JP3692315B2 - 圧縮導体を使用した水密絶縁電線。 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮導体を使用した水密絶縁電線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
銅線を素線とする撚り線に於いては、素線の線引き加工時や撚り線加工時に発生する引っ張り応力や、曲げ応力が歪みとして残留している。こうした残留応力と水分との相乗作用により導体の腐食が進行する現象があり、応力腐食といわれている。
この応力腐食は、ひどい場合には導体が断線するという場合もあり、応力腐食の防止方法が種々検討されている。
【０００３】
応力腐食の防止方法の一つとして、撚り線導体を圧縮成形することが提案されている。圧縮成形することにより、残留応力をキャンセルする効果があると言われている。
また、一方、応力腐食に関与する水分が導体と接触するのを防ぐために、導体に水密材料を被覆する方法も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
送電する電気容量が同じ導体の中で、圧縮導体は、外径が小さくでき、電線ケーブルのコンパクト化に役に立つ。しかも、前記の通り、応力腐食の防止の役にも立つので、圧縮導体を用いて、これに水密材料を被覆すれば、大変有効な応力腐食対策になり、かつ、ケーブルのコンパクト化にも役に立つと考えられる。
ところが、複数本の導体の撚り合わせ時に、水密材料をそれぞれの導体に被覆して、撚り線導体間隙に水密材料を充填しても、水密材料によっては、導体を圧縮成形すると、水密材料の防水効果が発揮できなくなる場合がある。また、水密材料によっては、導体への付着が少ない状態に皮剥ぎすることが大変やりにくくなる場合がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の欠点をなくしたもので、圧縮導体を使用した水密性が良く、かつ、皮剥ぎ性にも優れた絶縁電線を提供するもので、複数本の導体の撚り合わせ時に、第１の水密材料として、１００％モジュラスが、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を、それぞれの導体に被覆して、前記第１の水密材料を撚り線導体間隙に充填した撚り線導体を、占積率８７〜８９％となるように圧縮成形し、その外周に、第２の水密材料として１００％モジュラスが０．６ＭＰａ以上、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を被覆し、その後、その外周に、絶縁層を押出し被覆することを特徴とする圧縮導体を使用した水密絶縁電線である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に於いては、次に挙げるポリマーおよび、それらを相互にブレンドした樹脂組成物の中から１００％モジュラス値をキーとして、第１および第２の水密材料を選定し、それを使用することができる。
（１） エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）
（２） エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂（ＥＥＡ）
（３） スチレン系熱可塑性エラストマー
ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレン（ＳＢＳ）
ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレン（ＳＩＳ）
ポリスチレン−ポリ（エチレン−ブチレン）−ポリスチレン（SEBS）
ポリスチレン−ポリ（エチレン−プロピレン）−ポリスチレン（SEPS）
（４） ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）
オレフィン系ゴム（EPDMやIIR）と ポリオレフィン樹脂とのブレンド
（５） ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）
（６） ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ）
（７） ポリアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＡ）
（８） １，２ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＶＢ）
（９） トランスポリイソプレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＩ）
（１０） フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー
（１１） アイオノマー系熱可塑性エラストマー
（１２） ポリマーアロイ系エラストマー
（１３） 超低密度ポリエチレン
【０００７】
本願発明者等は、後に述べる第１ステップの検討により、架橋ポリエチレン絶縁電線に於いては、次に述べる通り、水密材料の１００％モジュラス、および、ポリエチレンを架橋する際の架橋温度の両方が、水密性にも皮剥ぎ性にも大きな影響を及ぼすことを見出した。
すなわち、
１００％モジュラスが、できるだけ小さい樹脂組成物を水密材料として選定すれば、水密性は良好になる。しかし、１００％モジュラスが０．６０ＭＰａ未満の樹脂組成物を水密材料として使用すると、水密材料の導体への付着が少ない状態に皮剥ぎすることが著しく困難になる。
一方、１００％モジュラスが２．７０ＭＰａより大きい樹脂組成物を水密材料として選定すると、水密性を良好にすることが困難である。
【０００８】
シラン架橋剤入りのポリエチレンを絶縁層として押出し被覆した後、温水または常圧の水蒸気中で、絶縁層のポリエチレンを架橋させるが、ポリエチレンの架橋温度を９０℃以上とするには、大掛かりな設備が必要であり、ポリエチレンの架橋温度を６０℃以下にしたのでは、架橋時間が長くなり過ぎて好ましくない。
また、水密材料は、温度が高くなると粘度が低下し、導体との密着性が大きくなる。従って、水密性を良くするには、架橋温度を高くすることが好ましく、皮剥ぎ性を良くするには架橋温度は低い方が好ましい。
【０００９】
以上の知見に基づいて、本発明者等は、次のようなプロセスに従って、シラン架橋方式で、ＯＣ−Ｗを製造することを考えた。
▲１▼ 導体の撚り合わせ時に、第１の水密材料を導体に被覆して、第１の水密材料を撚り線導体間隙に充填する。
▲２▼ 第１の水密材料を撚り線導体間隙に充填した撚り線導体の外周に、第２の水密材料を被覆し、その後、その外周に、シラン架橋剤入りのポリエチレンを押出し被覆する。
▲３▼ 温水または常圧(1気圧以下)の水蒸気中で、前記押出し被覆したポリエチレンを架橋させる。
上記のように、同じＯＣ−Ｗに於いて、撚り線導体間隙と撚り線導体の外周とに異なる樹脂組成物を水密材料として使用することで、水密材料の選択の幅をひろげることができ、水密性に優れ、かつ、皮剥ぎ性にも優れたＯＣ−Ｗをシラン架橋方式で容易に製造することができる。
また、このように撚り線導体間隙と撚り線導体の外周とに異なる樹脂組成物を水密材料として使用するという考え方は、非架橋の絶縁電線にも応用することができる。
【００１０】
（第１ステップの検討）
表１に示したサンプル１〜サンプル８のＥＥＡを、水密材料として使用し、それぞれの水密材料を撚り線導体の外から圧入し、シラン架橋剤入りのポリエチレンを押出し被覆し、次いで、架橋温度を数種類変化させて、押出し被覆したそれぞれのポリエチレンをシラン架橋させ、ＯＣ−Ｗを試作した。そして、試作したそれぞれの電線の水密性、皮剥ぎ性を調査した。
【００１１】
【表１】

