(57)【要約】【課題】冷却性能の高い冷却媒体、この冷却媒体を用いた冷却方法、及び、この冷却媒体を用いた電線冷却装置を提供する。【解決手段】冷却媒体Ｌにおいて水中で窒化ホウ素が分散していることにより、水と比較して熱伝達率を向上させることができ、このような冷却媒体Ｌを用いることで被覆電線１００を効率よく冷却することができる。従って、冷却媒体Ｌを収容する容器２を大型化したり、被覆電線１００を冷却媒体Ｌ中で複雑に移動（蛇行移動等）させたりする必要がない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中で窒化ホウ素粒子が分散していることを特徴とする冷却媒体。
【請求項２】
前記窒化ホウ素粒子の濃度が０．０５〜１５体積％であることを特徴とする請求項１に記載の冷却媒体。
【請求項３】
前記窒化ホウ素粒子の平均粒径が０．０３〜５μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却媒体。
【請求項４】
前記窒化ホウ素粒子を水中に分散させるための分散剤を含み、
前記分散剤は、窒化ホウ素結晶のエッジ部と反応する官能基を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却媒体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却媒体と、冷却対象物と、を相対移動させることを特徴とする冷却方法。
【請求項６】
前記冷却対象物としての被覆電線を、前記冷却媒体中で長手方向に沿って移動させることを特徴とする請求項５に記載の冷却方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却媒体を収容する容器と、被覆電線を移動させる移動手段と、を備え、
前記移動手段によって、被覆電線を前記冷却媒体中で長手方向に沿って移動させることを特徴とする電線冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却媒体、冷却方法および電線冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、導体を樹脂によって被覆した被覆電線を製造する製造ラインでは、溶融させた樹脂によって導体を覆って被覆を形成する工程の後、さらにこの被覆を冷却する工程が実施される。この冷却工程では、被覆電線を冷却水中で移動させることにより冷却する。被覆電線を充分に冷却するためには冷却時間を確保する必要があり、生産性向上のために被覆電線の移動速度を上昇させると、被覆電線が冷却水中を通過する距離を長くしなければならず、装置が大型化してしまうという不都合があった。
【０００３】
そこで、被覆電線を冷却水中で蛇行移動させる電線被覆装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された電線被覆装置では、被覆電線を冷却水中で蛇行移動させ（即ち所定の領域で複数回往復移動させ）つつ冷却することにより、被覆電線が冷却水中を通過する距離を長くしつつ、装置の大型化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１５３４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された電線被覆装置では、被覆電線を蛇行移動させるための機構が必要となり、装置が複雑化しやすかった。そこで、被覆電線を冷却する際に、冷却性能の高い冷却媒体を用いることが望まれていた。また、電線以外の対象物を冷却する場合や、対象物を移動させない場合にも、冷却効率を向上させるために、冷却性能の高い冷却媒体を用いることが望まれていた。
【０００６】
本発明の目的は、冷却性能の高い冷却媒体、この冷却媒体を用いた冷却方法、及び、この冷却媒体を用いた電線冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明の冷却媒体は、水中で窒化ホウ素粒子が分散していることを特徴とする。
【０００８】
