JP2017084519A - 絶縁電線 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一態様に係る絶縁電線は、線状の導体と、この導体の外周面に積層される1又は複数の絶縁層とを備える絶縁電線であって、上記1又は複数の絶縁層の少なくとも1層が、合成樹脂を主成分とするマトリックスと、このマトリックス中に分散する複数の気孔とを有しており、上記複数の気孔の平均径が0.1μm以上10μm以下であり、上記複数の気孔を有する絶縁層の気孔率が10体積%以上30体積%以下である。上記導体に直接積層される絶縁層が気孔を有さず、この気孔を有しない絶縁層の外側に上記複数の気孔を有する絶縁層が積層されているとよい。上記複数の気孔が、複数の熱分解性樹脂粒子に由来するとよい。上記1又は複数の絶縁層全体の伸び率としては、40%以上150%以下が好ましい。
【選択図】図1
Description
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る絶縁電線は、線状の導体と、この導体の外周面に積層される1又は複数の絶縁層とを備える絶縁電線であって、上記1又は複数の絶縁層の少なくとも1層が、合成樹脂を主成分とするマトリックスと、このマトリックス中に分散する複数の気孔とを有しており、上記複数の気孔の平均径が0.1μm以上10μm以下であり、上記複数の気孔を有する絶縁層の気孔率が10体積%以上30体積%以下である。
以下、本発明に係る絶縁電線の一つの実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
図1の絶縁電線1は、線状の導体2と、この導体2の外周面に積層される複数の絶縁層(第1絶縁層3及び第2絶縁層4)とを備える。
導体2は、例えば断面が円形状の丸線とされるが、断面が方形状の角線や、複数の素線を撚り合わせた撚り線であってもよい。
複数の絶縁層(第1絶縁層3及び第2絶縁層4)の少なくとも1層(本実施形態では第2絶縁層4)は、合成樹脂を主成分とするマトリックス5と、このマトリックス5中に分散する複数の気孔6とを有する。複数の気孔6は、複数の熱分解性樹脂粒子に由来している。また、導体2に直接積層される第1絶縁層3は気孔を有しない。つまり、本実施形態では、気孔を有しない絶縁層3が導体2に直接積層され、この気孔を有しない絶縁層3の外側に複数の気孔6を有する絶縁層4が積層されている(なお、以下では「複数の気孔6を有する絶縁層4」を「気孔層4」といい、「気孔を有しない絶縁層3」を「中実層3」ともいう)。当該絶縁電線1は、複数の気孔6が複数の熱分解性樹脂粒子に由来していることによって、複数の気孔6の形成時に気孔層4が外側に膨張するのを抑えることができる。その結果、当該絶縁電線1は、複数の気孔6の均一分散性を向上させ、可撓性の低下をさらに抑制することができる。
中実層3は、導体2と気孔層4との間に積層されることで導体2と気孔層4との密着力を高める。また、中実層3は、当該絶縁電線1の部分放電防止機能を高める。
気孔層4は、1又は複数の焼付層からなる。各焼付層は、複数の熱分解性樹脂粒子を含む絶縁ワニスの塗布及び焼付によって形成される。当該絶縁電線1は、気孔層4が複数の焼付層からなる場合、各焼付層が導体2の外周面側に順次積層されており、この各焼付層中に複数の気孔6が分散されている。つまり、複数の気孔6は、導体2の軸と垂直な断面において、導体2を中心に多重リング状に配設されている。当該絶縁電線1は、複数の気孔6がこのように多重リング状に配設されることによって、気孔層4中に複数の気孔6を均一分散させ易い。また、かかる構成によると、当該絶縁電線1を湾曲する際に気孔6同士が干渉するのを抑制して、可撓性の低下を抑制し易い。
ポリ(メタ)アクリル酸メチル、ポリ(メタ)アクリル酸エチル、ポリ(メタ)アクリル酸プロピル、ポリ(メタ)アクリル酸ブチル等の炭素数1以上6以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルの重合体;
ウレタンオリゴマー、ウレタンポリマー、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ε−カプロラクトン(メタ)アクリレート等の変性(メタ)アクリレートの重合物;
ポリ(メタ)アクリル酸;
これらの架橋物;
ポリスチレン、架橋ポリスチレンなどが挙げられる。上記熱分解性樹脂粒子は、各焼付層中に独立気泡を形成できるよう、マトリックス5を構成する樹脂組成物中に均一分散されることが好ましい。かかる点から、上記熱分解性樹脂粒子の材質として上記架橋物、架橋ポリスチレン等の架橋樹脂を用いることが好ましい。
当該絶縁電線1の製造方法は、例えば中実層形成用樹脂組成物を調製する工程と、導体2の外周面に中実層3を形成する工程と、気孔層形成用樹脂組成物を調製する工程と、中実層3の外側に気孔層4を形成する工程とを備える。