【００１２】
試作した電線の水密性、皮剥ぎ性は、以下に述べるような方法、および判定基準を用いて評価した。
［水密性］
長さ２ｍの電線の片端に、差圧が０．０１気圧になるように水圧を掛け、２４時間後の水の進入長を測定し、時間当たりの水の進入速度（ｍｍ／Ｈ）を求め、これを水密性の指標とし、判定の基準を次の通りとした。（ ◎、○、△は実用可能。×は実用できない。）
水密性 水の進入速度
Ａ判定（ ◎ ） ： １ｍｍ／Ｈ未満
Ｂ判定（ ○ ） ： １〜１０ｍｍ／Ｈ
Ｃ判定（ △ ） ： １０〜１００ｍｍ／Ｈ
Ｄ判定 （ × ）： １００ｍｍ／Ｈ以上
【００１３】
［皮剥ぎ性］
間隔を８０ｃｍ離して作業台に固定された１対のバイスに、長さ約１ｍの電線の両端を挟んで、挟まれた電線の中央部を約４０ｃｍ、専用皮剥工具（ＧＳピラ−古川電機製）で皮剥ぎする。尚、皮剥ぎ時の周囲温度は常温（２５±５℃）とする。
そして、皮剥ぎ性の判定基準は次の通りとした。
（ ◎、○、△は実用可能。×は実用できない。）

【００１４】
試作した電線の水密性、皮剥ぎ性の評価結果を表２に示す。
表２に於いて、サンプルの欄の（ ）内に示した数字は、それぞれのサンプルの１００％モジュラスの値（ＭＰａ）を示す。
また、水密材料の融点と架橋温度との温度差は、水密材料の融点から、ポリエチレンの架橋温度を引いて求めたもので、プラスは、水密材料の融点より低い温度でポリエチレンをシラン架橋させることを示し、マイナスは、水密材料の融点より高い温度でポリエチレンをシラン架橋させることを示している。
また、サンプルの１００％モジュラスの値（ＭＰａ）をＸ軸にとり、水密材料の融点と架橋温度との温度差をY軸にとって、表２の結果のそれぞれをグラフ上に示すと図１のようになる。
グラフ上の各座標に於いて、当該座標のＸ値を水密材料の１００％モジュラスの値、Y値を温度差（水密材料の融点−架橋温度）としたときの水密性、皮剥ぎ性を調査した結果を示し、上段は水密性の評価結果、下段は皮剥ぎ性の評価結果を示す。
【００１５】
【表２】

