JP2022142862A - 多層難燃絶縁ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】多層難燃絶縁ケーブルにおいて内層の厚さを抑えつつ、電気特性を確保する。【解決手段】導体１と、導体１を被覆するセパレータ２と、セパレータ２を被覆する内層３と、内層３を被覆する外層４と、外層４を被覆するシース５と、を有する多層難燃絶縁ケーブル１０である。なお、内層３は、難燃剤が添加されていない絶縁層であり、外層４およびシース５は、難燃剤が添加された難燃層である。そして、内層３と外層４とシース５との合計厚さに対する外層４とシース５との合計厚さの比率は、８０％以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、定格電圧が高電圧の多層難燃絶縁ケーブル、特に定格電圧が３６００Ｖクラスの高電圧の多層難燃絶縁ケーブルに関するものである。

多層難燃絶縁電線の一例として、導体を被覆する内層と該内層を被覆する外層とからなる多層難燃絶縁電線が知られている。上記のように導体を被覆する層として内層と外層の２層を備えた多層難燃絶縁電線が特許文献１に記載されている。この多層難燃絶縁電線をシースで被覆したケーブルが多層難燃絶縁ケーブルと呼ばれている。

特開２０１３－２１４４８７号公報

多層難燃絶縁電線及び多層難燃絶縁ケーブルでは、電気特性と物理特性の両方を確保しなければならない。電気特性においては直流安定性試験に合格する必要があり、物理特性においては、例えば引張強度試験等での所定の強度及び難燃特性等が必要となる。

電気特性と物理特性の確保のため、導体を被覆する層を内層と外層の２層構造とする場合、内層で電気特性を確保し、外層で物理特性を確保することが考えられる。

上記特許文献１に記載された多層難燃絶縁電線では、内層によって電気特性を確保しつつ、外層に多数の難燃剤を添加することで外層によって難燃特性を確保している。

しかしながら、多数の難燃剤が添加された外層は、難燃剤の配合により体積抵抗率が低くなり、直流安定性試験に合格し難い。

また、上記特許文献１に記載された多層難燃絶縁電線は、数百Ｖの低電圧の定格電圧に係る多層難燃絶縁電線であるが、３６００Ｖクラスの高電圧の多層難燃絶縁ケーブルは、直流安定性試験における電圧レベルが高く、より厳しい試験に合格しなければならない。

しかしながら、内層の厚さが０．８ｍｍを超える場合には、ＥＮ５０２６４－１規格により内層単体で物理特性を確保しなければならず、内層単体で物理特性を確保するのは困難である。

本発明の目的は、肉厚の厚さを抑えつつ、電気特性を確保することができる多層難燃絶縁ケーブルを提供することである。

本発明の多層難燃絶縁ケーブルは、導体と、前記導体を被覆する内層と、前記内層を被覆する外層と、前記外層を被覆するシースと、を有する。前記内層は絶縁層であり、かつ、前記外層および前記シースは難燃層であり、前記内層と前記外層と前記シースとの合計厚さに対する前記外層と前記シースとの合計厚さの比率は、８０％以上である。

本発明の一態様では、前記内層の厚さは、０．４ｍｍ以上である。

本発明の他の一態様では、前記外層における難燃剤の含有量は、ベースポリマ１００質量部に対して１５０質量部以上である。

本発明によれば、多層難燃絶縁ケーブルにおいて、内層の厚さを抑えつつ、電気特性を確保することができる。

本発明の多層難燃絶縁ケーブルの一例を示す断面図である。

以下、本発明の多層難燃絶縁ケーブルの実施形態の一例について説明する。本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０は、定格電圧が高電圧のノンハロゲン多層難燃絶縁ケーブル１０であり、例えば、定格電圧が３６００Ｖクラスの多層難燃絶縁ケーブル１０である。なお、以下の説明では、同一または実質的に同一の構成や要素等については、原則として同一の符号を用いる。

図１に示される多層難燃絶縁ケーブル１０の構造について説明すると、導体１と、導体１を被覆する内層３と、内層３を被覆する外層４と、外層４を被覆するシース５と、を有している。なお、導体１と内層３との間にはセパレータ２が介在されている。

すなわち、本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０は、導体１を被覆する層が、内層３と外層４とシース５とからなる３層構造である。そして、多層難燃絶縁ケーブル１０では、内層３と外層４とシース５との合計厚さに対する外層４とシース５との合計厚さの比率は、８０％以上となっている。具体的には、内層３の厚さをＴ１とし、外層４の厚さをＴ２とし、シース５の厚さをＴ３とすると、（Ｔ２+Ｔ３）／（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）≧０．８である。つまり、多層難燃絶縁ケーブル１０においては、内層３の厚さ（Ｔ１）が厚くなることを抑えつつ、外層４の厚さ（Ｔ２）とシース５の厚さ（Ｔ３）を合わせた厚さ（Ｔ２+Ｔ３）を所定量設けて多層難燃絶縁ケーブル１０の電気特性を確保している。

