JP3475433B2

JP3475433B2 - 絶縁被覆電線およびその製造方法

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Publication number: JP3475433B2
Application number: JP25456792A
Authority: JP
Inventors: 忠徳佐野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 2003-12-08
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: JPH06103831A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁被覆電線に関し、
特に電柱間などに架線される架空電線用の絶縁被覆電
線、およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電柱間などに架線される架空電線用の絶
縁被覆電線としては、従来、複数の硬銅線を撚合わせた
撚線の周りに、ポリエチレン等の絶縁被覆が施された電
線が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
絶縁被覆電線は、撚合わされた各硬銅線に、撚りを解除
しようとする残留応力が必然的に発生する。さらに、こ
の絶縁被覆電線には、架線された場合、架線張力によ
り、各硬銅線には引張応力が発生している。

【０００４】一方、絶縁被覆内に雨水等が侵入すると、
被覆電線内は腐食しやすい環境となり、硬銅線表面に酸
化被膜が形成したりする。

【０００５】このような腐食環境と、上述した残留応力
と、引張応力とが互いに影響し合うと、硬銅線に応力腐
食割れが生じたり、その結果、断線にまで至る。

【０００６】さらに、従来の絶縁被覆電線は、断線した
場合、電線の落下事故の可能性があった。

【０００７】被覆電線用導体として、軟銅線を用いれ
ば、上述のような残留応力を低減することができるの
で、その結果、応力腐食割れを低減することができる。
しかし、その反面、軟銅線を用いれば、架空電線として
の引張強度、破断荷重の低下はまぬがれず、そのため、
実際上、軟銅線を被覆電線用導体として用いることは不
可能である。

【０００８】本発明の目的は、絶縁被覆電線の導体の応
力腐食割れが発生する可能性を低下させ、かつ、破断荷
重が所定の破断荷重より低くならない絶縁被覆電線を提
供することを目的とする。また、本発明は、さらに、応
力腐食割れ等により絶縁被覆電線の導体が断線した場合
でも落下しない絶縁被覆電線を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明にしたがう絶
縁被覆電線は、カーボンファイバーを主成分とする中心
材に導体を被覆してなる中心線と、中心線の周りに撚合
わされた導体線と、導体線の周りに設けられる絶縁被覆
とを備える。

【００１０】カーボンファイバーとしては、種々のもの
を用いることができる。たとえば、そのようなものとし
て、ＰＡＮ系、レーヨン系、ピッチ系等のカーボンファ
イバーを用いることができる。どのような種類のカーボ
ンファイバーを用いるかは、目的用途等に応じて選択す
ればよいが、強度の点から、たとえば、ＰＡＮ系、また
は、ピッチ系が好ましい。また、このようなカーボンフ
ァイバーの形態としては、フィラメント糸、ステープル
糸、クロス等を用いることができる。どのような形態の
カーボンファイバーを用いるかは、目的、用途等に応じ
て選択すればよい。また、フィラメント糸カーボンファ
イバーを用いる場合は、カーボンファイバーのフィラメ
ントの直径が、たとえば、３μｍ〜２０μｍを用いるこ
とができる。

【００１１】また、フィラメント糸カーボンファイバー
を用いる場合は、カーボンファイバーのフィラメント系
体当り、フィラメント数が約５００本〜３０，０００本
を用いることができる。

【００１２】また、フィラメント糸カーボンファイバー
を用いる場合は、フィラメント系の密度が、１．４ｇ／
ｃｍ³〜２．３ｇ／ｃｍ³を用いることができる。

【００１３】一方、カーボンファイバーの引張強度は、
たとえば、４５０ｋｇｆ／ｍｍ²〜８００ｋｇｆ／ｍｍ
²がより好ましい。

【００１４】また、カーボンファイバーの弾性率は、た
とえば、２０，０００ｋｇｆ／ｍｍ ²〜８０，０００ｋ
ｇｆ／ｍｍ²がより好ましい。

【００１５】第１の発明にしたがう中心材は、カーボン
ファイバーを単に束ねるだけでも形成することができる
が、取扱いの向上等を目的として、カーボンファイバー
を熱硬化樹脂に浸漬した後、加熱炉で樹脂を硬化させて
形成してもよい。熱硬化樹脂は、絶縁被覆電線の用途、
目的等に応じて選択すればよい。

