JPH0963359A

JPH0963359A - 耐熱電線

Info

Publication number: JPH0963359A
Application number: JP7221504A
Authority: JP
Inventors: Jiro Hiroishi; 治郎廣石; Masakazu Mesaki; 正和目崎; Satoshi Tomimatsu; 智富松
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高温雰囲気下での銅とアルミニウムとの相
互拡散を抑制し、高温雰囲気下でも長期間安定した電気
伝導性を維持することができる耐熱電線を提供する。【解決手段】銅若しくは銅合金線材上にステンレス層を
設け、さらにその上にアルミニウムもしくはアルミニウ
ム合金層を設けてなる導体表面に陽極酸化処理により酸
化膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は耐熱電線に関する。
詳しくは高温雰囲気下で長期にわたって使用しても優れ
た電気特性を有する耐熱電線に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンルーム、溶鉱炉の周辺
等の高温雰囲気下で使用される電線には、耐熱性の優れ
る電線が要求される。そのような耐熱電線としては、従
来より、図３に示すようなアルミニウム導体３１上に陽
極酸化処理による酸化膜３２を設けたアルマイト電線が
提案、開発されている。

【０００３】アルマイト電線は、曲げても皮膜が剥がれ
落ちることがなく可撓性に優れるが、導体がアルミニウ
ムに限られるため銅を導体に用いた電線に比べ導電性が
低く電気効率が悪いという問題があった。また、アルミ
ニウムの融点は６６０℃であるために耐熱温度も自ずと
限界があり、融点より低い温度でも高温下ではアルミニ
ウムが軟化し強度が低下するため、実際に使用できる温
度は６６０℃よりもさらに低い温度とならざるを得な
い。また、アルマイト電線は、一般に絶縁破壊電圧等の
電気絶縁特性が低いという問題もある。さらに、陽極酸
化処理による酸化膜の主成分である酸化アルミニウムの
線膨張係数（８．５×１０^-6/Ｋ）はアルミニウムの線
膨張係数（２６．５×１０^-6/Ｋ）に比べて小さいため
に、アルミニウム導体上に酸化アルミニウム膜が形成さ
れた従来のアルマイト電線を高温下で使用すると、アル
ミニウム導体の熱膨張に酸化膜が追随できず、酸化膜に
亀裂が入ってしまうことがあった。

【０００４】アルマイト電線の電気伝導性が低いという
問題を解決する電線としては、図４に示すような銅４１
上にアルミニウム４２を被覆した導体上に、陽極酸化処
理による酸化膜４３を設けた電線が提案されてる。

【０００５】しかし、銅線材上にアルミニウム層を設け
てなる導体は、使用初期こそ電気伝導性に優れるもの
の、高温に長期間さらされると銅とアルミニウムの拡散
により電気伝導性は低下し、ついには同径のアルミニウ
ム単独導体よりも電気伝導性が低下するという問題があ
る。

【０００６】このような銅とアルミニウムの相互拡散に
よる電気伝導性の低下を改善することを目的として、銅
線材とアルミニウム層との間に、ニッケル層を設けた絶
縁電線が提案されている。ところが、この絶縁電線も長
期間高温にさらされると、ニッケルと銅の相互拡散が生
じ、電気伝導性の低下は免れない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、本発明は高温雰囲気下での銅とアルミニウムと
の相互拡散を抑制し、高温雰囲気下でも長期間安定した
電気伝導性を維持することができる耐熱電線を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１においては、銅若しくは銅合金線材上にステンレス
層を設け、さらにその上にアルミニウムもしくはアルミ
ニウム合金層を設けてなる導体表面に陽極酸化処理によ
り酸化膜が形成されていることを特徴とする耐熱電線を
提供する。

【０００９】また、本発明の請求項２においては、前記
酸化膜が耐熱塗料の塗布もしくは粉体の埋め込みにより
封孔処理されていることを特徴とする請求項１に記載の
耐熱電線を提供する。

【００１０】また、本発明の請求項３の耐熱電線は、前
記酸化膜上に、無機繊維を主体とする繊維絶縁層が設け
られていることを特徴とする請求項１または２に記載の
耐熱電線を提供する。

【００１１】本発明の耐熱電線においては、銅線材とア
ルミニウム層の間にステンレス層が設けられているの
で、長期間高温にさらされても銅およびアルミニウムと
の相互拡散を抑制することができる。また、ステンレス
の線膨張係数（１８．４×１０^-6/Ｋ）は、アルミニウ
ムの線膨張係数（２６．５×１０^-6/Ｋ）に比べて小さ
いので、本発明の耐熱電線の銅／ステンレス／アルミニ
ウム導体の線膨張率は、銅／アルミニウム導体よりも線
膨張係数が小さい。そのため、ヒートサイクルを受け
て、耐熱電線が膨張と収縮をを繰り返しても、陽極酸化
処理によって形成された酸化膜の亀裂発生を抑制するこ
とができる。また、銅線材とアルミニウム層の間にニッ
ケルよりも硬いステンレス層が設けられているので、加
工時に電線の不要な変形が少なく、酸化膜の亀裂発生を
抑制することができる。

