JP2012039814A

JP2012039814A - 水中モータ用電線

Info

Publication number: JP2012039814A
Application number: JP2010179441A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Yasuda; 周平安田; Takanori Yamazaki; 孝則山崎; Hisao Furuichi; 久雄古市
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】従来よりも薄い厚さで長期にわたり水トリー特性のよい水中モータ用電線を提供する。
【解決手段】導体２の外周に導体遮蔽層３が形成され、導体遮蔽層３の外周に絶縁被覆層４が形成され、絶縁被覆層４の外周に保護層５が設けられた水中モータ用電線１において、導体遮蔽層３は、半導電性を有する樹脂組成物からなる層であり、絶縁被覆層４は、シラン架橋した樹脂組成物からなる層であり、導体遮蔽層３は、絶縁被覆層４と同時に押出され形成された層である。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中で使用される水中モータのコイルなどに用いられる水中モータ用電線に関するものである。

水中モータのコイル（巻線）等には、水中モータ用電線が使用される。水中モータ用電線は、その名称が示すように、水中にて使用することを目的とする電線であり、導体を覆う絶縁被覆層を有する。水中に浸漬した巻線は、浸漬時間の経過に伴ない絶縁被覆層の分子間に、過分の水分を含有した状態となる。水分を含有した絶縁被覆層と導体（金属、例えば銅）とが直接触れると、水中モータ運転時の電圧印加により導体表面から巻線の外周に向かって絶縁被覆層に銅イオンが析出・拡散する。さらに、銅イオンを起因とする水トリーが絶縁被覆層中に発生するようになり、この水トリーが巻線の絶縁性を劣化させ，絶縁破壊を誘導することが知られている。

例えば特許文献１に記載されているように、従来、水中モータ用電線は、銅イオンの析出・拡散を防止するため、導体の周上に絶縁ワニスを焼き付けたエナメル層からなる導体遮蔽絶縁層を設け、その外周に樹脂からなる絶縁被覆層を設けた構造をしている。この構造においては、エナメル層と絶縁被覆層とを強固に結合させるために絶縁被覆層を化学架橋方式により架橋している。しかし絶縁被覆層のポリエチレンを化学架橋方式で架橋し、導体遮蔽絶縁層にエナメルを適用した場合、長時間の使用によって、架橋分解残渣の浸透によりエナメルが膨潤し、エナメル層にクレージングが生じ、耐水トリー性に影響を与える虞がある。これを防止するために、化学架橋に換えて電子線のような電離性放射線を照射して架橋することがなされている。

特開昭６１−１１４４１０号公報特開２００９−２８４５９３号公報

ところで、近年、水中モータの小型化に伴ない、水中モータを構成する水中モータ用電線の占積率の向上が望まれている。これに加え、近年、水中モータ用電線は、更なる長寿命化が求められており、さらに使用環境温度も高くなる傾向があり、更なる耐水トリー性の向上が求められている。なお、耐水トリー性の向上とは、水トリーを発生しにくくすることをいう。

前述のように、架橋ポリエチレンなどからなる絶縁被覆層と導体が直接触れる状態では、水中に浸漬されると、絶縁被覆層中に銅イオンが析出・拡散し、それに伴ない水トリーが発生・成長し、短時間絶縁破壊の原因となる。この対策として導体と絶縁被覆層との間に導体遮蔽層を設けている。

しかし、導体遮蔽層をエナメル層により構成した場合、エナメル層と絶縁被覆層は、同時に形成することができず、空気中の塵埃などの異物がエナメル層と絶縁被覆層との界面に混入し、この異物を起点として樹状に広がる水トリーが発生し、絶縁破壊を誘導する虞がある。この問題を解決した水中モータ用電線として特許文献２に示すようなものがある。

特許文献２に示す水中モータ用電線は、導体遮蔽層をエナメル層に変えて半導電性を有する樹脂組成物からなる層とし、この導体遮蔽層上に，ポリエチレンを主体とする樹脂からなる電気絶縁組成物層とを同時に押し出しして形成した後、エナメル層で導体遮蔽層を形成していたときと同様に電子線を照射して架橋処理を施すことによって作製されたものである。特許文献２によれば、長期使用による水トリーの発生を防止すると共に、放射線環境下での使用においても長期信頼性が高いとされている。

