JP6800931B2

JP6800931B2 - 二重被覆電線の試験方法

Info

Publication number: JP6800931B2
Application number: JP2018185353A
Authority: JP
Inventors: 坂上　佳宏; 佳宏坂上; 剛大達; 喜直兒玉; 博行武田
Original assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Current assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020057462A

Description

本発明は、二重被覆電線及び二重被覆電線の試験方法に関する。

従来、二重被覆電線の一例として、外被付きリッツ線が知られている（例えば、特許文献１）。外被付きリッツ線の外被は、例えば、リッツ線に樹脂を押出成形することにより形成される。外被付きリッツ線において、リッツ線の絶縁皮膜又は外被にピンホールのような絶縁欠陥があっても、これらが長手方向及び径方向に重なっていなければ、通電時に絶縁破壊は生じないので、全体として高い絶縁性能を確保することができる。すなわち、外被付きリッツ線においては、絶縁皮膜又は外被に一定の確率で絶縁欠陥が生じていても、実使用上問題となることは少ない。

特開２０１７−１９５３５０号公報

しかしながら、耐水性が要求される環境において外被付きリッツ線が使用される場合、外被にピンホールが存在すると、このピンホールから内部に水分が浸入し、最終的に絶縁皮膜の欠陥部分に到達して絶縁破壊を引き起こす虞がある。そのため、耐水性が要求される環境で使用される外被付きリッツ線においては、外被に絶縁欠陥がないことを全長にわたって保証する必要があるが、そのような試験方法は確立されていない。

また、外被付きリッツ線等の二重被覆電線において、ピンホールの発生率を削減するために外被の厚さを厚くすると、二重被覆電線の製造コストが高くなる。一方、外被の厚さを薄くすると、外被の絶縁欠陥の発生可能性が増大する。したがって、耐水性が要求される環境において、必要以上に外被を厚くすることなく、安定した性能を有する二重被覆電線が望まれていた。
ここで、絶縁欠陥とは、製造工程で形成されたピンホール（貫通孔）及び通電時に絶縁破壊を引き起こしてピンホールが形成されるような欠陥（異物、ボイドなど）を含む。

本発明の目的は、外被の絶縁欠陥を確実に検出できる二重被覆電線の試験方法を提供することである。

本発明に係る二重被覆電線の試験方法は、
二重被覆電線の導体と外被に摺接する電極との間に電圧を印加し、前記二重被覆電線の素線絶縁部及び前記外被の絶縁欠陥を検出する試験方法であって、
前記素線絶縁部の絶縁破壊電圧の平均値をＶａ、前記外被の絶縁破壊電圧の平均値をＶｂ、及びスパークテストにおける印加電圧をＶｃとしたとき、
Ｖａ＜Ｖｃ＜Ｖｂ
の関係を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、二重被覆電線の外被の絶縁欠陥を全長にわたって確実に検出することができる。したがって、外被に絶縁欠陥が生じている部分を不適合品として確実に排除できるので、耐水性が要求される環境で使用する場合でも好適な二重被覆電線を提供することができる。

図１は、外被付きリッツ線の構成を示す断面図である。図２Ａ、図２Ｂは、スパークテストの概要を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の二重被覆電線の一実施の形態に係る外被付きリッツ線１を示す図である。
図１に示すように、外被付きリッツ線１は、素線部１０及び素線部１０を被覆する外被２０を備える。

素線部１０は、複数本（図１では２４本）の素線１１を集合して撚り合わせたリッツ線で構成される。素線１１は、導体１１１に絶縁皮膜１１２を焼き付けたエナメル線であり、仕上がり外径は、例えば０．０４〜０．０９ｍｍである。リッツ線は、同程度の外径の単線に比較して可撓性に優れるので、取り回しが容易であるという利点がある。したがって、外被付きリッツ線１は、屈曲して配置されるような用途に有用である。なお、素線１１の外径、撚り本数（リッツ線の仕上がり外径）等は、用途に合わせて任意に選択される。

導体１１１は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等で形成される。導体の外径は、例えば、０．０５ｍｍである。

絶縁皮膜１１２の材料には、例えば、ポリビニルホルマール、ポリウレタン、ポリウレタンナイロン、ポリエステル、ポリエステルナイロン、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド／ポリアミドイミド、ポリイミド等が適用される。絶縁皮膜１１２をポリウレタンで形成した場合は、素線１１の端末処理を行う際に、薬品を用いなくても半田付けで簡単に絶縁皮膜１１２を剥ぎ取ることができる。
絶縁皮膜１１２の膜厚は、例えば、０．００２〜０．０１６ｍｍである。これにより、製造コストを抑制しつつ、最低限の絶縁性能を確保することができる。

