JPH04148521A - 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浸
漬形無冷却電磁ポンプの線輪のように、大形で、３００
℃以上の高温で使われ、かつ、使用期間中に運転・停止
に伴い５３００℃以上の高温と室温の間のヒートサイク
ルを繰り返し受ける電気機器に好適な耐熱絶縁線輪の製
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、ＭＩ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
充填した耐熱絶縁線輪が知られているが、これは金属シ
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） これに公知例に記載されている耐熱絶縁線輪は、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
できないため、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、高速増殖炉の一次冷却系に用いる液体ナトリウ
ム浸漬形無冷却電磁ポンプのように、大容量機用の大形
巻線やより高温で使用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、絶縁線輪自体および
電磁ポンプの外形を小さくすることが求められている。

特に−次冷却系に用いるような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、導体に無機ポリマーまたは無機塗料から成る
接着剤を用いて、はがしマイカと無機質の補強材を貼り
合せて得られるマイカテープを巻回し、　３００℃以上
の温度で無機ポリマーまたは無機塗料を焼成することを
必須要件とする耐熱絶縁線輪の製造方法を提供する。

なお、上記においてマイカテープ巻同時に、無機ポリマ
ーまたは無機塗料を塗り込みながらマイカテープを巻回
し、３００℃以上の温度で焼成することにより、マイカ
テープ間を一体に固めてもよい。

また、マイカテープを巻き終った後１機械的強度が大き
く、耐熱性に優れた無機質の絶縁テープを巻回し、絶縁
層を保護してもよい。この無機質の絶縁テープを巻回す
る際には無機ポリマーあるいは無機塗料を塗布しながら
巻回し、３００℃以上の温度で焼成することによりマイ
カ層と一体的に固めてもよいが、ヒートサイクルによる
熱応力疲労で無機質の絶縁テープが破断し易いので、無
機ポリマーあるいは無機塗料は塗布しない方が望ましい
。

本発明に用いるはがしマイカはフレークマイカともマイ
カスプリッティングとも言われ、「ブロック又はシンマ
イカから均一な厚さにはがしたマイカ薄片で、１０枚重
ねた厚さが０．２８園以下のもの。

大きさは１．７−以上のものが一般的に使用されている
。」と定義されるものである。原鉱の違いにより軟質と
硬質があるが、軟質の方が結晶水放出温度が高く、高温
で使用される機器はど軟質のものの方が望ましい。

また、マイカテープの補強材および機械的強度が大きく
、耐熱性に優れた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
の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。一般にマイカ
テープの補強材用には３０〜４００−程度の薄いテープ
の方がマイカ層を占積率を上げ、単位厚さ当りの絶縁破
壊電圧を太きく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た無機質の絶縁テープは
、機械的強度が必要なので、１００〜５０〇−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
述した無機ポリマーもしくは無機塗料を塗布し、高温焼
成処理で接着させる。

また、無機ポリマーとは、高温で焼成することにより無
機化するポリマー（高分子）の総称であり、多くのシリ
コーンが含まれる０例えばアルキルシリケート系のシリ
コーンＡ　Ｙ　４９−２０８（東しシリコーン社の商品
名）、無機充填剤人ボロシロキサン系塗料Ｓ　Ｍ　Ｒ−
１０９（昭和電線電纜社の商品名）やメチルポリシロキ
サンから成る感圧接着剤ＹＲ３２８６（東芝シリコーン
社の商品名）等が含まれる。

さらに、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
ルアルミナなどが含まれる。

前述の無機ポリマーまたは無機塗料には、無機質の充填
剤を加えても良い。

ここで、無機質の充填剤としては、アルミナ（１２２０
，）、ｖグネシア（ＭｇＯ）、　シリカ（５１ｏ　ｚ　
）　＋ジルコニア（ＺｒＯＺＬステアタイト（Ｍ　ｇ　
Ｓ　ｉ　Ｏ３）　ｔクレー、カオリン、マイカ粉、高融
点ガラスフリット等が含まれる。これら充填剤の粒径は
、無機化シリコーンと混合しやすく、塗り易くするため
に、平均粒径１０ａ以下が好ましい。

無機質の充填剤を無機ポリマーに多く配合すれば一般に
熱的に安定となるし１価格も安くなる。

しかし、充填剤自身は焼成により結合しないので、焼成
することにより強固な結合が形成する程度の無機ポリマ
ーを配合する必要がある。

一方、無機質の充填剤と無機ポリマーの配合は、塗り難
くならず、かつ焼成後脆くならない様に選択することが
必要である。通常は、無機質の充填剤含有率が１０〜９
０重量％程度がよい。

なお、これら無機ポリマー、無機塗料ならびに無機質の
充填剤は、いずれも絶縁性のあるものでなければならな
いことは言うまでもない。

（作用） 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。

またはがし、マイカを用いるのは、マイカは、ｅ開性に
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
しまうことによる。特にはがしマイカはマイカ薄片の大
きさが大きく、各マイカ薄片は引張強さが４０〜６０ｋ
ｇ／■２以上と強大なため、はがしマイカに熱応力が加
わってもマイカ薄片同士が応力を緩和する。

