(57)【要約】【課題】コロナ放電を抑制可能な電線を提供する。【解決手段】絶縁チューブ１０４は、実質的に一定の厚みを有し、長さ方向に対して径が周期的に変化する。導体１０２は、絶縁チューブ１０４に挿設される。外側チューブ１０６は、導電性を有し、その内部に絶縁チューブ１０４が挿設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に一定の厚みを有し、長さ方向に対して径が周期的に変化する絶縁チューブと、
前記絶縁チューブに挿設された導体と、
導電性を有し、その内部に前記絶縁チューブが挿設されている外側チューブと、
を備えることを特徴とする電線。
【請求項２】
前記外側チューブは、金属配管であることを特徴とする請求項１に記載の電線。
【請求項３】
前記外側チューブは実質的に一定の厚みを有し、径が前記絶縁チューブとは異なる周期で変化することを特徴とする請求項１または２に記載の電線。
【請求項４】
前記絶縁チューブは、コルゲートチューブであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電線。
【請求項５】
前記絶縁チューブの内径の最大値をｒ１、内径の最小値をｒ２、厚みをｄとするとき、長さ方向のいずれの箇所においてもｄ／（ｒ１−ｒ２）が所定値以下となっていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電線。
【請求項６】
一対の放電電極と、
前記一対の放電電極に印加する交流高電圧を発生する高周波電源と、
を備え、前記高周波電源と前記一対の放電電極の間の配線は、請求項１から５のいずれかに記載の電線を含むことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧用の配線に関する。
【背景技術】
【０００２】
数百Ｖを超える高電圧の伝送に、ＣＶ（架橋ポリエチレン絶縁ビニルシース）ケーブルが広く用いられている。ＣＶケーブルは、導体、内部半導電層、架橋ポリエチレンの絶縁層、外部半導電層の多層構造を有する。
【０００３】
ＣＶケーブルの絶縁層にボイドが存在すると、電界集中に起因するコロナ放電（部分放電）が発生し、ＣＶケーブルの劣化を促進する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８６４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、コロナ放電を抑制可能な電線の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は電線に関する。電線は、実質的に一定の厚みを有し、長さ方向に対して径が周期的に変化する絶縁チューブと、絶縁チューブに挿設された導体と、導電性を有し、その内部に絶縁チューブが挿設されている外側チューブと、を備える。
【０００７】
この態様によると、絶縁チューブの内側および外側に空気の絶縁層が確保される。この絶縁層の厚さを、導体の電位との関係で放電が発生しないように決めることで、コロナ放電を抑制することができる。なお本明細書において、導電性は半導電性を含む。
【０００８】
外側チューブは、金属配管であってもよい。すなわち金属配管内に導体を敷設したい場合に、それらの間に絶縁チューブを挿入することで、コロナ放電を抑制できる。
【０００９】
絶縁チューブは、コルゲートチューブであってもよい。一般的に、ＣＶケーブルなどの保護、あるいは敷設の補助に用いられるコルゲートチューブを、絶縁層を確保するための部材として流用することにより、コストを下げることができる。
【００１０】
外側チューブは実質的に一定の厚みを有し、径が絶縁チューブとは異なる周期で変化してもよい。これにより、導体と外側チューブとの間の絶縁性を一層高めることができる。
【００１１】
絶縁チューブの内径の最大値をｒ１、内径の最小値をｒ２、厚みをｄとするとき、長さ方向のいずれの箇所においてもｄ／（ｒ１−ｒ２）が所定値以下となっていてもよい。これによりコロナ放電をさらに抑制できる。
【００１２】
本発明の別の態様は、レーザ装置に関する。レーザ装置は、一対の放電電極と、一対の放電電極に印加する交流高電圧を発生する高周波電源と、を備える。高周波電源と一対の放電電極の間の配線は、上述のいずれかの電線を含んでもよい。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のある態様によれば、コロナ放電を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る電線の断面図および側面図である。
