(57)【要約】【課題】放射線場等の過酷な用途でも使えるように導体で発生した熱を冷却するとともに、絶縁材を工夫することで誘電率を下げたＭＩケーブルを提供する。【解決手段】ＭＩケーブルは、ケーブルの芯線となる導線と、前記導線の周りを覆う金属シースと、前記導線と前記金属シースの間に充填される無機物の絶縁材とを有し、前記導線は、高周波が流れにくい内部を中空にしたパイプ状の導体であり、その内部に冷媒を通過させ、前記絶縁材は、粒径がばらつかず細かい粒径で充填密度が上がらないように充填される、ことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルの芯線となる導線と、
前記導線の周りを覆う金属シースと、
前記導線と前記金属シースの間に充填される無機物の絶縁材とを有し、
前記導線は、高周波が流れにくい内部を中空にしたパイプ状の導体であり、その内部に冷媒を通過させ、
前記絶縁材は、粒径がばらつかず細かい粒径で充填密度が上がらないように充填される、
ことを特徴とするＭＩケーブル。
【請求項２】
前記絶縁材は、マグネシア、アルミナ又はクリストバライトである、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＩケーブル。
【請求項３】
前記絶縁材は、粒度が２００メッシュパス以下で、空隙率が４０％以上となるように充填される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＩケーブル。
【請求項４】
前記冷媒は、水、空気、ヘリウムガス又はアルカリ水である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のＭＩケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性を向上させたＭＩケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩ（無機絶縁）ケーブルは、金属シースの中に導線を収め、間に無機物の絶縁材を充填させたケーブルである。ＭＩケーブルは、高温用や放射線場における電気通信用の同軸ケーブル、真空中で使用する電力用ケーブル、温度測定用の熱電対ケーブル等の過酷な用途に使用される。特許文献１には、ＭＩケーブルではないが、高周波特性や耐熱性に優れた同軸ケーブルの発明が開示されている。
【０００３】
ＭＩケーブルにおいては、抵抗損、誘電損、誘導損などによりエネルギーの一部が熱や誘電電流や誘導電流となって外部に流出することにより損失する。この損失のうち発熱は、絶縁材に熱伝導し、外部に放熱されるが、導体の温度上昇に伴う抵抗損と絶縁材の絶縁低下を抑えるために冷却した方が良い。特許文献２に記載されているように、金属シースを二重にして、内側シースと外側シースの間に通気路を形成した通気ＭＩケーブルの発明も公開されている。また、特許文献３に記載されているように、遮水シースの外側に冷却媒体を流す金属管を設けた直冷電力ケーブルの発明も公開されている。
【０００４】
ＭＩケーブルのうち、大電流の高周波電力を必要とする高周波溶解炉用コイルへの給電ケーブルは、高周波の表皮効果で表面に多くの大電流が流れ、表面の発熱が大きいので、表面に冷却に適した銅パイプの内側に水を流して冷却しながら大電流を流す給電ケーブルであり、すでに多くの高周波加熱炉や溶解炉で利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７６２６号公報
【特許文献２】特許第３０４８９８９号公報
【特許文献３】特許第３４１８２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のケーブルは、ＭＩケーブルと構造は似ているが、セミリジットケーブルと呼ばれる高周波伝送用ケーブルであり、絶縁材を空気の誘電率を１に近づけたもので誘電損を下げるために、誘電率の小さいテフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン）や、更に誘電率を下げた発泡テフロン（登録商標）材を使用したものである。したがって、有機物の中でも耐熱性が高い方であるテフロン（登録商標）といってもテフロン（登録商標）の耐熱（約２６０℃）のままであり、テフロン（登録商標）は耐放射線性が全くないので放射線場では使用できない。
