JPH0454849A - 耐熱絶縁線輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば高速増殖炉における液体ナトリウム循
環用の電磁ポンプの様に、３００℃以上の高温で用いら
れる電気機器の耐熱絶縁線輪の製造方法に関するもので
ある。

（従来の技術） ３００℃以上の高温で使用できる耐熱絶縁線輪は、殆ど
知られていない。Ｍｌ　（ケーブル（古河電工社の商品
）の様に、導体と金属シースの間に酸化マグネシウムの
粉を充填した耐熱絶縁電線が知られているが、それは金
属シースがあるために、渦電流対策が必要であり、しか
も導体占積率が低くなるので、容量の大きい電気機器の
線輪には不向きであった。

また、特公昭６２−１２４１号公報や特公昭６２−１２
４２号公報には、コイルの線間空隙部分およびコイルの
外表面部の少なくとも一部にシリコーン系樹脂または、
そ“のシリコーン系樹脂と高融点無機粉末を充填および
／または被覆した後焼成して無機質層を形成したことを
特徴とする耐熱絶縁コイルが記載されている。

さらに、特公昭６２−５７０８６号公報や特公昭６２−
５７０８７号公報には、導体上に無機絶縁層または使用
中の異常時等の高温時に、無機物化する耐熱絶縁電線を
巻付は加工したコイルを固定する方法の耐熱絶縁コイル
装置の製法が記載されている。

（発明が解決しようとする課題） これら公知例に記載されている耐熱絶縁線輪は１表面に
粉末状の無機質層が形成されるため、長期間使用される
と露出している粉末状の無機質層が徐々に粉末化し、ぼ
ろぼろと脱落し、崩壊していくので、長期間安定して用
いることができない。また、あまり厚い無機質層を形成
できな＆Ｎため、絶縁破壊電圧が低く、高電圧用の機器
には用いることができないという欠点があった。このよ
うに高電圧の機器の場合、マイカテープや絶縁テープを
無機ポリマー（無機化し得るポリマー）や無機質の接着
剤によって、加熱加圧し成形した後。

焼成し完全に無機化した絶縁を形成することが考えられ
る。

しかし、この様に全体を接着剤で固めた絶縁は、起動時
や停止時に、導体と絶縁層間の熱膨張率の相違により、
熱応力が発生し、このヒートサイクルが繰り返されると
疲労により絶縁にクラックが発生し、絶縁低下を来たす
。特に、大容量機用の大形巻線やより高温で運搬される
機器でこのような現象が発生し易い。

したがって、高速増殖炉の液体ナトリウムの循環用の、
液体ナトリウム浸漬形無冷却電磁ポンプ等の様な３００
℃以上の高温で使用される絶縁線輪は、３００℃以上の
高温で長期間安定して使用できる高い耐熱性が必要であ
り、また、導体占積率を高くして、絶縁線率自体および
電磁ポンプの外形を小さくすることが求められている。

大容量機においてはヒートサイクルによって絶縁劣化の
起きない高電圧の絶縁線輪が必要となる。

本発明は、このような要望に応えるためになされたもの
で、３００℃以上の高温で、長期間安定して使用でき、
ヒートサイクルによって絶縁劣化の起きない高電圧にも
用いることができる耐熱絶縁線輪の製造方法を提供する
ことを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、導体に、無機質の補強材を少量の無機塗料か
ら成る接着剤でマイカシートに貼、り合わせて成るマイ
カテープを巻回した後、機械的強度が大きく耐熱性に優
れかつ接着剤を有しない無機質の絶縁テープを巻回して
耐熱絶縁線輪を製造するものである。

ここで、無機塗料としては、モノリン酸アルミニウム、
リン酸珪素などのリン酸塩、コロイダルシリカやコロイ
ダルアルミナなどの他に、無機ポリマーも含む、無機ポ
リマーとは焼成することにより無機化するポリマーの総
称であり、代表的なものとしては、無機化するシリコー
ンがある０例えばアルキルシリケート系のシリコンＡ　
Ｙ　４９−２０８（東しシリコーン社商品名）、無機充
電割入ボロシロキサン系塗料ＳＭＲ−１０９（昭和電線
電纜社商品名）やメチルポリシロキサンから成る感圧接
着剤Ｙ　Ｒ３２８６（東芝シリコーン社商品名）等が含
まれる。