【００１６】このような熱硬化樹脂としては、エポキシ
系、ポリイミド系、ポリアミド系等の熱硬化樹脂を用い
ることができる。

【００１７】また、カーボンファイバーを主成分とする
中心材に被覆する導体としては、特に以下のものには限
定されないが、Ｃｕ、Ａｌ等を用いることができる。ど
のような導体を用いるかは、絶縁被覆電線の用途、目的
等に応じて選択すればよい。また、この中心材に導体を
被覆する方法として、導体をテープ状にして中心材に巻
きつけてもよく、また、メッキ等によって被覆してもよ
い。どのような被覆方法を用いるかは、絶縁被覆電線の
用途、目的等に応じて選択すればよい。また、このよう
な導体の厚みは、絶縁被覆電線の用途、目的等に応じて
異なるが、たとえば、０．１ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。

【００１８】また、中心線の周りに撚合わされる導体線
としては、特に限定されるものではないが、たとえば、
硬銅線、アルミ線、Ｎｉ被覆Ｃｕ線、Ｓｎ被覆Ｃｕ線等
を用いることができる。また、中心線の周りに撚合わさ
れる導体線は、素線、撚線等であってもよい。中心線の
周りに撚合せる導体線として、どのような導体線を用い
るかは、絶縁被覆電線の用途、目的等に応じて選択すれ
ばよい。また、中心線の周りに撚合わされる導体線の本
数は、絶縁被覆電線の用途、目的等に応じて決めればよ
い。

【００１９】導体線の周りに設けられる絶縁被覆として
は、特に限定されるものではないが、たとえば、ポリエ
チレン、塩化ビニル等を用いることができる。どのよう
な種類の絶縁被覆を用いるかは、絶縁被覆電線の用途、
目的等に応じて選択すればよい。

【００２０】また、第１の発明にしたがう絶縁被覆電線
において、中心線の周りに撚合わされる導体線は、熱処
理により残留応力を低減されたものとしてもよい。熱処
理の温度、時間は、中心材の周りに撚合わされる導体線
の材質、本数、導体線の断面積、引張強度、破断荷重等
によっても異なるが、温度範囲９０℃〜１９０℃、時
間、０．１時間〜２時間が好ましい。この場合、中心線
の周りに撚合わされる導体線の各々の線に、絶縁被覆電
線導体として最終的に要求される破断荷重に相当する１
線当りの破断荷重より高い破断荷重を有する導体線を用
いることにより、熱処理後の絶縁被覆電線導体として、
最終的に要求される破断荷重を有する絶縁被覆電線導体
を作製することができる。

【００２１】このように、残留応力を低減するための熱
処理により生じる破断荷重の低下を見込んで、予め破断
荷重の高い導体線を用いているが、このような高い破断
荷重を有する導体線は、従来よりも太い線径の導体線を
用い、これを冷間加工することにより破断荷重を高めた
ものや、あるいは、導電率の低下が許容される範囲内に
おいて合金化したようなものを使用することができる。

【００２２】第２の発明にしたがう絶縁被覆電線の製造
方法は、カーボンファイバーを固めて線状の中心材を得
る工程と、中心材の周りに導体を被覆する工程と、導体
の被覆の周りに導体線を撚合わせる工程と、撚合わせた
導体線を熱処理する工程と、撚合わせた導体線の周りに
絶縁被覆する工程とを備える。

【００２３】カーボンファイバーを固めて線状の中心材
を得る工程において、特に以下の場合には限定されない
が、たとえば、カーボンファイバー束を熱硬化樹脂に浸
漬した後、所望の直径を有するダイスを通し、加熱炉で
樹脂を硬化させることにより、所望の直径を有する中心
材を得ることができる。また、このような工程において
金属を樹脂中に混合してもよい。

