JP2008021456A - 高電圧キャブタイヤケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＢＲベースの外導上に施した内層シースが、ケーブル使用時には外導と適度に密着し、端末施工時には比較的容易に外導から剥離できる高電圧キャブタイヤケーブルを提供するものである。
【解決手段】本発明に係る高電圧キャブタイヤケーブルは、銅導体１の周囲に内部半導電性層２、エチレンプロピレン（ＥＰ）ゴム絶縁体３、ニトリルゴム（ＮＢＲ）外部半導電性層４を順次又は複数同時に押出し被覆・加硫してコア７とし、そのコア７を単独または複数本撚り合わせたものの外周に内層シース５及びポリクロロプレンゴム（ＣＲ）外層シース６を押出し被覆・加硫してなり、内層シース５を、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、エチレン系コポリマ、及びＥＰゴムのブレンド材で構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧キャブタイヤケーブル、特にＥＰゴム絶縁・ＣＲシースキャブタイヤケーブル（いわゆるＰＮケーブルと呼ばれる）に関するものである。

高電圧キャブタイヤケーブルは、導体上に絶縁体を設けたコアの外周に内層シース及び外層シースを有しており、電気特性安定のため、導体上並びに絶縁体上に導電層（半導電性層）がそれぞれ設けられる。各導電層には、ケーブルの種類、使用電圧によって異なるが、半導電性布テープや押出タイプの半導電性ゴム・プラスチックが使用されている。

導体上に設けられる半導電性層（内部半導電性層（以下、内導という））と絶縁体とは、ケーブルを使用する上で接着していることが望ましく、同系統の材料であれば問題ない。内導は、スフの基布に導電性ブチルゴムを塗布したテープの巻き付けや、半導電性ＥＰゴム、半導電性ブチルゴムの押出しにより、施されている。

一方、絶縁体上に施される半導電性層（外部半導電性層（以下、外導という））は、使用時の電気特性や端末施工時を考慮し、適度な接着性／剥離性が要求される事から、テープ方式でなく押出タイプのものが使用されている。

ＥＰゴム絶縁体の場合、外導のベース材料としては、極性が異なり、しかも導電性付与剤を多量添加することのできるエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレンメチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）あるいはポリクロロプレンゴム（ＣＲ）等が使用されている。その中で、外導ベース材料としては、ＥＰゴム絶縁体と適度な剥離強度（フリーストリッピング性）を有することからＮＢＲ（ニトリルゴム）ベースのものが選択される。

特許文献１には、半導電性樹脂組成物としてニトリルゴムを使用することが記載されている。

一方、内層シース材料は、一般的に、耐摩耗性、耐油性、高硬度等の特性を兼ね備える外層シースと同様にＣＲベース材料が用いられる。

特開平６−５２７２８号公報

しかしながら、外導材料にＣＲ以外のもの（上記ＮＢＲベース材料など）を用い、内層シース材料にＣＲを適用した場合、両者の接着性（密着性）は殆ど期待できない。このように外導と内層シースとの接着性（密着性）が劣る高電圧キャブタイヤケーブルは、使用時に繰り返し屈曲や稔回、プーリやリールでの扱き・摩擦等を受けることにより、ケーブル内のコアが容易に動き、その結果、ケーブルがヘビのようにうねってしまい、きちんとリールに巻けないようになる。更に、うねりの程度が過酷の場合（著しい場合）、導体が断線に至るおそれもある。

また、外導材料にＣＲ以外のもの（上記ＮＢＲベース材料など）を用い、内層シース材料に塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）やクロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）を適用した場合、両者が強固に接着してしまい、コアの端末施工時に外導から内層シースを剥離することが難しくなるという問題があった。