また、マイカ薄片同士がずれても、絶縁破壊強度の低下
は軽微であるという特徴があるからである。高速増殖炉
の一次冷却系に使用するナトリウム浸漬形無冷却電磁ポ
ンプのコイルはコイルの周囲長が２５０閣以上になる。

このような場合、導体と絶縁層の熱膨張差により、最高
使用温度である６００℃では、絶縁に約２■の引張ひず
みが作用する。このような過大なひずみが局所的に作用
すると、引張強さが高々２　ｋｇ　／　ｗｍ”程度の集
成マイカでは集成マイカが破断してしまい、絶縁破壊電
圧が低下してしまう。はがしマイカを使用すればこのよ
うな過大なひずみが作用してもマイカ薄片同士が相互に
ずれることにより、応力を緩和し、絶縁破壊電圧の低下
は殆ど生じない。

また機械的強度が大きく、耐熱性に優れた無機質の絶縁
テープを、マイカテープの補強材あるいはマイカテープ
の表面保護用に用いるのは次のような理由からである。

即ち、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１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の補強
材として使用し、また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。

なお無機質の充填剤を含む無機ポリマー、または無機塗
料を塗りながら、マイカテープを巻回し焼成するのは、
導体とマイカテープ間およびマイカテープ同士をお互い
に接着することにより、強固な絶縁層を形成することが
できるからである。

一方、表面に巻回する無機質の絶縁テープには、接着剤
を塗布しない方がよいとしたのは、マイカ層と無機質の
絶縁テープを接着剤を用いて一体に固めると、前述のよ
うな大きなひずみが作用し、無機質の絶縁テープが切断
し、絶縁全体の機械的強度が低下してしまうのに対し、
接着剤が塗布されていないと、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。

なお、本発明において、無機質の補強材を、無機ポリマ
ーまたは無機塗料から成る接着剤で貼り合わせて成るマ
イカテープを巻回した後、３００℃以上の温度で焼成す
るのは、マイカテープの接着剤や塗り込んだ無機ポリマ
ーまたは無機塗料から有機成分を焼却し、完全に無機化
させるためである。

（実施例） 以下本発明の実施例を参照して説明する。

実施例１ 第１図において、導体１は、ニッケルメッキをしたアル
ミナ分散強化銅２（グリデンメタル社の商品名Ｇ　Ｒｉ
ｄ　ｃｏｐ　Ａ　Ｌ　−１５）　カら成る断面が２．０
閣×４．５■（断面周囲長１３ｍ）の平角線に、厚さ５
０ｕＩａのシリカクロスと厚さ１００−の軟質無焼成集
成マイカシートとを少量のシリコーン（例えば東芝シリ
コーン社の商品名Ｙ　Ｒ３２８６）を接着剤として貼合
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２３０ｍ、外径４３０園、厚さ２５閣（コイ
ル断面の周囲長２５０■）となる様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（東しシリコーン社の商品名Ａ　Ｙ　４
９−２０８）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、この上から厚さ５０ｍのアルミナ
織布を厚さ１１００ｔＩの軟質はがしマイカに裏打補強
し、これに上記の無機質充填剤を含む無機ポリマー（東
しシリコーン社の商品名Ａ　Ｙ　４９−２０８）と無機
質填剤入ボロシロキサン系樹脂塗料（昭和電線電纜社の
商品名Ｓ　Ｍ　Ｒ−１０６９）とシリコーン感圧接着剤
（東芝シリコーン社の商品名Ｙ　Ｒ３２８６）とを塗布
してなるはがしマイカテープ５を、上記無機質充填剤を
含む無機化ポリマー（東しシリコーン社の商品名Ａ　Ｙ
　４９−２０８）を塗布しなから１／２重ね巻で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、１３０℃で２眼時間、１５０℃で２時間。

さらに１８０℃で１５時間加熱して軟化させた。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る有機
質成分は飛散焼失して無機化（セラミック化）し、完全
に無機質の絶縁層が形成された。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３００
−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１／２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。

実施例２ 前述した実施例１に従いはがしマイカテープ５を巻き終
わった後、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３００．の接着剤を有しないアルミナ
繊維織布がら成る絶縁テープ６を１／２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ように
、アルミナ繊維から成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。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”Ｃ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。

比較例１ 第２図に示すように、前述した実施例１のはがしマイカ
テープ５の軟質はがしマイカ層の代りに厚さ１００ｕａ
の軟質集成マイカを同様の接着剤で貼り合せて成る集成
マイカテープ７を用意し、接着剤を塗布しなから１／２
重ね巻きで３回巻回した。