無機塗料には、必要に応じてアルミナ、シリカ、マグネ
シア、ジルコニア、ステアタイト、クレーカオリン、マ
イカ粉、高融点ガラスフリット等の無機質充填剤を充填
してもよい、ただし塗り易くするためにこれら充填剤は
平均粒径１〇−以下にし、充填剤含有量は１０〜９０重
量％程度にすることが望ましい。

ただし、無機ポリマーを使用する場合は、−旦高温で加
熱し、無機化する必要がある。

塗布する接着剤量はマイカおよび無機質の補強材を含ん
だ総重量の１〜２０重量％重量％上い、１重量％以下で
はマイカと無機質の補強材が十分接着せず、無機質の補
強材が補強の役目を果たせず、マイカがテープ巻同時に
切れてしまうからである。

また、２０重量％以上になると、マイカテープ同土間、
マイカテープと導体、マイカテープと無機質の絶縁テー
プ−７！＋〜互いに接着して、導体と絶縁テープの熱膨
張率の違いに基づく熱応力が大きくなり、疲労破壊し易
くなるためである。

また、マイカテープの補強材および耐熱性を有し接着剤
を有しない無機質の絶縁テープとしては、アルミナ、ア
ルミナ・ボリア・シリカ（例えば米国スリーエム社商品
名ではネクステル）、シリカなどの耐熱性があり機械的
強度の大きい繊維を織った織布または不織布などを使用
する。織布の場合、絶縁層の熱伝導性を良くするために
、繊維の密度を高く織ったものが好ましい。一般にマイ
ヵテープの補強材用には３０〜４００−程度の薄いテー
プの方がマイカ層の占積率を上げ、単位厚さ当りの絶縁
破壊電圧を大きくとれ絶縁設計上有利であり、表面に巻
く機械的強度が大きく耐熱性に優れかつ接着剤を有しな
い無機質の絶縁テープは、機械的強度が必要なので、１
００〜５００μｓ程度の比較的厚いテープが適している
。

なお、絶縁テープ端末の緩み止めは、アルミナ、アルミ
ナ・ボリア・シリカ、シリカなどの無機質繊維から成る
糸で押え巻くか、または絶縁テープの端末のみ前述した
無機塗料を塗布し接着させるとよい。

（作用） 本発明において、導体に無機質の補強材を無機塗料から
成る少量の接着剤でマイカシートに貼り合わせて成るマ
イカテープを巻回した後、機械的強度が大きく耐熱性に
優れかつ接着剤を有しない無機質の絶縁テープを巻回し
、耐熱絶縁線輪を製造するのは、前記マイカテープおよ
び無機質の絶縁テープが、導体とマイカテープ間、マイ
カテープ同土間、マイカテープと無機質の絶縁テープ間
並びに無機質の絶縁テープ間を互いに接着させない構成
にし、温度変化に伴い絶縁層に発生する熱応力を小さく
し、絶縁層に熱応力の繰返しによる疲労でクラックが発
生しないようにするためである。また、絶縁線輪が高温
になった際、接着剤から発生する揮発性成分が、機械的
強度が大きく耐熱性に優れかつ接着剤を有しない無機質
の絶縁テープに付着し焼成されると、第１表に示すよう
に、無機質の絶縁テープの機械的強度が著しく低下する
が、本発明では少量の接着剤を無機質の補強材とマイカ
シートの貼合せのためにのみ使用しているので、絶縁層
の機械的強度の低下を最小限に押さえることができる。

４９割＊影ぜリマー：　ＡＹ４９−２０８、Ｍｉ！ｋＩ
ｆＰ：α（イ）℃で２ｈ力喋。

ここで、マイカテープを使用するのは、マイカは耐熱性
が高く、また、絶縁破壊電圧や耐電圧性に優れているた
めである。導体近傍にマイカテープを使用したのは、導
体近傍の方が電界が高く、耐電圧性の高い材料を置くこ
とにより、寿命を長くすることができるからである。

