JPWO2018074004A1 - 絶縁電線の製造方法 - Google Patents

Abstract

線状の形状を有する導体を準備する工程と、前記導体の外周側の面を覆うように、絶縁体からなり、内部に空孔を含む絶縁被膜を形成することにより、前記導体と、前記導体を被覆する前記絶縁被膜とを有する絶縁電線を得る工程と、前記絶縁電線の静電容量を検出し、前記静電容量と前記絶縁被膜の気孔率との関係に基づいて前記絶縁被膜の形成状態を検査する工程と、を含む、絶縁電線の製造方法。

Description

本発明は、絶縁電線の製造方法に関する。本発明は２０１６年１０月２０日出願の日本出願２０１６−２０６３３０号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載されたすべての記載内容を援用するものである。

高電圧で使用される電気機器においては、電気機器を構成する絶縁電線に高電圧が印加され、その絶縁被膜表面で部分放電（コロナ放電）が発生し易くなる。コロナ放電が発生すると絶縁破壊が生じやすくなる。そのため、高電圧で使用される電気機器用の絶縁電線には、優れた絶縁性や高い機械的特性を有することに加え、コロナ放電の発生を抑制することが求められる。コロナ放電の発生を抑制するには、誘電率の低い絶縁被膜を有する絶縁電線を準備するのが効果的である。誘電率の低い絶縁被膜を有する絶縁電線として、空孔を有する絶縁被膜を導体上に備えた絶縁電線が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

特開２０１６−８１５６３号公報 特開２０１６−１１０８４７号公報

本願の絶縁電線の製造方法は、線状の形状を有する導体を準備する工程と、導体の外周側の面を覆うように、絶縁体からなり、内部に空孔を含む絶縁被膜を形成することにより、導体と、導体を被覆する絶縁被膜とを有する絶縁電線を得る工程と、絶縁電線の静電容量を検出し、静電容量と絶縁被膜の気孔率との関係に基づいて絶縁被膜の形成状態を検査する工程と、を含む。

絶縁電線の一例を示す断面模式図である。 絶縁電線の一例を示す断面模式図である。 絶縁電線の一例を示す断面模式図である。 絶縁電線の製造工程を説明するためのブロック図である。 絶縁電線の製造方法の手順を示すフローチャートである。 気孔率と静電容量との関係を示すグラフである。

[発明が解決しようとする課題]
空孔を有する絶縁被膜を備える絶縁電線においては、絶縁被膜の気孔率（絶縁被膜の全体積に占める空孔の総体積の割合）が絶縁特性に大きく影響する。安定した品質の絶縁電線を製造するためには、絶縁被膜の気孔率を管理することが好ましい。そこで、気孔率を管理することにより安定した品質の絶縁電線を製造することを可能とする絶縁電線の製造方法を提供することを目的の１つとする。

[本開示の効果]
上記絶縁電線の製造方法によれば、気孔率を管理することにより安定した品質の絶縁電線を製造することが可能となる。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の絶縁電線の製造方法は、線状の形状を有する導体を準備する工程と、導体の外周側の面を覆うように、絶縁体からなり、内部に空孔を含む絶縁被膜を形成することにより、導体と、導体を被覆する絶縁被膜とを有する絶縁電線を得る工程と、絶縁電線の静電容量を検出し、静電容量と絶縁被膜の気孔率との関係に基づいて絶縁被膜の形成状態を検査する工程と、を含む。

空気の誘電率は約１．０である。これに対し、絶縁被膜を構成する材料は空気とは異なった誘電率を有する。したがって、絶縁被膜内に空孔が存在すると、絶縁被膜全体としての誘電率は、絶縁被膜内の空孔の存在割合（気孔率）に応じて変化する。つまり、絶縁被膜の気孔率と絶縁被膜の誘電率との間には相関関係が存在する。また本発明者らの検討によれば、絶縁電線の静電容量（キャパシタンス）と絶縁被膜の気孔率との間にも相関関係があることが確認された。