上記中実層形成用樹脂組成物調製工程では、中実層3を構成する樹脂組成物を溶剤で希釈した中実層用ワニス(絶縁ワニス)を調製する。
上記中実層形成工程では、上記中実層形成用樹脂組成物調製工程で調製した中実層用ワニスを導体2の外周面に塗布した後、焼付けることで導体2の外周面に中実層3を形成する。焼付温度は、使用する樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、例えば200℃以上600℃以下である。上記中実層形成工程では、中実層3が所定の厚さとなるまで上記中実層用ワニスの塗布及び焼付を繰り返してもよい。
上記気孔層形成用樹脂組成物調製工程では、気孔層4のマトリックス5を構成する樹脂組成物を溶剤で希釈したものに、上記熱分解性樹脂粒子を混合して気孔層用ワニス(絶縁ワニス)を調製する。上記気孔層形成用樹脂組成物調製工程で用いられる溶剤としては、上記中実層形成用樹脂組成物調製工程で用いられる溶剤と同様のものが挙げられる。
上記気孔層形成工程では、上記気孔層形成用樹脂組成物調製工程で調製した気孔層用ワニスを中実層形成工程で形成した中実層3の外周に塗布した後、焼付けることで気孔層4を形成する。焼付温度は、使用する樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、例えば200℃以上350℃以下である。この焼付によって上記熱分解性樹脂粒子が熱分解して気孔層4中に複数の気孔6が形成される。
当該絶縁電線1は、複数の気孔6を有する気孔層4を備え、この気孔層4のマトリックス5中に分散する複数の気孔6の平均径及びこの気孔層4の気孔率が上記範囲内であるので、この気孔層4中に複数の気孔6が適度かつ略均一に分散し易い。そのため、当該絶縁電線1は、可撓性の低下を抑制しつつ、低誘電率化を促進することができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[No.1]
銅を鋳造、延伸、伸線及び軟化し、断面が円形で直径が1.0mmの導体を得た。次に、主成分としてポリイミド前駆体を用い、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを用いて主成分をこの溶剤で希釈した中実層用ワニスを作成した。この中実層用ワニスを上記導体の外周面に塗布し、線速4.0m/min、加熱炉入口温度250℃、加熱炉出口温度350℃の条件で焼き付けることによって導体の外周面に平均厚さ3μmの中実層を形成した。次に、主成分としてポリイミド前駆体を用い、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを用い、主成分をこの溶剤で希釈した絶縁ワニスを作成した。さらに、この絶縁ワニスに発泡剤(積水化成品工業製の「SSX−102」)を気孔層の気孔率が10体積%となるように分散させて気孔層用ワニスを作成した。この気孔層用ワニスを上記中実層の外周に塗布し、線速4.0m/min、加熱炉入口温度250℃、加熱炉出口温度350℃の条件で焼き付ける工程を繰り返し行うことで中実層の外周面に平均厚さ97μmの気孔層を形成し、No.1の絶縁電線を得た。なお、この絶縁電線を軸に対して垂直に切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、この気孔層中の複数の気孔の平均径は2.5μmであった。
中実層及び気孔層の平均厚さ、気孔層の気孔率及び気孔の平均径を表1の通りとした以外はNo.1と同様にして、No.2〜No.4の絶縁電線を得た。
[No.5]
中実層及び気孔層の平均厚さ、気孔層の気孔率及び気孔の平均径を表1の通りとした以外はNo.1と同様にして、No.5の絶縁電線を得た。
平均厚さを表1の通りとした以外はNo.1と同様にして、導体の外周面に中実層を形成した。さらに、No.1の気孔層用ワニスに代えて、主成分としてポリイミド前駆体を用い、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを用い、主成分をこの溶剤で希釈した絶縁ワニスを中実層の外周に塗布し、No.1と同様の条件で焼き付けることで中実層の外周面に平均厚さ3μmの第2中実層を形成して、No.6の絶縁電線を得た。
No.1〜No.6の絶縁電線の長手方向に、長さ2cm程度の切れ込みを2本、0.5mm間隔で入れた。この2本の切れ込みによって区切られる帯状の部分の一端をピンセットを用いて導体から剥離し導体と絶縁層との間の密着力を評価した。この評価結果を表2に示す。
A:引き剥がし不可能(密着力良好)
B:引き剥がし可能(密着力悪い)
No.1〜No.6の絶縁電線について、絶縁層を導体から筒状に剥離し、導体から剥離された長さ5cmの絶縁層を、引張試験機にて、25℃の環境下で長手方向に引張速度50mm/分で引っ張った場合の破断時の伸び率[%]を測定した。なお、伸び率の測定は、n=5で実施し、その平均値を求めた。この測定結果を表2に示す。
