JPH0475206A - 無機絶縁電線 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、無機絶縁電線に関するもので、特に、高温
度や高真空の環境下、放射線環境下、または腐食性環境
下で使用可能な無機絶縁電線に関するものである。

［従来の技術］ 従来、機器内配線や巻線等の用途に用いられてきた絶縁
電線は、主として、有機材料で絶縁被覆したものであり
、特に耐熱性が要求される用途には、フッ素樹脂やポリ
イミド等で絶縁被覆した電線が使用されている。しかし
ながら、このように耐熱性が考慮された電線でさえも、
その使用限界は、高々３００℃程度である。したがって
、この温度を超えて、このような電線を使用し続けると
、被覆材料が熱分解して絶縁破壊を生じることがあった
。

このため、無機材料で絶縁被覆した電線、たとエバ、ア
ルミニウム線を陽極酸化処理したアルマイト電線や、真
空蒸着法等により導体にセラミックスコーティングした
電線、等が検討されている。

この他、半導体製造装置や、高エネルギ実験、プラズマ
実験等を行なう高真空装置では、有機材料から発生され
る分解ガスを嫌うため、セラミックス碍子に導線を通し
ただけのものや、導線にガラステープを巻いたものが使
用されている。

また、放射線の存在する環境下や、酸またはアルカリ等
の腐食性環境下では、ステンレス鋼等の耐熱合金パイプ
の中に、導体を絶縁性金属酸化物粒子で絶縁しながら通
した、ＭＩケーブル（Ｍｉｎｅｒａｌ　　Ｉｎ５ｕｌａ
ｔｅｄ　　Ｃａｂｌｅ）が使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような無機材料で絶縁被覆され
た電線には、各々、種々の問題があった。

たとえば、アルマイト電線では、高い絶縁破壊電圧を得
るために、陽極酸化処理を厚く行なわなければならない
が、このように厚く陽極酸化処理したものは、可撓性が
なく、曲げるとクラックを発生して、絶縁破壊を起こし
てしまう。逆に、可撓性を高めるために、薄（陽極酸化
処理したものでは、十分な絶縁破壊電圧を得ることがで
きない。

また、真空蒸着法等により導体にセラミックスコーティ
ングした電線では、コーティング皮膜の付着力が小さい
ため、曲げることができない。

また、セラミックス碍子に通したり、ガラステープを巻
いた電線では、その加工を手作業に頼らなければならな
い、といった煩わしさがある。

また、ＭＩケーブルは、一般に、線径が大きいため、コ
ンパクト性に劣り、また可撓性にも劣っている。

また、特に高真空中では、絶縁被覆として有機材料を使
用した場合、熱分解によるガス放出が問題となることは
前述したとおりであるが、他方、絶縁被覆が多孔質であ
ったり、非常に粗い面を有するものである場合には、ガ
スの吸着が問題となる。

それゆえに、この発明の目的は、上述したような従来の
問題を解決し得る無機絶縁電線を提供しようとすること
である。

［課題を解決するための手段］ この発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を少
なくとも表面層に備える導体線を備える無機絶縁電線に
向けられるものであって、上述した技術的課題を解決す
るため、絶縁被覆として、次のような構成を採用したこ
とを特徴としている。

すなわち、絶縁被覆は、前記導体線の表面を珪酸アルカ
ル水溶液により化成処理して形成された絶縁性かつ多孔
質の化成皮膜と、前記化成皮膜の孔に充填された絶縁性
セラミックス粉末と、前記化成皮膜上にセラミックス前
駆体を含む溶液を付与し、これをセラミックス化させて
形成された絶縁性セラミックス層とから構成される。

［作用］ 化成皮膜は、導体線の表面を珪酸アルカル水溶液により
化成処理することによって、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金の表面に形成されるものであるので、このよ
うな化成皮膜と導体線との間においては、付着力に関す
る問題は一切生じない。

化成処理のための液としては、５ｉ０２として２０〜６
０ｇ／ｌ含む珪酸アルカリ水溶液を用いるのが好ましい
。２０　ｇ／　１未満では、アルミニウムとの反応が起
こりにくいためであり、また、多すぎても反応は飽和す
るので、６０ｇ／Ｌ以下で十分である。この液中に、処
理されるべき導体線が数分間浸漬される。処理液の温度
は、反応性から考えて、４０〜１２０℃が適当である。

