KR20200092312A - 가동 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 가동 케이블에 비하여, 동등 이상의 강도를 가지면서 내굴곡 피로 특성 및 가요성이 우수하고, 더욱 경량인 가동 케이블을 제공한다.
본 발명의 가동 케이블(10)은 내부에 도체를 갖고, 상기 도체는 질량%로 Mg: 0.05∼1.8%, Si: 0.01∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5%, 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 합금재로 이루어지는 제1 도체(2)를 포함하고, 제1 도체(2)는 가동 케이블(10)의 도체 전체에 차지하는 면적 비율(X)이 10∼100%의 범위이다.

Description

가동 케이블

본 발명은 엘리베이터 케이블, 로봇 케이블, 캡타이어 케이블, 건설기계용 전선, 산업용 전선 등에 사용되는 반복 변형을 받는 가동 케이블에 관한 것이다.

종래부터 엘리베이터 케이블, 로봇 케이블, 캡타이어 케이블 등, 전력 혹은 신호를 전송하는 가동 케이블에는 구리계 재료가 널리 사용되어 왔다. 최근에는 구리계 재료에 비하여 비중이 작고, 더욱 열팽창계수가 크고, 전기나 열 전도성도 비교적 양호할 뿐만 아니라, 내식성이 우수한 알루미늄계 재료로의 대체가 검토되고 있다.

그러나, 순알루미늄재는 구리계재에 비하여 굴곡 피로 파단 회수(이하, 「내굴곡 피로 특성」이라 함)가 낮고, 상기 가동 케이블에 부하되는 수십만회부터 수천만회의 반복 운동에 견디지 못하여 단선되는 우려 문제가 있었다. 또한, 석출 강화를 이용하여, 내굴곡 피로 특성이 비교적 높은 알루미늄 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 재료 중에서는 내굴곡 피로 특성이 높은 편이기는 하지만 충분하지 않아, 내굴곡 피로 특성의 향상이 더욱 요구되고 있다.

도전용 알루미늄 합금의 내굴곡 피로 특성을 향상시키기 위한 수단으로 예를 들어, ECAP법이라는 강도 가공법에 의한 미세 결정립의 형성 방법(예를 들면, 특허문헌 1 등) 등이 제안되어 있다. 그러나, ECAP법은 제조되는 알루미늄 합금재의 길이가 짧아서 공업적 실용화가 어렵다. 또한, 특허문헌 1에 기재되어 있는 ECAP법을 이용하여 제작한 알루미늄 합금재는 내굴곡 피로 특성이 순알루미늄재에 비하여 우수하지만, 높더라도 겨우 10배 정도로, 장기간 사용에 견딜만할 정도의 충분한 내굴곡 피로 특성을 갖는다고는 할 수 없다.

더욱이, 가동 케이블, 특히 엘리베이터 케이블에서는, 케이블 전체의 자체 무게가 도체에 부하되어 단선되기 쉽기 때문에, 자체 무게에 견디기 위한 강도가 도체에 요구된다. 그러나, 순수 구리 재질은 강도가 낮고, 승강 행정이 제한된다. 또한, 강도를 높이기 위해서 구리 합금재를 사용하는 것도 제안되어 있지만(예를 들면, 특허문헌 2나 3 등), 구리 합금재의 사용은 순수 구리 재질에 비하여 저하되는 도전성으로 인해, 도체 지름을 크게 하거나 혹은 도체수를 증가시킴으로써 보충할 필요가 있기 때문에, 도체 중량의 증가에 따른 케이블 중량의 증가나 가요성 저하 등의 문제가 있다.

케이블 중량을 저감시키기 위해, 도체에 알루미늄 합금재를 사용하는 것도 생각할 수 있다. 그렇지만, 종래의 도체용 순알루미늄재나 알루미늄 합금재는 인장 강도가 순수 구리 재질 이하이기 때문에, 강도가 낮고, 케이블 자체 무게에 견디지 못하여 단선될 우려가 있다.

또한, 특허문헌 4에는 Al-Fe-Mg-Si계 알루미늄 합금의 심재에 구리를 피복하고 냉간 가공을 하여 강도를 높인 구리 피복 알루미늄 합금선이 기재되어 있다. 그렇지만, 특허문헌 4에 기재된 구리 피복 알루미늄 합금선에서는, 탄성 한계가 작기 때문에 소성 변형하기 쉬운 구리계 재료가, 굴곡 변형이 커지는 표층에 존재하기 때문에, 굴곡 변형이 반복됨으로써 구리 피복층의 표면에 균열이 발생하기 쉽고, 또한, 알루미늄 합금의 심재와 구리 피복층에 형성하는 화합물이 균열의 발생점이 되는 등, 내굴곡 피로 특성이 떨어진다는 문제가 있다.

자체 무게에 견디는 케이블을 구성하는 기존 케이블을 구성하는 텐션 부재를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 텐션 부재는 일반적으로 강철 와이어 로프가 사용되기 때문에, 케이블 중량이 증가한다. 또한, 탄성률이 높고, 케이블이 단단해지기 때문에, 케이블 부설 작업성이 나빠진다는 문제도 있다. 더욱이, 케이블 자체 무게 대부분이 텐션 부재에 걸리기 때문에, 텐션 부재의 꼬임이 풀리는 방향으로 회전 모멘트가 걸려, 원형 케이블에서는 케이블이 자전하여 뒤틀림의 원인이 되고, 또한, 평형 케이블에서는 케이블이 변형된다는 과제가 있었다.

국제공개 제2013/146762호 일본특허공개공보 특개 2006-307307호 일본특허공개공보 특개 2013-152843호 일본특허공개공보 특개 2010-280969호

본 발명의 목적은 종래의 가동 케이블에 비하여, 동등 이상의 강도를 가지면서, 내굴곡 피로 특성 및 가요성이 우수하고 경량인 가동 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

[1] 내부에 도체를 갖는 가동 케이블로서, 상기 도체는 질량%로 Mg: 0.05∼1.8%, Si: 0.01∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5%, Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 합계 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 합금재로 이루어지는 제1 도체를 포함하고, 해당 제1 도체는 상기 가동 케이블의 상기 도체 전체에 차지하는 면적 비율이 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 10∼100%의 범위인 것을 특징으로 하는 가동 케이블.

[2] 상기 도체가 복수 개의 상기 제1 도체를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제1 절연 피복심을 포함하는, 상기 [1]에 기재된 가동 케이블.

[3] 상기 도체가 복수 개의 상기 제1 도체와, 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속재 또는 합금재로 이루어지는 복수 개의 제2 도체를 혼재시켜 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제2 절연 피복심을 포함하는, 상기 [1]에 기재된 가동 케이블.

[4] 상기 도체가 복수 개의 상기 제1 도체를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제1 절연 피복심 및 복수 개의 상기 제1 도체와, 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속재 또는 합금재로 이루어지는 복수 개의 제2 도체를 혼재시켜 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제2 절연 피복심을 포함하는, 상기 [1]에 기재된 가동 케이블.

[5] 상기 도체가 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금재의 군으로부터 선택되는 금속재 또는 합금재로 이루어지는 복수 개의 제2 도체를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제3 절연 피복심을 추가로 포함하는, 상기 [2], [3] 또는 [4]에 기재된 가동 케이블.

[6] 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체는 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 동일 치수를 갖는, 상기 [3], [4] 또는 [5]에 기재된 가동 케이블.

[7] 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체는 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 다른 치수를 갖는, 상기 [3], [4] 또는 [5]에 기재된 가동 케이블.

[8] 상기 제1 도체의 상기 면적 비율이 일수준 이상이 되도록, 상기 제1 절연 피복심, 상기 제2 절연 피복심 및 상기 제3 절연 피복심 중, 상기 제1 절연 피복심 및 상기 제2 절연 피복심 중 적어도 한쪽의 절연 피복심을 포함시켜 복수 개 합쳐 꼬아서 이루어지는 1이상의 복합 연선과, 해당 복합 연선을 포함하도록 절연 피복하는 시스를 구비하는 1이상의 케이블로 구성되어 있는, 상기 [3]∼[7] 중 어느 한 항에 기재된 가동 케이블.

[9] 상기 특정 알루미늄 합금재는 질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5% 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 갖는, 상기 [1]∼[8] 중 어느 한 항에 기재된 가동 케이블.

