本发明系关于以铝线为芯外包覆一层均匀适当厚度铜金属的导线制造方法暨其产品。 电流于一导体中由其截面观之系呈不平均之分布状,愈接近导体表面电流分布愈密集,愈趋向导体内层时其电流密度愈小,此现象尤于高频率电路中为然,故于电流之传输中一铜线导体之线材中央处并未加予充份利用,准此,如能将铜线中央内层改以其他价廉导电金属取代,不啻为经济成本上之一大贡献。
美国德州仪器公司(TEXAS INSTRUMENTS INC)曾生产一种铜包铝线(COPPER CLAD ALUMINUM WIRE),其法如图6所示者,系以一铜带(C)包夹于铝芯线(A)外加工制成者,铜带包覆于铝芯后,须将突起毛边(S)削去,费时费工,增加制造成本,且铝线于被铜包夹前必曝露于空气中,形成一氧化铝膜(O),影响该铜线之导电效率,故问世以来,因售价偏高,导电率亦未达理想,并未能为广大铜线市场所接受。
本发明的目的是提供一种铝芯铜线制造方法,以克服前述铝线在被铜包覆前于空气中形成之氧化铝膜所造成之夹杂物与不良导电率。
本发明的另一目的是提供一种制造铝芯铜线的改良方法,以降低制造成本。
本发明的再一目的是提供一种制造铝芯铜线的改良方法,以消除再加工之制造成本。
本发明之优选实施例可由以下说明书配合所附诸图面而得以明晰之。
图面之简单说明:
图1系本发明之流程图
图2系本发明中去氧槽与刮刀装置之另一优选实施例图
图3系本发明自图1Ⅰ-Ⅰ方向采视之示意图
图4系本发明成品之断面图
图5系本发明裸铜铝绞线之示意图
图5A系本发明同芯线之断面图
图5B系本发明外包方形铜线图
图5C系本发明外包长方形铜线图
图5D系本发明外包梯形或扇形铜线图
图5E系正负极电源线示意图
图5F系三芯线示意图
图6系习知铜包铝线之制法示意图。
参阅图1,2及3所示者,可知本发明制法系包括:一铝线芯材(1),一刮刀装置(2),一去氧槽(3),一去氧净水装置(4),一第一电镀槽(5)及一第二电镀槽(7)各槽中使用铜材(6)以将铜镀于铝芯(1)上者。
如图1所示者,该刮刀装置(2)置于去氧槽(3)里面邻槽之前方者。该刮刀装置(2)含有刮刀(21)绕著中心铝线(1)设置,且固连于刀具架(22)上,该刀具架(22)可为一盘状物或环状物中央嵌设有密垫(30)以密封地穿通铝线(1)入槽(3)中者。当然,亦可如图2所示者,将多数刮刀(21)以一定间隔隔开,且各刀投影地部份相互叠合,且投影地环设于铝线(1)之圆周边者,有关刮刀之安排、设置可由精于斯艺者适当应用之。
如图2所示者,则于槽(3)之前方嵌设该密垫(30)以便铝线(1)通过后能密封该槽(3)者。图1所示之密垫(30)则可设于盘状或环状刀具架(22)中,均供密封去氧槽(3)之用。
该去氧槽(3)系用以容置去氧水(40)或其他去氧流体者系包括:一筒身(31)前方设有一密垫(30)者,一锥形底部(311)连设于筒身(31)之下部者,一滑动阀(32,SLIDE VALVE)设于该底部(311)废料管(312)中者,一设于管(312)下方之收集器或料斗车(33)收集刮刀(2)刮除之铝屑(101)者,一后方密垫(34)嵌设于槽后侧之套管(341)中以通过铝线(10)供其出料进入槽(5)中者,一铝线擦净器(35)令铝线擦净材料(350)嵌含于一夹器(351)中位于后方密垫(34)之前者,一槽顶入孔(36)可供维护保养之需者,其上连设一溢流管(37)以便充灌去氧水于槽(3)中后可自槽顶溢流使不含空气顶层空间者,一循环水流管(38)接设于槽底一侧,俾藉一过滤器(381)过滤后输至去氧净水装置(4)循环再用者,以及一真空排气管(39)可于去氧槽(3)放水泄空后将槽内空气先以真空泵等抽真空者。
该铝线擦净器(35)如图1、3所示者,包括:一擦净材料(350)系选自丙烯酸系纤维、滤布,或其他纤维材料以擦拭被刮净铝线(10)表面之铝屑等附著污物者,一夹器(351)下方藉铰链(352)枢设于槽(3)后侧上而上方则藉蝶形螺丝(353)锁合以夹塞擦净材料(350)或分开以便换新擦净材料(350)者。
该去氧净水装置(4)包括:一脱氧反应器(43)导入清洁自来水(41)或导入来自槽(3)之循环水及还原剂(42)如亚硫酸钠(Na2SO3)或联氨(HYDRAZINE即N2H4)者,一阳离子交换器(44)连至该脱氧反应器(43)者以便将去氧之水再脱除水中之阳离子,以及一阴离子交换器(45)连接该阳离子交换器(44)以便再去除水中之阴离子使呈纯水导入槽(3)中者。有关还原剂去氧之反应可举例如下:
