JPH02278610A - 絶縁材被覆導電体およびその製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電気機器に使用される絶縁月被Ｗ１導電体およ
びその製造方法に係り、特に導電体どなる母材と、絶縁
材との密着強度を高めて、絶縁材の剥離の発生を防止し
、耐久性を向上させた絶縁材被覆導電体およびその製造
方法に関する。

（従来の技術） 電気機器内には導電体として多くの絶縁材被覆導電体が
配設されている。従来の絶縁材被覆導電体としては、導
電性に優れた純銅または銅合金等の母材の外表面に、絶
縁性を有するビニール樹脂やアルミナを積層して形成さ
れる。

特に高電圧が作用する配線用導電体としては母材の外表
面に、耐熱ｔ！Ｉにも優れたアルミナの溶射層を形成し
たものが使用される。導電体となる母材はアルミナ溶射
層によって電気的に絶縁される。

ところで電気機器内に配設された導電体は、機器の作動
時において、高電流によって発生するジュール熱にＪ、
って大きな熱応ノｊを受りたり、周波数に起因する振動
応力を受りる。また機器が停止した場合には室温まで冷
却される。したがって導電体の外表面に一体的に形成し
た絶縁材も同様に熱応力および振動応力を受りる結果、
疲労によって損傷し易くなる。

特に絶縁材としてのアルミナは絶縁性および耐熱性は優
れるが、母材として使用される純銅または銅合金と昆較
して熱膨張係数が著しく小さいため相互の熱膨張差によ
る影響を受り易い欠点がある。

すなわら、熱応力や振動応力を長期間にわたって繰り返
して受ける結果、ｆｆＨＪの外表面に形成したアルミナ
溶射層に亀裂や剥離が発生し、絶縁破壊に至る場合が多
く、耐久性が未だ低い実情であつ　１こ　。

また用材としての純銅または銅合金は酸化性ガスを含む
雰囲気や１００℃を超える湿度の雰囲気において、酸化
され易く、製造工程および使用時において表面に脆弱な
酸化物層を形成し易いため、母材と絶縁材との密着性が
低下し易い問題点もある。

そこで母材ど絶縁材との熱膨張差および母材の酸化膜の
生成に起因するアルミナ溶射層の剥離を防止する対策と
して、母材とアルミナ溶射層との間に、中間層を形成す
る構造も採用されている。

すなわちこの中間層は、例えばＮｉ−Ｃｒ合金やＮ　１
−Ｃｒ−Δ１−Ｙ合金などの熱膨張係数が母材とアルミ
ナ溶射層どの中間値を有し、かつ耐食性が良好な金属で
形成される。そしてこの中間層の外表面にアルミナを溶
射して絶縁材被ｆｆｌ導電体が構成される。

この中間層の介在ににり母材と絶縁材との間の熱膨張に
よる相対変位量が緩和され、作用する熱応力す低減され
る結果、絶縁材の剥離もある程麿は減少さ「ることか可
能となった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記のような中間層を形成した絶縁材被覆
導電体においては、母材となる純銅または銅合金と中間
層との結合力が低いため、また母材の酸化を完全に防止
し得ないため、未だ充分に絶縁材の剥離を防止すること
は困難であった。

寸なわら母材となる純銅あるいは銅合金は非常に酸化さ
れ易く、中間層となる金属を溶射する際にその熱作用に
よって母材表面の酸化が急速に進行してしまう結果、充
分な結合力が１９られないという問題点があった。

したがって母材と絶縁材との結合力が強く、より一層、
寿命を長期化し得る絶縁材被覆導電体およびその製造方
法の開発が切望されている。

本発明は以上の事情を背景にその課題を解決りるために
なされたものであり、母材の電気伝導度などの電気的特
性を劣化ざけることなく、耐酸化性を改善し、母材と中
間層との結合力を強化し熱応力や振動応力を受けた場合
においても剥離を発生することが少なく、アルミナ溶射
層の亀裂の発生を可及的に抑制し、これにＪ、って従来
よりも格段に耐久性を高めたアルミナ溶射層を有する絶
縁材被覆導電体およびその製造方法を提供Ｊ−ることを
目的とする。

（発明の構成） （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明に係る絶縁材被Ｎ導電体
は純銅または銅合金から成る母材と、ニッケルまたはニ
ッケル合金から成り上記母材の外表面に形成されたニッ
ケル被膜層と、このニッケル被膜層の外表面に形成され
たニッケルアルミニウム合金被覆層と、このニッケルア
ルミニウム合金被覆層の外表面に形成されたアルミナ層
とから成ることを特徴とする。

