KR940001884B1 - 절연 전선 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

절연 전선

[도면의 간단한 설명]

제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 절연 전선의 단면도를 실시예 1과 3, 2와 4의 각각에 대응해서 도시한 단면도이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 절연 전선, 특히 고 진공기기나 고온 사용기기 등의 고 진공의 환경하, 또는 고온도의 환경하에서 사용되는 배선용 전선이나 권선용 전선등의 절연 전선에 관한 것이다.

절연 전선은 가열 설비나 화재 경보기등의 고온하에 있어서 안정성이 요구되는 설비에 사용되는 일이 있다. 또한, 절연 전선은 자동차내의 고온도로 가열되는 환경하에 있어서도 사용된다. 이와 같은 절연 전선으로서는 종래부터 도체에 포리이미드나 불소계 수지등의 내열성 유기 수지가 피복된 절연 전선이 사용되고 있다.

높은 내열성이 요구되는 용도나, 높은 진공도가 요구되는 환경하에서 사용되는 경우에, 유기물 피복만으로는 내열성이나 가스 방출성 등의 점에서 불충분하다. 여기에서, 세라믹스제의 초자관에 도체가 통과된 형식의 절연 전선이나, 산화 마그네슘등의 금속 산화물 미립자가 채워진, 스텐레스합금등으로 된 내열 합금제의 관에 도체가 통해진 형식의 MI 케이블(Mineral Insulated Cable) 등이 그와 같은 용도로 사용되어 왔다.

또한, 내열성과 함께 가소성이 요구되는 절연 전선으로서는 유리 섬유가 방직된 것을 절연 부재로서 사용하는 유리 편조 절연 전선등을 들 수 있다.

상술한 바와같은 내열성을 갖는 유기 수지가 피복된 절연 전선에 있어서, 절연성이 보존되는 최고 온도는 기껏해야 200℃ 정도다, 그로 인하여, 200℃ 이상의 높은 온도하에 있어서 절연성이 유지되어야 하는 용도에는, 이와 같은 유기물 절연 피복 전선을 사용할 수가 없었다.

또한, 세라믹스제의 초자관을 사용해서 내열성이 높여진 절연 전선은 가소성이 결핍하는 등의 결점을 갖는다. MI 케이블은 내열성의 합금관과 도체에 의해 구성되기 때문에, 도체의 반경에 대해서 케이블로서의 외경이 커진다. 그로 인하여, MI 케이블은 내열성의 합금관내로 통과되는 도체가 허용하는 전력량에 대해서 상대적으로 큰 단면을 갖는 케이블로 된다. 또한, MI 케이블을 보빈등에 코일 형상으로 감기는 권선용 전선으로서 사용하기 위해서는, 내열 합금제의 관을 소정의 곡률로 휠 필요가 있다. 이때, 내열 합금제의 관에 제공되는 만곡 가공은 어려움을 수반한다. 또한, MI 케이블을 코일 형상으로 감는 경우, 도체에 비해서 그 외층의 관이 굵으므로 권선 밀도를 향상시키는 일은 어렵다.

또한, 내열성이 구비된 유리 편조 절연 전선을 사용하는 경우 용도에 따라서 소정의 형상으로 가공할 때, 편조의 코가 흐트러져 절연 파괴를 일으키는 원인이 된다. 또한, 유리 섬유에서 유리의 분진이 발생하는 문제가 있다. 이 유리 분진은 가스의 흡착원으로 될 수 있다. 그로 인하여, 높은 진공도가 요구되는 환경 아래서 유리 편조 절연 전선을 사용하면, 유리 분진에 의해 제공되는 가스 흡착원 때문에, 높은 진공도를 유지하는 일은 불가능 했었다.

[발명의 개시]

그러므로, 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해서 행해진 것으로, 다음 사항을 구비한 절연 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(a) 고온도의 환경하에 있어서 높은 절연성을 가질 것.

(b) 가소성이 뛰어날 것.