【００２４】中心材の周りに導体を被覆する工程におい
て、特に以下の場合に限定されないが、たとえば、カー
ボンファイバーを固めて線状の中心材を得た後、この中
心材の周りに銅テープ等を巻きつけ、溶接により接合し
た後、所望の直径を有するダイスを通し、ダイス加工に
より所望の直径を有する中心線を得ることができる。

【００２５】また、中心線の導体の被覆の周りに導体線
を撚合わせる工程において、圧縮撚線加工することによ
り所望の直径を有する絶縁被覆電線導体を得ることがで
きる。

【００２６】

【作用】第１の発明において、中心線として、カーボン
ファイバーを主成分とする中心材に、導体を被覆してな
る中心線を用いている。

【００２７】カーボンファイバーを主成分とする中心材
を用いているのは、カーボンファイバーの引張強度が高
いからである。また、カーボンファイバーは、それ自
体、雨水等により腐食が生じないため、応力腐食割れを
生じないからである。

【００２８】しかし、カーボンファイバーは、それ自
体、繊維の横方向に対するせん断力にもろい。したがっ
て、カーボンファイバーを主成分とする中心材の周り
に、直接、導体線を撚合わせると、撚線導体を形成する
際に、中心材と導体線の接触部位において発生する、カ
ーボンファイバーの繊維の横方向に対するせん断力によ
り、カーボンファイバーが切断される等し、その結果、
中心材の引張強度が低下する。

【００２９】同様に、中心材の周りに撚合せた導体線
に、応力腐食割れが生じた際に、中心材と導体線の接触
部位において、カーボンファイバーの繊維の横方向に対
するせん断力が発生し、カーボンファイバーが切断され
る等し、その結果、中心材の引張強度が低下する。

【００３０】このため、この中心線は、カーボンファイ
バーを主成分とする中心材に導体が被覆されている。導
体は、Ｃｕ、Ａｌ等の金属であるため、その周りに撚合
わされる導体線等から発生するせん断力に対し強い機械
的強度を示す。一方、導体を被覆することで、導体の周
りに撚合わされる導体線から発生するせん断力が、中心
材には加わらない。このように、導体の周りに撚合わさ
れる導体線等から発生するせん断力等によって、中心材
のカーボンファイバーが、切断されることはないので、
導体の周りに撚合わされる導体線が断線した場合でも、
この中心線は高い引張強度を示す。

【００３１】さらに、カーボンファイバーを主成分とす
る中心材に導体を被覆してなる導体線を中心線として用
いることで、この中心線には、撚線加工時に、撚りによ
る変形が加えられない。したがって、この中心線は撚線
加工時に断線する可能性が著しく低減される。また、中
心線の周りに撚合わされる導体線のいずれかに断線が生
じた場合、撚線加工により生じる残留応力が解放等され
ることにより生じる力は、中心線に対してではなく、主
として、撚合わされた導体線間に働く。このため、中心
線は、他の導体線に比べ断線しにくい。

【００３２】以上説明したように、第１の発明にしたが
う絶縁被覆電線は、架線され、架空電線として用いられ
る場合、中心線の周りに撚合わされた導体線が断線した
場合においても、中心線が切断されず、また、カーボン
ファイバーは引張強度が強いため、架空電線の落下事故
を低減できる。

