JPH10321046A

JPH10321046A - 複合素線とその製造方法、および複合素線を用いた軽量低弛度架空電線

Info

Publication number: JPH10321046A
Application number: JP12737897A
Authority: JP
Inventors: Takeo Munakata; 武男宗像; Hideo Tomose; 秀夫伴瀬
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量で等価線膨張係数が小さい複合素線とそ
の製造方法、電線温度が上昇しても弛度増加を起こさな
い軽量低弛度架空電線を提供する。【解決手段】複合素線は、長尺なポリパラフェニレン
ベンゾビスオキサゾール繊維１と、このポリパラフェニ
レンベンゾビスオキサゾール繊維１を埋設するポリイミ
ド樹脂２と、ポリイミド樹脂２の外側を被覆するアルミ
ニウム合金層３とから成り、前記ポリパラフェニレンベ
ンゾビスオキサゾール繊維の体積占有率が３０〜７０％
であり、軽量低弛度架空電線は、上記した複合電線の複
数本を撚り合わせて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軽量でかつ高温下に
おける弛度抑制効果に優れている複合素線とその製造方
法、およびその複合素線を用いた軽量低弛度架空電線、
更に詳しくは、送電線、とくに架空送電線に使用して有
用な複合素線とそれを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から多用されている架空送電線は、
鋼線を撚り合わせた鋼心をテンションメンバとし、その
外周に例えばＡｌやＡｌ合金から成る送電線を撚り合わ
せて配置した構造になっている。そして全体を鉄塔間に
高張力で張り渡して送電線路が形成される。ところで、
架空送電線の場合、負荷電流を増大させることにより送
電容量を増加させることができる。

【０００３】しかしながら、上記した鋼心Ａｌ撚線の場
合、負荷電流の増大に伴う温度上昇により、テンション
メンバである鋼心の分担張力が増大し、また温度変化に
伴って弛度張力も変動する。そのため、鋼心をテンショ
ンメンバにした架空送電線では送電容量を増加させたと
きの弛度抑制効果は期待できないという問題がある。ま
た、鋼心は単位長さ当りの重量も大きいので、鋼心アル
ミニウム撚線は自重で垂れ下がりやすく、そのため、そ
れに耐え得る付帯設備が必要になってくる。

【０００４】このようなことから、鋼心に代えて、軽量
でかつ線膨張係数が小さい材料をテンションメンバにし
た各種の軽量低弛度架空電線の研究が進められている。
このような軽量低弛度架空電線の１つとして、例えば、
炭素繊維を強化材とし、各種の樹脂をマトリックスとし
て成るＦＲＰ線材をテンションメンバに使用したものが
知られている。

【０００５】一般に、上記したようなＦＲＰ線材は、軽
量で、線膨張係数は小さく、高張力特性を備えた素材で
ある。しかしながら、このようなＦＲＰ線材をテンショ
ンメンバにしても、得られた架空送電線全体の線膨張係
数（以下、等価線膨張係数という）は１８×１０^-6／℃
程度の値を示し、電線温度が上昇するにつれて弛度は大
きくなってくる。

