JPH1143610A - 極低温用高熱伝導絶縁材料および超電導ケーブル - Google Patents
極低温用高熱伝導絶縁材料および超電導ケーブルInfo
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- JPH1143610A JPH1143610A JP9202007A JP20200797A JPH1143610A JP H1143610 A JPH1143610 A JP H1143610A JP 9202007 A JP9202007 A JP 9202007A JP 20200797 A JP20200797 A JP 20200797A JP H1143610 A JPH1143610 A JP H1143610A
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- Japan
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- thermal conductivity
- filler
- insulating material
- high thermal
- superconductor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Organic Insulating Materials (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 極低温において優れた熱伝導性を有する絶縁
材料および超電導体の冷却性、長尺化が可能で、しかも
製造が容易な超電導ケーブルを提供すること。 【解決手段】 樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを含
み、高熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％以上
である極低温用高熱伝導絶縁材料である。前記充填剤は
アルミナ等である。超電導体１と絶縁体２とを有し、前
記超電導体１が冷媒により冷却される超電導ケーブルで
あって、絶縁体２が高熱伝導率を有する充填剤を５体積
％以上含んでなる超電導ケーブルである。
材料および超電導体の冷却性、長尺化が可能で、しかも
製造が容易な超電導ケーブルを提供すること。 【解決手段】 樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを含
み、高熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％以上
である極低温用高熱伝導絶縁材料である。前記充填剤は
アルミナ等である。超電導体１と絶縁体２とを有し、前
記超電導体１が冷媒により冷却される超電導ケーブルで
あって、絶縁体２が高熱伝導率を有する充填剤を５体積
％以上含んでなる超電導ケーブルである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は極低温用高熱伝導絶
縁材料および超電導ケーブルに関する。
縁材料および超電導ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導ケーブルとして、図１に示すよう
に、金属パイプ等の冷却管３の上に超電導体１を撚りつ
けて層となし、該層の上に絶縁体２を施したものを銅管
（不図示）内に配設したものがある。そして、金属パイ
プ３内の冷媒通路４と、絶縁体２と銅管との間の冷媒通
路との両通路に冷媒を通じることにより、超電導体１は
内外両方向から冷却されて極低温とされる。超電導体１
を極低温に冷却するための冷媒として液体ヘリウム、液
体窒素等が用いられる。
に、金属パイプ等の冷却管３の上に超電導体１を撚りつ
けて層となし、該層の上に絶縁体２を施したものを銅管
（不図示）内に配設したものがある。そして、金属パイ
プ３内の冷媒通路４と、絶縁体２と銅管との間の冷媒通
路との両通路に冷媒を通じることにより、超電導体１は
内外両方向から冷却されて極低温とされる。超電導体１
を極低温に冷却するための冷媒として液体ヘリウム、液
体窒素等が用いられる。
【０００３】ところで、絶縁体２は、低温脆性の点から
ＥＰゴム或いは紙等の絶縁材料を用いて構成される。Ｅ
Ｐゴム等を絶縁体とする固体絶縁の場合、冷媒はＥＰゴ
ム等には含浸しないので、絶縁はＥＰゴム等のみが担
う。これに対して、紙を絶縁体とする紙絶縁の場合、液
体ヘリウム等の冷媒は紙に含浸される。このため、紙絶
縁の場合は、紙に含浸された冷媒も絶縁の役割を担う。
従って、一般の電力ケーブルと同様に、紙絶縁は高い信
頼性を有するのが特徴である。また、紙絶縁の場合、含
浸された冷媒が超電導体１に直接接触するので、超電導
体１の冷却効率に非常に優れる。
ＥＰゴム或いは紙等の絶縁材料を用いて構成される。Ｅ
Ｐゴム等を絶縁体とする固体絶縁の場合、冷媒はＥＰゴ
ム等には含浸しないので、絶縁はＥＰゴム等のみが担
う。これに対して、紙を絶縁体とする紙絶縁の場合、液
体ヘリウム等の冷媒は紙に含浸される。このため、紙絶
縁の場合は、紙に含浸された冷媒も絶縁の役割を担う。
従って、一般の電力ケーブルと同様に、紙絶縁は高い信
頼性を有するのが特徴である。また、紙絶縁の場合、含
浸された冷媒が超電導体１に直接接触するので、超電導
体１の冷却効率に非常に優れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、紙絶縁
の場合、冷媒を紙絶縁層に含浸させるために、ケーブル
の真空引きが必要であり、また、液体ヘリウム等の冷媒