1.0mmの径を有する丸棒を用意し、No.1〜No.6の絶縁電線を、初期長さに対して伸長した状態又は伸長しない状態で、絶縁電線の軸と丸棒の軸とが垂直となるように丸棒に当接させつつ90°折り曲げた。さらに、折り曲げた状態の絶縁電線を顕微鏡で目視し、亀裂の有無を観察することで絶縁電線の可撓性を以下の基準で評価した。この評価結果を表2に示す。
A:初期長さに対して30%伸長しても亀裂が生じない。
B:初期長さに対して20%伸長しても亀裂が生じないが、30%伸長すると亀裂が生じる。
C:初期長さに対して10%伸長しても亀裂が生じないが、20%伸長すると亀裂が生じる。
No.1〜No.6の絶縁電線について、JIS−C3216−5:2011に従い、2個撚り線の線間に交流電圧を加え500V/秒で昇圧し、絶縁破壊したときの電圧[kV]を測定した。なお、絶縁破壊電圧の測定は、n=5で実施し、その平均値を求めた。この測定結果を表2に示す。
No.1〜No.6の絶縁電線について、絶縁層の比誘電率をJIS−C2138:2007に準拠して測定した。この測定結果を表2に示す。
絶縁電線は、高電圧が印加されるような使用では高温となるため、このような場合には、絶縁電線を冷却するため、例えば絶縁電線が溶剤中に浸漬して使用されることがある。このように絶縁電線が溶剤中に浸漬されて使用される場合でも、所望の特性が得られることを確認するため、溶剤浸漬試験を行った。具体的には、No.1〜No.6の絶縁電線を試験用油IRM903に150℃で72時間浸漬させた後、各電線の比誘電率を測定した。この溶剤浸漬試験は、n=3で実施し、その平均値を求めて、溶剤への浸漬前の比誘電率と比較した。具体的には、溶剤浸漬試験前後の比誘電率の差が0.05未満のものを比誘電率の上昇が認められなかったものとして評価結果Aとした。また、溶剤浸漬試験前よりも溶剤浸漬試験後の比誘電率の方が0.05以上0.2未満大きいものを比誘電率が少し上昇したものとして評価結果Bとし、溶剤浸漬試験後の比誘電率の方が0.2以上大きいものを比誘電率が大幅に上昇したものとして評価結果Cとした。これらの比誘電率の上昇判定結果を表2に示す。
表1及び表2に示すように、No.5の絶縁電線は、気孔層の気孔率が50体積%と高いため、可撓性が不十分であることが分かる。また、No.5の絶縁電線は、気孔層の気孔率が50体積%と高いため複数の気孔が連通し、その結果絶縁層中への溶剤の浸透も認められ、溶剤浸漬前の比誘電率に比べて溶剤浸漬後の比誘電率が高くなっている。このことから、No.5の絶縁電線は、溶剤中に浸漬して使用することに適しておらず、高電圧が印加されるような使用には向いていないと考えられる。一方、No.6の絶縁電線は、絶縁層が複数の気孔を有していないため、比誘電率が高めとなっていることが分かる。他方、No.1〜No.4の絶縁電線は、気孔層の気孔率が10体積%〜30体積%であることから、可撓性及び比誘電率共に良好であることが分かる。さらに、No.1〜No.4の絶縁電線は、溶剤浸漬前後で比誘電率の変化が殆ど見られないことから、溶剤中への浸漬や、溶剤を塗布して使用することにも適していると考えられる。
2,12,22 導体
3 絶縁層(中実層)
14,23,25 中実層
4 絶縁層(気孔層)
13,24 気孔層
5 マトリックス
6 気孔
Claims (6)
- 線状の導体と、この導体の外周面に積層される1又は複数の絶縁層とを備える絶縁電線であって、
上記1又は複数の絶縁層の少なくとも1層が、合成樹脂を主成分とするマトリックスと、このマトリックス中に分散する複数の気孔とを有しており、
上記複数の気孔の平均径が0.1μm以上10μm以下であり、
上記複数の気孔を有する絶縁層の気孔率が10体積%以上30体積%以下である絶縁電線。 - 上記導体に直接積層される絶縁層が気孔を有さず、
この気孔を有しない絶縁層の外側に上記複数の気孔を有する絶縁層が積層されている請求項1に記載の絶縁電線。 - 上記複数の気孔が、複数の熱分解性樹脂粒子に由来する請求項1又は請求項2に記載の絶縁電線。
- 上記複数の気孔を有する絶縁層が1又は複数の焼付層からなり、
1の上記焼付層の平均厚さに対する複数の気孔の平均径の比が0.05以上0.9以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の絶縁電線。 - 上記複数の気孔を有する絶縁層の平均厚さが50μm以上200μm以下であり、この複数の気孔を有する絶縁層の平均厚さに対する上記気孔を有しない絶縁層の平均厚さの比が0.005以上0.35以下である請求項2に記載の絶縁電線。
- 上記1又は複数の絶縁層全体の伸び率が40%以上150%以下である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の絶縁電線。
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