KR20200090150A

KR20200090150A - 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블

Info

Publication number: KR20200090150A
Application number: KR1020207010791A
Authority: KR
Inventors: 히로시 카네코
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-07-28
Also published as: JP6615415B1; US20200343014A1; CN111263824A; EP3739072A4; US10902966B2; KR102453495B1; JPWO2019138820A1; WO2019138820A1; EP3739072B1; EP3739072A1

Abstract

본 발명의 절연 전선용 연선 도체(10)는 질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼0.33% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 일방향으로 평행인 단면에서, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수(t)의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체(20)와, 제1 도체(20)보다 도전율이 높은 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 이루어지는 제2 도체(40)의 합쳐 꼬은 혼재 상태에서 구성되어, 고도전율 및 고강도를 구비하면서 내굴곡 피로 특성이 우수하고, 게다가 경량화를 도모할 수 있다.

Description

절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블

본 발명은 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블에 관한 것이다.

종래부터 로봇 케이블 등의 캡타이어 케이블, 엘리베이터 케이블, 차재용 고압 케이블과 같은 전력 혹은 신호를 전송하는 케이블에는 구리계 도체 재료가 널리 사용되어 왔다. 이러한 케이블 중, 가동 케이블은 이동(운동) 가능하도록 구성되어 있고, 통상의 사용 양태에서, 이동에 따라 인장되거나 구부러지거나 하는 힘이 반복 작용하는 것이 상정되기 때문에, 전력 등을 전송하는 특성을 가질 뿐만 아니라, 높은 인장 강도도 갖고, 더욱이, 반복적 굽힘 변형에도 견딜 수 있는 특성, 이른바 내굴곡 피로 특성에도 우수한 것이 바람직하다. 또한, 항공기, 자동차, 선박 등으로 대표되는 이동체에 사용되는 차재용 고압 케이블(수송용 전선) 등의 고정 케이블은 엔진이나 모터 등의 동력원이나 외부로부터의 진동을 받기 때문에, 이러한 진동에 의한 저왜곡량으로 고사이클의 변형에도 견디는 특성이 우수한 것이 바람직하다.

또한, 최근에는 경량화 관점에서, 케이블을 구성하는 연선 도체로서 지금까지 널리 사용되어 온 구리계 재료에 비하여, 비중이 약 1/3 정도로 작고, 또한, 열팽창계수가 큰 것 외에, 전기나 열의 전도성도 비교적 양호하고 내식성도 우수한 알루미늄계 재료를 사용하기 위한 검토가 이루어지고 있다.

그러나, 순알루미늄 재료는 구리계 재료에 비하여 강도가 낮고, 또한, 굴곡 피로 시험에서 파단할 때까지의 반복 회수가 적어서, 내굴곡 피로 특성도 떨어진다는 문제가 있었다. 더욱이, 내굴곡 피로 특성이 비교적 높은 알루미늄계 합금재인 2000계(Al-Cu계)나 7000계(Al-Zn-Mg계) 알루미늄 합금재는 내식성이나 내응력 부식 균열성이 떨어지고, 도전성도 낮은 등의 문제가 있었다. 전기나 열의 전도성 및 내식성이 비교적 우수한 6000계 알루미늄 합금재는 알루미늄계 합금재 중에서는 내굴곡 피로 특성이 높은 편이기는 하지만, 구리계 재료에 비하면 떨어지기 때문에, 더욱 내굴곡 피로 특성 향상이 요구되고 있다.

또한, 알루미늄계 도체 재료는 구리계 도체 재료에 비하여 도전율이 낮기 때문에, 케이블의 연선 도체를 구성하는 소선(도체) 모두를 알루미늄계 재료로 구성한 경우, 알루미늄계 재료는 구리계 재료에 비하여 발열량이 크기 때문에, 예를 들면, 고전류 밀도로 장시간의 연속 통전 혹은 단속 통전이 반복되면, 케이블 전체가 고온(예를 들면, 90℃ 초과)으로까지 자기 발열하는 경우가 상정되기 때문에, 사용 조건에 따라서는 안전면에의 배려가 필요시되는 것이라 생각된다.

예를 들면, 비특허문헌 1에는 강심과 해당 강심의 둘레에 배치한 복수 개의 경알루미늄선으로 구성한 강심 알루미늄 연선(ACSR)이 기재되어 있다. 비특허문헌 1에 기재된 강심 알루미늄 연선(ACSR)은 중심에 위치하는 강심(강선)에 의해 고인장 하중(고인장 강도)을 달성함과 동시에, 강선 주위에 배치한 경알루미늄선에 의해 저전기 저항(고도전율)을 달성하도록 구성한 것이지만, 강선은 구리선에 비하면 도전율이 낮고, 또한, 경량화도 도모할 수 없다. 더불어, 강선의 둘레에 배치한 종래의 알루미늄 합금선인 경알루미늄선은 구리 합금선에 비하여 강도가 낮기 때문에, 캡타이어 케이블이나 엘리베이터 케이블 등의 가동 케이블과 같이, 인장되거나 구부러지거나 하는 힘이 반복 작용하는 케이블, 차재용 고압 케이블 등의 고정 케이블과 같이, 진동에 의한 저왜곡량으로 고사이클의 변형에 노출되는 케이블에는 사용할 수 없다.

또한, 특허문헌 1에는 중심 소선과 해당 중심 소선 주위에 배치된 복수의 소선으로 구성된 내층 및 해당 내층 주위에 배치된 복수의 소선으로 구성된 외층으로 구성되고, 상기 내층이 상기 중심 소선의 굵기와 같거나 혹은 상기 중심 소선의 굵기보다 가는 7개 이상의 제2 소선으로 구성되며, 해당 내층의 제2 소선이 각각 상기 중심 소선에 접하고, 또한, 해당 서로 이웃하는 해당 내층의 제2 소선끼리가 서로 접하고 있는 구성을 채택하며, 이로써, 단면 형상이 원형에 가까워져, 굴곡 특성의 악화를 초래하지 않는 절연 전선용 연선 도체가 기재되어 있다.

그렇지만, 특허문헌 1은 굴곡 특성의 악화를 억제하는 것을 과제로 한 것으로서, 연선 도체에 사용하는 구리 합금 재료와 동등한 정도의 강도 및 도전율을 확보하면서 경량화도 도모하는 것에 대해서는 아무런 검토가 이루어지지 않았다.

더욱이, 특허문헌 2에는 Si: 0.2∼0.8질량%, Fe: 0.36∼1.5질량%, Mg: 0.45∼0.9질량%, Ti: 0.005∼0.03질량%를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 형성된 알루미늄 합금선에 구리 피복을 실시한 구리 피복 알루미늄 합금선이 기재되고, 이 구리 피복 알루미늄 합금선은 가요성, 가공성을 구비하며, 신선성이 양호하고, 고도전이며, 인장 강도가 있으며, 더욱이, 경량이어서, 경제적인 도체를 제공할 수 있다고 되어 있다.

그렇지만, 특허문헌 2에 기재된 구리 피복 알루미늄 합금선은 순알루미늄선의 도전율보다 약간 높은 도전율을 갖지만, 알루미늄과 구리에서는 열팽창율의 차가 크기 때문에, 예를 들면, 고전류 밀도로 장시간의 연속 통전 혹은 단속 통전을 반복 실시함으로써, 구리 피복 알루미늄 합금선이 발열과 냉각의 열 이력(히트 사이클)을 받은 경우, 알루미늄 합금선과 구리 피복의 계면에서 균열이 발생하기 쉬워지고, 더욱이, 균열이 진전되어가면 구리 피복이 알루미늄 합금선으로부터 박리하게 되어, 그 결과, 도전율이 저하되어 안정적인 성능을 얻지 못하는 등의 문제가 있다.

일본특허공개공보 특개 2012-119073호 일본특허공개공보 특개 2010-280969호

모리 노리히로, 「V. 송전선·지중 케이블」, 전기학회 잡지, 전기학회, 1981년 5월, 제101권, 제5호, p.426-427

본 발명의 목적은 연선 도체로서 고도전율(저도체 저항)을 갖는 종래의 구리계 재료 또는 알루미늄계 재료로 이루어지는 제2 도체의 일부 대신, 고강도이면서 내굴곡 피로 특성이 우수한 특정 알루미늄 합금(재)로 구성되는 제1 도체를 사용함으로써, 고도전율 및 고강도를 구비하면서, 내굴곡 피로 특성이 우수하고, 게다가, 경량화를 도모할 수 있는 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

[1] 질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼0.33% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체와, 제1 도체보다 도전율이 높은 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 이루어지는 제2 도체의 합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절연 전선용 연선 도체.

[2] 상기 연선 도체의 횡단면에서 보아, 상기 연선 도체의 최외층에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B1)은 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높은 상기 [1]에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[3] 상기 최외층에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B1)과, 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)의 비(B1/A)는 1.50이상인 상기 [2]에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[4] 상기 연선 도체의 횡단면에서 보아, 상기 연선 도체의 외접원과 동심이고 또한 상기 외접원 반경의 반의 반경을 갖는 가상 원으로 구획되는 영역 내에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B2)은 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높은 상기 [1]에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[5] 상기 영역 내에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B2)과, 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)의 비(B2/A)는 1.50이상인 상기 [4]에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[6] 상기 연선 도체의 횡단면에서 보아, 상기 제1 도체의 합계 단면적은 상기 연선 도체의 공칭 단면적의 2∼98%의 범위인 상기 [1]∼[5] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[7] 상기 제1 도체와 상기 제2 도체는 직경 치수가 같은 상기 [1]∼[6] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[8] 상기 제1 도체와 상기 제2 도체는 직경 치수가 다른 상기 [1]∼[6] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[9] 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)이 2∼98%의 범위인 상기 [1]∼[8] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[10] 상기 제2 도체는 상기 구리 또는 상기 구리 합금으로 구성되어 있는 상기 [1]∼[9]에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[11] 상기 제2 도체는 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 상기 [1]∼[9]에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[12] 상기 제2 도체는 상기 구리 또는 상기 구리 합금과, 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금의 혼재 상태로 구성되어 있는 상기 [1]∼[9]에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[13] 상기 제1 도체의 상기 합금 조성은 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.06∼2.00질량%를 함유하는 상기 [1]∼[12] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선용 연선 도체.

[14] 상기 [1]∼[13] 중 어느 한 항에 기재된 연선 도체와, 상기 연선 도체의 외주를 피복하는 절연 피복을 구비하는 절연 전선.

[15] 상기 [1]∼[13] 중 어느 한 항에 기재된 연선 도체와, 상기 연선 도체의 외주를 피복하는 절연 피복을 구비하는 코드.

[16] 상기 [14]에 기재된 절연 전선 또는 상기 [15]에 기재된 코드와, 상기 절연 전선 또는 상기 코드를 포함하도록 절연 피복하는 시스를 구비하는 케이블.

[17] 상기 케이블은 캡타이어 케이블인 상기 [16]에 기재된 케이블.

본 발명은 질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼0.33% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체와, 제1 도체보다 도전율이 높은 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 이루어지는 제2 도체의 합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성되어 있음으로써, 연선 도체로서 고도전율(저도체 저항)을 갖는 종래의 구리계 재료 또는 알루미늄계 재료로 이루어지는 제2 도체의 일부 대신, 고강도이면서 내굴곡 피로 특성이 우수한 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체를 사용함으로써, 고도전율 및 고강도를 구비하면서, 내굴곡 피로 특성이 우수하고, 게다가, 경량화를 도모할 수 있는 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블 제공이 가능해졌다.

도 1은 본 발명과 관련되는 절연 전선용 연선 도체를 구성하는 제1 도체의 특정 알루미늄 합금재의 금속 조직을 3차원적으로 알 수 있도록 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제1 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 1×19구조의 동심 연선으로 구성한 경우이며, 도 2(a)가 횡단면도, 도 2(b)가 연선 도체를 구성하는 도체의 꼬임 상태를 알 수 있도록, 최외층에 위치하는 도체 및 그 내측에 인접하여 위치하는 도체를 부분적으로 절제하였을 때의 연선 도체의 평면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제2 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 1×19구조의 동심 연선으로 구성한 경우이며, 도 3(a)가 횡단면도, 도 3(b)가 연선 도체를 구성하는 도체의 꼬임 상태를 알 수 있도록, 최외층에 위치하는 도체 및 그 내측에 인접하여 위치하는 도체를 부분적으로 절제하였을 때의 연선 도체의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제3 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 합계 30개의 도체를 합쳐 꼬아서 형성하였을 때의 집합 연선의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제4 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 합계 88개의 도체를 합쳐 꼬아서 형성하였을 때의 집합 연선의 횡단면도이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제5 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 1×19구조의 동심 연선으로 구성한 경우이며, 도 6(a)가 횡단면도, 도 6(b)가 연선 도체를 구성하는 도체의 꼬임 상태를 알 수 있도록, 최외층에 위치하는 도체 및 그 내측에 인접하여 위치하는 도체를 부분적으로 절제하였을 때의 연선 도체의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제6 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 합계 30개의 도체를 합쳐 꼬아서 형성하였을 때의 집합 연선의 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제7 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 합계 88개의 도체를 합쳐 꼬아서 형성하였을 때의 집합 연선의 횡단면도이다.
도 9의 (a)∼(c)는 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 각각 제8∼제10 실시형태를 모식적으로 나타낸 횡단면도로서, 도 9(a)에 나타내는 제8 실시형태의 연선 도체가 집합 연선으로 구성한 경우, 도 9(b)에 나타내는 제9 실시형태의 연선 도체가 1×37구조의 동심 연선으로 구성한 경우, 그리고, 도 9(c)에 나타내는 제10 실시형태의 연선 도체가 7×7구조의 로프 연선으로 구성한 경우이다.
도 10은 본 발명과 관련되는 절연 전선용 연선 도체를 구성하는 제1 도체에 사용한 특정 알루미늄 합금재(본 발명예)와, 순알루미늄재와 순동재에 대해서, 냉간 가공에서 가공도(η)와 인장 강도(MPa)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 1의 제1 도체의 특정 알루미늄 합금재의 금속 조직을 신선 방향(X)으로 평행인 단면에서 관찰하였을 때의 STEM 화상이다.

