JP6691029B2 - 絶縁電線及び絶縁電線の製造方法 - Google Patents
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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層が複数の気孔を有し、上記絶縁層全体の気孔率が15体積%以上60体積%以下であり、上記絶縁層の少なくとも1層がポリメチルメタクリレートの分解残渣を含む。
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。
<絶縁電線>
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1つの絶縁層3とを備える。絶縁層3は複数の気孔4を有する。絶縁層全体の気孔率(本実施形態では絶縁電線1は1つの絶縁層3のみを有するため絶縁層3の気孔率)は、15体積%以上60体積%以下である。また、当該絶縁電線1は、絶縁層3がPMMAの分解残渣を含む。なお、本実施形態では、絶縁層は1層しか存在していないが、本発明に係る絶縁電線は、第二実施形態に示すように複数の絶縁層を有していてもよい。そのため、以下では1又は複数の絶縁層全体を示す用語として「絶縁層全体」との語を用いる場合がある。
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。
図1及び図2に示すように、絶縁層3は、樹脂マトリックスと、この樹脂マトリックス中に散在する複数の気孔4と、気孔4の周縁部に形成される外殻5とを有する。絶縁層3は、後述するように、PMMA粒子によって形成される熱分解性コアと、このコアの外周を被覆するシェルとを有する中空形成粒子を含有する樹脂ワニスの導体2の外周面への塗布及び加熱によって形成される。
次に、図3を参照して、線状の導体2と、この導体2の外周面に積層される絶縁層3とを備える図1の当該絶縁電線1の製造方法を説明する。当該絶縁電線の製造方法は、導体2の外周側に、PMMA粒子を含有する樹脂ワニスを塗布する塗布工程と、上記塗布工程で塗布された樹脂ワニスを加熱する加熱工程とを備える。当該絶縁電線の製造方法は、上記PMMA粒子が上記加熱工程による熱分解によって気孔4を形成する。また、当該絶縁電線の製造方法は、絶縁層全体の気孔率が15体積%以上60体積%以下である。
まず、当該絶縁電線の製造方法で用いられる樹脂ワニスについて説明する。上記樹脂ワニスとしては、絶縁層3の上記樹脂マトリックスを形成する主ポリマーと、この主ポリマーに分散する中空形成粒子6とを溶剤で希釈したものが用いられる。また、上記樹脂ワニスは、フィラー、酸化防止剤、レベリング剤、硬化剤、接着助剤等の他の成分を含有していてもよい。
上記主ポリマーとしては、特に限定されないが、例えばポリビニールホルマール前駆体、ポリウレタン前駆体、アクリル樹脂前駆体、エポキシ樹脂前駆体、フェノキシ樹脂前駆体、ポリエステル前駆体、ポリエステルイミド前駆体、ポリエステルアミドイミド前駆体、ポリアミドイミド前駆体、ポリイミド前駆体等の前駆体や、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン等が挙げられる。中でも、上記樹脂ワニスの塗布性を向上できると共に、絶縁層3の強度及び耐熱性を向上させ易いポリアミドイミド前駆体及びポリイミド前駆体が好ましく、ポリイミド前駆体が特に好ましい。
中空形成粒子6は、図3に示すように、PMMA粒子によって形成されるコア4aと、コア4aの外周を被覆し、上記PMMA粒子より熱分解温度が高いシェル5aとを有するコアシェル構造体である。
上記溶剤としては、絶縁電線用樹脂ワニスに従来より用いられている公知の有機溶剤を用いることができる。具体的には、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ヘキサエチルリン酸トリアミド、γ−ブチロラクトンなどの極性有機溶媒をはじめ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素類、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類、クレゾール、クロルフェノールなどのフェノール類、ピリジンなどの第三級アミン類等が挙げられ、これらの有機溶媒はそれぞれ単独であるいは2種以上を混合して用いることができる。
上記塗布工程では、上述の樹脂ワニスを導体2の外周側に塗布する。上記樹脂ワニスを塗布する方法としては、例えば上記樹脂ワニスを貯留した貯留槽と塗布ダイスとを備える塗布装置を用いた方法が挙げられる。この塗布装置によれば、導体2が貯留槽内を挿通することで樹脂ワニスが導体2の外周側に付着し、その後塗布ダイスを通過することでこの樹脂ワニスが略均一な厚さで塗布される。
上記加熱工程では、上記塗布工程で塗布された樹脂ワニスを加熱する。上記加熱工程によって、上記樹脂ワニスを導体2の外周側に焼き付けることで、導体2の外周側に絶縁層3が積層される。また、上記加熱工程によって、PMMA粒子が熱分解することで絶縁層3に気孔4が形成される。上記加熱工程における加熱方法としては、特に限定されないが、熱風加熱、赤外線加熱、高周波加熱等、従来公知の方法が挙げられる。上記加熱工程における加熱温度としては、通常200℃以上600℃以下である。
<絶縁電線>
図4の絶縁電線11は、線状の導体2と、導体2の外周面に積層される複数の絶縁層とを備える。具体的には、当該絶縁電線11は、上記複数の絶縁層として、導体2の外周面に直接積層される第1絶縁層12aと、この第1絶縁層12aの外周面に直接積層される第2絶縁層12bとを備える。当該絶縁電線11において、導体2及び第2絶縁層12bは、図1の絶縁電線1の導体2及び絶縁層3と同様の構成を有する。また、当該絶縁電線11において、第1絶縁層12aは気孔を有しない。当該絶縁電線11は、絶縁層全体の気孔率が15体積%以上60体積%以下であり、第1絶縁層12a及び第2絶縁層12bの少なくとも1層がPMMAの分解残渣を含む。なお、導体2及び第2絶縁層12bの具体的構成は、図1の絶縁電線1と重複するため説明を省略する。
