JPH08264028A - 絶縁被覆電気導体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁性無機化合物層の剥離を少なくし、耐熱
性および絶縁性を向上させた絶縁電線を提供する。 【構成】 ＮｉまたはＮｉ合金を少なくとも外表面に有
する導体コア（１、１１、２１、３１）と、導体の外表
面を酸化処理して形成されるＮｉまたはＮｉ合金の酸化
物層（２、１２、２２、３２）と、ＮｉまたはＮｉ合金
の酸化物層の上に形成される絶縁性無機化合物層（３、
１３、２３、３３）とを備える、無機絶縁被覆電気導体
電線。外方の絶縁無機層は、酸化物層と非常によく密着
し、優れた耐熱性および絶縁性をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】この発明は、無機材料から作られた絶縁
被膜を有する電気伝導線に関する。このような電線は、
たとえば絶縁被覆リード線のようなものであり、高温動
作条件において用いられる。

【０００２】

【背景技術】電線または熱電対のための部材といった絶
縁被覆導体は、一般的に、高温動作下における安全動作
を必要とする加熱設備または火災報知器装置などの設備
に使用される。このような絶縁被覆電線はまた、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は一般的に、導体にポリイミドやフ
ッ素樹脂などの耐熱性有機樹脂が被覆された絶縁電線が
使用されている。

【０００３】このような樹脂被覆の電線の耐熱性は、高
々３００℃である。しかし、たとえば高真空機器内で用
いられる電線には、ベーキング処理等の加熱に耐え得る
耐熱性が要求され、高真空度を達成し維持するために、
吸収したガスや水分の放出が少なく、熱分解によるガス
放出が少ないことが必要である。有機絶縁材料で被覆さ
れた従来の電線では、このような耐熱性および非ガス放
出性の要求を満足することができない。

【０００４】絶縁電線が、高い耐熱性を要求される場合
にまたは高い真空度を要求する環境下で用いられるとき
には、有機物被覆だけでは、十分な耐熱性も要求される
非ガス放出性も達成することができない。したがってそ
の場合、セラミックスの絶縁管に導体が通された形式の
絶縁電線および酸化マグネシウムなどの金属酸化物微粒
子が詰められた、ステンレス合金などからなる耐熱合金
製の管に導体が通された形式のＭＩ（ミネラル絶縁）ケ
ーブルなどが、一般に使用される。

【０００５】他方、ガラス繊維織物のような絶縁部材を
用いるガラス編組絶縁電線が、絶縁され、耐熱性、可撓
性を有する電線として知られている。

【０００６】さらに、有機材料で被覆した電線が検討さ
れた。結果としていくつかの電線が提案されているが、
その１つは、アルミニウム（Ａｌ）導体をアルマイト加
工し、電線の外表面にＡｌ酸化物層を形成することによ
り得られ、別の電線は、様々な金属酸化物を互いに混合
して調製されたフリットを混合し、そのようにして得ら
れた混合物を溶融および微粉砕し、スリップを形成し、
このスリップを金属導体に塗布し、これを加熱および溶
融して電線表面に均質な複合金属酸化物層または被膜を
形成することにより得られる。

【０００７】しかし、この技術は融点の低いアルミニウ
ム導体にしか応用できないので、酸化アルミニウム層を
有する電線は耐熱性電線として使用するには適さず、そ
のようにして形成された被膜は多孔質であるので、その
電線は防湿性に劣り、絶縁破壊電圧が低い。

【０００８】他方、複合金属酸化物被膜を有する電線
は、耐熱性に優れた銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）
の金属導体に応用できる。しかし実際、この技術は融点
がＣｕおよびＮｉの融点よりも約３００から４００℃低
い複合金属酸化物にしか応用できない。なぜならば、複
合金属酸化物層は、溶融プロセスにより形成され、耐熱
温度が前述のレベルよりも低く制限されるからである。
さらに、そのような電線は、被膜の厚みを減ずるのが困
難であって、可撓性に劣る。