を液体のまま循環させるために加圧などが必要となり、
長尺ケーブルとして実用化するのは非常に困難であっ
た。更に、紙絶縁の場合、不十分な真空引きが原因で水
分が紙に残ると、水分が冷却により氷となり、この氷が
絶縁性を悪化させるという問題があった。また、実際の
ケーブル敷設では、長尺ケーブル全長の真空引きは不可
能に近いという問題もあった。これらの問題のため、紙
絶縁の長尺化は、コスト、技術両面から事実上不可能で
あった。
の場合、冷媒を紙絶縁層に含浸させるために、ケーブル
の真空引きが必要であり、また、液体ヘリウム等の冷媒
を液体のまま循環させるために加圧などが必要となり、
長尺ケーブルとして実用化するのは非常に困難であっ
た。更に、紙絶縁の場合、不十分な真空引きが原因で水
分が紙に残ると、水分が冷却により氷となり、この氷が
絶縁性を悪化させるという問題があった。また、実際の
ケーブル敷設では、長尺ケーブル全長の真空引きは不可
能に近いという問題もあった。これらの問題のため、紙
絶縁の長尺化は、コスト、技術両面から事実上不可能で
あった。
【０００５】上述の理由から、ＥＰゴム等の樹脂を用い
た固体絶縁電線が注目を集めている。しかしながら、固
体絶縁の場合、絶縁体の熱伝導率が極めて低いので、導
体冷却効率が非常に悪いという問題があった。このた
め、ＥＰゴムが絶縁材料の主流ではあるが、この材料を
用いた超電導ケーブルの実用化は困難であり、高い熱伝
導率を有する絶縁材料の開発が望まれていた。
た固体絶縁電線が注目を集めている。しかしながら、固
体絶縁の場合、絶縁体の熱伝導率が極めて低いので、導
体冷却効率が非常に悪いという問題があった。このた
め、ＥＰゴムが絶縁材料の主流ではあるが、この材料を
用いた超電導ケーブルの実用化は困難であり、高い熱伝
導率を有する絶縁材料の開発が望まれていた。
【０００６】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、極低温において高い熱伝導率を有する絶縁材料およ
び超電導体の冷却性、長尺化が可能であるとともに、製
造が容易な超電導ケーブルを提供することを課題とす
る。
で、極低温において高い熱伝導率を有する絶縁材料およ
び超電導体の冷却性、長尺化が可能であるとともに、製
造が容易な超電導ケーブルを提供することを課題とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる課題は、樹脂と高
熱伝導率を有する充填剤とを含み、高熱伝導率を有する
充填剤の含有量が５体積％以上である極低温用高熱伝導
絶縁材料とすることで解決される。
熱伝導率を有する充填剤とを含み、高熱伝導率を有する
充填剤の含有量が５体積％以上である極低温用高熱伝導
絶縁材料とすることで解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】高熱伝導率を有する充填剤の例
は、酸化珪素等の酸化珪素類を例とする金属酸化物、窒
化硼素、ベリリア等のセラミックであって、２５゜Ｃに
おける熱伝導率が０．０４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・゜Ｃ
以上である電気絶縁性の充填剤である。これらの無機充
填剤は極低温域、例えば１００Ｋ以下の極低温でも高い
熱伝導性を有するが、金属粉体等の充填剤とは異なり電
気絶縁性に優れる。前記充填剤の平均粒径が約１〜１０
０μｍであれば、絶縁材料は機械的性質に優れる。
は、酸化珪素等の酸化珪素類を例とする金属酸化物、窒
化硼素、ベリリア等のセラミックであって、２５゜Ｃに
おける熱伝導率が０．０４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・゜Ｃ
以上である電気絶縁性の充填剤である。これらの無機充
填剤は極低温域、例えば１００Ｋ以下の極低温でも高い
熱伝導性を有するが、金属粉体等の充填剤とは異なり電
気絶縁性に優れる。前記充填剤の平均粒径が約１〜１０
０μｍであれば、絶縁材料は機械的性質に優れる。
【０００９】前記性質を有する充填剤の他の例は、酸化
アルミニウム等の酸化アルミニウム類であり、酸化アル
ミニウム類は電気絶縁性の充填剤であるが、１００Ｋ以
下の極低温でも高い熱伝導性を有する。酸化アルミニウ
ム類としてアルミナ、特に球状アルミナを用いると、樹
脂に充填し易いし、混練、成形時にアルミナが金型或い
は押出機等を磨耗させにくい。
アルミニウム等の酸化アルミニウム類であり、酸化アル
ミニウム類は電気絶縁性の充填剤であるが、１００Ｋ以
下の極低温でも高い熱伝導性を有する。酸化アルミニウ
ム類としてアルミナ、特に球状アルミナを用いると、樹
脂に充填し易いし、混練、成形時にアルミナが金型或い
は押出機等を磨耗させにくい。
【００１０】窒化硼素（ＢＮ）は、酸化アルミニウム等
に比較して、高価で柔らかい材料であり、混練、成形時
に金型或いは押出機等を磨耗させにくい。また、酸化ア
ルミニウムに比較して、熱伝導性に特に優れた絶縁材料
を与える。従って、窒化硼素を用いると、熱伝導性等に
優れた高付加価値の極低温用高熱伝導絶縁材料が得られ
る。
に比較して、高価で柔らかい材料であり、混練、成形時
に金型或いは押出機等を磨耗させにくい。また、酸化ア
ルミニウムに比較して、熱伝導性に特に優れた絶縁材料
を与える。従って、窒化硼素を用いると、熱伝導性等に
優れた高付加価値の極低温用高熱伝導絶縁材料が得られ
る。
【００１１】一方、酸化アルミニウムは、窒化硼素に比
較すれば硬い材料であるが安価な材料であり、熱伝導性
にも優れるので、汎用性の極低温用高熱伝導絶縁材料が
得られる。
較すれば硬い材料であるが安価な材料であり、熱伝導性
