JP5792120B2

JP5792120B2 - 高周波電流用電線

Info

Publication number: JP5792120B2
Application number: JP2012124363A
Authority: JP
Inventors: 清司森永; 浩市木全; 利明勝矢
Original assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013251101A

Description

この発明は、雷害対策システムに使用される雷サージ用電線等の高周波電流用電線に関する。

近年、ネットワーク社会となり、そのネットワークには多くの通信機器等の機器が接続されている。一方、近年、気象変化により落雷が多発しており、その落雷が前記ネットワークに生じると、そのネットワークに接続された機器に被害を与える。
このため、従来から、図１２に示すように、商用周波電源Ｄから負荷装置Ｆへの電源回路に、抵抗成分Ｒ、リアクタンス成分Ｌを持つ雷サージ用電線Ｐと避雷器ＳＰＤ（Surge Protective Device)とからなる雷害対策システムを構築する場合が多くなっている。この雷害対策システムには、雷サージが高周波であることから、前記雷サージ用電線Ｐには商用周波に使用される電線に比較すれば、導体外径が比較的大きい電線を選定し、このような電線が高周波電流用電線と称して使用されている。

また、図１３に示すように、充電コイルＣから図示していない電気自動車（ＥＶ）等への給電の際、その電源には高周波電源Ｅが使用され，その充電コイルＣへの給電ケーブルには高周波が流れるため、そのケーブルＰには、商用周波に使用される電線に比較すれば、導体外径が比較的大きい電線として上記高周波電流用電線の使用が予想される。なお、ここでいう「高周波」とは、一般的に１ｋＨｚ以上を指す。

ところで、サージ電流をスムーズに流すためには、電線のインピーダンスが低いことが求められる。低周波における電線のインピーダンスは、導体抵抗でほぼ決まる。このため、低周波用途の場合、使用電線は所要インピーダンスに対応する導体断面積（単線の場合はその単線断面積、撚り線の場合はその撚り線全体の総断面積、以下同じ）のものが使用されている。

一方、雷サージやノイズ、高周波電源やインバータ電源等の高周波電流が流れる用途では、電線のインピーダンスは、リアクタンスの影響が大きく、そのリアクタンスが小さいほど小さくなる。このリアクタンスは、導体外径（単線の場合はその単線外径、撚り線の場合はその撚り線全体の外周径、以下同じ）が大きいほど小さくなる。このため、従来、導体外径（外周径）の大きな電線が選定・使用されている。
このとき、単線、同心撚線、集合撚線等の一般的な導体の断面積も大きくなるため、導体の使用量が多くなり、電線のコストは高いものとなっている。

特開２００２−２０８３１８号公報

上記実状の下、天然繊維、プラスチック、ゴム等の非導電性芯材を中心に挿入し、その上（外周）に導体を設けることにより、導体断面積を抑えつつ導体外径を大きくできる「拡径導体」が使用されている（特許文献１図１、図２参照）。
これらの芯材は、導体と性質が異なるため、導体とともに端子（又はスリーブ、以下、単に、端子と表記、又は接続部と表記する）の圧着（又は圧縮、以下、単に、「圧着」と表記する。）を行なうと、使用時にこれらの接続個所の性能低下が生じる。具体的には、圧着後の圧着部断面積は一定であり、その一部を芯材が占めるため、芯材の引張強さが導体に比べて大きく下回る場合、接続部の引張強度が低下する。また、通常、電線に電流が流れれば、導体発熱が生じる。その発熱温度が芯材の軟化点を上回ると、軟化した芯材は、導体や端子の圧着残留応力や、軟化時の自己膨張圧（多くの物質は、固体から液体に変化する際、膨張する）により一部が圧着部から不可逆的に浸出する。その後、導体温度が下がると、圧着部の残留応力が減少して接触抵抗が増加したり、引張強度が低下したりする。

これを避けるため、拡径導体の端末処理の際には、導体の撚りを一旦解して芯材を露出させ、切断・除去し、その後、導体を整形して端末接続するという作業を行なう必要がある。このように、拡径導体を使用した電線の取扱いは煩わしいため、拡径導体使用の電線は避雷針引き下げ用電線や岩石爆破装置用ケーブル等、極めて特殊な用途にしか使用されず、ＳＰＤ接地線等の一般的な電線には、相変わらず、ＩＶ電線（屋内配線用ビニル絶縁電線、図１４参照）が使用されている。