다음으로, 본 발명에 따르는 절연 전선용 연선 도체의 바람직한 실시형태에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다.

본 발명에 따르는 절연 전선용 연선 도체는 질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼0.33% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체와, 해당 제1 도체보다 도전율이 높은 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 이루어지는 제2 도체의 합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성되어 있다.

[제1 도체]

제1 도체는 질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼0.33% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금(재)를 사용하여 형성되어 있다.

여기서, 상기 합금 조성의 원소 성분 중, 함유 범위의 하한치가 「0.00%」로 기재되어 있는 원소 성분은 적당히 필요에 따라서 임의로 알루미늄 합금재에 첨가되는 성분을 의미한다. 즉, 원소 성분이 「0.00%」인 경우, 그 원소 성분은 알루미늄 합금재에는 실질적으로 포함되어 있지 않은 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서, 「결정립」이란, 방위차 경계로 둘러싸인 부분을 가리키며, 여기서 「방위차 경계」란, 주사 투과 전자 현미경법(STEM)으로 금속 조직을 관찰한 경우에 콘트라스트가 불연속으로 변화하는 경계를 가리킨다. 또한, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수는 방위차 경계의 간격에 대응한다.

또한, 특정 알루미늄 합금은 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 갖는다. 여기서, 특정 알루미늄 합금재의 금속 조직을 3차원적으로 알 수 있도록 모식적으로 나타내는 사시도를 도 1에 나타낸다. 특정 알루미늄 합금(재)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 세장 형상의 결정립(1)이 일방향(X)으로 가지런히 연재 상태가 된 섬유형 조직을 갖고 있다. 이러한 세장 형상의 결정립은 종래의 미세한 결정립이나, 단지 종횡비가 큰 편평한 결정립과는 크게 다르다. 즉, 본 발명의 결정립은 섬유와 같은 세장 형상으로, 그 장변 방향(X)으로 수직인 치수(t)의 평균치가 400㎚ 이하이다. 이러한 미세한 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직은 종래의 알루미늄 합금(재)에는 존재하지 않았던 신규 금속 조직이라 할 수 있다.

특정 알루미늄 합금(재)로 이루어지는 제1 도체는 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 갖고, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하가 되도록 제어되어 있기 때문에, 철계나 구리계 합금 재료에 필적하는 고강도와, 우수한 내굴곡 피로 특성과 경량화를 실현할 수 있다. 굽힘이나 비틀림 등의 반복 변형에 의한 도체의 피로 파괴는 응력 집중과 국소 변형을 조장하는 결정 입계 및 특정 결정 방위가 원인으로 생긴다. 이러한 결정 조직의 불균일성은 결정립을 미세하게 함으로써 억제되어, 피로 파괴를 일으키기 어렵게 하는 작용이 있다.

또한, 결정립 지름을 미세하게 하는 것은 강도 및 피로 특성을 높이는 것 이외에도, 입계 부식을 개선하는 작용, 소성 가공한 후의 표면의 거칠기를 저감시키는 작용, 전단 가공하였을 때의 언더컷이나 버를 저감하는 작용 등으로 직결되어, 재료의 기능을 전반적으로 높이는 효과가 있다.

(1) 합금 조성

다음으로, 제1 도체를 구성하는 특정 알루미늄 합금(재)의 성분 조성을 작용과 함께 이하에 설명한다.

<Mg: 0.2∼1.8질량%>

Mg(마그네슘)은 알루미늄 모재중에 고용되어 강화하는 작용을 가짐과 동시에, Si와의 상승 효과에 의해 인장 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 또한, 용질 원자 클러스터로서 Mg-Si 클러스터를 형성한 경우에는 인장 강도나 신장을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 그렇지만, Mg 함유량이 0.2질량% 미만이면, 상기 작용 효과가 불충분하고, 또한, Mg 함유량이 1.8질량%를 넘으면, 정출물이 형성되어 가공성(신선 가공성이나 굽힘 가공성 등)이 저하된다. 따라서, Mg 함유량은 0.2∼1.8질량%로 하고, 바람직하게는 0.4∼1.0질량%이다.

<Si: 0.2∼2.0질량%>

Si(규소)는 알루미늄 모재중에 고용되어 강화하는 작용을 가짐과 동시에, Mg과의 상승 효과에 의해서 인장 강도나 내굴곡 피로 특성을 향상시키는 작용을 갖는다. 또한, Si는 용질 원자 클러스터로서 Mg-Si 클러스터나, Si-Si 클러스터를 형성한 경우에 인장 강도나 신장을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 그렇지만, Si 함유량이 0.2질량% 미만이면, 상기 작용 효과가 불충분하고, 또한, Si 함유량이 2.0질량%를 넘으면, 정출물이 형성되어 가공성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.2∼2.0질량%로 하고, 바람직하게는 0.4∼1.0질량%이다.

<Fe: 0.01∼0.33질량%>

Fe(철)은 주로 Al-Fe계 금속간 화합물을 형성함으로써 결정립의 미세화에 기여한다. 여기서, 금속간 화합물이란 2종류 이상의 금속으로 구성되는 화합물을 말한다. Fe은 Al중에 655℃에서 0.05질량% 밖에 고용되지 못하고, 실온에서는 더욱 적기 때문에, Al중에 고용되지 않는 나머지 Fe은 Al-Fe계, Al-Fe-Si계, Al-Fe-Si-Mg계 등의 금속간 화합물로서 정출 또는 석출된다. 이들과 같이 Fe과 Al으로 주로 구성되는 금속간 화합물을 본 명세서에서는 Fe계 화합물이라 부른다. 이 금속간 화합물은 결정립의 미세화에 기여한다. Fe 함유량이 0.01질량% 미만이면, 이러한 작용 효과가 불충분하고, 또한, Fe 함유량이 0.33질량%를 넘으면, 정출물이 많아져 가공성이 저하된다. 여기서, 정출물이란, 합금의 주조 응고 시에 발생하는 금속간 화합물을 말한다. 따라서, Fe 함유량은 0.01∼0.33질량%로 하고, 바람직하게는 0.05∼0.29질량%이다. 또한, 주조 시의 냉각 속도가 느린 경우, Fe계 화합물의 분산이 드물어져, 악영향도가 높아진다. 그 때문에, Fe 함유량은 0.25질량% 미만으로 하는 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.20질량% 미만이다.

<Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상: 합계로 0.06∼2.00질량%>

Cu(구리), Ag(은), Zn(아연), Ni(니켈), Co(코발트), Au(금), Mn(망간), Cr(크롬), V(바나듐), Zr(지르코늄), Ti(티탄), Sn(주석)은 모두 내열성을 향상시키는 원소이다. 이들 성분은 필요에 따라서 함유시킬 수 있는 임의 함유 성분으로서, 1종만의 단독으로 함유시킬 수 있고, 혹은 2종 이상의 조합으로 함유시킬 수 있고, 합계 0.00∼2.00질량% 함유시킬 수 있고, 0.06∼2.00질량% 함유시키는 것이 바람직하다.

이들 성분의 함유량의 합계가 0.06질량% 미만이면, 상기 작용 효과를 충분히 얻지 못하게 되는 경향이 있고, 또한, 이들 성분의 함유량의 합계가 2.00질량% 넘으면, 가공성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 함유량의 합계는 0.06∼2질량%로 하고, 바람직하게는 0.3∼1.2질량%이다. 특히, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, Zn, Ni, Co, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn으로부터 선택되는 어느 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

상기 성분이 내열성을 향상시키는 매커니즘으로서는, 예를 들면 상기 성분의 원자 반경과, 알루미늄의 원자 반경의 차가 크기 때문에 결정 입계 에너지를 저하시키는 기구나, 상기 성분의 확산 계수가 크기 때문에 입계에 들어간 경우에 입계의 이동도를 저하시키는 기구, 공공(空孔)과의 상호 작용이 커서 공공을 트랩하기 위해서 확산 현상을 지연시키는 기구 등을 들 수 있으며, 이들 기구가 상승적으로 작용하고 있는 것이라고 생각할 수 있다.

<잔부: Al 및 불가피 불순물>

상술한 성분 이외의 잔부는 Al(알루미늄) 및 불가피 불순물이다. 여기서 말하는 불가피 불순물은 제조 공정상, 불가피적으로 포함될 수 있는 함유 레벨의 불순물을 의미한다. 불가피 불순물은 함유량에 따라서는 도전율을 저하시키는 요인도 될 수 있기 때문에, 도전율 저하를 가미하여 불가피 불순물의 함유량을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하다. 불가피 불순물로서 들 수 있는 성분으로서는 예를 들면, B(붕소), Bi(비스무트), Pb(납), Ga(갈륨), Sr(스트론튬) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 성분 함유량의 상한은 상기 성분마다 0.05질량% 이하, 상기 성분의 총량으로 0.15질량% 이하로 할 수 있다.

[제2 도체]

제2 도체는 제1 도체보다 높은 도전율(저도체 저항)을 갖는 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 구성된다.

제1 도체는 철계나 구리계 합금 재료에 필적하는 고강도와, 우수한 내굴곡 피로 특성과 경량화를 실현할 수 있지만, 도전율이 구리계 재료에 비하여 낮기 때문에, 예를 들면, 고전류 밀도로 장시간의 연속 통전 혹은 단속 통전이 반복되면, 케이블 전체가 고온(예를 들면, 90℃ 초과)으로까지 자기 발열하는 경우도 상정되기 때문에, 사용 조건에 따라서는 안전면에의 배려가 필요하다.

이 때문에, 본 발명의 연선 도체는 제1 도체와, 이 제1 도체보다 도전율이 높은 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 이루어지는 제2 도체의 합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성하는 것이 필요하다. 본 발명의 연선 도체를 제1 도체와 제2 도체의 합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성함으로써, 제1 도체에서 부족하기 쉬운 도전율을 고도전율을 갖는 제2 도체로 보충할 수 있어, 이 결과, 예를 들면, 고전류 밀도로 장시간의 연속 통전 혹은 단속 통전이 반복되었다 하더라도, 케이블 전체가 고온(예를 들면, 90℃ 초과)이 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도체 저항의 저감을 중시할 경우에는, 제2 도체는 구리 또는 상기 구리 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 제2 도체로서 사용하는 구리계 재료의 구체적인 예로서는 무산소 구리, 터프피치동, 인탈산동, Cu-Ag계 합금, Cu-Sn계 합금, Cu-Mg계 합금, Cu-Cr계 합금, Cu-Mg-Zn계 합금, 그 밖에, ASTM　B105-05에서 규정되어 있는 도체용 구리 합금 등을 들 수 있다. 또한, 이들 구리계 재료에 Sn, Ni, Ag, Cu 등의 도금을 실시한 도금선을 사용할 수 있다. 제2 도체로 이루어지는 선의 단면 형상은 원형에 한정되지 않는다.

또한, 도체의 경량화를 중시할 경우에는, 제2 도체는 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 제2 도체로서 사용하는 알루미늄계 재료의 구체예로서는 ECAL, Al-Zr계, 5000계 합금, Al-Mg-Cu-Si계 합금, ASTM　B800-05에서 규정되어 있는 8000계 합금 등을 들 수 있다. 이들 알루미늄계 재료에 Sn, Ni, Ag, Cu 등의 도금을 실시한 도금선을 사용할 수 있다. 제2 도체로 이루어지는 선의 단면 형상은 원형에 한정되지 않는다.

더욱이, 제2 도체는 구리 또는 상기 구리 합금과, 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 조성이 다른 2종류 이상의 제2 도체를 사용하여, 연선 도체를 이들 2종류 이상의 제2 도체와 제1 도체의 혼재 상태로 구성하는 것이 바람직하다.

[절연 전선용 연선 도체]

본 발명에 따르는 절연 전선용 연선 도체는 상술한 제1 도체와 제2 도체의 합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성되어 있다. 도 2는 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제1 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 도 2(a)가 횡단면도, 도 2(b)가 연선 도체를 구성하는 도체의 꼬임 상태를 알 수 있도록, 최외층에 위치하는 도체 및 그 내측에 인접하여 위치하는 도체를 부분적으로 절제하였을 때의 연선 도체의 평면도이다.

본 발명의 연선 도체(10)는 제1 도체(20)와 제2 도체(40)로 구성되고, 도 2에 나타내는 제1 실시형태에서는, 14개의 제1 도체(20)와 5개의 제2 도체(40)의 합계 19개의 도체 모두를 동일 피치로 S꼬임(우회전 꼬임) 방향으로 합쳐 꼬아서, 1×19의 꼬임 구조로 구성된 동심 연선으로서, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)로서 동일한 선경을 갖고 있는 것을 사용한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 2(a)에는 제1 도체(20)와 제2 도체(40)를 구별하기 위해서, 제2 도체(40)에만 사선 해칭이 실시되어 있다.