また、この絶縁材被覆導電体の製造方法は、純銅または
銅合金から成る母材の外表面にニッケル３にたはニッケ
ル合金から成るニッケル被膜層を形成し、次にこのニッ
ケル被膜層の外表面にニッケルアルミニウム合金被覆層
を溶射法により形成し、しかる後にこのニッケルアルミ
ニウム合金被覆層の外表面にアルミナ層を溶用法によっ
て形成することを特徴とづ゛る。

またニッケル被膜層は、イオンブレーティング法、ニッ
ケルめっき法、スパッタリング法、蒸着ン人のいずれか
ににって形成される。

ざらにニッケル被膜層は、非酸化性雰囲気Ｃ形成力ると
よい。またニッケル被膜層を形成する前に用材の外表面
を粗面化しておくとよい。

（作用） 上記構成に係る絶縁材被覆導電体おＪ：びその製造方法
によれば、母材とニッケル被膜層との結合強度が高く、
かつニッケル被膜層が母材の外表面を保護し、酸化物層
が形成されることが少ない。

またニッケル被膜層とニラグアルミニウム合金被覆層と
の結合強度おＪ：びニッケルアルミニウム合金被覆層と
アルミナ層との結合強度がいずれｂ高いため、絶縁材被
覆導電体全体どして母材と各絶縁材層、金属層とが熱応
力や振動応力ににって剥離することが少なく、耐久性が
大幅に改善される。

特にニッケル被膜層をイオンプレーディング法、ニッケ
ルめっぎ法、スパッタリング法等により形成すると、通
常の溶射法により形成したものと比較してむらのない緻
密な被膜層が形成され、母材の酸化を効果的に抑制する
ことができる。また上記の方法によれば溶用法Ｊ：り低
い処理温度にて被膜層を形成することができ、母材の酸
化による劣化を防止することができる。

またニッケル被膜層を非酸化性雰囲気内において形成す
ることにＪ、す、製造■稈にお（プるｆｆ１材の酸化を
防止することがでさる。

またニッケル被膜層を形成する前に、予め母材の外表面
を粗面化することにより、ニッケル被膜層と母材どの結
合強度をより増加さμることが可能となる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明に係る絶縁材被覆導電体の一実施
例を示す部分断面図である。

すなわち本実施例に係る絶縁材被覆導電体は、純銅また
は銅合金から成る母材１と、□ニッケル；したはニッケ
ル合金から成り上記母材１の外表面に形成されたニッケ
ル被膜層２と、このニッケル被膜層２の外表面に形成さ
れたニッケルアルミニウム合金被覆層３と、このニッケ
ルアルミニウム合金被Ｆｒ１層３の外表面に形成された
アルミノ−層４とから構成される。そして上記ニッケル
被膜層２とッケルアルミニウム合金被覆層３とアルミナ
層４とから成る一体の二１−ディング層５にＪン）−（
Ｊ　／’ｊｌｌｒＡ　１を電気的に絶縁し、腐食から保
護している。

上記絶縁材被覆導電体は、まず純銅または銅合金から成
る母材１の外表面にニッケルまたはニッケル合金から成
るニッケル被膜層２を形成し、次にこのニッケル被膜層
２の外表面にニッケルアルミニウム合金被覆層３を溶射
法により形成し、しかる後にこのニッケルアルミニウム
合金被覆層３の外表面にアルミナ層４を溶用法によって
形成り”ることにより製造される。

ニッケルまたはニッケル合金から成るニッケル被膜層２
は母材１の表面に緻密な結合層を形成して母材１を被覆
し、母材１の酸化を防止するとともに、ニッケルアルミ
ニウム合金被覆層３との結合力を高める機能を右する。

ここでニッケル被膜層２を形成刃る際の雰囲気および処
理温度は、母材１に対する結合強度に大きく影響する要
素であり、母材１の酸化を防止できる値に設定すべきで
ある。７１なわら、母材１どしての銅金属が酸化しない
ようにアルゴンや水素などの非酸化性雰囲気において、
ニッケル被膜層の形成処理を行なうか、または高温度に
加熱−リ−ることを要しない被膜形成方法を採用するこ
とか必要である。

高温度に加熱−リ゛ることを要ｌ゛ザ、酸化物層を形成
づることか少ない１００　’Ｃ以下の比較的低温度にお
いてむらのない均一なニッケル被膜層２を形成できる方
法としては、イオンブレーティング法、無電解ニッケル
めつぎ法、電解ニッケルめっき法、スパッタリング法や
蒸着法がある。上記方法によれば従来の溶射法とは異＜
Ｚす、緻密で均一な被膜層が形成され、その結合力も極
めて高い。また処理温度が低いため母材の酸化による劣
化も少ない。

ニッケルアルミニウム合金被覆層３は、所定粒径のニッ
ケル粉末とアルミニウム粉末との混合物を溶０４月判と
し、ニッケル被膜層２の表面にｆｌ＋！！　７３μしめ
−Ｃ形成づる。溶射時において混合物はニッケルアルミ
ニウム合金となり、その金属開化合物を１成する反応熱
によって融盾界面が高温度に加熱される結果、ニッケル
被膜層２との結合力が大幅に増加する。

