(57)【要約】【課題】  耐熱の高いガラス系絶縁材料で被覆された絶縁被覆導体であって、該絶縁被覆と導体との密着性に優れる耐熱絶縁被覆導体、及びその製造方法を提供する。【解決手段】  導体とその表面を被覆するガラス層を有する耐熱絶縁被覆導体であって、前記導体とガラス層間に、無機微粒子を介在させていることを特徴とする耐熱絶縁被覆導体、及び導体の表面に、無機微粒子を付置した後、該表面上にガラス層を形成して導体を被覆することを特徴とする耐熱絶縁被覆導体の製造方法。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体とその表面を被覆するガラス層を有する耐熱絶縁被覆導体であって、前記導体とガラス層間に、無機微粒子を介在させていることを特徴とする耐熱絶縁被覆導体。
【請求項２】
各粒子が導体内に進入している部分及びガラス層内に進入している部分を共に有するように、無機微粒子が導体表面に付置されていることを特徴とする請求項１に記載の耐熱絶縁被覆導体。
【請求項３】
無機微粒子が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）から選ばれる材質の微粒子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐熱絶縁被覆導体。
【請求項４】
ガラス層が、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物、並びに（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物を主成分として含有し、ガラス転移点における熱膨張率が８〜２３×１０−６／℃のガラスからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐熱絶縁被覆導体。
【請求項５】
導体とその表面を被覆するガラス層を有する耐熱絶縁被覆導体の製造方法であって、導体の表面に、無機微粒子を付置した後、該表面上にガラス層を形成して導体を被覆することを特徴とする耐熱絶縁被覆導体の製造方法。
【請求項６】
導体の表面への無機微粒子の付置が、導体に無機微粒子を埋め込む方法により行われることを特徴とする請求項５に記載の耐熱絶縁被覆導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスにより絶縁被覆され、絶縁被覆と導体間の密着性にすぐれた耐熱絶縁被覆導体、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の小型、高出力化の目的で、電気製品内や電気製品間を繋ぐ導線への大電流化（導線の電流密度の上昇）が求められる場合が多くなっている。大電流化に伴い、導線を構成する導体の発熱も大きくなるので、これらを被覆する絶縁材には高い耐熱性が求められる。耐熱性の高い絶縁材としては、ポリイミド樹脂が知られているが、現在さらに高い耐熱性が望まれており、この要望を満たすものとして、無機ガラス系絶縁材料やセラミック系絶縁材料が期待されている。
【０００３】
しかし、ガラス系絶縁材料やセラミック系絶縁材料は脆く可撓性に乏しいので、外部圧力、例えば、電気機器製造の際の導体加工時に伴う変形や、使用時の振動や衝撃により、クラックや剥離等の絶縁被覆の破断が生じやすい。その結果、ショートする等の問題が生じる場合もある。
【０００４】
クラックや剥離の発生は、絶縁被覆と導体との密着性に大きく影響される。すなわち、変形や振動により発生した応力が、絶縁被覆と導体間の密着力の限界を超えると、クラックや剥離が発生しやすくなる。そこで、ガラス系絶縁材料等の高い耐熱性を有する材料で被覆された絶縁被覆導体であって、絶縁被覆と導体との密着性に優れる絶縁被覆導体が望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ガラス系絶縁材料で被覆された絶縁被覆導体であって、高い耐熱性を有するとともに、該絶縁被覆と導体との密着性に優れ、絶縁被覆のクラックや剥離の発生が少ない耐熱絶縁被覆導体、及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、導体とその表面を被覆するガラス層を有する耐熱絶縁被覆導体であって、前記導体とガラス層間に、無機微粒子を介在させていることを特徴とする耐熱絶縁被覆導体（請求項１）により達成される。
【０００７】
本発明者は検討の結果、導体とガラス層間に、無機微粒子を介在させることにより、導体とガラス層間の密着性が向上することを見出し、本発明を完成した。ここで、介在させるとは、無機微粒子の各粒子が導体とガラス層のいずれとも接触するように、無機微粒子を導体表面上に置く（付置する）ことを意味する。
【０００８】
