JPH04303516A - 絶縁電線 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高真空機器および高
温使用機器などにおいて配線用電線および巻線用電線等
に用いられる絶縁電線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】絶縁
電線は、加熱設備および火災報知器などの高温下におけ
る安全性が要求される設備などに使用されることがある
。また、絶縁電線は、自動車内の高温度に加熱される環
境下においても用いられる。このような絶縁電線ではと
しては、従来から、導体にポリイミドやフッ素樹脂等の
耐熱性有機樹脂が被覆された絶縁電線が知られている。

【０００３】しかしながら、ポリイミドのような耐熱性
樹脂であっても、その許容温度は高々３００℃であり、
それ以上の温度で使用することはできない。また真空中
で使用するような場合には、被覆材料の熱分解によるガ
ス放出が問題となるため使用できなかった。

【０００４】一方、有機材料を使用しない絶縁電線とし
ては、ステンレス合金等からなる耐熱合金製管に導体を
通し、その間に酸化マグネシウムなどの金属酸化物微粒
子を充填して絶縁した形のＭＩケーブルおよび、ガラス
繊維を紡織したガラス編組を絶縁部材として用いた電線
がある。

【０００５】前者は、導体の占積率が小さいという問題
があった。また耐熱合金製管の可撓性が悪いので、巻線
加工の作業性に問題があった。

【０００６】後者は編組の目が不均一になったり、端末
部が解けたりするので作業性が悪いという問題があった
。またガラス編組に有機樹脂を含浸させ、信頼性と作業
性を改善したものもあるが、この場合は前述のように樹
脂を使用しているため、耐熱性の問題があった。

【０００７】また、加熱によりセラミックス化する塗料
が知られており、このような塗料またはこの塗料にセラ
ミックス粒子を分散させた塗料を、金属導体の外周面に
塗布して絶縁電線を作る方法が知られている。

【０００８】しかしながら、この塗料を塗布し、加熱し
て完全にセラミックス化した後は、表面のセラミックス
層の靭性限界を越えて巻線加工すると、セラミックスの
皮膜に多くのクラックを生じるという問題があった。皮
膜にクラックを生じさせない方法として、有機材料とし
ての可撓性を残したまま、すなわち塗布した塗料を完全
にセラミックス化しないよう加熱処理する方法がある。

【０００９】しかしながら、この場合セラミックス化す
る前の皮膜の耐摩耗性に問題があり、巻線加工した際に
皮膜に傷が入ってしまい、セラミックス化後の皮膜にも
この傷が残り絶縁性に劣るという問題があった。

【００１０】この発明の目的は、高い温度でも優れた絶
縁性を発揮することのできる絶縁電線を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の絶縁電線は、
電気導体と、電気導体の外方に設けられる加熱によりセ
ラミックス化するセラミックス絶縁層と、セラミックス
絶縁層の外方に設けられ、加熱によりセラミックス化す
る絶縁物を含浸した絶縁性セラミックス繊維層とを備え
ている。

【００１２】この発明において、電気導体は特に限定さ
れるものではない。しかしながら、導電率などの面から
は、銅または銅合金が好ましい。また銅または銅合金を
用いる場合には、耐酸化性を向上させる目的で、ニッケ
ルで被覆してもよい。この場合、銅とニッケルとの間で
は、高温において相互拡散反応が起こり、導電率が低下
するおそれがあるので、銅とニッケルとの間に、拡散防
止層を設けてもよい。

【００１３】図２は、このような電気導体を示しており
、銅線１１とニッケル層１３との間に拡散防止層１２が
設けられている。

【００１４】このような拡散防止層としては、ニオブ、
ステンレス、クロム、白金、ロジウムおよびパラジウム
などの金属を用いることができる。

【００１５】また拡散防止層として、導電性セラミック
スを用いてもよい。このような導電性セラミックスとし
ては、炭化タングステン、窒化ジルコニウム、硼化チタ
ン、および珪化チタンなどの遷移金属の炭化物、窒化物
、硼化物、および珪化物などが挙げられる。この他にも
、炭素および二硫化モリブデンなどが挙げられる。