本願の発明の冷却方法は、上記の冷却媒体と、冷却対象物と、を相対移動させることを特徴とする。
【０００９】
本願の発明の電線冷却装置は、上記の冷却媒体を収容する容器と、被覆電線を移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段によって、被覆電線を前記冷却媒体中で長手方向に沿って移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記のような本願の発明の冷却媒体によれば、水中で窒化ホウ素が分散していることにより、水と比較して熱伝達率を向上させることができ、冷却対象物を冷却する際の冷却性能を向上させることができる。
【００１１】
上記のような本願の発明の冷却方法によれば、上記のように冷却性能が高い冷却媒体を用いることにより、冷却媒体と冷却対象物とを相対移動させる場合においても、冷却対象物を冷却する際の効率を向上させることができる。
【００１２】
上記のような本願の発明の電線冷却装置によれば、上記のように冷却性能が高い冷却媒体を用いることにより、電線を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電線冷却装置を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る冷却装置を模式的に示す側面図である。
【図３】実施例の冷却媒体における窒化ホウ素粒子の粒径の分布を示すグラフである。
【図４】他の実施例の冷却媒体における窒化ホウ素粒子の粒径の分布を示すグラフである。
【図５】他の実施例の冷却媒体における窒化ホウ素粒子の粒径の分布を示すグラフである。
【図６】実施例および比較例の冷却媒体の粘度を示すグラフである。
【図７】実施例および比較例の冷却媒体の熱伝導率を示すグラフである。
【図８】実施例および比較例の冷却媒体の熱伝達率を測定するための測定装置を示す概略図である。
【図９】実施例および比較例の冷却媒体の熱伝達率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。尚、第２実施形態においては、第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材及び同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態と同じ符号を付すとともに説明を省略する。
【００１５】
［第１実施形態］
本実施形態の電線冷却装置１は、図１に示すように、電線製造装置１０において被覆形成部２０の下流側に設けられるものであって、冷却媒体Ｌを収容する容器２と、被覆電線１００を長手方向に沿って移動させる移動手段と、を備える。
【００１６】
電線製造装置１０は、線状の導体１０１を所定の移動方向に移動させつつ、被覆形成部２０によって導体１０１の外側に被覆１０２を形成して被覆電線１００を製造した後、電線冷却装置１によって被覆電線１００を冷却するものである。電線製造装置１０において導体１０１を移動させる機構が、電線冷却装置１において被覆電線１００を移動させる移動手段としても機能する。
【００１７】
容器２は、電線の長手方向に沿って延びるとともに上方側に開口した樋状に形成されている。容器２は、上流側端部から被覆電線１００がその内側に導入され、下流側端部から被覆電線１００がその外側に導出されるとともに、冷却媒体Ｌが漏れないように両端が塞がれている。尚、容器２に対して新たな冷却媒体Ｌを供給する供給手段と、容器２から冷却媒体Ｌを排出する排出手段と、が設けられていてもよい。
【００１８】
電線冷却装置１は、冷却媒体Ｌを収容した容器２を複数備えていてもよいし、容器２の上流側又は下流側に、冷却水を収容した他の容器をさらに備えていてもよい。
【００１９】
ここで、電線製造装置１０における導体１０１（及び被覆電線１００）の動きについて説明する。被覆形成部２０に送り込まれた導体１０１は、その外側が溶融した絶縁樹脂（例えばＰＰやＰＶＣ）によって覆われることにより、被覆１０２が形成される。これにより被覆電線１００が形成されるが、この状態では被覆１０２の温度が高く、変形可能となっている。そこで、電線冷却装置１によって被覆１０２を冷却定着させる。