にも優れるので、汎用性の極低温用高熱伝導絶縁材料が
得られる。
【００１２】樹脂として、エチレンープロピレンゴム
（以下、ＥＰということがある）、ＥＰＤＭゴム、エチ
レンーオクテンコポリマー等のエラストマー、ポリエチ
レン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エポキシ樹脂
等が挙げられる。樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを
含む絶縁材料の熱伝導率は、樹脂の熱伝導率の影響を受
けるが、樹脂よりも高熱伝導率を有する充填剤の影響が
非常に大きい。従って、樹脂は熱伝導率よりもフィラー
の充填し易さを主眼にして選択されることが好ましい。
ＥＰの例として、三井石油化学社製の「タフマー」が挙
げられ、このものはハイエチレンコンテントで結晶性が
ある。絶縁材料に可撓性が要求されない場合は、ポリス
チレン等のＴｇが高いポリオレフィンや、エポキシ樹脂
などの硬質性樹脂を用いることができる。樹脂が架橋さ
れていれば、絶縁材料は低温脆性に優れる。架橋剤とし
て過酸化物、硫黄等が挙げられる。
（以下、ＥＰということがある）、ＥＰＤＭゴム、エチ
レンーオクテンコポリマー等のエラストマー、ポリエチ
レン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エポキシ樹脂
等が挙げられる。樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを
含む絶縁材料の熱伝導率は、樹脂の熱伝導率の影響を受
けるが、樹脂よりも高熱伝導率を有する充填剤の影響が
非常に大きい。従って、樹脂は熱伝導率よりもフィラー
の充填し易さを主眼にして選択されることが好ましい。
ＥＰの例として、三井石油化学社製の「タフマー」が挙
げられ、このものはハイエチレンコンテントで結晶性が
ある。絶縁材料に可撓性が要求されない場合は、ポリス
チレン等のＴｇが高いポリオレフィンや、エポキシ樹脂
などの硬質性樹脂を用いることができる。樹脂が架橋さ
れていれば、絶縁材料は低温脆性に優れる。架橋剤とし
て過酸化物、硫黄等が挙げられる。
【００１３】前記樹脂として、メタロセン触媒を用いて
製造された樹脂が特に好ましい。チーグラー触媒は活性
点が不均一であるので、チーグラー触媒を用いて合成さ
れたポリエチレン等の樹脂は分子量分布、共重合組成分
布がブロードとなり易い。これに対して、メタロセン触
媒は活性点が均一（シングルサイト）であるので、メタ
ロセン触媒を用いて製造された樹脂は分子量分布、共重
合組成分布がシャープであり、低分子量成分の含有量が
少ない。このため、メタロセン触媒を用いて製造された
樹脂に充填剤を含ませると、充填剤をより多く含ませる
ことができ、充填剤を多く含ませても機械的性質、耐外
傷性等が低下しにくい。また、メタロセンメタロセン触
媒を用いて製造された樹脂は密度が低くても、優れた機
械的強度を有するため、該樹脂には充填剤を多量に含ま
せることができる。ＥＰが充填剤の充填性に劣るのは、
ＥＰが低分子量の重合体を多く含み、分子量分布がブロ
ードであるためと推定される。なお、メタロセン触媒を
用いて製造されたポリエチレンは０．８７ｇ／ｃｍ3程
度の密度、−７６゜Ｃ以下の脆化温度を持つことができ
る。
製造された樹脂が特に好ましい。チーグラー触媒は活性
点が不均一であるので、チーグラー触媒を用いて合成さ
れたポリエチレン等の樹脂は分子量分布、共重合組成分
布がブロードとなり易い。これに対して、メタロセン触
媒は活性点が均一（シングルサイト）であるので、メタ
ロセン触媒を用いて製造された樹脂は分子量分布、共重
合組成分布がシャープであり、低分子量成分の含有量が
少ない。このため、メタロセン触媒を用いて製造された
樹脂に充填剤を含ませると、充填剤をより多く含ませる
ことができ、充填剤を多く含ませても機械的性質、耐外
傷性等が低下しにくい。また、メタロセンメタロセン触
媒を用いて製造された樹脂は密度が低くても、優れた機
械的強度を有するため、該樹脂には充填剤を多量に含ま
せることができる。ＥＰが充填剤の充填性に劣るのは、
ＥＰが低分子量の重合体を多く含み、分子量分布がブロ
ードであるためと推定される。なお、メタロセン触媒を
用いて製造されたポリエチレンは０．８７ｇ／ｃｍ3程
度の密度、−７６゜Ｃ以下の脆化温度を持つことができ
る。
【００１４】高熱伝導率を有する充填剤の含有量は、該
充填剤と樹脂の合計体積に対して５体積％以上、好まし
くは、５〜４０体積％である。このように多量に高熱伝
導率を有する充填剤を含むので、本発明の極低温用高熱
伝導絶縁材料は極低温において熱伝導性に優れる。高熱
伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％未満である
と、極低温における熱伝導性が改良されにくい。約４０
体積％（樹脂１００重量部に対して約３００重量部）を
超えると、絶縁材料は伸びが低下して脆くなり易い。高
熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％以上であれ
ば、絶縁材料は室温（２５゜Ｃ）において約０．３ｗ／
ｍｋ以上の熱伝導率を有し、極低温においても高い熱伝
導率を有する。従って、本発明の極低温用高熱伝導絶縁
材料は、超電導体を冷却し且つ絶縁するための絶縁材料
として特に好適である。
充填剤と樹脂の合計体積に対して５体積％以上、好まし
くは、５〜４０体積％である。このように多量に高熱伝
導率を有する充填剤を含むので、本発明の極低温用高熱
伝導絶縁材料は極低温において熱伝導性に優れる。高熱
伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％未満である
と、極低温における熱伝導性が改良されにくい。約４０
体積％（樹脂１００重量部に対して約３００重量部）を
超えると、絶縁材料は伸びが低下して脆くなり易い。高
熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％以上であれ
ば、絶縁材料は室温（２５゜Ｃ）において約０．３ｗ／
ｍｋ以上の熱伝導率を有し、極低温においても高い熱伝
導率を有する。従って、本発明の極低温用高熱伝導絶縁
材料は、超電導体を冷却し且つ絶縁するための絶縁材料
として特に好適である。
【００１５】本発明の極低温用高熱伝導絶縁材料は、樹
脂と高熱伝導率を有する充填剤とを必須成分として含む
が、老化防止剤、架橋剤、加工助剤、カーボンブラック
等の補強材、増量剤、顔料などを必要に応じて更に含ん
でもよい。
脂と高熱伝導率を有する充填剤とを必須成分として含む
が、老化防止剤、架橋剤、加工助剤、カーボンブラック
等の補強材、増量剤、顔料などを必要に応じて更に含ん
でもよい。
【００１６】図１及び図２は、絶縁体が本発明の極低温
用高熱伝導絶縁材料から構成される超電導ケーブルの実
施形態例を示す断面図である。図１に示す超電導ケーブ
ルは、銅パイプ等の金属製の冷却管３の上に超電導体１
を有し、該超電導体１の上に絶縁体２を有するととも
に、前記絶縁体２が樹脂と高熱伝導率を有する充填剤と
を含み、高熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％
以上である超電導ケーブルである。液体ヘリウム等の冷
媒を冷却管３内の冷媒通路４に通じることにより、この
超電導ケーブルの超電導体１を内側方向から冷却するこ
とができる。また、前記超電導ケーブルを銅管内に配設
して、冷却管３内の冷媒通路４と、絶縁体２と銅管との
間の冷媒通路とに冷媒を通じれば、超電導体１を内外両
方向から冷却することができる。しかも、高熱伝導率を
有する充填剤の含有量が５体積％以上であるので、熱伝
導性に優れ、冷媒による冷却効率に優れた超電導ケーブ
ルである。なお、絶縁体２の内側及び外側に半導電層を
設けてもよい。
用高熱伝導絶縁材料から構成される超電導ケーブルの実
施形態例を示す断面図である。図１に示す超電導ケーブ
ルは、銅パイプ等の金属製の冷却管３の上に超電導体１
を有し、該超電導体１の上に絶縁体２を有するととも
に、前記絶縁体２が樹脂と高熱伝導率を有する充填剤と
を含み、高熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％
以上である超電導ケーブルである。液体ヘリウム等の冷
媒を冷却管３内の冷媒通路４に通じることにより、この
超電導ケーブルの超電導体１を内側方向から冷却するこ
とができる。また、前記超電導ケーブルを銅管内に配設
して、冷却管３内の冷媒通路４と、絶縁体２と銅管との
間の冷媒通路とに冷媒を通じれば、超電導体１を内外両
方向から冷却することができる。しかも、高熱伝導率を
有する充填剤の含有量が５体積％以上であるので、熱伝
導性に優れ、冷媒による冷却効率に優れた超電導ケーブ
ルである。なお、絶縁体２の内側及び外側に半導電層を
設けてもよい。
【００１７】図２に示す超電導ケーブルは他の例であっ
て、超電導体１の上に絶縁体２を有する線状体を冷却管
３の中に配設したものであって、前記絶縁体２が樹脂と
高熱伝導率を有する充填剤とを含み、高熱伝導率を有す
る充填剤の含有量が５体積％以上である超電導ケーブル
である。この例の超電導体１は絶縁体２を介して、冷媒
通路４を流れる冷媒により外方から冷却される。従っ
て、図２に示す超電導ケーブルは、図１に示す構造の超
電導ケーブルに比較すれば超電導体１の冷却性に劣る傾
向を有する。しかしながら、図２に示す超電導ケーブル
は超電導体１の内側には冷媒通路を有さないので、超電
導体１と絶縁材料２とからなる超電導線同士を接続し易
い。従って、長尺化して長距離の線路に用いることが容
易な超電導ケーブルである。
て、超電導体１の上に絶縁体２を有する線状体を冷却管
３の中に配設したものであって、前記絶縁体２が樹脂と
高熱伝導率を有する充填剤とを含み、高熱伝導率を有す
る充填剤の含有量が５体積％以上である超電導ケーブル
である。この例の超電導体１は絶縁体２を介して、冷媒
通路４を流れる冷媒により外方から冷却される。従っ
て、図２に示す超電導ケーブルは、図１に示す構造の超
電導ケーブルに比較すれば超電導体１の冷却性に劣る傾
向を有する。しかしながら、図２に示す超電導ケーブル
は超電導体１の内側には冷媒通路を有さないので、超電
導体１と絶縁材料２とからなる超電導線同士を接続し易
い。従って、長尺化して長距離の線路に用いることが容
易な超電導ケーブルである。
【００１８】なお、超電導体として、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、
Ｎｂ3Ｓｎ、Ｖ3Ｇａ等の金属系超電導材料、或いはＹ1
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx、（Ｂｉ，Ｐｂ）2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx等
の酸化物系超電導材料が挙げられる。
Ｎｂ3Ｓｎ、Ｖ3Ｇａ等の金属系超電導材料、或いはＹ1
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx、（Ｂｉ，Ｐｂ）2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx等
