(57)【要約】【課題】高温で使用可能な複合導体及びそれを用いた配線用ケーブルを提供する。【解決手段】配線用ケーブル１は、複合導体２がマイカガラステープ絶縁層３により覆われ、マイカガラステープ絶縁層３がシリカガラス絶縁層４により覆われているものである。  複合導体２は、銅母材にスズが含まれる銅合金材からなる銅合金材単線にニッケルめっきが施されているニッケルめっき銅合金材単線であるか、あるいは、そのニッケルめっき銅合金材単線が複数本撚り合わされたニッケルめっき銅合金材撚り線である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅母材にスズが含まれる銅合金材からなる銅合金材単線にニッケルめっきが施されているニッケルめっき銅合金材単線であることを特徴とする複合導体。
【請求項２】
銅母材にスズが含まれる銅合金材からなる単線にニッケルめっきが施されているニッケルめっき銅合金材単線が複数本撚り合わされたニッケルめっき銅合金材撚り線であることを特徴とする複合導体。
【請求項３】
前記銅合金材単線が０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のスズを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の複合導体。
【請求項４】
前記ニッケルめっき銅合金材単線のニッケルめっき厚が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の複合導体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合導体がマイカガラステープ絶縁層により覆われ、該マイカガラステープ絶縁層がシリカガラス絶縁層により覆われていることを特徴とする配線用ケーブル。
【請求項６】
前記シリカガラス絶縁層がシリカガラス糸の網組又は横巻であることを特徴とする請求項５記載の配線用ケーブル。
【請求項７】
前記シリカガラス絶縁層にシリコン塗料が塗布されていることを特徴とする請求項５又は６記載の配線用ケーブル。
【請求項８】
前記シリカガラス絶縁層が金属網組補強層により覆われていることを特徴とする請求項５〜７いずれか記載の配線用ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力、制御、計測等の分野で電線・ケーブルに用いられる複合導体及びそれを用いた配線用ケーブルに係り、特に、高温で使用可能な複合導体及びそれを用いた配線用ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に示されるように、従来の配線用ケーブル７１は、タフピッチ銅（ＴＰＣ）線にニッケルめっきが施されたニッケルめっきＴＰＣ単線あるいは無酸素銅（ＯＦＣ）線にニッケルめっきが施されたＯＦＣ線からなる導体７２と、その導体７２を覆うマイカ／ガラス貼り合せテープからなる第１絶縁層７３と、その第１絶縁層７３を覆う電気用ガラス糸編組からなる第２絶縁層７４と、その第２絶縁層７４を覆う補強層７５とにより構成されている。
【０００３】
第１絶縁層７３に使用されるマイカ／ガラス貼り合せテープは、例えば、−２００〜１０００℃の範囲で誘電性及び電気絶縁性を維持し、高温では絶縁を維持するゲルに変態し、冷却したときに絶縁及び封止を確保する絶縁テープであって、マイカ粒子を支持する結合剤を含浸したガラス繊維織物から成るマイカテープと、ガラス繊維がポリテトラフルオロエチレンで被覆されたガラステープとを貼り合せて構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
導体７２としては、ニッケルめっきＴＰＣ線あるいはニッケルめっきＯＦＣ線に代えて、ＯＦＣ線にニッケルが被覆されたニッケル被覆ＯＦＣ線が使用されることもある。
【０００５】
【特許文献１】特公平４−５２５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の配線用ケーブル７１によると、導体７２として、ニッケルめっきＴＰＣ線あるいはニッケルめっきＯＦＣ線あるいはニッケル被覆ＯＦＣ線を使用しているため、３００℃以上の高温で使用すると時間経過とともに、ニッケルめっき層と銅母材（ＴＰＣ線、ＯＦＣ線のこと）の界面よりニッケルと銅の相互拡散が著しく進行することで、ニッケルめっき層と銅母材の界面付近に空孔が形成される。このため、導電率および引張強さが低下し、実用上問題が出てくる。また、外部雰囲気が酸素を含む大気である場合、銅がニッケルめっき層表面まで拡散するほど拡散が進行し、その銅が酸化されることにより、ニッケルめっき層表面に酸化銅が形成され、外観を損ねるとともに、導電率および引張強さの低下を招く。