【００１６】この発明において、セラミックス絶縁層は
、加熱によりセラミックス化する材料から形成される。 加熱によりセラミックス化する材料としては、金属アル
コキシド等から形成される溶液を用いることができる。 このような溶液としては、金属アルコキシド等の加水分
解可能な有機基を有する化合物の加水分解反応および脱
水縮合反応により生成した、アルコキシド基、ヒドロキ
シ基、およびメタロキサン結合を有する金属有機化合物
の高分子からなる溶液がある。この溶液には、溶媒であ
るアルコール等の有機溶剤や、原料の金属アルコキシド
、および加水分解反応に必要な少量の水と触媒が含まれ
ている。

【００１７】また加熱によりセラミックス化する絶縁材
料には、金属有機化合物を適当な有機溶媒に混合し溶解
した溶液も含まれる。

【００１８】以上の溶液から形成されるセラミックスは
、たとえばＳｉＯ２、Ａｌ２　Ｏ３　、ＺｒＯ２　、Ｔ
ｉＯ２　、およびＭｇＯ等がある。有機酸塩としては、
ナフテン酸、カプリル酸、ステアリン酸、およびオクチ
ル酸等の金属塩が好ましい。また金属アルコキシドとし
ては、エトキシド、プロポキシドおよびブトキシド等が
用いられる。

【００１９】また、加熱によりセラミックス化する材料
として、窒化物および炭化物などのセラミックスになる
ような材料でもよい。ポリカルボシランからは炭化珪素
を形成させることができる。ポリボロシロキサンからは
硼炭化珪素を形成させることができる。ポリシラザンか
らは窒化珪素を形成させることができる。ポリチタノカ
ルボシランからはチタンを含む炭化珪素を形成させるこ
とができる。

【００２０】これらの炭化物および窒化物は、加熱の条
件により一部酸化されてもよい。

【００２１】この発明において、セラミックス絶縁層に
は、絶縁性セラミックス粒子が添加により混合されてい
てもよい。このようなセラミックス粒子としては、アル
ミナ、シリカ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素および
これらの複合体ならびにマイカなどの粒子を挙げること
ができる。

【００２２】またこの発明において、セラミックス絶縁
層は、複数の層から形成されていてもよい。このような
複数の層としては、セラミックスの種類の異なる層を積
層させたものでもよい。またセラミックス粒子を含む層
と含まない層とを積層させてもよい。

【００２３】また、この発明において、セラミックス絶
縁層は完全にセラミックス化させる必要はなく、その途
中の段階のものでもよい。したがって、セラミックス絶
縁層を複数層から形成する場合は、このようなセラミッ
クス化の度合の異なるものを積層させてもよい。

【００２４】この発明において、セラミックス絶縁層の
外方に設ける絶縁性セラミックス繊維層は、セラミック
ス繊維から形成させることができる。セラミックス繊維
の材質としては、アルミナセラミックス繊維、シリカセ
ラミックス繊維、ジルコニアセラミックス繊維、アルミ
ナ，シリカ，ジルコニアからなる複合セラミックス繊維
、炭化珪素セラミックス繊維、およびその他一般にガラ
ス繊維と呼ばれる繊維を用いることができる。

【００２５】このようなセラミックス繊維は、紡織して
編組体とすることによって絶縁性セラミックス繊維層と
することができる。また、セラミックス繊維テープを作
製し、これをセラミックス絶縁層のまわりに巻きつけて
もよい。

【００２６】また、この発明においては絶縁性絶縁性セ
ラミックス繊維層に、加熱によりセラミックス化する絶
縁物が含浸されている。このような加熱によりセラミッ
クス化する絶縁物としては、セラミックス絶縁層に用い
られる材料を用いることができる。また、さらに、水ガ
ラスおよびシリカゾルなども用いることができる。

【００２７】これらの絶縁物は、セラミックス絶縁層と
同様に、絶縁性セラミックス粒子を含んでいてもよい。 また、完全にセラミックス化させる必要はなく、その途
中の段階のものでもよい。また高真空中等で使用する用
途等によっては、完全にセラミックス化させた方が好ま
しい。