の酸化物系超電導材料が挙げられる。
【００１９】図１に示す構造の超電導ケーブルは、冷却
管３の外側にリボン状超電導体１を撚りつけて層とな
し、該層の上に本発明の絶縁材料を押出成形等により被
覆することで製造できる。また、図２に示す構造の超電
導ケーブルは、超電導体１の上に、本発明の絶縁材料を
押出被覆して絶縁体２を設けた線状体とし、該線状体を
冷却管３の中に配設することで製造できる。
管３の外側にリボン状超電導体１を撚りつけて層とな
し、該層の上に本発明の絶縁材料を押出成形等により被
覆することで製造できる。また、図２に示す構造の超電
導ケーブルは、超電導体１の上に、本発明の絶縁材料を
押出被覆して絶縁体２を設けた線状体とし、該線状体を
冷却管３の中に配設することで製造できる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。以下の試験
例において、部は全て重量部を意味する。 ー試験例１〜８ー アルミナとして、低ソーダアルミナ（球状アルミナ）を
準備した。このアルミナは真比重３．９４で、平均粒径
が３μｍの微粉体であり、室温における熱伝導率は３
６．０ｗ／ｍｋであった。ベース樹脂として、メタロセ
ン触媒を用いてエチレンを重合させたポリエチレン（以
下、メタロセンＰＥという）を準備した。このメタロセ
ンＰＥの密度は０．８６８ｇ／ｃｍ3で、ＭＦＲ（メル
トフローレイト）は０．５ｇ／１０ｍｉｎで、熱伝導率
（室温）は０．２６３ｗ／ｍｋであった。前記樹脂１０
０部に対して、架橋剤であるＤＣＰ（ジクミルペルオキ
シド）３．５部と、老化防止剤（大内新興社製の商品名
「ノクラック３００」）１部と、前記アルミナとを混合
した。なお、アルミナの配合量は、表１に示すように、
メタロセンＰＥ１００部に対して０〜４５０部の範囲で
変化させた。
例において、部は全て重量部を意味する。 ー試験例１〜８ー アルミナとして、低ソーダアルミナ（球状アルミナ）を
準備した。このアルミナは真比重３．９４で、平均粒径
が３μｍの微粉体であり、室温における熱伝導率は３
６．０ｗ／ｍｋであった。ベース樹脂として、メタロセ
ン触媒を用いてエチレンを重合させたポリエチレン（以
下、メタロセンＰＥという）を準備した。このメタロセ
ンＰＥの密度は０．８６８ｇ／ｃｍ3で、ＭＦＲ（メル
トフローレイト）は０．５ｇ／１０ｍｉｎで、熱伝導率
（室温）は０．２６３ｗ／ｍｋであった。前記樹脂１０
０部に対して、架橋剤であるＤＣＰ（ジクミルペルオキ
シド）３．５部と、老化防止剤（大内新興社製の商品名
「ノクラック３００」）１部と、前記アルミナとを混合
した。なお、アルミナの配合量は、表１に示すように、
メタロセンＰＥ１００部に対して０〜４５０部の範囲で
変化させた。
【００２１】次いで、これらの混合物を混練ロールを用
いて混練し、１６０゜Ｃで４０分間圧縮成形し架橋させ
てシートを得た。そして、該シートの熱伝導率、機械的
性質、電気特性等を測定した。配合処方とともに、これ
らの測定結果を表１に示し、その測定結果の一部を図３
と図４とにグラフ化して示す。図３はアルミナの配合量
と熱伝導度との関係を示し、図４はアルミナの配合量と
機械的性質との関係を示す。表１における特性欄におい
て、◎印は非常に優れる、○印は優れる、△印はやや劣
る、×印は劣るを意味する。
いて混練し、１６０゜Ｃで４０分間圧縮成形し架橋させ
てシートを得た。そして、該シートの熱伝導率、機械的
性質、電気特性等を測定した。配合処方とともに、これ
らの測定結果を表１に示し、その測定結果の一部を図３
と図４とにグラフ化して示す。図３はアルミナの配合量
と熱伝導度との関係を示し、図４はアルミナの配合量と
機械的性質との関係を示す。表１における特性欄におい
て、◎印は非常に優れる、○印は優れる、△印はやや劣
る、×印は劣るを意味する。
【００２２】
【表１】
【００２３】なお、表１に示す特性の測定方法は次の通
りであった。 熱伝導率：ＱＴＭ迅速熱伝導度計を用いて測定した。 破断強さ等：引張試験器である東洋精機製作所社製のス
トログラフＰＨ−Ａ１を用い、室温での引っ張り試験か
ら破断強さ、伸びを求め、室温での引き裂き試験から引
き裂き強さを求めた。なお、引張試験片としてダンベル
状３号形を、引き裂き試験片としてクレセント形試験片
を用いた。 低温脆性：ぜい化試験機を用い、ＪＩＳ Ｋ７２１６に
より測定した。 ＡＣ耐圧性：装置として、１５００００Ｖ Ａ．Ｃ．ト
ランスを用い、ランプ電圧（１ｋＶ／ｍｉｎ）の昇圧条
件で、球一球電極とした。 体積抵抗率：超絶縁計を用い、ＪＩＳ Ｋ６７６０のｔ
ａｎδ測定法に定める電極を使用して測定した。
りであった。 熱伝導率：ＱＴＭ迅速熱伝導度計を用いて測定した。 破断強さ等：引張試験器である東洋精機製作所社製のス
トログラフＰＨ−Ａ１を用い、室温での引っ張り試験か
ら破断強さ、伸びを求め、室温での引き裂き試験から引
き裂き強さを求めた。なお、引張試験片としてダンベル
状３号形を、引き裂き試験片としてクレセント形試験片
を用いた。 低温脆性：ぜい化試験機を用い、ＪＩＳ Ｋ７２１６に
より測定した。 ＡＣ耐圧性：装置として、１５００００Ｖ Ａ．Ｃ．ト
ランスを用い、ランプ電圧（１ｋＶ／ｍｉｎ）の昇圧条
件で、球一球電極とした。 体積抵抗率：超絶縁計を用い、ＪＩＳ Ｋ６７６０のｔ
ａｎδ測定法に定める電極を使用して測定した。
【００２４】表１、図３及び図４から判るように、アル
ミナとメタロセンＰＥとを含有する絶縁材料の室温での
熱伝導率、モジュラス、引き裂き強度は、アルミナの配
合量とともにほぼ増加した。一方、表１及び図４から判
るように、アルミナの配合量がメタロセンＰＥ１００部
に対して４５０部（４９．７体積％）である試験例８の