【００３３】また、第１の発明において、さらに熱処理
をすることもできる。熱処理をすることにより、中心線
の周りに撚合わされる導体線の残留応力を低減すること
ができる。しかしながら、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料から
なる導体線は、残留応力が低減する際、引張強度、破断
荷重も低下する。しかし、第１の発明において、中心線
の中心材は、カーボンファイバーを主成分とする中心材
よりなるため、熱処理した後においても、引張強度は低
下しない。このため、第１の発明にしたがう絶縁被覆電
線は、熱処理した後においても、高い引張強度と高い破
断荷重を有する。したがって、第１の発明にしたがう絶
縁被覆電線は、熱処理した場合においても、引張強度、
破断荷重が低下せず、熱処理により残留応力を低減で
き、その結果応力腐食割れを低減できる。このため、第
１の発明にしたがう絶縁被覆電線の導体は、従来の絶縁
被覆電線導体に比べ、熱処理した後においても高い破断
荷重を有し、かつ、残留応力が低減されているので、被
覆内部へ雨水等が侵入した場合においても断線を生じに
くい。また、第２の発明において、中心線の導体の周り
に導体線を撚合わせる工程において、圧縮撚線加工する
ことにより、中心線の破断荷重を高くするために、中心
線の断面積を大きくした場合でも、所望の導体半径を有
する絶縁被覆電線導体を得ることができる。

【００３４】

【実施例】

実施例１断面積が１ｍｍ²、引張強度が５００ｋｇ／ｍｍ²のカ
ーボンファイバー（ＰＡＮ系高強度型）束を熱硬化樹脂
（ポリイミド系）に浸漬した後、直径が１．４ｍｍのダ
イスを通し、加熱炉で３５０℃で１５分間、樹脂を硬化
させ中心材を作製した。このような作業工程を示す概略
的な工程図を、図１に示す。図１を参照して、サプライ
１にはカーボンファイバー２が巻きつけられている。サ
プライ１から供給されたカーボンファイバー２は、熱硬
化樹脂槽３において熱硬化樹脂４に浸漬される。その
後、熱硬化樹脂４に浸漬されたカーボンファイバーは、
ダイス５により所望の直径とされた後、硬化炉６により
硬化され、巻取器７に巻取られる。

【００３５】次に、この中心材に、０．５ｍｍの厚さの
銅テープを巻きつけ、溶接により接合し、ダイス加工
で、直径が２ｍｍの中心線を作製した。このような作業
工程を示す概略的な工程図を、図２に示す。図２を参照
して、サプライ８には、硬化した中心材９が巻きつけら
れている。サプライ８から供給された中心材９は、銅テ
ープサプライ１０から供給された銅テープ１１が巻きつ
けられ、溶接機１２により溶接される。その後、中心材
９の周りに銅テープ１１が被覆された中心線１３は、締
付けダイス１４により所望の直径とされる。

【００３６】次に、この中心線の周りに直径が２ｍｍの
硬銅線１８本を撚合わせて、１９本の撚線導体を得た
後、ポリエチレンを被覆して絶縁被覆電線を作製した。

【００３７】得られた電線導体の模式図を図３に示す。
図３を参照して、中心線１５はカーボンファイバを固め
て線状の中心材１６とその周りに被覆された銅テープ１
７とにより形成されている。

【００３８】中心線１５の周りには、１８本の硬銅線１
８が同心よりに２層より合されて、外層を形成してい
る。

【００３９】この絶縁被覆電線を径間が４０ｍの電柱間
に施設後、酢酸銅とアンモニア水からなる腐食液を電線
内に注入することで、応力腐食割れを生じさせたが、中
心線は断線せず、電線は落下しなかった。