[10] 상기 가동 케이블이 엘리베이터 케이블인, 상기 [1]∼[9] 중 어느 한 항에 기재된 가동 케이블.

[11] 상기 가동 케이블이 로봇 케이블인, 상기 [1]∼[9] 중 어느 한 항에 기재된 가동 케이블.

[12] 상기 가동 케이블이 캡타이어 케이블인, 상기 [1]∼[9] 중 어느 한 항에 기재된 가동 케이블.

본 발명에 따르면, 내부에 도체를 갖는 가동 케이블로서, 상기 도체는 질량%로 Mg: 0.05∼1.8%, Si: 0.01∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5%, 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 합금재로 이루어지는 제1 도체를 포함하고, 해당 제1 도체는 상기 가동 케이블의 상기 도체 전체에 차지하는 면적 비율이 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 10∼100%의 범위임으로써, 종래의 가동 케이블에 비하여, 동등 이상의 강도를 가지면서 내굴곡 피로 특성 및 가요성이 우수하고, 더욱 경량인 가동 케이블을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 가동 케이블을 구성하는 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 금속 조직을 관찰하였을 때의 SIM 화상의 예를 나타낸 것으로서, 도 1(a)가 결정립의 연재 방향(일방향)으로 수직인 단면이고, 도 1(b)가 결정립의 연재 방향(일방향)으로 평행인 단면이다.
도 2는 본 발명의 가동 케이블을 구성하는 제1 절연 피복심을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 가동 케이블을 구성하는 제2 절연 피복심을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 가동 케이블을 구성하는 제3 절연 피복심을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 제1 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 제2 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 제3 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 제4 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 제5 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 제6 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은 제7 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 제8 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은 제9 실시형태의 가동 케이블을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시형태에 근거하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따르는 제1 실시형태의 가동 케이블은 내부에 도체를 갖는 가동 케이블로서, 상기 도체는 질량%로 Mg: 0.05∼1.8%, Si: 0.01∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5%, Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 총 0.00∼2.00% 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 길이 방향으로 수직 치수의 평균치가 400㎚ 이하인 특정 알루미늄 합금재로 이루어지는 제1 도체를 포함하고, 해당 제1 도체는 상기 가동 케이블의 상기 도체 전체에 차지하는 면적 비율이 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 10∼100%의 범위이다.

여기서, 가동 케이블의 면적 비율이 「100%」란, 가동 케이블을 구성하는 도체가 모두 상술한 특정 알루미늄 합금재인 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 「가동 케이블」이란, 내부에 도체를 갖고, 단수 개 또는 복수 개의 절연 피복심을 구성 요소로 하는 케이블이다. 또한, 여기서 말하는 「도체」는 제1 도체 및 후술하는 제2 도체 쌍방을 포함한다. 또한, 이하에 단지 「도체」라 기재하고 있는 경우에는, 제1 도체와 제2 도체를 특별히 구별하지 않고, 쌍방을 포함한 의미로서 해석하는 것으로 한다. 「도체」는 케이블의 내부에 위치하고, 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금재를 가리키며, 그 횡단면 형상은 바람직하게는 원 형상 또는 구 형상(판형)이지만, 특별히 한정되지 않으며, 각종 형상을 채택할 수 있다. 또한, 「절연 피복심」은 도체를 연선으로 한 후에 절연 피복한 것으로서, 복수 개를 합쳐 꼬아서 연선으로서 형성할 수 있다. 또한, 연선은 공지의 꼬임 방법을 사용할 수 있으며, 동심 꼬임, 집합 꼬임 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

(1) 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)

본 발명에 따르는 대표적인 실시형태의 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 결정립 상태와 그 작용에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다.

제1 도체(특정 알루미늄 합금재)는 질량%로 Mg: 0.05∼1.8%, Si: 0.01∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5%, Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 합 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㎚ 이하이다.

여기서, 상기 합금 조성의 원소 성분 중, 함유 범위의 하한치가 「0.00%」라고 기재되어 있는 원소 성분은 적당히 필요에 따라서 임의로 알루미늄 합금재에 첨가되는 성분을 의미한다. 즉, 원소 성분이 「0.00%」인 경우, 그 원소 성분은 알루미늄 합금재에 포함되지 않거나 또는 검출 한계치 미만의 함유량인 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 「결정립」이란, 방위차 경계로 둘러싸인 부분을 가리킨다. 여기서 「방위차 경계」란, 주사 투과 전자 현미경법(STEM)이나 주사 이온 현미경법(SIM) 등으로 금속 조직을 관찰하였을 때에, 콘트라스트(채널링 콘트라스트)가 불연속으로 변화되는 경계를 가리킨다. 또한, 결정립이 연재하는 장변 방향으로 수직인 치수는 방위차 경계의 간격에 해당한다.

특정 알루미늄 합금재는 특히, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 갖는다. 또한, 특정 알루미늄 합금재는 도 1에 나타내는 바와 같이, 세장 형상의 결정립이 일방향으로 가지런히 연재 상태가 된 섬유형 조직을 갖고 있다. 이러한 세장 형상의 결정립은 종래의 미세한 결정립이나, 단지 종횡비가 큰 평평한 결정립과는 크게 다르다. 즉, 본 발명의 결정립은 섬유와 같은 가늘고 긴 형상으로, 그 장변 방향으로 수직인 단면에서의 결정립 지름의 평균치가 400㎚ 이하이다. 이러한 미세한 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직은 종래의 알루미늄 합금재에는 존재하지 않았던 신규 금속 조직이라 할 수 있다.

특정 알루미늄 합금재는 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 갖고, 상기 일방향으로 평행인 단면에서, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직 단면에서의 결정립 지름의 평균치가 400㎚ 이하가 되도록 제어되어 있기 때문에, 철계 재료나 구리계 재료에 필적하는 높은 강도와, 우수한 내굴곡 피로 특성을 실현할 수 있다.

또한, 특정 알루미늄 합금재의 금속 조직은 섬유형으로서, 세장 형상의 결정립이 일방향으로 가지런히 섬유형으로 연재된 상태로 되어 있다. 여기서, 「일방향」이란, 알루미늄 합금재의 가공 방향, 특히 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)를 신선 가공으로 제조할 경우에는 신선 방향에 해당한다.

또한, 상기 일방향은 바람직하게는 알루미늄 합금재의 장변 방향에 대응한다. 즉, 통상 알루미늄 합금재는 그 가공 방향으로 수직인 치수보다 짧은 치수로 개편화되어 있지 않는 한, 그 가공 방향은 그 장변 방향에 대응한다. 예를 들면, 알루미늄 합금재를 신선 가공으로 제조할 경우에는, 일방향은 알루미늄 합금재의 신선 방향에 해당한다.

또한, 결정립이 연재하는 장변 방향으로 수직인 알루미늄 합금재의 단면(횡단면)에서, 그 평균 결정립 지름은 바람직하게는 400㎚ 이하이고, 보다 바람직하게는 330㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 250㎚ 이하이고, 특히 바람직하게는 180㎚ 이하이고, 한층 더 바람직하게는 150㎚ 이하이다. 이러한 알루미늄 합금재의 섬유형 금속 조직에서는, 일방향으로 연재된 결정립의 입자 지름(결정립이 연재하는 장변 방향으로 수직인 치수)이 작기 때문에, 부하 응력에 따른 혹은 반복 변형에 따른 결정 슬립을 효과적으로 억제할 수 있어, 종래보다 높은 강도 및 우수한 내굴곡 피로 특성을 실현할 수 있다. 또한, 평균 결정립 지름의 하한치는 고강도 및 내굴곡 피로 특성을 실현함에 있어서 작을수록 바람직하지만, 제조상 또는 물리상의 한계로 하여 예를 들면 20㎚이다.

또한, 결정립이 연재하는 장변 방향으로 평행인 특정 알루미늄 합금재의 단면에서, 특정 알루미늄 합금재에 존재하는 결정립에서 장변 방향을 따라 측정한 장변 방향 치수는 특별히 특정되지 않지만, 바람직하게는 1200㎚ 이상이고, 보다 바람직하게는 1700㎚ 이상이며, 더욱 바람직하게는 2200㎚ 이상이다.