【０００９】他方ＭＩケーブルの場合は、全体の径は導
体径に比べ大きくなり、占積率が悪くなる。したがっ
て、大きな電流を流すことがでない。

【００１０】ガラス編組絶縁電線の場合には、さらに、
微小なガラス粉を発生したり、編み目がずれて導体が露
出してしまうという問題がある。

【００１１】

【発明の概要】この発明の目的は、耐熱性および絶縁性
に優れた電気導体線のような無機絶縁被膜部材を提供す
ることである。

【００１２】この発明に従う無機絶縁被膜部材または電
気導体線は、ＮｉまたはＮｉ合金の導体と、導体の外表
面上のＮｉまたはＮｉ合金の酸化物の酸化物層とを含
み、前記酸化物層は酸素を含む気相中で導体を酸化させ
ることにより得られ、アルミニウム（Ａｌ）および／ま
たはシリコン（Ｓｉ）の酸化物層は、ＮｉまたはＮｉ合
金の酸化物層の外表面に設けられる。

【００１３】この発明に従えば、Ａｌおよび／またはＳ
ｉの酸化物層は、Ａｌおよび／またはＳｉのアルコキシ
ドを溶媒中で加水分解および縮重合して得られた溶液を
塗布し、それを乾燥し、ゲル化を生じさせ、その後そう
して得られたゲルを加熱することにより得られる酸化物
層である。

【００１４】さらにこの発明に従えば、Ａｌおよび／ま
たはＳｉの酸化物層の融点は、ＮｉまたはＮｉ合金の融
点を上回る。

【００１５】この発明に従う無機絶縁被膜部材は、たと
えば有機絶縁材料を用いることができない高温度におい
て耐熱性電線または不燃性電線に応用または使用され
る。しかし、この発明はそういった電線に制限されるも
のではなく、熱電対のような別の部材にも応用できる。

【００１６】この発明の前述およびその他の目的、特
徴、局面および利点は、添付の図面と関連づけてこの発
明の以下の詳細な説明を参照することにより明らかにな
るであろう。

【００１７】

【好ましい実施例の説明】図１は、コア導体の周りに形
成されたＮｉ酸化物層２で被覆されたＮｉコア導体１を
示す。Ａｌ酸化物層３がＮｉ酸化物層２の周りに形成さ
れる。これらの酸化物層の形成は、後でより詳細に述べ
られる。

【００１８】図２は、Ｎｉ合金導体１１の周りに形成さ
れたＮｉ合金酸化物層１２で最初に被覆されたニッケル
合金導体１１を示す。Ｓｉ酸化物層１３が、Ｎｉ合金酸
化物層１２の周りに形成される。

【００１９】図３において、ニッケルＮｉコア導体２１
は最初に、Ｎｉコア導体２１の周りに形成されるＮｉ酸
化物層２２で被覆される。Ｓｉ酸化物層２３がＮｉ酸化
物層２２の周りに形成される。次に、Ａｌ酸化物層また
はＳｉ酸化物層２４がＳｉ酸化物層２３の周りに形成さ
れる。

【００２０】図４においては、ニッケル合金コア導体３
１は最初に、Ｎｉ合金コア導体３１の周りに形成される
Ｎｉ合金酸化物層３２で被覆される。次に、Ａｌ−Ｓｉ
複合酸化物層３３がＮｉ合金酸化物層３２の周りに形成
される。

【００２１】この発明に従えば、ＮｉまたはＮｉ合金の
第１の酸化物層は、ＮｉまたはＮｉ合金の導体の外表面
上に、酸素を含む気相中で導体を酸化することにより、
最初に形成される。次に、Ａｌおよび／またはＳｉの第
２の酸化物層が、第１の酸化物層の上に形成される。

【００２２】ＮｉまたはＮｉ合金は、ＡｌまたはＳｉの
金属酸化物に対する親和性に劣る不活性金属である。Ｎ
ｉまたはＮｉ合金の表面がそのようなＡｌまたはＳｉ酸
化物で直接被覆されれば、密着力が非常に乏しくなり、
被膜はすぐにＮｉまたはＮｉ合金から剥離する。この問
題を解決するために、この発明は、最初に酸素を含む気
相中でＮｉまたはＮｉ合金のコア導体を酸化し、Ｎｉま
たはＮｉ合金の酸化物層を形成することを教示する。こ
のようにして形成されたニッケル酸化物層またはＮｉ合
金酸化物層は、ＮｉまたはＮｉ合金の表面に非常に強く
密着する。この強い結合性は、ニッケル酸化物またはニ
ッケル合金酸化物が、ニッケルまたはニッケル合金に対
する親和性に非常に優れるという事実のためである。さ
らに、ニッケルまたはニッケル合金の酸化物は、酸化ア
ルミニウムまたは酸化シリコンに対する親和性が強く、
したがってＡｌまたはＳｉの酸化物の外層および導体コ
アに強く結合する。したがってこの発明に従えば、Ａｌ
および／またはＳｉの酸化物層は、実際のすべての目的
において中間酸化物層から剥離することがなく、たとえ
ばコア導体を形成する電線に無機絶縁被膜が付与される
場合には優れた可撓性が得られる。