【０００７】
また、従来の配線用ケーブル７１は、導体として耐熱性の高いニッケル線を使用する場合も有るが、ニッケルの導電率が低いため、ＴＰＣ線に比べて電流が多く流せず、定格電流を低くしなければならないという問題が有る。
【０００８】
従って、高温で使用しても導電率および引張り強度の低下が生じない耐熱電線・ケーブルを得るためには、銅母材とニッケルめっき層との相互拡散を抑制する必要がある。
【０００９】
また、耐熱電線・ケーブルの定格電流を低くしないためには、銅を母材とする線を用いた導体又は複合導体を使用する必要がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高温で使用可能な複合導体及びそれを用いた配線用ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の複合導体は、銅母材にスズが含まれる銅合金材からなる銅合金材単線にニッケルめっきが施されているニッケルめっき銅合金材単線であるものである。
【００１２】
また、本発明の複合導体は、銅母材にスズが含まれる銅合金材からなる単線にニッケルめっきが施されているニッケルめっき銅合金材単線が複数本撚り合わされたニッケルめっき銅合金材撚り線であるものである。
【００１３】
前記銅合金材単線が０．０１〜１．０ｍａｓｓ％のスズを含んでもよい。
【００１４】
前記ニッケルめっき銅合金材単線のニッケルめっき厚が１０μｍ以下であってもよい。
【００１５】
また、本発明の配線用ケーブルは、上記いずれかの複合導体がマイカガラステープ絶縁層により覆われ、該マイカガラステープ絶縁層がシリカガラス絶縁層により覆われているものである。
【００１６】
前記シリカガラス絶縁層がシリカガラス糸の網組又は横巻であってもよい。
【００１７】
前記シリカガラス絶縁層にシリコン塗料が塗布されていてもよい。
【００１８】
前記シリカガラス絶縁層が金属網組補強層により覆われていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２０】
（１）高温で使用可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１に示されるように、本発明に係る配線用ケーブル１は、複合導体２がマイカガラステープ絶縁層３により覆われ、マイカガラステープ絶縁層３がシリカガラス絶縁層４により覆われているものである。
【００２３】
複合導体２は、銅母材にスズが含まれる銅合金材からなる銅合金材単線にニッケルめっきが施されているニッケルめっき銅合金材単線である。あるいは、複合導体２は、銅母材にスズが含まれる銅合金材からなる単線にニッケルめっきが施されているニッケルめっき銅合金材単線が複数本撚り合わされたニッケルめっき銅合金材撚り線である。
【００２４】
銅母材は、酸素を０．００１〜０．１ｍａｓｓ％（１０〜１０００ｐｐｍ）含むものである。この銅母材にスズ及び不可避的不純物が含まれたものが銅合金材である。
【００２５】
この銅合金材を冷間伸線して冷間伸線材とするか、あるいはその冷間伸線材を加熱して加熱伸線材とし、これら冷間伸線材又は加熱伸線材から銅合金線硬線を得て、この銅合金線硬線を銅合金材単線とする。あるいは、銅合金材を焼鈍して銅合金材単線とする。
【００２６】
これら銅合金材単線にニッケルめっきを施してニッケルめっき銅合金材単線を得て、このニッケルめっき銅合金材単線を複合導体２とする。あるいは、ニッケルめっき銅合金材単線を複数本撚り合わせてニッケルめっき銅合金材撚り線を得て、このニッケルめっき銅合金材撚り線を複合導体２とする。
【００２７】
銅合金材単線は、０．０１〜１．０ｍａｓｓ％（重量比のこと）のスズを含んでいるのが好ましい。銅合金材単線中のスズ濃度が０．０１ｍａｓｓ％未満であると、ニッケルと銅の拡散抑制効果が小さくなり、耐熱性向上の特性が発現しにくくなる。銅合金材単線中のスズ濃度が１．０ｍａｓｓ％超であると銅合金材単線の硬さが増加し、加工が困難となるとともに、導体抵抗が上昇し実用的ではなくなる。また、特性及びコストのバランスの点では、スズ含有量は０．０１〜０．３ｍａｓｓ％がより合理的であり望ましい。
【００２８】
絶縁層は、マイカガラステープ絶縁層３とシリカガラス絶縁層４の２層より成る。
【００２９】
マイカガラステープ絶縁層３において、マイカテープとガラステープは接着剤としてシリコーン樹脂を使用して貼り付けられる。シリコーン樹脂は使用中に劣化してＳｉＯ２へと変化するが、ＳｉＯ２はガラスの成分として使用されているものであり、絶縁性能も高い材料であるので、使用上の問題は無い。
【００３０】