본 발명의 연선 도체(10)는 특성이 다른 2종류의 도체(제1 도체(20) 및 제2 도체(40))를 사용하여, 이들 도체(20, 40)를 합쳐 꼬아서 혼재 상태로 구성함으로써, 고도전율 및 고강도를 구비하고, 내굴곡 피로 특성도 우수하여, 더욱 경량화도 도모할 수 있다.

도 3은 본 발명의 절연 전선용 연선 도체의 제2 실시형태를 모식적으로 나타낸 것으로서, 1×19구조의 동심 연선으로 구성한 경우이며, 도 3(a)가 횡단면도, 도 3(b)가 연선 도체를 구성하는 도체의 꼬임 상태를 알 수 있도록, 최외층에 위치하는 도체 및 그 내측에 인접하여 위치하는 도체를 부분적으로 절제하였을 때의 연선 도체의 평면도이다.

제2 실시형태의 절연 전선용 연선 도체(10A)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)로 구성되고, 연선 도체(10A)의 횡단면에서 보아, 연선 도체(10A)의 최외층(60)에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)은 연선 도체(10A)를 구성하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)보다 높다.

여기서, 연선 도체(10A)의 횡단면이란, 연선 도체(10A)의 장변 방향으로 수직인 단면이다. 또한, 최외층(60)이란, 연선 도체(10A)의 횡단면에서 보아, 연선 도체(10A)의 외주에 위치하는 복수의 도체로 이루어지는 층이다. 또한, 도 3(a)에 나타내는 제2 실시형태의 연선 도체(10A) 및 후술하는 도 4에 나타내는 제3 실시형태의 연선 도체(10B) 및 도 5에 나타내는 제4 실시형태의 연선 도체(10C)에서는, 최외층(60)에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 윤곽선은 실선으로 나타내고, 최외층(60)에 위치하지 않는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 윤곽선은 파선으로 나타내고 있다. 연선 도체(10A)의 장변 방향의 임의 부분에서 횡단면에서는 항상, 최외층(60)에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)은 연선 도체(10)를 구성하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)보다 높다.

도 3에 나타내는 실시형태에서는, 14개의 제1 도체(20)와 5개의 제2 도체(40)의 합계 19개의 도체 모두를 동일 피치로 S꼬임(우회전 꼬임) 방향으로 합쳐 꼬아서, 1×19의 꼬임 구조로 구성된 동심 연선으로서, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)으로서 동일한 선경을 갖고, 최외층(60)에 위치하는 제1 도체(20)의 합계 개수가 12개 및 제2 도체(40)의 합계 개수가 0개인 것을 사용한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 3(a)에서는, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)를 구별하기 위해서, 제2 도체(40)에만 사선 해칭이 실시되어 있다.

구체적으로, 도 3에 나타내는 실시형태에서는, 연선 도체(10A)의 최외층(60)에 위치하는 도체에서, 제1 도체(20)(12개) 및 제2 도체(40)(0개)의 합계 개수(12개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)은 100%이다. 또한, 연선 도체(10A)를 구성하는 제1 도체(20)(14개) 및 제2 도체(40)(5개)의 합계 개수(19개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)은 73.68%이다. 그리고, 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)(100%)은 제1 도체(20)의 개수 비율(A)(73.68%)보다 높다.

또한, 도 4는 제3 실시형태의 연선 도체(10B)를 나타낸 것으로서, 합계 30개의 도선(제1 도체 및 제2 도체)을 묶은 상태에서 일방향으로 합쳐 꼬아서 형성된 집합 연선의 횡단면도이다. 구체적으로, 제3 실시형태에서는, 연선 도체(10B)의 최외층(60)에 위치하는 제1 도체(20)(10개) 및 제2 도체(40)(9개)의 합계 개수(19개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)은 52.63%이다. 또한, 연선 도체(10B)를 구성하는 제1 도체(20)(10개) 및 제2 도체(40)(20개)의 합계 개수인 30개에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)은 33.33%이다. 그리고, 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)(52.63%)은 제1 도체(20)의 개수 비율(A)(33.33%)보다 높다.

또한, 도 5는 제4 실시형태의 연선 도체(10C)를 나타낸 것으로서, 합계 88개의 도선(제1 도체 및 제2 도체)을 묶은 상태에서 일방향으로 합쳐 꼬아서 형성된 집합 연선의 횡단면도이다. 구체적으로, 제4 실시형태의 연선 도체(10C)에서는, 연선 도체(10C)의 최외층(60)에 위치하는 제1 도체(20)(29개) 및 제2 도체(40)(4개)의 합계 개수(33개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)은 87.88%이다. 또한, 연선 도체(10C)를 구성하는 제1 도체(20)(29개) 및 제2 도체(40)(59개)의 합계 개수(88개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)은 32.95%이다. 그리고, 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)(87.88%)은 제1 도체(20)의 개수 비율(A)(32.95%)보다 높다.

제2 내지 제4 실시형태의 연선 도체(10A, 10B, 10C)에서는, 최외층(60)에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)과, 연선 도체(10)를 구성하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)의 비(B1/A)는 바람직하게는 1.50이상, 보다 바람직하게는 1.70이상이다. 제1 도체(20)의 개수 비율(A)에 대한 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)이 높을수록, 연선 도체(10A, 10B, 10C)의 내굴곡 피로 특성, 경량화, 알루미늄 단자와의 접속성, 온도 분포의 균일성, 변형시키기 어려움(변형 비용이성)이 향상한다. 상기 비(B1/A)가 1.50이상이면, 이들 특성의 향상 효과가 충분하다.

여기서, 알루미늄 단자와의 접속성이란, 알루미늄계 재료로 형성되는 슬리브 단자 등의 알루미늄 단자와 연선 도체와의 접속성을 말한다. 일반적으로, 2개의 이종 금속 부재를 접속할 경우에는, 이종 금속 접촉 부식이나 부재간의 열팽창계수차를 고려할 필요가 있다. 예를 들면, 단자가 알루미늄계 재료로 형성되는 경우, 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체를 연선 도체의 최외층(60)에 높은 존재 비율로 많이 배치함으로써, 연선 도체(10A, 10B, 10C)와 알루미늄 단자와의 접속에서는, 이종 금속 접속의 비율보다 동종 금속 접속의 비율이 많아지기 때문에, 이종 금속 접촉 부식이나 열팽창계수차가 억제되어, 연선 도체(10A, 10B, 10C)와 단자와의 접속성이 향상한다. 그 때문에, 연선 도체(10A, 10B, 10C)와 단자를 장시간 안정되게 접속할 수 있다.

또한, 온도 분포의 균일성이란, 연선 도체의 통전 시의 온도 분포의 균일성을 말한다. 연선 도체에 전류가 흐르면, 연선 도체에는 줄 열이 발생하기 때문에, 연선 도체의 온도가 올라간다. 여기서, 연선 도체의 최외층에 위치하는 도체는 외기에 접하고 있기 때문에 방열하기 쉽고, 연선 도체의 내측 부분에 위치하는 도체는 열이 가득차기 쉬워서 방열하기 어렵기 때문에, 연선 도체의 온도 분포는 불균일해진다. 그 때문에, 제2 내지 제4 실시형태의 연선 도체(10A, 10B, 10C)와 같이, 연선 도체의 내측 부분에, 제1 도체보다 열전도율이 높은 제2 도체를 많이 배치함과 동시에, 연선 도체의 최외층(60)에 제2 도체보다 열전도율이 낮은 제1 도체를 많이 배치함으로써, 연선 도체(10A, 10B, 10C)의 온도 분포의 균일성이 향상한다. 그 때문에, 연선 도체(10A, 10B, 10C)에 장시간 통전해도, 연선 도체(10A, 10B, 10C)는 안정적으로 전류를 흘릴 수 있다.

또한, 변형 비용이성에 대해서는 다음과 같다. 케이블이나 배선을 취급할 때에는, 케이블이나 배선을 굽히거나 보빈이나 릴에 감는다는 부하가 걸린다. 이 때, 케이블이나 배선이 소성 변형되어버려, 굽힘 자국이나 권선 자국이 생겨버리면, 케이블이나 배선의 균일한 변형이 저해되어버려, 단선 원인이나 선의 난립에 의한 재해의 원인이 된다. 제2 내지 제4 실시형태의 연선 도체(10A, 10B, 10C)는 소성 변형하기 어려운 제1 도체(10)를 최외층(60)에 높은 존재 비율로 많이 배치함으로써, 연선 도체(10A, 10B, 10C)의 변형 비용이성이 향상하기 때문에, 상기 과제를 해결할 수 있다.

또한, 상기에서는 연선 도체(10A, 10B, 10C)의 횡단면에서 보아, 연선 도체의 외접원이 진원인 일례를 나타냈지만, 연선 도체의 외접원은 반원형, 타원형, 진원이 임의로 변형된 형상 등의 임의 형상일 수 있다. 이 경우, 임의 형상의 면적으로부터 가상의 진원의 반경을 산출하고, 산출한 반경에 근거하여 임의 형상의 중심을 중심으로 하여 그린 가상의 진원을 연선 도체의 외접원이라 간주한다.

또한, 도체 저항의 저감 및 온도 분포의 균일성을 중시할 경우에는, 제2 도체는 구리 또는 구리 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 제2 도체로서 사용하는 구리계 재료의 구체예로서는 무산소 구리, 터프피치동, 인탈산동, Cu-Ag계 합금, Cu-Sn계 합금, Cu-Mg계 합금, Cu-Cr계 합금, Cu-Mg-Zn계 합금, 그 밖에, ASTM B105-05에서 규정되어 있는 도체용 구리 합금 등을 들 수 있다. 또한, 이들 구리계 재료에 Sn, Ni, Ag, Cu 등의 도금을 실시한 도금선을 사용할 수 있다. 제2 도체로 이루어지는 선의 단면 형상은 원형에 한정되지 않는다.

또한, 도체의 경량화를 중시할 경우에는, 제2 도체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 제2 도체로서 사용하는 알루미늄계 재료의 구체예로서는 ECAL, Al-Zr계, 5000계 합금, Al-Mg-Cu-Si계 합금, ASTM B800-05에서 규정되어 있는 8000계 합금 등을 들 수 있다. 이들 알루미늄계 재료에 Sn, Ni, Ag, Cu 등의 도금을 실시한 도금선을 사용할 수 있다. 제2 도체로 이루어지는 선의 단면 형상은 원형에 한정되지 않는다.

더욱이, 제2 도체는 구리 또는 상기 구리 합금과 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 조성이 다른 2종류 이상의 제2 도체를 사용하여, 연선 도체를 이들 2종류 이상의 제2 도체와 제1 도체의 혼재 상태로 구성하는 것이 바람직하다.

도 6은 제5 실시형태의 절연 전선용 연선 도체를 모식적으로 나타낸 것으로서, 1×19구조의 동심 연선으로 구성한 경우이며, 도 6(a)가 횡단면도, 도 6(b)가 연선 도체를 구성하는 도체의 꼬임 상태를 알 수 있도록, 최외층에 위치하는 도체 및 그 내측에 인접하여 위치하는 도체를 부분적으로 절제하였을 때의 연선 도체의 평면도이다.

제5 실시형태의 절연 전선용 연선 도체는 제1 도체와 제2 도체의 합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성되어 있다. 상기 제1 도체는 질량%로 Mg: 0.20∼1.80%, Si: 0.20∼2.00%, Fe: 0.01∼0.33% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금으로 이루어진다. 상기 제2 도체는 해당 제1 도체보다 도전율이 높은 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 이루어진다. 상기 연선 도체의 횡단면에서 보아, 상기 연선 도체의 외접원과 동심이며, 또한, 상기 외접원 반경의 반의 반경을 갖는 가상 원으로 구획되는 영역 내에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B2)은 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 제5 실시형태의 연선 도체(10D)는 제1 도체(20)와 제2 도체(40)로 구성되고, 연선 도체(10D)의 횡단면에서 보아, 연선 도체(10D)의 외접원과 동심이며, 또한, 외접원 반경(r1)의 반(r1/2)의 반경(r)을 갖는 가상 원으로 구획되는 영역(80) 내에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)은 연선 도체(10D)를 구성하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)보다 높다.

여기서, 연선 도체(10D)의 횡단면이란, 연선 도체(10D)의 장변 방향으로 수직인 단면이다. 또한, 도 6(a)에 나타내는 제5 실시형태의 연선 도체(10D) 및 후술하는 도 7에 나타내는 제6 실시형태의 연선 도체(10E) 및 도 8에 나타내는 제7 실시형태의 연선 도체(10F)에서는, 영역(80)에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 윤곽선은 실선으로 나타내고, 영역(80)에 위치하지 않는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 윤곽선은 파선으로 나타내고 있다. 연선 도체(10D, 10E, 10F)의 장변 방향의 임의 부분에서의 횡단면에서는, 항상 영역(80) 내에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)은 연선 도체(10D, 10E, 10F)를 구성하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)보다 높다.

