JPH0636622A

JPH0636622A - 絶縁電線

Info

Publication number: JPH0636622A
Application number: JP4190482A
Authority: JP
Inventors: Shinji Inasawa; 信二稲澤; Kazuo Sawada; 和夫澤田; Koichi Yamada; 浩一山田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】高温度の環境下において変質がなく、可撓性
に優れ、かつガス吸着源を有していない絶縁電線を提供
することである。【構成】銅もしくは銅合金からなる芯材１と、タンタ
ル層２と、耐酸化性金属層３と、絶縁性セラミックス層
４とを備えている。絶縁性セラミックス層４は、セラミ
ックスの前駆体溶液の加熱処理によって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高真空機器や高温使
用機器などにおいて配線用電線や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】絶縁電線は、加熱設備や火災報知機など
の高温下における安全性が要求される設備に使用される
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】高い耐熱性が要求される用途や、高い真空
度が要求される環境下で使用される場合には、有機物被
覆だけでは、耐熱性やガス放出性等の点で不十分であ
る。そこで、セラミックス製のガイシ管に導体が通され
た形式の絶縁電線や、ステンレス合金等からなる耐熱合
金製の管に導体を通し、その間に酸化マグネシウム等の
金属酸化物微粒子を充填して絶縁した形式のＭＩケーブ
ル（Mineral InsulatedCable)などがそのような用途に
使用されてきた。

【０００４】また、耐熱性と共に可撓性が要求される用
途に使用される絶縁電線として、ガラス繊維が紡織され
たものを絶縁部材として使用するガラス編組絶縁電線な
どがある。

【０００５】さらに、耐熱性が要求される用途に使用さ
れる絶縁電線として、特開昭５５−０４３７４６号公報
およびフジクラ技法（平成元年４月、第７６号、５１〜
５６頁）に開示されるセラミックス化電線がある。これ
は、ニッケルめっき銅や白金、銀、不銹鋼製の線にシリ
コン樹脂とセラミックス粉末の混合体よりなる絶縁層を
形成し、シリコン樹脂が熱分解し得る温度以上に加熱さ
れた場合でもシリコン樹脂を分解した後にセラミックス
粉末を残存し絶縁を維持するセラミックス化電線であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような有機樹脂
が被覆された絶縁電線では、絶縁性が保たれ得る最高の
温度は、たかだか３００℃程度である。そのため、３０
０℃以上の高い温度下において絶縁性の保証が要求され
る用途には、このような有機物絶縁被覆電線を使用する
ことができない。

【０００７】また、セラミックス製のガイシ管を用いて
耐熱性が高められた絶縁電線は、可撓性に乏しい等の欠
点を有する。ＭＩケーブルは耐熱性の合金管と導体によ
って構成されるため、ケーブルの外径が大きくなる。こ
のため、ＭＩケーブルは、許容する電力量に対して、相
対的に大きな断面を有するケーブルとなる。また、ＭＩ
ケーブルの外層は耐熱合金製の管によって構成されてい
るため、良好な可撓性を有しているが、ボビン等にコイ
ル状に巻かれる巻線用電線として用いるためには、耐熱
合金製の管を所定の曲率で曲げる必要がある。このと
き、耐熱合金製の管に施される曲げ加工は困難さを伴
う。また、ＭＩケーブルをコイル状に巻く場合、導体に
比べてその外層の管が太いので、巻線密度を向上させる
ことが困難であった。

【０００８】さらに、可撓性と共に耐熱性が備えられた
ガラス編組絶縁電線を用いる場合、用途に応じて所定の
形状に配置するとき、ガラス繊維からガラスの防塵が発
生するという問題がある。このガラス防塵は、ガラスの
吸着源となり得る。このため、高い真空度が要求される
環境下でガラス編組絶縁電線を用いると、ガラス防塵に
よって提供されるガラス吸着源のために、高い真空度を
保つことは不可能であった。

【０００９】一方、従来から、耐熱性、電気絶縁性、熱
放散性の良好な絶縁電線として、アルミニウムあるいは
アルミニウム合金の線材に陽極酸化処理を施した、いわ
ゆるアルマイト線が存在する。