本願の絶縁電線の製造方法によれは、絶縁被膜の形成状態を検査する工程において、絶縁被膜内に空孔を有する絶縁電線の静電容量が検出され、静電容量と絶縁被膜の気孔率との関係に基づいて絶縁被膜の形成状態が検査される。その結果、本願の絶縁電線の製造方法によれば、気孔率を管理することにより安定した品質の絶縁電線を製造することが可能となる。

上記絶縁被膜は、ポリイミドを含んでもよい。ポリイミドを含む絶縁被膜は、絶縁性および耐熱性に優れる。そのため、ポリイミドは絶縁被膜を構成する材料として好適である。

絶縁被膜の形成状態を検査する工程は、オンラインで行われるのが好ましい。絶縁被膜の形成状態を検査する工程をオンラインで行うことにより、連続して絶縁電線の製造を行うことができ、高い生産効率で絶縁電線を得ることができる。なおオンラインで検査を行う状態とは、一連の製造工程内において、絶縁電線を得る工程に引き続き連続して絶縁被膜の形成状態を検査する状態を意味する。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本願の絶縁電線の製造方法の一実施の形態を、図１〜図５を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

［絶縁電線の構造］
本実施の形態において製造される絶縁電線の例を図１〜図３に示す。図１〜図３は、それぞれ、絶縁電線の一例を示す断面模式図を示す。図１を参照して、円形の断面形状を有する絶縁電線１は、円形の断面形状を有する線状の導体１０と、この導体１０の外周側の面を覆うように導体１０を被覆する絶縁被膜２０とを備える。絶縁被膜２０は、有機材料を含む絶縁体からなる。絶縁体に含まれる上記有機材料としては特に限定されないが、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などが挙げられる。なかでも絶縁性および耐熱性に優れることから、絶縁被膜２０を構成する絶縁体はポリイミドを含むのが好ましい。例えば、本実施の形態における絶縁被膜２０はポリイミドからなる。図１を参照して、本実施の形態における絶縁被膜２０はその内部に空孔１５を含む。絶縁被膜２０の全体積に占める空孔１５の総体積の割合（気孔率）は、一般的に５体積％以上８０体積％以下であり、好ましくは１０体積％以上６０体積％以下、より好ましくは２５体積％以上５５体積％以下である。ポリイミドなどの絶縁被膜２０を構成する材料と空気とでは誘電率が異なることから、絶縁被膜２０が空孔１５を有することにより絶縁被膜２０全体としての誘電率が変化する。例えばポリイミドは、空気よりも誘電率（比誘電率）が高い。したがって、絶縁被膜２０がポリイミドからなる場合、絶縁被膜２０が空孔１５を有することで、空孔１５を有しない絶縁被膜２０に比べて誘電率の低い絶縁被膜２０を得ることができる。

絶縁電線１は、図１に示すように絶縁被膜２０の厚み方向全体に渡って均一に空孔１５を有していてもよい。また図２または図３のように、絶縁被膜２０が、中実層３０と、空孔１５を有する多孔質層４０との多層構造を有していてもよい。図２または図３に示す絶縁電線１は、図１に示す絶縁電線１と同様に、円形の断面形状を有する線状の導体１０と、この導体１０の外周側の面を覆うように導体１０を被覆する絶縁被膜２０とを備える。
ただし図２に示す絶縁電線１の絶縁被膜２０は、導体１０の外周面を覆うように形成された、空孔１５を有する多孔質層４０と、多孔質層４０の外周面を覆うように形成された中実層３０とを含む多層構造を有する。また図３に示す絶縁電線１の絶縁被膜２０は、導体１０の外周面を覆うように形成された中実層３０と、中実層３０の外周面を覆うように形成された、空孔１５を有する多孔質層４０とを含む多層構造を有する。また図示していないが、絶縁被膜２０は、円形の断面形状を有する絶縁電線１の径方向外側に向かって中実層３０と多孔質層４０とが交互に積層された多層構造を有していてもよい。中実層３０の厚みと多孔質層４０の厚みとは、必要な特性に併せて任意に設定できる。

