JPH02129809A - アルマイト電線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、合成ワニスの耐熱温度以上の高温で繰り返
し使用される計測用センサのコイル用巻線などとして好
適なアルマイト電線に関する。

「従来の技術」 Ａｌは表面に良質の安定な酸化皮膜を形成することがで
きる材料であるので、耐食性、特に高温の耐酸化性に優
れている。しかも／ｌの酸化皮膜は耐熱性と絶縁性も具
備しているために、酸性溶液中で陽極酸化によりＡｌ表
面に酸化皮膜を形成させたアルマイト線は、合成ワニス
の耐熱温度以上の高温で使用される耐熱絶縁電線として
長い間使用されてきた。しかしながら従来のアルマイト
線は、ＡｌまたはＡｌ合金線を素線として用いているた
めに、特性上、種々の問題があった。

即ち、アルマイト線の酸化皮膜とは、酸化アルミニウム
であり、その線膨張係数は８×ｌＯ″ｅ／℃であって、
Ａｌの線膨張係数（２４Ｘ　Ｉ　Ｏ−０／’Ｃ）に比較
すると約１７３の値であって両者の間には大きな隔たり
があり、この線膨張係数の差異とアルマイト線の高温強
度の不足に起因して以下に説明する弊害を生じていた。

「発明が解決しようとする課題」 まず、第２図に示すようにＡｌからなる芯材ｌとこの芯
材ｌを覆う酸化アルミニウムの酸化被膜層２とからなる
アルマイト線３を形成した場合、常温では芯材ｌと酸化
被膜層２の間に残留応力などを生じることなく両者は接
合しているが、このアルマイト線３を昇温すると、双方
の線膨張率の違いによって高温になるほど第３図の矢印
に示すように熱応力が作用することになる。そしてこの
熱応力が高じると、酸化皮膜層２にクラックを生じたり
、最悪の場合は第４図に示すように酸化皮膜層２の一部
が剥離したりして導体が露出するとともに、熱膨張率の
違いにより熱サイクルの過程で導体露出部分がより大き
く引き伸ばされるなどして断線するなどの問題があった
。

また、通常、この種のアルマイト線３を計測コイル用巻
線として使用する場合に巻き付ける巻枠はアルミナ等の
セラミックから構成されているが、このようなセラミッ
クの巻枠は、線膨張係数（α）が５〜１０×１０−６／
℃程度であって、前記Ａｌを主体としたアルマイト線３
の線膨張係数と大きく異なっている。従ってこの種のア
ルマイト線３をセラミック製の巻枠に巻き付けた後に常
温から高温に加熱し、更に高温から常温に冷却するとい
った熱ザイクルを与えると、以下に説明する弊害を生じ
ることがある。

まず、第５図に示すようにアルマイト線３からなるコイ
ル５とセラミック製の巻枠６を常温に設置した状態から
、数百０Ｃの高温に加熱した場合に、熱膨張によるコイ
ル５の長さ増加分を八〇、とし、熱膨張による巻枠６の
長さ増加分をΔＱ２とすると、前記のように両者の線膨
張係数の間に差異がある関係から、膨張時に、Δｅ、−
Δρ２−Δρなる長さの差が生じる。ここで第６図に示
すように、コイル５を巻枠６に巻き何けた状態で常温か
ら高温に加熱した場合、膨張しようとするコイル５は巻
枠６のツバ板６ａにより伸張を阻止されるので、前記Δ
ｇの長さに相当する伸張ができないコイル５には歪が作
用し、コイル５を構成するアルマイト線に塑性変形をき
たす問題がある。また、この状態からコイル５を常温に
冷却した場合、第７図に示すように、巻枠６のフランジ
板６ａからコイル５が離れる現象が生じてコイル５の両
端側に隙間が生じてしまう問題がある。

また、アルマイト線３を巻枠６に巻き付ける場合は、多
層巻構造とするのが一般的であり、コイル５のアルマイ
ト線３は巻枠６上で多層に重ねられた状態になっている
が、巻枠６とコイル５の間の熱膨張率の違いが極端に大
きくなった場合は、前記熱応力によってアルマイト線３
の重なり部分にずり応力が作用し、このずり応力によっ
てアルマイト線３の表面どうしが強く擦り合わされてア
ルマイト線表面のセラミック絶縁層にクラックを生じた
り、最悪の場合はセラミック絶縁層が破壊する問題があ
った。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
熱サイクルに起因する劣化を緩和して耐熱性を高めたア
ルマイト電線を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 請求項１に記載した発明は前記課題を解決するために、
室温から５００℃に至る温度域において、平均膨張係数
が１０ｘｌＯ−６／’Ｃ以下である低膨張率の金属材料
からなる芯材と、該芯材の外面に断面積比で１０〜５０
％の範囲に形成されたＡｌあるいはＡｌ合金からなる被
覆層と、この被覆層の外面に形成されたＡｌの酸化皮膜
とを具備してなるものである。