【００１０】このアルマイト線においては、その線材が
アルミニウム１種に限定される。耐熱性を考慮した場
合、アルミニウムの融点が６６０℃であるため、自ら耐
熱性の上限が規定され、さらに６６０℃より低温におい
ても機械的強度の低下のため、５００℃程度が使用の限
界となっている。

【００１１】また、セラミックス化電線においては、樹
脂を熱分解した後の皮膜が粒子状多孔質であり、粉塵を
発生しやすく真空中で使用することは不可能である。

【００１２】導体として電気伝導性の高さ、半田付けの
容易性、強度およびコストの観点からは、銅または銅合
金が最適である。しかしながら、銅は酸化剤に対して抵
抗力が低く、大気中室温においても酸化されたり、塩基
性炭酸塩の緑青に変化する。さらに高温環境下では、酸
化が進行し、導体として使用が不可能になる。この問題
点を克服するため、従来より、銅の表面にニッケルをめ
っきしたニッケルめっき銅線が使用されてきた。しかし
ながら、ニッケルめっき銅線は４００℃程度の使用では
特に問題がないものの、より高温になると銅とニッケル
の拡散および合金化が進行し導体の導電性が低下する。
たとえば、６００℃で２０００時間後では、導体の導電
率は２０％ＩＡＣＳ程度も低下する。

【００１３】この発明の目的は、上記のような従来の問
題点を解決し、以下の特性を備えた絶縁電線を提供する
ことを目的としている。

【００１４】（ａ）高温度の環境下において変質が
ない（ｂ）可撓性が優れていること（ｃ）ガラス吸着源を備えていないこと

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に従う絶縁電線
は、銅もしくは銅合金からなる芯材と、芯材を覆うよう
に設けられるタンタル層と、タンタル層を覆うように設
けられる耐酸化性金属層と、セラミックスの前駆体溶液
の加熱処理によって耐酸化性金属層を覆うように形成さ
れる絶縁性セラミックス層とを備えている。

【００１６】耐酸化性金属層としては、ニッケル、クロ
ム、アルミニウム、白金、銀、ニッケル合金、クロム合
金、アルミニウム合金、白金合金、銀合金または不銹鋼
が使用できる。

【００１７】絶縁性セラミックス層としては、シリカ、
アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化
アルミニウム、および部分安定化ジルコニアなどを用い
ることができる。

【００１８】絶縁性セラミックス層を形成するセラミッ
クスの前駆体としては、ゾルゲル法により形成されたゾ
ル、金属の有機酸塩、ポリシラザン、ポリカルボシラ
ン、またはポリボロシロキサン等がある。

【００１９】絶縁性セラミックス層の厚みの厚いものが
必要な場合には、セラミックス前駆体溶液中に、セラミ
ックス微粒子を分散させてもよい。

【００２０】さらに、高度な可撓性が要求される用途に
は、過酷な曲げ加工の際にも絶縁性セラミックス層が脱
落しないような高度な密着性が必要となる。このような
絶縁性セラミックス層を形成するには、たとえば耐酸化
性金属層の表面に電解めっきにより酸化クロム含有層を
形成することが好ましい。また耐酸化性金属層がアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金である場合には、表面を
陽極酸化処理することが好ましい。

【００２１】図１は、この発明に従う一実施例を示す断
面図である。図１を参照して、銅線の芯材１のまわりに
はタンタル層２が設けられている。タンタル層２のまわ
りには耐酸化性金属層３が設けられており、耐酸化性金
属層３のまわりには絶縁性セラミックス層４が設けられ
ている。

【００２２】

【発明の作用効果】この発明では、銅もしくは銅合金か
らなる芯材と直接に接触する物質では、タンタルであ
る。タンタルは高温でも銅および銅合金に対する拡散が
極めて遅く、そのため合金化はほとんど起こらない。さ
らに、銅への他の物質の拡散を阻害する障壁としても有
効に作用する。タンタルは、このような効果に優れてい
るが、高温中で酸化に対する抵抗力が大きくない。この
発明ではこのような酸化されやすいタンタル層の表面
を、ニッケルなどの耐酸化性金属層で被覆しているた
め、タンタル層の酸化が防止される。