本発明で解決しようとする目的は、ＮＢＲベースの外導上に施した内層シースが、ケーブル使用時には外導と適度に密着し、端末施工時には比較的容易に外導から剥離できる高電圧キャブタイヤケーブルを提供するものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、銅導体周囲に内部半導電性層、エチレンプロピレン（ＥＰ）ゴム絶縁体、ニトリルゴム（ＮＢＲ）外部半導電性層を順次又は複数同時に押出し被覆・加硫してコアとし、そのコアを単独または複数本撚り合わせたものの外周に内層シース及びポリクロロプレンゴム（ＣＲ）外層シースを押出し被覆・加硫してなる高電圧キャブタイヤケーブルにおいて、上記内層シースを、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、エチレン系コポリマ、及びＥＰゴムのブレンド材で構成したことを特徴とする高電圧キャブタイヤケーブルである。

請求項２の発明は、上記内層シースのブレンド材が、上記ＣＰＥと上記エチレン系コポリマの混合物である第１ポリマーと、上記ＥＰゴムとの混合物で構成され、ＣＰＥとエチレン系コポリマのブレンド比率が１０／９０〜８０／２０、上記第１ポリマーとＥＰゴムのブレンド比率が１０／９０〜９０／１０である請求項１記載の高電圧キャブタイヤケーブルである。

請求項３の発明は、上記内層シースを構成する上記エチレン系コポリマが、エチレン酢酸ビニルコポリマ（ＥＶＡ）である請求項１又は２記載の高電圧キャブタイヤケーブルである。

請求項４の発明は、上記ＥＶＡのＶＡ含有量が２０〜４５％、ＭＦＲが０．５〜７である請求項３記載の高電圧キャブタイヤケーブルである。

請求項５の発明は、上記内層シースを構成する上記ＣＰＥの塩素化度が３０〜４０％である請求項１から４いずれかに記載の高電圧キャブタイヤケーブルである。

本発明によって、ＮＢＲベースの外導と、その外導上に設けられた内層シースとの密着性および剥離性（フリーストリッピング性）を制御することが可能となり、ケーブル使用時には外導と内層シースは適度に密着し、端末施工時には比較的容易に内層シースを外導から剥離させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。

本発明の好適一実施の形態に係る高電圧キャブタイヤケーブルは、図１に示すように、銅導体１の周囲にＥＰゴムベースの内導２、ＥＰゴム絶縁体３、ＮＢＲベースの外導４を順次（又は複数同時に）押出し被覆・加硫してコア７とし、そのコア７を３本撚り合わせたものの外周に内層シース５及びＣＲ外層シース６を押出し被覆・加硫してなるものであり、前述した課題を達成するために、ＮＢＲベースの外導４上に、ＣＰＥとエチレン系コポリマとＥＰゴムのブレンド材で構成される内層シース５を設けたことにある。ＮＢＲベースの外導４及び内層シース５の材料について、以下詳細に説明する。

ＮＢＲベースの外導４は、ＥＰゴム絶縁体３と適度な剥離強度（フリーストリッピング性）を有することから選択される。

ＮＢＲは、アクリロニトリル（ＡＮ）とブタジエン（ＢＲ）の共重合ゴムであり、ＡＮ含有量により低ニトリルから極高ニトリルまで分類される（低ニトリル：＜２５％、中ニトリル：２５〜３１％、高ニトリル：３６〜４３％、極高ニトリル：４３％＜）。ポリマーの極性を表す指標として、溶解度パラメータ（ＳＰ値）がよく使用される。ＥＰゴムのＳＰ値７．９に対して、ＮＢＲのそれは９．６であり、更に高ニトリルになるほどＳＰ値は高くなり、ＥＰゴムとの相溶性が低いことが分かる。本実施の形態において外導４に用いるＮＢＲは、何れのグレードのものであってもよく、他の希望する機械特性、電気特性、加工性等に応じて適宜使い分けることができる。ＮＢＲは、ＢＲが主鎖に含む二重結合のため、耐オゾン性が劣る性質がある。この対策として、高ニトリル品（ＢＲ含有量が少なくなる）の採用や、耐オゾン防止剤の添加、さらには水素添加により二重結合を除いた「水素添加タイプＮＢＲ」の使用などが挙げられる。