この発明は、以上の実状の下、安価で接続作業性のよい高周波電流用電線を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、筒状（パイプ状）芯材の外周面に複数の導体を配置した構成としたのである。
この構成の電線は、各導体の総断面積が同じであっても、芯材の径を大きくすることによって、その芯材周りの各導体のなす外周径は大きくなるため、雷サージやノイズ、高周波電源やインバータ電源等の高周波電流が流れる用途におけるリアクタンスの小さな電線となる。

この構成において、筒状芯材は、当初からのパイプのみならず、テープを縦添えして成形ガイドを通し徐々に円形にしてパイプ状としたり、線材又は（／及び）テープをスパイラル管のようにスパイラル状に巻回してパイプ状としたりして得ることができる。
また、上記成形ガイドを通し徐々に円形にしたパイプ状のものに、更にテープまたは線材をスパイラル状に巻回してもよい。
このようなパイプ状芯材を使用した高周波電流用電線は、テープを縦添えしてパイプ状としたものは、曲げる際にテープの重なり部でテープが曲げを吸収できるので可撓性を有する。スパイラル状に巻回してパイプ状にしたものは、巻バネ効果で可撓性を有する。さらに、パイプ状のものに更にテープまたは線材をスパイラル状に巻回したものは、曲げに対して強いものとなる。

芯材の材料としては、金属、非金属、樹脂等の種々のものが採用し得るが、導体発熱の影響を考え、樹脂などに比べ耐熱性があり、容易に軟化しない金属が好ましく、金属であれば、端末処理時、導体の撚りを一旦解してその後、導体を整形する作業を行なう必要がないため、芯材の切断・除去が不要となってその処理作業性が向上する。
金属としては、銅、アルミニウム、真鍮、鉄、ステンレスなどを採用することができるが、導体と同じ素材とする方が好ましい。同じ素材であれば、端末処理時におけるその端末部の導電性に変化が生じにくいからである。

上記芯材の外周面に配置する複数の導体は、１層でも良いが、複数層とすることができる。そのとき、各層の導体は撚り合わせたものとすることができる。また、その複数の導体の外周を絶縁被覆したものとすることができる。
さらに、その絶縁被覆した電線の複数を撚り合わせ、その外周面を被覆してシースを設けたものとすることもできる。
これらの高周波電流用電線は、従来と同様な使用態様が考えられるが、特に、雷サージ用としたり、電気自動車（ＥＶ）等への給電用としたりすることができる。

この発明は、以上のようにして芯材をパイプ状としたので、導体の断面積を大きくすることなく、リアクタンスの小さな高周波電流用電線とすることができるとともに、その端末処理の容易なものとなる。

この発明の高周波電流用電線の一実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図同他の実施形態の断面図（ａ）は引張試験説明図、（ｂ）は抵抗値測定試験説明図雷害対策システムの一概略図高周波給電回路の概略図従来例の断面図他の従来例の断面図他の従来例の断面図他の従来例の断面図他の従来例の断面図

図１〜図９にこの発明に係る高周波電流用電線の一つである雷サージ用電線Ｐの各実施形態（Ｐ_０〜Ｐ_８）を示し、その構成（実施例１〜９：Ｐ_０〜Ｐ_８）は表１に示すとおりである。