【００２３】この発明に従えば、Ａｌおよび／またはＳ
ｉの酸化物層は、Ａｌおよび／またはＳｉのアルコキシ
ドを溶媒中で加水分解および縮重合することにより調製
される溶液を塗布し、乾燥してゲル化を生じ、その後そ
のようにして得られたゲルを加熱することにより得られ
る。

【００２４】前記の態様で形成されるＡｌおよび／また
はＳｉの酸化物層の融点は、ＮｉまたはＮｉ合金の融点
を上回る。さらに、Ａｌおよび／またはＳｉの酸化物層
は、溶融プロセスなしに形成される。

【００２５】したがって、無機絶縁被膜を有するこの発
明の導体またはその他の部材が動作中にさらされる限界
温度は、酸化物層の融点に制限を受けない。むしろ、こ
の絶縁被覆部材は、ＮｉコアまたはＮｉ合金コアの融点
のみにより制限を受ける温度まで加熱できる。

【００２６】さらに、前記態様で形成される酸化物層に
は、緻密性に優れ、表面が平滑で、たとえば蒸気のよう
なガスの吸着量が少ないといった特徴がある。さらに
は、この部材は、絶縁性に優れ、防湿性が高い。

【００２７】好ましい実施例は、以下のように酸化され
た２つの導体Ｃ１およびＣ２として実現された。

【００２８】（Ｃ１）重量で少なくとも９９．９％がＮ
ｉで残りが不可避不純物である線径０．５ｍｍのＮｉ線
を大気中９５０℃で１０分間加熱し、電線の表面上にニ
ッケル酸化物層を形成した。

【００２９】（Ｃ２）重量で１５％のＣｒを含む線径
０．５ｍｍのＮｉ合金線を大気中８５０℃で３０分間加
熱し、電線の表面上にＮｉ合金の酸化物層を形成した。

【００３０】以下のコーティング溶液Ｌ１、Ｌ２および
Ｌ３は次のように調製された。 （Ｌ１）溶液Ｌ１は、分子比１：２：１：１６でトリブ
トキシアルミニウム、トリエタノールアミン、水および
イソプロピルアルコールを混合することにより得られ
た。混合物は、攪拌しつつ、５０℃で１時間加水分解お
よび縮重合された。

【００３１】（Ｌ２）溶液Ｌ２は、分子比２：８：１５
でトリブチルオルトシリケート、水、およびイソプロピ
ルアルコールを混合することにより調製された混合溶液
に硝酸をテトラブチルオルトシリケートに関して３／１
００の分子比で添加することにより得られた。その混合
物は、攪拌しつつ８０℃で２時間加水分解および縮重合
された。

【００３２】（Ｌ３）溶液Ｌ３は、質量比８０：２０で
溶液Ｌ１とＬ２とを混合することにより得られた。

【００３３】実施例１ 酸化されたニッケル導体Ｃ１はコーティング溶液Ｌ１が
塗布され、５００℃で１０分間加熱された。塗布および
加熱は１０回繰返され、第１のニッケル酸化物層の上に
厚み４μｍのＡｌ酸化物層を形成した。

【００３４】実施例２ 酸化されたニッケル合金導体Ｃ２はコーティング溶液Ｌ
２が塗布され、５００℃で１０分間加熱された。塗布お
よび加熱は１０回繰返され、第１のニッケル合金酸化物
層の上に厚み５μｍのＳｉ酸化物層を形成した。

【００３５】実施例３ 酸化されたニッケル導体Ｃ１はコーティング溶液Ｌ２が
塗布され、５００℃で１０分間加熱された。

【００３６】塗布および加熱は５回繰返され、厚み２．
５μｍのＳｉ酸化物層を形成した。次に、コーティング
溶液Ｌ１を用いて、さらなる塗布が第１に形成されたＳ
ｉ酸化物層の上に施された。このサンプルは再び５００
℃で１０分間加熱された。塗布および加熱は５回繰返さ
れ、第１に形成された厚み２．５μｍのＳｉ酸化物層の
上に厚み２μｍのＡｌ酸化物層を形成した。