【図２】図２（ａ）は、導体と外側チューブが最近接したときの電線を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の等価回路図である。
【図３】第１実施例の電線において、外側チューブが直角に折れ曲がっている場合に生ずる問題を説明する図である。
【図４】第２実施例に係る電線の断面図である。
【図５】図４の電線を直角に折り曲げた状態を示す図である。
【図６】第３実施例に係る電線の断面図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、絶縁チューブや外側チューブに採用される周期構造の変形例を示す図である。
【図８】レーザ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１７】
図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。
【００１８】
（第１実施例）
図１（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る電線の断面図および側面図である。なお、各図面には、電線の長さ方向の一部のみが示される。電線１００ａは数百Ｖ〜数ｋＶの高電圧の伝送に用いられる。電線１００ａは、導体１０２、絶縁チューブ１０４、外側チューブ１０６を備える。絶縁チューブ１０４は、実質的に一定の厚みｄを有し、長さ方向に対して径が周期的に変化している。導体１０２は、被覆されておらずその表面が空気に露出しており、絶縁チューブ１０４の内部に変形自在に挿設されている。外側チューブ１０６は導電性を有し、その内部に絶縁チューブ１０４が収容される。
【００１９】
たとえば外側チューブ１０６は金属配管であり、絶縁チューブ１０４はコルゲートチューブであってもよい。使用において外側チューブ１０６は接地してもよいし、フローティングとしてもよい。
【００２０】
導体１０２は、絶縁チューブ１０４の内部において変形可能であり、また径方向に移動可能である。また絶縁チューブ１０４は、外側チューブ１０６の内部において変形可能であり、また径方向に移動可能である。
【００２１】
図２（ａ）は、導体１０２と外側チューブ１０６が最近接したときの電線１００ａを示す図である。絶縁チューブ１０４の内径の最大値をｒ１、内径の最小値をｒ２、厚みをｄとする。このとき導体１０２と外側チューブ１０６の間には、長さ方向のいずれの箇所においても、厚さΔｒ＝ｒ１−ｒ２の空気層と、厚さｄの絶縁層が存在することとなる。
【００２２】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の電線１００ａの等価回路図である。導体１０２と外側チューブ１０６の間には、空気層が形成するキャパシタＣＡＩＲと、絶縁チューブ１０４の絶縁層が形成するキャパシタＣＤＩＥの直列接続が形成される。このとき、キャパシタＣＡＩＲに印加される電圧ＶＡＩＲは、
ＶＡＩＲ＝Ｖ×｛（ｊωＣＡＩＲ）−１／｛（ｊωＣＡＩＲ）−１＋（ｊωＣＤＩＥ）−１｝
＝Ｖ×ＣＤＩＥ／（ＣＤＩＥ＋ＣＡＩＲ）      …（１）
【００２３】
また、空気の比誘電率を１、絶縁チューブ１０４の比誘電率をε、空気層の厚みをΔｒ、絶縁チューブ１０４の厚みをｄとするとき、
ＣＡＩＲ＝ε０×Ｓ／Δｒ    …（２）
ＣＤＩＥ＝ε０×ε×Ｓ／ｄ    …（３）
を得る。式（２）、（３）を式（１）に代入して整理すると、式（４）を得る。ただし、空気層と絶縁層の面積を等しいものと仮定した。
【００２４】
ＶＡＩＲ＝Ｖ×εΔｒ／（εΔｒ＋ｄ）    …（４）
【００２５】
また空気層に発生する電界ＥＡＩＲは、以下の式であたえられる。
ＥＡＩＲ＝ＶＡＩＲ／Δｒ    …（５）
式（５）に式（４）を代入すると、式（６）を得る。
ＥＡＩＲ＝Ｖ×ε／（εΔｒ＋ｄ）      …（６）
【００２６】
したがって空気層と絶縁層の厚みの和が一定（Δｒ＋ｄ＝Ｒ）の条件のもとでは、Δｒを大きくするほど、空気層ＥＡＩＲの電界を小さくすることができ、空気層の厚みΔｒが極小であるボイドのような電界集中は発生しないため、コロナ放電を抑制することができる。
【００２７】
好ましくはｄ／Δｒ＝ｄ／（ｒ１−ｒ２）は、長さ方向のいずれの箇所においても所定値以下となっている。所定値はたとえば２０％以下とすることが好ましく、より好ましくは１０％以下である。
【００２８】
このように第１実施例に係る電線１００ａによれば、コロナ放電を好適に抑制できる。特にＣＶ配線等の保護に使用されるコルゲートチューブを、絶縁チューブ１０４に流用することで、低コストな電線を実現できる。
【００２９】