【０００７】
一方、特許文献２、３に記載の発明は、シースの外側を空冷又は水冷することで冷却するものであり、導体で発生した熱が一旦絶縁材に伝導することでシース外部から放熱され、絶縁材での温度差が付くので、導体の温度を抑制する効果としてはあまり期待できない。なお、特許文献２ではＭＩケーブルなので耐熱性は良いが、特許文献３の絶縁材は有機質なので高温には向かない構造である。
【０００８】
そこで、本発明は、放射線場等の過酷な用途でも使えるように導体で発生した熱を冷却するとともに、絶縁材を工夫することで誘電率を下げたＭＩケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明であるＭＩケーブルは、ケーブルの芯線となる導線と、前記導線の周りを覆う金属シースと、前記導線と前記金属シースの間に充填される無機物の絶縁材とを有し、前記導線は、高周波が流れにくい内部を中空にしたパイプ状の導体であり、その内部に冷媒を通過させ、前記絶縁材は、粒径がばらつかず細かい粒径で充填密度が上がらないように充填される、ことを特徴とする。
【００１０】
また、前記絶縁材は、マグネシア、アルミナ又はクリストバライトである、ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記絶縁材は、粒度が２００メッシュパス以下で、空隙率が４０％以上となるように充填される、ことを特徴とする。
【００１２】
また、前記冷媒は、水、空気、ヘリウムガス又はアルカリ水である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導体で発生した熱を冷媒で冷却するとともに、絶縁材の充填密度を低くすることにより、誘電率を下げることができる。絶縁材の誘電率を下げて静電容量を下げることで、ケーブルの誘電損を抑えて寿命を長く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明であるＭＩケーブルの断面斜視図である。
【図２】本発明であるＭＩケーブルの絶縁材の粒度を説明するための表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１６】
まず、本発明であるＭＩケーブルの構造について説明する。図１は、ＭＩケーブルの断面斜視図である。図２は、ＭＩケーブルの絶縁材の粒度を説明するための表である。なお、メッシュ値は、篩の網に１インチあたり穴がいくつあるかを示し、穴の目開きが何ミクロンとなるか対応関係を示す。
【００１７】
図１に示すように、ＭＩケーブル１００は、ケーブルの芯線となる導線２００と、導線２００の周りを覆う金属シース４００と、導線２００と金属シース４００の間に充填される無機物の絶縁材３００とを有する。
【００１８】
導線２００は、電流を流すための導体であり、銅（Ｃｕ）などの電気抵抗の低い金属線が用いられる。なお、導線２００は、内部を長手方向に貫通する通孔２１０を有する。例えば、導線２００の内部が中空となるようにパイプ状に成形すれば良い。
【００１９】
導線２００に交流電流を流したとき、電流が高周波になるにしたがい、導体内の自己インダクタンスによって、導線２００の表面（外部）付近に電流が流れやすくなり、導線２００の中心（内部）付近に電流が流れにくくなる表皮効果が生じる。表皮効果により導線２００の表層だけが電流の流れる流路になってしまう（表層以外は導体であっても導体でないようになっている）ので、表面に電流が集中して発熱量が増大し、熱になって損失するエネルギー（抵抗損）も増える。
【００２０】
通孔２１０は、電流があまり流れない中心付近に空けられ、導線２００で発生した熱を冷却するために利用される。すなわち、通孔２１０に冷媒２２０を通過させる。なお、冷媒２２０は、冷却用の液体又は気体などの流体である。冷媒２２０としては、水や空気などを使用しても良いし、導線２００の腐食を防ぐためにアルカリ水などを使用しても良い。また、原子炉や加速器等の放射線場では、放射化や放射性物質（水からはトリチウムが生じる）の生成問題があるので、放射化しないヘリウムガスを用いる。放射線場で水を使う場合は、水がラジカルになり腐食性が高まるので、水のｐＨを調質する必要がある。
【００２１】