【００１６】
表２および図１に示した水密性、皮剥ぎ性の評価結果から、次のことがわかる。
１００％モジュラスが、それぞれ、３．０５、３．２８ＭＰａのサンプル７、または、サンプル８を水密材料として使用した場合は、いずれも、水密性が実用可能なレベルに達しなかったが、１００％モジュラスが０．６１〜２．６３ＭＰａのサンプル１〜サンプル６のいずれかを水密材料として使用した場合は、いずれも、水密性が良好である。そして、１００％モジュラスが小さいものほど水密性がより良好な傾向が認められる。
しかし、皮剥ぎ性は、１００％モジュラスが大きいほど、より良好な傾向が認められる。
そして、表２に於いて、水密性、皮剥ぎ性が共にＡ判定（ ◎ ）になっているのは、サンプル３を用いて、温度差（前記の選ばれた水密材料の融点−架橋温度）が１２℃という温度条件で、ポリエチレンをシラン架橋させる場合のみである。
このように、撚り線導体間隙と撚り線導体の外周とに同じ樹脂組成物を水密材料として使用するとすると、水密性、皮剥ぎ性が共に充分に良好なＯＣ−Ｗを製造するための条件の幅は、大変狭いものとなる。
【００１７】
しかし、前記の本発明のプロセスに従って、撚り線導体間隙と撚り線導体の外周とに異なる樹脂組成物を水密材料として使用することにすれば、撚り線導体の内層間隙に充填する第１の水密材料は、１００％モジュラスが２．６３ＭＰａ以下という条件で、水密性を重視して、比較的幅広い範囲から選ぶことができる。そして、１００％モジュラスが０．６ＭＰａ以上、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物の中から、皮剥ぎ性を重視して、第２の水密材料を選んで、これを撚り線導体の外周に、被覆し、その後、その外周に、シラン架橋剤入りのポリエチレンを押出し被覆し、温度差（前記の選ばれた第２の水密材料の融点−架橋温度）がゼロ℃以上、３０℃以下で、かつ、ポリエチレンのシラン架橋温度が６０℃以上の条件で、前記押出し被覆したポリエチレンをシラン架橋させることにより、水密性が特に優れていて、かつ、皮剥ぎ性にも優れたＯＣ−Ｗを製造することができる。
【００１８】
以上は、ＥＥＡの例について示したが、他の樹脂組成物についても、１００％モジュラスが、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を第１の水密材料として選び、導体の撚り合わせ時に前記第１の水密材料を導体に被覆することにより、前記第１の水密材料を撚り線導体間隙に充填し、前記第１の水密材料が撚り線導体間隙に充填された撚り線導体の外周に、１００％モジュラスが０．６ＭＰａ以上、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を第２の水密材料として選んで、これを被覆し、その後、その外周に、シラン架橋剤入りのポリエチレンを押出し被覆し、前記の選ばれた第２の水密材料の融点以下で、かつ、６０℃以上９０℃以下の温度条件で、前記押出し被覆したポリエチレンをシラン架橋させれば、水密性が特に優れていて、かつ、皮剥ぎ性にも優れたＯＣ−Ｗを製造することができる。
【００１９】
特に、極性を持たない熱可塑性エラストマー（ＳＩＳ、ＳＥＢＳ、ＴＰＯ、TPU）は、導体との接着に対して、架橋温度の影響が少ないので、１００％モジュラスが前記の範囲のものを選んで第２の水密材料とすれば、ＥＥＡよりも広い範囲の架橋温度で、水密性が良く、かつ、皮剥ぎ性にも優れたＯＣ−Ｗを製造することができるので好ましい。
【００２０】
（第２ステップの検討）
第１ステップの検討により、シラン架橋ポリエチレン絶縁電線に於いて、良好な性能を示した水密材料を用いて、圧縮導体の絶縁電線の場合の水密性の調査をした。
撚り合わせると導体断面積が ８０ｍｍ^２ になる導体について、複数の素線に、それぞれ水密材料（ＥＥＡ Ａ７０９ または Ａ７１３）を被覆して撚り合わせ、導体の占積率が変わるように圧縮成形し、その外周に、前記と同じ水密材料を被覆した後、絶縁被覆をした電線を試作し、第１ステップでの方法と同様の方法で、水密性の検討を行った。
水密材料として ＥＥＡ A７０９を使用した場合の結果を表３に、ＥＥＡ Ａ７１３を使用した場合の結果を表４に示した。
【００２１】
【表３】