【００２８】図１は、この発明の一実施例を示す断面図
である。図１を参照して、電気導体１のまわりには、セ
ラミックス絶縁層２が設けられている。セラミックス層
２のまわりには、絶縁性セラミックス繊維層３が設けら
れている。絶縁セラミックス繊維層３には、加熱により
セラミックス化する絶縁物が含浸されている。

【００２９】

【発明の作用効果】この発明の絶縁電線では、セラミッ
クス絶縁層の外方に、さらに絶縁性セラミックス繊維層
を形成している。このため、この絶縁性セラミックス繊
維層により、さらに絶縁性を向上させることができ、高
い絶縁破壊電圧を得ることができる。

【００３０】また、絶縁性セラミックス繊維層は、セラ
ミックス繊維から構成されるものであるため、可撓性を
有している。このため可撓性を損なうことなく絶縁性を
向上させることができる。

【００３１】さらに、この発明では、絶縁性セラミック
ス繊維層には、加熱によりセラミックス化する絶縁物が
含浸されている。この絶縁物によっても、さらに絶縁性
が向上され、より高い絶縁性を得ることができる。

【００３２】

【実施例】実施例１ 無酸素銅線に厚さ１５μｍのニッケルメッキ層を形成し
た、線径０．５ｍｍのニッケルメッキ銅線を電気導体と
して用いた。このニッケルメッキ銅線の上に、２層の絶
縁層を積層して構成されるセラミックス絶縁層を形成し
た。

【００３３】まず、第１の絶縁層を形成させるための前
駆体溶液を調製した。テトラブチルオルトシリケイト：
水：イソブチルアルコール＝８：３２：６０（モル比）
を混合した溶液に、硝酸をテトラブチルオルトシリケイ
トに対し、１００分の３モルの割合で添加し、その後温
度８０℃で２時間加熱し、前駆体溶液を調製した。この
溶液を、電気導体としてのニッケルメッキ銅線の上に塗
布した後、大気中６００℃で１５分間加熱し、厚さ６μ
ｍの第１の絶縁層を形成した。

【００３４】次に、ポリシランをオートクレーブ中、４
６０℃で熱分解縮合反応させて得たポリカルボシランに
、炭化珪素粉末（公称粒径０．５μｍ）を３重量％混合
して、コーティング液を調製した。このコーティング液
を第１の絶縁層の上に塗布した。塗布後、大気中３５０
℃で１０分間加熱処理し、厚さ２０μｍの第２の絶縁層
を形成した。

【００３５】このように、第１および第２の絶縁層から
構成されるセラミックス絶縁層の上に、線径５μｍの炭
化珪素ファイバの長繊維を紡織して、編組体にし、絶縁
性セラミックス繊維層を形成した。

【００３６】次に、上記の第２の絶縁層と同じポリカル
ボシランのコーティング溶液を、絶縁性セラミックス繊
維層の上に塗布して繊維層中に含浸させた。含浸後、大
気中、３５０℃で１０分間加熱処理した。この絶縁電線
の線径は、１．０ｍｍであった。

【００３７】以上のようにして得られた絶縁電線につい
て、絶縁性試験１〜３を以下のようにして行なった。

【００３８】絶縁性試験１：長さ２０ｃｍのサンプルの
中央に、１０ｃｍの幅にわたって金属箔を巻付け、導体
と金属箔の間で絶縁破壊試験を行なった。

【００３９】絶縁性試験２：得られた絶縁電線２本を長
さ１２ｃｍあたり所定の撚り回数で撚り合せ、得られた
撚線１２ｃｍについて導体間で絶縁破壊試験を行なった
。

【００４０】絶縁電線の線径として２．１〜３．２ｍｍ
のものを用いた場合には３回撚りとし、線径１．３〜２
．０ｍｍのものを用いた場合には６回撚りとし、線径０
．７５〜１．２ｍｍのものを用いた場合には９回撚りと
した。