【００３７】実施例４ 酸化された導体Ｃ２はコーティング溶液Ｌ３が塗布さ
れ、５００℃で１０分間加熱された。塗布および加熱は
１０回繰返され、厚み６μｍのＡｌ−Ｓｉ複合酸化物層
を形成した。

【００３８】比較例１ アルミニウム電線が硝酸のバス中でアルマイト加工さ
れ、アルミニウム表面の上に厚み１０μｍのＡｌ酸化物
層を形成した。

【００３９】比較例２ 酸化された導体Ｃ２は、市場で入手可能なフリット（東
芝ガラス株式会社により販売されているＢａ、Ｃａ、Ｔ
ｉおよびＳｉの複合酸化物：ＧＳＰ２２０Ａ５５２）を
水と混合することにより調製されたスリップが塗布され
た。スリップが塗布された電線は、９００℃に加熱さ
れ、溶融状態で厚み１００μｍの均質な金属複合酸化物
層を形成した。

【００４０】すべての塗布動作は、たとえば、電線をそ
れぞれのコーティング溶液に浸漬することにより行なわ
れた。

【００４１】

【表１】

【００４２】上記の表は、この発明の実施例１から４お
よび２つの比較例の電線の絶縁破壊電圧および可撓性を
示す。可撓性は、所定の直径Ｄを有した円柱に電線を巻
付け、絶縁性無機化合物被膜または層が導体コアから剥
離しない最小の直径を測定することにより、その直径比
で評価した。直径Ｄは０．５ｍｍであった。

【００４３】上記の表は、この発明に従う実施例１から
４が、第１の比較例よりも絶縁破壊電圧が高く、可撓性
においては２つの比較例よりも優れていることを示す。
しかし、第２の比較例は、絶縁破壊電圧は非常に高い
が、その代わりに非常に剛性が大きい。

【００４４】上に述べたように、この発明に従う導体電
線上の無機絶縁被膜は、導体コアとよく密着し、耐熱性
および絶縁性に優れた無機絶縁化合物層を形成する。

【００４５】この発明について詳細に述べられ図示され
てきたが、上記は例示のみであり、制限と理解されるも
のではなく、この発明の精神および範囲は、前掲の特許
請求の範囲によってのみ制限を受けるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う第１の実施例をニッケル導体コ
アおよび２つの酸化物層で示す断面図である。

【図２】この発明に従う第２の実施例をニッケル合金コ
ア導体および２つの酸化物層で示す断面図である。

【図３】この発明に従う第３の実施例をニッケルコア導
体および３つの酸化物層で示す断面図である。

【図４】この発明に従う第４の実施例をニッケル合金コ
ア導体および２つの酸化物層で示す断面図である。

【符号の説明】

１，２１ Ｎｉコア導体 ２，２２ Ｎｉ酸化物層 ３ Ａｌ酸化物層 １１，３１ Ｎｉ合金コア導体 １２，３２ Ｎｉ合金酸化物層 １３，２３ Ｓｉ酸化物層 ２４ ＡｌまたはＳｉの酸化物層 ３３ Ａｌ−Ｓｉ複合酸化物層

