R10〜R18を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表4に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R10〜R18と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R10〜R18を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R10〜R18を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表4に示す。
Figure 0006103599
(比較例R19〜R33)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R19、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R20、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R21、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R22、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R23をそれぞれ作製し、得られた複合素線R19〜R23を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R19〜R23を作製した。
平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R24、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R25、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R26、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R27、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R28をそれぞれ作製し、得られた複合素線R24〜R28を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R24〜R28を作製した。
平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R29、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R30、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R31、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R32、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R33をそれぞれ作製し、得られた複合素線R29〜R33を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R29〜R33を作製した。
そして、常温で電線R19〜R33に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線R19〜R33を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表5に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R19〜R33と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R19〜R33を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R19〜R33を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表5に示す。
Figure 0006103599
表1〜表5に示す結果から、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1〜1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μm以下の銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層とを有する複合導体では、内層の疲労強度(繰り返し回数10回時)が150MPa以上で外層の引張強度が450MPaの場合、導電率が54%IACS以上、かつ、衝撃力下破断回数が300万回以上となることが確認できる。従って、この複合導体を用いて作製した電線を、例えば、産業用ロボットの駆動部の配線用の電線に使用すると、ロボットの信頼性を向上させることができると共に、メンテナンス負担を軽減することができる。
(実験例13〜16)
平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線13、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線14、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線15、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線16をそれぞれ作製し、得られた複合素線13〜16を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線13〜16を作製した。
(比較例R34〜R38)
平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R34、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R35、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R36、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R37、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R38をそれぞれ作製し、得られた複合素線R34〜R38を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R34〜R38を作製した。
そして、常温で電線13〜16、R34〜R38に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数を表6に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線13〜16、R34〜R38と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片13〜16、R34〜R38を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片13〜16、R34〜R38を作製して外層の引張強度を求めた。更に、複合素線13〜16、R34〜R38の内層と平均的にほぼ同様の断面組織を有する長さが31mm、幅が8.5mm、厚さが1mmの引張試験片13’〜16’、R34’〜R38’を作製して引張強度を測定し、内層の引張強度σに対する外層の引張強度σの強度比σ/σを求めた。得られた疲労強度及び強度比を表6に示す。
Figure 0006103599
(実験例17〜20)
平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線17、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線18、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線19、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線20をそれぞれ作製し、得られた複合素線17〜20を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線17〜20を作製した。
(比較例R39〜R43)
平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R39、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R40、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R41、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R42、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を5.2質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R43をそれぞれ作製し、得られた複合素線R39〜R43を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R39〜R43を作製した。
そして、常温で電線17〜20、R39〜R43に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数を表7に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線17〜20、R39〜R43と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片17〜20、R39〜R43を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片17〜20、R39〜R43を作製して外層の引張強度を求めた。更に、複合素線17〜20、R39〜R43の内層と平均的にほぼ同様の断面組織を有する長さが31mm、幅が8.5mm、厚さが1mmの引張試験片17’〜20’、R39’〜R43’を作製して引張強度を測定し、内層の引張強度σに対する外層の引張強度σの強度比σ/σを求めた。得られた疲労強度及び強度比を表7に示す。
Figure 0006103599
(比較例R44〜R52)
平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R44、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R45、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R46、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R47、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R48、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R49、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が2.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R50、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が2μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R51、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織を有する内層と、銀を4.8質量%含有し平均粒径が1.5μmの銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R52をそれぞれ作製し、得られた複合素線R44〜R52を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R44〜R52を作製した。