図３は、第１実施例の電線１００ａにおいて、外側チューブ１０６が直角に折れ曲がっている場合に生ずる問題を説明する図である。一点鎖線で示す折れ曲がり部分１１０において、外側チューブ１０６が、絶縁チューブ１０４の凹部に入り込むと、導体１０２と外側チューブ１０６の距離が小さくなる。最悪のケースでは、導体１０２と外側チューブ１０６の間には、絶縁チューブ１０４と非常に薄い空気層のみが存在することとなる。この場合、薄い空気層に電界集中が発生し、コロナ放電が生ずるおそれがある。言い換えれば、第１実施例に係る電線１００ａは、図３のような折れ曲がりが生じない箇所において有効である。
【００３０】
（第２実施例）
図４は、第２実施例に係る電線１００ｂの断面図である。この電線１００ｂでは、外側チューブ１０６が絶縁チューブ１０４と同様の周期的な構造を有している。外側チューブ１０６の周期Ｌ２は、内側の絶縁チューブ１０４の周期Ｌ１と異なっている。もし周期Ｌ１とＬ２が等しい場合、周期毎に、一方のチューブの凸部が、他方のチューブの凹部と接触する確率が高くなる。これに対して、２つの周期Ｌ１，Ｌ２を異ならしめることで、一方の凸部が、他方の凹部と接触する確率を低下させることができる。このような理由から、一方の周期は、他方の周期の２〜１０倍であることが好ましい。
【００３１】
図５は、図４の電線１００ｂを直角に折り曲げた状態を示す図である。外側チューブ１０６に周期構造を導入した結果、電線１００ｂを直角に折り曲げた場合において、外側チューブ１０６が絶縁チューブ１０４と接するのを防止できる。これにより、折り曲げた部分１１０においても十分に厚い空気層を確保することができ、コロナ放電を抑制できる。
【００３２】
（第３実施例）
図６は、第３実施例に係る電線１００ｃの断面図である。この電線１００ｃでは、導体１０２と外側チューブ１０６の間に、２層の絶縁チューブ１０４、１０８が設けられる。外側の絶縁チューブ１０８と内側の絶縁チューブ１０４は異なる周期を有している。この電線１００ｃによれば、導体１０２と外側チューブ１０６の絶縁性を一層高めることができ、コロナ放電をさらに抑制できる。
【００３３】
以上、本発明について、いくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００３４】
（変形例）
図７（ａ）、（ｂ）は、絶縁チューブ１０４や外側チューブ１０６に採用される周期構造の変形例を示す図である。図７（ａ）のチューブは、台形状の断面形状を有し、図７（ｂ）のチューブは、三角状の断面形状を有する。
【００３５】
絶縁チューブ１０４（１０８）の周期Ｌおよび振幅は一定である必要はなく、長さ方向に関して変動していてもよい。この変動は周期的であってもよいし、ゆらぎを有してもよい。外側チューブ１０６についても同様である。
【００３６】
図６の電線１００ｂにおいて、さらに外側チューブ１０６が周期構造を有してもよい。このとき外側チューブ１０６の周期は、絶縁チューブ１０８の周期と異なっている。
【００３７】
（用途）
続いて、上述の電線１００の用途を説明する。図８は、レーザ装置２００を示す図である。レーザ装置２００は、直流電源２０２、高周波電源２０４、光源２０６を備える。直流電源２０２は、ノイズフィルタ２２０およびバンクコンデンサ２２２を備える。高周波電源２０４は、トランス２３０、トランス２３０の一次巻線Ｗ１に５００Ｖ程度の高周波電圧を印加するインバータ２３２を備える。トランス２３０の二次巻線Ｗ２には、たとえば数ｋＶ（たとえば５ｋＶ）の高周波の高電圧が発生する。この高周波高電圧は、ケーブル２１０，２１２を介して、光源２０６に供給される。光源２０６はたとえばＣＯ２レーザであり、一対の放電電極２４０およびＤＣブロック用のコンデンサ２４２を備える。上述した電線１００は、ケーブル２１０，２１２に好適に用いることができる。
【００３８】
光源２０６の一対の放電電極２４０への給電端子は、大気雰囲気中にある。電線１００は、大気圧よりも低いＣＯ２ガスチャンバーを通って給電端子とつながっている。外側チューブ１０６は、この圧力差に耐えられるように金属配管が選択される。この用途において、ケーブル２１０，２１２として用いる電線１００の外側チューブ１０６は、接地することが望ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１００…電線、１０２…導体、１０４…絶縁チューブ、１０６…外側チューブ、２００…レーザ装置、２０２…直流電源、２０４…高周波電源、２０６…光源、２４０…放電電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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