また、請求項２に記載した発明においては、巻枠との線
膨張係数差を＋５０％以下であって、導電率１０％以上
の特性を有するようにしたものである。

「作用　ｊ 低膨張率の芯材とＡｌあるいはＡｌ合金の被覆層からな
るので、その外方に形成されるＡｌの酸化皮膜との間の
線膨張係数の差異が少なくなっていて熱膨張に起因する
歪が少ないから酸化皮膜層の割れを生じにくい。また、
低膨張率の巻枠に巻き付けて使用する場合、巻線全体の
膨張係数が巻枠の膨張係数に近いので、巻枠との間の熱
膨張差が少なく、熱ザイクルに起因する熱応力負荷が少
ない。また、巻線として必要な導電性は被覆層が確保す
る。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の巻線を示すもので、この例
の巻線Ａは、芯材ｌＯとこの芯材ｌＯを覆って設けられ
た被覆層１１と、この被覆層１１を覆って設けられたＡ
ｌの酸化皮膜からなる絶縁層１２とから構成されている
。

前記芯材１０は、室温〜５００℃の温度範囲において、
線膨張係数がｔｏｘｌｏ−６／℃以下の低膨張率の金属
材料から構成されている。この低膨張率の金属材料とは
、具体的には、Ｆｅ−３６Ｎｉインバ一合金などを用い
る。なお、低膨張率の金属材料としてＦｅ−３２Ｎｉ−
５Ｃｏのスーパーインバー合金などを用いても良い。

前記被覆層１１はＡｌあるいはＡｌ合金から形成されて
いる。被覆層１１を形成する手段は、溶融浸漬被覆法（
Ｄ　Ｉ　Ｐ法）、押出被覆法、テープ巻き付は法、メツ
キ法などの種々の手段を適宜用いることができる。これ
らの方法において押出被覆法は線径の太いもの、メツキ
法は線径の細いものに適用することが好ましい。なお、
被覆層１１の被覆率を適宜調節することで、芯材ｌＯと
被覆層Ｉｌを合わせた部分の線膨張率を調節できるので
、Ａｔの酸化皮膜の線膨張係数に合わせて被覆層１１の
被覆率を調節して両者の線膨張係数が近い値になるよう
に被覆層１１を被覆する。

前記絶縁層１２は酸化アルミニウムから構成されている
。この絶縁層１２を形成するには、シコウ酸、クロム酸
、硫酸のいずれかを水溶液とし、被覆層１１を形成した
後の芯材ｌＯを陽極として電解することにより形成する
ことができる。

第１図に示す構造のアルマイト線Ａは、芯材ｌＯと被覆
層１１を合わせた部分の平均の線膨張係数がＡｌの酸化
皮膜からなる絶縁層１２の線膨張係数に近い値になって
いるので、Ａｌの軟化溶融点近くの高温に加熱された場
合、あるいは熱ザイクルなどが負荷された場合であって
も、絶縁層１２に作用する熱歪が少なく、絶縁層１２が
破壊されることが少ない。

また、アルマイト線Ａをセラミック製の巻枠に巻回した
場合であっても、アルマイト線全体の線膨張係数が巻枠
の線膨張係数に近い値になるので、熱ザイクルに強く、
熱歪に起因する絶縁層１２の破壊などは生じないもので
ある。また、巻枠とアルマイト線Ａの線膨張係数が近い
ので巻枠に巻回してコイルとした後に加熱し、加熱後に
冷却された場合であってもコイルと巻枠の間に隙間など
は生じない。

「実施例１」 Ｆｅ−３２Ｎｉ−５Ｃｏ合金からなるロッド状の芯材を
用意し、複合押出法を行ってＡｌの被覆層を約３０％の
体積比で被覆し、直径的５ｍｍのロッド状の基材を得た
。次にこの基材に伸線加工を繰り返し施して直径２．０
ｍｍのアルマイト線を得た。

