JP2014139932A - 電気ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】電気ケーブルの絶縁樹脂部分の柔軟性をセカントモジュラス値によって示すと共に、柔軟性が改善された電気ケーブルを提供する。
【解決手段】素線径が０.１５ｍｍ以上０.５ｍｍ以下の素線からなり断面積が２０ｍｍ^２以上の導体１１の外周を、難燃剤を含む絶縁樹脂１２で被覆した電気ケーブル１０ａであって、電気ケーブル径／導体径が１.１５以上１.４０以下であり、絶縁樹脂１２のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下となっている。または、断面積が２０ｍｍ^２以上の導体１１の外周を難燃剤を含む絶縁樹脂１２’で被覆し、絶縁樹脂１２’の外周にシールド導体１３を配し、さらにシールド導体１３の外周を絶縁樹脂で被覆した電気ケーブルであって、電気ケーブル径／導体径が１.４０以上１.７７以下であり、絶縁樹脂のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器内や車両内の配線等に用いられる電気ケーブルに関する。

電気機器内や車両内の配線等に用いられる電気ケーブルには、狭いスペース内での配線作業（取り回し）の容易性と、曲げ半径の低減による省スペース化が必要とされ、柔軟性に優れたケーブルが求められている。例えば、特許文献１には、ポリオレフィン系樹脂をベース樹脂とした、耐摩耗性、難燃性、柔軟性を有するハロゲンフリーの自動車用絶縁電線が開示されている。

特開２００９−１２７０４０号公報

電気ケーブルの柔軟性は、その曲げ剛性により決められるが、その曲げ剛性は、ケーブル構成体のヤング率Ｅと構成体の断面二次モーメントの積で表され、ケーブルの導体部分と絶縁体部分の曲げ剛性の和により設定される。自動車内の電源系統の電気ケーブルは、導体部分の容積に比べて絶縁体部分の容積が大きく、また、外側にある絶縁体の方が曲げた時の歪が導体よりも大きくなるため、その曲げ剛性は、導体部分による曲げ剛性より絶縁体部分による曲げ剛性が大きく影響している。

また、電気ケーブルの柔軟性については、例えば、上記特許文献１に開示のように、被覆材料を所定寸法の板状に成形して試験片とし、固定台から６０ｍｍ突出させた試験片の先端から１０ｍｍの位置に２０ｇの重りを吊るして、１５ｍｍ以上撓むものを柔軟性ありと判定しているが一般的ではない。電気ケーブルの柔軟性についての統一された規格はなく、柔軟性に関する定義が曖昧であった。

本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、電気ケーブルの絶縁樹脂部分の柔軟性をセカントモジュラス値によって示すと共に、柔軟性が改善された電気ケーブルの提供を目的とする。

本発明による電気ケーブルは、素線径が０.１５ｍｍ以上０.５ｍｍ以下の素線からなり断面積が２０ｍｍ^２以上の導体の外周を、難燃剤を含む絶縁樹脂で被覆した電気ケーブルであって、電気ケーブル径／導体径が１.１５以上１.４０以下であり、前記絶縁樹脂のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であることを特徴とする。また、本発明による電気ケーブルは、断面積が２０ｍｍ^２以上の導体の外周を難燃剤を含む絶縁樹脂で被覆し、該絶縁樹脂の外周にシールド導体を配し、さらに該シールド導体の外周を絶縁樹脂で被覆した電気ケーブルであって、電気ケーブル径／導体径が１.４０以上１.７７以下であり、前記シールド導体の内側または外側の絶縁樹脂のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であることを特徴とする。

ここで、シールド導体の内側と外側の絶縁樹脂とは同じ樹脂であってよい。また、セカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下である前記絶縁樹脂がオレフィンと極性を有するコモノマーの共重合体Ａ、または、該共重合体Ａと、オレフィンとαオレフィン共重合体Ｂとの混合物であってよく、あるいは、極性を有するコモノマーを２３重量％以上含むオレフィン系樹脂であってもよい。さらに、絶縁樹脂が架橋されていてもよい。

本発明の電気ケーブルによれば、従来にない柔軟性を確保することができ、狭いスペース内での配線作業（取り回し）を容易にし、曲げ半径の低減等による省スペース化が可能となる。