【００２０】
被覆形成部２０から電線冷却装置１に送り込まれた被覆電線１００は、容器２内の冷却媒体Ｌ中で長手方向に沿って移動することにより、被覆１０２が冷却される。冷却媒体Ｌ中における被覆電線１００の移動速度は、電線冷却装置１によって被覆１０２を充分に冷却できるような速度であればよく、樹脂の融点や一次冷却時間、容器２の長手方向寸法等に応じて設定される。電線冷却装置１において冷却された被覆電線１００は、後工程を実施する装置に送り込まれる。
【００２１】
ここで、冷却媒体Ｌの詳細について説明する。冷却媒体Ｌは、水中で窒化ホウ素粒子が分散したものであり、分散剤を含む。冷却媒体Ｌ中の窒化ホウ素粒子の濃度は、例えば１体積％である。冷却媒体Ｌ中の窒化ホウ素粒子の濃度は、０．０５〜１５体積％であることが好ましく、０．１〜１０体積％であることがより好ましい。窒化ホウ素粒子の濃度が０．０５〜１５体積％の範囲内であれば、冷却媒体の熱伝達率を向上させやすく、且つ、粘度が高くなりにくい。また、被覆電線１００の表面に窒化ホウ素粒子が残りにくく、洗浄等の後工程を実施する必要がない。一方、窒化ホウ素粒子の濃度が低すぎると、冷却媒体の熱伝達率を向上させにくい。また、窒化ホウ素粒子の濃度が高すぎると、冷却媒体の粘度が高くなりやすい。
【００２２】
窒化ホウ素粒子の平均粒径は、例えば０．７μｍである。窒化ホウ素粒子の平均粒径は、０．０３〜５μｍであることが好ましく、０．０５〜３μｍであることがより好ましい。ここで、窒化ホウ素粒子は、円盤状となっており、その平均粒径とは、円盤の直径を意味する。窒化ホウ素粒子の平均粒径が０．０３〜５μｍの範囲内であれば、窒化ホウ素粒子の濃度を上記のような範囲内の値とした際に、粒子数を適切な値とすることができ、冷却媒体の熱伝達率を向上させやすく、且つ、粘度が高くなりにくい。一方、窒化ホウ素粒子の平均粒径が小さすぎると、窒化ホウ素粒子の濃度を上記のような範囲内の値とした際に粒子数が多くなりすぎるため、冷却媒体の粘度が高くなりやすい。また、窒化ホウ素粒子の平均粒径が大きすぎると、窒化ホウ素粒子の濃度を上記のような範囲内の値とした際に粒子数が少なくなりすぎるため、熱伝達率を向上させにくい。
【００２３】
分散剤は、窒化ホウ素結晶のエッジ部と反応する官能基を有するものである。窒化ホウ素結晶は、エッジ部に、アミノ基とヒドロキシ基とを有しており、それぞれ酸および塩基と反応しやすい。分散剤として、例えばアミノ基と反応するカルボキシル基を有する高分子化合物（ポリカルボン酸アンモニア塩やカルボキシメチルセルロース）を用いてもよいし、ヒドロキシ基と反応するアミノ基を有する高分子化合物（ポリエチレンイミン）を用いてもよい。このような分散剤を含む冷却媒体Ｌに対して超音波を放射することにより、窒化ホウ素粒子を解砕し、水中で分散させる。
【００２４】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、冷却媒体Ｌにおいて水中で窒化ホウ素が分散していることにより、水と比較して熱伝達率を向上させることができ、このような冷却媒体Ｌを用いることで被覆電線１００を効率よく冷却することができる。従って、冷却媒体Ｌを収容する容器２を大型化したり、被覆電線１００を冷却媒体Ｌ中で複雑に移動（蛇行移動等）させたりする必要がない。
【００２５】
また、冷却媒体Ｌが分散剤を含んでいることで、窒化ホウ素粒子を水中で分散させやすく、冷却媒体Ｌの熱伝達率を向上させやすい。
【００２６】
［第２実施形態］
本実施形態の冷却装置２００は、図２に示すように、冷却媒体Ｌを収容する容器によって構成されたものである。冷却媒体Ｌ中に冷却対象物３００を浸漬することにより、冷却対象物３００が冷却される。尚、冷却媒体Ｌは、前記第１実施形態と同様のものである。図示の例では、冷却対象物３００が直方体状であるが、冷却対象物３００は、球状であってもよいし、前記第１実施形態と同様に被覆電線であってもよく、適宜な形状を有していればよい。冷却対象物３００は、冷却媒体Ｌ中で静止しているが、冷却前の冷却対象物３００の温度が冷却媒体Ｌの温度よりも高いことから、図中に矢印で示すような自然対流が生じる。