도 6에 나타내는 제5 실시형태의 연선 도체(10D)에서는, 14개의 제1 도체(20)와 5개의 제2 도체(40)의 합계 19개의 도체 모두를 동일 피치로 S꼬임(우회전 꼬임) 방향으로 합쳐 꼬아서, 1×19의 꼬임 구조로 구성된 동심 연선으로서, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)로서 동일한 선경을 갖고, 영역(80) 내에 위치하는 제1 도체(20)의 합계 개수가 7개 및 제2 도체(40)의 합계 개수가 0개인 것을 사용한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 6(a)에서는, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)를 구별하기 위해서, 제2 도체(40)에만 사선 해칭이 실시되어 있다.

구체적으로, 제5 실시형태의 연선 도체(10D)에서는, 영역(80) 내에 위치하는 제1 도체(20)(7개) 및 제2 도체(40)(0개)의 합계 개수(7개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)은 100%이다. 또한, 연선 도체(10D)를 구성하는 제1 도체(20)(14개) 및 제2 도체(40)(5개)의 합계 개수(19개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)은 73.68%이다. 그리고, 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)(100%)은 제1 도체(20)의 개수 비율(A)(73.68%)보다 높다.

또한, 도 7에 나타내는 제6 실시형태의 연선 도체(10E)에서는, 합계 30개의 도선(제1 도체 및 제2 도체)을 묶은 상태에서 일방향으로 합쳐 꼬아서 형성된 집합 연선의 횡단면도이다. 구체적으로, 제6 실시형태의 연선 도체(10E)에서는, 영역(80) 내에 위치하는 제1 도체(20)(11개) 및 제2 도체(40)(0개)의 합계 개수(11개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)은 100%이다. 또한, 연선 도체(10E)를 구성하는 제1 도체(20)(20개) 및 제2 도체(40)(10개)의 합계 개수(30개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)은 66.67%이다. 그리고, 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)(100%)은 제1 도체(20)의 개수 비율(A)(66. 67%)보다 높다.

또한, 도 8에 나타내는 제7 실시형태의 연선 도체(10F)에서는, 합계 88개의 도선(제1 도체 및 제2 도체)을 묶은 상태에서 일방향으로 합쳐 꼬아서 형성된 집합 연선의 횡단면도이다. 구체적으로, 제7 실시형태의 연선 도체(10F)에서는, 영역(80) 내에 위치하는 제1 도체(20)(34개) 및 제2 도체(40)(0개)의 합계 개수(34개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)은 100%이다. 또한, 연선 도체(10F)를 구성하는 제1 도체(20)(59개) 및 제2 도체(40)(29개)의 합계 개수(88개)에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)은 67.05%이다. 그리고, 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)(100%)은 제1 도체(20)의 개수 비율(A)(67.05%)보다 높다.

또한, 영역(80)이 제1 도체(20) 또는 제2 도체(40)의 일부를 분단하도록 구획되는 경우에는, 영역(80) 내에 위치하는 도체의 합계 개수에는 영역(60)에서 분단된 제1 도체의 개수 및 제2 도체의 개수의 합계도 포함된다. 도 6∼8에는 영역(80)이 제1 도체(20)의 일부를 분단하도록 구획될 때의 연선 도체(10D, 10E, 10F)를 나타내고 있다.

제5 내지 제7 실시형태의 연선 도체(10D, 10E, 10F)에서는, 영역(80) 내에 위치하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)과, 연선 도체를 구성하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율(A)의 비(B2/A)는 바람직하게는 1.50이상, 보다 바람직하게는 1.70이상이다. 제1 도체(20)의 개수 비율(A)에 대한 제1 도체(20)의 개수 비율(B2)이 높을수록, 연선 도체(10D, 10E, 10F)의 내굴곡 피로 특성, 경량화, 변형시키기 쉬움(변형 용이성)이 향상한다. 상기 비(B2/A)가 1.50이상이면, 이들 특성의 향상 효과가 충분하다.

여기서, 변형 용이성이란, 절연 피복 전선이나 케이블을 배선 경로를 따라 뻗게 하여 고정시킬 경우에, 그 경로의 형상을 따른 형상으로의 변형 용이성이다. 이 특성이 나쁘면 이른바, 탄력성이 강한 상태로서, 연선 도체를 원하는 형상으로 변형시키는 작업이 매우 곤란해진다.

또한, 상기에서는, 연선 도체의 횡단면에서 보아, 연선 도체의 외접원이 진원인 일례를 나타냈지만, 연선 도체의 외접원은 반원형, 타원형, 진원이 임의로 변형된 형상 등의 임의 형상일 수 있다. 이 경우, 임의 형상의 면적으로부터 가상의 진원의 반경을 산출하고, 산출한 반경에 근거하여 임의 형상의 중심을 중심으로 하여 그린 가상의 진원을 연선 도체의 외접원이라 간주한다.

또한, 도체 저항의 저감 및 구리 단자와의 접속성을 중시할 경우에는, 제2 도체는 구리 또는 구리 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 제2 도체로서 사용하는 구리계 재료의 구체예로서는 무산소 구리, 터프피치동, 인탈산동, Cu-Ag계 합금, Cu-Sn계 합금, Cu-Mg계 합금, Cu-Cr계 합금, Cu-Mg-Zn계 합금, 그 밖에, ASTM　B105-05에서 규정되어 있는 도체용 구리 합금 등을 들 수 있다. 또한, 이들 구리계 재료에 Sn, Ni, Ag, Cu 등의 도금을 실시한 도금선을 사용할 수 있다. 제2 도체로 이루어지는 선의 단면 형상은 원형에 한정되지 않는다.

또한, 도체의 경량화를 중시할 경우에는, 제2 도체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 제2 도체로서 사용하는 알루미늄계 재료의 구체예로서는 ECAL, Al-Zr계, 5000계 합금, Al-Mg-Cu-Si계 합금, ASTM B800-05에서 규정되어 있는 8000계 합금 등을 들 수 있다. 이들 알루미늄계 재료로 Sn, Ni, Ag, Cu 등의 도금을 실시한 도금선을 사용할 수 있다. 제2 도체로 이루어지는 선의 단면 형상은 원형에 한정되지 않는다.

본 발명의 적합한 실시형태로서는, 상기 연선 도체의 횡단면에서 보아, 제1 도체(20)의 합계 단면적(S1)(㎟)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)(㎟)의 2∼98%의 범위인 것이 바람직하다. 제1 도체(20)의 합계 단면적(S1)이 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 2% 미만이면, 연선 도체로서 소기한 정도의 경량화 및 피로 수명 특성을 얻을 수 없기 때문에, 또한, 연선 도체의 공칭 단면적(S)이 98% 초과이면, 연선 도체로서의 도전율이 낮아지고, 예를 들면, 고전류 밀도로 장시간의 연속 통전 혹은 단속 통전을 반복하면, 연선 도체의 발열량이 커져서, 케이블 전체가 고온(예를 들면, 90℃ 초과)으로까지 자기 발열할 우려가 있으며, 사용 조건에 따라서는 안전면에의 배려가 필요해지기 때문에, 바람직하지 않다.

여기서, 제1 도체(20)의 합계 단면적(S1)(㎟)은 연선 도체를 구성하는 제1 도체(20) 각각의 단면적(A1)(㎟)을 측정하여, 측정한 모든 제1 도체(20)의 단면적(A1)의 총합을 의미한다. 예를 들면, 연선 도체를 구성하는 제1 도체(20)의 개수가 m개이고, 이들 제1 도체(20) 모두가 동일 직경(d1)(㎜)일 때, 각 제1 도체(20)의 단면적(A1)은 π(d1/2)²로 나타나기 때문에, 제1 도체(20)의 합계 단면적(S1)은 이하의 식으로 나타난다.

S1=m×A1=mπ(d1/2)²

또한, 제2 도체(40)의 합계 단면적(S2)(㎟)은 연선 도체를 구성하는 제2 도체(40)의 각각의 단면적(A2)(㎟)을 측정하여, 측정한 모든 제2 도체(40)의 단면적(A2)의 총합을 의미한다. 예를 들면, 연선 도체를 구성하는 제1 도체(40)의 개수가 n개이고, 이들 제2 도체(40) 모두가 동일 직경(d2)(㎜)일 때, 각 제2 도체(40)의 단면적(A2)은 π(d2/2)²로 나타나기 때문에, 제2 도체(40)의 합계 단면적(S2)은 이하의 식으로 나타난다.

S2=n×A2=nπ(d2/2)²

더욱이, 연선 도체의 공칭 단면적(S)은 연선 도체를 구성하는 모든 도체(제1 도체(20) 및 제2 도체(40))의 단면적의 총합을 의미하며, 이하의 식으로 나타난다.

S(㎟)=S1(㎟)＋S2(㎟)

또한, 연선 도체를 구성하는 제1 도체(20) 및 제2 도체(40)의 합계 개수에 차지하는 제1 도체(20)의 개수 비율이 2∼98%의 범위인 것이 바람직하다. 제1 도체의 상기 개수 비율이 2%보다 적으면, 연선 도체로서 소기한 정도의 경량화 및 피로 수명 특성을 얻을 수 없기 때문이고, 또한, 제1 도체의 상기 개수 비율이 98%보다 많으면, 연선 도체로서의 도전성이 낮아지고, 예를 들면, 고전류 밀도로 장시간의 연속 통전 혹은 단속 통전을 반복 실시하면, 연선 도체의 발열량이 커져서, 케이블 전체가 고온(예를 들면, 90℃ 초과)으로까지 자기 발열할 우려가 있으며, 사용 조건에 따라서는 안전면에의 배려가 필요시되기 때문에 바람직하지 않다.

더욱이, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)의 직경(선경) 치수는 같거나 혹은 다를 수 있다. 예를 들면, 피로 수명을 중시할 경우에는, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)는 직경 치수가 같은 것이 바람직하다. 또한, 연선 도체를 구성하는 도체와 도체의 사이 및 도체와 피복의 사이에 형성되는 간극의 저감을 중시할 경우에는, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)는 직경 치수가 다른 것이 바람직하다.

이러한 절연 전선용 연선 도체는 합금 조성이나 제조 과정을 조합하여 제어함으로써 실현할 수 있다. 또한, 도 2, 도 3 및 도 6에서는, 소정 개수의 제1 도체(20)와 소정 개수의 제2 도체(40)를 동일 피치로 S꼬임 방향(오른쪽 꼬임)으로 합쳐 꼬아서, 1×19의 꼬임 구조로 구성된 연선 도체의 예를 나타냈지만, 본 발명에서는 연선 도체가 제1 도체(20)와 제2 도체(40)를 합쳐 꼬아서 혼재한 상태에서 구성되어 있을 수 있으며, 연선의 종류(예를 들면, 집합 연선, 동심 연선, 로프 연선 등), 꼬임 피치(예를 들면, 내층에 위치하는 도체와 외층에 위치하는 도체의 피치를 동일 또는 다름 등), 꼬임 방향(예를 들면, S꼬임, Z꼬임, 교차 꼬임, 평행 꼬임 등), 꼬임 구조(1×7, 1×19, 1×37, 7×7 등), 선경(예를 들면, 0.07∼2.00㎜φ) 등의 조건에 대해서는 한정되지 않으며, 연선 도체가 사용되는 용도 등에 따라서 적당히 설계 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, JIS　C3327:2000의 「600V 고무 캡타이어 케이블」에 각종 꼬임 구조가 기재되어 있다.

연선 도체의 꼬임 구조로서는, 예를 들면 도 9(a)에서는, 합계 36개의 도체(제1 도체 및 제2 도체)를 묶은 상태에서 일방향으로 합쳐 꼬아서 집합 연선으로서 구성한 경우, 도 9(b)에서는, 합계 37개의 도체(제1 도체 및 제2 도체)를 1개의 도체를 중심으로 하여, 이 도체의 둘레에 6개, 12개, 18개의 도체를 차례로 합쳐 꼬아서 배치하여 1×37 구조의 동심 연선으로 하여 구성한 경우, 그리고, 도 9(c)에서는, 7개의 도체(제1 도체 및 제2 도체)를 1개의 도체를 중심으로 하여, 이 도체의 둘레에 6개의 도체를 합쳐 꼬은 1×7구조를 갖는 연선 7개를 묶어 합쳐 꼬아서 7×7구조의 로프 연선으로 하여 구성한 경우를 들 수 있다. 또한, 도 9(a)∼(c)에서는, 제1 도체와 제2 도체 쌍방을 배치하고 있지만, 양자를 구별하지 않고 나타내고 있다.

또한, 연선 도체(10)를 구성하는 제1 도체(20)와 제2 도체(40)의 배치 관계에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없으며, 예를 들면, 제1 도체(20)를 연선 도체(10)의 내부 측에 배치하거나 혹은 외면 측에 배치할 수 있으며, 더욱이, 연선 도체(10)의 내부 측과 외면 측에 분산시켜 랜덤으로 배치할 수 있다. 또한, 연선 도체(10A, 10B, 10C)에서는, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)를 합쳐 꼬아서 혼재한 상태에서, 연선 도체의 최외층에 위치하는 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(B1)이 연선 도체를 구성하는 제1 도체 및 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높게 구성되어 있을 수 있다. 또한, 연선 도체(10D, 10E, 10F)에서는, 제1 도체(20)와 제2 도체(40)를 합쳐 꼬아서 혼재한 상태에서, 연선 도체의 외접원과 동심이며 또한 외접원 반경의 반의 반경을 갖는 가상 원으로 구획되는 영역 내에 위치하는 제1 도체 및 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(B2)이 연선 도체를 구성하는 제1 도체 및 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높게 구성되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명의 절연 전선(미도시) 및 코드(미도시)는 상기 연선 도체와 연선 도체의 외주를 피복하는 절연 피복을 구비한다. 절연 피복은 연선 도체의 장변 방향의 축선을 따라 연선 도체의 외주를 피복한다. 절연 피복은 일반적인 절연 전선이나 코드에 사용되고 있는 기존의 피복, 예를 들면, 고무나 수지 등의 절연체로 형성된다. 여기서, 절연 전선과 코드의 차이는 절연 전선은 가요성을 갖지 않는 것이고, 코드는 가요성을 갖는 것이다.