【００１２】本発明の請求項２の耐熱電線は、導体表面
の酸化膜が耐熱塗料の塗布もしくは粉体の埋め込みによ
り封孔処理されているために、耐水性が向上し、絶縁破
壊電圧が上昇する。また、本発明の耐熱電線の導体は線
膨張率が小さいために、酸化膜の封孔処理に用いた耐熱
塗料や粉体の、導体の熱膨張に伴う脱離を抑制する。

【００１３】本発明の請求項３の耐熱電線は、導体表面
の酸化膜上に繊維絶縁層が形成されているために絶縁破
壊電圧がさらに上昇し、酸化膜が封孔処理されている場
合には封孔処理に用いた耐熱塗料または粉体が剥落しに
くくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の耐熱電線は、図１に示す
ように、銅もしくは銅合金線材１１上にステンレス層１
２を設け、この上にアルミニウムもしくはアルミニウム
合金層１３を設けた導体上に、陽極酸化処理により酸化
膜１４が形成された構造になっている。

【００１５】本発明における導体に用いられる銅もしく
は銅合金としては、無酸素銅、タフピッチ銅等が挙げら
れるが、特に限定されない。また、ステンレスはオース
テナイト系が挙げられるが特に限定されない。

【００１６】ステンレス層を銅線材上へ設ける際には、
例えばテープクラッド法、パイプクラッド法、押出被覆
法などの方法により行うことができる。

【００１７】また、ステンレス層の断面積が、銅線材と
ステンレス層を合わせた断面積に占める割合は１〜４５
％が好ましい。ステンレス層の断面積の占める割合がこ
の範囲であると、導電性が良好で、かつ耐熱電線の強度
も十分な耐熱電線となる。

【００１８】本発明の耐熱電線における導体において、
ステンレス層上に設けられているアルミニウムもしくは
アルミニウム合金層は、陽極酸化処理による酸化膜が形
成可能なものであればいずれでもよく限定されないが、
純度が高いもの、例えばアメリカアルミニウム協会制定
の規格番号で１０００系のものを用いると、アルミニウ
ム層表面に酸化膜が均一に形成され好ましい。

【００１９】アルミニウム層のステンレス層上への形成
方法としては、例えば、予め作製しておいたステンレス
被覆銅線に、溶融メッキ法、溶融塩電解メッキ法等、ま
たはパイプクラッド法、テープクラッド法により形成す
る方法等が挙げられる。アルミニウム層の形成は、ステ
ンレス層を銅線材上へ形成した後に行ってもよいし、ス
テンレス層の銅線材上への形成と同時に行ってもよい。

【００２０】上記のようにして得られる銅／ステンレス
／アルミニウム複合導体に、酸化膜を形成する方法とし
ては、導体を硫酸水溶液、燐酸水溶液、しゅう酸水溶液
またはクロム酸水溶液等に漬けて陽極とし、別にこの溶
液に漬けた電極を陰極とし通電することにより形成する
陽極酸化処理による方法が一般的である。溶液の種類、
電圧、電流、温度等は所望の陽極酸化皮膜の性質に応じ
て適宜選択する。

【００２１】酸化膜の膜厚は、耐電圧等の電気特性、可
撓性、生産性を考慮すると１〜５０μｍ、好ましくは、
３〜２０μｍである。膜厚が薄いと電気特性が悪く、厚
いと膜に亀裂が入りやすくなる。また、厚い膜はその生
成に時間がかかり生産性の観点から好ましくない。

【００２２】陽極酸化処理による酸化膜の種類には大き
く分けて、無孔質のバリヤー型と孔を多数有する多孔型
があるが、通常、多孔型の方が膜厚の厚いものが得られ
る。

【００２３】酸化膜が多孔型である場合には、封孔処理
を行うのが好ましい。

【００２４】封孔処理方法としては、沸騰水または過熱
蒸気で処理する方法があるが、耐熱塗料を塗り込み焼き
付ける、または粉体を埋め込む方法がより効果的であ
る。

【００２５】封孔処理に用いられる耐熱塗料としては、
ポリチタノカルボシラン、ポリシラザン、シリコーン、
ポリボロシロキサン等の無機ポリマを含む塗料、金属ア
ルコキシド等の重合性有機金属化合物のゾルを含む塗
料、、コロイダルシリカ等を含む塗料が挙げられる。上
記した耐熱塗料のうち、特に無機ポリマを含む塗料は酸
化膜との密着性が良く好ましい。