これより低温では、反応が鈍くなり、また、高温では、
アルミニウムの軟化が問題となるためである。なお、処
理時間を長くすれば、低温でも十分処理されるが、生産
速度が低下してしまうので好ましくない。したがうて、
処理時間は、たとえば、１〜３０分が適当である。

上述した化成処理によって形成される化成皮膜は、酸化
アルミニウムおよび酸化珪素を主成分とし、好ましくは
、酸化アルミニウムが７０〜１００　ｗ　ｔ％、酸化珪
素が０〜３０　ｗ　ｔ％をそれぞれ占めるようにされる
。皮膜の厚さは、処理時間によって制御できるが、たと
えば、長時間処理して皮膜を厚くすると、導体部の断面
積の減少が問題となってくる。また、皮膜の厚さの増大
に伴なって、可撓性の劣化も問題となってくる。したが
って、化成皮膜の厚さは、１００μｍ以下に抑えるのが
好ましい。

このようにして形成された化成皮膜は、絶縁体であり、
また、ある程度の耐食性を示す。しかしながら、化成皮
膜は、多孔質であるため、絶縁性および耐食性の点で十
分なものとは言えない。また、化成皮膜に存在する孔は
、種々のガスを吸着しやすいので、高真空中で使用する
には好ましくない。したがって、このような孔を塞ぐた
め、絶縁性セラミックス粉末が孔に充填される。

上述したように、化成皮膜の孔に絶縁性セラミックス粉
末を充填するには、粉体電着法が適用される。また、用
いることができる絶縁性セラミックス粉末には、Ａｌ２
０３、ＡＩＮ、ＢＮ％　ＳｔＯ２、５ｉＣＳＳｉ３　Ｎ
４、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などの粉末がある。

このように、化成皮膜の孔に絶縁性セラミックス粉末を
充填することによって、孔はほとんど消滅し、耐食性が
かなり向上するとともに、絶縁性の向上も見られる。

さらに、上述したような絶縁性セラミックス粉末の孔内
での保持性を補うため、化成皮膜上には、絶縁性セラミ
ックス層が形成される。これによって、得られた無機絶
縁電線の表面は、さらに平滑化される。この絶縁性セラ
ミックス層は、化成皮膜上にセラミックス前駆体を含む
溶液を付与し、これをセラミックス化することにより形
成されるが、セラミックス前駆体を含む溶液としては、
Ｓｉ、Ａｌ５Ｔｉ、ＺｒおよびＭｇからなる群から選ば
れた１種以上の金属を含む金属アルコキシドまたは金属
カルボン酸エステルを含む溶液が用いられたり、水ガラ
スを溶解する水溶液が用いられたりする。このセラミッ
クス層と化成皮膜とは、実質的に同質の材料であるので
、付着力の点で問題となることはない。

このようにして形成された無機絶縁電線は、耐食性、絶
縁性、可撓性等において優れ、またその表面は平滑であ
る。

［実施例］ 第１図には、この発明の一実施例による無機絶縁電線１
０が断面図で示されている。

第１図を参照して、無機絶縁電線１０は、Ａｌ−０，０
５％Ｚｒ合金線のような耐熱アルミニウム合金線１１を
備える。耐熱アルミニウム合金線１１の表面には、化成
皮膜１４が形成され、さらにその上には、絶縁性セラミ
ックス層１５が形成される。化成皮膜１４の外層部また
は全部には、絶縁性セラミックス粉末が充填されること
によって、封孔処理層１６が形成される。

第２図は、この発明の他の実施例による無機絶縁電線２
０を示す断面図である。

第２図を参照して、無機絶縁電線２０は、アルミニウム
覆銅導体線２１を備える。このアルミニウム覆銅導体線
２１は、無酸素銅線２２にアルミニウム２３を嵌合して
形成されたものである。アルミニウム覆銅導体線２１の
表面には、化成皮膜２４が形成され、さらにその上には
、絶縁性セラミックス層２５が形成される。化成皮膜２
４の外上、′ 要部または全部には、絶縁性セラミックス粉末が充填さ
れることによって、封孔処理層２６が形成される。