次に、本実施の形態に係る絶縁電線１の製造方法の流れを、図４および図５を参照して説明する。図４は、絶縁電線１の製造工程を説明するためのブロック図である。図５は、絶縁電線１の製造方法の手順を示すフローチャートである。

図４を参照して、導線準備部６０は、素線供給部５０と導線加工部５２とを含む。まず素線供給部５０から銅線などの素線が供給される。素線は矢印Ｄ_１の方向に送られ、導線加工部５２において所望の形状に加工される。導線加工部５２において素線から加工された導体１０は、絶縁被膜形成部５４に送られる。絶縁被膜形成部５４では、導体１０の表面に絶縁被膜２０が形成される。このようにして、導体１０と、導体１０を被覆する絶縁被膜２０とを有する絶縁電線１が得られる。得られた絶縁電線１は、さらに矢印Ｄ_１の方向に送られ、絶縁被膜２０の形成状態が検査される。検査工程においては、絶縁電線１の静電容量を検出し、その静電容量と絶縁被膜２０気孔率との関係に基づいて、絶縁被膜２０の形成状態を検査する。検査には、図４に示すようなキャパシタンスセンサ２を用いる。絶縁電線１がキャパシタンスセンサ２を貫通するようにキャパシタンスセンサ２を配置し、絶縁電線１の静電容量を検出する。検出した静電容量のデータは、キャパシタンス監視装置５８に送信される。キャパシタンス監視装置５８に表示される静電容量と絶縁被膜２０の気孔率との関係に基づいて、絶縁被膜２０の形成状態を検査する。検査された絶縁電線１は、その後巻取り部５６において巻き取られる。

キャパシタンスセンサ２は、主電極４１と、第１ガード電極４２ａと、第２ガード電極４２ｂと、筐体４４とを備える。主電極４１、第１ガード電極４２ａおよび第２ガード電極４２ｂは、それぞれ絶縁電線１を貫通可能な中空円筒状の形状を有する。筐体４４は主電極４１と、第１ガード電極４２ａと、第２ガード電極４２ｂと、各電極に接続された配線とを収容できる形状を有する。

主電極４１は絶縁電線１の外周側に配置される。主電極４１は、キャパシタンス監視装置５８と接続されている。絶縁被膜２０の形成状態を検査する工程においては、主電極４１に電圧を印加し、絶縁電線１の静電容量を検出する。

第１ガード電極４２ａは、主電極４１から見て絶縁電線１の長手方向において絶縁被膜形成部５４側（上流側）に配置される。第２ガード電極４２ｂは、主電極４１から見て絶縁電線１の長手方向において巻取り部５６側（下流側）に配置される。第１ガード電極４２ａおよび第２ガード電極４２ｂは、主電極４１の端部における電界の集中を緩和し、絶縁電線１と主電極４１との間に生じる静電容量の数値を安定的に計測するために設置される。第１ガード電極４２ａと第２ガード電極４２ｂとは互いに接続されている。また第１ガード電極４２ａおよび第２ガード電極４２ｂは、キャパシタンス監視装置５８および巻取り部５６と接続され、巻取り部５６と第１ガード電極４２ａおよび第２ガード電極４２ｂとの間の経路において接地されている。すなわち、第１ガード電極４２ａおよび第２ガード電極４２ｂは接地電極である。

次に図４および図５を参照して、絶縁電線１の製造方法の手順を説明する。本実施の形態に係る絶縁電線１の製造方法においては、図５に示すＳ１０〜Ｓ３０のステップが実施される。図４および図５を参照して、まず導線準備部６０において、円形の断面形状を有する線状の導体１０を準備する（Ｓ１０）。具体的には、素線供給部５０に保持された素線が素線供給部５０から引き出され、導線加工部５２において所望の形状に加工される。
導体１０を構成する材料は、例えば銅である。

