JP7568466B2 - 電線 - Google Patents
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Description
本発明は、中心線と、中心線を取り囲むように配置される複数の導体芯線と、複数の導体芯線を覆うように設けられる絶縁体と、を備える電線に関する。
従来から、電柱や鉄塔等に架け渡すように敷設されて送電等に用いられる架空配電線として、抗張力体としての中心線と、中心線を取り囲みながら撚り合わされる複数の導体芯線と、外装材としての樹脂絶縁体と、を有する電線が提案されている。例えば、従来の架空配電線の一つでは、補強繊維に溶融金属を含浸させた複合材料で構成された中心線の外周を取り囲むように、複数本の導体芯線が配置されている（例えば、特許文献１を参照）。
上述した従来の電線は、中心線として一般的な鋼線（例えば、亜鉛メッキ鋼線やアルミ覆鋼線など）が用いられる場合に比べて軽量化が可能であり、強度と重量とのバランスに優れる。しかし、従来の電線を実際に使用するにあたり、配電設備のメンテナンス等の目的で使用後の電線を廃棄する場合、中心線を構成する複合材料から金属部分と補強繊維とを分離することが困難であることから、廃棄処理が複雑化する。換言すると、電線の廃棄やリサイクルを行う際の環境負荷が大きい。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、強度及び軽量性に優れ且つ廃棄等を行う際の環境負荷を低減可能な電線を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明に係る電線は、下記［１］～［４］を特徴としている。
［１］
中心線と、前記中心線を取り囲むように配置される複数の導体芯線と、前記複数の前記導体芯線を覆うように設けられる絶縁体と、を備える電線であって、
前記中心線の全体は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成される、
電線であること。
［２］
上記［１］に記載の電線において、
前記中心線を構成する前記混合材料は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を１００重量部、
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上１００重量部以下、
の重量比率で含有する、
電線であること。
［３］
上記［１］又は上記［２］に記載の電線において、
前記絶縁体は、
当該絶縁体の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部を有する、
電線であること。
［４］
上記［１］に記載の電線において、
前記中心線の引張強度は、３８０Ｎ／ｍｍ ２ 以上７６０Ｎ／ｍｍ ２ 以下である、
電線であること。
［１］
中心線と、前記中心線を取り囲むように配置される複数の導体芯線と、前記複数の前記導体芯線を覆うように設けられる絶縁体と、を備える電線であって、
前記中心線の全体は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成される、
電線であること。
［２］
上記［１］に記載の電線において、
前記中心線を構成する前記混合材料は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を１００重量部、
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上１００重量部以下、
の重量比率で含有する、
電線であること。
［３］
上記［１］又は上記［２］に記載の電線において、
前記絶縁体は、
当該絶縁体の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部を有する、
電線であること。
［４］
上記［１］に記載の電線において、
前記中心線の引張強度は、３８０Ｎ／ｍｍ ２ 以上７６０Ｎ／ｍｍ ２ 以下である、
電線であること。
上記［１］の構成の電線によれば、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料で構成された中心線が、抗張力体として用いられる。発明者による実験及び考察等によれば、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料で中心線を構成することで、電線（例えば、架空配電線）に求められる強度を有しながら、一般的な鋼線を中心線として用いる場合に比べて重量を低減した電線が得られることが明らかになっている。更に、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）は、生分解性樹脂であり、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、植物等の主成分であるセルロースから抽出される繊維状材料である。そのため、上述した従来の電線に用いられる中心線に比べ、廃棄等を行う際の環境負荷を低減できる。なお、電線の使用時には中心線は絶縁体に覆われて外部環境から隔離されているため、中心線の生分解性は問題にならない。したがって、本構成の電線は、強度及び軽量性に優れ且つ廃棄等を行う際の環境負荷を低減可能である。
上記［２］の構成の電線によれば、中心線を構成する混合材料は、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を１００重量部、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上１００重量部以下、の重量比率で含有する。発明者による実験及び考察によれば、このような組成を有する混合材料は、引張強度に優れることから中心線の細径化が可能となり、且つ、混合材料を加工（例えば、押出成形等）して中心線を製造する際に加工装置にかかる負荷を低減できる。
上記［３］の構成の電線によれば、絶縁体の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部（いわゆる、ひれ）が、絶縁体に設けられる。これにより、例えば、電線を架空配電線として用いる際、電線に積もった雪が電線の円周方向に沿って回り込むことを妨げることで、電線周囲に雪が固着すること（着雪）を抑制できる。更に、本構成の電線の中心線（抗張力体）は一般的な鋼線に比べて軽量であるため、導体芯線としてアルミニウム又はアルミニウム合金等で構成された軽量な素線が用いられる場合、電線全体の重量が特に軽量となる。このように軽量な電線への着雪を抑制することで、例えば、着雪に起因する電線の揺動等（いわゆるギャロッピングやスリートジャンプ等）を適切に抑制できる。この点で、本構成の突条部による難着雪効果が電線にもたらす貢献は、極めて顕著なものである。