第３図は、上述した無機絶縁電線１０または２０を製造
するために用いられる装置の概略図である。

第３図を参照して、被処理導体線３０は、供給部３１か
ら脱脂槽３２に供給され、ここで脱脂処理される。続い
て、化成処理槽３３に導入された被処理導体線３０は、
一定温度に保たれた珪酸アルカリ水溶液中で処理され、
その表面に絶縁性の化成皮膜が形成される。

その後、被処理導体線３０は、洗浄槽３６および３７で
、それぞれ、予備洗浄および本洗浄される。

次いで、被処理導体線３０に対して、電着槽３８におい
て、絶縁性セラミックス粉末が泳動電着される。より具
体的には、絶縁性セラミックス粉末の分散媒として、ア
セトンと水とを体積比１０：１で混合したものを用い、
セラミックス粉末を機械撹拌や空気撹拌等の方法により
分散させる。帯電剤としてヨウ素を加え、ステンレス板
等を陽極として直流電圧を印加し、被処理導体線３０の
表面にセラミックス粉末を電着させ、化成皮膜を封孔す
る。なお、化成処理によって形成される化成皮膜の孔径
は、・一般に、およそ２μｍであるため、絶縁性セラミ
ックス粉末の大きさは、２μｍ以下であることが望まし
い。

次に、被処理導体線３０は、乾燥機３９を経て、コーテ
イング槽４０において、化成皮膜上に、セラミックス前
駆体を含む溶液が付与され、次いで、焼付槽４１におい
て、これがセラミックス化され、絶縁性セラミックス層
が形成される。

このようにして得られた無機絶縁電線３０ａは、巻取機
４２に巻取られる。

以下に、この発明に従って実施した実験例について記載
する。

（実験例１） 線径０．５ｍｍを有する、ＪＩＳによる１０７０アルミ
ニウム線を用意し、トリクレンを用いて脱脂した。次に
、８０℃に保った珪酸アルカリ水溶液（Ｓｉ０２として
３５ｇ／ｌ、Ｌｉとして８゜５ｇ／ｌ、Ｎａとして１０
５ｇ／ｌ含有）中に、上記アルミニウム線を５分間浸漬
処理した。さらに、４０℃の温水で５分間予備洗浄し、
次いで、８０℃の熱水で１５分間本洗浄した後、７０℃
の温風で十分乾燥させた。このように処理されたアルミ
ニウム線の表面には、厚さ１０μｍの絶縁性の化成皮膜
が形成されていた。

次に、上述の多孔質の化成皮膜の孔を絶縁性セラミック
ス粉末で充填する封孔処理のため、次の操作を行なった
。アセトンと水とを体積比１０：１で混合し、この溶液
ＩＬに対して、平均粒径０゜７μｍのＳｉＣを５０　ｇ
ｓ　ヨウ素を１ｇ加え、空気撹拌した浴中で、ステンレ
ス板を陽極として、ＤＣ１５０Ｖを印加しながら、粉体
電着した。

次に、上述の化成皮膜の外方に、セラミックス前駆体を
含む溶液を塗布し、大気中で５００℃にて１０分間熱処
理する、という過程を５回繰返した。ここで用いた塗布
液は、トリブトキシアルミニウムを５モル％、トリエタ
ノールアミンを１０モル％、水を５モル％、イソプロピ
ルアルコールを８０モル％含む混合溶液を、５０℃にお
いて１時間反応させた溶液であった。

これらの過程を経て形成された最終の皮膜の厚さは、１
４μｍであった。また、皮膜の表面粗さを測定してみる
と、ＪＩＳに規定されるＲａ値で０゜０９μｍであった
６比較のため、化成処理直後の表面粗さを測定したとこ
ろ、Ｒａ値が２μｍであり、表面の平滑性において大幅
に改善されているのがわかった。また、得られた無機絶
縁電線の絶縁破壊電圧は９５０ｖであり、また、可撓性
については、曲げ直径で１５ｍｍが達成された。

（実験例２） 耐熱アルミニウム合金からなる、線径１ｍｍの線を用意
した。この線を、トリクレンを用いて脱脂した後、８０
℃に保った珪酸アルカリ水溶液（ＳｉＯ□として３５ｇ
／ｌ、ｔ、ｉとして１２゜８ｇ／ｌ、Ｎａとして９２ｇ
／ｌ含有）中で５分間浸漬処理した。次に、４０℃の温
水で５分間予備洗浄し、次いで８０℃の熱水で１５分間
本洗浄した後、７０℃の温風で十分乾燥させた。このよ
うに処理された線の表面には、厚さ２０μｍの化成皮膜
が形成されていた。