次に、絶縁被膜２０が形成される（Ｓ２０）。絶縁被膜２０は、線状の形状を有する導体１０の外周側の面を覆うように形成される。絶縁被膜２０は絶縁体からなり、内部に空孔１５を含む。内部に空孔１５を含む絶縁被膜２０は以下のようにして形成される。一例として、上記絶縁体がポリイミドからなる場合について説明する。まずポリイミドの前駆体である、ポリイミドのプレポリマーを準備する。そのプレポリマーに、ポリイミドの硬化温度よりも低い温度で分解する熱分解樹脂を混合し、ポリイミドプレポリマーと熱分解樹脂との混合物（ワニス）を準備する。準備したワニスを導体１０の表面に塗工し、導体１０の表面に塗膜を形成する。この塗膜を加熱すると、ポリイミドプレポリマーからポリイミドへの反応が促進される。ポリイミドは熱硬化性であるため、加熱により塗膜が硬化する。また加熱により熱分解樹脂が分解されて気化する。その結果、ポリイミドの硬化被膜中の、熱分解性樹脂が存在していた箇所に空孔１５が形成される。このようにして、導体１０の外周側の面を覆うように、絶縁体であるポリイミドからなり、内部に空孔１５を含む絶縁被膜２０が形成される。以上の手順により、導体１０と、導体１０を被覆する絶縁被膜２０とを有する絶縁電線１が得られる。

また以下の様な手順で、図２または図３に示すような、中実層３０と、空孔１５を有する多孔質層４０との多層構造を有する絶縁被膜２０を導体１０の外周側に形成することもできる。まずポリイミドの前駆体である、ポリイミドのプレポリマーを準備する。次に、そのプレポリマーに熱分解樹脂を混合して得られる、プレポリマーと熱分解樹脂との両方を含有する第１のワニスと、プレポリマーを含有するが、熱分解樹脂は含有しない第２のワニスとを準備する。多孔質層４０を形成する場合、第１のワニスが塗布され、加熱される。加熱により熱分解樹脂が分解して気化し、ポリイミドの硬化被膜内に空孔１５が形成される。これにより多孔質層４０が形成される。また中実層３０を形成する場合、第２のワニスが塗布され、加熱される。これにより中実層３０が形成される。この手順を繰り返すことにより、所望の順に多孔質層４０と中実層３０とが形成された多層構造を有する絶縁被膜２０を導体１０の外周側の面を覆うように形成することができる。

絶縁被膜２０を形成するステップＳ２０に引き続き、得られた絶縁電線１を検査する（Ｓ３０）。ステップＳ３０においては、絶縁電線１の静電容量を検出し、その静電容量と絶縁被膜２０の気孔率（絶縁被膜２０の全体積に占める空孔１５の総体積の割合）との関係に基づいて、絶縁被膜２０の形成状態を検査する。検査はオンラインで行われる。オンラインで行う検査では、ステップＳ１０〜Ｓ３０までの一連の工程において、上記ステップＳ２０に引き続き連続して、ステップＳ２０で得られた絶縁被膜２０の形成状態の検査を行う。また検査をオンラインで行う場合、図４に示す素線供給部５０から巻取り部５６に至るまでの一連の流れが、絶縁電線１を切断することなく一体的に行われる。

絶縁被膜２０の形成状態を検査する工程においては、測定部を水に浸漬した状態で主電極４１に電圧を印加して、絶縁電線１の静電容量を監視する。絶縁電線１の静電容量は、主電極４１に接続されたキャパシタンス監視装置５８にて監視される。本実施の形態においては、絶縁電線１の静電容量と絶縁被膜２０の気孔率との関係に基づいて、絶縁被膜２０の形成状態を検査する。具体的には、計算により求められる理論曲線や、標準物質を用いて求められる検量線と、検査工程において求められる絶縁電線１の静電容量の値とを比較することにより、絶縁電線１の気孔率を見積もることができる。見積もられた気孔率から、絶縁被膜２０の形成状態を評価し、所定の気孔率の絶縁電線１が得られたか否かを判定することができる。検査された絶縁電線１は、その後巻取り部５６において巻き取られる。