マイカテープは、電気的特性は優れているが機械的強度
にやや劣るので、機械的強度の高い耐熱性のある無機質
の絶縁テープを機械的強度の劣るマイカテープの上から
巻回し、押えることによって、マイカテープがばらばら
に崩れてしまうのを防ぐことができる。

なお、マイカは、襞間性に富んでいるため、機器の運転
・停止に伴うヒートサイクルによる熱応力をマイカ層が
ずれることにより吸収してしまう。

したがって、クラックが発生しにくいという特徴を持っ
ている。

一方、表面に巻回した無機質の絶縁テープは。

接着剤が塗布されてないため、ヒートサイクルによる熱
応力を自身が変形することによって吸収してしまう、し
たがって、絶縁テープが切断するようなことは起きない
。ただし、この様に接着剤を有しない絶縁テープを表面
に巻回すると、絶縁テープが緩むので前述した様な緩み
止めが必要となる。

また、本発明の耐熱絶縁線輪において、使用温度が６０
０℃以上の高温で使用される場合は、マイカとしては硬
質マイカより、軟質マイカが良い。

何故なら、硬質マイカの方が軟質マイカより結晶水放出
温度が低く、耐熱性が低いからである。第３図にマイカ
巻絶縁の高温での１．５ｋＶ／ｍでの課電寿命試験結果
の一例を示すが、軟質マイカテープ巻絶縁Ａの方が硬質
マイカ巻絶縁Ｂに比べ高温で課電寿命特性が優れている
ことが分る。

さらに、本発明で使用される導体としては、絶縁被覆の
ない導体そのものでも良く、また絶縁被覆のある絶縁電
線でも良い。絶縁被覆のある絶縁電線としては、セラミ
ック絶縁電線、セラミックあるいはガラス繊維巻絶縁電
線、マイカテープ巻絶縁電線を用いることができる。マ
イカテープ巻絶縁電線用としては、主絶縁と同様に無機
質の補強材を無機塗料から成る少量の接着剤でマイカシ
ートに貼り合わせたマイカテープはもちろん使用できる
が、　２０重量％以上の接着剤を含んだマイカテープも
特に断面サイズの小さい導体の絶縁線輪の場合クラック
が入りにぐいので使用できる。

（実施例） 実施例１ 第１図において、導体１はニッケルメッキを施したアル
ミナ分散強化銅２（グリデンメタル社商品名Ｇ　ｌｉｄ
　ｃｏｐ　Ａ　Ｌ−１５）から成る平角線に、厚さ５０
ｍのシリカクロスと厚さ１００７ｍの軟質無焼成集成マ
イカシートとを７．５重量％のシリコーン（例えば東芝
シリコーン社商品名Ｙ　Ｒ３２８６）を接着剤として貼
り合わせて成るマイカテープ３を巻回したもので、この
導体１を、内径６００ｍ＋、外径１０００閣、厚さ４０
ｍとなるようにパンケーキ状に巻いた後、無機質充填剤
を含むアルキルシリケート系の無機化シリコーン（東し
シリコーン社商品名ＡＹ４９−２０８　）やアルミナ等
の無機質の接着剤４等を用いて成形する。さらに、この
上から主絶縁として厚さ５０ｐのアルミナ織布を厚さ１
００μｓの無焼成軟質集成マイカに、無機化シリコーン
（東しシリコーン社商品名ＡＹ４９−２０８　）と無機
充填割入ボロシロキサン系樹脂塗料（昭和電線電纜社命
品名ＳＭＲ−１０９）とシリコーン感圧接着剤（東芝シ
リコーン商品名Ｙ　Ｒ３２８６）を合計でマイカテープ
に対して１５重量％になるよう塗布して接着させて成る
マイカテープを１／２重ね巻３回巻回した。

この外側に離型用のポリテトラフルオロエチレンテープ
（図示しない）を巻き、鉄板を当てた後、熱収縮性ポリ
エステルテープ（フィルム状、チューブ状、または織布
状のものでもよい）を巻き、これを８０℃で１時間、１
３０℃で２時間、１５０℃で２時間、さらに１８０℃で
１５時間加熱して硬化させた。