또한, 결정립이 연재하는 장변 방향으로 평행인 특정 알루미늄 합금재의 단면에서, 장변 방향을 따라 측정한 장변 방향 치수(L1)와 장변 방향으로 수직인 방향을 따라 측정한 단변 방향 치수(L2)의 비(L1/L2), 즉, 종횡비는 바람직하게는 10이상이고, 보다 바람직하게는 20이상이다. 종횡비(L1/L2)가 상기 범위 내이면, 특정 알루미늄 합금재의 표면에 피로 파괴의 기점이 될 가능성이 있는 결정 입계의 존재 확률이 저하되기 때문에, 내굴곡 피로 특성이 향상한다.

결정립 상태가 강도 및 내굴곡 피로 특성을 향상시키는 매커니즘으로서 예를 들면, (i) 결정립이 종횡비가 큰 섬유형임으로써, 균열의 기점이 되는 입계가 표면에 적기 때문에, 균열이 발생하기 어려워지는 기구, (ii) 결정립의 단변 방향 치수가 작기 때문에, 전위가 이동하기 어렵도록 부하 왜곡의 모두 혹은 대부분을 탄성 왜곡으로서 흡수할 수 있는 기구, (iii) 알루미늄 합금재의 표면에 균열 발생점이 되는 단계를 생기기 어렵게 함과 동시에, 균열이 발생하였을 때에, 입계가 균열 신장의 장해가 되는 기구 등을 들 수 있으며, 이들 기구 (i)∼(iii)이 상승적으로 작용하고 있다고 생각할 수 있다.

또한, 알루미늄 합금재의 표층의 결정립 지름을 미세하게 하는 것은 내굴곡 피로 특성을 개선하는 작용이 있음과 더불어, 입계 부식을 개선하는 작용, 소성 가공한 후의 알루미늄 합금재의 표면의 거칠기를 저감시키는 작용, 전단 가공하였을 때의 언더컷이나 버를 저감시키는 작용 등에 유효하며, 알루미늄 합금재의 특성을 전반적으로 높이는 효과가 있다.

(2) 특정 알루미늄 합금재의 합금 조성

다음으로, 특정 알루미늄 합금재의 성분 조성을 작용과 함께 이하에 설명한다. 이하에서는 「질량%」를 간단히 「%」로 기재한다.

<Mg: 0.05∼1.8%>

Mg(마그네슘)은 알루미늄 모재중에 고용되어 강화하는 작용을 가짐과 동시에, 결정립을 미세하게 하는 작용을 갖는다. 또한, Si나 Cu와의 상승 효과에 의해 인장 강도나 피로 수명을 향상시키는 작용을 갖고, 용질 원자 클러스터로서 Mg-Si 클러스터나 Mg-Cu 클러스터를 형성한 경우에는 인장 강도나 신장을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 그러나, Mg 함유량이 0.05% 미만이면, 상기 작용 효과가 불충분하고, 또한, Mg 함유량이 1.8%를 넘으면, 정출물이 형성되어 가공성(신선 가공성이나 굽힘 가공성 등)이 저하된다. 따라서, Mg 함유량은 0.05∼1.8%로 하고, 바람직하게는 0.2∼1.5%, 더욱 바람직하게는 0.4∼1.0%이다.

<Si: 0.01∼2.0%>

Si(규소)는 알루미늄 모재중에 고용되어 강화하는 작용을 가짐과 동시에, 결정립을 미세하게 하는 작용을 갖는다. 또한, Mg과의 상승 효과에 의해 인장 강도나 피로 수명을 향상시키는 작용을 갖고, 용질 원자 클러스터로서 Mg-Si 클러스터나 Si-Si 클러스터를 형성한 경우에 인장 강도나 신장을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 그러나, Si 함유량이 0.01% 미만이면, 상기 작용 효과가 불충분하고, 또한, Si 함유량이 2.0%를 넘으면, 정출물이 형성되어 가공성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.01∼2.0%로 하고, 바람직하게는 0.2∼1.5%, 더욱 바람직하게는 0.4∼1.0%이다.

<Fe: 0.01∼1.5%>

Fe(철)은 주조나 균질화 열처리중에 Al-Fe계, Al-Fe-Si계, Al-Fe-Si-Mg계 등 알루미늄이나 필수 첨가 원소와 금속간 화합물로서 정출 또는 석출된다. 이와 같이, Fe과 Al으로 주로 구성되는 금속간 화합물을 본 명세서에서는 Fe계 화합물이라 부른다. Fe계 화합물은 결정립의 미세화에 기여함과 동시에, 인장 강도를 향상시킨다. 또한, Fe은 알루미늄중에 고용된 Fe에 의해서도 인장 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. Fe의 함유량이 0.01% 미만이면, 이러한 효과가 불충분하다. 또한, Fe의 함유량이 1.5%를 넘으면, Fe계 화합물이 너무 많아져, 가공성이 저하된다. 또한, 주조 시의 냉각 속도가 느린 경우에는 Fe계 화합물의 분산이 드물어져, 악영향도가 높아진다. 따라서, Fe의 함유량은 0.01∼1.5%로 하고, 바람직하게는 0.02∼0.80%, 보다 바람직하게는 0.03∼0.50%, 더욱 바람직하게는 0.04∼0.35%, 보다 한층 더 바람직하게는 0.05∼0.25%이다.

특정 알루미늄 합금재는 상술한 Mg, Si 및 Fe을 필수 함유 성분으로 하지만, 이러한 원소 이외에, 예를 들면, Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소도 요구 성능 등에 따서서 적당히 임의 성분으로서 함유시킬 수 있다.

<Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0.00∼2.00%>

Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Sn은 모두 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, 이들 임의 첨가 성분의 함유량의 합계를 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 임의 첨가 성분의 함유량의 합계를 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 함유량의 합계는 0.00∼2.00%로 하고, 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, 이들 원소의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 이들 원소는 1종의 원소만의 단독으로 첨가될 수 있고, 2종 이상의 원소의 조합으로 첨가될 수 있다.

또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Zn, Ni, Ti, Co, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, 이들 원소의 함유량의 합계가 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, 이들 원소의 함유량의 합계가 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Zn, Ni, Ti, Co, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 함유량의 합계는 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Cu: 0.00∼2.00%>

Cu는 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Cu의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하됨과 동시에, 내부식성이 저하된다. 따라서, Cu의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Cu의 함유량은 0.00%로 할 수 있다.

<Ag: 0.00∼2.00%>

Ag은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Ag의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ag의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ag의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Ag의 함유량은 0.00%로 할 수 있다.

<Zn: 0.00∼2.00%>

Zn은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Zn의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Zn의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Zn의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Zn의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Zn을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Zn의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Zn의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Zn의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Ni: 0.00∼2.00%>

Ni은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Ni의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ni의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ni의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Ni의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Ni을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Ni의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Ni의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Ni의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Co: 0.00∼2.00%>

Co는 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Co의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Co의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Co의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Co의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Co를 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Co의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Co의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Co의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Au: 0.00∼2.00%>

Au은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Au의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Au의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Au의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Au의 함유량은 0.00%로 할 수 있다.

<Mn: 0.00∼2.00%>

Mn은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Mn의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mn의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Mn의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Mn의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Mn을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Mn의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Mn의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Mn의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Cr: 0.00∼2.00%>

Cr은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Cr의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cr의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Cr의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Cr의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Cr을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Cr의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Cr의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는 Cr의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<V: 0.00∼2.00%>

V은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, V의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, V의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, V의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, V의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 V을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, V의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, V의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, V의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Zr: 0.00∼2.00%>

Zr은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Zr의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Zr의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Zr의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Zr의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Zr을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Zr의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Zr의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Zr의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Ti: 0.00∼2.00%>

Ti은 주조 시의 결정을 미세화시키고, 또한, 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Ti의 함유량을 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ti의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Ti의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Ti을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Ti의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Ti의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Ti의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

<Sn: 0.00∼2.00%>

Sn은 특히 내열성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발휘시키는 관점에서, Sn의 함유량을 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Sn의 함유량을 2.00% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Sn의 함유량은 바람직하게는 0.00∼2.00%, 보다 바람직하게는 0.06%∼2.00%, 더욱 바람직하게는 0.30∼1.20%이다. 또한, Sn의 함유량은 0.00%로 할 수 있다. 또한, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 고려하면, 알루미늄 합금재는 Sn을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱이, Sn의 함유량이 0.06% 미만이면, 내식성 효과가 불충분하다. 또한, Sn의 함유량이 2.00% 초과이면, 가공성이 저하된다. 따라서, 내식성의 관점에서는, Sn의 함유량은 바람직하게는 0.06∼2.00%이고, 보다 바람직하게는 0.30∼1.20%이다.