場合、伸びは５０％以下であった。また、試験例８の組
成物は、低温脆性、ＡＣ耐圧性に劣り、体積抵抗率が低
かった。則ち、アルミナの配合量がアルミナとメタロセ
ンＰＥとの合計体積に対して約５〜４０体積％である絶
縁材料は熱伝導度、機械的性質、電気的性質に優れた。
ミナとメタロセンＰＥとを含有する絶縁材料の室温での
熱伝導率、モジュラス、引き裂き強度は、アルミナの配
合量とともにほぼ増加した。一方、表１及び図４から判
るように、アルミナの配合量がメタロセンＰＥ１００部
に対して４５０部（４９．７体積％）である試験例８の
場合、伸びは５０％以下であった。また、試験例８の組
成物は、低温脆性、ＡＣ耐圧性に劣り、体積抵抗率が低
かった。則ち、アルミナの配合量がアルミナとメタロセ
ンＰＥとの合計体積に対して約５〜４０体積％である絶
縁材料は熱伝導度、機械的性質、電気的性質に優れた。
【００２５】極低温（１００Ｋ）における引張強度、Ａ
Ｃ耐圧性、誘電正接等の特性に及ぼすアルミナ含有量及
び樹脂の種類の影響を調べた。樹脂として、ＥＰ、メタ
ロセンＰＥの２種類を用い、アルミナの含有量は１２〜
３６重量％の範囲とした。極低温特性を測定するための
試験片は、試験例１〜８と同様にして作製した。極低温
特性の測定結果を図５〜図７に示す。図５から判るよう
に、メタロセンＰＥにアルミナを５体積％（メタロセン
ＰＥとアルミナとの合計重量に対して、約２０重量％）
以上と多量に含ませても、１００Ｋにおける引張強度
は、アルミナを配合しなかったものと殆ど相違がなかっ
た。図６及び図７から判るように、アルミナを５体積％
（約２０重量％）以上含んでなる絶縁材料は、１００Ｋ
において、ＡＣ耐圧性、誘電正接等の電気的性質に優れ
た。また、極低温における引張強度、ＡＣ耐圧性、誘電
正接は、樹脂としてメタロセンＰＥを用いる場合の方
が、樹脂としてＥＰを用いる場合よりも優れた。なお、
誘電正接はシェーリングブリッジにより測定した。
Ｃ耐圧性、誘電正接等の特性に及ぼすアルミナ含有量及
び樹脂の種類の影響を調べた。樹脂として、ＥＰ、メタ
ロセンＰＥの２種類を用い、アルミナの含有量は１２〜
３６重量％の範囲とした。極低温特性を測定するための
試験片は、試験例１〜８と同様にして作製した。極低温
特性の測定結果を図５〜図７に示す。図５から判るよう
に、メタロセンＰＥにアルミナを５体積％（メタロセン
ＰＥとアルミナとの合計重量に対して、約２０重量％）
以上と多量に含ませても、１００Ｋにおける引張強度
は、アルミナを配合しなかったものと殆ど相違がなかっ
た。図６及び図７から判るように、アルミナを５体積％
（約２０重量％）以上含んでなる絶縁材料は、１００Ｋ
において、ＡＣ耐圧性、誘電正接等の電気的性質に優れ
た。また、極低温における引張強度、ＡＣ耐圧性、誘電
正接は、樹脂としてメタロセンＰＥを用いる場合の方
が、樹脂としてＥＰを用いる場合よりも優れた。なお、
誘電正接はシェーリングブリッジにより測定した。
【００２６】ー試験例９〜１４ー 試験例１〜８におけるアルミナの代わりに、微粉末の窒
化硼素、球状アルミナを用い、且つ、窒化硼素の配合量
をベース樹脂１００部に対して、２９部、６５部、１１
９部とし、球状アルミナの配合量をベース樹脂１００部
に対して、５０部、１１４部、１９５部とした以外は、
試験例１〜８と同様にしてシートを作成し、該シートの
熱伝導率、機械的性質、電気特性等を測定した。配合処
方とともに、これらの測定結果を表２に示し、図８に
は、窒化硼素、球状アルミナの配合量と熱伝導率（２９
８Ｋで測定）の実測値との関係をグラフ化して示した。
表２における特性欄における、◎印、○印、△印、×印
の意味するところ、測定法は、表１の場合と同じであ
る。
化硼素、球状アルミナを用い、且つ、窒化硼素の配合量
をベース樹脂１００部に対して、２９部、６５部、１１
９部とし、球状アルミナの配合量をベース樹脂１００部
に対して、５０部、１１４部、１９５部とした以外は、
試験例１〜８と同様にしてシートを作成し、該シートの
熱伝導率、機械的性質、電気特性等を測定した。配合処
方とともに、これらの測定結果を表２に示し、図８に
は、窒化硼素、球状アルミナの配合量と熱伝導率（２９
８Ｋで測定）の実測値との関係をグラフ化して示した。
表２における特性欄における、◎印、○印、△印、×印
の意味するところ、測定法は、表１の場合と同じであ
る。
【００２７】
【表２】
【００２８】表２から、窒化硼素を、窒化硼素とベース
樹脂に対して１０、２０、３０体積％含む試験例９〜１
１の絶縁材料は、球状アルミナを用いた試験例１２〜１
４の絶縁材料と同様に、破断強さ、引き裂き強さ、破断
伸び、低温脆性、ＡＣ耐圧性に優れ、体積抵抗率が大き
かった。また、充填材の体積％が同一の場合、窒化硼素
を充填剤として用いると、球状アルミナを用いる場合に
比較して、熱伝導率に優れた絶縁材料が得られることが
図８から判る。
樹脂に対して１０、２０、３０体積％含む試験例９〜１
１の絶縁材料は、球状アルミナを用いた試験例１２〜１
４の絶縁材料と同様に、破断強さ、引き裂き強さ、破断
伸び、低温脆性、ＡＣ耐圧性に優れ、体積抵抗率が大き
かった。また、充填材の体積％が同一の場合、窒化硼素
を充填剤として用いると、球状アルミナを用いる場合に
比較して、熱伝導率に優れた絶縁材料が得られることが
図８から判る。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の極低温用高
熱伝導絶縁材料は、高熱伝導率を有する充填剤を５体積
％以上含んでいるので、極低温において熱伝導性に優れ
る。従って、超電導体を絶縁するための絶縁材料として
特に好適である。また、本発明の超電導ケーブルは、絶