【００２３】また、この発明で耐酸化性金属層を覆うよ
うに設けられる絶縁性セラミックス層は、セラミックス
の前駆体溶液の加熱処理によって形成されるものである
ため、平滑な薄膜であり、可撓性に優れかつガス吸着性
を有していない。この発明によって、絶縁性セラミック
ス層を形成するには、たとえばセラミックスの前駆体溶
液を塗布し加熱する工程を複数回繰返して行なうことが
できる。絶縁性セラミックスとしては、種々の材料を用
途に応じて選択することができる。

【００２４】この発明においては、絶縁性セラミックス
層はセラミックスの前駆体溶液を塗布および加熱処理す
ることにより得ることができる。

【００２５】セラミックス前駆体としては、ゾルゲル法
により調整されたゾルを用いることができる。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調整された、アル
コキシド基、ヒドロオキシ基、およびメタキサン結合な
どを有する金属有機高分子を得て、これをセラミックス
前駆体とする。金属アルコキシドとしては、エトキシ
ド、プロコキシドおよびブトキシド等の有機基を含むも
のが用いられる。

【００２６】また、セラミックス前駆体を含む溶液に
は、金属有機化合物（Metal-organicCompounds)を適当
な有機溶媒に混合し溶解した溶液も含まれる。この発明
で使用されるものは、この金属有機化合物を加熱により
熱分解し金属酸化物皮膜を形成するものであるため、大
気圧での熱分解温度が金属有機化合物の沸点より低いも
のに限定される。たとえば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚ
ｒＯ₂、ＴｉＯ₂、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
びオクチル酸との金属塩が好ましい。

【００２７】有機酸塩の熱分解法によって形成される酸
化物絶縁層は、セラミックス化された酸化物である。こ
の酸化物は、金属酸化物の前駆体溶液の加熱処理におい
て酸素気流中の雰囲気下で加熱処理によって形成されて
もよい。

【００２８】窒化物および炭化物の絶縁性セラミックス
層としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、および窒化アル
ミニウムなどが挙げられる。

【００２９】窒化ケイ素を形成する場合には、セラミッ
クスの前駆体として、ポリシラザンを使用することが好
ましく、窒化アルミニウムを形成する場合には、アルキ
ルアミノアルミニウムの重合体を使用することが好まし
い。

【００３０】なぜならば、いずれも加熱によりセラミッ
クスに変化する際、収縮率が小さいため、生成するセラ
ミックス皮膜に亀裂等の欠陥を生じにくいことが判明し
ているからである。

【００３１】炭化物絶縁層は、ポリカルボシランもしく
はポリボロシロキサンの加熱分解法によって形成され
る。ポリカルボシランおよびポリボロシロキサンの加熱
処理は、アルゴンや窒素気流中の不活性雰囲気下で行な
われてもよい。このような加熱処理により得られる絶縁
層は、セラミックス化された炭化物である。また、大気
中で加熱を行なう場合には、炭化物の一部もしくは大部
分が酸化され、酸化物と酸化物の混合物になってもよ
い。

【００３２】このようにして、セラミックス化された炭
化物の絶縁層は、１０００℃以上の高温下においても優
れた耐熱絶縁性を示す。

【００３３】さらに、高度な可撓性が要求される用途に
は、過酷な曲げ加工の際にも絶縁性セラミックス層が脱
落しないような強固の密着性が必要となる。このような
場合には、耐酸化性金属層のまわりに電気めっき法によ
り酸化クロム含有層を形成することが好ましい。また、
耐酸化性金属層がアルミニウムまたはアルミニウム合金
である場合には、この表面を陽極酸化処理することが好
ましい。

【００３４】酸化クロム含有層を電気めっき法を用いて
形成する場合には、クロム酸の水溶液に少量の有機酸を
添加したものが用いられる。一般的に、クロムめっきを
行なう際に使用する電解浴としては、クロム酸および硫
酸を主体とするサージェント浴が知られているが、この
浴とは以下の点で異なっている。