しかし、特許文献２に記載されているような導体遮蔽層を、半導電性を有する樹脂組成物で形成した水中モータ用電線では、導体遮蔽層の厚さが薄いと導体遮蔽の効果が得られない。つまり、半導電性を有する樹脂組成物からなる導体遮蔽層に銅イオンが拡散し、次いで絶縁被覆層へ析出・拡散してしまう虞があるため、導体遮蔽層の厚さを厚くする必要がある。

さらに、特許文献２に記載されている水中モータ用電線では、絶縁性を維持し水トリーを発生させないようにするために、電気絶縁組成物層の厚さを厚くする必要がある。

このため、導体遮蔽層の厚さや電気絶縁組成物の厚さが厚い特許文献２に記載の水中モータ用電線では、モータ成形した際の占積率（コイル断面積に占める導体の断面積の割合）の更なる向上のために、導体遮蔽層の厚さや電気絶縁組成物の厚さを薄くすると、絶縁被覆層中のボイドや異物を起点とした水トリーの発生から絶縁破壊に至る時間が短くなり、電線の長期信頼性を損なってしまう虞がある。

本発明は、前記問題を解決するべく案出されたものであり、その目的とするところは、従来よりも薄い厚さで長期にわたり水トリー特性のよい水中モータ用電線を提供することにある。

前記課題を解決するために本発明の水中モータ用電線は、導体の外周に導体遮蔽層が形成され、該導体遮蔽層の外周に絶縁被覆層が形成され、該絶縁被覆層の外周に保護層が設けられた水中モータ用電線において、前記導体遮蔽層は、半導電性を有する樹脂組成物からなる層であり、前記絶縁被覆層は、シラン架橋した樹脂組成物からなる層であり、前記導体遮蔽層と前記絶縁被覆層との合計の厚さが１．５ｍｍ以下であり、前記導体遮蔽層の厚さが０．１５ｍｍ以上であり、前記導体遮蔽層は、前記絶縁被覆層の厚さに対する比が０．５以下であることを特徴とする。

また前記導体遮蔽層は、前記絶縁被覆層と同時に押出され形成された層であるのが好ましい。

本発明によれば、従来よりも薄い厚さで、導体遮蔽層と絶縁被覆層の界面に異物を混入させることなく、導体遮蔽層により銅イオンの絶縁被覆層への析出・拡散を防止でき、長期にわたり信頼性の高い水中モータ用電線を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態を示す水中モータ用電線を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る水中モータ用電線１は、銅線からなる導体２の外周に導体遮蔽層３が形成され、導体遮蔽層３の外周に絶縁被覆層４が形成され、絶縁被覆層４の外周に保護層５が形成されている。導体遮蔽層３及び絶縁被覆層４が同時押出により形成され、絶縁被覆層４の外周に保護層５が押出被覆されている。

導体遮蔽層３は、導体２から絶縁被覆層４へ銅イオンが析出・拡散するのを防止するための層である。導体２から絶縁被覆層４へ銅イオンが析出・拡散すると、その銅イオンを起因とする水トリーが絶縁被覆層４中に発生し、この水トリーがコイルの絶縁性能を劣化させ、最終的に絶縁破壊を生じてしまう虞がある。このような現象を防止するために、導体２と絶縁被覆層４との間に導体遮蔽層３を形成している。

この導体遮蔽層３は、半導電性樹脂組成物からなる半導電性樹脂組成物層で構成することができ、その厚さは、０．１５ｍｍ以上であり、絶縁被覆層４の厚さに対する比が０．１以上且つ０．５以下である。半導電性樹脂組成物としては、ポリエチレン、ポリオレフィンエラストマ、エチレン共重合体混合物のいずれか一種又はこれらのブレンド物に、カーボンブラックなどの導電性付与剤を配合した樹脂組成物からなるものである。