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁被覆電気導体であって、Ｎｉおよび
   Ｎｉ合金からなる群から選択されたコア材料を含むコア
   導体（１、１１、２１、３１）と、前記コア導体（１、
   １１、２１、３１）を酸素を含む気相中で酸化すること
   により前記コア導体の外表面上に形成された前記コア材
   料の酸化物を含む第１の酸化物層（２、１２、２２、３
   ２）と、前記第１の酸化物層の外表面に結合された第２
   の酸化物層（３、１３、２３、３３）とを含み、前記第
   ２の酸化物層は、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、およびその
   組合せからなる群から選択された無機絶縁材料を本質的
   に含む、絶縁被覆電気導体。
2. 【請求項２】 前記第２の酸化物層（３、１３、２３、
   ３３）は前記コア材料（１、１１、２１、３１）よりも
   溶融温度が高い、請求項１に記載の絶縁被覆電気導体。
3. 【請求項３】 前記第２の酸化物層（２３）の外表面上
   に第３の酸化物層（２４）をさらに含み、前記第３の酸
   化物層（２４）はＡｌ酸化物およびＳｉ酸化物からなる
   群より選択された第３の酸化物材料を含む、請求項１に
   記載の絶縁被覆電気導体。
4. 【請求項４】 前記第３の酸化物層（２４）は前記第２
   の酸化物層（２３）と異なる材料を含む、請求項３に記
   載の絶縁被覆電気導体。
5. 【請求項５】 前記第３の酸化物層（２４）はＡｌ酸化
   物を含み、前記第２の酸化物層（２３）はＳｉ酸化物を
   含む、請求項４に記載の絶縁被覆電気導体。
6. 【請求項６】 前記コア導体（１、１１、２１、３１）
   は、Ｎｉおよび微量の不可避不純物を含む、請求項１に
   記載の絶縁被覆電気導体。
7. 【請求項７】 前記コア導体（１、１１、２１、３１）
   はＮｉおよびＣｒを含む、請求項１に記載の絶縁被覆電
   気導体。
8. 【請求項８】 前記コア導体（１、１１、２１、３１）
   は約８５％のＮｉおよび約１５％のＣｒを本質的に含
   む、請求項７に記載の絶縁被覆電気導体。
9. 【請求項９】 絶縁被覆電気導体を製造する方法であっ
   て、 （ａ）ＮｉおよびＮｉ合金からなる群より選択されたコ
   ア材料からなるコア導体（１、１１、２１、３１）を準
   備するステップと、 （ｂ）前記コア導体（１、１１、２１、３１）を酸素を
   含む気相中で酸化することにより前記コア導体の外表面
   上に第１の酸化物層（２、１２、２２、３２）を形成す
   るステップと、 （ｃ）Ａｌ、Ｓｉ、およびその組合せからなる群から選
   択された部材のアルコキシドを、溶媒中で加水分解およ
   び縮重合することによりコーティング溶液を調製するス
   テップと、 （ｄ）前記第１の酸化物層（２、１２、２、３２）の上
   に前記コーティング溶液を塗布するステップと、 （ｅ）前記コーティング溶液をゲル化のために乾燥する
   ステップと、 （ｆ）前記第１の酸化物層（２、１２、２２、３２）の
   上に塗布された前記コーティング溶液を加熱し、前記第
   １の酸化物層の上に第２の酸化物層（３、１３、２３、
   ３３）を形成するステップとを含む、絶縁被覆電気導体
   を製造する方法。
10. 【請求項１０】 前記ステップ（ｄ）から（ｆ）を複数
    回繰返すステップをさらに含み、前記コーティング溶液
    の連続する塗膜が順次重ねられて、前記第２の酸化物層
    （３、１３、２３、３３）を形成する、請求項９に記載
    の方法。
11. 【請求項１１】 前記ステップ（ｆ）は溶融プロセスを
    含まない、請求項９に記載の方法。
12. 【請求項１２】 Ａｌ、Ｓｉ、およびその組合せからな
    る前記群より選択された第２の部材のアルコキシドを溶
    媒中で加水分解および縮重合することにより第２のコー
    ティング溶液を調製し、前記第２のコーティング溶液を
    前記第２の酸化物層（２３）の上に塗布し、前記第２の
    コーティング溶液を加熱し、前記第２の酸化物層（２
    ３）の上に第３の酸化物層（２４）を形成するステップ
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記コーティング溶液は、トリブトキ
    シアルミニウム、トリエタノールアミン、水およびイソ
    プロピルアルコールの混合物を形成し、前記混合物を加
    水分解および縮重合することにより調製される、請求項
    ９に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記トリブトキシアルミニウム、トリ
    エタノールアミン、水、およびイソプロピルアルコール
    のそれぞれの分子比は、１：２：１：１６であり、前記
    加水分解および縮重合は、前記混合物を攪拌しつつ５０
    ℃で１時間行なわれる、請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記コーティング溶液は、トリブチル
    オルトシリケート、水、およびイソプロピルアルコール
    の混合物を形成し、前記混合物に硝酸を添加し、添加さ
    れた前記硝酸とともに前記混合物を加水分解および縮重
    合することにより調製される、請求項９に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記トリブチルオルトシリケート、
    水、およびイソプロピルアルコールのそれぞれの分子比
    は、２：８：１５であり、前記硝酸はテトラブチルオル
    トシリケートに関し３／１００モルの割合で添加され、
    前記加水分解および縮重合は前記混合物を攪拌しつつ８
    ０℃で２時間行なわれる、請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記加熱ステップは約５００℃で行な
    われる、請求項９に記載の方法。