(c) 가스 흡착원을 구비하지 아니할 것.

본 발명의 한 국면에 따른 절연 전선은 기재와, 양극 산화층과, 산화물 절연층을 구비하고 있다. 기재는 도체를 포함하고, 최소한 그 겉표면에 알루미늄층 및 알루미늄 합금층중 어느 것의 표면층을 갖는다. 양극 산화층은 그 표면층에 형성되어 있고, 산화물 절연층은, 양극 산화층 위에 졸-겔 법에 의해 형성되어 있다.

기재를 복합 도체로 하는 경우, 기재의 심재는 구리 및 구리 합금의 어느 편을 포함하는 등이 예시된다.

이때, 기재는 파이프 감합법에 의해 제작되는 것이 바람직하다. 산화물 절연층은 산화 규소 및 산화 알루미늄의 최소한 어는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 국면에 따른 절연 전선은 기재와, 양극 산화층과, 산화물 절연을 구비하고 있다. 기재는 도체를 포함하며, 최소한 그 외표면에 알루미늄층 및 알루미늄 합금층중 어느 것의 표면층을 갖는다. 양극 산화층은 그 표면층에 형성되어 있다. 산화물 절연층은 양극 산화층 위에 유기산염 열 분해법에 의해 형성되어 있다.

기재의 심재는 구리 및 구리 합금의 어느 것을 포함하는 것도 좋다. 이때, 기재는 파이프 감합법에 의해 제작되는 것이 바람직하다. 산화물 절연층은 산화 규소 및 산화 알루미늄의 최소한 어느 것을 포함하는 것이 바람직하다.

요컨대, 본 발명의 산화물 절연층은 양극 산화층 위에 세라믹스 선구체를 포함하는 용액을 도포한후, 그 세라믹스 선추체를 완전히 세라믹스화시켜 형성된 층이다. 여기에서, 세라믹스 선구체를 포함하는 용액이란, 금속 알루코키시드 등의 가수 분해가 가능한 유기기를 갖는 화합물의 가수 분해 반응 및 탈수 축합 반응에 의해 생성된, 알루코키시드기, 히드록시기, 메타로키산 결합을 갖는 금속 유기 화합물 고분자로 형성되는 용액이며, 용매인 알콜등의 유기 용매, 또는 원료의 금속 알루코키시드, 및 가수 분해 반응에 필요한 소량의 물과 촉매가 포함되어 있다. 또는 금속 유기 화합물(Metal-organic Compounds)을 적당한 유기용매에 혼합 용해한 용액을 말한다. 또한 여기에서 말하는 금속 유기 화합물이란 각 나라에서 각종의 의미로 취급되고 있으나 금속 원자에 직접 결합하고 있는 원소가 모두 탄소인 것을 제외하며, 또한 본 발명에 사용되는 것은 이 금속 유기 화합물을 가열에 의해 열 분해하므로서 금속 산화물 피막을 얻는 것이기 때문에, 대기압에서 열 분해 온도가 금속 유기 화합물의 비등점보다 저온의 것에 한정된다.

본 발명의 또 다른 국면에 있어서, 알루미늄층 또는 알루미늄 합금층 위에 양극 산화막이 형성되고, 그 양극 산화막 위에 용매법인 졸-겔 법에 의해 절연성 산화물 막이 형성되어 있다. 졸-겔 법이란, 형성되어야 할 외표면에 금속 알루코키시드를 가수 분해 및 탈수 축합시킨 용액을 도포하고, 그 용액을 기재로 도포한후, 소정의 온도하에서 처리하여 산화물 절연층을 형성하는 방법이다. 졸-겔 법에 의해 형성되는 막은 세라믹스화된 산화물이다. 이 산화물은 졸-겔 법에 있어서 산소 기류중의 분위기 하에서 가열처리 되므로서 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 세라믹스화된 산화물 절열층은, 500℃ 이상의 고온하에 있어서도 뛰어난 내열 절연성을 도시한다.