本発明による電気ケーブルの概略を説明する図である。 ケーブルの柔軟性を測定する方法を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による電気ケーブルの概略を説明する。図１（Ａ）は導体を絶縁体で絶縁した絶縁電線の例を示し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）で示す絶縁電線にシールド導体を配したシールド電線の例を示している。なお、図１において、１０ａは絶縁電線、１０ｂはシールド電線、１１は中心導体、１２，１２’は絶縁体、１３はシールド導体、１４はシースを示す。

本発明による電気ケーブルは、例えば、ハイブリット自動車や電気自動車内のモータやインバータ等の電源系統の配線に用いられる。
図１（Ａ）の絶縁電線１０ａとして示す電気ケーブルは、中心導体１１（以下、単に導体と言う）が、導体断面積２０ＳＱ（２０ｍｍ^２）以上で、その絶縁体１２をポリオレフィン系の樹脂をベース樹脂としたケーブルを対象とする。
また、図１（Ｂ）のシールド電線１０ｂとして示す電気ケーブルは、図１（Ａ）の絶縁電線１０ａの絶縁体１２’の外側に、編組または横巻きで形成したシールド導体１３を配し、その外側をシース（外被とも言う）１４で覆ったケーブルを対象とする。

導体１１としては、単線または複数本の素線を撚り合わせた撚線で形成され、銅、軟銅、銀、ニッケルめっき軟銅、錫めっき軟銅等の、一般に汎用されている導体材料からなるものを使用することができる。なお、撚線で形成する場合は、素線径が０.１８ｍｍ〜０.５ｍｍ程度のものが用いられる。

また、本発明による電気ケーブルは、導体１１の外径をＤ１とし、絶縁体１２の外径をＤ２とし、シース１４の外径をＤ３としたとき、導体外径Ｄ１に対する絶縁体外径Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が１.１５〜１.４０、あるいは、導体外径Ｄ１に対するシース外径Ｄ３の比（Ｄ３／Ｄ１）が１.４０〜１.７７の範囲にあるケーブルを対象とする。

絶縁体１２のベース樹脂であるポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、線状低密度ポリエチレン（Ｌ−ＬＤＰＥ）等の他、樹脂に柔軟性を付与すべくα−オレフィン以外の他の極性を有するモノマーを導入した、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の共重合体も使用することができる。そして、後述するように、上記のベース樹脂に難燃剤、酸化防止剤や架橋剤等の添加剤を添加して導体１１の外周に絶縁体１２として押出成形される。

絶縁体１２は、押出成形等によって導体１１の外面に均一の厚さで被覆して電気的に絶縁する。また、絶縁被覆としての絶縁体１２は、比較的温度の高い環境下で外力を受けた際に変形して電気絶縁性が低下したりするのを防止すべく、その耐熱変形性を向上するために、導体外面に被覆された後に、電離放射線（γ線や電子線など）の照射や過酸化物架橋、シラン架橋などの化学架橋によって架橋処理される。なお、本発明の電気ケーブルは、架橋してもしなくてもよいが、架橋することにより抗張力、耐熱性が向上するので好ましい。また、架橋することにより、後述するセカントモジュラスは数〜数１０％上昇する。
シールド電線１０ｂは、絶縁体１２’またはシース１４のいずれかが絶縁体１２と同じ樹脂である。絶縁体１２’およびシース１４の両方が絶縁体１２と同じ樹脂であってもよい。絶縁体１２’、シース１４の成形は、絶縁体１２と同様に押出成形される。押出成形された上に架橋処理されてもよい。

本発明は、上述した比較的太径の電気ケーブルで、絶縁体１２、１２’およびシース１４の絶縁体部分のセカントモジュラスを１０Ｐａ以上５０ＭＰａ以下とすることで柔軟性を確保している。これにより、導体サイズの大きな電気ケーブルであっても、電気ケーブルに柔軟性と取り回し性をもたせるようにしている。ここで、セカントモジュラスを１０Ｐａ以上としたのは、この値より小さいと、電気ケーブルを押出後巻取る際に変形し、所定の外径とならずに外径不安定となるからである。

絶縁体１２としては、ベース樹脂に用いるポリオレフィン系樹脂のうちでも、特に、ＥＥＡを用いるのが好ましい。ＥＥＡは、これに含まれるエチルアクリレート（ＥＡ）により結晶化度が小さくなり、本用途に好ましい高い柔軟性が得られ、また、ＥＥＡは熱分解開始温度が300℃と高く、ポリオレフィン系樹脂の中では長期老化耐熱性が高く、通電時に発熱する電気ケーブルとして長期に使用するには好ましい。また、燃焼時に炭化層を形成しやすく、炭化層によって酸素が遮蔽され燃焼が阻害されるため、難燃剤の添加量を少なくして、低比重で高難燃性を実現しやすい。なお、コポリマーの含有率は２３重量％以上とするのが好ましく、これより小さいと結晶度が大きく柔軟性が低下する。また、絶縁体がオレフィンと極性を有するコモノマーの共重合体、または、この共重合体と、オレフィンとαオレフィン共重合体との混合物であってもよい。