【００４１】絶縁性試験３：６００℃の大気中で、絶縁
性試験１と同様の絶縁破壊試験を行なった。

【００４２】実施例１で得られた絶縁電線については、
以下のような結果が得られた。

【００４３】絶縁性試験１：５．２ｋＶ絶縁性試験２：
４．６ｋＶ 絶縁性試験３：３．６ｋＶ

【００４４】比較例 実施例１の比較として、同じ電気導体を用い、実施例１
と同様にして２層構造のセラミックス絶縁層を形成し、
絶縁電線を作製した。この絶縁電線には、絶縁性セラミ
ックス繊維層を設けずに、実施例１と同様にして絶縁性
試験を行なった。その結果は以下のとおりであった。こ
の絶縁電線の線径は０．５５ｍｍであった。絶縁性試験
２では、１２回撚りとした。

【００４５】絶縁性試験１：３．９ｋＶ絶縁性試験２：
２．８ｋＶ 絶縁性試験３：２．４ｋＶ 以上の実施例１および比較例との比較から明らかなよう
に、この発明に従う絶縁電線は、曲げ加工を加えた状態
においても高い絶縁破壊電圧を示し、可撓性に優れてい
る。また高温においても、高い絶縁破壊電圧を示し、耐
熱性に優れていることがわかる。

【００４６】実施例２ 無酸素銅線にニオブおよびニッケルの順で、それぞれ８
０μｍおよび１２０μｍ被覆し、線径１．８ｍｍのクラ
ッド線を作製した。このクラッド線の上に、以下のよう
にしてセラミックス絶縁層を形成した。

【００４７】まず、トリス（Ｎ−メチルアミノ）メチル
シランをオートクレーブ中５００℃で３時間加熱して、
ポリシラザンを調製した。この得られたポリシラザン１
０ｇを、テトラヒドロフラン１００ｍｌで希釈し、これ
を室温まで放冷した後に、公称粒径１．５μｍのアルミ
ニウムナイトライド粒子を３ｇ混合し、コーティング溶
液とした。

【００４８】このコーティング溶液を、クラッド線の上
に塗布し、塗布後窒素中で５００℃１５分間加熱処理し
て、セラミックス化させ、セラミックス絶縁層を形成し
た。

【００４９】このセラミックス絶縁層の上に、線径５μ
ｍのシリカファイバを紡織して編組し、絶縁性セラミッ
クス繊維層を形成した。

【００５０】この絶縁性セラミックス繊維層の上に、上
記のセラミックス絶縁層のコーティング溶液と同じもの
を塗布し、含浸させた。含浸後窒素中で５００℃１５分
間加熱処理してセラミックス化させた。この絶縁電線の
線径は、２．３ｍｍであった。

【００５１】このようにして得られた絶縁電線について
、実施例１と同様にして絶縁性試験を行なった。結果は
以下のとおりである。

【００５２】絶縁性試験１：４．８ｋＶ絶縁性試験２：
４．０ｋＶ 絶縁性試験３：４．０ｋＶ

【００５３】実施例３ 無酸素銅線にステンレス（ＳＵＳ３０４）およびニッケ
ルの順で、それぞれ１５０μｍおよび１００μｍ被覆し
た、線径１．８ｍｍのクラッド線を作成した。

【００５４】このクラッド線の上に、以下のようにして
、２層構造のセラミックス絶縁層を形成した。

【００５５】まず、トリブトキシアルミニウム：トリエ
タノールアミン：水、イソプロピルアルコール＝５：１
０：５：８０のモル比で混合した溶液を、温度５０℃で
１時間加熱攪拌し、コーティング液を調製した。このコ
ーティング液を電気導体の上に塗布し、塗布後大気中で
６００℃１５分間加熱処理してセラミックス化させ、厚
み５μｍの第１の絶縁層を形成した。

【００５６】次に、第１の絶縁層のコーティング液１リ
ッタに公称粒径０．３μｍのアルミナ粒子３０ｇを添加
し、これを第１の絶縁層上に塗布した。塗布後大気中で
４００℃１５分間加熱して、第２の絶縁層とした。第２
の絶縁層の厚みは１６μｍであった。