【００２６】封孔処理に用いられる粉体としては、シリ
カ粉末、アルミナ粉末、ガラス粉末等の無機粉末などが
挙げられる。

【００２７】図２に本発明の他の耐熱電線を示す。この
耐熱電線は、導体表面に形成されている酸化膜２４上
に、無機繊維を主体とする繊維絶縁層２５が設けられて
いる構造となっている。無機繊維としては、ガラス繊維
やセラミックス繊維等の耐熱性がある繊維が挙げられ
る。繊維絶縁層は、前記酸化膜上に、無機繊維を巻回も
しくは編組する、または、無機繊維から構成されたテー
プを巻回することによって形成される。繊維絶縁層に用
いられるセラミックス繊維としては、シリカアルミナ繊
維が挙げられる。シリカアルミナ繊維は高アルミナにな
るほど耐熱性は増すものの折れやすくなり、加工性が低
下するので、耐熱電線の用途に応じて適宜選択する。一
般的にはガラス繊維を用いるのが経済的である。

【００２８】また、繊維絶縁層が、耐熱塗料を含浸させ
た無機繊維、あるいは、無機繊維上に耐熱塗料が塗布さ
れたものであると、繊維のほつれが防止されるととも
に、耐熱電線の電気絶縁特性が向上する。ここで用いら
れる耐熱塗料としては、上記した封孔処理に用いられる
塗料と同様のものが挙げられる。この耐熱塗料に、シリ
カ粉末、酸化チタン粉末、アルミナ粉末等の耐熱顔料や
合成マイカ、天然マイカ等のマイカ粉末などを添加して
用いてもよい。この耐熱塗料を焼き付けにより施す場合
は、酸化膜上に繊維絶縁層を設けた後に耐熱塗料を含浸
あるいは塗布し、焼き付けることによってもよいし、耐
熱塗料を予め含浸させた無機繊維で酸化膜上に繊維絶縁
層を形成した後、その耐熱塗料を焼き付けることによっ
てもよい。

【００２９】耐熱電線の最外層には、有機ポリマや無機
ポリマを主体とする保護層を設けるのが好ましく、耐熱
電線の加工性を考慮して、表面滑り性のよい保護層が選
択される。このような表面滑り性のよい保護層として
は、巻線の絶縁ワニスに通常使用される有機ポリマを使
用することができ、例えばポリイミド、ポリアミドイミ
ド、ポリエステルが挙げられる。この保護層は、耐熱電
線の加工あるいは配線をした後、実際の使用あるいは強
制的処理による高温により分解、消失してもかまわない
ので有機ポリマでもよい。無機ポリマとしては、例えば
シリコーン等が挙げられる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。実施例１クラッド法によって無酸素銅線材上にＳＵＳ３０４ステ
ンレス材を被覆して得られたステンレス被覆銅線（ステ
ンレス層の断面積が、銅線材とステンレス層を合わせた
断面積に占める割合は約２０％）上に溶融メッキ法によ
りアルミニウム純度９９．９％以上のアルミニウム材を
被覆し、銅／ステンレス／アルミニウム複合導体（銅直
径９００μｍ、ステンレス層厚約５０μｍ、アルミニウ
ム層厚２０μｍ）を得た。得られた複合導体のステンレ
ス層とアルミニウム層の間にはＦｅ−Ａｌ合金層が形成
されていた。ついで得られた複合導体に表面研磨、アル
カリ脱脂処理を施した後、水洗し、クロム酸水溶液中
で、電流密度２Ａ／ｄｍ²にて陽極酸化処理して複合導
体上に膜厚約６μｍの酸化膜を形成し、実施例１の耐熱
電線を得た。

【００３１】比較例１直径１ｍｍのアルミニウム純度９９．９％以上のアルミ
ニウム線を導体とし、導体上に実施例１と同様にして陽
極酸化処理して膜厚６μｍの酸化膜を形成し、比較例１
の耐熱電線を得た。

【００３２】比較例２無酸素銅線材上に溶融メッキ法によりアルミニウム材を
被覆して、直径１．０ｍｍ、アルミニウム層厚約２０μ
ｍの銅／アルミニウム導体を得た。得られた銅／アルミ
ニウム導体上に実施例１と同様に陽極酸化処理して膜厚
６μｍの酸化膜を形成し、比較例２の耐熱電線を得た。