【０００６】また、分担張力がテンションメンバに１０
０％移行する遷移点温度以上に温度上昇したときであっ
ても、ＦＲＰ線材（テンションメンバ）の伸びが生ずる
ので、温度上昇に伴って架空送電線の弛度は大きくなっ
ている。したがって、この架空送電線を鉄塔間に張り渡
す場合、電線温度の上昇に伴う弛度増加により、当該架
空送電線と線下との間隔が適正に確保されなくなるとい
う事態が起こる。このような事態が発生することを防止
するために、架線時に、温度上昇に伴う弛度増加分を予
め見込んで高張力架線作業を行うか、または鉄塔の高さ
を高くするなどの処置を施さなければならない。すなわ
ち、上記した架空送電線を実使用する場合には、その架
線・建設コストは不可避的に上昇してしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記したＦＲ
Ｐ線材をテンションメンバとする従来の軽量低弛度架空
電線に比べて、高温下における弛度増加は少なく、した
がって、既設の鉄塔にもそのまま架線することができる
新規な軽量低弛度架空電線と、その製造に用いる新規な
複合素線とその製造方法との提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、長尺なポリパラフェニレン
ベンゾビスオキサゾール繊維（Poly(p-phenylene-2,6-b
enzobisazole)fiber、以下、ＰＢＯ繊維という）と、前
記ＰＢＯ繊維を埋設するポリイミド樹脂と、前記ポリイ
ミド樹脂の外側を被覆するアルミニウム合金層とから成
り、前記ＰＢＯ繊維の体積含有率が３０〜７０％である
ことを特徴とする複合素線（以下、複合素線Ａという）
と、この複合素線Ａの複数本を撚り合わせて成る軽量低
弛度架空電線（以下、電線Ｃ１という）が提供され、ま
た、長尺なＰＢＯ繊維を集束する工程；得られた繊維集
束体にポリイミド樹脂を含浸したのち余着樹脂を除去し
て長尺線材にする工程；前記ポリイミド樹脂がＢステー
ジ状態にある時点で前記長尺線材の外側をアルミニウム
合金層で被覆して金属被覆線材にしたのち前記金属被覆
線材を成形する工程；および、前記金属被覆線材を加熱
して、前記ＰＢＯ繊維と前記マトリックス樹脂と前記ア
ルミニウム合金層の内壁とを互いに焼付け一体化する工
程；を備えていることを特徴とする複合素線Ａの製造方
法が提供される。

【０００９】更に、本発明においては、前記ＰＢＯ繊維
とともに無機質繊維が混合され、その混合量は、前記Ｐ
ＢＯ繊維の体積占有率に対し５０％以下の量である複合
素線（以下、複合素線Ｂという）が提供され、また、複
数本の複合素線Ｂを撚り合わせて内層部とし、前記内層
部の外側に複合素線Ａを配置して外層部としたことを特
徴とする軽量低弛度架空電線（以下、電線Ｃ２という）
が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、複合素線Ａについて説明す
る。この複合素線Ａは、図１で示したように、ＰＢＯ繊
維１を強化材とし、それを埋設するポリイミド樹脂２か
ら成るＦＲＰと、その外側を被覆するアルミニウム合金
層３で構成されている。

【００１１】強化材であるＰＢＯ繊維は、次式：

【００１２】

【化１】

【００１３】を基本構造とするポリパラフェニレンベン
ゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維である。このＰ
ＢＯ繊維は、引張強度（Ｔｓ）が5.５０ＧＰａ、弾性率
（Ｅ）が２８0.０ＧＰａ、融点が６００〜６５０℃、酸
素指数が５０〜５５、密度（ρ）が1.５６ｇ／ｃｍ³、
線膨張係数（α）が−６×１０^-6／℃程度であって、高
強度、高弾性であり、耐熱性と難燃性が優れ、しかも軽
量である。そして、線膨張係数は負の値であるため、温
度上昇に伴い熱収縮するという性質を備えているものが
使用される。

【００１４】このＰＢＯ繊維１を埋設するポリイミド樹
脂２としては、その硬化物が適正な強度特性を有し、ま
た、複合素線Ａを用いて製造した架空送電線の実動時に
生起する温度上昇を受けても熱分解しないような耐熱性
を備えている。そして、このポリイミド樹脂２の外側を
被覆するアルミニウム合金層３は、導電性が優れてい
る。

【００１５】そして、ＰＢＯ繊維１とポリイミド樹脂２
の接触界面、およびポリイミド樹脂２とアルミニウム合
金層３の内壁３ａとの接触界面は、いずれも、焼付け一
体化していて、互いに遊動することがない状態で密着し
ている。ところで、この複合素線Ａにおいては、ＰＢＯ
繊維１は温度上昇に伴って繊維長方向に熱収縮する。し
かしながら、ポリイミド樹脂２やアルミニウム合金層３
はいずれも線膨張係数が正の値であるため温度上昇に伴
って熱膨張する。