外被２０は、樹脂の押出成形により形成される。外被２０の膜厚は、例えば、０．０２〜０．１５ｍｍである。この外被２０の存在により、外被付きリッツ線１に要求される絶縁性能が実現され、絶縁皮膜１１２に仮に素線１１（エナメル線）単体としての絶縁欠陥（ブツや他の箇所と比べて薄い部分など電気的に弱い部分）があったとしても外被付きリッツ線１として実使用上問題になることは少ないので、絶縁皮膜１１２の薄膜化を図ることができる。したがって、絶縁皮膜１１２を必要以上に厚くする必要がなく、製造コストを低減できるとともに、耐水性が要求される環境で使用される可撓性に優れた電線として有用である。外被２０の樹脂材料としては、耐水性が高く屈曲性がよいフッ素系樹脂（例えば、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、又はＦＥＰなど）が好適である。

通常、絶縁皮膜１１２の膜厚は、外被２０の膜厚よりも薄いため、絶縁皮膜１１２の絶縁破壊電圧（Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａｎ）の平均値Ｖａ（所定のｎ数）は、外被２０の絶縁破壊電圧（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・、Ｂｎ）の平均値Ｖｂ（所定のｎ数）よりも低くなる。ここで、所定のｎ数とは、絶縁破壊電圧をサンプリングする箇所の数をいい、ｎ数は２０以上が好ましい。以下において、絶縁皮膜１１２及び外被２０の絶縁破壊電圧（ＢＤＶ：Breakdown Voltage）の平均値Ｖａ、Ｖｂを、それぞれ、「平均絶縁破壊電圧Ｖａ」、「平均絶縁破壊電圧Ｖｂ」と称する。

まず、二重被覆電線の試験方法について説明する。本実施の形態では、スパークテストを利用して、外被付きリッツ線１の外被２０の絶縁欠陥（ピンホール及びこれに類似する欠陥）を全長にわたって検出する。スパークテストは、例えば、外被付きリッツ線１の製造工程において、オンラインで実施される。

図２Ａ、図２Ｂに示すように、スパークテストは、導体１１１を接地するとともに、外被付きリッツ線１の外被２０に電極ブラシＥを当接させ、導体１１１と電極ブラシＥとの間に電圧Ｖｃを印加することで、絶縁欠陥を検出する方法であり、公知である。なお、図２Ａ、図２Ｂでは、電極ブラシＥは、模式的に外被２０の一部に当接するように記載しているが、実際には、外被２０の全周を覆うように配置される。

一般に、スパークテストは、絶縁層全体（外被付きリッツ線１の場合、絶縁皮膜１１２＋外被２０）の絶縁欠陥を検出するためのものであり、印加電圧Ｖｃは小さくても構わない。つまり、従来のスパークテストをそのまま適用した場合、絶縁皮膜１１２と外被２０の絶縁欠陥が重なっているような部分を検出できるにすぎず、外被２０だけに生じている絶縁欠陥を確実に検出することはできない。なお、絶縁皮膜１１２だけに生じている絶縁欠陥も検出できないが、絶縁皮膜１１２だけに素線１１（エナメル線）単体としての絶縁欠陥があっても外被付きリッツ線１の絶縁性能は低下しないので、外被付きリッツ線１の絶縁欠陥にはならず、不適合品として排除する必要はない。

そこで、本実施の形態では、絶縁皮膜１１２の平均絶縁破壊電圧Ｖａは、スパークテストにおける印加電圧Ｖｃよりも小さく、外被２０の平均絶縁破壊電圧Ｖｂは、印加電圧Ｖｃよりも大きくなるように設計されている。外被付きリッツ線１において、絶縁皮膜１１２及び外被２０の材料及び膜厚を適宜選定することにより、平均絶縁破壊電圧Ｖａ＜印加電圧Ｖｃ＜平均絶縁破壊電圧Ｖｂの関係を満たすことができる。
言い換えると、スパークテストにおいて、印加電圧Ｖｃは、絶縁皮膜１１２の平均絶縁破壊電圧Ｖａよりも大きく、外被２０の平均絶縁破壊電圧Ｖｂよりも小さく設定されている。

図２Ａに示すように、スパークテストにおいて、絶縁皮膜１１２及び外被２０に絶縁欠陥がなければ、当然に、導体１１１と電極ブラシＥは導通しない。また、印加電圧Ｖｃ＜平均絶縁破壊電圧Ｖｂとなっているので、絶縁皮膜１１２に絶縁欠陥が生じていても、外被２０に絶縁欠陥が生じていなければ、外被２０は絶縁破壊せず、導体１１１と電極ブラシＥは導通しない。