상기 Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 각 원소 성분이 내열성을 향상시키는 매커니즘으로서는 예를 들면, (I) 상기 성분의 원자 반경과, 알루미늄의 원자 반경의 차가 크기 때문에, 결정 입계의 에너지를 저하시키는 기구, (II) 상기 성분의 확산 계수가 크기 때문에 입계에 들어간 경우에 입계의 이동도를 저하시키는 기구, (III) 공공(空孔)과의 상호 작용이 커서, 공공을 트랩하기 위해서 확산 현상을 지연시키는 기구 등을 들 수 있으며, 이들 기구 (I)∼(III)이 상승적으로 작용하고 있는 것이라고 생각할 수 있다.

<잔부: Al 및 불가피 불순물>

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

이러한 알루미늄 합금재는 합금 조성이나 제조 과정을 조합하여 제어함으로써 실현 가능하다.

(3) 제2 도체

제2 도체는 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 공지의 금속재 또는 합금재로 구성되어 있다.

더욱이, 제1 도체와 제2 도체는 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 동일 치수(특히, 원형 단면인 경우에는 동일(소선) 지름)를 갖고 있거나 혹은 다른 치수를 가질 수 있다. 예를 들면, 내굴곡 피로 특성을 중시할 경우에는, 가동 케이블은 동일 치수를 갖는 도체로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 연선 도체(예를 들면 절연 피복심, 복합 연선 등)를 구성하는 도체와 도체 사이 및 도체와 피복 사이에 형성되는 간극 저감을 중시하는 경우나, 동일 케이블 내에 전력 전송과 신호 전송을 실시하는 연선 도체를 동시에 포함하는 경우 등에는, 가동 케이블은 다른 치수를 갖는 도체로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제2 도체의 단면 형상은 제1 도체와 마찬가지로, 원형에만 한정되지는 않으며, 구 형상(판형) 등 각종 형상으로 할 수 있다. 더불어, 가동 케이블의 도체를 다른 치수를 갖는 복수 종류인 것(예를 들면 소선)을 조합하여 형성한 제1 도체를 사용하여 구성하거나 혹은 가동 케이블의 도체를 다른 치수를 갖는 복수 종류인 것(예를 들면 소선)을 조합하여 형성한 제2 도체를 사용하여 구성할 수 있고, 나아가서는, 가동 케이블의 도체를 이러한 제1 도체 및 제2 도체의 쌍방을 조합하여 사용해서 구성할 수도 있다.

또한, 도체의 저항 저감을 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.

또한, 케이블의 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.

더욱이, 제2 도체는 구리 또는 구리 합금과, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 조성이 다른 2종류 이상의 금속재, 합금재 또는 금속재와 합금재를 사용하여 케이블을 구성할 수 있다.

(4) 가동 케이블

다음으로, 본 실시형태의 가동 케이블의 도체 구성과 그 작용에 대해서, 엘리베이터 케이블을 예로 하여 도 2∼도 13을 이용하여 설명한다.

도 2는 도 5에 나타내는 제1 실시형태의 가동 케이블(10)을 구성하는 제1 절연 피복심(1)을 확대하여 나타낸 것이다. 본 실시형태의 가동 케이블(10)은 내부에 도체를 갖는다. 해당 도체는 상술한 특정 알루미늄 합금재로 이루어지는 제1 도체(2)를 포함하여 구성되어 있다. 도 5에 나타내는 실시형태의 가동 케이블(10)은 평형 케이블로서, 도 2에 나타내는 복수 개의 제1 도체(2)를 합쳐 꼬아서 절연 피복하여 형성한 복수 개(도 5에서는 6개)의 제1 절연 피복심(1)을 사용하고, 이들 제1 절연 피복심(1)을 추가로 합쳐 꼬아서 형성한 복수 개(도 5에서는 6개)의 복합 연선(7)을 도체로 하여 가동 케이블(10)의 내부에 병렬 배치한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 5에서는 복합 연선(7) 내부의 중앙 위치에 개재체(6)를 배치한 경우를 나타내고 있지만, 이러한 개재체(6)는 필요에 따라서 적당히 배치할 수 있으며, 없을 수 있다. 또한, 케이블 길이가 길어져, 도체만으로는 케이블 자체 무게를 지탱하지 못할 경우에는 예를 들면, 와이어 로프 등의 강제 선재나, 고장력 섬유를 사용한 텐션 부재를 배치하는 것이 바람직하며, 그 배치는 공지의 방법을 사용할 수 있다.

그리고, 본 발명의 구성상의 주요 특징은 가동 케이블(10)의 도체 전체에 차지하는 제1 도체(2)의 면적 비율(X)을 가동 케이블(10)의 횡단면에서 보아, 10∼100%의 범위로 하는 것에 있다. 이러한 구성을 채택함으로써, 종래의 가동 케이블에 비하여, 동등 이상의 강도를 가지면서 내굴곡 피로 특성 및 가요성이 우수하고, 더욱 경량인 가동 케이블을 제공할 수 있다. 상기 면적 비율(X)이 10%를 밑돌면, 경량화 효과가 작을 뿐만 아니라, 충분한 내구성(내굴곡 피로 특성)을 얻지 못하여, 높은 신뢰성을 얻지 못한다.

여기서, 가동 케이블(10)의 도체 전체에 차지하는 제1 도체(2)의 면적 비율(X)(%)은 가동 케이블(10)의 장변 방향으로 수직인 단면(횡단면)에서 보아, 제1 도체(2)의 합계 단면적(S1)과, 가동 케이블(10)을 구성하는 도체의 합계 단면적(S)으로, 이하의 식으로 나타난다.

X(%)=(S1/S)ㅧ100

또한, 도 6은 제2 실시형태의 가동 케이블(10A)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10A)은 평형 케이블로서, 도체가 복수 개의 제1 도체(2)와 복수 개의 제2 도체(3)를 혼재시켜 합쳐 꼬아서 절연 피복하여 형성한 복수 개(도 6에서는 6개)의 제2 절연 피복심(4)을 포함하고, 이들 제2 절연 피복심(4)을 추가로 합쳐 꼬아서 형성한 복수 개(도 6에서는 6개)의 복합 연선(7A)을 도체로 하여 가동 케이블(10A)의 내부에 병렬 배치하여 구성한 경우를 나타내고 있다.

더욱이, 도 7은 제3 실시형태의 가동 케이블(10B)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10B)은 평형 케이블로서, 복수 개의 제1 도체(2)를 합쳐 꼬아서 절연 피복하여 형성한 복수 개(도 7에서는 6개)의 제1 절연 피복심(1)을 추가로 합쳐 꼬아서 형성한 3개의 복합 연선(7)과, 복수 개(도 7에서는 3개)의 제1 절연 피복심(1) 및 복수 개의 제2 도체(3)를 합쳐 꼬아서 절연 피복하여 형성한 복수 개(도 7에서는 3개)의 제3 절연 피복심(5)을 합쳐 꼬아서 형성한 3개의 복합 연선(7B)을 도체로 하여 가동 케이블(10B)의 내부에 번갈아 병렬 배치하여 구성한 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 도체가 복수 개의 제2 도체(3)를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제3 절연 피복심(5)을 추가로 포함할 수 있다.

도 8은 제4 실시형태의 가동 케이블(10C)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10C)은 평형 케이블로서, 6개의 제1 절연 피복심(1)으로 구성되는 2개의 복합 연선(7)과, 3개의 제1 절연 피복심(1) 및 3개의 제3 절연 피복심(5)을 합쳐 꼬아서 형성한 3개의 복합 연선(7B)과, 6개의 제3 절연 피복심(5)으로 구성되는 1개의 복합 연선(7C)을 조합하여 병렬 배치하여 구성한 구성을 나타내고 있다.

도 9는 제5 실시형태의 가동 케이블(10D)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10D)은 평형 케이블로서, 6개의 제1 절연 피복심(1)으로 구성되는 2개의 복합 연선(7)과, 6개의 제3 절연 피복심(5)으로 구성되는 4개의 복합 연선(7C)을 조합하여 병렬 배치하여 구성한 경우를 나타내고 있다.