ＮＢＲは、単独で又は他の材料とブレンドして使用してもよい。ＮＢＲ単独材の場合は、ＥＰゴムとの密着性およびフリーストリッピング性をコントロールし易い中ニトリルタイプのものが望ましい。ＮＢＲブレンド材としては、極性ポリマーである塩化ビニル（ＰＶＣ）、ＣＭ、ＣＳＭ、ＣＲ等が挙げられる。これらはブレンドにより前述したＮＢＲの耐オゾン性、耐熱性、耐寒性等の特性改善に役立つ。更に、他の相溶性の劣るＥＰゴム、ＢＲ、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレン（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）などの非極性ポリマも、少量のブレンド量であれば使用でき、特にＥＰゴムは上述の耐オゾン性や耐熱性の改良を図ることができる。

導電性付与剤としては、少量の添加で導電性を付与できるケッチェンブラックやアセチレンブラック等の導電性カーボンが適しているが、更に導電性カーボンブラックと併用して、他の微粒子カーボンブラックも適宜添加してもよい。極性のＮＢＲをベースゴムとして使用することにより、非極性のポリマーに比べ、カーボンブラックの少ない添加で導電性を付与できる利点もある。また、導電性カーボンブラック中の各種イオン性不純物の混入も低減することができるため、ＥＰゴム絶縁体の高温電気特性も良好となる。また、コンパウンドの粘度を低く抑えられることから、特に押出加工性の面で優れている。

このようなＮＢＲベースの外導４に対してフリーストリッピング性を有する内層シース５の材料を種々検討した結果、ＣＰＥとエチレン系コポリマとＥＰゴムのブレンド材が最適であることを見出した。より詳細には、ＣＰＥ又はエチレン系コポリマ単独で構成される内層シースはＮＢＲ外導４と密着しないが、両者を併用することでＮＢＲ外導４と密着することが判明した。但し、両者の組み合わせのみでは、「密着」と言うよりは強固な「接着」が生じてしまい、剥離試験時に凝集破壊（外導破断）を起こしてしまうので、これらにＥＰゴムを添加することにより、接着強度が緩和され、目的の性能（適度な剥離強度（フリーストリッピング性））が得られることに至った。適度な剥離強度を有することで、内層シース５の剥離時に外導４の表面を滑らかに保持することができる。

ＣＰＥはポリエチレンを塩素化したもので、分子量や結晶性は素材の特性を反映し、塩素化の程度によりプラスチックからゴム的な特性のものが得られる。本実施の形態における内層シース５に用いるＣＰＥは何れのものであってもよいが、特に塩素化度３０〜４０％のものが適している。

エチレン系コポリマとしては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＥＭＡ等の酸素含有コポリマが適している。この中でも特にＥＶＡが接着の程度をコントロールし易く、本実施の形態における内層シース５に適している。ＥＶＡは、ＶＡ含有量やメルトフローレイト（ＭＦＲ）により種々銘柄があり、ＶＡ量が増えると剥離強度は大きくなる傾向を示し、ＭＦＲはあまり大きくなると機械特性の点で不具合を生じることから、ＶＡ量は２０〜４５％、ＭＦＲは０．５〜７の範囲が望ましい。

ＥＰゴムとしては、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマ（ＥＰＤＭ）の何れも使用可能である。ＥＰＤＭに含まれる第三成分の種類としては、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）、エチリデンノルボーネン（ＥＮＢ）、１，４ヘキサジエン（１，４ＨＤ）などがあるが、特に問わない。ＥＰゴムはエチレン含有量や分子量により種々銘柄があるが、何れも使用できる。

これらの材料の混合割合（重量比）は、ＣＰＥ／エチレン系コポリマのブレンド（第１ポリマー）の比率は、１０／９０〜８０／２０、好ましくは２０／８０〜８０／２０とされ、第１ポリマー／ＥＰゴムのブレンド（第２ポリマー）の比率は１０／９０〜９０／１０、好ましくは１５／８５〜９０／１０とされる。混合割合がこの範囲外では、適度な接着性（密着性）と剥離性が得られない。