一方、平均絶縁破壊電圧Ｖａ＜印加電圧Ｖｃとなっているので、外被２０に絶縁欠陥Ｄが生じている場合は、絶縁皮膜１１２のみに印加電圧Ｖｃが印加され、絶縁皮膜１１２に絶縁欠陥がなくても絶縁破壊が生じる（図２Ｂ参照）。その結果、導体１１１と電極ブラシＥが導通し、異常が検出される。また、外被２０の絶縁欠陥Ｄだけでなく絶縁皮膜１１２から外被２０にわたって絶縁欠陥が生じている場合、当然に、導体１１１と電極ブラシＥが導通し、異常が検出される。

このように、本実施の形態の二重被覆電線の試験方法では、スパークテストを利用して、絶縁皮膜１１２から外被２０にわたって絶縁欠陥が生じている場合だけでなく、外被２０だけに絶縁欠陥Ｄが生じている場合も、異常として検出することができる。そして、外被２０の絶縁欠陥Ｄが検出された部分を不適合品として確実に排除することができる。

ここで、絶縁皮膜１１２の絶縁破壊電圧（Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａｎ）、外被２０の絶縁破壊電圧（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・、Ｂｎ）及び印加電圧Ｖｃは、一定のばらつきを有するので、ばらつきを考慮して設定されるのが好ましい。具体的には、印加電圧Ｖｃのばらつきをγ（標準偏差の３倍以上）としたとき、「Ｖａ＜Ｖｃ±γ＜Ｖｂ」を満たすように、印加電圧Ｖｃが設定される。これにより、外被２０に生じた絶縁欠陥をより確実に検出することができる。

例えば、本実施の形態の外被付きリッツ線１（二重被覆電線）の試験方法においては、導体１１１を銅合金、絶縁皮膜１１２をポリウレタン、外被２０をフッ素系樹脂で形成したときに、Ｖａ＝０．８０（ｋＶ）（ここではｎ数が３０）、Ｖｃ＝４．００（ｋＶ）、γ＝０．０３（ｋＶ）、Ｖｂ＝９．５０（ｋＶ）（ここではｎ数が３０）と設定することにより、
０．８０ｋＶ＜４．００±０．０３ｋＶ＜９．５０ｋＶ
を満たす。

また、実際の運用においては、材料ロット間のばらつきや検出精度を考慮して、絶縁皮膜１１２の絶縁破壊電圧（Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａｎ）のばらつき（例えば、ワイブル分布）において累積破壊確率が９９．８６５％以上となる絶縁皮膜１１２の所定の絶縁破壊電圧Ａと、外被２０の絶縁破壊電圧（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・、Ｂｎ）のばらつき（例えば、ワイブル分布）において累積破壊確率が０．１３５％以下となる外被２０の所定の絶縁破壊電圧Ｂとの差が「｜Ａ−Ｂ｜≧０．１０ｋＶ」であることが好ましい。すなわち、所定の絶縁破壊電圧ＡとＢとの差（絶対値）が１００Ｖ以上であることが好ましい。これにより、スパークテストにおける印加電圧Ｖｃの設定許容範囲が十分に確保されるので、この設定許容範囲の中央付近に印加電圧Ｖｃを設定することにより誤検出を効果的に防止することができる。

次に、二重被覆電線について説明する。
本実施の形態の外被付きリッツ線１（二重被覆電線）の基本構造は図１について説明した前述のとおりである。
本実施の形態の外被付きリッツ線１（二重被覆電線）においては、「Ｖａ＜Ｖｂ」及び「｜Ａ−Ｂ｜≧０．１０ｋＶ」を満たすように、設計されている。

例えば、本実施の形態の外被付きリッツ線１（二重被覆電線）においては、導体１１１を銅合金、絶縁皮膜１１２をポリウレタン、外被２０をフッ素系樹脂で形成し、Ｖａ＝０．８０（ｋＶ）（ここではｎ数が３０）、Ｖｂ＝９．５０（ｋＶ）（ここではｎ数が３０）、Ａ＝２．１８ｋＶ、Ｂ＝６．４３ｋＶとなるように設計される。この場合、
０．８０ｋＶ＜９．５０ｋＶ、及び、
｜２．１８ｋＶ−６．４３ｋＶ｜＝｜−４．２５ｋＶ｜＝４．２５ｋＶ≧０．１０ｋＶ
の関係を満たす。このときの絶縁皮膜１１２の厚さは、０．００４〜０．０１０ｍｍが好ましく、外被２０の厚さは、０．０７〜０．１５ｍｍが好ましい。
したがって、「Ｖａ＜Ｖｂ」及び「｜Ａ−Ｂ｜≧０．１０ｋＶ」を満たすように外被付きリッツ線１（二重被覆電線）の絶縁皮膜１１２、外被２０それぞれの絶縁破壊電圧の関係を考慮した厚さを設計することができる。すなわち、スパークテスト（二重被覆電線の試験方法）において絶縁欠陥を全長にわたって確実に検出することができる外被付きリッツ線１（二重被覆電線）を設計することができる。