なお、多層難燃絶縁ケーブル１０における導体１および各層の材質（組成）の一例を挙げると、導体１としては、錫めっき軟銅線を用いることができ、セパレータ２としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）を用いることができる。なお、多層難燃絶縁ケーブル１０において、内層３は、絶縁層である。一方、外層４およびシース５は、難燃層である。ここで、本実施形態における絶縁層は、難燃剤が添加されていない層のことであり、難燃層は、ベースポリマに対して難燃剤が所定量添加された層のことである。

＜絶縁層＞
絶縁層としては、ベースポリマと充填剤とその他の添加剤を含む樹脂組成物を用いることができる。ベースポリマとしては、電気絶縁性に優れたポリマであるポリオレフィンを用いることができる。ポリオレフィンとしては、特に限定されないが、ポリエチレン、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、エチレン・ブテン１共重合体、エチレン・ヘキセン１共重合体等のエチレンαオレフィン共重合体などを用いることができる。充填剤その他の添加剤としては、例えば、酸化防止剤、滑剤、架橋剤等を用いることができる。

＜難燃層＞
難燃層としては、エチレン酢酸ビニル共重合体及び酸変性ポリオレフィンを含有するベースポリマに、難燃剤を含む樹脂組成物を用いることができる。酸変性ポリオレフィンのポリオレフィン材料としては、ポリエチレン、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、エチレン・ブテン１共重合体、エチレン・ヘキセン１共重合体などのエチレンαオレフィン共重合体等が挙げられる。また、ポリオレフィンを変性する酸としては、例えばマレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸などが挙げられる。これらの酸変性ポリオレフィンは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

例えば、多層難燃絶縁ケーブル１０においては、外層４およびシース５のそれぞれにおける難燃剤の含有量は、ベースポリマ１００質量部に対して１５０質量部以上であることが好ましい。さらに、難燃剤の含有量の上限値は、３５０質量部以上であることが好ましい。

このように外層４およびシース５が難燃層であることにより、多層難燃絶縁ケーブル１０は、難燃特性も確保することができる。

ここで、本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０を、導体を被覆する層が、内層と外層とからなる２層構造の多層難燃絶縁電線と比較する。導体を被覆する層が２層構造の多層難燃絶縁電線の一例として、内層に電気特性を担わせるとともに、外層に難燃剤を添加して外層に難燃特性を担わせる比較例の多層難燃絶縁電線が知られている。この多層難燃絶縁電線では、外層に多数の難燃剤が添加されている。多数の難燃剤が添加された外層は、体積抵抗率が低くなるため、直流安定性に寄与しない。すなわち、難燃層は直流安定性に寄与しない。その要因の１つとして、難燃層では、難燃層を形成する樹脂と難燃剤との密着性が低いことに起因して難燃剤の周囲に微小な隙間が形成されてしまうことが考えられる。この隙間の形成により、難燃層は水が浸透しやすく吸水しやすい。そして、このような難燃層を有する多層難燃絶縁電線を水に浸漬させて直流安定性試験を実施する際に、水の浸透により導電パスが形成され、絶縁破壊が生じやすくなるため、絶縁信頼性が低い傾向にある（特開２０１９－８７４００号参照）。

以上のように、多数の難燃剤が添加された外層を有する多層難燃絶縁電線は、直流安定性試験に合格し難い。

本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０は、定格電圧が３６００Ｖクラスの高電圧の多層難燃絶縁ケーブル１０であり、３６００Ｖクラスの高電圧の多層難燃絶縁ケーブル１０では、直流安定性試験における電圧レベルも高く、より厳しい直流安定性試験に合格しなければならない。

そこで、本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０では、導体１を被覆する層として、内層３と外層４とシース５とからなる３層構造を採用している。なお、多層難燃絶縁ケーブル１０において、内層３に電気特性（直流安定性）を担わせ、外層４とシース５に難燃特性等の物理特性を担わせることを考案したが、内層３を厚くする（０．８ｍｍを超える）と、規格により内層単体で物理特性を確保しなければならず、内層単体で物理特性を確保するのは困難である。したがって、内層の厚さは厚くなり過ぎない様に抑えなければならない。つまり、本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０では、内層３の厚さを厚くなり過ぎない様に抑えつつ、外層４とシース５とを合わせた厚さをある程度厚くすることで多層難燃絶縁ケーブル１０の電気特性を確保している。