その図１の雷サージ用電線Ｐ_０は、銅テープを縦添えして成形ガイドを通し徐々に円形にしてパイプ状の芯材１とし、そのパイプ状芯材１の外周に銅製導体２を撚りつつ（スパイラル状に）周方向に密に配置したものであり、
図２の雷サージ用電線Ｐ_１は、上記雷サージ用電線Ｐ_０の周り（各導体２の周り）を塩化ビニル（ＰＶＣ）の絶縁体３によって被覆したものである。
図３の雷サージ用電線Ｐ_２は、上記電線Ｐ_１の絶縁体３にＰＶＣに代えて耐燃性ポリエチレン（耐燃ＰＥ）を採用したものである。
図４の雷サージ用電線Ｐ_３は、上記電線Ｐ_１の導体に代えて錫メッキ銅素線２を使用してその素線の８８本を撚り合わせ、その外周の絶縁体３にゴムを採用したものである。
図５の雷サージ用電線Ｐ_４は、上記電線Ｐ_１の絶縁体３にフッ素樹脂を採用したものである。
図６の雷サージ用電線Ｐ_５は、銅テープ製芯材１の内側に真鍮線１ａをスパイラル円筒状に設け、芯材１の外周に銅製導体２を撚りつつ配置し、その各導体２の周りをウレタン製絶縁体３によって被覆したものである。
図７の雷サージ用電線Ｐ_６は、芯材１にアルミニウム管（アルミパイプ）を採用し、その芯材１の外周にアルミニウム製導体２を撚りつつ配置し、その各導体２の周りをポリアミドの絶縁体３によって被覆したものである。

図８の雷サージ用電線Ｐ_７は、上記雷サージ用電線Ｐ_１の絶縁体３を架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）とし、その２本の電線Ｐ_１’を撚り合わせてその外周にＰＶＣシース４を被覆したケーブルである。
図９の雷サージ用電線Ｐ_８は、上記雷サージ用電線Ｐ_４において、その導体２にアルミニウムを使用し、その４本の雷サージ用電線Ｐ_４’を撚り合わせ、その外周に銅テープを巻回して遮蔽層５を設けた後、その外周にウレタン製シース４を被覆したケーブルである。

比較例として、図１４〜図１８の雷サージ用電線Ｐ_１２〜Ｐ_１６を製作した。その図１４の雷サージ用電線Ｐ_１２は、銅製導体２’の７本を撚り合わせ、その外周をＰＶＣ製絶縁体３’で被覆したものである。
図１５で示す雷サージ用電線Ｐ_１３は、ＸＬＰＥ紐製円柱状芯材１’の外周に銅製導体２’を撚り合わせ、その外周をＰＶＣ製絶縁体３’で被覆したものである。

図１６の雷サージ用電線Ｐ_１４は、銅製導体２’の７本を撚り合わせ、その外周をＸＬＰＥ製絶縁体３’’で被覆した電線Ｐ_１２’の２本を撚り合わせ、その外周にＰＶＣ製シース４’を被覆したケーブルである。である。
図１７の雷サージ用電線Ｐ_１５は、ＸＬＰＥ紐製円柱状芯材１’の外周に銅製導体２’を撚り合わせ、その外周をＸＬＰＥ製絶縁体３’’で被覆した電線Ｐ_１３’の２本を撚り合わせ、その外周にＰＶＣ製シース４’を被覆したものである。
図１８の雷サージ用電線Ｐ_１６は、上記電線Ｐ_１３’の４本を撚り合わせ、その外周に銅テープを巻回して遮蔽層５’を設けた後、その外周にＰＶＣ製シース４’を被覆したケーブルである。

その実施例１〜９及び比較例１〜５の「材料コストを示す導体断面積」と「端末処理時の作業性」を測定した結果を表２に示す。
材料コストを示す導体断面積は、導体外径を同じ（表１で６．０ｍｍΦ）として導体が芯材有りと芯材無しとの比較で、導体断面積が小さいものは「○（材料コスト安い）」、大きいものは「×（材料コスト高い）」とした。
端末処理時の作業性は、図１１に示す市販の圧着端子１０を各電線Ｐの導体２、２’に圧着し、その作業性において、芯材１’の除去等があった場合は、その作業性は「×（不良）」、単に、導体２をカシメるのみの場合は同「○（良好）」とした。
総合評価はすべて「○」は「○」、一つでも「×」があれば「×」とした。なお、図１１（ａ）に示す引張試験、同（ｂ）に示す両端端子１０、１０間の抵抗値試験は各実施例と比較例との間には差は生じなかった。

この実験結果から、各実施例１〜９（電線Ｐ_０〜Ｐ_８）は、両試験において、「○」を得ているに対し、比較例１〜５（電線Ｐ_１２〜Ｐ_１６）はその実験のどちらか一方において「×」となって、この発明に係る電線が優れていることが理解できる。