半導電性樹脂組成物層に用いるポリオレフィンエラストマとしてはエチレンオクテンエラストマ、エチレンオクテン共重合体、エチレンプロピレンゴム、エチレンブテン二元又は三元共重合体などが挙げられる。さらに、エチレン共重合体として、ポリプロピレン、酢酸ビニル、アクリル酸又はメククリル酸のエステルなどが挙げられる。また、エチレン共重合体混合物としては上記エチレン共重合体を主成分とした混和物を挙げることができる。

絶縁被覆層４は、絶縁性、機械的特性に優れたポリオレフィン系樹脂を主成分とする材料からなるのが好ましい。ここで、ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン類が望ましく、ポリエチレン類としては、イオン重合法で重合されたポリエチレン（イオン重合ポリエチレン）、ラジカル重合法で重合されたポリエチレン（ラジカル重合ポリエチレン）、又はこれらイオン重合ポリエチレンとラジカル重合ポリエチレンとを混合したポリエチレンを主体とする高分子材料などを用いることができる。また、これらポリエチレンの他、エチレンエチルアクリレート共重合体やエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンメタクリレート共重合体などのエチレン共重合体、プロピレンとエチレンの共重合体、ポリオレフィンに無水マレイン酸やエポキシなどを含む官能基をグラフトしたものを一種、又は二種以上含んだものでもよい。さらに、これらのポリエチレン類を架橋してなるものでもよい。また、上記ポリエチレン類に、酸化防止剤や架橋剤などの添加剤を配合していてもよい。なお、絶縁被覆層４は、導体遮蔽層３上に上述した樹脂を押出被覆などにより形成される。

保護層５は、絶縁被覆層４の外傷を防止するための層であり、ポリアミド樹脂から構成することができ、絶縁被覆層４の外周にポリアミド樹脂を押出被覆して形成される。

本発明の水中モータ用電線１は、半導電性樹脂組成物からなる導体遮蔽層３と絶縁被覆層４とを同時に押し出すことにより形成される。これにより、空気中の塵埃などの異物が、導体遮蔽層３と絶縁被覆層４との界面に混入するのを防止でき、水トリーの発生を抑制することができる。

また、本発明の水中モータ用電線１は、絶縁被覆層４を化学的架橋方式により架橋しているため、電離性放射線により架橋していた従来に比べて絶縁被覆層４の厚さを薄くすることができる。

また、導体遮蔽層３の厚さが０．１５ｍｍより薄い場合、長期の水中での使用において、導体２の銅イオンが導体遮蔽層３中に拡散し、次いで絶縁被覆層４中に析出・拡散し、これを起点に水トリーが発生する。しかし、本発明の水中モータ用電線１においては、導体遮蔽層３の厚さが０．１５ｍｍ以上であるために、導体２の銅イオンが絶縁被覆層４に析出・拡散することを防ぐことができる。

また、導体遮蔽層３の厚さを、絶縁被覆層４の厚さに対して０．５倍以下の厚さにすることにより、絶縁被覆層４の厚さを十分に確保することができる。そのため、絶縁被覆層４中のボイド・異物を起点として水トリーが発生した場合にも水トリーが橋絡し、絶縁破壊に至るまでの時間が長くなり、長期信頼性が高くなる。

実施例１〜４及び比較例１，２は、外径約４．５ｍｍの銅線からなる導体の外周に、表１に示される配合組成の導体遮蔽層及び絶縁被覆層を、表２に示される厚さで押出被覆し、７０℃の飽和水蒸気に１２時間晒し、絶縁被覆層をシラン架橋した。その後、保護層としてポリアミドを主体とする樹脂を厚さ０．２ｍｍで押出被覆することで、外径８．２ｍｍの水中モータ用電線を完成させた。