【００３５】すなわち、電解浴中に混合した鉱酸、電解
めっきの際にめっき表面上に生成する酸化クロムを溶解
する働きがある。このため、光沢状の金属クロム層がめ
っきされる。この発明では、この酸化クロムを優先的に
めっきする。また、酸化クロムを主体とする層の外表面
上に金属窒化物の前駆体溶液の加熱処理で、絶縁性セラ
ミックスの薄膜を形成する。この薄膜の付着性をより大
きくするためには、酸化クロムを主体とする層の表面が
粗面であることが好ましい。このため、一般に行なわれ
る光沢めっきとは、電流密度等において異なる。

【００３６】光沢めっきでは、処理温度にもよるが、１
０〜６０Ａ／ｄｍ²の電流密度が使用されるが、この発
明では、１００〜２００Ａ／ｄｍ²の電流密度を使用
し、粗面を得る。

【００３７】なお、絶縁層の形成には、溶液を使用する
方法が用いられているため、簡単な設備で、かつ高速に
線状の基体にコーティングすることができる。

【００３８】

【実施例】

実施例１無酸素銅の芯材のまわりにタンタル層を設け、その外側
にニッケル層を設けた構造の線材をパイプ嵌合法により
準備した。線径は０．５ｍｍであり、ニッケル層が２５
μｍ、タンタル層が１０μｍの厚みであった。初期の導
電率は７９％ＩＡＣＳであった。

【００３９】窒素気流下で、１，１，１，３，３，３−
ヘキサメチルジシラザン４０ｇと、トリクロロシラン１
５ｇを混合し、７０℃で５時間攪拌した。さらに、１６
０℃で蒸留を行ない、副生成物を蒸留し除去した。次に
１２０℃、５ｍｍＨｇで真空蒸留することにより、完全
に副生成物を除去し、５ｇのポリシラザンを得た。ここ
で言う副生成物とは、トリメチルクロロシランとオリゴ
シラザンが主である。ポリシラザンをトルエンで５倍に
希釈し、セラミックス前駆体を含む塗布溶液を得た。

【００４０】この塗布溶液に、上記の嵌合法により作製
した線材を浸漬した。線材を取出し、窒素雰囲気下、温
度７００℃で１０分間加熱し、塗布溶液を乾燥させ表面
にセラミックス皮膜を成長させた。溶液の塗布および加
熱の工程を１０回繰返して、絶縁性セラミックス層を形
成した。

【００４１】このようにして得られた絶縁電線から、長
さ３０ｃｍのサンプルを採取した。厚み０．０２ｍｍの
白金箔を、約５０ｍｍの間隔を隔てて、このサンプルの
４箇所に、それぞれ１０ｍｍの長さで密接に巻きつけ
た。導体と金属箔との間に６０Ｈｚの交流電圧を印加し
たところ、５００Ｖで絶縁破壊した。また、絶縁電線を
曲げ加工したところ、直径１０ｍｍの径に曲げても絶縁
性が維持された。

【００４２】さらに、この絶縁電線を６００℃で２００
０時間加熱した後、長さ３０ｃｍのサンプルを採取し
た。これに、先程と同様に厚さ０．０２ｍｍの白金箔
を、約５０ｍｍの間隔を隔ててサンプルの４箇所に約１
０ｍｍの長さ巻きつけ、導体と金属箔との間に、６０Ｈ
ｚの交流電圧を印加したところ、５００Ｖで絶縁破壊し
た。さらに、導電率を測定した結果７９％ＩＡＧＳを維
持した。

【００４３】実施例２ポリボロジフェニルシロキサン（Polyborodiphenylsilo
xane) （−ＳｉＰｈ₂−Ｏ−ＢＯ₂−）_nをトルエンに
溶解し、４０重量％の溶液とした。さらに、炭化ケイ素
粉末（公称粒径０．５０μｍ）を３ｇ混合し塗布溶液と
した。実施例１と同様の嵌合法により作製した線材を、
この塗布液に浸漬した。塗布液から引上げて、温度５０
０℃で１０分間加熱した。この浸漬塗布および加熱の工
程を５回繰返して、絶縁性セラミックス層を形成した。

【００４４】得られた絶縁電線から、長さ３０ｃｍのサ
ンプルを採取した。厚さ０．０２ｍｍの白金箔を、約５
０ｍｍの間隔を隔てて、このサンプルの４箇所に、それ
ぞれ約１０ｍｍの長さで密接に巻きつけた。導体と金属
箔との間に６０Ｈｚの交流電圧を印加したところ８００
Ｖで絶縁破壊した。また、絶縁電線を曲げ加工したとこ
ろ、直径５０ｍｍの径に曲げても絶縁性は維持された。