연선 도체(10A, 10B, 10C)를 구비하는 절연 전선 및 코드에서는, 상기 비(B1/A)가 바람직하게는 1.50이상, 보다 바람직하게는 1.70이상이다. 제1 도체(20)의 개수 비율(A)에 대한 제1 도체(20)의 개수 비율(B1)이 높을수록, 절연 전선 및 코드의 내동해(耐銅害)성이 향상한다. 비(B1/A)가 1.50이상이면, 내동해성의 향상 효과가 충분하다.

여기서, 내동해성이란, 절연 전선 및 코드를 구성하는 절연 피복의 동해의 내성을 말한다. 절연 피복의 동해에서는, 절연 피복과 접촉하고 있는 도체 중의 구리 이온이 절연 피복에 침입함으로써, 절연 피복이 열화된다. 그 때문에, 연선 도체(10A, 10B, 10C)와 같이, 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체를 연선 도체의 최외층에 많이 배치함으로써, 절연 피복과 접촉하는 구리계 도체 재료의 존재 비율이 저하되기 때문에, 절연 피복의 내동해성이 향상한다. 그 때문에, 절연 피복은 장시간 안정적으로 도체를 피복할 수 있다.

[절연 전선용 연선 도체의 제조 방법]

<제1 도체의 제조 방법>

다음으로, 본 발명에 따르는 절연 전선용 연선 도체를 구성하는 제1 도체의 제조 방법의 일례를 이하에 설명한다.

이러한 본 발명의 일실시형태에 의한 절연 전선용 연선 도체를 구성하는 제1 도체의 특정 알루미늄 합금재는 특히 Al-Mg-Si-Fe계 합금의 내부에 결정 입계를 고밀도로 도입함으로써, 고피로 수명화를 도모하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 종래의 알루미늄 합금재에서 일반적으로 실시되어 온 Mg-Si 화합물의 석출 경화시키는 방법과는 고피로 수명화에 대한 접근이 크게 다르다.

제1 도체의 특정 알루미늄 합금재의 바람직한 제조 방법에서는, 소정의 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금 소재에 대하여 시효 석출 열처리[0]를 실시하지 않고, 최종 신선으로서 가공도 4이상의 냉간 신선[1]을 실시한다. 또한, 필요에 따라서, 냉간 신선[1] 후에 저온 소둔[2]을 실시할 수 있다. 이하, 자세하게 설명한다.

통상, 금속재에 변형 응력이 가해지면, 금속 결정 변형의 기본 과정으로서 결정 슬립이 생긴다. 이러한 결정 슬립이 생기기 쉬운 금속재일수록, 변형에 필요한 응력은 작아, 저강도라 할 수 있다. 그 때문에, 금속재의 고강도화에 있어서는, 금속 조직 내에서 생기는 결정 슬립을 억제하는 것이 중요해진다. 이러한 결정 슬립의 저해 요인으로서는 금속 조직 내의 결정 입계의 존재를 들 수 있으며, 이러한 결정 입계는 금속재에 변형 응력이 가해졌을 때에, 결정 슬립이 금속 조직 내에서 전파하는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과, 금속재의 강도는 높아진다.

그 때문에, 금속재의 고강도화에 있어서는, 금속 조직 내에 결정 입계를 고밀도로 도입하는 것이 바람직하다고 생각된다. 여기서, 결정 입계의 형성 기구로서는 예를 들면, 다음과 같은 금속 조직의 변형에 따른 금속 결정의 균열을 생각할 수 있다. 통상, 다결정 재료의 내부는 인접하는 결정립끼리의 방위차나, 가공 공구와 접하는 표층 근방과 벌크 내부 사이의 왜곡 공간 분포에 기인하며, 응력 상태는 복잡한 다축 상태로 되어 있다. 이러한 영향에 의해, 변형 전에 단일 방위였던 결정립이 변형에 따라 복수의 방위로 분열되어가 분열된 결정끼리의 사이에는 결정 입계가 형성된다.

그러나, 형성된 결정 입계는 통상의 12배 정도의 최밀 원자 배열로부터 괴리되어 있는 구조로 계면 에너지를 갖는다. 그 때문에, 통상의 금속 조직에서는, 결정 입계가 일정 밀도 이상이 되면, 증가한 내부 에너지가 구동력이 되어, 동적 혹은 정적인 회복이나 재결정이 일어난다고 생각된다. 그 때문에, 통상은 변형량을 늘려도, 결정 입계의 증가와 감소가 동시에 일어나기 때문에, 입계 밀도는 포화 상태가 된다고 생각할 수 있다.

이러한 현상은 종래의 금속 조직인 순알루미늄재나 순동재에서의 가공도와 인장 강도(MPa)의 관계와도 일치한다. 도 10에, 순알루미늄재와 순동재 및 본 발명예의 특정 알루미늄 합금재에 대해서, 가공도와 인장 강도의 관계를 플롯한 그래프를 나타낸다.

도 10에 나타나는 바와 같이, 통상의 금속 조직인 순알루미늄재나 순동재는 가공도(η)가 비교적 낮은 영역(η≤2)에서는, 가공도(η)가 높아짐에 따라 인장 강도의 향상이 인정되지만, 가공도가 높은 영역(η>2)이 되면, 인장 강도의 향상 효과는 작아져 포화되는 경향이 있다. 여기서, 가공도(η)는 상술한 금속 조직에 가해지는 변형량에 대응하여, 인장 강도의 포화는 립계 밀도의 포화에 대응한다고 생각할 수 있다.

이에 대하여, 본 발명의 연선 도체의 제1 도체에 사용하는 특정 알루미늄 합금재에서는, 가공도(η)가 높은 영역(η>2)에서도, 인장 강도가 지속적으로 계속 상승하는 것을 알 수 있었다. 이는 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)가 상기 합금 조성을 가짐으로써, 특히, 소정량의 Mg과 Si가 복합 첨가되어 있음으로써, 금속 조직 내에서 결정 입계가 일정 밀도 이상이 되어도, 내부 에너지의 증가를 억제할 수 있는 것에서 기인하는 것이라고 생각할 수 있다. 그 결과, 금속 조직 내에서의 회복이나 재결정을 방지할 수 있어, 효과적으로 금속 조직 내에 결정 입계를 증가할 수 있다고 생각할 수 있다.

이러한 Mg과 Si의 복합 첨가에 의한 고강도화의 매커니즘은 반드시 분명하지는 않지만, (i) Al 원자에 대하여 원자 반경이 큰 Mg 원자와, 원자 반경이 작은 Si 원자를 조합하여 사용함으로써, 각 원자가 항상 알루미늄 합금재 중에 조밀하게 충전(배열)되고, (ii) 3가의 Al 원자에 대하여 2가의 Mg과 4가의 Si를 공존시킴으로써, 알루미늄 합금재 전체에서 3가 상태를 형성할 수 있어, 가수적 안정을 도모할 수 있음으로써, 가공에 따른 내부 에너지 증가를 효과적으로 억제할 수 있는 것에 의한 것이라고 생각된다.

이 때문에, 본 발명의 연선 도체의 제1 도체의 제조 방법에서는, 냉간 신선[1]에서의 가공도를 4이상으로 한다. 특히, 큰 가공도에 의한 신선 가공을 실시함으로써, 금속 조직의 변형에 따른 금속 결정의 균열을 재촉할 수 있어, 특정 알루미늄 합금재의 내부에 결정 입계를 고밀도로 도입할 수 있다. 그 결과, 특정 알루미늄 합금재의 입계가 강화되어, 강도 및 피로 수명이 대폭 향상한다. 이러한 가공도(η)는 바람직하게는 5이상, 보다 바람직하게는 6이상, 더욱 바람직하게는 7이상으로 한다. 또한, 가공도(η)의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 통상은 15이하이지만, 꼬임 가공에서의 단선 빈도를 저감시키는 것을 중시할 경우에는, 가공도(η)는 7.6이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 가공도(η)는 신선 가공 전의 제1 도체의 단면적을 s1, 신선 가공 후의 제1 도체의 단면적을 s2(s1>s2)라 할 때, 하기 식 (1)로 나타난다.

가공도(무차원): η=In(s1/s2) ··· (1)

또한, 신선 가공 후의 제1 도체의 단면적(S2)은 구멍 지름이 다른 복수의 다이스를 사용하여 여러 번의 신선 가공(인발 가공 또는 압출 가공)을 실시할 경우에는, 최종 신선 가공 후의 제1 도체의 단면적을 의미한다.

또한, 상기와 같은 가공에서의 제조건(윤활유의 종류, 가공 속도, 가공 발열 등)은 공지의 범위에서 적당히 조정할 수 있다.

또한, 알루미늄 합금 소재는 상기 합금 조성을 갖는 것이면 특별히 한정은 없으며, 예를 들면, 압출재, 잉곳재, 열간 압연재, 냉간 압연재 등을 사용 목적에 따라서 적당히 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 종래, 냉간 신선[1] 전에 실시되어 왔을 때, 시효 석출 열처리[0]는 실시하지 않는다. 이러한 시효 석출 열처리[0]는 통상 160∼240℃에서 1분∼20시간, 알루미늄 합금 소재를 유지함으로써, Mg-Si 화합물의 석출을 재촉하는 것이다. 그러나, 알루미늄 합금 소재에 대하여 이러한 시효 석출 열처리[0]를 실시한 경우에는, 상기와 같은 높은 가공도에 의한 냉간 신선[1]은 재료 내부에 가공 균열이 발생하기 때문에 실시할 수 없다. 또한, 시효 온도가 고온인 경우, 과시효 상태로 되어 있기 때문에, 상기와 같이 높은 가공도에 의한 냉간 신선[1]에서도 가공 균열을 일으키지 않는 경우도 있지만, 이 경우에는, Mg과 Si가 Mg-Si 화합물로서 Al 모상으로부터 배출되어버려, 입계의 안정성이 현저히 저하된다.

본 발명에서는, 소성 가공에 의해 형성된 미세한 결정립을 안정화시키는 것을 목적으로 하여, 냉간 신선[1]은 여러 번, 예를 들면 4회 이상의 신선 가공에 의해 실시함과 동시에, 신선 가공간에 50∼80℃에서 2∼10시간의 안정화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 가공도 1.2이하의 냉간 가공[1]과 처리 온도 50∼80℃, 유지 시간 2∼10시간의 안정화 열처리[2]로 이루어지는 처리 세트를 1세트로 하고, 이 순서로 반복 4세트 이상 실시하여, 냉간 가공[1]의 합계 가공도를 4.0이상으로 한다. 또한, 냉간 신선[1] 후에 저온 소둔[2]을 실시할 수 있다. 저온 소둔[2]을 실시할 경우에는, 처리 온도를 110∼160℃로 한다. 저온 소둔[2]의 처리 온도가 110℃ 미만인 경우에는 상기와 같은 효과를 얻기 어렵고, 160℃를 넘으면 회복이나 재결정에 의해 결정립의 신장이 일어나 강도가 저하된다. 또한, 저온 소둔[2]의 유지 시간은 바람직하게는 1∼48시간이다. 또한, 이러한 열처리의 제조건은 불가피 불순물의 종류나 양 및 알루미늄 합금 소재의 고용·석출 상태에 따라 적당히 조절할 수 있다. 또한, 종래의 제법에서의 중간 열처리는 금속 재료를 재결정시킴으로써 변형 저항을 내려, 가공 기계의 부하를 저감되거나 다이스나 캡스턴 등의 재료와 접하는 공구의 마모를 저감시키는 것이 목적이었지만, 그러한 중간 열처리에서는 본 발명의 연선 도체를 구성하는 제1 도체와 같이, 미세한 결정립은 얻지 못한다.

또한, 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 알루미늄 합금 소재에 대하여, 다이스에 의한 인발 등에 의해 높은 가공도의 가공이 실시된다. 그 때문에, 결과적으로, 길이가 긴 알루미늄 합금재를 얻을 수 있다. 한편, 분말 소결, 압축 비틀기 가공, High　pressure　torsion(HPT), 단조 가공, Equal　Channel　Angular　Pressing(ECAP) 등과 같은 종래의 알루미늄 합금재의 제조 방법에서는, 이러한 길이가 긴 알루미늄 합금재를 얻는 것은 어렵다. 이러한 본 발명의 연선 도체를 구성하는 제1 도체에 사용하는 특정 알루미늄 합금재는 바람직하게는 10m 이상의 길이로 제조된다. 또한, 제조 시의 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 길이 상한은 특별히 두지 않지만, 작업성 등을 고려하여 6000m 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 도체의 특정 알루미늄 합금재는 상술한 바와 같이, 결정립의 미세화를 위해서 가공도를 크게 하는 것이 유효하기 때문에, 가는 직경으로 할수록 본 발명의 구성을 실현하기 쉽다.