このように本実施例に係る絶縁材被覆導電体によれば、
緻密でむらのないニッケル被膜層２の空気遮断効果によ
って、その外周側に金属層や絶縁層を溶１１）１づる際
の母材の酸化が防止される１、さらにニッケル被膜層２
とニッケルアルミニウｌ＼含金被覆Ｉｉ′？ｉ３との結
合力が、ニッケル粉末とアルミラム粉末とが合金化−り
る際に発生する熱によつ（−高められる。

その結果、絶縁材被覆導電体の製造時にお【）る母材の
酸化および使用時にお（プる加熱冷却の繰返しによって
生じる熱応力や振動応力に起因して接合界面に生じる応
力に充分耐えることが可能となる。そのため絶縁材の亀
裂や剥離によって発Ａ−する絶縁破壊が効果的に防止さ
れ、耐久性の優れた絶縁材被覆導電体を提供することが
できる。

なお、ニッケル被膜層２を形成する前に、予め母材１の
外表面をショットプラス１〜等によっ−Ｃ目荒しし、粗
面化することにより、１（１，ＩＪＩとニッケル被膜層
２との接合強度がより高まり、ニッケル被膜層２の外方
に形成したアルミナ層４の亀裂や剥離をより確実に防止
することができる。

次に本発明のより具体的な実施例を比較例と共に説明し
、効果を確認する。

割亀五１ 第２図に示すように直径１０ｍｍの円柱状純銅製のＢＩ
材１の端面を脱脂処理した後に、下記第１表に示す成分
を含有する市販のＮ１−Ｐ無電解ニッケルめっき液を満
しためつぎ浴中に上記母材１を浸漬した。

めっき液の温度は９５℃、浸漬時間は６０分間とした結
果、リンを含む厚さ２０μｍのニッケル被膜層２が形成
された。

次に粒子径１０〜４／ｌｌ１ｍのニッケル粉末と粒子径
４５〜９０μ’Ｉｎのアルミニウム粉末とを重量比で９
０：１０の割合で混合した溶射用粉末を用い、通常のプ
ラズマ溶射装置を使用し、第２表に示す溶Ｑ＝Ｊ条件に
従って溶射を行なった結果、ニッケル被膜層２の上面に
厚さ１００μｍのニッケルアルミニウム合金被覆層３を
形成した。

第２表 さらに上記ニッケルアルミニウム合金被覆層３の上面に
粒子径５〜２５μ汎のアルミナ粒子を溶射した。溶射条
件は溶射電圧を６８Ｖに設定した以外は第２表の条件と
同一・である。

この溶射処理ににり厚さ２００μｍのアルミナ層４が形
成されていることが顕微鏡観察によつ−（確認された。

このように３層から成るコーティング層５を形成した母
材１の端面に、第３図に示すような母材１と同一外径を
右する純銅製の母材６の端面を接着剤７を介して接合し
、引張試験１１８を調製した。

次に得られた引張試験片８を試験機にかけて弓張荷重「
を作用ヒしめ、コーティング層５の溶射界面または接合
界面が破断−リ−るときの引張荷重Ｆｍａｘを測定し、
コーデイング層５の結合力の評価値どした。実施例１の
引張試験片８においては、６８０　Ｋｇ／　ｔｙｒｉの
結合力が得られＩＣＱ実施例２ 第２図に示？ｊ母材１と同様な直径１０ｍｍの円柱状リ
ン脱酸銅製の？ｎ材の端面に通゛常のイオンプレーディ
ング法により厚さ１０μｍのニッケル被膜層を形成た後
に、実施例１の場合と同一条件で厚さ１００μｍのニッ
ケルアルミニウム合金被覆層を形成し、ざらに実施例１
と同様に厚さ２００μｍのアルミナ層を形成し、結合力
を測定した結果、６３０　Ｋｇ　／　ｃｉであった。

１（１胤１ 第２図に示す母材と同一形状の純銅製母材の端面を脱脂
後、下記第３表に示す条件にて母材端面にショツ１〜プ
ラス１〜処理を行ない用材端面を粗面化した。

第３表 次に粗面化した端面を充分に除肋した後に、ニッケル粉
末とアルミニウム粉末とを重量比で９０：１０の割合で
混合した溶射！１１”ｌを使用し、実施例１と同一条件
で溶射処理を行ない、厚さ１００７１而のニッケルアル
ミニウム合金被覆層を形成し、しかる後に実施例１と同
一条件でざらに厚さ２００μｍのアルミノ−層を形成し
た。