この第２ポリマーに、後述する表３に示す他の配合剤を添加してもよく、例えば老化防止剤、滑剤、操作油、耐オゾン防止剤、紫外線防止剤、難燃剤、充填剤、帯電防止剤、粘着付与剤等を要求特性に応じて添加することができる。

外導４は架橋して使用する必要があり、架橋方法は過酸化物架橋、硫黄加硫の何れでも可能であり、要求特性や加工方法により自由に選択できる。望ましいＮＢＲベース外導４の架橋方法としては、低温（約１４０℃）から高温（約１９０℃）までの条件で架橋することができ、反応時の副生成物の少ない硫黄加硫が適している。

内層シース５の架橋方法としては、内層シース５を構成する３つの材料を共架橋可能な過酸化物架橋のみが適している。過酸化物の種類は特に問わないが、コンパウンド混練時や押出製造時の加工条件等に応じて適宜選択される。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態では、内層シース５の材料として、外導４を構成するＮＢＲとＳＰ値が比較的近いＣＰＥ、エチレン系コポリマ（ＥＶＡ）を用いている。ここで、ＣＰＥ又はＥＶＡ単独ではＮＢＲとの密着は全く得られないため、両者を併用、混合することでＮＢＲとの接着性を発現させている。更に、この両者の混合物（第１ポリマー）にＥＰゴムを加えると共に、第１ポリマーとＥＰゴムのブレンド比率を調整することで、外導（ＮＢＲ）４と内層シース（第２ポリマー）５との密着性および剥離性（フリーストリッピング性）を制御することができる。本接着のメカニズム、理由は、現状では解明していない。

本実施の形態に係る高電圧キャブタイヤケーブルによれば、外導４と内層シース５とが適度な剥離強度で接着（密着）しているため、ケーブル使用時に繰り返し屈曲や稔回、プーリやリールでの扱き・摩擦等を受けても、ケーブル内のコア７が動くことはなく、その結果、ケーブルにうねりが生じることもないため、きちんとリールに巻くことができる。

また、本実施の形態に係る高電圧キャブタイヤケーブルは、外導４と内層シース５の剥離性が良好であるため、コア７の端末施工時に外導４と内層シース５を容易に界面剥離させることができる。

ＣＰＥとエチレン系コポリマであるＥＶＡをブレンドし、配合例Ａ〜Ｆの第１ポリマーを作製した。これらを表１に示す。配合例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅの第１ポリマーは、ＣＰＥとＥＶＡの混合物である。一方、配合例Ｄ，Ｆの第１ポリマーは、ＣＰＥ又はＥＶＡ単独のものである。

次に、これら配合例Ａ〜Ｆの第１ポリマーとＥＰゴムをブレンドし、実施例１〜６及び比較例１〜３の第２ポリマーを作製した。これらを表２に示す。実施例１〜６及び比較例１，２の第２ポリマーは、ＣＰＥとＥＶＡとＥＰゴムの混合物である。一方、比較例３の第２ポリマーは、ＣＰＥとＥＶＡのみのものである。

次に、実施例１〜６及び比較例１〜３の各第２ポリマー１００重量部に対して、表３に示す各種添加剤を添加して合計１６０重量部とし、実施例１〜６及び比較例１〜３の内層シース材料をそれぞれ作製した。

次に、導体断面積３５ｍｍ²の導体上にＥＰゴムベースの内導、ＥＰ絶縁体及びＮＢＲベースの外導をバンバリミキサで混練後、押出機（ＥＸＴ）により、これらの材料を夫々１００℃、９０℃、１００℃で順次押出し架橋（加硫）し、コアを製作した。このコアを３本撚り合わせ、２台のＥＸＴを用いて前述した各内層シース材料及びＣＲ外層シース材料を夫々８０℃で押出被覆後、溶融塩（温度：２００℃、２気圧の加圧下）により内・外層シース材料を同時架橋（加硫）させ、所定のケーブル（６ｋＶ、３×３５ＳＱ高電圧キャブタイヤケーブル）を得た。