【００２２】
【表４】

【００２３】
表３、表４から次のことがわかる。
導体占積率が８６％では、導体抵抗、導体引っ張り強さの両方の規格を満足せず、導体占積率は８７％以上であることが必要である。
導体占積率８７〜８９％であれば、シラン架橋ポリエチレン絶縁の場合も、非架橋のサーモプラスチック絶縁の場合も、水密性は実用上問題ないレベルであるが、導体占積率が９０％だと、水密性がＤ判定になる。
導体占積率が９０％以上になると、水密材料が入るスペースが少なくなり、水密性の効果を充分に発揮できるだけの量が確保できないためと考えられる。
以上より、圧縮導体であって、水密材料による水密性の効果を発揮させるには、ステップ１の検討で見出した特定の水密材料を使用し、かつ、導体占積率を８７〜８９％とすることが必要なことがわかった。
【００２４】
なお、導体占積率を８７〜８９％とする場合に用いる圧縮前の導体素線の外径は、撚り線導体の断面積により、それぞれ異なっている。
３８ｍｍ^２〜１５０ｍｍ^２ の範囲で、導体占積率を８７〜８９％とする場合に用いる圧縮前の導体素線の外径を実績から求めた結果を表５に示す。
【００２５】
【表５】

【００２６】
【発明の効果】
複数本の導体の撚り合わせ時に、第１の水密材料として、１００％モジュラスが、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を、それぞれの導体に被覆して、前記第１の水密材料を撚り線導体間隙に充填した撚り線導体を、占積率８７〜８９％となるように圧縮成形し、その外周に、第２の水密材料として１００％モジュラスが０．６ＭＰａ以上、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を被覆し、その後、その外周に絶縁層を押し出し被覆することを特徴とする本発明の水密絶縁電線は、圧縮導体を使用することで、導体の残留応力がキャンセルされ、かつ、水密性が良いので、応力腐食を防止できる。しかも、皮剥ぎ性にも優れていて、端末加工がやりやすい。そして、圧縮導体であり、外径が小さくでき、電線ケーブルのコンパクト化に役に立つので、工業的に大変利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】各種ＥＥＡ１００％モジュラスの値（ＭＰａ）について、水密材料の融点と架橋温度との温度差に於ける水密性／皮剥ぎ性を示す。

Claims (4)

1. 複数本の導体の撚り合わせ時に、第１の水密材料として、１００％モジュラスが、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を、それぞれの導体に被覆して、前記第１の水密材料を撚り線導体間隙に充填した撚り線導体を、占積率８７〜８９％となるように圧縮成形し、その外周に、第２の水密材料として１００％モジュラスが０．６ＭＰａ以上、２．７ＭＰａ以下の樹脂組成物を被覆し、その後、その外周に絶縁層を押し出し被覆することを特徴とする圧縮導体を使用した水密絶縁電線。
2. 前記絶縁層は、第２の水密材料の外周に、シラン架橋剤入りのポリエチレンを押出し被覆し、６０℃〜９０℃の温度範囲で、かつ、前記の第２の水密材料の融点以下の温度で、前記押出し被覆したポリエチレンをシラン架橋させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮導体を使用した水密絶縁電線。
3. 第２の水密材料が、エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮導体を使用した水密絶縁電線。
4. 圧縮導体の圧縮前の導体素線径が下記の通りであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧縮導体を使用した水密絶縁電線。
   導体断面積が ３８ｍｍ^２ の場合：２．６６〜２．７４ｍｍ
   導体断面積が ６０ｍｍ^２ の場合：２．０３〜２．１０ｍｍ
   導体断面積が ８０ｍｍ^２ の場合：２．３４〜２．４１ｍｍ
   導体断面積が １００ｍｍ^２ の場合：２．６１〜２．６９ｍｍ
   導体断面積が １５０ｍｍ^２ の場合：３．２０〜３．３０

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