JP2005251573A - 半導電層を有する導体線とこれを用いた絶縁電線、電気コイルおよびケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 導体線の腐食進行をより一層防止し、該導体線の保存時に受ける傷やほこりがつきにくく、導体材料の伸線工程で受ける微小な表面傷の悪影響が出にくい導体線を提供し、また、コロナ放電に強く、絶縁破壊が生じにくく、絶縁寿命が長い優れた絶縁電線とこれにより形成される電気コイルおよびケーブルを提供する。
【解決手段】 カーボンブラック粉末のような導電性物質を絶縁塗料中に混練した半導電性塗料を導体の外表面に直接塗布焼付して形成した半導電層を有する導体線（３）、及び、この導体線の外表面に絶縁層を形成した絶縁電線（５）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導体線、及び、これを用いた絶縁電線、電気コイル、ケーブルに関する。

導体線は、絶縁塗料を塗布焼付したり、絶縁材料を押出し被覆することにより、絶縁電線として用いられており、また、前記の絶縁電線は、電気コイル、ケーブル等に使用されている。
そして、このような絶縁電線、電気コイル、ケーブル等の特性は、導体線の特性からの影響を受けやすい。

従来、前記の導体線の製造においては、導体の表面傷の管理が重要とされている。即ち、導体の表面は、一般に出発導体材料を伸線加工する工程において、その表面に微小な荒れや凹凸が生じやすい。この表面荒れが存在する導体に絶縁被覆を行うと、絶縁被膜の膜厚が局所的に薄くなる場合があり、これを絶縁電線として高電圧用のコイルやケーブル等に使用すると、その部分で放電しやすく、この放電部から絶縁破壊が生じやすくなるなどの不都合が生じる。

このため、これを改善する手段として、伸線加工で用いるダイスの内面仕上げを鏡面にしたり、伸線工程時の送線、巻き取り経路で、表面傷がつかないよう注意深い取り扱いをする必要があるが、それらの管理は難しい問題となっていた。

一方、表面傷の影響を防止するために、特定の材料を導体表面に塗布することも考えられるが、表面にほこりや異物が付着しやすく、絶縁被覆する工程において、絶縁電線の外観不良や絶縁不良が発生する等の問題がある。
また、寿命アップのため、絶縁層を厚膜化することも考えられるが、コイル外径やケーブル外径を大きくして機器の小型化を妨げるといった問題点を有していた。

本発明の目的は、導体線を絶縁電線に加工した場合に、該導体線の製造工程で受ける微小な表面傷の影響が出にくい導体線を提供することにある。また、絶縁破壊が生じにくく、信頼性の高い絶縁電線とこれにより形成される電気コイルおよびケーブルを提供することにある。

本発明は、半導電性塗料を導体の外表面に直接塗布焼付して形成した半導電層を有する導体線である。導体外表面に直接前記の半導電層を形成した導体線を用いることにより、導体材料の伸線工程で受ける微小な表面傷の悪影響が出にくく、また導体線表面のほこりや異物による外観不良や絶縁不良が発生しにくく、さらに絶縁破壊が生じにくく、信頼性の高い絶縁電線を得ることができる。

本発明における半導電層を有する導体線（３）の断面図は、図１に示す様なものであり、導体（１）上に半導電層（２）が直接設けられて成る。

半導電層（２）としては、いわゆる半導電性を示すものならばいかなるものでも使用可能であるが、一般にはカーボンブラック粉末のような導電性物質を絶縁塗料中に混練した半導電性塗料を塗布焼付した皮膜が有効である。形成される半導電層の電気抵抗としては、体積固有抵抗で、10²〜10¹²Ωcm程度であり、好ましくは10³〜10¹⁰Ωcm程度、さらに好ましくは10⁴〜10⁸Ωcm程度である。

ベースとなる塗料材料としては、ポリビニルホルマール、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどを用いることができる。なお上記本発明に於いて、その実施の態様として下記例示が含まれるが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、本発明は、前記半導電性塗料を導体の外表面に直接塗布焼付して形成させた半導電層を有する導体線の外表面に、更に絶縁層を形成させた絶縁電線である。前記絶縁層は絶縁塗料の塗布焼付により形成してもよいし、絶縁材料の押出し被覆により形成してもよい。本発明の絶縁電線を電気コイルやケーブルに使用する場合、絶縁破壊等が生じにくく、信頼性の高い絶縁電線として使用することができる。本発明における絶縁電線（５）の断面図は、図２に示す様なものであり、導体（１）上に半導電層（２）が直接設けられており、更にその上に絶縁層（４）が形成されてなる。この絶縁層形成に用いられる絶縁材料としては、ポリビニルホルマール、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどを用いることができる。