この後、前記熱収縮性ポリエステルテープ、鉄板、離型
用のポリテトラフルオロエチレンテープを除去し、この
線輪を空気中で３００℃で８時間、６００℃で８時間焼
成し、耐熱絶縁線輪を得た。

上記の製造過程において、加熱硬化時の加圧は。

熱収縮性ポリエステルテープの加熱収縮によって行われ
、さらに、高温での加熱焼成により絶縁層中に含まれる
有機質成分は飛散焼失して無機化（セラミック化）シ、
完全に無機質の絶縁層が形成された。

また、マイカテープ中には接着剤が少量しか含まれてい
ないため、導体とマイカテープ間及びマイカテープ同土
間には前記接着剤が移行せず、従って焼成複導体とマイ
カテープ間及びマイカテープ同土間は接着していない。

さらに、この上から接着剤を有しない無機質の絶縁テー
プとして、厚さ３００ｐの接着剤を有しないアルミナ繊
維織布からなる絶縁テープ６を１７２重ね巻きで１回巻
回した。然る後、絶縁テープの端末が緩まない様に、ア
ルミナ繊維からなる糸を前記絶縁テープの巻回端末上か
ら押え付けながら巻回し、絶縁層を形成した。

一方比較例として、まず前述した実施例１と全く同様に
してパンケーキ状導体を製作する。次にマイカテープ５
を無機質充填剤を含む無機化シリコーンを塗布しながら
１７２重ね巻で３回巻回した。更にこの上から前記接着
剤を有しない無機質の絶縁テープ化りに、厚さ３００．
のアルミナ繊維織布に前記無機質充填剤を含む無機化シ
リコーン（東しシリコーン社商品名Ａ　Ｙ　４９−２０
８）と無機充填割入ボロシロキサン系樹脂塗料（昭和電
線電纜社命品名ＳＭＲ−１０９）を塗布し乾燥して成る
プリプレグ状の絶縁テープを無機質充填剤を含む無機化
シリコーン（東しシリコーン社商品名ＡＹ４９−２０８
）を塗布しながら前述したマイカテープ５の上から１／
２重ね巻１回巻回し、絶縁層を形成した。

この後、このように形成された絶縁層の外側に前述した
実施例１と同様に、離型用のポリテトラフルオロエチレ
ンテープ（図示しない）を巻き。

鉄板を当てた後、熱収縮性ポリエステルテープ（フィル
ム状、チューブ状、または織布状のものでもよい）を巻
き、これを８０℃で１時間、１３０℃で２時間、１５０
℃で２時間、さらに１８０℃で１５時間加熱して硬化さ
せた。この後、前記熱収縮性ポリエステルテープ、鉄板
、離型用のポリテトラフルオロエチレンテープを除去し
て、この線輪を空気中で３００℃で８時間、６００℃で
８時間焼成し、耐熱絶縁線輪を得た。

実施例２ 実施例１の導体の代りに第２図に示すように、導体１と
して厚さ５岬のニッケルメッキをした円形断面の直径１
．３−のアルミナ分散強化銅５（グリデンメタル社商品
名Ｇ１１ｄ　ｃａｐ　Ａ　Ｌ−１５）からなる丸線にア
ルミナ、ボリア、シリカの３成分からなる高温用セラミ
ック繊維７（米国スリーエム社商品名ネクステル）のヤ
ーンを巻回し、さらにその上から無機充填割入ボロシロ
キサン系樹脂塗料８（昭和電線電纜社商品名ＳＭＲ−１
０９）を塗布して、４８５℃で焼き付け、絶縁塗料の焼
付被覆を形成して構成された耐熱絶縁電線９を無機質充
填剤を含む無機化シリコーン１０（東しシリコーン社商
品名ＡＹ４９−２０８　）を塗布しながら多重巻回し加
熱成形したものを使用した。

以下実施例１と同様にして耐熱絶縁線輪を製造した。

実施例１，２および比較例により得られた耐熱絶縁線輪
を室温と６５０℃の間で１０００回ヒートサイクルを行
ったところ、比較例が最も早く、絶縁表面のアルミナ織
布テープにクラックが発生しアルミナ繊維が切断した。

このクラックはヒートサイクル数が多くなるにつれ、絶
縁層全面に広がり、クラック自身も拡大した。これに比
べて、本実施例１，２の場合、ヒートサイクルを１００
０回終了した後も、クラックの発生は見られなかった。