【００４５】さらに、この絶縁電線を６００℃で２００
０時間加熱した後、長さ３０ｃｍのサンプルを採取し
た。厚み０．０２ｍｍの白金箔を、約５０ｍｍの間隔を
隔てて、このサンプルの４箇所に、それぞれ約１０ｍｍ
の長さで密接に巻きつけた。導体と金属箔との間に６０
Ｈｚの交流電圧を印加したところ、８００Ｖで絶縁破壊
した。さらに、導電率を測定した結果、７９％ＩＡＣＳ
を維持した。

【００４６】実施例３無酸素銅の芯材のまわりにタンタル層を形成し、タンタ
ル層のまわりにさらに銅の層を形成した構造の線材を、
嵌合法により準備した。これを伸線加工し、細径化した
後、最外層の銅を硝酸により溶解し除去した。この線材
に対し、サージェント浴を用いて、３μｍの厚みでクロ
ムめっきを施した。この結果、線径０．４５ｍｍであ
り、タンタル層の厚みが１０μｍである線材が得られ
た。この線材の初期の導電率は、９１％ＩＡＣＳであっ
た。

【００４７】この線材を覆うように以下のようにして酸
化クロム含有層を形成した。電気めっき液として、その
濃度が無水クロム酸２００ｇ／ｌ，メタバナジン酸アン
モニウム２０ｇ／ｌ、酢酸６．５ｇ／ｌのものを用い、
めっき条件は、導体を陰極として、浴温５０℃、電流密
度１５０Ａ／ｄｍ²、処理時間２分間にしてクロムめっ
きを行なった。このようにして、外表面に酸化クロム含
有層が約１μｍの厚みで形成された。

【００４８】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タノールを希釈して加
え、１１０℃で２時間攪拌し、塗布溶液を準備した。

【００４９】酸化クロム含有層を形成した線材を、この
塗布溶液に浸漬した。この線材を引上げ、８００℃で１
０分間加熱した。この浸漬塗布および加熱の工程を１０
回繰返し、絶縁性セラミックス層を形成した。

【００５０】得られた絶縁電線から、長さ３０ｃｍのサ
ンプルを採取した。厚さ０．０２ｍｍの白金箔を、約５
０ｍｍの間隔を隔てて、サンプルの４箇所にそれぞれ約
１０ｍｍの長さで巻きつけた。導体と金属箔との間に６
０Ｈｚの交流電圧を印加したところ、１０００Ｖで絶縁
破壊した。絶縁電線を曲げ加工したところ、直径２０ｍ
ｍの径に曲げても絶縁性は維持された。

【００５１】さらに、この絶縁電線を６００℃で２００
０時間加熱した後、長さ３０ｃｍのサンプルを採取し
た。厚さ０．０２ｍｍの白金箔を、約５０ｍｍの間隔を
隔てて、サンプルの４箇所に、それぞれ約１０ｍｍの長
さで巻きつけた。導体と金属箔との間に、６０Ｈｚの交
流電圧を印加したところ、１０００Ｖで絶縁破壊した。
さらに、導電率を測定した結果、９１％ＩＡＣＳを維持
した。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１芯材２タンタル層３耐酸化性金属層４絶縁性セラミックス層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅もしくは銅合金からなる芯材と、前記芯材を覆うように設けられるタンタル層と、前記タンタル層を覆うように設けられる耐酸化性金属層
と、セラミックスの前駆体溶液の加熱処理によって、前記耐
酸化性金属層を覆うように形成される絶縁性セラミック
ス層とを備える、絶縁電線。
【請求項２】前記セラミックスの前駆体溶液中に、セ
ラミックス微粒子を分散させた、請求項１に記載の絶縁
電線。
【請求項３】前記耐酸化性金属層の表面に電解めっき
により、酸化クロム含有層を形成した、請求項１に記載
の絶縁電線。
【請求項４】前記耐酸化性金属層がアルミニウムもし
くはアルミニウム合金である場合、表面を陽極酸化処理
した、請求項１に記載の絶縁電線。