次に、この化成皮膜の封孔処理として、次の操作を行な
った。アセトンと水とを体積比１０：１で混合し、この
溶液１ｔに対して、平均粒径０゜５μｍのＡｌ２Ｏ３を
４０ｇ１ヨウ素を１ｇ加え、空気撹拌した浴中で、ステ
ンレス板を陽極として、ＤＣ１５０Ｖを印加しながら、
粉体電着した。

さらに、化成皮膜の外方に、市販の水ガラス３号を１０
　ｗ　ｔ％に希釈した水溶液を塗布した後、室温で乾燥
し、続いて、７０℃で１０分間、および１５０℃で３０
分間の各熱処理を行なった後、１０ｗｔ％の希硝酸水溶
液に５分間浸漬させる操作を２回繰返した。

これらの過程を経て形成された最終の皮膜の厚さは、１
５μｍであり、皮膜の表面粗さは、ＪＩＳによるＲａ値
で０．０８μｍであった。比較のため、化成処理直後の
表面粗さは、Ｒａ値で２μｍであり、平滑性の点で大幅
に改善されていることがわかった。また、得られた無機
絶縁電線の絶縁破壊電圧は１００ＯＶであり、また、可
撓性については、曲げ直径で２０ｍｍが達成された。

（実験例３） 耐熱アルミニウム合金の外方に、ＪＩＳによる１０５０
アルミニウムを８０μｍの厚さで被覆した、線径１ｍｍ
の線を用意した。この線を、トリクレンを用いて脱脂し
た後、８０℃に保った珪酸アルカリ水溶液（Ｓｉ０２と
して３５ｇ／ｌ、Ｌｉとして８．５ｇ／Ｌ　Ｎａとして
１０５ｇ／Ｌ含有）中で、５分間浸漬処理した。次に、
４０℃の温水で５分間予備洗浄し、次いで８０℃の熱水
で１５分間本洗浄した後、７０℃の温風で十分乾燥させ
た。このように処理された線の表面には、厚さ１０μｍ
の化成皮膜が形成されていた。

この化成皮膜の封孔処理として、次の操作を行なった。

アセトンと水を体積比１０：１で混合し、この溶液ＩＬ
に対して、平均粒径０．５μｍのＢＮを３０ｇ１ヨウ素
を１ｇ加え、空気撹拌した浴中で、ステンレス板を陽極
として、ＤＣ１５０Ｖを印加しながら、粉体電着した。

さらに、この化成皮膜の外方に、セラミックス前駆体を
含む溶液を塗布し、大気中で５００℃にて１０分間熱処
理するという過程を７回繰返した。

ここで用いた塗布液は、日本化学産業株式会社製の商品
名「ナフテン酸ジルコニウム」の下で市販されているナ
フテン酸ジルコニウムのトルエン溶液（Ｚｒ４％）を、
トルエンで２倍に希釈し、−昼夜撹拌したものである。

これらの過程を経て形成された最終の皮膜の厚さは、１
４μｍであり、皮膜の表面粗さは、ＪＩＳに規定される
Ｒａ値で０．０７μｍであった。

比較のため、化成処理直後の表面粗さは、Ｒａ値で２μ
ｍであり、表面の平滑性において大幅に改善されている
ことがわかった。また、得られた無機絶縁電線の絶縁破
壊電圧は８５０ｖであり、また、可撓性については、曲
げ直径で１５ｍｍを達成できた。

（実験例４） 無酸素銅の外方に、ＪＩＳによる１０５０アルミニウム
を８４μｍの厚さで被覆した、線径１ｍｍの線を用意し
た。この線を、トリクレンを用いて脱脂した後、８０℃
に保った珪酸アルカリ水溶液（Ｓｉ０２として３５ｇ／
ｌ、Ｌｉとして１２゜８ｇ／ｌ、Ｎａとして９２ｇ／ｌ
含有）中で、５分間浸漬処理した。次に、４０℃の温水
で５分間予備洗浄し、次いで８０℃の熱水で３０分間本
洗浄した後、７０℃の温風で十分乾燥させた。