【００２７】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、前記第１実施形態と同様に、水中で窒化ホウ素が分散した冷却媒体Ｌを用いることにより、冷却対象物３００を効率よく冷却することができる。
【００２８】
なお、本発明は、前記第１実施形態および前記第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
【００２９】
例えば、前記第１実施形態では、窒化ホウ素粒子の濃度が０．０５〜１５体積％であることが好ましく、窒化ホウ素粒子の平均粒径が０．０３〜５μｍであることが好ましいとしたが、窒化ホウ素粒子の濃度や平均粒径はこれらの範囲に限定されない。窒化ホウ素粒子の濃度や平均粒径は、被覆電線１００の移動速度や容器２の寸法、冷却媒体Ｌの量（水位）等に応じた適宜な値であればよい。
【００３０】
また、前記第１実施形態では、冷却媒体Ｌが分散剤を含むものとしたが、例えば窒化ホウ素粒子の濃度が低い場合や、被覆電線１００の移動速度が高く冷却媒体に流れが生じやすい場合等、窒化ホウ素粒子が分散しやすい条件においては、冷却媒体は分散剤を含んでいなくてもよい。
【００３１】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００３２】
［粒径の評価］
窒化ホウ素粒子の平均粒径については、堀場製作所製の散乱式粒度分布測定装置を用いて評価した。後述する各実施例には、ジクス工業製のＺＳＡ−２００（粒径０．０５μｍ）、ＺＳＡ−２０（粒径０．７μｍ）、ＺＳＡ−５（粒径３μｍ）を用いた。これらの粒径の測定結果（粒度分布）を図３〜５に示す。
【００３３】
［粘度測定結果］
実施例及び比較例の冷却媒体の粘度を測定した。測定には、英弘精機製のＢ型粘度計を用いた。水中で１体積％の窒化ホウ素粒子が分散したものを実施例１の冷却媒体とし、水中で０．１体積％の窒化ホウ素粒子が分散したものを実施例２の冷却媒体とし、水中で１体積％のアルミナ粒子が分散したものを比較例１の冷却媒体とし、水中で０．１体積％のアルミナ粒子が分散したものを比較例２の冷却媒体とし、蒸留水を比較例３の冷却媒体とした。
【００３４】
このとき、実施例１、２の冷却媒体は、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウムを含んでおり、超音波放射による解砕処理が行われたものである。これは以下の実施例についても同様である。また、実施例１、２の冷却媒体における窒化ホウ素粒子の平均粒径は、３μｍである。粘度の測定結果を図６に示す。図６のグラフでは、横軸がずり速度となっており、動粘度のずり速度特性を示す。
【００３５】
実施例１、２の冷却媒体では、比較例３の冷却媒体（蒸留水）よりも粘度が多少高くなったが、それぞれ同濃度のアルミナ粒子を含む比較例１、２の冷却媒体よりも粘度が低くなった。
【００３６】
［熱伝導率測定結果］
実施例及び比較例の冷却媒体の熱伝導率を測定した。実施例３Ａ〜３Ｄの冷却媒体は、それぞれ、水中で０．００１体積％、０．０１体積％、０．２体積％、２体積％の窒化ホウ素粒子が分散したものである。実施例３Ａ〜３Ｄの冷却媒体における窒化ホウ素粒子の平均粒径は、３μｍである。比較例４Ａ〜４Ｄの冷却媒体は、水中で０．００１体積％、０．０１体積％、０．２体積％、２体積％のアルミナ粒子が分散したものである。熱伝導率の測定結果を図７に示す。
【００３７】
実施例３Ａ〜３Ｄの冷却媒体では、それぞれ同濃度の比較例４Ａ〜４Ｄの冷却媒体よりも熱伝導率が高くなった。
【００３８】
［強制対流熱伝達率測定結果］
実施例及び比較例の冷却媒体の熱伝導率を測定した。実施例４の冷却媒体は、水中で１体積％の窒化ホウ素粒子が分散したものであり、窒化ホウ素粒子の平均粒径は、０．７μｍである。比較例５の冷却媒体は蒸留水である。実施例４及び比較例５の冷却媒体について、図８に示す測定装置４００を用いて熱伝達率を測定した。
【００３９】
