JPH0475208A - 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］ 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、このよつ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、たとえば、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、セラミックス碍子管に導線を通
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Ｍ１ケーブル（Ｍｉｎｅｒａｌ　　Ｉｎ５ｕｌａｔ
ｅｄ　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
るためには、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、薄く陽極酸
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、セラミックス碍子管に通したり、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、また可撓性にも劣つている。

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。

さらに、多本数の絶縁電線をまとめて（束にして）配線
する場合には、それぞれを識別するために絶縁皮膜が着
色されていることが望まれる。

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陽極酸化処
理して形成された陽極酸化皮膜と、前記陽極酸化皮膜の
外方に、前記導体線を陰極としながらセラミックス前駆
体溶液に遷移金属の硝酸塩を添加したものを電着コーテ
ィングし、これをセラミックス化させて形成された着色
セラミックス層とから構成される。

なお、前記着色セラミックス層の外方に、セラミックス
前駆体溶液を付与し、これをセラミックス化させて第２
のセラミックス層をさらに形成してもよい。

［作用］ この発明において、導体線の表面に陽極酸化皮膜を形成
するための陽極酸化処理は、たとえば、硫酸浴、燐酸浴
、クロム酸浴、シュウ酸浴のいずれかを用いて行なわれ
る。このとき、膜厚制御のため、電解電流を一定に制御
した定電流運転で処理するのが好ましい。高い絶縁破壊
電圧を得るために膜厚を厚くする（大電流処理および／
または長時間処理）と、可撓性が損なわれるので、陽極
酸化皮膜の厚みは、導体線の径のたとえば５％以下にす
るのが好ましい。

陽極酸化皮膜の外方に形成される着色セラミ・ンクス層
は、前記導体線を陰極としながらセラミックス前駆体溶
液に遷移金属の硝酸塩を添加したものを電着コーティン
グし、これをセラミックス化させることにより形成され
る。ここで用いられるセラミックス前駆体溶液は、たと
えば、５ｉＳＡｉ、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。また、こ
こで用いられる遷移金属としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ等があり、これらの硝酸塩の少なくと
も１種が添加される。

このように、着色セラミックス層が形成されることによ
り、耐食性を劣化させ、またガスの吸着源となっていた
陽極酸化皮膜の孔は消滅し、耐食性および絶縁性が大幅
に向上される。

なお、上述の着色セラミックス層の外方に、第２のセラ
ミックス層をさらに形成すると、得られた無機絶縁電線
の表面をより平滑にすることができる。

このようにして表面処理された電線は、耐食性、絶縁性
、可撓性等に優れ、かつ表面が平滑である。

［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の断面図が示されている。

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。このような耐熱アルミニウム合金線１１の表面
には、陽極酸化皮膜１４が形成され、さらにその外方に
は、着色セラミックス層１５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。このようなアルミニウム覆銅導
体線２１の表面には、陽極酸化皮膜２４が形成され、さ
らにその外方には、着色セラミックス層２５が形成され
る。また、この実施例では着色セラミックス層２５の外
方に、さらに、第２のセラミックス層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。

次いで、陽極酸化処理槽３３に導入された被処理導体線
３０は、電解処理され、その表面に陽極酸化皮膜が形成
される。その後、洗浄槽３４にお゛いて、陽極酸化皮膜
が形成された被処理導体線３０が洗浄される。

次いで、電着槽３５において、被処理導体線３０の陽極
酸化皮膜の外方に、被処理導体線３０を陰極としながら
セラミックス前駆体溶液に遷移金属の硝酸塩を添加した
ものが電着コーティングされる。より詳細には、たとえ
ば、テトラブチルオルトシリケイトを８モル％、水を３
２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に、遷移金属の硝酸塩を添加
したものが用意される。ここで用いられる遷移金属とし
ては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ５Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ等がある。

電着槽３５において、被処理導体線３０を陰極としなが
ら、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の陽極酸化皮膜の外方に、セラミックス
前駆体がコーティングされる。

次いで、焼付炉３６において、セラミックス前駆体が加
熱され、それによって、これがセラミックス化され、着
色セラミックス層が形成される。

場合によっては、焼付炉３６を通過した被処理導体線３
０には、コーテイング槽３７において、セラミックス前
駆体溶液が付与され、これに続く焼付炉３８において、
このセラミックス前駆体がセラミックス化され、着色セ
ラミックス層上に、第２のセラミックス層が形成されて
もよい。コーテイング槽３７で被処理導体線３０に付与
されるセラミックス前駆体溶液には、遷移金属の硝酸塩
は含有されていない。

このようにして得られた無機絶縁電線３０ａは、巻取機
３９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、このアルミニウム線を、４５℃に保った３８％燐
酸水溶液中で、電解電流１５Ａ／ａｍ２を与えながら２
分間電解処理した。これによって、アルミニウム線の表
面には、厚さ１０μｍの陽極酸化皮膜が形成されていた
。

次に、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を用意した。この溶液ＩＬ
に対して、硝酸鉄９水和物を４６ｇ添加したものを用い
、アルミニウム線を陰極としながら、ステンレス板を陽
極として、ＤＣ１５０Ｖを印加しながら、陽極酸化皮膜
が形成されたアルミニウム線に対して電着コーティング
処理した。次いで、このように形成された電着コーテイ
ング膜を加熱して、セラミックス化させ、着色セラミッ
クス層を形成した。この着色セラミックス層は、赤褐色
であった。