도 10은 제6 실시형태의 가동 케이블(10E)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10E)은 평형 케이블로서, 3개의 제1 절연 피복심(1) 및 3개의 제3 절연 피복심(5)를 합쳐 꼬아서 형성한 6개의 복합 연선(7B)을 병렬 배치하여 구성한 경우를 나타내고 있다.

도 11은 제7 실시형태의 가동 케이블(10F)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10F)은 평형 케이블로서, 6개의 제2 절연 피복심(4)을 합쳐 꼬아서 형성한 3개의 복합 연선(7A)과, 3개의 제1 절연 피복심(1) 및 3개의 제3 절연 피복심(5)을 합쳐 꼬아서 형성한 3개의 복합 연선(7B)을 번갈아 병렬 배치하여 구성한 경우를 나타내고 있다.

도 12는 제8 실시형태의 가동 케이블(10G)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10G)은 평형 케이블로서, 도체가 복수 개의 제1 도체(2)를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제1 절연 피복심(1) 및 복수 개의 제1 도체(2)와 복수 개의 제2 도체(3)를 혼재시켜 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제2 절연 피복심(4)을 포함하고 있고, 보다 구체적으로는 복수 개(도 12에서는 6개)의 제1 절연 피복심(1)으로 구성되는 2개의 복합 연선(7)과, 복수 개(도 12에서는 6개)의 제2 절연 피복심(4)을 합쳐 꼬아서 형성한 3개의 복합 연선(7A)과, 복수 개(도 12에서는 6개)의 제3 절연 피복심(5)으로 구성되는 1개의 복합 연선(7C)을 조합하여 병렬 배치하여 구성한 경우를 나타내고 있다.

도 13은 제9 실시형태의 가동 케이블(10H)을 나타낸 것이다. 이 가동 케이블(10H)은 원형 케이블로서, 텐션 부재(6A)의 둘레에 2개의 제1 절연 피복심(1)을 합쳐 꼬아서 형성한 2개의 복합 연선(7D)과, 3개의 제3 절연 피복심(5)을 합쳐 꼬아서 형성한 2개의 복합 연선(7E)과, 4개의 제3 절연 피복심(5)을 배치하여, 이들 2개의 복합 연선(7D), 2개의 복합 연선(7E) 및 4개의 제3 절연 피복심(5)의 외주 측에, 추가로 24개의 제1 절연 피복심(1)을 배치하여 구성한 경우를 나타내고 있다.

지금까지 제1∼제9 실시형태를 구체적으로 설명하여 왔지만, 본 발명에서는, 이들 실시형태에만 한정되지 않으며, 각종 구성을 채택할 수 있다.

또한, 본 발명의 가동 케이블(10)은 제1 도체(2)의 상기 면적 비율(X)이 일수준 이상이 되도록 제1 절연 피복심(1), 제2 절연 피복심(4) 및 제3 절연 피복심(5) 중, 제1 절연 피복심(1) 및 제2 절연 피복심(4) 중 적어도 한쪽의 절연 피복심을 포함시켜 복수 개 합쳐 꼬아서 이루어지는 1이상의 복합 연선(7, 7A, 7B, 7D)과, 도 5∼도 13에 나타내는 바와 같이, 복합 연선(7)을 포함하도록 절연 피복하는 절연체(8)나 시스(9)를 구비하는 1이상의 케이블(도 5∼도 13에서는 모두 단일 케이블인 경우를 나타낸다. )로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

<가동 케이블의 용도>

본 발명의 가동 케이블은 각종 용도로 사용할 수 있으며, 특히, 경량이고 고강도이면서 우수한 내굴곡 피로 특성을 필요로 하는 용도, 예를 들면, 엘리베이터 케이블, 로봇 케이블, 캡타이어 케이블에 적용하는 것이 특히 적합하다.

[가동 케이블의 제조 방법]

다음으로, 본 발명에 따르는 가동 케이블을 구성하는 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)의 제조 방법의 일례를 이하에 설명한다. 이러한 본 발명의 일실시형태에 의한 가동 케이블을 구성하는 특정 알루미늄 합금재는 예를 들면, Al-Mg-Si-Fe계 합금재나 Al-Cu-Mg-Fe계 합금재의 내부에 결정 입계를 고밀도로 도입함으로써, 고강도화 및 고피로 수명화를 도모하는 것을 특징으로 한다. 특히, 굽힘 왜곡이 커지는 표층 근방에 작은 결정립을 집적시킴으로써, 한층 더 고피로 수명화를 도모할 수 있다. 따라서, 종래의 알루미늄 합금재에서 일반적으로 실시되어온 Mg-Si 화합물의 석출 경화시키는 방법이나, 고용 원소에 의해 고용 강화시키는 방법과는 고강도화 및 고피로 수명화에 대한 접근이 크게 다르다.

본 실시형태의 알루미늄 합금재의 바람직한 제조 방법에서는, 소정의 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금 소재에 대하여, 최종 가공으로서 가공도 4이상의 냉간 가공[1]을 실시한다. 또한, 필요에 따라서, 냉간 가공[1] 전에, 표층의 결정립 지름을 미세하게 하는 전처리 공정[2] 및 냉간 가공[1] 후에 조질 소둔[3]을 실시할 수 있다. 이하, 자세하게 설명한다.

통상, 금속 재료에 반복 응력이 더해지면, 금속 결정 변형의 기본 과정으로서 탄성 변형과 함께 결정 슬립이 생긴다. 이러한 결정 슬립이 생기기 쉬운 금속재일수록 강도가 낮고, 또한, 재료 표면에 균열 발생점을 만들기 때문에, 피로 파괴되기 쉽다고 할 수 있다. 그 때문에, 금속재의 고강도화 및 고피로 수명화에 있어서는, 금속 조직 내에서 생기는 결정 슬립을 억제하는 것이 중요해진다. 이러한 결정 슬립의 저해 요인으로서는 금속 조직 내의 결정 입계의 존재를 들 수 있다. 이러한 결정 입계는 금속재에 응력이 더해졌을 때에, 결정 슬립이 금속 조직 내에서 전파하는 것을 억제할 수 있으며, 그 결과, 금속재의 강도 및 피로 수명은 높일 수 있다.

그 때문에, 금속재의 고강도화 및 고피로 수명화에 있어서는, 금속 조직 내에 결정 입계를 고밀도로 도입하는, 즉, 작은 결정립을 집적시키는 것이 바람직하다고 생각된다. 여기서, 결정 입계의 형성 기구로서는 예를 들면, 다음과 같은 금속 조직의 변형에 따른 금속 결정의 분열을 생각할 수 있다.

통상, 다결정 재료의 내부에서는 인접하는 결정립끼리의 방위 차이나, 가공 공구와 접하는 표층 근방과 벌크 내부 사이의 왜곡 공간 분포에서 기인하여, 응력 상태는 복잡한 다축 상태로 되어 있다. 이러한 영향으로, 변형 전에 단일 방위였던 결정립이 변형에 따라 복수의 방위로 분열되어가, 분열된 결정끼리의 사이에는 방위차 경계가 형성된다.

그러나, 형성된 방위차 경계는 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 생각할 수 있다. 그 때문에, 통상은 변형량을 늘려도, 결정 입계의 증가와 감소가 동시에 일어나기 때문에, 입계 밀도는 포화 상태가 된다고 생각된다.

이러한 현상은 종래의 금속 조직인 순알루미늄이나 순동에서의 가공도와 인장 강도의 관계와도 일치한다. 통상의 금속 조직인 순알루미늄이나 순동은 비교적 낮은 가공도에서는 인장 강도의 향상(경화)이 보이지만, 가공도가 늘어날수록 경화량은 포화하는 경향에 있어, 일정 이상의 가공도는 강도 상승에 기여하지 않는다. 여기서, 가공도는 상술한 금속 조직에 첨가되는 변형량에 대응하고, 경화량의 포화는 입계 밀도의 포화에 대응한다고 생각할 수 있다.

또한, 단지 가공을 실시하는 것 만으로는 강도 및 피로 수명은 상승하는 한편, 연성이 저하되어가 가공 시나 사용 시에 단선하기 쉬워진다는 문제가 있다. 이는 결정 내에 전위가 다량으로 도입되기 때문에 전위 밀도가 포화되어, 그 이상의 소성 변형을 허용할 수 없게 되기 때문이라고 생각된다.