そして、常温で電線R44〜R52に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数を表8に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R44〜R52と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R44〜R52を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R44〜R52を作製して外層の引張強度を求めた。更に、複合素線R44〜R52の内層と平均的にほぼ同様の断面組織を有する長さが31mm、幅が8.5mm、厚さが1mmの引張試験片R44’〜R52’を作製して引張強度を測定し、内層の引張強度σに対する外層の引張強度σの強度比σ/σを求めた。得られた疲労強度及び強度比を表7に示す。
Figure 0006103599
表6〜表8に示す結果から、平均粒径が2μm以下の銅の結晶粒からなる金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μm以下の銅銀合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層とを有する複合導体では、内層の疲労強度(繰り返し回数10回時)が150MPa以上で外層の引張強度が250MPa以上、かつ、強度比σ/σが1.6以上の場合、衝撃力下破断回数が300万回以上となることが確認できる。従って、この複合導体を用いて作製した電線を、例えば、産業用ロボットの駆動部の配線用の電線に使用すると、ロボットの信頼性を向上させることができると共に、メンテナンス負担を軽減することができる。
(実験例21〜26)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金(亜鉛を8質量%、スズを8質量%、インジウムを4質量%それぞれ含有、以下同様)の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線21、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線22、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線23をそれぞれ作製し、得られた複合素線21〜23を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線21〜23を作製した。
また、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線24、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線25、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線26をそれぞれ作製し、得られた複合素線24〜26を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線24〜26を作製した。
そして、常温で電線21〜26に荷重100gを負荷した状態で、曲げ半径が15mm、折り曲げ角度範囲が±90度の左右繰り返し曲げを加える繰り返し屈曲試験を行って破断回数を求めると共に、作製した電線21〜26を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた破断回数及び導電率を表9に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線21〜26と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片21〜26を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片21〜26を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表9に示す。
Figure 0006103599
(比較例R53〜R61)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R53、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R54、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R55、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R56をそれぞれ作製し、得られた複合素線R53〜R56を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R53〜R56を作製した。
また、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R57、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R58、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R59、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R60、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R61をそれぞれ作製し、得られた複合素線R57〜R61を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R57〜R61を作製した。
そして、常温で電線R53〜R61に実験例21〜26と同様の繰り返し屈曲試験を行って破断回数を求めると共に、作製した電線R53〜R61を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた破断回数及び導電率を表10に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R53〜R61と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R53〜R61を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R53〜R61を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表10に示す。
Figure 0006103599
(実験例27〜32)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線27、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線28、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線29をそれぞれ作製し、得られた複合素線27〜29を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線27〜29を作製した。
また、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線30、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線31、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線32をそれぞれ作製し、得られた複合素線30〜32を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線30〜32を作製した。
常温で電線27〜32に実験例21〜26と同様の繰り返し屈曲試験を行って破断回数を求めると共に、作製した電線27〜32を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた破断回数及び導電率を表11に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線27〜32と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片27〜32を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片27〜32を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表11に示す。
Figure 0006103599
(比較例R62〜R70)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R62、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R63、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R64、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する複合導体から線径80μmの複合素線R65をそれぞれ作製し、得られた複合素線R62〜R65を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R62〜R65を作製した。
また、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R66、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R67、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R68、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R69、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する複合導体から線径80μmの複合素線R70をそれぞれ作製し、得られた複合素線R66〜R70を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R66〜R70を作製した。
そして、常温で電線R62〜R70に実験例21〜26と同様の繰り返し屈曲試験を行って破断回数を求めると共に、作製した電線R62〜R70を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた破断回数及び導電率を表12に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R62〜R70と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R62〜R70を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R62〜R70を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表12に示す。
Figure 0006103599
(比較例R71〜R85)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R71、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R72、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R73、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R74、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R75をそれぞれ作製し、得られた複合素線R71〜R75を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R71〜R75を作製した。
平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R76、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R77、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R78、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R79、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R80をそれぞれ作製し、得られた複合素線R76〜R80を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R76〜R80を作製した。