由于无法在槽(3)中获得一绝对真空,而铝又极易被氧化,故本发明乃揭示一种于去氧槽(3)中充灌入去氧介质如去氧水或其他去氧流体者,以使铝线(1)经刮刀(21)刮除表面氧化铝膜形成镜面后,即无机会接触空气中之氧气,而无被氧化之虞。铝线(1)被刮成镜面之铝芯(10)后,即进入第一电镀槽(5)中,使用磷酸铜电解液(51),铝芯(10)为负极,而铜块(6)则为正极,通电后藉铜离子附著于铝芯线外层(10)而形成初级铝芯铜线(11)者,再引入第二电镀槽(7)中,使用硫酸铜电解液(71)将正极上之铜(6)次级地电镀于初级铝芯铜线(11)上以形成次级铝芯铜线(12)。该次级电镀可多次进行之。经伸线或再电镀等重覆再伸线,再电镀之程序(未绘出)可精制得各种所需规格之铝芯铜线(COPPER-PLATED ALUMINUM WIRE)者。如图4所示者,为依本发明于铝芯线(10)上镀以铜(61)者。
于图1之刮刀刮制过程中,铝屑等铝线表面污物(101)重力沉积于锥形底部(311)由滑动阀(32)周期性地控制泄料入收集器或料斗车(33)中可回收,再制铝材者。本发明中去氧槽(3)亦可于抽真空后,通入诸如氮气等惰性气体,而能防止铝芯线之氧化者。
本发明尚包括将前述制法所制得之多数铝芯铜线以彼等为芯线而外包以多数裸铜线制成裸铜铝绞线,以供线径较大之电线电缆使用。
如图5所示者,系异芯之裸铜铝绞线,即中央为本发明之铝芯铜线(12),外包以纯铜裸铜线(13)者,外包之铜线与里面之铝芯铜线之线径系不相同者。如果5A所示者,则为同芯之裸铜铝绞线,其中心处之铝芯铜线与外包之纯铜线其线径系相同者。
如图5B所示者,该外包之纯铜裸铜线之断面积系呈正方形或如图5C之长方形,图5D之梯形或扇形者。
本发明亦可应用于如图5E之双芯电源线,其中正极线可以纯铜或图5~5D所示之铜包铝绞线,而负极则以铝芯铜线或铝线充之,因负极线为接地线,没有负载,不必使用纯铜制成者。正、负极线均各有绝缘材料(8)包覆之。
又图5F所示之三芯电线中正、负极线以外之接地线亦可使用本创作之铝芯铜线。如图5G所示者,系于多数铝芯铜线之外,以铜带(strip)螺旋地缠绕包裹者。
本发明优于习知德州仪器公司之铜包铝线(COPPER CLAD ALUMINUM WIRE)者在于:
1.铝线直接于去氧槽中刮除表面氧化膜,再迳以铜电镀之,使铝之表面有精纯镀铜层,可增其导电率而提高其品质。
2.铝线之刮除表面膜、初级电镀、次级或多次电镀等均一贯作业制造,不必如德州仪器公司以铜锭经压延成带,切条包覆铝芯线时除其品质不佳外尚须除去多余毛边耗时费工,增加废料、增加制造成本,故本发明较富经济实用性。
前述之制法中已可知悉本发明之新颖性。
为克明了本发明之实用性,兹再叙述本发明之产业价值如下:
1.按输电用裸绞线一高压输配电用裸绞铝线虽量轻价廉,但因接头不易,耗费工时,且须增加导体截面积30%方可达到铜线之导电效果,又因气候影响,其表面易氧化,对输电量之无形损耗远较裸铜绞线高,造成能源的浪费,故各国科技人员都在寻求新材料以提升导电率,期能达到节省能源之目的,然本发明铝芯铜线(COPPER PLATED ALUMINUM WIRE)或裸铜铝绞线则可达成上述目的。为了提升高压配电地功能和节省电力能源的效果,可依照输电量大小计算导体截面积外层电流密度分布情形,再决定其导体外层铜线厚度,内层以铝芯铜线(COPPER PLATED ALUMINUM WIRE)或铝铜绞线代替裸铜线,形成另一种复合导体既保有裸铜绞线之相等功能但却无铝线之缺点,在价值上约仅及铜线三分之一。
2.电视或广播用电缆举凡电视或广播用电线电缆皆系高频率传导,本发明铝芯铜线适宜作高频率电讯传递之导体。对于发展电缆电视(或称有线电视),当可减轻线路架设的负担,而有助其发展推广。
3.电信(讯)用电线电缆不论工商业或军事之通讯,本发明铝芯铜线都有利其发展,或因该设施经费低廉,其业务费用亦可相对减少,而有助于电讯专业之迅速发展。
4.本发明铝芯铜线由于质软量轻且易于弯曲,略施拉力即可通过管道,为建筑业配线工程节省工时,又因其表面镀有铜质焊接方便,导电率又不亚于铜线堪称“物美价廉”。
5.电动机绕组与磁感线圈一般使用漆包线其量日益增加。为求高品质预期效果,变速电动机已不再适合高科技要件,取代的是直流电动机,然直流电动机所需之漆包线为变速电动机之数倍,若拟减轻制造成本,宜改用本发明铝芯铜线漆包线,又有关输配电所用变压器磁感线圈多因体大量重搬运不易如改以本案铝芯铜线漆包线为原料,不论原料成本,制造工时,运输施工等三方面都可节省可观费用。