특히, 제1 도체의 선경은 바람직하게는 1㎜ 이하, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.07㎜ 이하이다. 또한, 상한은 특별히 두지 않지만, 30㎜ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용하는 제1 도체는 단선으로 가늘게 하여 사용할 수 있는 것이 이점 중 하나이다.

또한, 상술한 바와 같이, 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)는 가늘게 가공되지만, 이러한 제1 도체를 복수 개 준비하여 접합하고, 굵게 하여, 목적하는 용도로 사용할 수도 있다. 또한, 접합 방법은 공지의 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 압접, 용접, 접착제에 의한 접합, 마찰 교반 접합 등을 들 수 있다. 또한, 제1 도체는 제2 도체 모두 복수 개를 묶어 합쳐 꼬아서 연선 도체로 하여 목적하는 용도로 사용할 수도 있다. 또한, 상기 저온 소둔[2]의 공정은 상기 냉간 신선[1]을 실시한 특정 알루미늄 합금재를 접합 혹은 합쳐 꼬은 가공을 실시한 후에 실시할 수 있다.

<제1 도체의 특정 알루미늄 합금(재)의 조직적인 특징>

상술한 바와 같은 제조 방법으로 제조되는 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)는 금속 조직 내에 결정 입계가 고밀도로 도입된다. 이러한 제1 도체는 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 갖고, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 것을 특징으로 한다. 이러한 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)는 종래에는 없는 특유의 금속 조직을 가짐으로써, 특히 높은 피로 수명 특성을 발휘할 수 있다.

제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 금속 조직은 섬유형 조직으로, 세장 형상의 결정립이 일방향으로 가지런히 섬유형으로 연재된 상태로 되어 있다. 여기서, 「일방향」이란, 알루미늄 합금재의 가공 방향에 대응하며, 구체적으로는 신선 방향을 의미한다. 또한, 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)는 특히 이러한 가공 방향(신선 방향)으로 평행인 인장 응력에 대하여, 특히 우수한 피로 수명 특성을 발휘한다.

또한, 상기 일방향은 바람직하게는 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 장변 방향에 대응한다. 즉, 통상, 알루미늄 합금재는 그 가공 방향으로 수직인 치수보다 짧은 치수로 개편화되어 있지 않는 한, 그 가공 방향은 알루미늄 합금재의 장변 방향에 대응한다.

또한, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치는 400㎚ 이하이고, 보다 바람직하게는 220㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 170㎚ 이하, 특히 바람직하게는 120㎚ 이하이다. 이러한 직경(결정립의 장변 방향으로 수직인 치수)이 작은 결정립이 일방향으로 연재된 섬유형 금속 조직에서는, 결정 입계가 고밀도로 형성되어 있고, 이러한 금속 조직에 의하면, 변형에 따른 결정 슬립을 효과적으로 저해할 수 있어, 종래에 없는 우수한 피로 수명 특성을 실현할 수 있다. 또한, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치의 하한은 특별히 한정하지는 않지만, 연선 가공에서의 가공성 면에서 50㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 결정립의 장변 방향의 치수는 반드시 특정되지 않지만, 1200㎚ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1700㎚ 이상이며, 더욱 바람직하게는 2200㎚ 이상이다. 또한, 상기 결정립의 종횡비에서는 10초과인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20이상이다. 또한, 상기 결정립의 종횡비의 상한은 특별히 한정은 하지 않지만, 연선 가공에서의 가공성 면에서, 30000이하로 하는 것이 바람직하다.

<제2 도체의 제조 방법>

제2 도체는 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 구성되어 있다. 이러한 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 각각을 사용하여 형성되는 제2 도체는 통상법에 따라서 제조할 수 있다.

[내굴곡 피로 특성]

내굴곡 피로 특성은 JIS　Z　2273-1978에 준거한 양진 굴곡 피로 시험 및 JIS　C　3005:2014에 준거한 반복 굽힘 시험에 의해서, 연선 도체에 소정의 반복 굽힘을 실시함으로써 평가할 수 있다. 본 발명에 의한 연선 도체는 범용의 EC-AL선만으로 구성된 연선 도체나, 범용의 연구리선만으로 구성된 연선 도체에 비하여 피로 수명이 길어서, 우수한 내굴곡 피로 특성을 얻을 수 있다.

[도전율]

도전율은 JIS　C　3005:2014에 준거한 휘트스톤 브리지법으로 측정할 수 있다. 본 발명에 의한 연선 도체는 미세 결정으로 이루어지는 제1 도체만으로 구성된 연선 도체에 비하여, 보다 낮은 도체 저항을 얻을 수 있다.

[연선 도체의 중량]

연선 도체의 중량은 중량계를 이용하여 피복을 붙이기 전의 연선 도체 상태에서 중량을 측정하여 평가하였다.

[변형 비용이성]

JIS　C　3005:2014에 준거한 공구로 케이블 직경의 5∼10배의 직경으로 연선 도체의 굽힘 가공을 실시하여, 스프링 백한 후에 잔존하고 있는 영구 왜곡량을 측정하여 평가하였다.

[변형 용이성]

연선 도체에 대하여, JIS　C　3005:2014에 준거하여 90° 굽힘 가공을 실시한다. 그 때, 필요한 힘을 측정함으로써, 연선 도체의 변형 용이성을 평가할 수 있다.

<본 발명의 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선 및 코드의 용도>

본 발명의 연선 도체, 절연 전선 및 코드는 철계 재료, 구리계 재료 및 알루미늄계 재료가 사용되고 있는 모든 용도가 대상이 될 수 있다. 구체적으로는, 상기 절연 전선 또는 코드와 절연 전선 또는 코드를 포함하도록 절연 피복하는 시스(보호 외장)를 구비하는 케이블이나 전선 등의 도전 부재, 예를 들면, 가공 송전선, OPGW, 지중 전선, 해저 케이블 등의 전력용 전선, 전화용 케이블이나 동축 케이블 등의 통신용 전선, 유선 드론용 케이블, 캡타이어 케이블, EV/HEV용 충전 케이블, 해상 풍력 발전용 트위스팅 케이블, 엘리베이터 케이블, 엄빌리컬 케이블, 로봇 케이블, 전차용 가선, 트롤리선 등의 기기용 전선, 자동차용 와이어하네스, 선박용 전선, 비행기용 전선 등의 수송용 전선 등을 들 수 있고, 특히, 캡타이어 케이블, 엘리베이터 케이블, 차재용 고압 케이블과 같이, 인장되거나 구부러지거나 하는 힘이나, 진동에 의한 저왜곡량으로 많은 회수의 힘이 반복 작용하는 케이블이나 전선에 사용하기에 최적이다. 이와 같이, 본 발명의 연선 도체, 절연 전선 및 코드는 인장되거나 구부러지거나 하는 큰 변형을 받는 가동 케이블이나, 엔진이나 모터 등의 동력원이나 외부로부터의 진동을 받는 고정 케이블에 사용하기에 최적이다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 개념 및 특허 청구범위에 포함되는 모든 양태를 포함하며, 본 발명의 범위 내에서 각종 개변이 가능하다.

[실시예]

다음으로, 본 발명의 효과를 한층 더 명확하게 하기 위해서, 실시예 및 비교예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1-1∼1-30)

우선, 표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 각 봉재를 준비하고, 각 봉재를 사용하여, 표 1에 기재한 제조 조건(의 가공도) 및 최종 소선 지름을 만족하도록 최초의 선경을 조정하였다. 즉, 다이스 인발 가공, 스웨이징 가공, 압연 가공 등으로 직경을 조정한 후에, 담금질 소둔을 실시하여, 표 1에 나타내는 선경의 제1 도체(특정 알루미늄 합금 선재)를 제작하였다. 또한, 제2 도체는 통상법에 따라서 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속 또는 합금을 사용하여, 표 1에 나타내는 제1 도체와 같은 선경을 갖는 각종 선재로서 제작하였다. 그리고, 표 1에 나타내는 배설 개수의 제1 도체와, 표 1에 나타내는 배설 개수의 제2 도체를 합쳐 꼬아서 표 1에 나타내는 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작하였다. 이 때, 연선 도체의 공칭 단면적(S)에 대한 제1 도체의 합계 단면적(S1)의 비율을 표 1에 나타낸다. 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 합금 조성, 금속 조직, 제조 조건 및 제2 도체의 재질의 종류에 대해서도 표 1에 나타낸다.

(비교예 1-1)

비교예 1-1은 제2 도체를 사용하지 않고, 실시예 1-1과 같은 방법으로 실시예 1-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 100%였다.

(비교예 1-2)

비교예 1-2는 Mg 및 Si 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 적은 제1 도체용 봉재를 사용하여, 실시예 1-17과 같은 방법으로 실시예 1-17과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 50%였다.

(비교예 1-3)

비교예 1-3은 Mg 및 Si 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많은 제1 도체용 봉재를 사용하여, 제조 조건 K에 의해 제1 도체의 제조를 시도하였지만, 단선이 다발했기 때문에, 작업을 중지하였다.

(비교예 1-4)

비교예 1-4는 Fe을 함유하지 않는 제1 도체용 봉재를 사용하여, 제조 조건 A로 제조한 것 이외에는, 실시예 1-17과 같은 방법으로 실시예 1-17과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 50%이고, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 430㎚였다.

(비교예 1-5)

비교예 1-5는 Fe 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많은 제1 도체용 봉재를 사용하여, 제조 조건 K에 의해 제1 도체의 제조를 시도하였지만, 단선이 다발했기 때문에, 작업을 중지하였다.

(비교예 1-6)

비교예 1-6은 Cu 및 Cr의 합계 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많은 제1 도체용 봉재를 사용하여, 제조 조건 K에 의해 제1 도체의 제조를 시도하였지만, 단선이 다발했기 때문에, 작업을 중지하였다.

(비교예 1-7)

비교예 1-7은 제1 도체를 제조 조건 I로 제조한 것 이외에는, 실시예 1-17과 같은 방법으로 실시예 1-17과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 50%이고, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 450㎚였다.

(비교예 1-8)

비교예 1-8은 실시예 1-1과 같은 조성을 갖는 제1 도체용 봉재를 사용하여, 제조 조건 J에 의해 제1 도체의 제조를 시도하였지만, 단선이 다발했기 때문에, 작업을 중지하였다.

(비교예 1-9)

비교예 1-9는 제2 도체를 사용하지 않고, 실시예 1-25와 같은 방법으로 실시예 1-25와 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 100%였다.

(종래예 1-1)

종래예 1-1은 제1 도체를 사용하지 않고, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 1-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 0%였다.

(종래예 1-2)

종래예 1-2는 제1 도체를 사용하지 않고, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 1-15와 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 0%였다.

(종래예 1-3)

종래예 1-3은 제1 도체를 사용하지 않고, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 1-25와 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 0%였다.

(종래예 1-4)

종래예 1-4는 제1 도체를 사용하지 않고, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 1-28과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 합계 단면적(S1)은 연선 도체의 공칭 단면적(S)의 0%였다.

또한, 표 1에 나타내는 제1 도체의 제조 조건 A∼K는 구체적으로는 이하와 같다.

<제조 조건 A>

준비한 봉재에 대하여, 가공도 1.1의 냉간 가공[1]과 65℃에서 6시간의 안정화 열처리[2]를 이 순서로 실시하는 처리(이하, 처리 세트 A라 함)를 5세트 실시하였다(냉간 가공[1]의 합계 가공도 5.5). 저온 소둔[2]은 실시하지 않았다.

<제조 조건 B>

상기 처리 세트 A를 6세트 실시한 것 이외에는, 제조 조건 A와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 C>

상기 처리 세트 A를 7세트 실시한 것 이외에는, 제조 조건 A와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 D>

상기 처리 세트 A를 9세트 실시한 것 이외에는, 제조 조건 A와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 E>

준비한 봉재에 대하여, 가공도 1.1의 냉간 가공[1]과 65℃에서 6시간의 안정화 열처리[2]를 이 순서로 실시하는 처리(이하, 처리 세트 A라 함)를 4세트 실시하였다(냉간 가공[1]의 합계 가공도 4.4). 그 후에, 150℃, 24시간의 조건에서 저온 소둔[3]을 실시하였다.

<제조 조건 F>

상기 처리 세트 A를 5세트 실시한 것(냉간 가공[1]의 합계 가공도 5.5) 이외에는, 제조 조건 E와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 G>

상기 처리 세트 A를 6세트 실시한 것(냉간 가공[1]의 합계 가공도 6.6) 이외에는, 제조 조건 E와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 H>

상기 처리 세트 A를 9세트 실시한 것(냉간 가공[1]의 합계 가공도 9.9) 이외에는, 제조 조건 E와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 I>

냉간 신선[1]의 가공도를 3.5로 한 것 이외에는, 제조 조건 A와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 J>

준비한 봉재에 대하여, 처리 온도 180℃, 유지 시간 10시간의 시효 석출 열처리[0]를 실시하고, 그 후, 냉간 신선[1]을 실시하였지만, 단선이 다발했기 때문에, 작업을 중지하였다.

<제조 조건 K>

준비한 봉재에 대하여 냉간 신선[1]을 실시하였지만, 단선이 다발했기 때문에, 작업을 중지하였다.