平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R81、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R82、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R83、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R84、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R85をそれぞれ作製し、得られた複合素線R81〜R85を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R81〜R85を作製した。
そして、常温で電線R81〜R85に実験例21〜26と同様の繰り返し屈曲試験を行って破断回数を求めると共に、作製した電線R81〜R85を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた破断回数及び導電率を表13に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R81〜R85と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R81〜R85を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R81〜R85を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表13に示す。
Figure 0006103599
表9〜表13に示す結果から、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1〜1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μm以下の銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成された外層とを有する複合導体では、内層の疲労強度(繰り返し回数10回時)が150MPa以上で外層の引張強度が270MPa以上の場合、導電率が55%IACS以上、かつ、破断回数が300万回以上となることが確認できる。従って、この複合導体を用いて作製した電線を、例えば、低周波の振動が常時作用するような航空機又は自動車等の移動機械の配線用の電線に使用すると、移動機械の信頼性を向上させることができると共に、メンテナンス負担を軽減することができる。
(実験例33〜38)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線33、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線34、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線35をそれぞれ作製し、得られた複合素線33〜35を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線33〜35を作製した。
また、平均粒径が1.5μm(1μm以下の結晶粒が断面積率で20%存在)のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線36、平均粒径が1.5μm(1μm以下の結晶粒が断面積率で20%存在)のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線37、平均粒径が1.5μm(1μm以下の結晶粒が断面積率で20%存在)のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線38をそれぞれ作製し、得られた複合素線36〜38を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線36〜38を作製した。
そして、常温で電線33〜38に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線33〜38を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表14に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線33〜38と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片33〜38を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片33〜38を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表14に示す。
Figure 0006103599
(比較例R86〜R94)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R86、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R87、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R88、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R89をそれぞれ作製し、得られた複合素線R86〜R89を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R86〜R89を作製した。
また、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R90、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R91、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R92、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R93、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R94をそれぞれ作製し、得られた複合素線R90〜R94を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R90〜R94を作製した。
そして、常温で電線R86〜R94に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線R86〜R94を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表15に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R86〜R94と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R86〜R94を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R86〜R94を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表15に示す。
Figure 0006103599
(実験例39〜44)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線39、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線40、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線41をそれぞれ作製し、得られた複合素線39〜41を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線39〜41を作製した。
また、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線42、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線43、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線44をそれぞれ作製し、得られた複合素線42〜44を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線42〜44を作製した。
常温で電線39〜44に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線39〜44を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表16に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線39〜44と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片39〜44を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片39〜44を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表16に示す。
Figure 0006103599
(比較例R95〜R103)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R95、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R96、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R97、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する複合導体から線径80μmの複合素線R98をそれぞれ作製し、得られた複合素線R95〜R98を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R95〜R98を作製した。
また、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R99、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R100、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R101、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R102、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が1.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する複合導体から線径80μmの複合素線R103をそれぞれ作製し、得られた複合素線R99〜R103を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R99〜R103を作製した。
そして、常温で電線R95〜R103に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線R95〜R103を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表17に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R95〜R103と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R95〜R103を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R95〜R103を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表17に示す。
Figure 0006103599
(比較例R104〜R118)