本発明によれば、強度及び軽量性に優れ且つ廃棄等を行う際の環境負荷を低減可能な電線を提供できる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電線１について説明する。電線１は、典型的には、電柱や鉄塔等に架け渡すように敷設されて送電等に用いられる架空配電線として使用される。よって、電線１は、強度（具体的には、抗張力性）及び軽量性が要求される。
＜電線１の構成＞
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電線１は、抗張力体としての丸棒状の中心線１０と、中心線１０を取り囲んで撚り合わされる複数の導体芯線２０と、複数の導体芯線２０を覆うように設けられる円管状の絶縁体３０と、を備える。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電線１は、抗張力体としての丸棒状の中心線１０と、中心線１０を取り囲んで撚り合わされる複数の導体芯線２０と、複数の導体芯線２０を覆うように設けられる円管状の絶縁体３０と、を備える。
中心線１０は、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成されている。中心線１０を構成するポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の具体的な組成については後述する。
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の比重は１．５程度であり、鋼鉄の比重（＝７．８程度）より十分に小さい。よって、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、鋼鉄と比べて極めて軽い。発明者による実験及び考察等によれば、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料で中心線１０を構成することで、電線１として十分な強度を確保しながら、一般的な鋼線を中心線として用いる場合に比べて軽量化が可能である。
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）は、生分解が可能な生分解性樹脂である。セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、植物等の主成分であるセルロースから抽出される繊維状材料である。よって、上述した従来の電線に用いられる中心線（金属と繊維との複合材料で構成）に比べ、中心線１０の廃棄時の環境負荷が小さい。更に、電線１の使用時には中心線１０は絶縁体３０に覆われて外部環境から隔離されているため、中心線１０の生分解性は問題にならない。
導体芯線２０は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。撚り合わされた複数の導体芯線２０における撚りの形態は、特に制限されないが、Ｓ撚り、Ｚ撚り、及び、ＳＺ撚り（交互撚り）の何れであってもよい。電線１に含まれる導体芯線２０の本数は、特に制限されないが、本例では８本である。
中心線１０を取り囲んで撚り合わされる複数の導体芯線２０の公称断面積は、典型的には、２５ｍｍ２又は５８ｍｍ２である。導体芯線２０の公称断面積が２５ｍｍ２の場合、中心線１０の外径は４．３ｍｍであり、導体芯線２０の外径は２．３ｍｍであることが好ましい。導体芯線２０の公称断面積が５８ｍｍ２の場合、中心線１０の外径は６．５ｍｍであり、導体芯線２０の外径は３．５ｍｍであることが好ましい。なお、これらの中心線１０及び導体芯線２０の外径の値は、後述する撚り線圧縮部４４による圧縮前の値（換言すれば、後述する導体芯線供給部４１及び中心線供給部４２よる繰り出し時点での値）である。更に、詳細は後述するように、中心線１０の強度について、導体芯線２０の公称断面積が２５ｍｍ２の場合、中心線１０の最大耐力が５．５ｋＮ以上であることが好ましく、導体芯線２０の公称断面積＝５８ｍｍ２の場合、中心線１０の最大耐力が１２．３ｋＮ以上であることが好ましい。別の言い方をすると、中心線１０の引張強度は、３８０Ｎ／ｍｍ２以上７６０Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
円管状の絶縁体３０は、撚り合わされた複数の導体芯線２０の外周を覆っている。絶縁体３０は、例えば、塩化ビニル材料やポリエチレン材料等の絶縁樹脂材料で構成されている。絶縁体３０の外周面には、図１及び図２に示すように、径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部３１（いわゆる、ひれ）が設けられている。図１及び図２に示す例では、一対の突条部３１が、絶縁体３０の外周面における周方向の上下端位置に設けられている。これにより、例えば、電線１を架空配電線として用いる際、電線１に積もった雪が電線１の円周方向に沿って回り込むことを突条部３１で妨げ、電線１の周囲に雪が固着すること（着雪）を抑制できる。
絶縁体３０は、中心線１０を取り囲んで撚り合わされた複数の導体芯線２０の外周に、加熱溶融された樹脂材料を一対の突条部３１が設けられた円管形状を有するように押出成形することにより形成されている。これにより、中心線１０及び中心線１０を取り囲んで撚り合わされている複数の導体芯線２０が、絶縁体３０によって保護される。
＜電線１の製造装置及び製造方法＞
次いで、電線１を製造する製造装置４０、及び、製造装置４０を用いた電線１の製造方法について説明する。
次いで、電線１を製造する製造装置４０、及び、製造装置４０を用いた電線１の製造方法について説明する。
図３に示すように、電線１を製造する製造装置４０は、導体芯線供給部４１及び中心線供給部４２を備えている。導体芯線供給部４１は一般的なリール等を含んで構成され、導体芯線供給部４１から、複数の導体芯線２０が繰り出される。中心線供給部４２も一般的なリール等を含んで構成され、中心線供給部４２から、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を混錬し押出成形した中心線１０が繰り出される。