また、本発明は、前記半導電性塗料を導体の外表面に直接塗布焼付して形成した半導電層（２）を有する導体線（３）の外表面に、更に絶縁層（４）を形成させた絶縁電線（５）を巻回してなることを特徴とする電気コイルである。絶縁層（４）は絶縁塗料の塗布焼付により形成もよいし、絶縁材料の押出し被覆により形成してもよい。この半導電層を有する絶縁電線（５）を用いることにより、高電圧下でかつコイルサイズがより小さい状態で、絶縁破壊が生じにくく信頼性の高い電気コイルを得ることができる。

また、本発明は、前記半導電性塗料を導体の外表面に直接塗布焼付して形成した半導電層（２）を有する導体線（３）の外表面に、更に絶縁層（４）を形成させた絶縁電線（５）を素線にしたケーブルである。絶縁層（４）は絶縁塗料の塗布焼付により形成してもよいし、絶縁材料の押出し被覆により形成してもよい。前記の半導電層を有する絶縁電線（５）を用いることにより、高電圧下でかつ外径サイズがより小さな状態で、絶縁破壊が生じにくく、信頼性に優れたケーブルを得ることができる。

また、本発明は、前記半導電性塗料を導体の外表面に直接塗布焼付して形成した半導電層を有する導体線（３）からなる素線を構成要素の一部に用いたケーブルである。半導電層（２）を有する導体線（３）からなる素線をケーブル中に配置することにより、絶縁被膜表面に蓄積される電荷を除去し、また、絶縁被膜表面を定電位に保持させることもできるため、ノイズに強く、かつコロナ放電にも強いケーブルを得ることができる。本発明におけるケーブル構造例（７）（７'）の断面図は、図４および図５に示す様なものであり、導体（１）外表面に半導電層（２）が直接設けられた導体線（３）からなる素線と、その他の絶縁層を設けた素線（６）から形成されてなる。

ケーブル構造例（７）は、半導電層を有する導体線（３）を中心部に配置し、周辺に絶縁層を設けた素線（６）が６本配置されている。絶縁層を設けた素線（６）は、導体の外表面に半導電層を形成させたものであっても良いが、これに限定されず、半導電層の形成がない導体線外表面に絶縁被膜を形成させた、従来の絶縁電線を用いたときでも上記効果は期待できる。また、この素線は絶縁塗料の塗布焼付けにより形成させたエナメル線であっても、エナメル線以外の素線であっても良い。

ケーブル構造例（７'）は、半導電層を有する導体線（３）が複数あり、かつ、それらがお互いに接触せず、絶縁層を設けた素線（６）に取り囲まれて集合配置されており、また同時に、全ての絶縁層を設けた素線（６）は、半導電層を有する導体線（３）に接触している。本ケーブルで、各絶縁被膜表面を定電位に保持させるには、半導電層を有する導体線（３）を端末部等で導体あるいは半導電層を電気的に接触させればよい。絶縁層を設けた素線（６）は、導体の外表面に半導電層を形成させたものであっても良いが、これに限定されず、半導電層の形成がない導体線外表面に絶縁被膜を形成させた、従来の絶縁電線を用いても良い。

本発明による導体線は、導体材料の伸線工程で受ける微小な表面傷の悪影響が出にくい導体線を提供することができる。
また、この導体線を絶縁電線とし、さらに高電圧機器（フライバックトランス、イグニッションコイル）用電気コイルや同ケーブルとして利用することで、絶縁破壊が進みにくく、絶縁信頼性の高い安定した特性を期待することができ、その工業的利用価値は極めて高い。

以下に本発明の実施例を比較例と対比して説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

本発明の効果を明確にするため、先ず、比較例を示す。
（比較例１）
直径２．０ｍｍφの銅導体を伸線ダイスにて０．４ｍｍφまで延伸し、得られた導体線を、６０℃湿度８０％環境下で３０日間放置した後、この導体線上に、ポリウレタン絶縁塗料を横型焼付炉にて塗布焼付して、厚さ３０μｍの絶縁層（４）を形成した。この絶縁電線（５'）の断面構造を図３に示す。また、得られたこの絶縁電線の特性結果を表１に示す。

比較例１と同様の工程で、直径２．０ｍｍφの銅導体を伸線ダイスにて０．４ｍｍφまで延伸し、さらに、該導体上にカーボンブラック粉末を混練したポリウレタン塗料（ポリウレタン塗料に対し１０重量％を配合）を塗布焼付して、断面構造を図１に示す様な半導電層（２）を５μｍ有する導体線（３）を作製した。この半導電層の体積固有抵抗は10⁵Ωcmであった。この導体線（３）を、比較例１と同様、６０℃湿度８０％環境下で３０日間放置した後、この導体線上（３）に、ポリウレタン絶縁塗料を横型焼付炉にて塗布焼付して、厚さ３０μｍの絶縁層（４）を形成した。この絶縁電線（５）の断面構造を図２に示す。また、得られたこの絶縁電線（５）の特性結果を表１に示す。