본 발명의 또 다른 국면에 있어서, 알루미늄층 또는 알루미늄 합금층 위에 양극 산화막이 형성되어, 그 양극 산화막 위에 용액법인 유기산염 열 분해법에 의해 절연성 산화물 막이 형성되어 있다. 유기산염 열 분해법이란, 금속 유기산염, 즉 나프텐사, 카프린산, 스테아린산, 오크칠산 등의 금속염을 가열하여 분해 반응을 일으키므로서, 금속 산화물을 얻는 방법이다. 유기산염 열 분해법에 의해 형성되는 막은 세라믹스화된 산화물이다. 이 산화물은 유기산염 열 분해법에 있어서 산소 기류중의 분위기하에서 가열처리 되므로서 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 세라믹스화된 산화물 절연층은 500℃ 이상의 고온하에 있어서도 뛰어난 내열 절연성을 나타낸다.

양극 산화막은 알루미늄층 도는 알류미늄 합금층 위에 강력하게 밀착한다. 또한, 이 양극 산화막은 절연물로서 어느 정도의 절연성을 도시한다. 그러나, 양극 산화막은 요철 표면을 갖는다. 그로 인하여, 양극 산화막의 외표면은 큰 표면적을 갖고, 가스의 흡착원을 제공한다. 따라서, 양극 산화막만 외표면에 형성된 도체는 높은 진공도가 요구되는 환경하에서는 사용되지 않는다.

또한, 양극 산화막은 다공성을 갖고, 그 표면에서 기재까지 관통하는 구멍이 다량 존재하고 있다. 그 때문에, 막 두께에 비례한 절연성이 양극 산화막에 의해 얻어지지 않는 경우가 많다.

그러므로, 본원 발명자등은 양극 산화막의 외표면에, 졸-겔 법 또는 유기산염 열 분해법을 써서 산화물막을 형성하면, 양극 산화막의 구멍을 메꾸고, 또한 요철면을 피복한 피막층을 형성하고, 표면을 평활화 할 수 있는 것을 알았다. 이에 따라, 막 두께에 의한 높은 절연 파괴 전압을 얻을 수가 있음과 동시에, 외표면적의 감소를 도모하므로서, 가스의 흡착원을 감소시킬 수가 있다.

또한, 양극 산화막은 최소한 기재의 외표면을 구성하는 알루미늄층 또는 알루미늄 합금층과의 밀착성이 뛰어나다. 그로 인하여, 도체의 외표면에 직접 졸-겔 법 또는 유기산염 열 분해법에 의해 산화물 막을 형성하는 경우에 비해서, 산화물 막과 기재의 외표면 사이의 부착력이 향상된다. 따라서, 본 발명에 의해 제공되는 절연 전선은 내 절연성을 구비함과 동시에 양호한 가소성을 갖는다.

[발명을 실시하기 위한 최상의 형태]

[실시예 1]

(a) 양극 산화막의 형성

선의 지름이 2㎜ø인 순 알루미늄 선을 38℃의 온도로 유지된 23중량%의 묽은 황산중에 침지하였다. 그후, 알루미늄 선에 양의 전압을 부가하고, 욕적류(bath electric current) 2.5A/dm²의 조건에서 20분간 순 알루미늄 선의 외표면을 양극 산화하였다. 이와 같이하여, 순 알루미늄선의 외표면에 양극 산화막이 약 20㎛ 정도의 막 두께로 형성되었다. 얻어진 선재를 온도 500℃ 산소 기류중에서 건조하였다.

(b) 졸-겔 법에 사용되는 코팅 용액의 제조

테트라 브칠 오르트 실리케이트 : 물 : 에타놀=8 : 32 : 60의 몰비로 혼합한 용액에, 1.2N의 농질산을 테트라브칠 오르트 실리케이트에 대해, 100분의 1몰의 비율로 첨가하였다. 그후, 온도 70℃에서 2시간 동안 이 용액을 가열 각반하였다. 그에 따라, 졸-겔 법에 사용되는 코팅 용액이 합성되었다.