測定装置４００は、測定部４０１と、恒温槽４０２と、ダイアフラム式の送液ポンプ４０３と、流量計４０４と、ヒータ電源４０５と、を備える。測定部４０１は、長さ１０００ｍｍ且つ内径３５ｍｍのアクリル管４０６と、アクリル管４０６に収容された疑似電線４０７と、により構成される。疑似電線４０７は、両端がヒータ電源４０５に接続された外径１．６ｍｍのヒータ線４０８と、ヒータ線４０８の外側に設けられた外径７ｍｍのＰＶＣチューブ被覆４０９と、により構成される。疑似電線４０７において、ヒータ線４０８とＰＶＣチューブ被覆４０９との間、及び、ＰＶＣチューブ被覆４０９の外側から１ｍｍの位置において熱電対によって温度を測定した。
【００４０】
測定装置４００において、送液ポンプ４０３によって冷却媒体を送液させ、アクリル管４０６の内側かつ疑似電線４０７の外側に冷却媒体を通過させた。このとき、ヒータ電源４０５によってヒータ線４０８に電圧を印加して通電させることにより、疑似電線４０７を所定の温度まで加熱した。アクリル管４０６を通過した冷却媒体は、恒温槽４０２によって所定温度まで冷却されて再び送液ポンプ４０３に戻る。
【００４１】
前記第１実施形態の電線冷却装置１では被覆電線１００が移動するのに対し、測定装置４００では冷却媒体を送液する（移動させる）ことにより、電線と冷却媒体とが相対移動する状態を模擬した。送液ポンプ４０３を制御して冷却媒体の主流速度を変化させることにより、レイノルズ数を変化させて熱伝達率を測定した。この結果を図９に示す。尚、図９では横軸をレイノルズ数から流速に換算して示している。
【００４２】
実施例４及び比較例５の冷却媒体のいずれにおいても、流速の上昇に伴い熱伝達率も上昇した。また、いずれの流速においても、実施例４の冷却媒体の方が、比較例５の冷却媒体よりも熱伝達率が高くなる傾向が見られた。即ち、実施例４の冷却媒体について、強制対流において冷却性能の向上が見られた。
【００４３】
［低レイノルズ数における熱伝達率測定結果］
実施例及び比較例の冷却媒体の熱伝導率を測定した。実施例５Ａ〜５Ｄの冷却媒体は、それぞれ水中で０．００１、０．０１、０．２、０．２５体積％の窒化ホウ素粒子が分散したものであり、窒化ホウ素粒子の平均粒径は、３μｍである。比較例６Ａ〜６Ｄの冷却媒体は、それぞれ水中で０．００１、０．０１、０．２、０．２５体積％のアルミナ粒子が分散したものである。比較例７の冷却媒体は蒸留水である。実施例５Ａ〜５Ｄ及び比較例６Ａ〜６Ｄの冷却媒体を５００ｍＬのビーカーに収容するとともに、この中に１００℃に加熱したポリプロピレン試験片（２０×２０×２０ｍｍ）を入れ、マグネチックスターラーを低速で動作させて撹拌した。このときのポリプロピレン試験片の温度変化から熱伝達係数を求めた。流速及びレイノルズ数に関しては、比較例７の冷却媒体（蒸留水）を用いて同様の実験を行い、その結果から決定した。このとき、冷却媒体の流速は０．２１１×１０-4 ｍ／ｓとした。これにより、前記実施形態２のように自然対流により冷却対象物を冷却する状態を模擬した。この結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2019048946.tif 000003
【００４５】
実施例５Ａ〜５Ｄの冷却媒体では、同濃度のアルミナ粒子が分散した比較例６Ａ〜６Ｄの冷却媒体よりも熱伝達率が高くなり、比較例７の冷却媒体（蒸留水）よりも熱伝達率が高くなった。即ち、実施例５Ａ〜５Ｄの冷却媒体について、自然対流を模擬した状態において冷却性能の向上が見られた。
【符号の説明】
【００４６】
Ｌ          冷却媒体
１００      被覆電線
３００      冷却対象物
１          電線冷却装置
２          容器
【図１】
2019048946.tif 000004
【図２】
2019048946.tif 000005
【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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【図９】
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