縁体が高熱伝導率を有する充填剤を５体積％以上含んで
いるので、冷媒による超電導体の冷却性に優れる。従っ
て、クエンチが発生しない超電導ケーブルである。ま
た、絶縁体は樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを含む
絶縁材料から構成されるので、製造が容易で、長尺化が
可能な超電導ケーブルである。従って、本発明の超電導
ケーブルは、１００Ｋ以下に冷却されて用いられる極低
温用ケーブルとして有用であり、例えば、電力輸送等の
用途に用いるのに好適なケーブルである。
熱伝導絶縁材料は、高熱伝導率を有する充填剤を５体積
％以上含んでいるので、極低温において熱伝導性に優れ
る。従って、超電導体を絶縁するための絶縁材料として
特に好適である。また、本発明の超電導ケーブルは、絶
縁体が高熱伝導率を有する充填剤を５体積％以上含んで
いるので、冷媒による超電導体の冷却性に優れる。従っ
て、クエンチが発生しない超電導ケーブルである。ま
た、絶縁体は樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを含む
絶縁材料から構成されるので、製造が容易で、長尺化が
可能な超電導ケーブルである。従って、本発明の超電導
ケーブルは、１００Ｋ以下に冷却されて用いられる極低
温用ケーブルとして有用であり、例えば、電力輸送等の
用途に用いるのに好適なケーブルである。
【図１】 本発明の一実施形態例の超電導ケーブルを示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】 本発明の他の実施形態例の超電導ケーブルを
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】 アルミナ配合量と熱伝導率との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図４】 アルミナ配合量と室温での機械的性質の関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図５】 アルミナ充填量と極低温での引張特性との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図６】 アルミナ充填量と極低温でのＡＣ耐圧性との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図７】 アルミナの充填量と極低温での誘電正接との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図８】 窒化硼素、アルミナの配合量と熱伝導率との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
１・・超電導体、２・・絶縁体、３・・冷却管、４・・
冷媒通路
冷媒通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長屋 重夫 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを含
み、高熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％以上
である極低温用高熱伝導絶縁材料。 - 【請求項２】 高熱伝導率を有する充填剤が酸化アルミ
ニウムであることを特徴とする請求項１記載の極低温用
高熱伝導絶縁材料。 - 【請求項３】 高熱伝導率を有する充填剤が窒化硼素で
あることを特徴とする請求項１記載の極低温用高熱伝導
絶縁材料。 - 【請求項４】 超電導体と絶縁体とを有し、前記超電導
体が冷媒により冷却される超電導ケーブルであって、前
記絶縁体が樹脂と高熱伝導率を有する充填剤とを含み、
高熱伝導率を有する充填剤の含有量が５体積％以上であ
る超電導ケーブル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9202007A JPH1143610A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 極低温用高熱伝導絶縁材料および超電導ケーブル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9202007A JPH1143610A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 極低温用高熱伝導絶縁材料および超電導ケーブル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1143610A true JPH1143610A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16450386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9202007A Pending JPH1143610A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 極低温用高熱伝導絶縁材料および超電導ケーブル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1143610A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006348136A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | 難燃性樹脂組成物ならびにこれを用いた絶縁電線およびワイヤーハーネス |