シリカガラス絶縁層４は、編組あるいは横巻きされたシリカガラス糸層である。このシリカガラス糸層は、シリコン塗料を塗布されると、防湿性が付与される。
【００３１】
本実施形態では、シリカガラス絶縁層４が金属網組補強層５により覆われている。
【００３２】
本発明に係る配線用ケーブル１は、銅合金材単線の材料である銅合金材に耐熱性の良いスズ−銅合金を使用し、その銅合金材単線に酸素による表面酸化を防止するために耐熱性のよいニッケルをめっきを施した。このニッケルめっき銅合金材単線を、あるいはニッケルめっき銅合金材撚り線を複合導体２としている。また、絶縁層の一つとして、耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカテープとガラステープを使用したマイカガラステープ絶縁層３を設け、さらに、絶縁補強層として、耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用したシリカガラス絶縁層４を設けている。最外層には、シリカガラス絶縁層４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線による編組からなる金属網組補強層５を施している。
【００３３】
この構成により、引張強度の低下及び導電率の低下を抑制して耐熱度が上がるため、電線・ケーブルの交換周期が長くなり、交換のための工事費を低減することができる。
【００３４】
以下、複合導体の耐熱性及び配線用ケーブルの耐熱性を評価する。
（ａ）複合導体の引張強度
図２は、スズ含有量が０．１５ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線とＴＰＣ線のそれぞれにニッケルめっき（厚さ５μｍ）を施した試料単線（本発明の複合導体２と従来の導体）について、大気中で４００℃で保持した後の試料単線の引張強度と暴露時間との関係を示したグラフである。本発明の複合導体２の特性２１と従来の導体の特性２２とを比較すると、本発明の複合導体２の引張強さは２５０ＭＰａを超えており、従来の導体の引張強さの２２０ＭＰａと比べて高い。また、図外であるが４００℃×１０００ｈの時点において、本発明の複合導体２の引張強さは従来の導体と比べて高く、また、強度低下も少ない。
（ｂ）導体抵抗
図３は、スズ含有量が０．１５ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線とＴＰＣ線のそれぞれにニッケルめっき（厚さ５μｍ）を施した試料単線（本発明の複合導体２と従来の導体）について、大気中で４００℃の環境のもとに晒したときの導体抵抗と暴露時間の関係を示したグラフである。従来の導体の導体抵抗は１０％を超える上昇が見られるが、本発明の複合導体２の導体抵抗は約３％の上昇しか見られず、図外であるが４００℃×１５００ｈ後も約３％の上昇で落ち着いている。
【００３５】
図４に、上記試料単線（本発明の複合導体２）を大気中に４００℃で保持した後の複合導体２の断面写真を示す。図５に、複合導体２のニッケルと銅の相対比率を示す。図６に、上記試料単線（従来の導体）を大気中に４００℃で保持した後の導体の断面写真を示す。図７に、従来の導体のニッケルと銅の相対比率を示す。図５、図７中、縦軸はそれぞれの分析ライン上での銅とニッケルの相対比率（銅濃度＋ニッケル濃度＝１００ｍａｓｓ％）を示し、図中の実線は銅濃度を示し、破線はニッケル濃度を示す。また、横軸は、図４、図６中の分析ラインの左端部を０としたときの距離（μｍ）を表す。
【００３６】
図４の写真からは、本発明の複合導体２（スズ含有量が０．１５ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線にニッケルめっきを施したニッケルめっき銅合金材単線）におけるニッケルと銅との界面付近には、図６の従来の導体（ＴＰＣ線にニッケルめっきを施したニッケルめっきＴＰＣ線）にみられる空孔がほとんどないことがわかる。さらに、図５及び図７のライン分析結果にて熱処理によるニッケルと銅との拡散距離を計測した結果、本発明の複合導体２における拡散距離は４〜５μｍであるのに対し、従来の導体における拡散距離は１０μｍ以上である。
【００３７】
また、前記熱処理後の複合導体表面及び導体表面は酸化による変色がみられるが、断面写真によると、本発明の複合導体２の表面に形成された酸化銅の厚さは１μｍ以下であるのに対し、従来の導体の表面に形成された酸化銅の厚さは、約３〜４μｍと著しく厚い。
【００３８】
上記結果からわかるように、従来の導体と比べて、本発明の複合導体２は、高温下でのニッケルと銅の拡散が抑制されている。これらの効果により、スズ入り銅合金線を配線用ケーブル１の複合導体２に用いることで、複合導体２の導電率の低下を抑制した耐熱性の高い配線用ケーブル１が得られる。