이에 대하여, 본 실시형태의 특정 알루미늄 합금재에서는, 가공도가 증가함과 동시에 표층에서의 결정 입계 밀도의 증가, 즉, 작은 결정립의 집적이 계속되어, 내굴곡 피로 특성이 계속 향상하는 것을 알 수 있었다. 이는 특정 알루미늄 합금재가 상기 합금 조성을 가짐으로써, 결정 입계 밀도의 증가를 촉진하여, 금속 조직 내에서 결정 입계가 일정 밀도 이상이 되어도, 내부 에너지의 증가를 억제할 수 있는 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다. 그 결과, 금속 조직 내에서의 회복이나 재결정을 방지할 수 있어, 효과적으로 금속 조직 내에 결정 입계를 증가할 수 있다고 생각된다.

이러한 Mg과 Si 혹은 Mg과 Cu의 복합 첨가에 의한 결정 미세화의 매커니즘은 반드시 분명하지는 않지만, (i) 전위와 같은 격자 결함과 강한 상호 작용을 갖는 Mg이 결정의 미세화를 촉진함으로써, 결정 분단을 촉진하는 것, (ii) Al 원자에 대하여 원자 반경이 큰 Mg 원자와 작은 Si 원자 혹은 Cu가 입계에서의 원자 배열의 미스 매치를 완화시킴으로써, 가공에 따른 내부 에너지의 증가를 효과적으로 억제할 수 있는 것에 의한 것이라고 생각된다.

또한, 본 실시형태의 알루미늄 합금재에서는 특히, 그 표면에 소성 왜곡이 도입되기 때문에, 표층 근방에서는 매우 미세한 결정인 한편, 중심 위치에서는 비교적 큰 결정이 남은 채이다. 이러한 결정 조직을 가짐으로써, 비틀림이나 굽힘 변형 시에는 표층의 미세한 결정이 유효하게 작용하고, 신장에 대하여서는 중심 위치가 큰 결정이 유효하게 작용하여, 제조 시에 단선되기 어렵다.

본 실시형태의 알루미늄 합금재의 제조 방법에서는, 냉간 가공[1]에서의 가공도를 4이상으로 한다. 특히, 큰 가공도에 의한 가공을 실시함으로써, 금속 조직의 변형에 따르는 금속 결정의 분열을 재촉할 수 있어, 알루미늄 합금재의 내부에 결정 입계를 고밀도로 도입할 수 있다. 그 결과, 알루미늄 합금재의 표층에서는 작은 결정립이 집적되어, 내굴곡 피로 특성이 대폭 향상한다. 이러한 가공도는 바람직하게는 6이상, 보다 바람직하게는 8이상으로 한다. 또한, 가공도의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 통상은 15이하이다.

또한, 가공도(η)는 가공 전의 특정 알루미늄 합금재의 단면적을 s1, 가공 후의 특정 알루미늄 합금재의 단면적을 s2(s1>s2)라 할 때, 하기 식 (1)로 나타난다.

가공도(무차원): η=ln(s1/s2) ··· (1)

또한, 냉간 가공[1] 방법은 목적으로 하는 알루미늄 합금재의 형상(선봉재, 판재, 조, 박 등)에 따라서 적당히 선택할 수 있으며, 예를 들면 카셋트 롤러 다이스, 홈 롤 압연, 환선 압연, 다이스 등에 의한 인발 가공, 스웨이징 등을 들 수 있다. 또한, 상기와 같은 가공에서의 제조건(윤활유의 종류, 가공 속도, 가공 발열 등)은 공지의 범위에서 적당히 조정할 수 있다.

또한, 냉간 가공[1] 전에 전처리 공정[2]을 실시할 수 있다. 전처리 공정[2]에 대해서는 숏 피닝, 압출, 스웨이징, 스킨 패스, 압연, 재결정법 등을 들 수 있다. 이로써, 냉간 가공[1]의 이전 단계에서, 알루미늄 합금재의 표층과 내부의 사이에 결정립 지름에 경사지게 하여, 냉간 가공[1] 후의 결정 조직을 보다 미세하게, 그리고, 결정립 지름의 기울기를 크게 할 수 있다. 상기 공정에서의 제조건(가공 속도, 가공 발열, 온도 등)은 공지의 범위에서 적당히 소성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 냉간 가공 전에 시효 석출 열처리는 실시하지 않는다. 냉간 가공 전에 시효 석출 처리를 실시하면, (a) 결정립 내의 특정 장소에 변형이 집중되고, (b) 입계 석출물을 기점으로 하여 입계 균열하는 등에 의해 단선이 발생하기 때문이다.

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

또한, 잔류 응력의 해방이나 신장 향상을 목적으로 하여, 냉간 가공[1] 후에 조질 소둔[3]을 실시할 수 있다. 조질 소둔[3]의 처리 온도는 50∼180℃로 한다. 조질 소둔[3]의 처리 온도가 50℃ 미만인 경우에는 상기와 같은 효과를 얻기 어렵고, 180℃를 넘을 경우에는 회복이나 재결정에 의해 결정립 신장이 일어나, 강도 및 피로 수명이 저하된다. 또한, 조질 소둔[3]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 제법에서 중간 열처리는 금속 재료를 재결정시킴으로써 변형 저항을 내려, 가공 기계의 부하를 저감시키거나 다이스나 캡스턴 등의 재료와 접하는 공구 마모를 저감시키거나 하는 것이 목적이었지만, 그러한 중간 열처리에서는, 본 발명의 연선 도체를 구성하는 특정 알루미늄 합금재와 같이, 미세한 결정립은 얻지 못한다.

또한, 상술한 바와 같이, 실시형태의 알루미늄 합금재는 그 표층의 결정립의 미세화를 위해서 가공도를 크게 하는 것이 유효하다. 그 때문에, 선재를 제작할 경우에는 가는 지름으로 할수록, 또한, 판재나 박을 제작할 경우에는 얇은 두께로 할수록, 본 실시형태의 알루미늄 합금재의 구성을 실현하기 쉽다.

특히, 알루미늄 합금재가 선재인 경우, 그 선경은 바람직하게는 1.0㎜ 이하, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 0.30㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.10㎜ 이하이다. 또한, 선경의 하한은 특별히 두지 않지만, 작업성 등을 고려하여, 0.01㎜인 것이 바람직하다.

또한, 알루미늄 합금재가 판재인 경우, 그 판 두께는 바람직하게는 2.00㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1.50㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1.00㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.50㎜ 이하이다. 또한, 판 두께의 하한은 특별히 두지 않지만, 작업성 등을 고려하여, 0.02㎜인 것이 바람직하다.

더욱이, 상술한 바와 같이, 알루미늄 합금재는 가늘게 또는 얇게 가공되지만, 이러한 알루미늄 합금재를 복수 준비하고, 이것들을 접합하여 굵거나 또는 두껍게 하여, 목적하는 용도로 사용할 수도 있다. 또한, 접합 방법은 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면 압접, 용접, 접착제에 의한 접합, 마찰 교반 접합 등을 들 수 있다.

다음으로, 상기 순서로 제작한 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)나 제2 도체를 사용하여, 상술한 바와 같이 합쳐 꼬아서 제1 절연 피복심(1), 제2 절연 피복심(4)을 제작하고, 더욱이, 필요에 따라서 제3 절연 피복심(5)을 제작하여, 이들 제1 절연 피복심(1) 및 제2 절연 피복심(4)(필요에 따라서 제3 절연 피복심(5)) 중 적어도 한쪽을 사용하여 형성한 각종 복합 연선(유닛)(7, 7A, 7B, 7C, 7D, 7E)을 내부에 위치하는 도체로 하여 배치한 상태에서, 절연체나 시스로 절연 피복함으로써, 본 발명의 가동 케이블을 제조할 수 있다. 복수 개의 도체를 합쳐 꼬는 방법이나, 복수 개의 절연 피복심을 합쳐 꼬는 방법에 대해서는 공지의 합쳐 꼬는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 상기 조질 소둔[3]은 상기 냉간 가공[1]을 실시한 특정 알루미늄 합금재를 접합 혹은 합쳐 꼬는 가공을 실시한 후에 실시할 수 있다.