これらの過程を経て形成された最終の絶縁皮膜の厚さは
、２０μｍであった。また、絶縁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０．１０μｍ
であった。比較のため、陽極酸化処理直後の表面粗さを
測定したところ、Ｒａ値で２μｍ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１０５０Ｖ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。

次に、この線を、３５℃に保った１０％無水クロム酸水
溶液中で、電解電流２０Ａ／ｄｍ２を与えながら１分間
電解処理した。この処理された線の表面には、厚さ１２
μｍの陽極酸化皮膜が形成されていた。

次に、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を用意した。この溶液ＩＬ
に対して、硝酸コバルト６水和物を４４ｇ添加したもの
を用い、上述の線を陰極としながら、ステンレス板を陽
極として、ＤＣ１５０Ｖを印加しながら、電着コーティ
ング処理した。次いで、このように形成された電着コー
テイング膜を加熱してセラミックス化させ、着色セラミ
ックス層を形成した。この着色セラミックス層は、濃青
色であった。

さらに、上述の着色セラミックス層の外方に、市販の水
ガラス３号を１０ｗｔ％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１
５０℃で３０分間の各加熱処理を経て、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絶縁皮膜の厚さは
、２５μｍであり、この皮膜の表面粗さは、ＪＩＳに規
定されるＲａ値で０．０８μｍであった。比較のため、
陽極酸化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１４００
Ｖであり、また、可撓性については、曲げ直径で１５ｍ
ｍ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。

次に、この線を、４０℃に保った４５％シュウ酸水溶液
中で、電解電流３０Ａ／ｄｍ２を与えながら１分間陽極
酸化処理した。このように処理された線の表面には、厚
さ８μｍの陽極酸化皮膜が形成されていた。

次に、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を用意した。この溶液１見
に対して、硝酸マンガン６水和物を３７ｇ添加したもの
を用い、上述の線を陰極としながら、ステンレス板を陽
極として、ＤＣ１５０Ｖを印加しながら、電着コーティ
ング処理した。次いで、このように形成された電着コー
テイング膜を加熱して、セラミックス化させ、着色セラ
ミックス層を形成した。この着色セラミックス層は茶色
であった。

さらに、この着色セラミックス層の外方に、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１
０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（Ｚ　ｒ　４％）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絶縁皮膜の厚さは
、２４μｍ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、陽極
酸化処理直後の表面粗さは、Ｒａ値で２μｍ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１３
５０Ｖであり、また可撓性については、曲げ直径で１５
ｍｍ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。

次に、この線を、３５℃に保った２３％硫酸水溶液中で
、電解電流３０Ａ／ｄｍ２を与えながら１分間陽極酸化
処理した。このように処理された線の表面には、厚さ１
１μｍの陽極酸化皮膜が形成されていた。

次に、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を用意した。この溶液１ｔ
に対して、硝酸銅３水和物を５４ｇ添加したものを用い
、上述の線を陰極としながら、ステンレス板を陽極とし
て、ＤＣ１５０Ｖを印加しながら、電着コーティング処
理した。次いで、このように形成された電着コーテイン
グ膜を加熱し、セラミックス化させ、着色セラミックス
層を形成した。この着色セラミックス層は青色であった
。

さらに、この着色セラミックス層の外方に、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２
０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絶縁皮膜の厚さは
、２５μｍであり、また、この皮膜の表面粗さは、ＪＩ
Ｓに規定されるＲａ値で０．０９μｍであった。比較の
ため、陽極酸化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１５００
ｖであり、また、可撓性については、曲げ直径で１５ｍ
ｍを達成できた。

［発明の効果］ このように、この発明によれば、絶縁皮膜は、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。

絶縁皮膜として、着色セラミックス層の外方に、さらに
第２のセラミックス層が形成されていると、平滑性およ
び耐絶縁破壊特性において、さらに優れた無機絶縁電線
を得ることができる。

【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は陽極酸化皮膜、１５，２５は着色セラミックス
層、２１はアルミニウム覆銅導体線、２２は無酸素銅線
、２６は第２のセラミックス層、３０は被処理導体線、
３３は陽極酸化処理槽、３５は電着槽、３６．３８は焼
付槽、３７はコーテイング槽である。 （ほか２名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）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と、 前記導体線の表面を陽極酸化処理して形成された陽極酸
   化皮膜と、 前記陽極酸化皮膜の外方に、前記導体線を陰極としなが
   らセラミックス前駆体溶液に遷移金属の硝酸塩を添加し
   たものを電着コーティングし、これをセラミックス化さ
   せて形成された着色セラミックス層と、 を備える、無機絶縁電線。
2. （２）前記セラミックス前駆体溶液が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔ
   ｉ、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に記載の無機絶縁電線
   。
3. （３）前記遷移金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ
   およびＣｒからなる群から選ばれた少なくとも１種であ
   る、請求項１または２に記載の無機絶縁電線。
4. （４）前記着色セラミックス層の外方に、セラミックス
   前駆体溶液を付与し、これをセラミックス化させて形成
   された第２のセラミックス層をさらに備える、請求項１
   ないし３のいずれかに記載の無機絶縁電線。