(실시예 2-1∼2-24)

우선, 표 3에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 각 봉재를 준비하고, 각 봉재를 사용하여 표 3에 기재한 제조 조건(의 가공도) 및 최종 소선 지름을 만족하도록 최초의 선경을 조정하였다. 즉, 다이스 인발 가공, 스웨이징 가공, 압연 가공 등으로 직경을 조정한 후에, 담금질 소둔을 실시하여, 표 3에 나타내는 선경의 제1 도체(특정 알루미늄 합금 선재)를 제작하였다. 또한, 제2 도체는 통상법에 따라서 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속 또는 합금을 사용하여, 표 3에 나타내는 제1 도체와 같은 선경을 갖는 각종 선재로서 제작하였다. 그리고, 표 3에 나타내는 배설 개수의 제1 도체와 표 3에 나타내는 배설 개수의 제2 도체를 합쳐 꼬아서, 표 3에 나타내는 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작하였다. 이 때, 연선 도체를 구성하는 제1 도체 및 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(A), 최외층에 위치하는 제1 도체 및 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(B1), 제1 도체의 개수 비율(B1)과 제1 도체의 개수 비율(A)의 비(B1/A)를 각각 표 3에 나타낸다. 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 합금 조성, 금속 조직, 제조 조건 및 제2 도체의 재질의 종류에 대해서도 표 3에 나타낸다. 또한, 제1 도체의 합금 조성의 잔부는 Al 및 불가피 불순물이다.

(비교예 2-1∼2-4)

비교예 2-1∼2-4는 제1 도체의 개수 비율(B1)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 낮은 것 이외에는, 실시예 2-1과 동일하게 하여, 표 3에 나타내는 바와 같이, 합금 조성을 갖는 제1 도체 및 제2 도체를 사용하여, 제1 도체와 제2 도체를 합쳐 꼬아서, 실시예 2-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다.

(비교예 2-5)

비교예 2-5는 제2 도체를 사용하지 않고, 표 3에 나타내는 합금 조성을 갖는 제1 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 2-1과 같은 방법으로 실시예 2-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B1)은 각각 100%이고, 비(B1/A)는 1.00이었다.

(비교예 2-6∼2-9)

비교예 2-6∼2-9는 제1 도체의 개수 비율(B1)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 낮은 것 이외에는, 실시예 2-21과 동일하게 하여, 표 3에 나타내는 바와 같이, 합금 조성을 갖는 제1 도체 및 제2 도체를 사용하여, 제1 도체와 제2 도체를 합쳐 꼬아서, 실시예 2-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다.

(비교예 2-10)

비교예 2-10은 제2 도체를 사용하지 않고, 표 3에 나타내는 합금 조성을 갖는 제1 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 2-21과 같은 방법으로 실시예 2-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B1)은 각각 100%이고, 비(B1/A)는 1.00이었다.

(종래예 2-1)

종래예 2-1은 제1 도체를 사용하지 않고, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 2-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B1)은 각각 0%였다.

(종래예 2-2)

종래예 2-2는 제1 도체를 사용하지 않고, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 2-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B1)은 각각 0%였다.

(종래예 2-3)

종래예 2-3은 제1 도체를 사용하지 않고, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 2-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B1)은 각각 0%였다.

(종래예 2-4)

종래예 2-4는 제1 도체를 사용하지 않고, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 2-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B1)은 각각 0%였다.

또한, 표 3에 나타내는 제1 도체의 제조 조건 A∼G는 구체적으로는 이하와 같다.

<제조 조건 A>

<제조 조건 B>

<제조 조건 C>

<제조 조건 D>

준비한 봉재에 대하여, 가공도 1.1의 냉간 가공[1]과 65℃에서 6시간의 안정화 열처리[2]를 이 순서로 실시하는 처리(이하, 처리 세트 A라 함)를 4세트 실시하였다(냉간 가공[1]의 합계 가공도 4.4). 그 후, 150℃, 24시간의 조건에서 저온 소둔[3]을 실시하였다.

<제조 조건 E>

상기 처리 세트 A를 5세트 실시한 것(냉간 가공[1]의 합계 가공도 5.5) 이외에는, 제조 조건 D와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 F>

상기 처리 세트 A를 6세트 실시한 것(냉간 가공[1]의 합계 가공도 6.6) 이외에는, 제조 조건 D와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 G>

상기 처리 세트 A를 9세트 실시한 것(냉간 가공[1]의 합계 가공도 9.9) 이외에는, 제조 조건 D와 같은 조건에서 실시하였다.

(실시예 3-1∼3-24)

우선, 표 5에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 각 봉재를 준비하고, 각 봉재를 사용하여, 표 5에 기재한 제조 조건(의 가공도) 및 최종 소선 지름을 만족하도록 최초의 선경을 조정하였다. 즉, 다이스 인발 가공, 스웨이징 가공, 압연 가공 등으로 직경을 조정한 후에, 담금질 소둔을 실시하여, 표 5에 나타내는 선경의 제1 도체(특정 알루미늄 합금 선재)를 제작하였다. 또한, 제2 도체는 통상법에 따라서 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속 또는 합금을 사용하여, 표 5에 나타내는 제1 도체와 같은 선경을 갖는 각종 선재로서 제작하였다. 그리고, 표 5에 나타내는 배설 개수의 제1 도체와 표 5에 나타내는 배설 개수의 제2 도체를 합쳐 꼬아서, 표 5에 나타내는 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작하였다. 이 때, 연선 도체를 구성하는 제1 도체 및 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(A), 영역 내에 위치하는 제1 도체 및 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 제1 도체의 개수 비율(B2), 제1 도체의 개수 비율(B2)과 제1 도체의 개수 비율(A)의 비(B2/A)를 각각 표 5에 나타낸다. 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 합금 조성, 금속 조직, 제조 조건 및 제2 도체의 재질의 종류에 대해서도 표 5에 나타낸다. 또한, 제1 도체의 합금 조성의 잔부는 Al 및 불가피 불순물이다.

(비교예 3-1∼3-4)

비교예 3-1∼3-4는 제1 도체의 개수 비율(B2)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 낮은 것 이외에는, 실시예 3-1과 동일하게 하여, 표 5에 나타내는 바와 같이, 합금 조성을 갖는 제1 도체 및 제2 도체를 사용하여, 제1 도체와 제2 도체를 합쳐 꼬아서, 실시예 3-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다.

(비교예 3-5)

비교예 3-5는 제2 도체를 사용하지 않고, 표 5에 나타내는 합금 조성을 갖는 제1 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 3-1과 같은 방법으로 실시예 3-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B2)은 각각 100%이고, 비(B2/A)는 1.00이었다.

(비교예 3-6∼3-9)

비교예 3-6∼3-9는 제1 도체의 개수 비율(B2)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 낮은 것 이외에는, 실시예 3-21과 동일하게 하여, 표 5에 나타내는 바와 같이, 합금 조성을 갖는 제1 도체 및 제2 도체를 사용하여, 제1 도체와 제2 도체를 합쳐 꼬아서, 실시예 3-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다.

(비교예 3-10)

비교예 3-10은 제2 도체를 사용하지 않고, 표 5에 나타내는 합금 조성을 갖는 제1 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 3-21과 같은 방법으로 실시예 3-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B2)은 각각 100%이고, 비(B2/A)는 1.00이었다.

(종래예 3-1)

종래예 3-1은 제1 도체를 사용하지 않고, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 3-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B2)은 각각 0%였다.

(종래예 3-2)

종래예 3-2는 제1 도체를 사용하지 않고, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 3-1과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B2)은 각각 0%였다.

(종래예 3-3)

종래예 3-3은 제1 도체를 사용하지 않고, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 3-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B2)은 각각 0%였다.

(종래예 3-4)

종래예 3-4는 제1 도체를 사용하지 않고, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 것 이외에는, 실시예 3-21과 같은 꼬임 구조를 갖는 연선 도체를 제작한 것이다. 이 때, 제1 도체의 개수 비율(A) 및 제1 도체의 개수 비율(B2)은 각각 0%였다.

또한, 표 5에 나타내는 제1 도체의 제조 조건 A∼G는 구체적으로는 이하와 같다.

<제조 조건 A>

<제조 조건 B>

<제조 조건 C>

<제조 조건 D>

<제조 조건 E>

<제조 조건 F>

<제조 조건 G>

[평가]

제작한 상기 각 연선 도체를 사용하여, 하기에 나타내는 특성 평가를 실시하였다. 각 특성의 평가 조건은 하기와 같다. 결과를 표 2, 표 4 및 표 6에 나타낸다.

[1] 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 합금 조성

제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 합금 조성은 JIS　H1305:2005에 준하여, 발광 분광 분석법으로 측정하였다. 또한, 측정은 발광 분광 분석 장치(주식회사 히다치 하이테크 사이언스제)를 사용하여 실시하였다.

[2] 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 조직 관찰

금속 조직의 관찰은 투과 전자 현미경 JEM-3100FEF(일본 전자 주식회사제)를 이용하여 STEM(Scanning　Transmission　Electron　Microscopy) 관찰에 의해 실시하였다.

관찰용 시료는 상기 선재의 장변 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면에 대해서, FIB(Focused　Ion　Beam)에 의해 두께 100㎚±20㎚로 절단하여, 이온밀링으로 마무리한 것을 이용하였다.

STEM 관찰에서는, 회색 콘트라스트를 이용하여 콘트라스트의 차이를 결정 방위로 하고, 콘트라스트가 불연속적으로 다른 경계를 결정 입계로서 인식하였다. 또한, 전자선의 회절 조건에 따라서는, 결정 방위가 달라도 회색 콘트라스트에 차이가 없는 경우가 있기 때문에, 그 경우에는, 전자현미경의 시료 스테이지 내에서 직교하는 2개의 시료 회전 축에 의해 ±3°씩 기울여 전자선과 시료의 각도를 바꾸어, 복수의 회절 조건에서 관찰면을 촬영하여 입계를 인식하였다. 또한, 관찰 시야는 (15∼40)㎛×(15∼40)㎛로 하고, 상기 단면에서, 선경 방향(장변 방향으로 수직인 방향)에 대응하는 선상의 중심과 표층의 중간 부근 위치(표층 측으로부터 선경의 약 1/4치수만큼 중심 측의 위치)에서 관찰을 실시하였다. 관찰 시야는 결정립의 크기에 따라서 적당히 조정하였다.

그리고, STEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 화상으로부터, 선재의 장변 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면에서, 섬유형 금속 조직의 유무를 판단하였다. 도 11은 STEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 실시예 1-1의 연선 도체의 제1 도체의 장변 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면의 STEM 화상의 일부이다. 본 실시예에서는 제1 도체에서, 도 11에 나타내는 금속 조직이 관찰된 경우에, 섬유형 금속 조직이라고 평가하여, 표 1, 표 3 및 표 5 중의 란에는 「유」라고 기재하였다.

더욱이, 각각의 관찰 시야에서, 결정립 중 임의의 100개를 선택하여, 각각의 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수와, 결정립의 장변 방향으로 평행인 치수를 측정하여, 그 결정립의 종횡비를 산출하였다. 더욱이, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수와 종횡비에 대해서는 관찰한 결정립의 총수로부터 평균치를 산출하였다. 또한, 관찰된 결정립이 400㎚보다 분명히 큰 경우에는, 각 치수를 측정하는 결정립로서는 선택하지 않고 측정 대상으로부터 제외하는 것으로 하여, 각각의 평균치를 산출하였다. 또한, 결정립의 장변 방향으로 평행인 치수가 분명하게 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 10배보다 큰 것에 대해서는 일률적으로 종횡비 10초과라 평가하여, 표 1, 표 3 및 표 5에는 「>10」이라고 표기하였다.

[3] 내굴곡 피로 특성

내굴곡 피로 특성은 연선 도체에 절연 피복을 실시한 상태에서 평가하였다. 30(도체 개수)/0.18(소선 지름)의 구조를 갖는 연선 도체 및 88(도체 개수)/0.30(소선 지름)의 구조를 갖는 연선 도체는 모두 JIS　Z　2273(1978)에 준거한 양진 굴곡 피로 시험을 실시하였다. 시험 조건은 굴곡 반경이 5㎜이며, 반복 회수를 100만회로 하였다. 또한, 7/34(합계 도체 개수(238개))/0.45(소선 지름)의 구조를 갖는 연선 도체는 JIS　C　3005:2014에 준거한 반복 굽기 시험을 실시하였다. 시험 조건은 고정 거리(I)를 300㎜, 굽힘 반경(r)을 100㎜로 하고, 반복 회수는 100만회로 하였다. 시험 후에 절연 피복을 찢어서, 단선되어 있는 도체(소선)의 개수를 세었다.

표 2 및 표 6에서는, 내굴곡 피로 특성은 단선되어 있던 도체의 개수가 EC-AL을 이용한 연선 도체에 의한 시험에서의 단선 개수를 기준(100%)으로 하여 몇%였는지를 산출하였다. 예를 들면, EC-AL제의 연선 도체에 의한 시험에서 10개 단선하였던 것이 본 발명에 의한 연선 도체에 의한 시험에서는 3개 밖에 단선되어 있지 않은 경우, 30%가 되며, 이 수치가 작을수록 내굴곡 피로 특성이 우수한 것을 나타낸다.

표 4에서는 전체 도체 중 단선되어 있는 도체의 개수가 5% 이하인 경우를 「A」, 5% 초과 10% 이하인 경우를 「B」, 10% 초과 15% 이하인 경우를 「C」, 15% 초과 20% 이하인 경우를 「D」, 20% 초과 30% 이하인 경우를 「E」로 표기하였다. A 및 B를 합격 레벨로 하였다.