ヒートサイクル１０００回終了後の残存絶縁破壊電圧（
絶縁破壊電圧の初期値に対するヒートサイクル劣化後の
絶縁破壊電圧の百分率）は、それぞれ実施例１で９５％
、実施例２で９１％、比較例で５５％で本発明の絶縁線
輪の残存絶縁破壊電圧が高かった。このようにヒートサ
イクル試験において比較例の劣化が大きかったのは、第
１表に示したように、アルミナ織布に接着剤が付くとア
ルミナテープの引張強さが著しく低下することと、マイ
カテープおよび無機質の絶縁テープであるアルミナ織布
に多量の接着剤が塗布されたことにより、導体とマイカ
テープ間、マイカテープ同土間、マイカテープと無機質
の絶縁テープ間並びに無機質の絶縁テープ間が互いに強
固に接着し、絶縁線輪の温度変化に伴い絶縁層に発生す
る熱応力を吸収できず、絶縁層に熱応力の繰返しによる
疲労でクラックが発生したためである。逆に、実施例に
おいては、マイカテープには接着剤が少量しか含まれて
いす、また無機質の絶縁テープであるアルミナ織布に中
には接着剤が含まれていないため、導体とマイカテープ
間およびマイカテープ同土間、マイカテープと無機質の
絶縁テープ間並びに無機質の絶縁テープ間は接着してい
ないので、絶縁線輪の温度変化に伴い絶縁層に発生する
熱応力を吸収でき、絶縁層に熱応力の繰返しによる疲労
でクラックが発生しにくいためである。

なお、実施例１および２により得られた耐熱絶縁線輪を
窒素を封入した６００℃の雰囲気で１年間加熱したが、
加熱後の破壊電圧はいずれも初期値の９０％以上であっ
た。

さらに他の実施例として上記実施例においては、マイカ
テープを巻回した後−旦絶縁線輪に含まれる無機ポリマ
ーを無機化させるために高温で焼成した後、機械的強度
が大きく耐熱性に優れかつ接着剤を有しない無機質の絶
縁テープを巻回したが、マイカテープの接着剤として低
温で焼結できるコロイダルアルミナ、あるいはコロイダ
ルシリカを接着剤に使用して、マイカテープを巻回した
後頁に続けて機械的強度が大きく耐熱性に優れかつ接着
剤を有しない無機質の絶縁テープを巻回した後、加熱す
ることにより耐熱絶縁線輪を得てもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、導体に、無機質の
補強材を少量の無機塗料から成る接着剤でマイカシート
に貼り合わせて成るマイカテープを巻回した後、機械的
強度が大きく耐熱性に優れかつ接着剤を有しない無機質
の絶縁テープを巻回したため、電気的、機械的に優れた
耐熱絶縁線輪が得られる。また、この耐熱線輪は、高温
で連続使用しても殆ど性能の低下することがなく、機器
の運転・停止に伴って起きるヒートサイクルが繰り返さ
れても、絶縁層にクラックが入ることもなく、絶縁性能
の低下が殆ど起きない。したがって、高速増殖炉におけ
る液体ナトリウム循環用の電磁ポンプの様に、３００℃
以上の高温で用いられる耐熱絶縁線輪に好適な製造方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す耐熱絶縁線輪の横断面
図、第２図は本発明の他の実施例を示す耐熱絶縁線輪の
横断面図、第３図は軟質マイカテープ巻絶縁と硬質マイ
カテープ巻絶縁の高温における課電寿命特性比較図であ
る。 ｌ・・・導体 ２・・・ニッケルメッキをしたアルミナ分散強化銅３．
５・・・マイカテープ　４・・・無機質の接着剤６・・
・接着剤を有しない無機質の絶縁テープ７・・・高温用
セラミック繊維

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導体に、無機質の補強材を少量の無機塗料から成る接着
   剤でマイカシートに貼り合わせて成るマイカテープを巻
   回した後、機械的強度が大きく耐熱性に優れかつ接着剤
   を有しない無機質の絶縁テープを巻回したことを特徴と
   する耐熱絶縁線輪の製造方法。