次に、このようにして得られた化成皮膜の封孔処理のた
め、次に操作を行なった。アセトンと水とを体積比１０
：１で混合し、この溶液１１に対して平均粒径０．７μ
ｍの５ｉ０２を５０ｇ１ヨウ素を１ｇ加え、空気撹拌し
た洛中で、ステンレス板を陽極として、ＤＣ１５０Ｖを
印加しながら、粉体電着した。

さらに、この化成皮膜の外方に、セラミックス前駆体を
含む溶液を塗布し、大気中で３５０℃にて２０分間熱処
理するという過程を５回繰返した。

ここで用いた塗布液は、テトラブチルオルトシリケイト
を８モル％、水を３２モル％、イソプロピルアルコール
を６０モル％含む混合溶液に、硝酸をテトラブチルオル
トシリケイトのモル数に対して１００分の３の量だけ滴
下して、８０℃において２時間反応させた溶液である。

これらの過程を経て形成された最終の皮膜の厚さは、１
５μｍであり、また、皮膜の表面粗さは、ＪＩＳに規定
されるＲａ値で０，０９μｍであった。比較のため、化
成処理直後の表面粗さは、Ｒａ値で２μｍであり、表面
の平滑性の点で大幅に改善されていることがわかった。

また、得られた無機絶縁電線の絶縁破壊電圧は９００ｖ
であり、また、可撓性については、曲げ直径で１５ｍｍ
を達成できた。

［発明の効果コ このように、この発明によれば、絶縁被覆は、無機材料
のみで構成されているので、耐熱性に優れ、したがって
、高温下でも、熱分解することがなく、また、絶縁特性
の劣化もない。また、絶縁破壊電圧が大きく、可撓性に
も優れている。さらに、表面が平滑であるので、ガスの
放出や吸着の問題も生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による無機絶縁電線１０
を示す断面図である。 第２図は、この発明の他の実施例による無機絶縁電線２
０を示す断面図である。 第３図は、この発明に係る無機絶縁電線３０ａを製造す
るために用いられる装置の概略図である。 図において、１０．２０．３０ａは無機絶縁電線、１１
は耐熱アルミニウム合金線、２３はアルミニウム、１４
．２４は化成皮膜、１５．２５は絶縁性セラミックス層
、１６．２６は封孔処理層、２１はアルミニウム覆銅導
体線、２２は無酸素銅線、３０は被処理導体線、３３は
化成処理槽、３８は電着槽、４０はコーテイング槽、４
１は焼付槽である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウムまたはアルミニウムの合金を少なく
   とも表面層に備える導体線と、 前記導体線の表面を珪酸アルカリ水溶液により化成処理
   して形成された絶縁性かつ多孔質の化成皮膜と、 前記化成皮膜の孔に充填された絶縁性セラミックス粉末
   と、 前記化成皮膜上にセラミックス前駆体を含む溶液を付与
   し、これをセラミックス化させて形成された絶縁性セラ
   ミックス層と を備える、無機絶縁電線。
2. （２）前記珪酸アルカリ水溶液は、珪酸をＳｉＯ＿２と
   して２０〜６０ｇ／ｌ含み、かつその温度を４０〜１２
   ０℃に保たれ、前記化成皮膜は、酸化アルミニウムおよ
   び酸化珪素を主成分として、酸化アルミニウムが皮膜の
   ７０〜１００ｗｔ％、酸化珪素が皮膜の０〜３０ｗｔ％
   をそれぞれ占めるものである、請求項１に記載の無機絶
   縁電線。
3. （３）前記絶縁性セラミックス粉末は、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＯ＿２、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４
   、ＴｉＯ＿２およびＺｒＯ＿２からなる群から選ばれた
   少なくとも１種の粉末である、請求項１または２に記載
   の無機絶縁電線。
4. （４）前記絶縁性セラミックス粉末は、粉体電着法によ
   って前記孔に充填される、請求項１ないし３のいずれか
   に記載の無機絶縁電線。
5. （５）前記セラミックス前駆体を含む溶液は、Ｓｉ、Ａ
   ｌ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｇからなる群から選ばれた１種
   以上の金属を含む金属アルコキシドまたは金属カルボン
   酸エステルを含む溶液である、請求項１ないし４のいず
   れかに記載の無機絶縁電線。
6. （６）前記セラミックス前駆体を含む溶液は、水ガラス
   を溶解する水溶液である、請求項１ないし４のいずれか
   に記載の無機絶縁電線。