導体芯線供給部４１及び中心線供給部４２の下流側には、撚り部４３が設けられている。撚り部４３には、導体芯線供給部４１から繰り出される複数の導体芯線２０及び中心線供給部４２から繰り出される中心線１０が送り込まれる。撚り部４３は、一般的な撚り機構を有し、中心線１０を取り囲むように複数の導体芯線２０を撚り合わせる。
撚り部４３の下流側には、撚り線圧縮部４４及び絶縁体形成部４５が順に設けられている。撚り線圧縮部４４は、一般的なダイスを有し、中心線１０を取り囲むように撚り合わされている複数の導体芯線２０を、ダイスを用いて径方向内側に圧縮する。これにより、複数の導体芯線２０が円筒状に塑性変形して、図１及び図２に示すように、中心線１０の外周に隙間なく密着する。絶縁体形成部４５は、一般的な絶縁体形成機構を有し、圧縮された複数の導体芯線２０の周囲を覆うように、加熱溶融された樹脂材料を押出成形することにより、一対の突条部３１が設けられた円管状の絶縁体３０を形成する。以上により、図１及び図２に示す電線１が製造される。
＜中心線１０を構成する混合材料の組成（重量比率）の好ましい範囲＞
以下、中心線１０を構成するポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の組成の好ましい範囲について説明する。発明者による実験及び考察等によれば、中心線１０を構成するポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の組成に関し、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）が１００重量部に対して、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０～１００重量部とすることが好ましい、ことが判明した。
以下、中心線１０を構成するポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の組成の好ましい範囲について説明する。発明者による実験及び考察等によれば、中心線１０を構成するポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の組成に関し、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）が１００重量部に対して、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０～１００重量部とすることが好ましい、ことが判明した。
具体的には、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）が１００重量部に対して、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上とすることで、架空配電線として使用される電線１の中心線１０として必要な強度を満足することができることが判明した。ここで、中心線１０に求められる強度として、例えば、導体芯線２０の公称断面積が２５ｍｍ２の場合、中心線１０の最大耐力が５．５ｋＮ以上であることが好ましく、導体芯線２０の公称断面積が５８ｍｍ２の場合、中心線１０の最大耐力が１２．３ｋＮ以上であることが好ましい。
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）が１００重量部に対するセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の重量部数の５０からの増加に伴い、中心線１０の引張強度が増加することによって中心線１０の細径化が可能となる。しかし、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）が１００重量部に対するセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の重量部数が１００を超えると、中心線１０の押出成形時に押出機にかかる負荷が過度に大きくなり得ることが判明した。
以上より、中心線１０を構成するポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の組成（重量比率）を上記の範囲とすることで、強度に優れることから中心線１０の細径化が可能となり、且つ、中心線１０を押出成形する際に押出機にかかる負荷を小さくすることができる。
＜作用・効果＞
以上説明したように、本実施形態に係る電線１によれば、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成された中心線１０が、抗張力体として用いられる。発明者による実験及び考察等によれば、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料で中心線１０を構成することで、電線１として十分な強度を確保しながら、一般的な鋼線を用いる場合に比べて軽量化が可能である。更に、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）は、生分解性樹脂であり、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、植物等の主成分であるセルロースから抽出される繊維状材料である。そのため、上述した従来の電線に用いられる中心線に比べ、廃棄時の環境負荷が小さい。更に、電線１の使用時には中心線１０は絶縁体３０に覆われて外部環境から隔離されているため、中心線１０の生分解性は問題にならない。したがって、本実施形態に係る電線１は、強度及び軽量性に優れ且つ廃棄時の環境負荷を低減可能である。