(c) 코팅

(a)에 의해 얻어진 선재를 (b)의 코팅 용액에 침지하였다. 이와 같이 하여 코팅 용액이 외표면에 도포된 선재에, 온도 400℃에서 10분간 가열하는 공정을 5회 실시하였다. 이 공정의 초기 단계에서는 가열 처리 표면을 전자 현미경 등으로 관찰한바, 양극 산화 처리에 의해 형성된 특징적인 요철이 많은 표면은 소실되어 있으며, 이 요철 부분에 산화물이 함침된 구조를 하고 있다. 공정을 되풀이하므로서, 함침층의 외측에 피막이 형성되어 있는 것을 확인하였다. 마지막으로, 이 선재를 온도 500℃의 산소 기류중에서 10분간 가열하였다.

이상과 같이 하여 얻어진 절연 피복 전선은 제1도에 도시되어 있다. 제1도는 본 발명에 따른 절연 전선의 횡단면을 도시하는 단면도이다. 제1도를 참조하면, 알루미늄 선(1)의 외표면 위에 양극 산화산화막(2)이 형성되어 있다. 이 양극 산화막(2) 위에는 졸-겔 법에 의해 산화물 절연층(3)이 형성되어 있다. 상기 실시예 1에 있어서는 이 산화물 절연층(3)은 산화 규소이다. 또한, 상기 실시예 1에 의하면, 양극 산화막(2)과 산화물 절연층(3)에 의해 구성되는 절연층의 막 두께는 40㎛ 정도 였다.

얻어진 절연 전선의 절연성을 평가하기 위해 절연 파괴 전압을 측정하였다. 실온하에 있어서는, 그 절연파괴 전압은 1.6KV이며, 600℃의 온도하에 있어서는 1.2KV였다. 또한, 직경 5㎝의 원통의 외주면 위에, 절연 전선을 감아도, 절연층에 균열이 발생하지 아니했다.

[실시예 2]

(a) 양극 산화막의 형성

외층이 두께 100㎛의 알루미늄(재질 : JIS호칭 1050)층에서 심재가 무산소 구리(OFC)인 선지름1㎜ø의 알루미늄/구리 크랫드선(순 구리의 도전율을 100으로 한 경우의 도전율 84%IACS)를 38℃의 온도로 유지시킨 23중량%의 묽은 황산중에 침지하였다. 그후, 알루미늄/구리 크랫드선에 양의 전압을 부가하고, 욕전류 15A/dm²의 조건으로 2분간 알루미늄층의 외표면을 양극 산화하였다. 이와 같이 하여, 알루미늄/구리 크랫드선의 표면에 양극 산화막이 10㎛ 정도의 막 두께로 형성되었다. 얻어진 선재를 온도 500℃의 산소 기류중에서 건조하였다.

(b) 졸-겔 법에 사용되는 코팅 용액의 제조

트리프토키시 알루미늄 : 트리에타놀 아민 : 물 : 에타놀=3 : 7 : 9 : 81의 몰비로 5℃ 정도의 온도하에서 혼합하였다. 그후 온도 30℃에서 1시간 동안 이 용액을 가열 각반하였다. 그것에 의해, 졸-겔 법에 사용되는 코팅 용액이 합성되었다.

(c) 코팅

실시예 1과 같은 방법을 써서 코팅 처리를 하였다.

이상과 같이 하여 얻어진 절연 피복 전선은 제2도에 도시되어 있다. 제2도는 본 발명에 따른 절연 전선의 횡단면을 도시하는 단면도이다. 제2도를 참조하면, 구리심선(10)의 외표면 위에 알루미늄층(11)을 갖는 알루미늄/구리 크랫드선을 기재로 하여 사용하였다. 이 알루미늄층(11)의 외표면 위에 양극 산화막(2)이 형성되어 있다. 이 양극 산화막(2) 위에는 졸-겔 법에 의해 산화물 절연층(3)이 형성되어 있다. 상기 실시예 (2)에 있어서는 이 산화물 절연층(3)은 산화 알루미늄이다. 또한 상기 실시예 2에 의하면, 양극 산화막(2)과 산화물 절연층(3)에 의해 구성되는 절연층의 막 두께는 50㎛ 정도였다.