이상 설명한 실시형태에 따르면, 상기 제조 방법으로 제조되는 제1 도체(특정 알루미늄 합금재)는 소정의 합금 조성을 가짐과 동시에, 결정립이 일방향으로 가지런히 연재된 섬유형 금속 조직을 갖고, 상기 일방향으로 수직인 단면에서의 결정립 지름의 평균치가 400㎚ 이하이다. 그 때문에, 특정 알루미늄 합금재는 종래의 알루미늄 합금재의 내굴곡 피로 특성을 크게 초과하여, 구리계 금속 재료에 필적하는 강도 및 피로 수명을 나타내기 때문에, 이 제1 도체를 사용하여 도체를 구성한 가동 케이블은 경량이고 고강도이면서 우수한 피로 특성을 발휘할 수 있다.

이상, 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 개념 및 특허 청구범위에 포함되는 모든 양태를 포함하며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 개변할 수 있다.

[실시예]

다음으로, 실시예 및 비교예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1∼28)

표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 선재 또는 봉재를 사용하여, 전처리 공정[2]으로서 선빼기 다이스를 사용하여, 1패스 감면율이 5% 미만이 되도록 스킨 패스 가공을 실시한 후, 표 1에 나타내는 제조 조건으로써, 선경 0.1㎜의 특정 알루미늄 합금재로 이루어지는 제1 도체를 제작하고, 표 1에 나타내는 구성으로 케이블을 제작하였다.

(비교예 1∼7)

표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 선재 또는 봉재를 사용하여, 표 1에 나타내는 제조 조건에서 알루미늄 합금재로 이루어지는(제1) 도체를 제작하고, 표 1에 나타내는 구성으로 케이블을 제작하였다.

또한, 표 1에 나타내는 제조 조건 A∼F는 구체적으로는 이하와 같다.

<제조 조건 A>

준비한 봉재에 대하여, 가공도 6.0의 냉간 가공[1]을 실시하였다. 또한, 조질 소둔[3]은 실시하지 않았다.

<제조 조건 B>

냉간 가공[1]의 가공도를 8.5로 한 것 이외에는, 제조 조건 A와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 C>

냉간 가공[1]의 가공도를 10.5로 한 것 이외에는, 제조 조건 A와 같은 조건에서 실시하였다.

<제조 조건 D>

준비한 봉재에 대하여, 가공도 8.5의 냉간 가공[1]을 실시하고, 그 후, 처리 온도 140℃, 유지 시간 5시간의 조건에서 조질 소둔[3]을 실시하였다.

<제조 조건 E>

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

<제조 조건 F>

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

(종래예 1)

종래예 1은 특정 알루미늄 합금재로 이루어지는 제1 도체를 사용하지 않고, 순동 재료(터프피치동, TPC)의 연재로 이루어지는 제2 도체를 제작하였다.

(종래예 2)

종래예 2는 특정 알루미늄 합금재를 사용하지 않고, 순알루미늄 재료(ECAL)의 경재로 이루어지는 제2 도체를 제작하였다.

(비교예 8)

<제조 조건 G>

그라파이트 도가니 내에 순도가 99.95%인 알루미늄, 순도가 99.95%인 마그네슘, 순도가 99.99%인 규소, 순도가 99.95%인 철을 각각 소정량 투입하고, 고주파 유도 가열에 의해 720℃에서 교반 용해하여, Al-0.60질량%Mg-0.30질량%Si-0.05질량%Fe의 합금 조성을 갖는 용탕을 제조하였다. 계속해서, 이 용탕을 그라파이트 다이스가 마련된 용기로 옮겨, 수냉한 그라파이트 다이스를 통해 약 300㎜/분의 주조 속도로 10㎜φ, 길이가 100㎜인 와이어를 연속 주조하였다. 그리고, ECAP법에 따라 4.0의 누적 상당 왜곡을 도입하였다. 이 단계의 재결정화 온도는 300℃로 요구되었다. 그리고, 불활성 가스 분위기 중에서, 250℃에서 2시간의 사전 가열을 실시하였다.

다음으로, 가공도 0.34의 제1 신선 처리를 실시하였다. 이 단계의 재결정화 온도는 300℃로 요구되었다. 그리고, 불활성 가스 분위기 중에서, 260℃에서 2시간의 1차 열처리를 실시하였다. 그 후, 수냉한 신선 다이스 내를 500㎜/분의 인발 속도로 통과시켜, 가공도 9.3의 제2 신선 처리를 실시하였다. 이 단계의 재결정화 온도는 280℃로 요구되었다. 그리고, 불활성 가스 분위기 중에서, 220℃에서 1시간의 2차 열처리를 실시하여, 선경 0.08㎜의 알루미늄 합금 선재를 얻었다.

[평가]

상기 실시예에서 얻어진 각 제1 도체(특정 알루미늄 합금재) 및 상기 비교예에서 얻어진 각 도체를 사용하고, 이들 도체를 사용하여 도 5에 나타내는 바와 같이, 30(도체 개수)/0.18(소선경)의 꼬임 구조를 갖는 동일한 도체(실시예에서는 제1 도체)를 합쳐 꼬아서 절연 피복하여 형성한 6개의 제1 절연 피복심(1)을 추가로 합쳐 꼬아서 형성한 6개의 복합 연선을 도체로 하여 병렬 배치하고, 이들 복합 연선(유닛)을 병렬 배치 상태인 채 절연체 및 시스로 절연 피복함으로써, 평형 가동 케이블을 제작하였다. 어느 케이블에 대해서도, 절연체 및 시스의 절연재는 염화 비닐제로 하고, 절연재의 중량이 588g/m이며, 텐션 부재는 실시예에 근거하여, 적당히 배치하였다. 제작한 각 가동 케이블을 사용하여, 하기에 나타내는 특성 평가를 실시하였다.

[1] 특정 알루미늄 합금재의 합금 조성

JIS　H1305:2005에 준하여, 발광 분광 분석법에 따라 실시하였다. 또한, 측정은 발광 분광 분석 장치(주식회사 히다치 하이테크 사이언스제)를 사용하여 실시하였다.

[2] 특정 알루미늄 합금재의 조직 관찰

금속 조직 관찰은 주사 이온 현미경(SMI3050TB, 세이코 인스툴 주식회사제)을 이용하여 SIM(Scanning　Ion　Microscope) 관찰에 의해 실시하였다. 가속 전압 30kV에서 관찰을 실시하였다.

관찰용 시료는 상기 알루미늄 합금 선재의 장변 방향(가공 방향)으로 평행인 단면 및 수직인 단면에 대해서, FIB(Focused　Ion　Beam)에 의해 두께 100㎚ㅁ20㎚로 절단하여, 이온밀링으로 마무리한 것을 사용하였다.

SIM 관찰에서는 회색 콘트라스트를 이용하여 콘트라스트의 차이를 결정의 방위로 하여, 콘트라스트가 불연속으로 다른 경계를 결정 입계로서 인식하였다. 또한, 전자선의 회절 조건에 따라서는, 결정 방위가 달라도 회색 콘트라스트에 차이가 없는 경우가 있다. 그 경우에는, 전자 현미경의 시료 스테이지 내에서 직교하는 2개의 시료 회전축에 의해 ㅁ3ㅀ씩 기울여 전자선과 시료의 각도를 바꿔서, 복수의 회절 조건으로 관찰면을 촬영하여, 입계를 인식하였다. 또한, 관찰 시야는 (15∼40)㎛ㅧ(15∼40)㎛로 하고, 상기 가공 방향으로 평행 및 수직인 단면에서, 선경 방향(장변 방향으로 수직인 방향)에 대응하는 선 상의 중심과 표층의 중간 부근의 위치(표층 측으로부터 선경의 약 1/4치수만큼 중심 측의 위치)에서 관찰을 하였다. 관찰 시야는 결정립의 크기에 따라서 적당히 조정하였다.

그리고, SIM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 화상으로부터, 알루미늄 합금 선재의 장변 방향(가공 방향)으로 평행인 단면에서, 섬유형 금속 조직의 유무를 판단하였다. 섬유형 금속 조직이 관찰된 경우, 섬유형 금속 조직이 「유」라고 평가하였다.

더욱이, 각각의 관찰 시야에서, 결정립 중 임의의 100개를 선택하고, 각각의 결정립의 장변 방향으로 수직인 단면에서 결정의 단경과, 결정립의 장변 방향으로 평행인 단면에서 결정의 장경을 측정하여, 그 결정립의 종횡비를 산출하였다. 더욱이, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수와 종횡비에 대해서는 관찰한 결정립의 총수로부터 평균치를 산출하였다. 또한, 일부 비교예에 대해서는 평균 결정립 지름(R1)이 400㎚보다 분명히 컸기 때문에, 400㎚보다 큰 결정립을 선택하지 않고, 측정 대상으로부터 제외하는 것으로 하여, 각각의 평균치를 산출하였다. 또한, 분명하게 종횡비(L1/L2)가 10이상인 것에 대해서는 종횡비(L1/L2)를 일률적으로 10이상으로 하였다.