（実施例）
以下に、本発明の多層難燃絶縁ケーブルを、実施例を用いて説明する。尚、本発明は以下の実施例によっていかなる限定を受けるものではない。

直径０．２６ｍｍの素線を４７本用意し、これを集合撚りした集合撚線を１９本用意し、これを複合撚りした複合撚線からなる導体に、以下の材料からなる絶縁層として内層を０．４５ｍｍ、以下の材料からなる外層及びシース層の合計厚さを１．６７ｍｍ、押出機を用いて押出被覆した後、これを架橋させ多層難燃絶縁ケーブルとした。

内層の材料は以下のものを用いた。

エチレンαオレフィン共重合体（タフマＡ１０７０Ｓ三井化学社製）６０質量部
エチレンαオレフィン共重合体（タフマＡ４０５０Ｓ三井化学社製）３０質量部
エチレンαオレフィン共重合体（タフマＡ３５０７０Ｓ三井化学社製）１０質量部
架橋剤（パーブチルＰ日油社製）１．５質量部
充填剤（トランスリンク３７林化成社製）１２０質量部
外層及びシースは共通の材料を用い、具体的には以下のものを用いた。

エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ２６０、三井デュポンポリケミカル社製）７０質量部
エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ４５Ｘ、三井デュポンポリケミカル社製）１５質量部
エチレンαオレフィン共重合体（タフマＭＨ７０２０三井化学社製）１５質量部
水酸化マグネシウム（マグシースＳ４神島化学社製）１８０質量部
酸化防止剤（イルガノックス１０１０）２質量部
架橋剤（パーブチルＰ日油社製）２質量部
滑剤（ステアリン酸亜鉛）１質量部
（比較例）
直径０．２６ｍｍの素線を３３本用意し、これを集合撚りした集合撚線を１９本用意し、これを複合撚りした複合撚線からなる導体に、絶縁層として内層を０．３ｍｍ、外層及びシース層の合計厚さを０．７ｍｍとした点を除いて、実施例と同一の条件にて多層難燃絶縁ケーブルを作製した。

（参考例）
直径０．２６ｍｍの素線を３３本用意し、これを集合撚りした集合撚線を１９本用意し、これを複合撚りした複合撚線からなる導体に、絶縁層として内層を１．０ｍｍ、外層及びシース層の合計厚さを２．１ｍｍとした点を除いて、実施例と同一の条件にて多層難燃絶縁ケーブルを作製した。

得られた多層難燃絶縁ケーブルを以下に示す電気特性試験によって評価した。

＜電気特性試験：直流安定性試験＞
多層難燃絶縁ケーブルの電気特性を規格ＥＮ５０３０５．６．７に準拠した直流安定性試験により評価した。具体的には作製した多層難燃絶縁ケーブルを８５℃で３質量％の濃度の食塩水に浸漬させた状態で９ＫＶの条件で課電し、直流安定性試験を行った。そして、１０日間短絡しない場合を合格とし、１０日未満で短絡した場合を不合格とした。

＜評価結果＞
内層厚さ１．０ｍｍ、外層とシースの合計厚さ２．１ｍｍの多層難燃絶縁ケーブル（内層、外層、シースの合計厚さに対する外層とシースとの合計厚さの比率が約６７．８％）の参考例では、内層厚さが１．０ｍｍであり、直流安定性試験に合格した。これは、内層厚さが１．０ｍｍと厚いことに起因していると考えられるが、内層厚さが０．８ｍｍを超えるため、前述の通り、内層単体で物理特性を確保しなければならない欠点がある。一方、内層の厚さを薄くするべく、内層厚さ０．３ｍｍ、外層とシースの合計厚さ０．７ｍｍの多層難燃絶縁ケーブル（内層、外層、シースの合計厚さに対する外層とシースとの合計厚さの比率が７０％）の比較例では、直流安定性試験が不合格となった。これは内層厚さが０．３ｍｍと薄いことに起因していると考えられる。そこで、内層厚さ０．４５ｍｍ、外層とシースの合計厚さ１．６７ｍｍの多層難燃絶縁ケーブル（外層とシースとの合計厚さの比率が８０％）の実施例では、参考例に比して内層厚さが極めて薄いにもかかわらず、直流安定性試験が合格であった。

このことから、絶縁層である内層を薄くしても、内層、外層、シースの合計厚さに対する外層とシースからなる難燃層の比率を大きくし、難燃層にも電気特性を担わせることで、直流安定性試験を合格させることができることがわかった。