【００３９】
ここで、上記の効果をより効果的に得る為には、ニッケルめっき層の厚さが１０μｍ以下であることが望ましい。ニッケルめっき層の厚さが１０μｍを超える場合、高温長時間保持における銅成分のニッケルめっき層表面への拡散が少なくなり、従来の導体を本発明の複合導体２にした効果が小さくなってしまう。また、ニッケルめっき層を厚くすることは、複合導体２全体の抵抗を上昇させてしまう要因となり、かつ製造コストの増大につながるので、ニッケルめっき層の厚さは、その使用環境にもよるが、できるだけ薄くさせることが望ましい。
【００４０】
また、複合導体２の特性として、導電率は５０％ＩＡＣＳ以上、引張強度は２３０ＭＰａ以上の範囲がより実用的である。
【００４１】
以上の実施の形態において、銅合金材単線としてスズ−銅合金線を使用したが、スズに加えて、スズ以外の合金元素（例えば、亜鉛、ニッケル、チタン、シリコン、マンガン、リン、マグネシウム、コバルト、アルミニウム、ホウ素、インジウム、銀、ハフニウム）を１種類以上添加してもよい。
【００４２】
次に、本発明を応用した実施形態を説明する。
【００４３】
図８に示されるように、本発明を応用した多心配線用ケーブル６１は、図１の配線用ケーブル１（金属網組補強層５を省く）を３本撚り合せ、その間隙にガラスヤーン介在層６２を設けて断面を丸く整え、その外周にガラステープバインダ層６３を形成し、そのガラステープバインダ層６３の外周にシリカガラス編組層６４を形成し、そのシリカガラス編組層６４の外周にステンレス線編組からなる補強層６５を形成したものである。シリカガラス編組層６４及び補強層６５は省略することができる。
【実施例】
【００４４】
(実施例１)
直径０．２ｍｍであって、スズ含有量が０．１５ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線に厚さ５μｍのニッケルめっきを施したニッケルめっき銅合金材単線を撚り合わせて複合導体２とし、マイカガラステープ絶縁層３に耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカ／ガラステープを使用し、シリカガラス絶縁層４に耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用する。最外層に、シリカガラス糸編組からなるシリカガラス絶縁層４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線の編組からなる金属網組補強層５を施す。
(実施例２)
直径０．２ｍｍであって、スズ含有量が０．３ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線に厚さ５μｍのニッケルめっきを施したニッケルめっき銅合金材単線を撚り合わせて複合導体２とし、マイカガラステープ絶縁層３に耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカ／ガラステープを使用し、シリカガラス絶縁層４に耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用する。最外層に、シリカガラス糸編組からなるシリカガラス絶縁層４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線の編組からなる金属網組補強層５を施す。
（実施例３）
直径０．２ｍｍであって、スズ含有量が０．７ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線に厚さ５μｍのニッケルめっきを施したニッケルめっき銅合金材単線を撚り合わせて複合導体２とし、マイカガラステープ絶縁層３に耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカ／ガラステープを使用し、シリカガラス絶縁層４に耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用する。最外層に、シリカガラス糸編組からなるシリカガラス絶縁層４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線の編組からなる金属網組補強層５を施す。
（比較例１）