このアルマイト線の線膨張係数（０〜５００℃の平均値
）を第１表に示す。

第１表 このように酸化アルミニウムの線膨張係数と思われる８
〜９　Ｘ　１０−６層℃にかなり近い線膨張係数を有す
るアルマイト線を得ることができた。

「実施例２」 種々の厚さでＡｌを被覆し、線膨張係数（α）を変化さ
せた索線を直径０．１５ｍｍまで伸線した。

次いでこの素線を硫酸溶液中で陽極酸化処理し、約５μ
ｍ厚の酸化皮膜を形成させｊコアルマイト線を得た。

次にこのアルマイト線を２本用い、そのうち１本を胴径
７ｍｍ、内幅５０ｍのアルミナ製の巻枠に５層にわたり
巻き付け、次いで残りの１本をその上に更に５層にわた
り巻き付けて全体で１０層構造の巻線コイルを作成した
。

また、比較のために、直径０．１５ｍｍのＡｌ線に同様
のアルマイト処理を行い、約５μｍ厚の酸化皮膜を形成
させたアルマイト線を作製し、前記例と同様に巻枠に巻
回して巻線コイルを作製した。

以上のように製造した２つの巻線コイルに関し、５００
℃まで加熱後の巻き幅の変化（両サイドの各々に生じる
変化）と、熱サイクルを１００回加えた場合の巻線間の
絶縁不良率と、熱サイクルを１０００回加えた場合の巻
線間の絶縁不良率を求めた。なお、熱サイクルとは、巻
線コイルを室温から３０分の間に５００℃まで加熱する
昇温処理と、この巻線コイルを５００℃から室温まで６
０分かけて冷却する処理を行う処理とした。

第２表 以上の結果より本発明のアルマイト線は熱ザイクルに対
し、従来のアルマイト線より強いことが明らかとなった
。また、第２表に示す結果から、アルマイト線と巻枠と
のα差は＋５０％以下が好適であることが判明した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明のアルマイト線は、芯材と被
覆層を合わせた部分の線膨張係数がＡｔの酸化皮膜の線
膨張係数に近くなるので、Ａｌの軟化溶融点近くの高温
に加熱された場合、あるいは、熱サイクルなどが負荷さ
れてもＡｌの酸化皮膜の亀裂あるいは破壊が起こること
が少ない。従って従来のＡｌ線におけるＡｌの酸化皮膜
の熱劣化による絶縁破壊電圧の低下問題を解消すること
ができる。

また、本発明のアルマイト線は、セラミック製の巻枠に
巻き付けて熱サイクルが作用した場合であってもアルマ
イト線と巻枠の線膨張係数が近い値であってアルマイト
線に作用する歪が小さいので、アルマイト線にクラック
などの欠陥部分を生しることがない。また、芯材が機械
的強度に優れているから細線化しても、断線するおそれ
がない。

従って本発明のアルマイト線は高温で使用されるコイル
の巻線用などとして用いた場合であっても熱サイクルに
強く、耐久性が高い特徴を有する。

また、昇温過程で熱膨張率の違いによりアルマイト線が
巻枠に抑えられて圧縮変形することがなくなるので、常
温に冷却した場合に、巻枠とコイルの端部との間に隙間
が生じることもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図ないし第７
図は従来の問題を説明するためのもので、第２図は従来
のアルマイト線の一例を示す断面図、第３図は従来のア
ルマイト線の熱膨張による応力負荷状態を示す断面図、
第４図は被覆層が破壊した従来のアルマイト線を示す断
面図、第５図は巻枠とコイルの常温状態と熱膨張状態を
比較説明するための側面図、第６図はアルマイト線を巻
枠に巻回した巻線コイルの熱膨張状態を示す側面図、第
７図は熱膨張後に常温に冷却した状態の巻線コイルを示
す側面図である。 Ａ・・・巻線、１０・・・芯材、１１・・・被覆層、１
２・・・絶縁層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）室温から５００℃に至る温度域において平均膨張
   係数が１０×１０＾−＾６／℃以下である低膨張率の金
   属材料からなる芯材と、この芯材の外面に断面積比で１
   ０〜５０％の範囲に形成されたＡｌあるいはＡｌ合金か
   らなる被覆層と、この被覆層の外面に形成されたＡｌの
   酸化皮膜とを具備してなることを特徴とするアルマイト
   電線。
2. （２）請求項１に記載のアルマイト電線において、アル
   マイト電線の線膨張係数が、アルマイト電線を巻き付け
   る巻枠の線膨張係数より高い値であって、巻枠の線膨張
   係数との間の差が５０％以内であり、かつ、導電率が１
   ０％以上であるアルマイト電線。