金属シース４００は、導線２００を被覆する保護管であり、耐熱耐食性の良いステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケル基合金などが用いられる。金属シース４００は、内部を通る導線２００との間に空間が確保されるように導線２００の周りを覆う。なお、導線２００に電流を流すと、金属シース４００にも電磁誘導により渦電流が生じるので、その際に損失するエネルギー（誘導損）を低減させるようにできるだけ電気抵抗が高いニッケル基合金を使ったり、溝を入れたりする等の方式を採っても良い。
【００２２】
絶縁材３００は、電気を通しにくい不導体であり、導線２００と金属シース４００とが接触しないように介在させる。絶縁材３００としては、マグネシア（ＭｇＯ：酸化マグネシウム）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３：酸化アルミニウム）又はクリストバライト（ＳｉＯ２：二酸化ケイ素）等が使用される。
【００２３】
アルミナやマグネシアの誘電率は、比較的高く、アルミナが９．６程度であり、一方、二酸化ケイ素の誘電率は、３．８と小さいので、周波数によっては二酸化ケイ素を使うのが良い。二酸化ケイ素は、結晶構造によって石英やクリストバライトなどがあり、熱膨張が石英より大きいのがクリストバライトであり、ＭＩケーブル１００の導体振動を抑制する場合は、金属の熱膨張に近い絶縁材料を用いるのが良い。
【００２４】
二酸化ケイ素の欠点は、アルミナやマグネシアより絶縁抵抗が常温から４桁ほど低く、４００℃程度までしか使用できないことであり、これ以上の温度ではアルミナやマグネシア等の電気抵抗の高い絶縁材３００を使うのが良い。
【００２５】
絶縁材３００は、導線２００と金属シース４００の間に挟まれた誘電体であるので、交流電圧を加えたときに導線２００と金属シース４００で誘電体を挟んだコンデンサと同様に金属シース４００側に誘電され、その誘電された電気が金属シース４００を通じてアース側に漏電電流として流れていくので、大きな誘電損が発生する。周波数が高くなるほど誘電損も大きくなり、導体を流れる電力が有効に利用されないばかりか、信号ケーブルの場合は信号の電力が減衰して検出感度以下になってしまう。
【００２６】
絶縁材３００が粉粒体の場合、粒径がバラバラであると高密度で充填され、熱伝導性が良好となる。例えば、大きい粉粒体と小さい粉粒体の粒径が３：１であると、大きい粉粒体による隙間を小さい粉粒体が埋めてしまうケースが多くなるので、約８０〜８５％の密度で充填されることになり、高密度で充填されるためその絶縁材３００そのものの物性に近くなって、粉粒体での誘電率と熱伝導率が高くなる。しかしながら、高周波での誘電損を低下させるには逆効果をもたらすことになる。
【００２７】
そのため、絶縁材３００は、粒径がばらつかず微粉で充填されれば充填密度が上がらなくなる。例えば、絶縁材３００の粒度が２００メッシュパス以下で、空隙率が４０％以上（６０％以下の低密度）となるように充填されれば良い。図２に示すように、粒度が２００メッシュの場合、粒径が約７４μｍ以下の粉粒体が充填される。
【００２８】
絶縁材３００に微細な気泡を多くして空隙率を向上させた多孔体にしても良い。空隙率を高くすることで、誘電率が下がって静電容量が下がり誘電損が下がる。
【００２９】
本発明によれば、導体で発生した熱を冷媒で冷却するとともに、絶縁材３００の誘電率を低くすることにより、誘電損を低くすることができる。導体の温度が下がれば絶縁材３００の温度上昇に伴う絶縁低下を抑えることができるので、絶縁材３００からの漏電を防止し、安定した高周波伝送ケーブルにすることができる。
【００３０】
以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、実施例のような同軸ケーブルだけでなく、２芯以上の多芯ケーブルにも適用できるし、ツイストケーブルや二重シースケーブルにも適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１００：ＭＩケーブル
２００：導線
２１０：通孔
２２０：冷媒
３００：絶縁材
４００：金属シース
【図１】
2018116854.tif 000003
【図２】
2018116854.tif 000004