直径０．２ｍｍであって、スズ含有量が０．０５ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線に厚さ５μｍのニッケルめっきを施したニッケルめっき銅合金材単線を撚り合わせて複合導体２とし、マイカガラステープ絶縁層３に耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカ／ガラステープを使用し、シリカガラス絶縁層４に耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用する。最外層に、シリカガラス糸編組からなるシリカガラス絶縁層４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線の編組からなる金属網組補強層５を施す。
(比較例２)
直径０．２ｍｍであって、スズ含有量が１．２ｍａｓｓ％であるスズ−銅合金線に厚さ５μｍのニッケルめっきを施したニッケルめっき銅合金材単線を撚り合わせて複合導体２とし、マイカガラステープ絶縁層３に耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカ／ガラステープを使用し、シリカガラス絶縁層４に耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用する。最外層に、シリカガラス糸編組からなるシリカガラス絶縁層４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線の編組からなる金属網組補強層５を施す。
（従来例１）
直径０．２ｍｍのＴＰＣ線に厚さ５μｍのニッケルめっきを施したニッケルめっきＴＰＣ単線を撚り合わせて導体７２とし、第１絶縁層７３に耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカ／ガラステープを使用し、第２絶縁層７４に耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用する。最外層に、シリカガラス糸編組からなる第２絶縁層７４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線の編組からなる金属網組補強層７５を施す。
（従来例２）
直径０．２ｍｍのＯＦＣ線に厚さ５μｍのニッケルめっきを施したニッケルめっきＯＦＣ単線を撚り合わせて導体７２とし、第１絶縁層７３に耐熱性のよい無機絶縁体であるマイカ／ガラステープを使用し、第２絶縁層７４に耐熱性の良いシリカガラス糸編組を使用する。最外層に、シリカガラス糸編組からなる第２絶縁層７４の補強層として、金属線、例えば、ステンレス線の編組からなる金属網組補強層７５を施す。
【００４５】
上記実施例１〜３、比較例１〜２、従来例１〜２の条件で作製した各配線用ケーブルについて、電気炉内に４００℃で１０００時間の熱処理を行った。さらに熱処理後の各配線用ケーブルについて、導体素線の引張試験および導体抵抗の測定を行った。
【００４６】
表１に、それぞれの引張強さおよび導体抵抗の測定結果を示す。引張強さは熱処理前後の値を、導体抵抗は熱処理後の熱処理前と比べた変化率を示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
引張強さは、どの条件による配線用ケーブルを見ても、熱処理前後の変化は少ない。また、導体抵抗の熱処理前後における変化率は、実施例１〜３は約３％であり、比較例１および従来例の１０％以上という値と比べると、少ない。
【００４９】
また、比較例２は導体が硬く、塑性加工が困難であるという問題がある。
【００５０】
以上により総合評価（良好：○、不良：×）は、実施例１〜３は比較例および従来例と比べて良好であるという結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態を示す配線用ケーブルの断面図である。
【図２】本発明及び従来の配線用ケーブルの暴露時間対引張強度特性グラフである。
【図３】本発明及び従来の配線用ケーブルの暴露時間対導体抵抗変化率特性グラフである。
【図４】本発明の複合導体の断面顕微鏡写真のイメージ図である。
【図５】図４中の分析ラインにおける複合導体２のニッケルと銅の相対比率を示す図である。
【図６】従来の導体の断面顕微鏡写真のイメージ図である。
【図７】図６中の分析ラインにおける従来の導体のニッケルと銅の相対比率を示す図である。
【図８】本発明を応用した多心配線用ケーブルの断面図である。
【図９】従来の配線用ケーブルの断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  配線用ケーブル
２  複合導体
３  マイカガラステープ絶縁層
４  シリカガラス絶縁層
５  金属網組補強層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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