以上が本実施の形態の絶縁電線１の製造方法の一連の流れである。なお上記実施の形態においては、円形の断面形状を有する線状の導体１０を用いたが、導体１０の断面形状は円形に限定されず、四角形、六角形など任意の形状に加工することが可能である。また静電容量の検出および監視を行うための装置は、キャパシタンスセンサ２およびキャパシタンス監視装置５８に限定されず、静電容量を検出および監視するための任意の装置を利用することが可能である

また上記実施の形態においては、静電容量の検出および監視を行うための装置を巻取り部５６において巻き取られる直前の位置に配置したが、静電容量の検出および監視を行うための装置を配置する位置はこの位置に限定されない。例えば、導体１０上に複数の層の絶縁層を形成することにより絶縁被膜２０を形成する場合、巻取り部５６において巻き取られる直前の位置に代えて、または巻取り部５６において巻き取られる直前の位置とともに、絶縁被膜２０が完成する前の中間体の段階において静電容量の検出および監視が行える位置に上記装置を配置してもよい。

［検査例］
次に、図６を参照して、本実施の形態において行われる、絶縁被膜２０の形成状態の検査の一例を示す。図６は静電容量と気孔率との関係を示すグラフである。縦軸は静電容量（単位：ｐＦ・ｍ^−１）を示す。また、横軸は気孔率（ｖｏｌ％（体積％））を示す。ひし形（◆）の印は、絶縁被膜２０の膜厚が５０μｍの場合のデータを表す。正方形（■）の印は、絶縁被膜２０の膜厚が１００μｍの場合のデータを表す。三角形（▲）の印は、絶縁被膜２０の膜厚が１５０μｍの場合のデータを表す。また実線７０は、絶縁被膜２０の膜厚が５０μｍの場合における上記データを線形近似して得られる直線である。破線７５は、絶縁被膜２０の膜厚が１００μｍの場合における上記データを線形近似して得られる直線である。一点鎖線８０は、絶縁被膜２０の膜厚が１００μｍの場合における上記データを線形近似して得られる直線である。

絶縁被膜２０の膜厚に応じて図６に示す実線７０、破線７５、または一点鎖線８０を参照することにより、絶縁被膜２０の膜厚が既知であれば、測定された静電容量から、絶縁電線１が有する絶縁被膜２０の気孔率を見積もることができる。その見積もられた気孔率から、絶縁被膜２０の形成状態を検査することができる。また気孔率が既知であれば、サンプルの静電容量を測定することにより、絶縁被膜２０の膜厚を見積もることも可能である。

以上説明した通り、本実施の形態に係る絶縁電線の製造方法によれば、気孔率を管理することにより安定した品質の絶縁電線を製造することが可能となる。

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、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、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 絶縁電線
２ キャパシタンスセンサ
１０ 導体
１５ 空孔
２０ 絶縁被膜
３０ 中実層
４０ 多孔質層
４１ 主電極
４２ａ 第１ガード電極
４２ｂ 第２ガード電極
４４ 筐体
５０ 素線供給部
５２ 導線加工部
５４ 絶縁被膜形成部
５６ 巻取り部
５８ キャパシタンス監視装置
６０ 導線準備部
７０ 実線
７５ 破線
８０ 一点鎖線

Claims (3)

1. 線状の形状を有する導体を準備する工程と、
   前記導体の外周側の面を覆うように、絶縁体からなり、内部に空孔を含む絶縁被膜を形成することにより、前記導体と、前記導体を被覆する前記絶縁被膜とを有する絶縁電線を得る工程と、
   前記絶縁電線の静電容量を検出し、前記静電容量と前記絶縁被膜の気孔率との関係に基づいて前記絶縁被膜の形成状態を検査する工程と、を含む、絶縁電線の製造方法。
2. 前記絶縁被膜はポリイミドを含む、請求項１に記載の絶縁電線の製造方法
3. 前記絶縁被膜の形成状態を検査する工程は、オンラインで行われる、請求項１又は請求項２に記載の絶縁電線の製造方法。

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