【００１６】例えば、ポリイミド樹脂は、その線膨張係
数が、概ね、1.５×１０^-6／℃程度の値であり、Ａｌ合
金の線膨張係数は２３×１０^-6／℃程度の値である。し
たがって、この複合素線Ａの熱伸縮問題を考えた場合、
温度上昇が起こると、ＰＢＯ繊維１の熱収縮挙動が進行
し、逆にポリイミド樹脂２とアルミニウム合金層３では
熱膨張挙動が進行することになる。そのため、複合素線
Ａは、全体として、各構成要素の存在割合で規定される
ある値の線膨張係数（等価線膨張係数）を示すことにな
り、その値に対応した量の熱伸縮が起こる。

【００１７】本発明の複合素線Ａの場合、それを用いて
製造した架空送電線に負荷がかかっても、温度上昇に伴
う弛度増加が抑制されるためには、上記した等価線膨張
係数を可能な限り小さくすることが好ましい。具体的に
は、ＰＢＯ繊維の体積占有率（Ｖｆ）を３０〜７０％に
設定する。このとき、その複合素線Ａは、等価線膨張係
数（α）が3.９×１０^-6〜−3.５×１０^-6／℃の範囲内
に、密度（ρ）が1.９〜2.３６ｇ／ｃｍ³の範囲内に、
引張強度（Ｔｓ）が1.７６〜3.８９ＧＰａの範囲内に、
弾性係数（Ｅ）が１２７〜２１５ＧＰａの範囲内に、導
電率（εｃ）が１8.３〜４2.７の範囲内にそれぞれあ
り、強度的にも、導電性の面でもバランスがとれ、しか
も高温下における弛度抑制効果も良好な架空送電線を提
供することができる。

【００１８】とくに、Ｖｆ値が４０〜５０％である場合
には、その複合素線Ａは高温下における弛度抑制効果を
充分に発揮することができるので好適である。ところ
で、前記したＰＢＯ繊維は紫外線が照射されると劣化す
る。したがって、複合素線Ａにおいては、ポリイミド樹
脂の中にカーボン粉末、鉛ガラス粉末、ＨＡＬＳ（ヒン
ダードアミン系安定剤）のような紫外線遮断材を混入し
ておくと耐候性が向上し、長期に亘る安定使用を実現す
ることができて好適である。

【００１９】とくにカーボン粉末は有用である。用いる
カーボン粉末としては格別限定されるものではない。混
入に際しては、それらカーボン粉末の混入量を調整する
ことにより、ＰＢＯ繊維を埋設するポリイミド樹脂を導
電性また半導電性にすることが好ましい。このような複
合素線Ａの場合、それを用いて製造した架空送電線が直
撃雷をうけると、ＰＢＯ繊維の耐熱温度は３００℃程度
であるため、雷電流の大きさによっては溶断することも
想定される。

【００２０】このような危惧を解消するために、本発明
においては、ＰＢＯ繊維の外に炭素繊維、炭化ケイ素繊
維、アルミナ繊維、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ繊維などの無機
質繊維を混合した複合素線Ｂが提供される。上記した無
機質繊維は、いずれも、耐熱温度が５００℃以上であ
り、しかも線膨張係数は5.０×１０^-6／℃以下と小さ
い。そのため、複合素線Ｂでは、弛度抑制効果を発揮し
つつも、全体としての耐熱性が向上して、前記したよう
なＰＢＯ繊維の溶断現象はおこりづらくなる。

【００２１】これら無機質繊維はそれぞれ単独で混合し
てもよく、また２種以上を混合してもよい。また、長尺
な繊維としてＰＢＯ繊維と撚り合わせた状態で混合して
もよく、チョップ形態でポリイミド樹脂の中に混合して
もよい。しかし、この混合量が多すぎると、弛度抑制効
果を発揮するＰＢＯ繊維の相対的な体積占有率（Ｖｆ）
の低下を招くことになるので、前記無機質繊維の混合量
は、ＰＢＯ繊維のＶｆ値の５０％以下となるような量に
規制することが好ましい。