表１は、電気ケーブルに用いる絶縁体１２、１２’またはシース１４の樹脂材料とセカントモジュラスの関係を例示したものであり、すべて電子線架橋を行った例を示している。例えば、配合例１は、コモノマー含有率が３３重量％のＥＶＡをベース樹脂とし、このＥＶＡ１００重量部に対し、添加剤として５５〜１１０重量部が添加される。この添加剤は、例えば、難燃剤を５５重量部、酸化防止剤を２５重量部、滑剤を１.５重量部、架橋助剤を３重量部である。また、例えば、配合例５は、コモノマー含有率が１９重量％のＥＶＡとＥＰゴムの混合物をベース樹脂とし、ＥＶＡ４０重量部、ＥＰゴム６０重量部のベース樹脂に対し、添加剤として、難燃剤を５５重量部、酸化防止剤を２５重量部、滑剤を１.５重量部、架橋助剤を３重量部添加したものである。そして、配合例１〜８までの絶縁材料として、セカントモジュラスが５〜８１ＭＰａまでのものを得た。

表１で示すように、一般的に、樹脂材料はコモノマーの含有率が大きいほど柔らかくなり、セカントモジュラスは小さくなる。例えば、配合例８では、コモノマー含有率が４１重量％のＥＶＡをベース樹脂とし、このＥＶＡ１００重量部に対し、添加剤として難燃剤を５５重量部、酸化防止剤を２５重量部、滑剤を１.５重量部、架橋助剤を３重量部添加しているが、セカントモジュラスは５ＭＰａとなっている。しかし、配合例８の樹脂材料は、絶縁被覆の外径を安定して製造することができないため、電気ケーブルに用いて評価を行う前に不適切な配合例になっている。そして、押出被覆形成時に外径不安定とならないためには、先述したようにセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上である必要がある。

また、本発明の電気ケーブルは、ハロゲンフリーあるいは非ハロゲンフリーケーブルとして構成できる。ハロゲンフリーの場合は、難燃材に金属水酸化物（水酸化マグネシウムなど）、窒素系難燃物、三酸化アンチモン、リン系難燃剤（赤リン、リン酸エステル）などを使用すればよく、また、非ハロゲンフリーの場合は、臭素系難燃剤を使用できる。

表２は、本発明による電気ケーブルの一例と比較例を示すものであり、導体の断面積が２０ＳＱ（２０ｍｍ^２）以上で、それぞれ導体の素線径、絶縁体１２の厚さ、あるいは、シース１４の厚さを変えた電気ケーブルについて、絶縁体１２とシース１４の樹脂材料として表１で示した配合例の樹脂材料を用いて試作した電気ケーブル（シールド電線）の柔軟性（曲げ剛性）を示したものである。
表２において、編組構成の上段が打数、下段が持数を示す。また、実施例１〜６、実施例８、および比較例の導体は撚撚構造で、表の上段の値が子撚の素線数であり、表の下段の数値が子撚りの数である。

ケーブルの柔軟性は、ＩＥＣ６０７９４−１−２ Ｍｅｔｈｏｄ１７ｃに準拠して、例えば、図２に示すような方法で判定する。固定面２０とその固定面２０に平行になるように配置した板２１の間にケーブル１０を置いて１８０°曲げ、ケーブル１０の端を固定部材２２によって固定する。板２１上にロードセルを置き、曲げ半径が５０ｍｍになるまで加えたときの荷重を測定して曲げ剛性（Ｎ・ｍｍ^２）を求める。試験は常温で行う。そして、各測定結果について、表３に示すサイズ（導体の断面積ＳＱ）ごとの曲げ剛性の値以下の場合にケーブルは柔軟であるとしている。例えば、導体の断面積が４０ＳＱ（４０ｍｍ^２）の場合、曲げ剛性が３６５×１０^３Ｎ・ｍｍ^２以下の場合に柔軟であるとする。導体の断面積が小さいケーブルほど、小さい曲率で曲げて使われることが多く、より大きな柔軟性が求められる。そして、表３の値は、図１（Ｂ）に示すようなシールド電線について、曲げ伸ばし作業が容易にできる柔軟性を経験値から求めたものである。また、図１（Ａ）に示すような絶縁電線について、曲げ伸ばし作業が容易にできる柔軟性は表４の通りであり、本発明の絶縁電線の曲げ剛性はこれらの値以下である。