얻어진 절연 전선의 절연성을 평가하기 위해 절연 파괴 전압을 측정하였다. 실온하에 있어서는 그 절연파괴 전압은 1.5KV이며, 500℃의 온도하에 있어서는 1.0KV였었다. 또한, 직경 3㎝의 원통의 외주면 위에 이 절연 전선을 감아도 절연층에 균열이 생기지 아니했다.

[실시예 3]

(a) 양극 산화막의 형성

선의 지름이 1㎜ø인 순 알루미늄 선을 35℃의 온도로 유지된 23중량%의 묽은 황산 속에 침지하였다.

그후 알루미늄선에 양의 전압을 부가하고, 욕 전류 5A/dm²의 조건으로 3분간 순 알루미늄 선의 외표면을 양극 산화하였다. 이와 같이 하여, 순 알루미늄 선의 외표면에 양극 산화막이 약 17㎛ 정도의 막 두께로 형성되었다. 얻어진 선재를 온도 400℃의 산소 기류중에서 건조하였다.

(b) 유기산염 열 분해법에 사용되는 코팅 용액의 제조 토루엔 90㎖, 피리진 10㎖, 프로피온산 6㎖의 혼합 용액에 스테아린산 실리케이트를 용해했다. 이 용액의 농도는 규소의 금속 농도가 5중량%로 되도록 조정되었다.

(c) 코팅

(a)에 의해 얻어진 선재를 (b)의 코팅 용액에 침지하였다. 이와 같이 하여 코팅 용액이 외표면에 도포된 선재의 온도 400℃에서 10분간 가열하는 공정을 10회 실시하였다. 마지막으로 이 선재를 온도 450℃의 산소기류중에서 10분간 가열하였다.

이상과 같이 하여 얻어진 절연 피복 전선이 제1도에 도시되어 있다. 제1도는 본 발명에 따른 절연 전선의 횡단면을 도시하는 단면도이다. 제1도를 참조하면, 알루미늄선(1)의 외표면 위에 양극 산화막(2)이 형성되어 있다. 이 양극 산화막(2) 위에는 유기산염 열 분해법에 의해 산화물 절연층(3)이 형성되어 있다. 상기 실시예(1)에 있어서는 이 산화물 절연층(3)은 산화 규소이다. 또한, 상기 실시예 1에 의하면, 양극 산화막(2)과 산화물 절연층(3)에 의해 구성되는 절연층의 막 두께는 25㎛ 정도였다.

얻어진 절연 전선의 절연성을 평가하기 위해 절연 파괴 전압을 측정하였다. 실온하에 있어서는 그 절연파괴 전압은 1.2KV이며, 600℃의 온도하에 있어서는 0.8KV였다. 또한, 직경 3㎝의 원통의 외주면 위에, 이 절연 전선을 감아도, 절연층에 균열이 생기지 아니했다.

[실시예 4]

(a) 양극 산화막의형성

외층이 두께 83㎛의 알루미늄(재질 : JIS호칭 1050)층에서, 심재가 무산소 구리(OFC)인 선지름 1㎜ø의 알루미늄/구리 크랫드선(순 구리의 도전율을 100으로 한 경우의 도전율 89% IACS)을 35℃의 온도로 보존된 23중량%의 묽은 황산중에 침지하였다. 그후, 알루미늄/구리 크랫드선에 양의 전압을 부가하고, 욕전류 3.5A/dm²의 조건으로 2분간 알루미늄층의 외표면을 양극 산화하였다. 이와 같이 하여, 알루미늄/구리 크랫드선의 표면에 양극 산화 피막이 15㎛ 정도의 막 두께로 형성되었다. 얻어진 선재를 온도 300℃의 산소 기류중에서 건조하였다.