[3] 내굴곡 피로 특성

내굴곡 피로 특성은 각 가동 케이블에 대하여, JIS　C　3005:2014에 준거한 반복 굽힘 시험을 실시하였다. 시험 조건은 고정 거리(l)를 300㎜, 굽힘 반경(r)을 60㎜로 한 경우와, 30㎜로 한 경우 2종류의 조건에서 실시하고, 반복 굽힘 회수는 100만회로 하였다. 시험 후의 각 가동 케이블에서, 절연 피복을 찢어서, 단선되어 있는 도체(소선)의 개수를 세어, 도체의 전체 개수에 대한 단선한 도체(소선)의 개수의 비율(%)을 산출하고, 이 산출한 수치로부터 내굴곡 피로 특성을 평가하였다. 표 1에 내굴곡 피로 특성을 나타낸다. 또한, 표 1 중의 내굴곡 피로 특성의 수치는 작을수록 내굴곡 피로 특성이 우수한 것을 나타낸다.

[4] 케이블 중량

케이블 중량은 케이블을 1m의 길이로 절단하여, 절단한 1m 길이의 케이블(절연재 및 도체)의 중량을 측정하고, 이 측정한 중량의 수치로부터, 선 길이 1㎞당의 중량의 수치로 환산하였다. 본 실시예에서는, 순동 재료(터프피치동, TPC)로 이루어지는 제2 도체를 사용하여 가동 케이블을 제작한 종래예 1을 기준(833㎏/㎞)으로 하여, 선 길이 1㎞당의 중량의 수치는 이 기준의 수치를 밑도는 경우를 합격 레벨로 하였다.

[5] 필요한 텐션 부재의 개수

각 가동 케이블에 대해서, 300m의 케이블을 지탱하는데 필요한 강제 텐션 부재의 개수를 케이블 중량, 각 도체의 탄성률 및 강도를 고려하여 산출하고, 이 산출한 필요한 텐션 부재의 개수를 도체가 모두 순동재(이하 순수 구리 재질)인 종래예 1의 경우를 100(기준)으로 하였을 때의 지수 비율(%)로 환산한 수치로서 구하였다. 표 1에 이들 평가 결과를 나타낸다. 또한, 표 1 중에 나타내는 필요한 텐션 부재의 개수를 환산한 수치는 작을수록, 300m의 케이블을 지탱하는데 필요한 텐션 부재의 개수가 적을 수 있으며, 케이블 도체가 고강도이면서 경량인 것을 나타낸다.

표 1에 나타내는 결과로부터, 실시예 1∼28의 가동 케이블은 모두 고강도이면서 우수한 내굴곡 피로 특성을 갖는 특정 알루미늄 합금재(제1 도체)를 도체 전체에 대한 면적 비율로 하여 10∼100%가 되도록 도체로 하여 사용함으로써, 도체가 모두 순동재(제2 도체)인 종래예 1의 가동 케이블에 비하여, 고강도이면서 경량으로 할 수 있고, 게다가, 굽힘 반경이 30㎜인 까다로운 반복 굽힘 시험에서의 내굴곡 피로 특성도 우수하다.

한편, Fe 함유량이 본 발명의 적정 범위 밖인 알루미늄 합금재(제2 도체)를 사용하여 제작한 비교예 1, Mg 및 Si 함유량이 본 발명의 적정 범위 밖인 알루미늄 합금재(제2 도체)를 사용하여 제작한 비교예 2, 및 Cu와 Cr의 합계 함유량이 본 발명의 적정 범위 밖인 알루미늄 합금재(제2 도체)를 사용하여 제작한 비교예 3은 모두 신선 가공 시에 단선이 발생하였기 때문에, 가동 케이블을 제작할 수 없었다. 또한, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 510㎚으로, 본 발명의 적정 범위 밖인 비교예 4의 가동 케이블은 내굴곡 피로 특성이 떨어졌었다. 더욱이, Fe을 함유하지 않는 알루미늄 합금재(제2 도체)를 사용하여 제작한 비교예 5의 가동 케이블은 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 470㎚으로, 본 발명의 적정 범위 밖이며, 내굴곡 피로 특성이 떨어졌었다. 또한, 비교예 6 및 7은 냉간 신선[1]을 처리 온도 180℃, 유지 시간 10시간의 시효 석출 열처리를 실시한 후에 실시한 것이지만, 단선이 다발했기 때문에, 가동 케이블을 제작할 수 없었다. 더불어, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수의 평균치가 1.5㎛로, 본 발명의 적정 범위 밖인 비교예 8의 가동 케이블은 내굴곡 피로 특성이 떨어져 있었다. 또한, 순알루미늄 재료(ECAL)로 이루어지는 제2 도체를 사용하여 제작한 종래예 2의 가동 케이블은 종래예 1의 가동 케이블에 비하여 경량이기는 하지만, 도체의 강도가 낮기 때문에, 필요한 텐션 부재의 개수 비율이 많아지기 때문에, 경량화의 효과가 작아지고, 더불어, 내굴곡 피로 특성이 현저히 떨어졌었다.

1　제1 절연 피복심
2　제1 도체
3　제2 도체
4　제2 절연 피복심
5　제3 절연 피복심
6, 6A　개재체(또는 텐션 부재)
7, 7A∼7E　복합 연선(유닛)
8　절연체
9　시스
10, 10A∼10H　가동 케이블

Claims (12)

1. 내부에 도체를 갖는 가동 케이블로서,
   상기 도체는 질량%로 Mg: 0.05∼1.8%, Si: 0.01∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5%, Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 합 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 합금재로 이루어지는 제1 도체를 포함하고,
   해당 제1 도체는 상기 가동 케이블의 상기 도체 전체에 차지하는 면적 비율이 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 10∼100%의 범위인 것을 특징으로 하는 가동 케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 도체는,
   복수 개의 상기 제1 도체를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제1 절연 피복심을 포함하는, 가동 케이블.
3. 제1항에 있어서,
   상기 도체는,
   복수 개의 상기 제1 도체와, 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속재 또는 합금재로 이루어지는 복수 개의 제2 도체를 혼재시켜 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제2 절연 피복심을 포함하는, 가동 케이블.
4. 제1항에 있어서,
   상기 도체는,
   복수 개의 상기 제1 도체를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제1 절연 피복심 및,
   복수 개의 상기 제1 도체와, 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 군으로부터 선택되는 금속재 또는 합금재로 이루어지는 복수 개의 제2 도체를 혼재시켜 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제2 절연 피복심을 포함하는, 가동 케이블.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도체는,
   상기 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금재의 군으로부터 선택되는 금속재 또는 합금재로 이루어지는 복수 개의 제2 도체를 합쳐 꼬아서 절연 피복한 제3 절연 피복심을 더 포함하는, 가동 케이블.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 도체 및 상기 제2 도체는 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 동일 치수를 갖는 가동 케이블.
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 도체 및 상기 제2 도체는 상기 가동 케이블의 횡단면에서 보아, 다른 치수를 갖는 가동 케이블.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 도체의 면적 비율이 일수준 이상이 되도록, 상기 제1 절연 피복심, 상기 제2 절연 피복심 및 상기 제3 절연 피복심 중, 상기 제1 절연 피복심 및 상기 제2 절연 피복심 중 적어도 한쪽의 절연 피복심을 포함하여 복수 개 합쳐 꼬아서 이루어지는 하나 이상의 복합 연선과,
   해당 복합 연선을 포함하도록 절연 피복하는 시스,
   를 구비하는 1이상의 케이블로 구성되어 있는 가동 케이블.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 특정 알루미늄 합금재는 질량%로 Mg: 0.2∼1.8%, Si: 0.2∼2.0%, Fe: 0.01∼1.5% 및 Cu, Ag, Zn, Ni, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr, Ti 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 합이 0.00∼2.00%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 가동 케이블.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 케이블은 엘리베이터 케이블인 가동 케이블.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 케이블은 로봇 케이블인 가동 케이블.
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 케이블은 캡타이어 케이블인 가동 케이블.

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