[4] 도전율

도전율은 JIS　C　3005(2014)에 준거한 휘트스톤 브리지법에 따라, 1m 길이의 절연 피복 부착 전선으로 측정하였다. 그리고, 선장 1km당의 값으로 환산하였다. 20℃에서 측정하였다. 또한, 본 실시예에서는, 도전율(도체 저항)은 30/0.18의 꼬임 구조를 갖는 연선 도체인 경우에는 종래예를 밑도는 50Ω/km 이하를 합격 레벨로 하고, 또한, 7/34/0.45의 꼬임 구조를 갖는 연선 도체인 경우에는 종래예를 밑도는 1.0Ω/km 이하를 합격 레벨로 하고, 88/0.30의 꼬임 구조를 갖는 연선 도체인 경우에는 비교예를 밑도는 5.8Ω/km 이하를 합격 레벨로 하였다. 도전율(도체 저항)의 평가 결과를 표 2, 표 4 및 표 6에 나타낸다.

[5] 연선 도체의 중량

연선 도체의 중량은 절연 피복을 붙이기 전인 연선 도체 상태에서 중량을 측정하였다. 1m 길이로 측정하고, 선 길이 1km당의 값으로 환산하였다. 또한, 본 실시예에서는, 연선 도체의 중량은 30/0.18의 꼬임 구조를 갖는 연선 도체인 경우에는 종래예를 밑도는 6.5kg/km 이하를 합격 레벨로 하고, 또한, 7/34/0.45의 꼬임 구조를 갖는 연선 도체인 경우에는 종래예를 밑도는 330kg/km 이하를 합격 레벨로 하고, 88/0.30의 꼬임 구조를 갖는 연선 도체인 경우에는 종래예를 밑도는 54.0kg/km 이하를 합격 레벨로 하였다. 연선 도체 중량의 측정 결과를 표 2, 표 4 및 표 6에 나타낸다.

[6] 변형 비용이성

1m 길이로 절단한 연선 도체를 똑바로 곧게 하여(굽힘 각도 0° 상태), 연선 도체 직경의 5배 직경의 원의 치구를 따라 연선 도체의 직사각형 중앙을 굽힘 각도가 90°가 될 때까지 굽힘 가공하였다. 그리고, 제하에 따라 스프링 백한 후에, 최초의 0° 상태로는 돌아오지 않고, 영구 왜곡이 잔존한 경우, 그 각도를 측정하였다. 이 각도가 작을수록 변형 비용이성이 양호하다. 각도가 6° 이상 10° 미만인 경우에는 합격 레벨(C), 각도가 3° 이상 6° 미만인 경우에는 보다 바람직한 레벨(B), 각도가 0° 이상 3° 미만인 경우에는 더욱 바람직한 레벨(A)로 나타냈다. 각도가 10° 이상인 경우에는 불합격 레벨(D)로 나타냈다. 연선 도체의 변형 비용이성(변형시키기 어려움)을 표 4에 나타낸다.

[7] 변형 용이성

연선 도체에 대하여, JIS　C　3005:2014에 준거하여, 90° 굽힘 가공을 실시하고, 그 때 필요한 힘을 측정함으로써, 연선 도체의 변형 용이성을 평가하였다. 표준적인 TPC(O)로 구성된 연선 도체에서의 힘에 대하여, 몇 배의 힘이 필요한지를 구하였다. 1.2배 이상 1.3배 미만의 힘인 경우에는 합격 레벨(C), 1.1배 이상 1.2배 미만의 힘인 경우에는 보다 바람직한 레벨(B), 1.0배 이상 1.1배 미만의 힘인 경우에는 더욱 바람직한 레벨(A)로 나타냈다. 1.3배 이상의 힘이 필요한 경우에는 불합격 레벨(D)로 나타냈다. 연선 도체의 변형 용이성(변형시키기 쉬움)을 표 6에 나타낸다.

표 1 및 2의 결과로부터, 실시예 1-1∼1-30의 연선 도체는 제1 도체가 특정 합금 조성을 갖고, 또한 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 그 일방향으로 평행인 단면에서, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수는 400㎚ 이하인 것이 확인되었다. 도 11은 실시예 1-1과 관련되는 제1 도체의 신선 방향으로 평행인 단면의 STEM 화상이다. 또한, 실시예 1-2∼1-30과 관련되는 제1 도체의 장변 방향으로 평행인 단면에 대해서도, 도 11과 동일한 금속 조직이 확인되었다.

이러한 특유의 금속 조직을 갖는 본 발명의 실시예 1-1∼1-30의 연선 도체는 철계나 구리계 연선 도체에 필적하는 고강도를 발휘하는 것이 확인되었다. 또한, 본 발명의 실시예 1-12∼1-14, 1-22 및 1-23의 연선 도체는 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 소정량 함유하고 있기 때문에, 가열 후에도 높은 피로 수명 특성을 유지하고 있어, 내열성에도 우수한 것이 확인되었다.

이에 대하여, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 종래예 1-1 및 종래예 1-3의 연선 도체는 연선 도체의 중량이 무겁고, 또한, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 종래예 1-2 및 1-4는 내굴곡 피로 특성이 떨어져, 모두 불합격이었다.

더욱이, 본 발명의 적정 조성 범위를 갖는 제1 도체를 사용하였지만, 제2 도체를 사용하지 않고 연선 도체를 구성한 비교예 1-1의 연선 도체는 도체 저항이 높고, 도전성이 떨어졌었다. Mg 및 Si 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 적은 제1 도체용 봉재를 사용하여 제조한 비교예 1-2의 연선 도체는 피로 특성이 떨어졌었다. Fe을 함유하지 않는 제1 도체용 봉재를 사용하여 제조한 비교예 1-4의 연선 도체는 피로 특성이 떨어졌었다. 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 본 발명의 적정 범위보다 큰 비교예 1-7의 연선 도체는 피로 특성이 떨어졌었다. 또한, 비교예 1-3, 1-5, 1-6 및 1-8에서는, 신선 가공[1]중에 단선이 생겼기 때문에, 연선 도체의 제조가 불가능하였다.

표 3 및 4의 결과로부터, 실시예 2-1∼2-24의 연선 도체는 제1 도체가 특정 합금 조성을 갖고, 또한 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 그 일방향으로 평행인 단면에서, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수는 400㎚ 이하인 것이 확인되었다. 실시예 2-1∼2-24와 관련되는 제1 도체의 장변 방향으로 평행인 단면에 대해서도, 도 11과 동일한 금속 조직이 확인되었다.

이러한 특유의 금속 조직을 갖는 본 발명의 실시예 2-1∼2-24의 연선 도체는 철계나 구리계 연선 도체에 필적하는 고강도를 발휘하는 것이 확인되었다. 또한, 본 발명의 실시예 2-13∼2-15, 2-18 및 2-19의 연선 도체는 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 소정량 함유하고 있기 때문에, 가열 후에도 우수한 피로 수명 특성을 유지하고 있고, 내열성에도 우수한 것이 확인되었다.

이에 대하여, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 종래예 2-1 및 종래예 2-3의 연선 도체는 피로 특성 및 변형 비용이성이 떨어져, 연선 도체의 중량이 무겁고, 또한, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 종래예 2-2 및 2-4는 피로 특성 및 변형 비용이성이 떨어져 모두 불합격이었다. 더욱이, 제1 도체의 개수 비율(B1)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 낮은 연선 도체를 구성한 비교예 2-1∼2-4 및 2-6∼2-9의 연선 도체는 피로 특성 및 변형 비용이성이 떨어져, 모두 불합격이었다. 또한, 제1 도체만으로 연선 도체를 구성한 비교예 2-5 및 2-10은 도체 저항이 증가하여, 모두 불합격이었다.

표 5 및 6의 결과로부터, 실시예 3-1∼3-24의 연선 도체는 제1 도체가 특정 합금 조성을 갖고, 또한 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 그 일방향으로 평행인 단면에서, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수는 400㎚ 이하인 것이 확인되었다. 실시예 3-1∼3-24와 관련되는 제1 도체의 장변 방향으로 평행인 단면에 대해서도, 도 11과 동일한 금속 조직이 확인되었다.

이러한 특유의 금속 조직을 갖는 본 발명의 실시예 3-1∼3-24의 연선 도체는 철계나 구리계 연선 도체에 필적하는 고강도를 발휘하는 것이 확인되었다. 또한, 본 발명의 실시예 3-13∼3-15, 3-18 및 3-19의 연선 도체는 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 소정량 함유하고 있기 때문에, 가열 후에도 우수한 피로 수명 특성을 유지하고 있고, 내열성에도 우수한 것이 확인되었다.

이에 대하여, 순동 재료(터프피치동)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 종래예 3-1 및 3-3의 연선 도체는 연선 도체의 중량이 무겁고, 또한, 순알루미늄 재료(EC-Al재)로 이루어지는 제2 도체만으로 연선 도체를 구성한 종래예 3-2 및 3-4는 피로 특성 및 변형 용이성이 떨어져서, 모두 불합격이었다. 더욱이, 제1 도체의 개수 비율(B2)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 낮은 연선 도체를 구성한 비교예 3-1∼3-4 및 3-6∼3-9의 연선 도체는 변형 용이성이 떨어져서, 모두 불합격이었다. 또한, 제1 도체만으로 연선 도체를 구성한 비교예 3-5 및 3-10은 도체 저항이 증가함과 동시에 변형 용이성이 떨어져서, 모두 불합격이었다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명에 따르면, 연선 도체로서 고도전율을 갖는 종래의 구리계 재료 또는 알루미늄계 재료로 이루어지는 제2 도체의 일부 대신, 고강도이면서 내굴곡 피로 특성이 우수한 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체를 사용함으로써, 고도전율 및 고강도를 구비하면서, 내굴곡 피로 특성이 우수하고, 게다가, 경량화를 도모할 수 있는 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블 제공이 가능해졌다.

또한, 연선 도체의 도체로서 고도전율을 갖는 종래의 구리계 재료 또는 알루미늄계 재료로 이루어지는 제2 도체의 일부 대신, 고강도이면서 내굴곡 피로 특성이 우수한 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체를 사용함과 동시에, 제1 도체의 개수 비율(B1)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높음으로써, 고도전율 및 고강도를 구비하면서 내굴곡 피로 특성이 우수하고, 게다가, 경량화를 도모할 수 있어, 더욱 동해가 일어나기 어렵고, 알루미늄 단자와의 접속이 양호하여 변형시키기 어려운 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블 제공이 가능해졌다.

또한, 연선 도체의 도체로서 고도전율을 갖는 종래의 구리계 재료 또는 알루미늄계 재료로 이루어지는 제2 도체의 일부 대신, 고강도이면서 내굴곡 피로 특성이 우수한 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체를 사용함과 동시에, 제1 도체의 개수 비율(B2)이 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높음으로써, 고도전율 및 고강도를 구비하면서 내굴곡 피로 특성이 우수하고, 게다가, 경량화를 도모할 수 있어, 더욱 변형시키기 쉬운 절연 전선용 연선 도체, 절연 전선, 코드 및 케이블 제공이 가능해졌다.

1 결정립
10A∼10I 연선 도체
20 제1 도체
40 제2 도체
60 연선 도체의 최외층
80 연선 도체의(가상 원으로 구획되는) 영역

Claims

질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼0.33% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금으로 이루어지는 제1 도체와,
제1 도체보다 도전율이 높은 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속 또는 합금으로 이루어지는 제2 도체의
합쳐 꼬은 혼재 상태로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절연 전선용 연선 도체.
제1항에 있어서,
상기 연선 도체의 횡단면에서 보아,
상기 연선 도체의 최외층에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B1)은 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높은 절연 전선용 연선 도체.
제2항에 있어서,
상기 최외층에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B1)과, 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)의 비(B1/A)는 1.50이상인 절연 전선용 연선 도체.
제1항에 있어서,
상기 연선 도체의 횡단면에서 보아,
상기 연선 도체의 외접원과 동심이고, 또한, 상기 외접원 반경의 반의 반경을 갖는 가상 원으로 구획되는 영역 내에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B2)은 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)보다 높은 절연 전선용 연선 도체.
제4항에 있어서,
상기 영역 내에 위치하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(B2)과, 상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)의 비(B2/A)는 1.50이상인 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연선 도체의 횡단면에서 보아, 상기 제1 도체의 합계 단면적은 상기 연선 도체의 공칭 단면적의 2∼98%의 범위인 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 도체와 상기 제2 도체는 직경 치수가 같은 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 도체와 상기 제2 도체는 직경 치수가 다른 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연선 도체를 구성하는 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 합계 개수에 차지하는 상기 제1 도체의 개수 비율(A)이 2∼98%의 범위인 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 도체는 상기 구리 또는 상기 구리 합금으로 구성되어 있는 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 도체는 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 도체는 상기 구리 또는 상기 구리 합금과, 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금의 혼재 상태로 구성되어 있는 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 도체의 상기 합금 조성은 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.06∼2.00질량%를 함유하는 절연 전선용 연선 도체.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 연선 도체와, 상기 연선 도체의 외주를 피복하는 절연 피복을 구비하는 절연 전선.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 연선 도체와, 상기 연선 도체의 외주를 피복하는 절연 피복을 구비하는 코드.
제14항에 기재된 절연 전선 또는 제15항에 기재된 코드와, 상기 절연 전선 또는 상기 코드를 포함하도록 절연 피복하는 시스를 구비하는 케이블.
제16항에 있어서,
상기 케이블은 캡타이어 케이블인 케이블.