得られた試験片を同様に引張試験に供した結果、１２０
Ｋｇ／ｃｉの結合力しか得られなかった。

この比較例１ではニッケル被膜層が形成されていないた
め、溶射による母材の酸化が著しく、また母材とニック
−ルアルミニウム合金被覆層どの密着ｆ１が低いために
結合力が減少したしのと占えられる。

比較例２ 比較例１と同様に直径１０朧の純銅製母材の端面を粗面
化し、充分に除塵を行なった後に、重量比でニッケル８
０％とクロム２０％とから成る合金粉末を、下記第４表
に示す溶射条件でプラズマ溶射しｔｖさ１００　（ｌｐ
ｎのニッケルク［］６０合金被覆を形成し／ｊ　。

第４表 次に実施例１と同＝−の溶射条件で溶射処理を行ない、
厚さ２００　ｔｌｍのアルミナ層を形成し、同様に引張
試験に供した結果、９５　Ｋ９　／　ｃｉの結合力しか
得られなかった。

この場合も溶射時におりる高温度によって母材表面がと
しく酸化されている状態が顕微鏡により観察された。

このように実施例１〜２示す絶縁材被覆導電体のコーテ
ィング層の結合力は、比較例１〜２で７ｂＪ従来のもの
より約５倍以上高くなり、結合強度が飛躍的に増大し、
耐酸化性す改善される。

したがって製造時および使用時にｄ３いて加熱による酸
化作用や加熱冷却の繰返しＪ３よび振動等が作用しても
、絶縁材が亀裂を４じたり、母材から剥離することが効
果的に抑制され、１１１久１（１が１４１めで優れた長
寿命の絶縁材被覆導電体が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る絶縁材被覆導電体およびそ
の製造方法によれば、母材どニッケル被膜層との結合強
度が高く、かつニッケル被膜層が母材の外表面を保護し
、酸化物層が形成されることが少ない。

またニッケル被膜層とニックアルミニウム合金被覆層と
の結合強度およびニッケルアルミニウム合金被覆層とア
ルミナ層どの結合強度がいずれも高いため、絶縁材被覆
導電体金体としては材と各絶縁材層、金属層とが熱応力
や振動応力によって剥離づることが少なく、耐久性が大
幅に改善される。

特にニッケル被膜層をイＡンブレーティング法、ラウル
めっぎ法、スパッタリング法等により形成すると、通常
の溶射法により形成したものと比較してむらのない緻密
な被膜層が形成され、同口りには材の酸化を効果的に抑
制り゛ることができる。

また上記の方法によれば溶射法より低い処理温石にて被
膜層を形成することができ、用材の酸化による劣化を防
止することができる。

またニッケル被膜層を非酸化性雰囲気内において形成す
ることにより、製造］工程における母材の酸化を防止す
ることができる。

またニッケル被膜層を形成する前に、予め用材の外表面
を粗面化することにより、ニッケル被膜層と用材との結
合強度をより増加させることが可能となる。

断面図、第３図は引張試験片の形状を示り一部分断面図
である。

１・・・母材、２・・・ニッケル被膜層、３・・・ニッ
ケルアルミニウム合金被覆層、４・・・アルミナ層、５
）・・・コーティング層、６・・・母材、７・・・接着
剤、８・・・引張試験片、に・・・引張荷重、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、純銅または銅合金から成る用材と、ニッケルまたは
   ニッケル合金から成り上記母材の外表面に形成されたニ
   ッケル被膜層と、このニッケル被膜層の外表面に形成さ
   れたニッケルアルミニウム合金被覆層と、このニッケル
   アルミニウム合金被覆層の外表面に形成されたアルミナ
   層とから成ることを特徴とする絶縁材被覆導電体。 ２、純銅または銅合金から成る母材の外表面にニッケル
   またはニッケル合金から成るニッケル被膜層を形成し、
   次にこのニッケル被膜層の外表面にニッケルアルミニウ
   ム合金被覆層を溶射法により形成し、しかる後にこのニ
   ッケルアルミニウム合金被覆層の外表面にアルミナ層を
   溶射法によつて形成することを特徴とする絶縁材被覆導
   電体の製造方法。 ３、ニッケルまたはニッケル合金から成るニッケル被膜
   層は、イオンプレーティング法、無電解ニッケルめっき
   法、電解ニッケルめっき法、スパッタリング法および蒸
   着法のいずれかの方法によって形成することを特徴とす
   る請求項２記載の絶縁材被覆導電体の製造方法。 ４、ニッケルまたはニッケル合金から成るニッケル被膜
   層は、非酸化性雰囲気内において形成することを特徴と
   する請求項２記載の絶縁材被覆導電体の製造方法。 ５、母材外表面をショットブラストにより粗面化した後
   に、ニッケルまたはニッケル合金から成るニッケル被膜
   層を形成することを特徴とする請求項２記載の絶縁材被
   覆導電体の製造方法。