無機微粒子を導体表面上に付置した後、ガラス層を形成することにより、無機微粒子を介在させた耐熱絶縁被覆導体を得ることができる。導体表面上に付置する方法としては、無機微粒子を導体表面上に付着させる方法等も採用されるが、無機微粒子が導体に埋め込まれるように、すなわち、無機微粒子の各粒子が、導体内に進入している部分及びガラス層内に進入している部分を共に有するように、導体表面に付置する方法が好ましい。このように、無機微粒子を導体に埋め込まれるように付置すると、アンカー効果により、導体とガラス層間の密着性がより向上する。請求項２は、この好ましい態様に該当する。
【０００９】
無機微粒子を導体に埋め込む方法としては、導体表面に、機械的加工により、無機微粒子の径よりも少し小さい径を有し、無機微粒子全体を埋没させることができない深さを有する穴を形成し、その中に無機微粒子を埋め込む方法が例示される。又、ブラスト処理等により平滑化した導体表面に無機微粒子を置き、その上からローラ等を用いてプレスして無機微粒子を導体内に埋め込む方法も採用できる。この場合は、粒子の全体が導体内に埋没しないように、プレス圧を調整する必要がある。
【００１０】
大きなアンカー効果を得るためには、粒子の半分程度の部分が導体内に進入し、残りの半分程度の部分がガラス層内に進入していることが好ましい。無機微粒子の形状としては、球状、不定形状、柱状、針状等が例示される。
【００１１】
無機微粒子の大きさとしては、その平均粒子径が１０〜３０μｍのものが好ましい。導体表面へ付置する無機微粒子の量の好ましい範囲は、無機微粒子形状、粒子径、ガラスの組成や導体表面の材質等により変動する。
【００１２】
ガラスと無機微粒子の熱膨張率の差が小さい場合は全体の強度を高めることもあるが、差が大きすぎるとクラックが生じやすくなる。そこで、無機微粒子を構成する材質は、無機微粒子の中では大きい熱膨張率を有し、ガラスとの熱膨張率の差が小さい酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）から選ばれることが好ましい。請求項３は、この好ましい態様に該当する。
【００１３】
ガラス層を形成するガラスとしては、高い熱膨張率を有し、シリカ系のガラス等よりは低い融点を有するものが好ましい。高い熱膨張率を有することにより、導体との熱膨張率の差が小さくなり、使用環境温度の変化によるクラック等の発生を低減することができる。又、比較的低い融点を有することにより、ガラス層の加工、形成がしやすくなる。このようなガラスとしては、特に、融点が、４００℃以上であり、８００℃程度以下のものが好ましく用いられる。融点が４００℃以上であれば、ポリイミド樹脂より、はるかに高い耐熱性が得られる。
【００１４】
このような好ましいガラスの例としては、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物、並びに（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物を主成分として含有し、ガラス転移点における熱膨張率が８〜２３×１０−６／℃のガラスが挙げられる。請求項４は、この好ましい態様に該当する。なお、ガラス中には、Ｐ酸化物及びＢ酸化物やアルカリ金属酸化物が、それぞれ独立した分子としては存在しない。そこで「含有する。」とは、これらが、それぞれ独立した分子として存在していると仮定した場合と同じ組成を、前記のガラスが有することを意味する。
【００１５】
前記範囲内の熱膨張率を有する結果、室温からガラス転移点の範囲の温度で、ガラス層は、銅（熱膨張率：１７×１０−６／℃）、銀（熱膨張率：１９×１０−６／℃）、金（熱膨張率：１４×１０−６／℃）等の導体や、導体めっきとして使用されるニッケル（熱膨張率：１３×１０−６／℃）に近い熱膨張率を有することになり、通電等に伴う環境温度の変化によるクラックの発生を低減することができる。
【００１６】
又、ガラスが、Ｐ酸化物、Ｂ酸化物及び２種類以上のアルカリ金属酸化物を主成分として含有することにより、前記範囲内の熱膨張率及び４００〜８００℃の範囲内の融点とともに、結晶化しにくく安定したガラス状態を有し、かつ熱劣化や放電劣化しにくいとのすぐれた特徴を有するガラス層を容易に得ることができる。
【００１７】
熱膨張率は、Ｐ酸化物とＢ酸化物の比率や、アルカリ金属酸化物の含有量により変動する。そこで、これらを調整することにより、前記範囲の熱膨張率を得ることができる。（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物と、（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物の比率は、好ましくは、モル比で１：０．１〜１：１．２の範囲である。（２）の含有量が（１）の１モルに対し０．１モル未満になると熱膨張率が低下し、８〜２３×１０−６／℃の範囲とすることが困難になる。一方、１．２モルを越えるとガラス化しにくくなる。より高い耐熱性、絶縁抵抗を得るためには、（１）と（２）の比率は、モル比で１：０．１〜１：０．６の範囲がより好ましい。