【００２２】上記した複合素線Ａ，Ｂは次のようにして
製造することができる。その１例を、複合素線Ａの製造
ラインを示す図２に基づいて説明する。まず、この製造
ラインでは、液状のポリイミド樹脂２ａを収容する樹脂
槽５、ダイス６、コンフォーム７、成形装置８、加熱装
置９、および巻取り装置１０がこの順序で直列配置され
ている。

【００２３】アンコイラ４ａ，４ｂからＰＢＯ繊維１，
１が送り出され、これら繊維は撚り合わされて所定太さ
の繊維集束体ａ１になる。このとき、例えば同時に、炭
素繊維などの無機質繊維を一緒に撚り合わせれば、複合
素線Ｂを製造するときの強化繊維の集束体にすることが
できる。ついで、繊維集束体ａ１は樹脂槽５の中を走行
し、その過程で、繊維集束体ａ１に液状のポリイミド樹
脂２ａが含浸される。このとき、ポリイミド樹脂２ａに
所定量の例えばカーボンブラックのような紫外線遮断材
を配合しておけば、耐候性に優れた複合素線にすること
ができる。

【００２４】樹脂槽５を通過した繊維集束体には、余剰
のポリイミド樹脂２ａが付着しているので、所定口径の
ダイス６を通過させることにより、余着樹脂を除去して
所定径の長尺線材ａ２にする。ついで、この長尺線材ａ
２をコンフォーム７に導入して長尺線材ａ２の外側を所
定内径、肉厚のＡｌ合金管で被覆して金属被覆線材ａ３
にしたのち、その金属被覆線材ａ３を成形装置８に導入
して、所定の外径、断面形状に成形する。そして、最後
に、成形された金属被覆線材ａ３は加熱装置９に導入さ
れ、そこでポリイミド樹脂が熱硬化されたのち、巻き取
り装置１０で巻き取られる。

【００２５】なお、上記した成形工程では、圧延、スエ
ージングなどの方法を採用できるが、その場合、断面形
状をセグメント状に成形すると、得られた複合素線は、
その複数本を用いて後述する架空送電線を製造する際に
素線間のデッドスペースは少なくなって占積率が向上
し、小型でコンパクトな架空送電線にすることができる
ので好適である。

【００２６】ダイス６による余着樹脂の除去から加熱装
置９への導入までの間、繊維集束体に含浸されたマトリ
ックス樹脂はＢステージ状態、すなわち、半乾燥状態の
軟らかい状態に維持される。液状のまま（Ｃステージ状
態）では成形装置８を通過するときに樹脂の逆流現象が
起こり、また、固く硬化した状態（Ａステージ状態）で
は、成形装置で所定の断面形状にすることが困難とな
り、成形圧を高めると硬化しているポリイミド樹脂の破
損現象などが起こるからである。

【００２７】この過程でポリイミド樹脂のＢステージ状
態が維持されていることにより、成形時には、金属被覆
線材ａ３を容易に所定の断面形状に成形することができ
ると同時に、繊維集束体とポリイミド樹脂とアルミニウ
ム合金管との相互密着状態を高めることができる。そし
て、この相互密着状態を維持したまま加熱装置９でポリ
イミド樹脂の熱硬化が進行するので、ＰＢＯ繊維と硬化
ポリイミド樹脂との間、硬化ポリイミド樹脂とアルミニ
ウム合金管の内壁との間はそれぞれ強固に焼付いて一体
化する。

【００２８】なお、上記した製造ラインにおいて、提供
するＰＢＯ繊維１，１の本数、ポリイミド樹脂２ａの粘
度、ダイス６の口径、コンフォーム７で使用するアルミ
ニウム合金管の肉厚などを適宜に調節することにより、
得られた複合素線のＶｆ，Ｖｐ，Ｖｍなどの値を目的と
する値にすることができる。次に、本発明の軽量低弛度
架空電線について説明する。