また、各電線Ｐ（Ｐ_０〜Ｐ_８）は、個別的には、実施例１、２の電線Ｐ_０、Ｐ_１は一般的な構成であることから、製造が容易であって安価なものとなり、実施例３の電線Ｐ_２は、絶縁体３をなす耐燃ＰＥはＰＶＣに比べて薄い厚さで絶縁性を担保できるため、その絶縁体３の厚みを薄くできて、電線Ｐ_２全体の径を細くできる。
実施例４の電線Ｐ_３は、同Ｐ_２と同様に、電線径を細くできる上に、可撓性に富んだものとなり、実施例５の電線Ｐ_４は、絶縁体３をなすフッ素樹脂はゴムに比べて薄い厚さで絶縁性を担保できるため、その絶縁体３の厚みを薄くできて、電線Ｐ_４全体の径をさらに細くできる。
実施例６の電線Ｐ_５は、スパイラルされた真鍮線１ａ及び機械的強度のあるウレタン製絶縁体３によって変形し難いものとなり、実施例７の電線Ｐ_６は、導体３がアルミニウムであることから、軽量化が図られ、ポリアミドの絶縁体３から、機械的強度の高いものとなる。
実施例８の電線（ケーブル）Ｐ_７は、電線Ｐ_１と同様に、一般的な構成であることから、製造が容易であって安価なものとなり、実施例９の電線（ケーブル）Ｐ_８は、上記電線Ｐ_６の導体材料及び電線P_４の絶縁材料の効果、すなわち、軽量、細径である利点を有する。

上記各電線Ｐ_０〜Ｐ_８は、雷サージ用電線であったが、図１３に示した電気自動車（ＥＶ）等への給電ケーブルＰには、図８、図９に示すものなどを採用できることは勿論である。

因みに、図１〜図９で示した各実施形態は例示であって、この発明の作用効果を発揮する限りにおいて、例えば、導体２は電線周方向に密に配置しなくても良く、また、芯材１、導体２、絶縁体３及びシース４等の素材は任意である。さらに、そのパイプ状芯材１の成形方法も種々の態様が採用でき、例えば、テープ又は線材をスパイラル管のようにスパイラル状に巻回してパイプ状としたり、テープ及び線材の両者を一緒にスパイラル管のようにスパイラル状に巻回してパイプ状としたりすることができる。これらの場合、その円形にしたパイプ状のものに更にテープまたは線材をスパイラル状に巻回することもできる（図６参照）。このとき、パイプ状とスパイラル状の内外はどちらでも良い（図６では、スパイラル状がパイプ状の内側に位置している）。
芯材１の外周面に配置する複数の導体２は、１層でも良いが、複数層、例えば、図１０に示す２層の電線Ｐ_９等と、３層以上のものとすることができる。
このように、今回開示された実施の形態はすべ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ことは勿論である。この発明の範囲は、上記した意味ではなく、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１、１’ 芯材
２、２’ 導体
３、３’ 絶縁体
４、４’ シース
Ｐ、Ｐ_０〜Ｐ_９雷サージ用電線（ケーブル）

Claims

筒状芯材（１）の外周面に複数の導体（２）を配置した雷サージ用高周波電流用電線であって、前記筒状芯材（１）が前記導体（２）と同一素材からなるテープ状部材を縦添えして成形ガイドを通してパイプ状とし、その筒状芯材（１）の外周面に前記複数の導体（２）を撚りつつ周方向に配置したことを特徴とする雷サージ用高周波電流用電線。
上記筒状芯材（１）の外周面に配置された複数の撚り合わせた導体（２）が前記筒状芯材（１）の径方向に複数層となっていることを特徴とする請求項１に記載の雷サージ用高周波電流用電線。
上記複数の導体（２）の外周を絶縁被覆（３）したことを特徴とする請求項１又は２に記載の雷サージ用高周波電流用電線。
請求項３に記載の雷サージ用高周波電流用電線の複数を撚り合わせ、その外周面を被覆してシース（４）を設けたことを特徴とする雷サージ用高周波電流用電線。