【００５７】以上のようにして第１および第２の絶縁層
から形成されたセラミックス絶縁層の上に、線径５μｍ
のアルミナセラミックスファイバを紡織して編組し、絶
縁性セラミックス繊維層を形成した。

【００５８】この絶縁性セラミックス繊維層の上に、上
記の第１の絶縁層と同じコーティング溶液を塗布し含浸
させた。含浸後大気中で２００℃１５分間加熱処理した
。この絶縁電線の線径は、２．３ｍｍであった。

【００５９】以上のようにして得られた絶縁電線につい
て、実施例１と同様にして絶縁性試験を行なった。結果
は以下に示すとおりである。

【００６０】絶縁性試験１：４．２ｋＶ絶縁性試験２：
３．８ｋＶ 絶縁性試験３：３．８ｋＶ

【００６１】実施例４ 無酸素銅線にクロムおよびニッケルの順で、それぞれの
厚みが５μｍおよび１０μｍとなるように被覆した、線
径０．５ｍｍのメッキ銅線を作成し、これを電気導体と
して用いた。この電気導体の上に、以下のようにしてセ
ラミックス絶縁層を形成した。

【００６２】まずジルコニウムブトキシド１０モル％と
、エタノールアミン２０モル％のｎ−ブタノール溶液に
、ジルコニウムアルコキシドに対し２．１倍のモルの水
をジエチレングリコールモノメチルエーテルを希釈して
加え、１１０℃で２時間攪拌し、塗布溶液を準備した。 この塗布溶液を電気導体の上に塗布し、塗布後大気中で
６００℃１５分間加熱処理してセラミックス化し、セラ
ミックス絶縁層とした。セラミックス絶縁層の厚みは２
０μｍであった。

【００６３】セラミックス絶縁層のまわりに、線径５μ
ｍのアルミナ・シリカ複合セラミックスファイバを紡織
して、編組し、絶縁性セラミックス繊維層を形成した。

【００６４】この絶縁性セラミックス繊維層の上に、以
下のようにして調製したコーティング液を塗布し含浸さ
せた。

【００６５】テトラブチルオルトシリケイト：水：イソ
ブチルアルコール＝８：３２：６０（モル比）を混合し
た溶液に、硝酸をテトラブチルオルトシリケイトに対し
、１００分の３モルの割合で添加し、その後温度８０℃
で２時間加熱した。この溶液１ｌに対し、公称粒径０．
３μｍのアルミナ粉末を３０ｇ添加し、コーティング溶
液とした。

【００６６】このコーティング溶液を絶縁性セラミック
ス繊維層に含浸させた後、大気中で６００℃１５分間加
熱処理してセラミックス化した。この絶縁電線の線径は
、１．０ｍｍであった。

【００６７】得られた絶縁電線について、実施例１と同
様にして絶縁性試験を行なった。

【００６８】結果は以下に示すとおりである。

【００６９】絶縁性試験１：４．４ｋＶ絶縁性試験２：
３．９ｋＶ 絶縁性試験３：３．８ｋＶ

【００７０】実施例５ 無酸素銅線に、ロジウムおよびニッケルの順で、それぞ
れ厚みが５μｍおよび１０μｍとなるように被覆した、
線径０．５ｍｍのメッキ銅線を作成し、電気導体として
用いた。この電気導体の上に、以下のようにして３層構
造のセラミックス絶縁層を形成した。

【００７１】まず、実施例１における第１の絶縁層のコ
ーティング液と同様のものを調製し、これを塗布し、塗
布後大気中で６００℃１５分間加熱処理しセラミックス
化し、厚み４μｍの第１の絶縁層とした。