【００３３】比較例３ニッケルクラッド銅線材上に溶融メッキ法によりアルミ
ニウム材を被覆して、直径１．０ｍｍ、ニッケル層厚約
８μｍ、アルミニウム層厚約２０μｍの銅／ニッケル複
合導体とし、導体上に実施例１と同様にして陽極酸化処
理して膜厚６μｍの酸化膜を形成し、比較例３の耐熱電
線を得た。

【００３４】評価・測定実施例１および比較例１〜３の耐熱電線について、以下
の項目で測定・評価を行った。結果を表１に示す。線膨張係数：耐熱電線の導体の、２５℃〜５００℃の平
均線膨張係数。導電率：５００℃×２７０時間加熱の前後に室温にて測
定した。クラックの有無：５００℃×２時間の加熱、冷却を１０
回繰り返した後、酸化膜を観察し、クラックの発生がな
いものを◎、クラックが多少発生したものを○、クラッ
クの発生が著しいものを×とした。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１より、実施例１の耐熱電線は、加熱前
後で導電率の変動が小さく、また導体の線膨張係数が小
さく、酸化膜にクラックが発生していない。それに対し
て、比較例１の耐熱電線は、導電率が加熱前後で変化し
ないものの、電線の加熱を繰り返すと酸化膜上にクラッ
クが発生した。また、比較例２、３の耐熱電線は、導体
が銅線材とアルミニウム層との間にステンレス層が設け
られていないために、加熱前の導電率は高いが、加熱す
ると導電率が著しく低下した。

【００３７】実施例２実施例１の耐熱電線上に耐熱塗料Ａ（ポリチタノカルボ
シラン系塗料、宇部興産株式会社製、製品名チラノコー
ト）を塗布した後、焼き付けて封孔処理を行い、実施例
２の耐熱電線を得た。

【００３８】実施例３実施例１の耐熱電線を沸騰水に２０分間浸漬し、封孔処
理を行い実施例３の耐熱電線を得た。

【００３９】実施例４実施例１の耐熱電線上にさらに耐熱塗料Ｂ（シリコーン
系耐熱塗料、日本特殊塗料株式会社製、製品名シリカロ
ン）を塗布焼き付けして封孔処理を行い、実施例４の耐
熱電線を得た。

【００４０】実施例５実施例２の耐熱電線の上にガラス繊維（旭ファイバーグ
ラス株式会社製）を巻回し、さらにその上に耐熱塗料Ａ
を塗布焼き付けして実施例５の耐熱電線を得た。

【００４１】測定・評価実施例１〜５の耐熱電線について、以下の項目で測定・
評価を行った。結果を表２に示す。絶縁破壊電圧：ＪＩＳＣ３００３の金属箔法に準ず
る。ピンホールの有無：ＪＩＳＣ３００３に準ずる。た
だし、径３ｃｍの表面滑らかな丸棒に耐熱電線をらせん
巻き状に１０回巻き付けたものを試験片とした。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２から明らかなように、実施例２および
４の耐熱電線は、酸化膜上が耐熱塗料によって封孔処理
されているので、特に絶縁破壊電圧が大きい。さらに、
実施例５の耐熱電線は、封孔処理がされた酸化膜上に、
耐熱ガラス繊維からなる繊維絶縁層が形成されているの
で、絶縁破壊電圧が一層増大している。

【００４４】

【発明の効果】本発明の耐熱電線は、高温雰囲気下で長
期にわたって使用しても良好な電気伝導性を維持するこ
とができる。また、本発明の耐熱電線は、従来のアルマ
イト電線と比較すると、導体は線膨張係数が小さいた
め、酸化膜に発生する亀裂が格段に少ない。また、請求
項２の耐熱電線は、上記の効果に加え、電気絶縁特性が
優れた電線となっている。さらに、請求項３の耐熱電線
は、酸化膜上に繊維絶縁層が設けられているので、電気
絶縁特性が一層優れ、酸化膜が封孔処理されている場合
には電気絶縁特性がさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の別の１実施例を示す断面図である。

【図３】従来のアルマイト電線の断面図である。

【図４】従来の耐熱電線の断面図である。

【符号の説明】

１１、２１、４１銅線材１２、２２ステンレス層１３、２３、４２アルミニウム層１４、２４、３２、４３酸化膜２５繊維絶縁層３１アルミニウム導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅若しくは銅合金線材上にステンレス層
を設け、さらにその上にアルミニウムもしくはアルミニ
ウム合金層を設けてなる導体表面に陽極酸化処理により
酸化膜が形成されていることを特徴とする耐熱電線。
【請求項２】前記酸化膜が耐熱塗料の塗布もしくは粉
体の埋め込みにより封孔処理されていることを特徴とす
る請求項１に記載の耐熱電線。
【請求項３】前記酸化膜上に、無機繊維を主体とする
繊維絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１
または２に記載の耐熱電線。