当該絶縁電線11の製造方法は、導体2の外周側に第1絶縁層12aを積層する第1絶縁層積層工程と、第1絶縁層12aの外周側に第2絶縁層12bを積層する第2絶縁層積層工程とを備える。また、第2絶縁層積層工程は、第1絶縁層12aの外周側にPMMA粒子を含有する樹脂ワニスを塗布する第2塗布工程と、この第2塗布工程で塗布された樹脂ワニスを加熱する第2加熱工程とを備える。当該絶縁電線の製造方法は、上記PMMA粒子が第2加熱工程による熱分解によって気孔を形成し、絶縁層全体の気孔率が15体積%以上60体積%以下である。なお、上記第2塗布工程及び第2加熱工程は、図1の絶縁電線1の製造方法における塗布工程及び加熱工程と同様に行うことができるため説明を省略する。
上記第1絶縁層積層工程は、第1絶縁層12aを形成する樹脂ワニスを導体2の外周側に塗布する第1塗布工程と、上記第1塗布工程で塗布された樹脂ワニスを加熱する第1加熱工程とを有する。上記樹脂ワニスを導体2の外周側に塗布する方法としては、例えば貯留槽及び塗布ダイスを備える上述の塗布装置を用いた方法が挙げられる。また、この樹脂ワニスを加熱する方法としては、例えば熱風加熱、赤外線加熱、高周波加熱等、従来公知の方法が挙げられる。
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。
まず、銅を鋳造、延伸、伸線及び軟化し、断面が円形で平均径1mmの導体を得た。一方、主ポリマー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ポリマーをこの溶剤で希釈した樹脂組成物を作成した。次に、中空形成粒子としてコアがPMMA粒子でシェルがシリコーンであるコア/シェル型複合粒子を用い、上記樹脂組成物に上記中空形成粒子を分散させて樹脂ワニスを得た。この樹脂ワニスを上記導体の外周面に塗布し、線速2.5m/min、加熱炉入口温度350℃、加熱炉出口温度450℃の条件で焼き付けることによって絶縁層を積層し、No.1の絶縁電線を得た。この絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣が含まれていた。なお、絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。また、この絶縁電線における絶縁層の気孔率は25体積%であった。
No.1と同様の樹脂組成物に中空形成粒子としてシェルを有しないPMMA粒子を分散させて樹脂ワニスを得た。この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面に、No.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.2の絶縁電線を得た。この絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣が含まれていた。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。また、この絶縁電線における絶縁層の気孔率は25体積%であった。
中空形成粒子の含有量が異なる以外はNo.1と同様の樹脂ワニスを用い、この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面にNo.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.3の絶縁電線を得た。この絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣が含まれていた。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。また、この絶縁電線における絶縁層の気孔率は35体積%であった。
中空形成粒子の含有量が異なる以外はNo.2と同様の樹脂ワニスを用い、この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面にNo.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.4の絶縁電線を得た。この絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣が含まれていた。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。また、この絶縁電線における絶縁層の気孔率は35体積%であった。
中空形成粒子の含有量が異なる以外はNo.1と同様の樹脂ワニスを用い、この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面にNo.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.5,No.7の絶縁電線を得た。これらの絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣が含まれていた。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。これらの絶縁電線における絶縁層の気孔率は表1の通りであった。
中空形成粒子の含有量が異なる以外はNo.2と同様の樹脂ワニスを用い、この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面にNo.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.6,No.8の絶縁電線を得た。これらの絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣が含まれていた。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。これらの絶縁電線における絶縁層の気孔率は表1の通りであった。