【００２９】図３に、本発明の軽量低弛度架空電線Ｃ１
の１例を示す。この電線Ｃ１は、図１で示した複合素線
Ａの複数本（図では３７本）を撚り合わせたものであ
る。この電線Ｃ１は各複合素線Ａの強化材であるＰＢＯ
繊維が軽量であるため、架線張力と弛度を小さくするこ
とができ、また、複合素線Ａの等価線膨張係数はゼロ値
近傍にまで制御されているので、負荷電流の増大に伴う
電線の温度上昇が起こっても弛度増加を起こすことがな
い。

【００３０】また、図４に本発明の別の軽量低弛度電線
Ｃ２の例を示す。この電線Ｃ２は、前記した複合素線Ｂ
の複数本（図では１９本）を撚り合わせて内層部ｃ１を
形成し、その内層部ｃ１の外側に複合素線Ａの複数本
（図では１８本）を撚り合わせて外層部ｃ２を配置した
ものである。この電線Ｃ２の場合、全体が軽量で弛度増
加の抑制効果は電線Ｃ１と同様であるが、そのことに加
えて、内層部ｃ１はＰＢＯ繊維の外に耐熱温度が高い無
機質繊維を含む複合素線Ｂで構成されているので、例え
ば外層部ｃ２の複合素線ＡにおけるＰＢＯ繊維が直撃雷
などによって溶断しても、全体としては断線事故を起こ
しづらいという効果を発揮する。また、製造コストも安
価になる。

【００３１】

【実施例】東洋紡（株）製のＰＢＯ繊維を用い、またコ
ンフォームではアルミニウム合金管を用い、図２で示し
た製造ラインによって線径3.０ｍｍの複合素線Ａを製造
した。このとき、製造条件を変化させることにより、複
合素線Ａにおいて、ＰＢＯ繊維の体積占有率（Ｖｆ）を
表１で示したように変化させた。

【００３２】得られた各複合素線Ａにつき、引張強度
（Ｔｓ）、密度（ρ）、弾性係数（Ε）、導電率（ε
ｃ）、および等価線膨張係数（α）を測定した。その結
果を表１に示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、Ｖｆ値が３０〜
７０％である複合素線Ａは、そのα値が−3.５×１０^-6
〜3.９×１０^-6／℃の範囲内にあり、素線温度が上昇し
てもその線膨張量は少なく、弛度増加を抑制することが
できる。また、Ε値やＴｓ値も適正な値であり、ρ／Ｔ
ｓ値も0.５〜1.３と単位重量当りのＴｓ値が大きく、軽
量であっても充分に架線張力に耐えうることがわかる。

【００３５】そこで、試料No. ４の複合素線３７本を撚
り合わせて、図３で示した断面構造の架空電線Ｃ１を製
造した。その架空電線Ｃ１の断面積は２６２ｍｍ²であ
り、その質量は0.５８７ｋｇ／ｍと非常に軽量であっ
た。また、電線Ｃ１の最大使用張力を２5.５ｋＮとし長
さ３００ｍに亘って張設して弛度を測定した。温度２０
℃のときには弛度は8.５９ｍであった。そして、温度２
００℃にしたときの弛度は8.９８ｍであり、この電線Ｃ
１は温度上昇に対する弛度抑制効果に優れる電線である
ことが判明した。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の複合素線は、高強度でかつ線
膨張係数が負の値を示すＰＢＯ繊維とポリイミド樹脂と
でテンションメンバを構成し、その外側がアルミニウム
合金層で被覆されているので、全体として軽量で、高張
力で、しかも等価線膨張係数も小さくなる。

【００３７】請求項２の複合素線は、ポリイミド樹脂に
紫外線遮断材であるカーボン粉末が分散しているので耐
候性に優れている。請求項３の複合素線は、請求項４に
記載の無機質繊維を混合しているので、全体の耐熱温度
が高くなる。請求項５，６の製造方法では、ＰＢＯ繊維
束に含浸されたポリイミド樹脂がＢステージ状態にある
ときに、全体の断面形状を成形するので、ポリイミド樹
脂を破損することなく任意の形状に成形して寸法精度を
高めることができるとともに、ＰＢＯ繊維とポリイミド
樹脂とアルミニウム合金層の内壁とを一体化することが
できる。