平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R104、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R105、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R106、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R107、平均粒径が2μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R108をそれぞれ作製し、得られた複合素線R104〜R108を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R104〜R108を作製した。
平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R109、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R110、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R111、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R112、平均粒径が1.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R113をそれぞれ作製し、得られた複合素線R109〜R113を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R109〜R113を作製した。
平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.05質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R114、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R115、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.5質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R116、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R117、平均粒径が2.5μmのアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が1.1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2.5μmの銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層(厚さ10μm)とを有する線径80μmの複合素線R118をそれぞれ作製し、得られた複合素線R114〜R118を用いて縒り線を形成し断面積が0.2mmの電線R114〜R118を作製した。
そして、常温で電線R104〜R118に実験例1〜6と同様の衝撃力付加屈曲試験を行って、衝撃力下破断回数を求めると共に、作製した電線R104〜R118を用いて、導電率をそれぞれ求めた。得られた衝撃力下破断回数及び導電率を表18に示す。また、実験例1〜6と同様に、複合素線R104〜R118と、平均的にほぼ同様の断面組織を有する試験片R104〜R118を作製して疲労試験を行い、応力繰り返し数が10回の破断応力を求めて内層の疲労強度とし、実験例1〜6と同様の引張試験片R104〜R118を作製して引張強度を求めた。得られた疲労強度及び引張強度を表18に示す。
Figure 0006103599
表14〜表18に示す結果から、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、アルミニウムの結晶粒の粒界にアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物が0.1〜1質量%存在する金属組織で構成された内層と、平均粒径が2μm以下の銅の結晶粒からなる金属組織で構成された外層とを有する複合導体では、内層の疲労強度(繰り返し回数10回時)が150MPa以上で外層の引張強度が250MPa、260MPaの場合、導電率が59%IACS以上、かつ、衝撃力下破断回数が300万回以上となることが確認できる。従って、この複合導体を用いて作製した電線を、例えば、産業用ロボットの駆動部の配線用の電線に使用すると、ロボットの信頼性を向上させることができると共に、メンテナンス負担を軽減することができる。
以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載した構成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。
例えば、第1〜第4の実施例では、導電材料Bを銅銀合金としたが、銅、銅スズ合金、又は銅ニッケル合金とすることができ、更に、第4の実施例では、導電材料Bを構成する金属組織の結晶粒の粒界に、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、及び導電材料Bを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子のいずれか1からなるナノ粒子Dを、0.1質量%以上20質量%以下存在させてもよい。
そして、第5の実施例では、導電材料Bを銀基合金としたが、銀とすることもできる。
また、第5の実施例において、導電材料Aを、平均粒径が2μm以下の銅又は銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成してもよい。そして、導電材料Aを、平均粒径が2μm以下のアルミニウム又はアルミニウム基合金の結晶粒と、結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成してもよい。
また、ナノ粒子Cをアルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物としたが、ナノ粒子Cをフラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は導電材料Aを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子とすることもでき、このナノ粒子Cを0.1質量%以上20質量%以下存在させるのが好ましい。
第1〜第5の実施例では、複合導体を形成するための複合ロッドを、内層を形成するロッドを外層を形成するテープ材で被覆した後、機械的に圧接して作製したが、ロッドの表面に、テープ材と同一の素材からなる厚めっき層を設けることにより作製してもよい。更に、ロッドと同一の素材及びテープ材と同一の素材を用いて、2層押出により複合ロッドを作製することもできる。
本発明の複合導体及びそれを使用した電線は、突発的な荷重変動や衝撃に対する破壊抵抗性を有すると共に高い耐屈曲性を備えているので、例えば、産業用ロボット、民生用ロボット、又は各種移動機械の配線において、特に駆動部分や振動作用部分等の繰り返し曲げが負荷される配線に使用することができ、電線の使用時の断線を防止してロボットや各種移動機械の信頼性を向上させることができる。その結果、ロボットや各種移動機械のメンテナンス負担を軽減することができ、運用コストの低減を図ることができる。
10:複合導体、11:内層、12:外層、13:結晶粒、14:粒界、15:結晶粒、16:粒界、17:複合導体、18:内層、19:結晶粒、20:粒界、21:ナノ析出物、22:複合導体、23:内層、24:結晶粒、25:粒界、26:ナノ析出物

Claims (10)

  1. 繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも155MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも450MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
    前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、該結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、しかも、前記ナノ粒子Cは、アルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物であって、該ナノ析出物は、0.1質量%以上1質量%以下存在し、
    衝撃力下破断回数が300万回以上となって、突発的な荷重や衝撃に対する破壊抵抗性と耐屈曲性を備えたことを特徴とする複合導体。
  2. 繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも155MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも250MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
    前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、該結晶粒の粒界に存在するナノ粒子Cとを有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銅の結晶粒からなる金属組織で構成され、しかも、前記ナノ粒子Cは、アルミニウム−スカンジウム系のナノ析出物であって、該ナノ析出物は、0.1質量%以上1質量%以下存在し、
    衝撃力下破断回数が300万回以上となって、突発的な荷重や衝撃に対する破壊抵抗性と耐屈曲性を備えたことを特徴とする複合導体。
  3. 請求項1又は2記載の複合導体において、前記導電材料Aの前記金属組織には、1μm以下の結晶粒が断面積率で20%以上含まれていることを特徴とする複合導体。
  4. 繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも202MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも450MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
    前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下の銅の結晶粒を有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銅基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、前記導電材料Aの引張強度σ に対する前記導電材料Bの引張強度σ の強度比σ /σ は1.6以上であって、
    衝撃力下破断回数が300万回以上となって、突発的な荷重や衝撃に対する破壊抵抗性と耐屈曲性を備えたことを特徴とする複合導体。
  5. 請求項記載の複合導体において、前記導電材料Bを構成する前記金属組織の前記結晶粒の粒界には、0.1質量%以上20質量%以下のナノ粒子Dが存在することを特徴とする複合導体。
  6. 請求項記載の複合導体において、前記ナノ粒子Dは、フラーレン、カーボンナノチューブ、シリコンナノ粒子、遷移金属ナノ粒子、又は前記導電材料Bを構成する金属の化合物からなる化合物ナノ粒子であることを特徴とする複合導体。
  7. 請求項1、4〜6のいずれか1項に記載の複合導体において、前記銅基合金は、銅銀合金、銅スズ合金、及び銅ニッケル合金のいずれか1であることを特徴とする複合導体。
  8. 繰り返し応力を負荷する疲労試験における繰り返し回数10回時の疲労強度が少なくとも155MPaである導電材料Aからなる内層と、該内層を被覆し、前記導電材料Aより引張強度が大きく、該引張強度は少なくとも270MPaである導電材料Bからなる外層とを有し、
    前記導電材料Aは、平均粒径が2μm以下のアルミニウムの結晶粒と、該結晶粒の粒界に存在する0.1質量%以上1質量%以下のアルミニウム−スカンジウムのナノ析出物とを有する金属組織で構成され、前記導電材料Bは、平均粒径が2μm以下の銀基合金の結晶粒からなる金属組織で構成され、
    破断回数が300万回以上となって、耐屈曲性を備えたことを特徴とする複合導体。
  9. 請求項1〜のいずれか1項に記載の複合導体で形成され、線径が0.05mm以上0.5mm以下である複合素線を使用した電線であって、該電線をロボットの駆動部の配線用の電線に使用することを特徴とする電線。
  10. 請求項記載の複合導体で形成され、線径が0.05mm以上0.5mm以下である複合素線を使用した電線であって、該電線を航空機又は自動車の配線用の電線に使用することを特徴とする電線。
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