| JP2010248342A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-04 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 熱可塑性樹脂組成物及びその成形体 |
| JP2010539668A (ja) * | 2007-09-20 | 2010-12-16 | アーベーベー・リサーチ・リミテッド | 電気絶縁デバイス及びそれが設けられた電気的なデバイス |
| JP2014111693A (ja) * | 2012-12-05 | 2014-06-19 | Chubu Electric Power Co Inc | 耐低温性樹脂組成物及びそれを用いた超電導線材 |
| CN112795220A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-14 | 上海交通大学 | 用于绝缘材料的低温涂料、用途及其制备方法 |
| JP2021150391A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 株式会社東芝 | 超電導コイル、超電導機器、及び、超電導コイル用超電導線材 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62259307A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-11 | 株式会社日立製作所 | 超電導導体 |
| JPH05140456A (ja) * | 1991-11-20 | 1993-06-08 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法 |
| JPH08196031A (ja) * | 1995-01-13 | 1996-07-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 極低温ケーブルの端末構造 |
| JPH0950719A (ja) * | 1995-08-04 | 1997-02-18 | Fujikura Ltd | 超電導電力ケーブル |
-
1997
- 1997-07-28 JP JP9202007A patent/JPH1143610A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62259307A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-11 | 株式会社日立製作所 | 超電導導体 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 長屋重夫ら: "極低温用高熱伝導絶縁材料の開発", 平成９年電気学会全国大会講演論文集５, JPN4007000017, 10 March 1997 (1997-03-10), pages 356 - 1322, ISSN: 0000808791 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006348136A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | 難燃性樹脂組成物ならびにこれを用いた絶縁電線およびワイヤーハーネス |
| JP2010539668A (ja) * | 2007-09-20 | 2010-12-16 | アーベーベー・リサーチ・リミテッド | 電気絶縁デバイス及びそれが設けられた電気的なデバイス |
| US8637773B2 (en) | 2007-09-20 | 2014-01-28 | Abb Research Ltd. | Electric insulation device and an electric device provided therewith |
| JP2010248342A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-04 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 熱可塑性樹脂組成物及びその成形体 |
| JP2014111693A (ja) * | 2012-12-05 | 2014-06-19 | Chubu Electric Power Co Inc | 耐低温性樹脂組成物及びそれを用いた超電導線材 |
| JP2021150391A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 株式会社東芝 | 超電導コイル、超電導機器、及び、超電導コイル用超電導線材 |
| US11791080B2 (en) | 2020-03-17 | 2023-10-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting coil, superconducting device, and superconducting wire rod for superconducting coil |
| CN112795220A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-14 | 上海交通大学 | 用于绝缘材料的低温涂料、用途及其制备方法 |
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