そして、以上の結果を踏まえると、本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０は、その内層３の厚さを０．４ｍｍ以上、かつ、０．８ｍｍ以下として内層３の厚さを確保し、さらに内層３と外層４とシース５との合計厚さに対する外層４とシース５との合計厚さの比率が８０％以上となるように外層４とシース５の厚さを設定することが好ましいと考えられる。すなわち、多層難燃絶縁ケーブル１０において、内層３の厚さ（Ｔ１）を０．４ｍｍ以上、かつ、０．８ｍｍ以下とし、さらに内層３と外層４とシース５との合計厚さ（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）に対する外層４とシース５との合計厚さ（Ｔ２+Ｔ３）の比率が８０％以上となるように外層４とシース５の厚さを設定する。これにより、多層難燃絶縁ケーブル１０において、３６００Ｖクラスの定格の電気特性（直流安定性）を確保することができるとともに、難燃特性等の物理特性を確保することもできる。

ここで、本実施形態の多層難燃絶縁ケーブル１０の一例として、３種類のＳＱ（平方ミリメートル。以下同じ）構造を取り上げ、それぞれのＳＱ構造における各層の厚さおよび仕上外径を示す。

２．５ＳＱ構造の多層難燃絶縁ケーブル１０として、内層厚さ（Ｔ１）＝０．５６ｍｍ（最小厚さ０．５１ｍｍ）、外層厚さ（Ｔ２）＝２．２３ｍｍ（最小厚さ２．０６ｍｍ）、シース厚さ（Ｔ３）＝０．８９ｍｍ（最小厚さ０．５８ｍｍ）とし、さらに、仕上外径（Ｄ）＝８．６～１０．１ｍｍとする。この場合、（Ｔ２+Ｔ３）／（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）＝０．８４＞０．８となる。

また、５０ＳＱ構造の多層難燃絶縁ケーブル１０として、内層厚さ（Ｔ１）＝０．５６ｍｍ（最小厚さ０．５１ｍｍ）、外層厚さ（Ｔ２）＝２．２３ｍｍ（最小厚さ２．０６ｍｍ）、シース厚さ（Ｔ３）＝１．１２ｍｍ（最小厚さ０．７５ｍｍ）とし、さらに仕上外径（Ｄ）＝１６．４～１９．１ｍｍとする。この場合、（Ｔ２+Ｔ３）／（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）＝０．８５＞０．８となる。

また、７０ＳＱ構造の多層難燃絶縁ケーブル１０として、内層厚さ（Ｔ１）＝０．５６ｍｍ（最小厚さ０．５１ｍｍ）、外層厚さ（Ｔ２）＝２．２３ｍｍ（最小厚さ２．０６ｍｍ）、シース厚さ（Ｔ３）＝１．１２ｍｍ（最小厚さ０．７５ｍｍ）とし、さらに仕上外径（Ｄ）＝１８．０～２１．１ｍｍとする。この場合、（Ｔ２+Ｔ３）／（Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３）＝０．８５＞０．８となる。すなわち、２．５ＳＱ構造、５０ＳＱ構造および７０ＳＱ構造の何れの多層難燃絶縁ケーブル１０においても、内層３、外層４およびシース５の厚さを上述のものとすることで、定格電圧が３６００Ｖクラスの多層難燃絶縁ケーブル１０の電気特性および物理特性を確保することが可能である。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、多層難燃絶縁ケーブル１０として、定格電圧が３６００Ｖクラスの多層難燃絶縁ケーブル１０の場合を説明したが、多層難燃絶縁ケーブル１０の定格電圧は３６００Ｖに限定されるものではなく、３６００Ｖ以外の定格電圧であってもよい。

また、多層難燃絶縁ケーブル１０における導体１および各層の組成についても上記実施形態で説明した組成に限定されるものではない。

１ 導体
２ セパレータ
３ 内層
４ 外層
５ シース
１０ 多層難燃絶縁ケーブル

Claims (3)

1. 導体と、
   前記導体を被覆する内層と、
   前記内層を被覆する外層と、
   前記外層を被覆するシースと、
   を有する多層難燃絶縁ケーブルであって、
   前記内層は絶縁層であり、かつ、前記外層および前記シースは難燃層であり、
   前記内層と前記外層と前記シースとの合計厚さに対する前記外層と前記シースとの合計厚さの比率は、８０％以上である、多層難燃絶縁ケーブル。
2. 請求項１に記載の多層難燃絶縁ケーブルにおいて、
   前記内層の厚さは、０．４ｍｍ以上である、多層難燃絶縁ケーブル。
3. 請求項１または２に記載の多層難燃絶縁ケーブルにおいて、
   前記外層における難燃剤の含有量は、ベースポリマ１００質量部に対して１５０質量部以上である、多層難燃絶縁ケーブル。

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