【００４０】比較例として直径２ｍｍの硬銅線を用いて
１９本撚線とした後ポリエチレンを被覆し絶縁被覆電線
を作製した。実施例１と同様の腐食割れ試験を行なった
が、７２５日後、すべての硬銅線が断線し、電線が落下
した。実施例２断面積が１ｍｍ² 、破断荷重が５３０ｋｇのカーボンフ
ァイバー（ＰＡＮ系高強度型）束を熱硬化樹脂（ポリイ
ミド系）に浸漬した後、直径が１．４ｍｍのダイスを通
し、加熱炉で、４００℃で、３０分間、樹脂を硬化さ
せ、中心材を作製した。次に、この中心材に、０．５ｍ
ｍの厚さの銅テープを巻きつけ、溶接により接合し、ダ
イス加工で、直径が２ｍｍの中心線を作製した。また、
タフピッチ銅の直径が８ｍｍの粗引き線を冷間伸線加工
により、直径が２ｍｍで、破断荷重が１４０ｋｇのＣｕ
の導体線を作製した。中心線の周りに、１８本のＣｕの
導体線を撚合わせて、１９本の撚線導体を作製した。こ
の撚線導体を、１１０℃で、３０分間、熱処理し、破断
荷重、抵抗（Ω／ｋｍ）を測定した。また、この熱処理
により、１９本撚線の破断荷重が、２７３０ｋｇから２
４７０ｋｇに低下した。次に、この撚線導体を半径が１
５０ｍｍの曲げ治具に取付け、酢酸銅とアンモニア水と
を混合した水溶液中に浸漬し、応力腐食割れ試験を行な
った。応力腐食割れ試験は、撚線導体を構成する導体
線、および、中心線のいずれかが断線するまでの日数を
測定することにより行なった。実施例３断面積が１ｍｍ² 、破断荷重が５３０ｋｇのカーボンフ
ァイバー（ＰＡＮ系高強度型）束を熱硬化樹脂（ポリイ
ミド系）に浸漬した後、直径が１．４ｍｍのダイスを通
し、加熱炉で、４００℃で、３０分間、樹脂を硬化さ
せ、中心材を作製した。次に、この中心材に、０．５ｍ
ｍの厚さの銅テープを巻きつけ、溶接により接合し、ダ
イス加工で、直径が２ｍｍの中心線を作製した。また、
タフピッチ銅の直径が１１ｍｍの粗引き線を冷間伸線加
工により、直径が２ｍｍで、破断荷重が１５４ｋｇのＣ
ｕの導体線を作製した。中心線の周りに、１８本のＣｕ
の導体線を撚合わせて、１９本の撚線導体を作製した。
この撚線導体を、１４０℃で、１．５時間、熱処理し、
破断荷重、抵抗（Ω／ｋｍ）を測定した。また、この熱
処理により、１９本撚線の破断荷重が、２９７０ｋｇか
ら２４６０ｋｇに低下した。次に、実施例２と同じ条件
で、応力腐食割れ試験を行なった。実施例４断面積が１．５ｍｍ² 、破断荷重が５３０ｋｇのカーボ
ンファイバー（ＰＡＮ系高強度型）束を熱硬化樹脂（ポ
リイミド系）に浸漬した後、直径が１．５ｍｍのダイス
を通し、加熱炉で、４５０℃で、３０分間、樹脂を硬化
させ、中心材を作製した。次に、この中心材に、０．５
ｍｍの厚さの銅テープを巻きつけ、溶接により接合し、
ダイス加工で、直径が２．４ｍｍの中心線を作製した。
また、タフピッチ銅の直径が１１ｍｍの粗引き線を、冷
間伸線加工により、直径が２ｍｍで、破断荷重が１５４
ｋｇのＣｕの導体線を作製した。中心線の周りに、１８
本のＣｕの導体線を用い、圧縮撚線加工をすることによ
り、電線用導体の直径が１０ｍｍの１９本撚線導体を作
製した。この撚線導体を、１５０℃で、２時間、熱処理
し、破断荷重、抵抗（Ω／ｋｍ）を測定した。また、こ
の熱処理により、１９本の撚線導体の破断荷重が、３２
００ｋｇから２６３０ｋｇに低下した。次に、実施例２
と同じ条件で、応力腐食割れ試験を行なった。比較例タフピッチ銅の直径が８ｍｍの粗引き線を、冷間伸線加
工により、直径が２ｍｍで、破断荷重が１４０ｋｇのＣ
ｕの導体線を作製した。このＣｕ導体線の１本を中心線
とし、その中心線の周りに、１８本のＣｕの導体線を撚
合わせて、１９本の撚線導体を作製した。この撚線導体
の破断荷重は、２６４０ｋｇであった。この撚線導体
を、１２０℃で０．５時間熱処理し、破断荷重、抵抗
（Ω／ｋｍ）を測定した。また、この熱処理により、１
９本の燃線導体の破断荷重が２６４０ｋｇから２３６０
ｋｇに低下した。次に実施例２と同じ条件で、応力腐食
割れ試験を行なった。従来例タフピッチ銅の直径が８ｍｍの粗引き線を、冷間伸線加
工により、直径が２ｍｍで、破断荷重が１４０ｋｇのＣ
ｕの導体線を作製した。