表２で示す実施例１から実施例８および比較例までは、サイズ(導体の断面積)が２０ＳＱから７０ＳＱまでの種々のケーブルについて、絶縁体及びシースの配合を配合例１から配合例７までの絶縁材料を用いて曲げ剛性を計測した例を示している。いずれの実施例についても、曲げ剛性は表３で示す値以下であり、柔軟性は良であった。そして、配合例１〜６までの絶縁材料のセカントモジュラスは、１０ＭＰａ〜５０ＭＰａであった。しかし、実施例８のケーブルの絶縁材料を配合例２から配合例７に変更した比較例の場合は、曲げ剛性が７０１×１０^３Ｎ・ｍｍ^２と大きくなり、表３で示す４０ＳＱの値３６５×１０^３Ｎ・ｍｍ^２よりも大きく、柔軟性の点で不可であった。

以上から、導体の断面積が２０ＳＱ（２０ｍｍ^２）以上の電気ケーブルについては、セカントモジュラスが１０〜５０ＭＰａの絶縁材料を用いると、柔軟性の良好なケーブルを得ることができる。そして、ベース樹脂のコモノマーの含有率を変えたり、架橋を行うことによって絶縁材料のセカントモジュラスを変えることができ、絶縁樹脂が極性を有するコモノマーを含むオレフィン系樹脂の場合、コモノマー量が２３重量％以上であればゴム成分をベース樹脂に混ぜなくても、セカントモジュラスが５０ＭＰａの樹脂を得ることができる。

また、表２の結果より、絶縁体外径／導体外径の値に注目して、素線径が０．１５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の素線からなり断面積が２０ｍｍ^２以上の導体の外周を、難燃剤を含む絶縁樹脂で被覆し、電気ケーブル径／導体径が１．１５以上１．４０以下とした電気ケーブルについて、絶縁樹脂のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下とすれば、柔軟性の良好な電気ケーブルが得られると考えられる。

１０ａ…絶縁電線、１０ｂ…シールド電線、１１…中心導体（導体）、１２，１２’…絶縁体、１３…シールド導体、１４…シース、２０…固定面、２１…板、２２…固定部材。

Claims (7)

1. 素線径が０.１５ｍｍ以上０.５ｍｍ以下の素線からなり断面積が２０ｍｍ^２以上の導体の外周を、難燃剤を含む絶縁樹脂で被覆した電気ケーブルであって、
   電気ケーブル径／導体径が１.１５以上１.４０以下であり、
   前記絶縁樹脂のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であることを特徴とする電気ケーブル。
2. 断面積が２０ｍｍ^２以上の導体の外周を難燃剤を含む絶縁樹脂で被覆し、該絶縁樹脂の外周にシールド導体を配し、さらに該シールド導体の外周を絶縁樹脂で被覆した電気ケーブルであって、
   電気ケーブル径／導体径が１.４０以上１.７７以下であり、
   前記シールド導体の内側の絶縁樹脂のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であることを特徴とする電気ケーブル。
3. 前記シールド導体の内側の絶縁樹脂と前記シールド導体の外側の絶縁樹脂とが同じ樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の電気ケーブル。
4. 断面積が２０ｍｍ^２以上の導体の外周を難燃剤を含む絶縁樹脂で被覆し、該絶縁樹脂の外周にシールド導体を配し、さらに該シールド導体の外周を絶縁樹脂で被覆した電気ケーブルであって、
   電気ケーブル径／導体径が１.４０以上１.７７以下であり、
   前記シールド導体の外側の絶縁樹脂のセカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であることを特徴とする電気ケーブル。
5. セカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下である前記絶縁樹脂がオレフィンと極性を有するコモノマーの共重合体Ａ、または、該共重合体Ａと、オレフィンとαオレフィン共重合体Ｂとの混合物であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気ケーブル。
6. セカントモジュラスが１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下である前記絶縁樹脂が極性を有するコモノマーを含むオレフィン系樹脂であって、コモノマー量が２３重量％以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の電気ケーブル。
7. 前記絶縁樹脂が架橋されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の電気ケーブル。

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