比較例３は、エポキシ樹脂を主体とする塗料を繰り返し塗布し、焼き付けて厚さ約０．０６ｍｍの導体遮蔽層を形成した。この導体遮蔽層の外周に、表１に示される配合組成（配合単位は質量部）の絶縁被覆層を１．５ｍｍの厚さで押出被覆し、７０℃の飽和水蒸気に１２時間晒し、絶縁被覆層をシラン架橋した。その後、保護層としてポリアミドを主体とする樹脂を厚さ０．１４ｍｍで押出被覆することで、外径８．２ｍｍの水中モータ用電線を完成させた。

（評価方法及び評価結果）
表２の下段に示した評価結果は、実施例１〜４及び比較例１〜３に係る各水中モータ用電線のサンプルに対する特性評価結果をまとめたものである。

実施例１〜４及び比較例１〜３の各水中モータ用電線をそれぞれ、巻線形成時の最小曲げ半径（ｒ＝約１５ｍｍ）で２．５回巻きしたサンプルを各々１０個作製し、水トリー特性の評価に用いた。

水トリー特性の評価は、各サンプル５個を９０℃の温水に浸漬し、導体と温水との間に５０Ｈｚで３ｋＶの交流電流を１０００日間印加して行った。１０００日経過までに絶縁破壊したサンプルの個数を表２中に記載した。１０００日後、絶縁被覆層の断面を薄くスライスしてメチレンブルー水溶液で煮沸染色し、光学顕微鏡を用いて水トリーの長さを計測し、２００μｍ以上の水トリーの発生個数を計数した。水トリーの発生個数が１．５×１０³（個／ｃｍ³）以上であれば、不良と判定して表２中に×印を記入し、発生個数が１．５×１０²（個／ｃｍ³）より少ないときは、良と判断して表２中に○印を記入した。

表２の評価欄に示したように、半導電性樹脂組成物からなる導体遮蔽層を絶縁被覆層と同時押出して形成し、その厚さが０．１５ｍｍ以上であり、且つ絶縁被覆層の厚さに対する比が０．５以下である実施例１〜４は、１０００日間の課電試験において絶縁破壊することなく、且つ水トリー特性が良である。

一方、半導電性樹脂組成物からなる導体遮蔽層の厚さが０．１ｍｍより薄い比較例１では、導体の銅イオンの拡散を防止することができず、水トリー特性が不良である。

また、半導電性樹脂組成物からなる導体遮蔽層の厚さの絶縁被覆層の厚さに対する比率が０．５より大きい比較例２では、１０００時間の試験において、絶縁被覆層のボイド・異物を起点として発生した水トリーが絶縁被覆層を橋絡したためにサンプル２個が絶縁破壊しており，絶縁被覆層の厚さが十分に確保されておらず、長期信頼性が悪い。

さらに、導体遮蔽層をエナメル層とした比較例３においては、導体遮蔽層と絶縁被覆層の界面に混入した異物を起点に水トリーが発生し、水トリー特性が不良である。

以上述べたように、本発明の水中モータ用電線によれば、従来よりも薄い厚さで、導体遮蔽層と絶縁被覆層の界面に異物を混入させることなく、導体遮蔽層により銅イオンの絶縁被覆層への析出・拡散を防止でき、長期にわたり信頼性の高い水中モータ用電線を得ることができることが証明された。

１水中モータ用電線
２導体
３導体遮蔽層
４絶縁被覆層
５保護層

Claims

導体の外周に導体遮蔽層が形成され、該導体遮蔽層の外周に絶縁被覆層が形成され、該絶縁被覆層の外周に保護層が設けられた水中モータ用電線において、
前記導体遮蔽層は、半導電性を有する樹脂組成物からなる層であり、前記絶縁被覆層は、シラン架橋した樹脂組成物からなる層であり、前記導体遮蔽層と前記絶縁被覆層との合計の厚さが１．５ｍｍ以下であり、前記導体遮蔽層の厚さが０．１５ｍｍ以上であり、前記導体遮蔽層は、前記絶縁被覆層の厚さに対する比が０．５以下であることを特徴とする水中モータ用電線。
前記導体遮蔽層は、前記絶縁被覆層と同時に押出され形成された層である請求項１記載の水中モータ用電線。