【００３８】請求項７の架空電線は、請求項１〜４の複
合素線の複数本を撚り合わせて製造されるので、軽量で
あり、負荷電流の増大に伴う電線温度の上昇があっても
弛度は小さくなる。したがって、この電線は鉄塔への負
担を軽減することができる。請求項８の架空電線の場合
は、外層部を構成する複合電線が請求項３の耐熱性に優
れた複合電線であるため、軽量で、弛度抑制効果を備え
るとともに、例えば直撃雷を受けても電線全体が溶断す
るという事態を防止することができる。

【００３９】このように、本発明の複合素線は、軽量で
あり、等価線膨張係数は小さい。これは、高強度で線膨
張係数が負の値を示すＰＢＯ繊維を強化材として用いた
ことがもたらす効果である。したがって、この複合素線
を用いて製造した架空送電線は、軽量であるとともに、
負荷電流の増大による電線温度の上昇があっても弛度は
少なくしかも弛度変動はほとんど起こらない。

【００４０】そのため、その架空送電線は鉄塔への負担
を軽減することができ、しかも鉄塔を低く建設すること
もできる。すなわち、逆にいえば、既設の鉄塔に本発明
の軽量低弛度架空電線を架線しても、当該電線に従来よ
りも大きな負荷電流を流して送電容量を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合素線Ａを示す断面図である。

【図２】複合素線Ａの製造ラインを示す概略図である。

【図３】本発明の軽量低弛度電線Ｃ１を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の別の軽量低弛度電線Ｃ２を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ＰＢＯ繊維２ポリイミド樹脂２ａ液状のポリイミド樹脂３アルミニウム合金層３ａアルミニウム合金層３の内壁４ａ，４ｂアンコイラ５樹脂槽６ダイス７コンフォーム８成形装置９加熱装置１０巻き取り装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺なポリパラフェニレンベンゾビスオ
キサゾール繊維と、前記ポリパラフェニレンベンゾビス
オキサゾール繊維を埋設するポリイミド樹脂と、前記ポ
リイミド樹脂の外側を被覆するアルミニウム合金層とか
ら成り、前記ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾー
ル繊維の体積含有率が３０〜７０％であることを特徴と
する複合素線。
【請求項２】前記ポリイミド樹脂には、カーボン粉末
が分散している請求項１の複合素線。
【請求項３】前記ポリパラフェニレンベンゾビスオキ
サゾール繊維とともに無機質繊維が混合され、その混合
量は、前記ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール
繊維の体積占有率に対し５０％以下の量である請求項１
または２の複合素線。
【請求項４】前記無機質繊維が、炭素繊維、炭化ケイ
素繊維、アルミナ繊維の群から選ばれる少なくとも１種
である請求項３の複合素線。
【請求項５】長尺なポリパラフェニレンベンゾビスオ
キサゾール繊維を集束する工程；得られた繊維集束体に
ポリイミド繊維を含浸したのち余着樹脂を除去して長尺
線材にする工程；前記ポリイミド樹脂がＢステージ状態
にある時点で前記長尺線材の外側をアルミニウム合金層
で被覆して金属被覆線材にしたのち前記金属被覆線材を
成形する工程；および、前記金属被覆線材を加熱して、
前記ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維と
前記ポリイミド樹脂と前記アルミニウム合金層の内壁と
を互いに焼付け一体化する工程；を備えていることを特
徴とする複合素線の製造方法。
【請求項６】前記金属被覆線材の断面形状を所望形状
に成形する工程を含む請求項５の複合素線の製造方法。
【請求項７】請求項１〜４の複合素線を複数本撚り合
わせて成ることを特徴とする軽量低弛度架空電線。
【請求項８】請求項３の複数本の複合素線を撚り合わ
せて内層部とし、前記内層部の外側に請求項１の複合素
線を配置して外層部としたことを特徴とする軽量低弛度
架空電線。