以下実施例１と同様に硬化、焼成させた後、無機質の絶
縁テープ６を巻回し、絶縁層を形成した。

比較例２ 第３図に示すように、前述した比較例１に従い軟質集成
マイカから成る集成マイカテープ７を巻き終わった後、
この上から前記接着剤を有しない無機質の絶縁テープの
代りに、前記無機質充填剤を含む無機化ポリマー（東し
シリコーン社の商品名Ａ　Ｙ　４９−２０８）と無機質
填剤人ボロシロキサン系樹脂塗料（昭和電線電纜社の商
品名Ｓ　Ｍ　Ｒ−１０９）を塗布し乾燥して成るプリプ
レグ状の無機質絶縁テープ８を無機質充填剤を含む無機
ポリマー（東しシリコーン社の商品名Ａ　Ｙ　４９−２
０８）を塗布しながら前述したはがしマイカテープ５の
上から１／２重ね巻で１回巻回し、絶縁層を形成した。

実施例１と同様の方法で硬化、焼成し、耐熱絶縁線輪を
得た。

実施例１，２および比較例１，２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１，２の絶縁層を形成する集
成マイカテープ７の集成マイカにクラックが発生し、切
断していた。これに対して、本実施例１，２の絶縁層を
形成するはがしマイカの場合は、はがしマイカテープ７
にクラックの発生は見られなかった。ヒートサイクル１
０００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）は実施例１で９５％、実施例２で９０％、比較例
１で６０％、比較例２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
試験によって、実施例に比べ比較例の劣化が大きかった
のは、導体断面の周間長が２５０閣と大きいので、絶縁
層に働く引張りひずみがそれだけ大きくなり、比較例の
集成マイカは耐えられなかったためである。なお実施例
、比較例とも導体を形成する平角線の導体には集成マイ
カを用いたが、クラックの発生は全く認められなかった
。

この場合は、導体周間長が１３＋ｍと小さいため、絶縁
層には引張りひずみがほとんど加わらないからである０
本実施例のはがしマイカのりん片が大きいので、大きな
引張りひずみが働いてもりん片どうしが重なり合いつっ
たくみにずれるため絶縁破壊電圧がほとんど低下しない
。

ヒートサイクルの早期に比較例２の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
。これはアルミナ織布に塗布された無機ポリマーが焼成
した際もろくなり繊維の強度を低下させるためである。

接着剤を有しない実施例１，２および比較例１の絶縁表
面のアルミナ織布テープの場合は、ヒートサイクルを１
０００回終了した後もクラックの発生は見られなかった
。ただし、第１表に絶縁線輪から切り呂したヒートサイ
クル試験前の絶縁表面のアルミナテープ部分の引張強さ
をテーピング前の引張強さに対する相対値として示すよ
うに、実施例１以外のアルミナテープは引張強さが低い
、これは、マイカテープ層中の無機ポリマーを焼結する
際に、揮発性成分がアルミナ繊維に付着し焼結し繊維の
強度を低下させるためである。したがって、絶縁表面の
アルミナテープはマイカテープ層中の無機ポリマーを焼
結した後に巻回するのが望しい。

第１表　絶縁線輪の絶縁表面のアルミナテープ部分の引
張強さ（テーピング前のテープの引張強さに対する相対
面〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、導体に無機化シリ
コーンまたは無機塗料を塗布しながら、無機質の補強材
を、無機ポリマーまたは無機塗料から成る接着剤で貼り
合わせて成るはがしマイカテープを巻回し、３００℃以
上の温度で焼成し無機化し、導体に接している内側層に
電気特性、耐熱性に優れているはがしマイカテープを形
成した後、この上から、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
いるので、電気的９機械的に優れた耐熱絶縁線輪が得ら
れる。また、この耐熱絶縁線輪は、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
クラン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、高速増殖炉の一次冷却系における液
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図は本発明に係る耐熱絶縁線輪の一実施例を示す横
断面図、第２図、第３図は本発明の実施例との比較例を
示す耐熱絶縁線輪の横断面図である。 １・・・導体 ２・・・ニッケルメッキをしたアルミナ分散強化銅３・
・・集成マイカテープ ４・・・無機化シリコーンや無機質の接着剤５・・・は
がしマイカテープ ６・・・接着剤を有しない無機質の絶縁テープ７・・・
集成マイカテープ ８・・・プリプレグ状無機絶縁テープ 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 ぽかしフイカテー７９ 第 図 集成マイカテープ。 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体に、無機ポリマーまたは無機塗料から成る接
   着剤を用いてはがしマイカと無機質の補強材とを貼り合
   せて得られるマイカテープを巻回し、３００℃以上の温
   度で無機ポリマーまたは無機塗料を焼成することを特徴
   とする耐熱絶縁線輪の製造方法。
2. （２）マイカテープ巻回時に無機ポリマーまたは無機塗
   料を塗り込むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の耐熱絶縁線輪の製造方法。
3. （３）マイカテープを巻き終った後、機械的強度が大き
   く、耐熱性に優れた無機質の絶縁テープを巻回したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の耐熱絶縁線輪
   の製造方法。