このように、本実施の形態に係る外被付きリッツ線１（二重被覆電線）は、導体１１１上に絶縁皮膜１１２（素線絶縁部）が設けられた素線１１を有する素線部１０と、素線部１０を被覆する外被２０と、を備える。絶縁皮膜１１２の絶縁破壊電圧の平均値をＶａ（平均絶縁破壊電圧Ｖａ）、外被２０の絶縁破壊電圧の平均値をＶｂ（平均絶縁破壊電圧Ｖｂ）としたとき、「Ｖａ＜Ｖｂ」の関係を満たし、かつ、累積破壊確率が９９．８６５％以上となる絶縁皮膜１１２の絶縁破壊電圧をＡ、累積破壊確率が０．１３５％以下となる外被２０の絶縁破壊電圧をＢとしたとき、「｜Ａ−Ｂ｜≧０．１０ｋＶ」の関係を満たす。

また、実施の形態に係るスパークテスト（二重被覆電線の試験方法）は、外被付きリッツ線１（二重被覆電線）の導体１１１と外被２０に摺接するブラシ電極Ｅとの間に電圧を印加し、外被付きリッツ線１の絶縁皮膜１１２（素線絶縁部）及び外被２０の絶縁欠陥を検出する試験方法であって、絶縁皮膜１１２の絶縁破壊電圧（Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａｎ）の平均値をＶａ（平均絶縁破壊電圧Ｖａ）、外被２０の絶縁破壊電圧（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・、Ｂｎ）の平均値をＶｂ（平均絶縁破壊電圧Ｖｂ）、及びスパークテストにおける印加電圧をＶｃとしたとき、「Ｖａ＜Ｖｃ＜Ｖｂ」の関係を満たす。

実施の形態に係る外被付きリッツ線１及びスパークテストによれば、外被付きリッツ線１の外被２０の絶縁欠陥（例えば、ピンホール）を全長にわたって確実に検出することができる。したがって、外被２０に絶縁欠陥が生じている部分を不適合品として確実に排除できるので、外被付きリッツ線１は、耐水性が要求される環境での使用に好適である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、実施の形態では、素線部１０がリッツ線で構成されている場合について説明したが、素線部１０は、１本の素線１１からなる単線で構成されてもよいし、複数の素線１１を束ねた集合線で構成されてもよい。

また例えば、実施の形態では、素線１１はエナメル線の場合について説明したが、押出成型で導体上に薄い厚さの素線絶縁部が形成される絶縁電線で形成されてもよい。すなわち、素線部１０はエナメル線やリッツ線に限定されない。

さらに、実施の形態では、外被付きリッツ線１（二重被覆電線）において、導体１１１を銅合金、絶縁皮膜１１２（素線絶縁部）をポリウレタン、外被２０をフッ素系樹脂で形成した場合について、「Ｖａ＜Ｖｂ」、及び「｜Ａ−Ｂ｜≧０．１０ｋＶ」の関係を満たすように、絶縁皮膜１１２の厚さは、０．００４〜０．０１０ｍｍが好ましく、外被２０の厚さは、０．０７〜０．１５ｍｍと設計することが好ましい旨について説明したが、「Ｖａ＜Ｖｂ」、及び「｜Ａ−Ｂ｜≧０．１０ｋＶ」の関係を満たすように外被付きリッツ線１を設計すれば、導体１１１、絶縁皮膜１１２、外被２０の材料は限定されず、選定する材料等により、好ましい絶縁皮膜１１２の厚さ、外被２０の厚さは変わるため、特に材料や厚さは限定されない。

さらに、絶縁破壊電圧のばらつきについて、実施の形態ではワイブル分布について説明したが、これに限定されず、例えば正規分布の場合でも適用できる。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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外被付きリッツ線（二重被覆電線）
１０素線部
１１素線
１１１導体
１１２絶縁皮膜（素線絶縁部）
２０外被

Claims

二重被覆電線の導体と外被に摺接する電極との間に電圧を印加し、前記二重被覆電線の素線絶縁部及び前記外被の絶縁欠陥を検出する試験方法であって、
前記素線絶縁部の絶縁破壊電圧の平均値をＶａ、前記外被の絶縁破壊電圧の平均値をＶｂ、及びスパークテストにおける印加電圧をＶｃとしたとき、
Ｖａ＜Ｖｃ＜Ｖｂ
の関係を満たす、二重被覆電線の試験方法。
前記印加電圧Ｖｃのばらつきをγとしたとき、
Ｖａ＜Ｖｃ±γ＜Ｖｂ（γは、標準偏差の３倍以上）
の関係を満たす、請求項１に記載の二重被覆電線の試験方法。
前記素線絶縁部は、前記導体に焼き付ける絶縁皮膜である、請求項１又は２に記載の二重被覆電線の試験方法。