内層シースの材料組成については表２，３の内容に従って準備した。得られたケーブルについて、外導と内層シースとの剥離試験を評価した。

外層シースを除去後、内層シースをナイフでほぼ２等分に縦割りし、１／２インチ（約１．２７ｃｍ）幅、約１５ｃｍの長さの試験片を作製した（ｎ＝３（各試験片を３つずつ作製））。ショッパー型引張試験機により、５０ｍｍ／ｍｉｎ．の引張速度で各試験片に対して剥離試験を実施した。剥離強度（Ｎ）及び剥離状態の観察を行った。１０Ｎ以上の剥離強度を持ち、界面剥離可能なものを優（○印）、剥離強度が１０Ｎ以下で殆ど接着していないもの又は逆に接着が強固で凝集破壊（試料破断）するものを劣（×印）、剥離強度がこれらの中間で接着の程度がやや低い（弱い）ものを良（△）と判定した。これらの剥離試験結果を表４に示す。

表４に示すように、実施例１〜６の内層シース材料を用いたケーブルは、何れも適度なフリーストリッピング性を示し、特に実施例１〜４のケーブルは界面剥離可能であり、凝集破壊等の不具合は認められず、フリーストリッピング性が良好であった。実施例５，６のケーブルは、接着の程度はやや低いものの、剥離強度１０Ｎ程度の値が得られており、十分なフリーストリッピング性を有していた。

これに対して、比較例１，２のケーブルは、全て容易に内層シースが剥離してしまい、外導と内層シースの接着傾向が全く見られなかった。一方、比較例３のケーブルは、内層シース材料がＣＰＥとＥＶＡのみで構成されており、ＥＰゴムがブレンドされていないことから、外導と内層シースが強固に接着してしまい、剥離試験時に試料（外導）が破断した。

本発明の好適一実施の形態に係る高電圧キャブタイヤケーブルの横断面図である。

符号の説明

１ 導体（銅導体）
２ 内導（内部半導電性層）
３ ＥＰゴム絶縁体
４ ＮＢＲベース外導（外部半導電性層）
５ 内層シース
６ ＣＲ外層シース
７ コア

Claims (5)

1. 銅導体周囲に内部半導電性層、エチレンプロピレン（ＥＰ）ゴム絶縁体、ニトリルゴム（ＮＢＲ）外部半導電性層を順次又は複数同時に押出し被覆・加硫してコアとし、そのコアを単独または複数本撚り合わせたものの外周に内層シース及びポリクロロプレンゴム（ＣＲ）外層シースを押出し被覆・加硫してなる高電圧キャブタイヤケーブルにおいて、上記内層シースを、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、エチレン系コポリマ、及びＥＰゴムのブレンド材で構成したことを特徴とする高電圧キャブタイヤケーブル。
2. 上記内層シースのブレンド材が、上記ＣＰＥと上記エチレン系コポリマの混合物である第１ポリマーと、上記ＥＰゴムとの混合物で構成され、ＣＰＥとエチレン系コポリマのブレンド比率が１０／９０〜８０／２０、上記第１ポリマーとＥＰゴムのブレンド比率が１０／９０〜９０／１０である請求項１記載の高電圧キャブタイヤケーブル。
3. 上記内層シースを構成する上記エチレン系コポリマが、エチレン酢酸ビニルコポリマ（ＥＶＡ）である請求項１又は２記載の高電圧キャブタイヤケーブル。
4. 上記ＥＶＡのＶＡ含有量が２０〜４５％、ＭＦＲが０．５〜７である請求項３記載の高電圧キャブタイヤケーブル。
5. 上記内層シースを構成する上記ＣＰＥの塩素化度が３０〜４０％である請求項１から４いずれかに記載の高電圧キャブタイヤケーブル。
   

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