【００４１】このＣｕの導体線の１本を中心線とし、そ
の周りに、１８本のＣｕの導体線を撚合わせて、１９本
の撚線導体を作製した。このＣｕの撚線導体の破断荷重
は、２６４０ｋｇであった。次に、この撚線導体を、熱
処理することなく、実施例２と同じ条件で、応力腐食割
れ試験を行なった。

【００４２】

【表１】第１の発明にしたがう絶縁被覆電線において、中心線の
周りに撚合わされる導体線を熱処理した導体線は、従来
の撚線導体に比べ、耐応力腐食割れ性に優れることが明
らかである。

【００４３】また、第１の発明にしたがう絶縁被覆電線
において、中心線の周りに撚合わされる導体線を、熱処
理しても、従来の電線用導体と同程度の破断荷重を有し
ていることが明らかである。すなわち、実施例２〜４の
電線用導体は、いずれも熱処理後においても規格値の破
断荷重を有していることが明らかである。また、本発明
にしたがう絶縁被覆電線は、電気的抵抗（Ω／ｋｍ）の
面でも問題はない。

【００４４】

【発明の効果】以上、説明してきたように、本発明にし
たがう絶縁被覆電線は、中心線の周りに撚合わされる導
体線が、断線した場合においても落下事故の発生を低減
することができる。

【００４５】また、本発明にしたがう絶縁被覆電線の撚
線導体は、熱処理することにより、撚線加工の工程で生
じた残留応力が低減でき、かつ、中心線により、熱処理
により破断荷重が低下するのを低減することができる。

【００４６】したがって、本発明にしたがう絶縁被覆電
線は、熱処理した場合でも、従来の絶縁被覆電線と同様
の破断荷重を有し、しかも応力腐食割れによる断線が生
じにくい。

【００４７】また、本発明にしたがう絶縁被覆電線は、
中心材の主成分であるカーボンファイバーの引張強さが
強いこと、および軽量であるため、現行の架線施設を使
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第２の発明にしたがう絶縁被覆電線の製造方法
において、カーボンファイバーを固めて中心材を得る工
程を説明する概略的な工程図である。

【図２】第２の発明にしたがう絶縁被覆電線の製造方法
において、中心材の周りに導体を被覆する工程を説明す
る概略的な工程図である。

【図３】本発明の実施例において作製された絶縁被覆電
線の導体を示す模式図である。

【符号の説明】

１、８サプライ２カーボンファイバー３熱硬化樹脂層４熱硬化樹脂５ダイス６硬化炉７巻取器９、１６中心材１０銅テープサプライ１１、１７銅テープ１２溶接機１３、１５中心線１４締付けダイス１８硬銅線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カーボンファイバーを主成分とする中心
材に導体を被覆してなる中心線と、前記中心線の周りに撚合わされた導体線と、前記導体線の周りに設けられる絶縁被覆とを備える、絶
縁被覆電線
【請求項２】前記中心線の周りに撚合わされた導体線
が、熱処理により残留応力を低減されたことを特徴とす
る、請求項１記載の絶縁被覆電線
【請求項３】カーボンファイバーを固めて線状の中心
材を得る工程と、前記中心材の周りに導体を被覆する工程と、前記導体の被覆の周りに導体線を撚合わせる工程と、前記撚合わされた導体線を熱処理する工程と、前記撚合わされた導体線の周りに絶縁被覆する工程とを
備える、絶縁被覆電線の製造方法