以上説明したように、本実施形態に係る電線１によれば、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成された中心線１０が、抗張力体として用いられる。発明者による実験及び考察等によれば、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料で中心線１０を構成することで、電線１として十分な強度を確保しながら、一般的な鋼線を用いる場合に比べて軽量化が可能である。更に、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）は、生分解性樹脂であり、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、植物等の主成分であるセルロースから抽出される繊維状材料である。そのため、上述した従来の電線に用いられる中心線に比べ、廃棄時の環境負荷が小さい。更に、電線１の使用時には中心線１０は絶縁体３０に覆われて外部環境から隔離されているため、中心線１０の生分解性は問題にならない。したがって、本実施形態に係る電線１は、強度及び軽量性に優れ且つ廃棄時の環境負荷を低減可能である。
更に、本実施形態に係る電線１によれば、中心線１０を構成する混合材料は、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を１００重量部と、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上１００重量部以下と、を含むことが好適である。発明者による実験及び考察によれば、このような組成の混合材料は、強度に優れることから中心線１０の細径化が可能となり、且つ、混合材料を押出成形して中心線１０を成形する際に押出機にかかる負荷を小さくすることができる。
更に、本実施形態に係る電線１によれば、絶縁体３０の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部３１が、絶縁体３０に設けられる。これにより、例えば、電線１を架空配電線として用いる際、電線１への着雪を抑制できる。更に、電線１の中心線１０（抗張力体）は一般的な鋼線に比べて軽量であり、且つ、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された軽量な導体芯線２０が用いられることから、電線１全体の重量は特に軽量である。このように軽量な電線１への着雪を抑制することで、例えば、着雪に起因する電線１の揺動等を適切に抑制できる。この点で、突条部３１による難着雪効果が電線１にもたらす貢献は、極めて顕著なものである。
＜他の態様＞
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上記実施形態では、絶縁体３０の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部３１が、絶縁体３０に設けられている。これに対し、このような突条部３１が絶縁体３０に設けられなくてもよい。
ここで、上述した本発明に係る電線１の特徴をそれぞれ以下［１］～［３］に簡潔に纏めて列記する。
［１］
中心線（１０）と、前記中心線（１０）を取り囲むように配置される複数の導体芯線（２０）と、前記複数の前記導体芯線（２０）を覆うように設けられる絶縁体（３０）と、を備える電線（１）であって、
前記中心線（１０）は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成される、
電線（１）。
［２］
上記［１］に記載の電線（１）において、
前記中心線（１０）を構成する前記混合材料は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を１００重量部、
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上１００重量部以下、
の重量比率で含有する、
電線（１）。
［３］
上記［１］又は上記［２］に記載の電線（１）において、
前記絶縁体（３０）は、
当該絶縁体（３０）の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部（３１）を有する、
電線（１）。
［１］
中心線（１０）と、前記中心線（１０）を取り囲むように配置される複数の導体芯線（２０）と、前記複数の前記導体芯線（２０）を覆うように設けられる絶縁体（３０）と、を備える電線（１）であって、
前記中心線（１０）は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成される、
電線（１）。
［２］
上記［１］に記載の電線（１）において、
前記中心線（１０）を構成する前記混合材料は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を１００重量部、
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上１００重量部以下、
の重量比率で含有する、
電線（１）。
［３］
上記［１］又は上記［２］に記載の電線（１）において、
前記絶縁体（３０）は、
当該絶縁体（３０）の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部（３１）を有する、
電線（１）。
１ 電線
１０ 中心線
２０ 導体芯線
３０ 絶縁体
３１ 突条部
１０ 中心線
２０ 導体芯線
３０ 絶縁体
３１ 突条部
Claims (4)
- 中心線と、前記中心線を取り囲むように配置される複数の導体芯線と、前記複数の前記導体芯線を覆うように設けられる絶縁体と、を備える電線であって、
前記中心線の全体は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）及びセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む混合材料から構成される、
電線。 - 請求項１に記載の電線において、
前記中心線を構成する前記混合材料は、
ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を１００重量部、
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を５０重量部以上１００重量部以下、
の重量比率で含有する、
電線。 - 請求項１又は請求項２に記載の電線において、
前記絶縁体は、
当該絶縁体の外周面から径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる突条部を有する、
電線。 - 請求項１に記載の電線において、
前記中心線の引張強度は、３８０Ｎ／ｍｍ ２ 以上７６０Ｎ／ｍｍ ２ 以下である、
電線。
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