中空形成粒子を含有させなかった以外はNo.1と同様の樹脂ワニスを用い、この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面にNo.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.9の絶縁電線を得た。この絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣は含まれていなかった。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。
絶縁層の吸水率[%]を、三菱化学株式会社製の電量滴定式水分測定装置 CA−06型を用い、JIS−K7209:2000に準拠して測定した。この測定結果を表1に示す。
No.1〜No.9の絶縁電線について、絶縁層の比誘電率を測定した。絶縁電線の表面3か所に銀ペーストを塗布した(塗布幅は両端2か所が10mm、中央部分が100mmである)。導体と銀ペースト間の静電容量をLCRメータで測定し、測定した静電容量の値と皮膜の厚みから誘電率を算出した。この測定結果を表1に示す。
No.1〜No.9の絶縁電線について、部分放電開始電圧[V]を測定した。具体的には、電線2本を撚り合わせ、2本の絶縁電線の両端に交流電圧を印加する。電圧を10V/secの速度で上げ、50pC以上の放電が3秒間続いたときの電圧を測定値とした。この測定結果を表1に示す。
No.1〜No.9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1に示す。
表1に示すように、中空形成粒子としてコア/シェル型複合粒子を用いたNo.1,No.3,No.5,No.7の絶縁電線及び気孔を有しないNo.9の絶縁電線に関し、気孔を有するNo.1,No.3,No.5及びNo.7の絶縁電線は、気孔を有しないNo.9の絶縁電線よりも比誘電率が低く、低誘電率化が図られており、これにより部分放電開始電圧が高くなっている。また、気孔率が25体積%、35体積%及び43体積%であるNo.1,No.3及びNo.7の絶縁電線は、気孔率が18体積%であるNo.5の絶縁電線及び気孔を有しないNo.9の絶縁電線よりも絶縁層の吸水率が低下しており、高湿度環境下においても絶縁層の含水量が抑制されることが分かる。これにより、No.1,No.3及びNo.7の絶縁電線は、高湿度環境下における絶縁層の含水量の上昇に起因して誘電率が高くなることが抑制されるので、高湿度環境下における絶縁層の低誘電率化を図ることができることが分かる。また、No.1,No.3及びNo.7の絶縁電線の中でも、絶縁層の気孔率が40体積%以下であるNo.1及びNo.3の絶縁電線は、No.7の絶縁電線よりも絶縁破壊電圧が高くなっており、適用電圧が高い場合でも十分な絶縁性を有することが分かる。
主ポリマーとしてポリアミド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ポリマーをこの溶剤で希釈した樹脂組成物を作成した。次に、中空形成粒子としてコアがPMMA粒子でシェルがシリコーンであるコア/シェル型複合粒子を用い、上記樹脂組成物に上記中空形成粒子を分散させて樹脂ワニスを得た。この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面にNo.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.10の絶縁電線を得た。この絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣が含まれていた。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。この絶縁電線における絶縁層の気孔率、吸水率及び絶縁破壊電圧を表2に示す。
中空形成粒子を含有させなかった以外はNo.10と同様の樹脂ワニスを用い、この樹脂ワニスをNo.1と同様の導体の外周面にNo.1と同様の方法で焼き付けることによってNo.11の絶縁電線を得た。この絶縁電線の絶縁層にはPMMAの分解残渣は含まれていなかった。この絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。この絶縁電線における絶縁層の気孔率、吸水率及び絶縁破壊電圧を表2に示す。
表2に示すように、絶縁層の主成分としてポリイミドに代えてポリアミドイミドを用いた場合でも、絶縁層の気孔率が25体積%であるNo.10の絶縁電線は、絶縁層が気孔を有しないNo.11の絶縁電線よりも吸水率が低下しており、高湿度環境下においても絶縁層の含水量が抑制されることが分かる。これにより、No.10の絶縁電線は、高湿度環境下における絶縁層の含水量の上昇に起因して誘電率が高くなることが抑制されるので、高湿度環境下における絶縁層の低誘電率化を図ることができることが分かる。
2 導体
3 絶縁層
4 気孔
4a コア
5 外殻
5a シェル
6 中空形成粒子
12a 第1絶縁層
12b 第2絶縁層
Claims (5)
- 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層が複数の気孔を有し、
上記絶縁層全体の気孔率が15体積%以上60体積%以下であり、
上記絶縁層の少なくとも1層がポリメチルメタクリレートの分解残渣を含み、
上記気孔の周縁部に外殻を有する絶縁電線。 - 上記絶縁層全体の吸水率が2.8%以下である請求項1に記載の絶縁電線。
- 上記複数の気孔を有する絶縁層の主成分がポリイミドである請求項1又は請求項2に記載の絶縁電線。
- 上記外殻の主成分がシリコーンである請求項1、請求項2又は請求項3に記載の絶縁電線。
- 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の製造方法であって、
上記導体の外周側に、ポリメチルメタクリレート粒子及びこのポリメチルメタクリレート粒子の外周を被覆するシェルを有する中空形成粒子を含有する樹脂ワニスを塗布する塗布工程と、
上記塗布された樹脂ワニスを加熱する加熱工程と
を備え、
上記ポリメチルメタクリレート粒子が、上記加熱工程による熱分解によって気孔を形成し、
上記シェルが、上記気孔の周縁部に外殻を形成し、
上記絶縁層全体の気孔率が15体積%以上60体積%以下である絶縁電線の製造方法。
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