(b) 유기산염 열 분해법에 사용되는 코팅 용액의 제조 옥탄산 알루미늄의 오르도-클레졸 용액을 준비하였다. 이 용액의 농도는 알루미늄의 금속 농도가 4중량%로 되도록 조정되었다.

(c) 코팅

실시예 3과 같은 방법을 써서, 코팅 처리를 하였다.

이상과 같이 하여 얻어진 절연 피복 전선은 제2도에 도시되어 있다. 제2도는, 본 발명에 따른 절연 전선의 횡단면을 도시하는 단면도이다. 제2도를 참조하면, 구리심선(10)의 외표면 위에 알루미늄층(11)을 갖는 알루미늄/구리 크랫드 선을 기재로 하여 사용하였다. 이 알루미늄층의 외표면 위에 양극 산화막(2)이 형성되어 있다. 이 양극 산화막(2) 위에는 유기산염 열 분해법에 의해 산화물 절연층(3)이 형성되어 있다. 상기 실시예 2에 있어서는 이 산화물 절연층(3)은 산화 알루미늄이다. 또한, 상기 실시예 2에 의하면, 양극 산화막 2와 산화물 절연층(3)에 의해 구성되는 절연층의 막 두께는 30㎛ 정도였다.

얻어진 절연 전선의 절연성을 평가하기 위해서는 그 절연 파괴 전압은 1.6KV이며, 400℃의 온도하에 있어서는 1.2KV였다. 또한, 직경 3㎝의 원통의 외주면 위에 이 절연 전선을 감아도, 절연층에 균열이 생기지 아니했다.

이상과 같이, 본 발명에 따르는 절연 전선은 고 진공기나 고온 사용기기 등의 고진공의 환경하, 또는 고온도의 환경하에 있어서 사용되는 배선용 전선이나 권선용 전선등에 알맞는다.

Claims (10)

1. 절연체로 에워싸인 전도성 심재를 갖는 절연 전선에 있어서, 전도성 심재와, 최소한 상기 전도성 심재의 외표면상에 있는 표면층과, 상기 표면층상에 형성된 양극 산화층(2)과, 상기 양극 산화층에 접착된 산화물 절연층(3)을 구비하며, 상기 표면층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금중 어떤 것을 포함하며, 상기 양극 산화층은 그 내부에 다수의 구멍이 형성되어 있으며, 상기 산화물 절연층은 양극 산화층의 구멍을 충전하며, 상기 산화물 절연층과 상기 양극 산화층은 공동으로 전도성 심재의 외표면상에 복합 절연 코팅을 형성하며, 상기 복합 절연 코팅은 평활한 외표면을 갖는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 심재는 구리 또는 구리 합금중 어떤 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
3. 제2항에 있어서, 상기 전도성 심재상에 있는 표면층은 파이프 감합법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
4. 제1항에 있어서, 상기 산화물 절연층은 산화 규소 또는 산화 알루미늄중 적어도 어떤 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
5. 제1항에 있어서, 상기 산화물 절연층은 졸-겔법에 의해 양극 산화층 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
6. 제1항에 있어서, 상기 산화물 절연층은 유기산염 열 분해법에 의해 양극 산화층 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
7. 제6항에 있어서, 상기 전도성 심재는 구리 또는 구리 합금중 어떤 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
8. 제7항에 있어서, 상기 전도성 심재상의 표면층은 파이프 감합법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
9. 제6항에 있어서, 상기 산화물 절연층은 산화 규소 및 산화 알루미늄중 적어도 어떤 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
10. 제1항에 있어서, 상기 산화물 절연층은 상기 양극 산화층 위에 세라믹스 선구체를 포함하는 용액을 도포한후, 상기 세라믹스 선구체를 세라믹스화시키므로서 형성되는 것을 특징으로 하는 절연 전선.