表１での導体表面酸化の検出は、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線検出装置）を用いた。また、絶縁破壊電圧の最低値の測定方法は、グリセリン８５に対し飽和食塩水１５を混合したグリセリン溶液中に試料素線の一部を浸漬し、その剥離した素線端末とグリセリン間に電圧をかけて行った。

表１から明らかなように、半導電層被覆導体線を用いない比較例１では、絶縁電線の局所凹凸などの表面異常が認められ、また、絶縁破壊電圧の最低値が、2ｋＶであるのに対し、本発明による導体線を用いた絶縁電線では、外観異常が殆ど見られず、また、絶縁破壊電圧の最低値が５ｋＶと大きな向上が認められた。

（比較例２）
直径２．０ｍｍφの銅線を伸線ダイスにて延伸して１．０ｍｍφの導体線を得、この導体線上に、ポリウレタン絶縁塗料を横型焼付炉にて塗布焼付して、厚さ３５μｍの絶縁層を形成し、絶縁電線（５'）を作製した。一方、同様の１．０ｍｍφの銅線上に３μｍのＮｉめっきを施したものを準備し、このめっき線を、中心に配置し、周辺には、上記３５μｍの絶縁被膜を形成した絶縁電線（５'）を６本集合配置することで、図４に示す様な断面構造を有するケーブルを作製した。このケーブル特性を表２に示す。

比較例２と同様にして得た、直径が１．０ｍｍφの銅線上に、カーボンブラック粉末を混練したポリウレタン塗料（ポリウレタン塗料に対し１０重量％を配合）を塗布焼付して、膜厚５μｍ、体積固有抵抗10⁵Ωcmの半導電層を有する導体線（３）を作製した。この導体線を中心に配置し、周辺には、比較例２と同様の、３５μｍの絶縁層を形成した絶縁電線（５'）を６本集合配置することで、図４に示す様な断面構造を有するケーブルを作製した。このケーブル特性を表２に示す。

比較例２と同様にして得た、直径が１．０ｍｍφの銅線上に、カーボンブラック粉末を混練したポリウレタン塗料（ポリウレタン塗料に対し１０重量％を配合）を塗布焼付して、膜厚５μｍ、体積固有抵抗10⁵Ωcmの半導電層を有する導体線（３）を作製した。また、半導電層を有する導体線（３）上に、ポリウレタン絶縁塗料を横型焼付炉にて塗布焼付して、厚さ３５μｍの絶縁層（４）を形成し、絶縁電線（５）を作製した。以上で得られた導体線（３）を中心に配置し、周辺には、半導電層を有する絶縁電線（５）を６本集合配置することで、図４に示す様な断面構造を有するケーブルを作製した。このケーブル特性を表２に示す。

表２での微小コロナ放電の測定方法は、２本の素線の間に電圧を印加してオシロスコープのリサージュ波形の乱れからコロナ発生頻度を測定した。最小検出放電電荷量は、１００ｐＣである。

表２から明らかなように、半導電層被覆導体線を中心に配置した実施例２、３は、めっき銅線を中心に配置した比較例２に比べ、微小コロナの発生頻度が極めて少ないとの結果が認められた。また、半導電層を有する絶縁電線を配置した実施例３は、さらに好ましいことが示された。

本発明の半導電層を有する導体線を示す断面図である。 本発明の導体線を用いた絶縁電線を示す断面図である。 従来の導体線を用いた絶縁電線を示す断面図である。 本発明の導体線からなる素線を構成要素の一部に用いたケーブルの一例を示す断面図である。 本発明の導体線からなる素線を構成要素の一部に用いたケーブルの他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…導体、
２…半導電層、
３…導体線、
４…絶縁層、
５…半導電層を有する絶縁電線、
５'…半導電層を有さない絶縁電線、
６…絶縁層を設けた素線、
７、７'…ケーブル。

Claims (5)

1. 半導電性塗料を導体の外表面に直接塗布焼付けして形成した半導電層を有する導体線。
2. 請求項１記載の半導電層を有する導体線の外表面に絶縁塗料を塗布焼付けした絶縁層を有することを特徴とする絶縁電線。
3. 請求項２記載の絶縁電線を巻回してなることを特徴とする電気コイル。
4. 請求項２記載の絶縁電線を素線にしたことを特徴とするケーブル。
5. 請求項１記載の半導電層を有する導体線からなる素線を構成要素の一部に用いたことを特徴とするケーブル。
   
   

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