【００１８】
（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物としては、それぞれ、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３が例示される。Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３を用いる場合、両者の比率はモル比で、１：０．９〜１：３．５の範囲が好ましい。より好ましくは、１：１〜１：３の範囲である。Ｐ２Ｏ５の比率が上記の範囲より大きくなると、ガラスの耐水性が低下する場合があり、吸湿による絶縁性の低下により劣化しやすくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の比率が上記の範囲より大きくなると、ガラスの熱膨張率が低下し、８〜２３×１０−６／℃の範囲とすることが困難になる。又ガラスが硬く脆くなる傾向がある。
【００１９】
アルカリ金属は、イオン伝導性が大きいので、ガラスの絶縁性を低下させる。しかし、前記のように、２種類以上のアルカリ金属をガラス中に含有させることにより、ガラスの絶縁性の低下を防ぐことができる。２種類以上のアルカリ金属酸化物としては、その入手しやすさ等から、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ又はＫ２Ｏから選ばれることが好ましく、特にＬｉ２Ｏ及びＫ２Ｏの組合せが、絶縁性の低下を防ぐ点から好ましい。又、２種類以上のアルカリ金属酸化物間の比率は等モルに近い程絶縁性の低下を防ぐ効果が大きい。
【００２０】
ガラス層を構成するガラスは、さらに好ましくは、前記の（１）及び（２）に加えて、（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物を含有する。（３）の含有により、ガラスの耐水性を向上させることができる。（３）はいわゆる無機修飾酸化物であり、ガラスを形成するものではないが、ガラスを形成する原子間の隙間に入り、ガラスの物性を変える効果を有するものである。
【００２１】
Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物の含有量としては、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物の合計１モルに対して、（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物の合計含有量が、０．００１５〜０．１５モルとなる範囲が好ましい。（３）の含有量が、（１）の１モルに対して０．００１５モル未満となると、耐水性向上の効果が充分に得られない場合がある。一方、０．１５モルを越えると、熱膨張率が低下し、８〜２３×１０−６／℃の範囲とすることが困難になる場合がある。
【００２２】
（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２が好ましく例示される。なお、前記の（１）及び（２）の場合と同様に、（３）を含有するとは、（３）を必ずしも独立した分子として含有するものではないが、（３）を分子として含有したと仮定した場合と同じ組成をガラスが有することを意味する。
【００２３】
本発明の耐熱絶縁被覆により被覆される導体の材質や形状は、特に限定されないが、銅、銀又はこれらを主成分とする合金からなる線状のものが例示される。銅、銀等にニッケル等のめっきがされたものも例示される。又、銅等に表面処理をほどこし金属酸化膜を形成したものも好ましく用いられる。金属酸化膜を形成することにより、絶縁被覆との密着性を向上させることができる。本発明において導体とは、このめっき層や金属酸化膜等を含む導体全体を示す意味である。
【００２４】
本発明は、さらに、導体とその表面を被覆するガラス層を有する耐熱絶縁被覆導体の製造方法であって、導体の表面に、無機微粒子を付置した後、該表面上にガラス層を形成して導体を被覆することを特徴とする耐熱絶縁被覆導体の製造方法を提供する（請求項５）。この製造方法は、前記の本発明の耐熱絶縁被覆導体の製造方法であり、導体、無機微粒子、付置、ガラス層の意義やその好ましい態様は、前記と同じである。
【００２５】
本発明の製造方法において、ガラス層の形成は、ガラスの溶融液に、絶縁被覆される導体を浸漬して引上げ、冷却して固化する方法や、ガラス粉末の分散液に浸漬した後、加熱してガラス粉末を溶融し、冷却、固化する方法等が挙げられる。
【００２６】
ガラス粉末の分散液を使用する場合、ガラス粉末を分散する溶剤としては、１５０℃以上の高沸点を有するものが好ましく、ポリエチレングリコールやα−テルピネオールが例示される。さらに、粘度を下げるため、好ましくは１−メチル−２−ピロリドン等が該溶剤に添加される。