【００７２】次に、フェノキシ樹脂ＹＰ−５０（東都化
成株式会社製）のジエチレングリコールモノメチル５０
重量％溶液を、テトラエチルモノメチルエーテルに対し
、フェノキシ樹脂の重量比が１／２になるように、室温
で混合し溶液とした。この溶液に、第１の絶縁層のコー
ティング溶液を、１：１の割合となるように混合し、コ
ーティング溶液とした。このコーティング溶液を塗布し
、塗布後大気中で３５０℃１５分間加熱処理してセラミ
ックス化し、第２の絶縁層とした。第２の絶縁層の厚み
は２０μｍであった。

【００７３】次に、シリコーン樹脂Ｈ−１９−２（東レ
・ダウコーニング社製）に公称粒径１５μｍ、アスペク
ト比１０の天然マイカを体積比で１０：１の割合で混合
し、コーティング溶液とした。このコーティング溶液を
第２の絶縁層の上に塗布して塗布後大気中で４００℃１
０分間加熱処理してセラミックス化し、第３の絶縁層と
した。第３の絶縁層の厚みは１０μｍであった。

【００７４】以上のようにして形成したセラミックス絶
縁層の上に、線径５μｍのアルミナ・シリカ複合ファイ
バを紡織して編組し、絶縁性セラミックス繊維層を形成
した。

【００７５】この絶縁性セラミックス繊維層に、シリカ
ゾル（触媒化成工業株式会社製：シリカゾルＳ−３０Ｌ
）１リッタに公称粒径１５μｍ、アスペクト比１０の天
然マイカ２５ｇを添加した溶液を含浸させ、含浸後７０
℃で６０分間加熱処理し、さらに１２０℃で１５分間加
熱処理した。この絶縁電線の線径は、１．０ｍｍであっ
た。

【００７６】このようにして得られた絶縁電線について
、実施例１と同様にして絶縁性試験を行なった。結果は
以下に示すとおりである。

【００７７】絶縁性試験１：６．５ｋＶ絶縁性試験２：
５．７ｋＶ 絶縁性試験３：３．７ｋＶ

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う一実施例を示す断面図である。

【図２】この発明において用いることができる、拡散防
止層を有する電気導体を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　電気導体 ２　　セラミックス絶縁層 ３　　絶縁性セラミックス繊維層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電気導体と、前記電気導体の外方に設
   けられる、加熱によりセラミックス化するセラミックス
   絶縁層と、前記セラミックス絶縁層の外方に設けられ、
   加熱によりセラミックス化する絶縁物を含浸した絶縁性
   セラミックス繊維層とを備える、絶縁電線。
2. 【請求項２】　　前記セラミックス絶縁層が、添加によ
   り混合された絶縁性セラミックス粒子を含む、請求項１
   に記載の絶縁電線。
3. 【請求項３】　　前記セラミックス絶縁層が、複数の層
   から形成される、請求項１に記載の絶縁電線。
4. 【請求項４】　　前記セラミックス絶縁層が、金属アル
   コキシド、金属有機酸塩、シリコーン樹脂、ポリカルボ
   シラン、ポリボロシロキサン、ポリシラザン、およびポ
   リチタノカルボシランからなるグループより選ばれる少
   なくとも１種のセラミックス前駆体から形成される、請
   求項１に記載の絶縁電線。
5. 【請求項５】　　前記絶縁性セラミックス繊維層に含浸
   される加熱によりセラミックス化される絶縁物が、金属
   アルコキシド、金属有機酸塩、シリコーン樹脂、ポリカ
   ルボシラン、ポリボロシロキサン、ポリシラザン、ポリ
   チタノカルボシラン、水ガラスおよびシリカゾルからな
   るグループより選ばれる少なくとも１種のセラミックス
   前駆体から形成される、請求項１に記載の絶縁電線。
6. 【請求項６】　　前記絶縁性セラミックス繊維層中の絶
   縁物が、添加により混合された絶縁性セラミックス粒子
   を含む、請求項１に記載の絶縁電線。
7. 【請求項７】　　前記セラミックス絶縁層および／また
   は前記絶縁性セラミックス繊維層中の絶縁物が、完全に
   セラミックス化していない状態のものを含んでいる、請
   求項１に記載の絶縁電線。