【００２７】
導体の表面に、無機微粒子を付置する方法としては、導体に無機微粒子を埋め込む方法が好ましい。請求項６は、この好ましい態様に該当する。導体に無機微粒子を埋め込むことにより、前記請求項２の態様の耐熱絶縁被覆導体、すなわち、各粒子が導体内に進入している部分及びガラス層内に進入している部分を共に有するように、無機微粒子が導体表面に付置されている耐熱絶縁被覆導体を得ることができ、優れたアンカー効果が得られる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の耐熱絶縁被覆導体は、ポリイミド樹脂よりはるかに高い耐熱性を有するとともに、絶縁被覆と導体との密着性に優れ、絶縁被覆のクラックや剥離等の発生を防ぐことができる。このような耐熱絶縁被覆導体は、本発明の耐熱絶縁被覆導体の製造方法により、製造することができる。本発明の耐熱絶縁被覆導体は、前記の優れた特徴を有するので、高い密度で電気を流すことができ、小型、高出力の電気機器等に好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に発明を実施するための最良の形態を実施例により説明する。実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例】
【００３０】
［無機微粒子（無機フィラー）の埋込み］
銅からなり、断面平角状の導体を、空気内で加熱しその表面に厚み約２μｍの酸化銅の被膜を形成した。この導体の表面に、平均粒子径１５μｍのアルミナ粒子（無機微粒子：日本アエロジル社製、酸化アルミニウムＣ）を、ガラス層の体積に対して５〜１０体積％となる量塗布し、ローラをかけることにより導体に埋め込み、図１に示す断面形状を有する導体を作製した。
【００３１】
［ガラス層用のガラスの製造］
原料として、Ｂ２Ｏ３（添川理化学株式会社製、純度９９．９％）、Ｌｉ２ＰＯ３（白辰化学研究所製、純度３Ｎ）、Ｋ２ＰＯ３（白辰化学研究所製、純度３Ｎ）、及びＡｌ２Ｏ３（片山化学工業株式会社製、純度９８％以上）を用いた。各原料の配合量は次のとおりである。
Ｂ２Ｏ３  ：１２．７重量部        Ｌｉ２ＰＯ３：１５．７重量部
Ｋ２ＰＯ３：２１．６重量部        Ａｌ２Ｏ３  ：０．７７１重量部
【００３２】
各原料を十分に混合し、ガラスバッチを作製した。次に、得られたガラスバッチを、高純度アルミナルツボを用いて、電気炉（１１００〜１３００℃、大気中）で０．５〜１時間溶融した。その後、炉から取り出し、ステンレス鋳型またはグラファイト板にキャストしてガラスを得た。その結果、Ｐ２Ｏ５：Ｂ２Ｏ３：Ｌｉ２Ｏ：Ｋ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ３を、３３：３３：１６．５：１６．５：２の組成で含有するガラスが５０重量部作製された。このガラスの軟化点は４７１℃であった。又ガラス転移温度における熱膨張率は１３．７×１０−６／℃であった。なお、軟化点及び熱膨張率は、昇温速度１０℃／分で測定したＤＴＡ曲線及びＴＭＡ曲線から得られた値である。
【００３３】
［ガラス分散液の作成］
このようにして得られたガラスを粉砕した後、篩を用いて特定の粒径のガラス粉末を得た。得られたガラス粉末５０重量部に、分散溶剤のα−テルピネオール５０重量部を加えて、ガラス粉末の分散液を作成した。
【００３４】
［浸漬、熱処理工程］
このガラス粉末の分散液に、前記の無機フィラーが埋込まれた導体（図１）を、１分間浸漬した後引上げた。その後、５７０℃のオーブン中に１０分間保持して熱処理した後冷却すると、本発明の絶縁被覆で被覆された導体が得られた。その断面図を図２に示す。
【００３５】
図２に示されるように、この例の導体は、銅からなり平角状の断面形状を有し、酸化銅の被膜が形成されている。導体の外周には、柱状の無機フィラーが、その長さ方向の軸が導体の表面と略垂直になるように埋め込まれている。又、酸化銅の被膜の外周は、Ｐ２Ｏ５：Ｂ２Ｏ３：Ｌｉ２Ｏ：Ｋ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ３を含有する融点４７１℃のガラスで形成されるガラス層で覆われている。ガラス層の厚みは５０μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の耐熱絶縁被覆導体の一製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の耐熱絶縁被覆導体の一例を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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