JP5227609B2

JP5227609B2 - 高電圧電子機器用ケーブル

Info

Publication number: JP5227609B2
Application number: JP2008043190A
Authority: JP
Inventors: 昌啓箕輪; 淳一西岡; 稔岡下; 智雄大石; 菜穂子田中
Original assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Current assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: JP2009200003A

Description

本発明は、医療用ＣＴ（computerized tomography）装置やレントゲン装置等の高電圧電子機器に用いられるケーブルに関する。

医療用ＣＴ装置やレントゲン装置等の高電圧電子機器用として高電圧直流電圧が課電されるケーブルにおいては、（ｉ）外径が細く軽量であること、（ii）可撓性が良好で移動・屈曲に耐えられること、（iii）静電容量が小さく、高電圧の繰り返し課電に追従できること、（iv）Ｘ線管球部の発熱に耐え得る耐熱性を有すること等が要求される。

従来、かかる高電圧電子機器用ケーブル（例えば、レントゲンケーブル）としては、低圧線心の２条と裸導体の１〜２条とを撚り合わせ、この上に内部半導電層を設け、さらにこの上に、高圧絶縁体、外部半導電層、遮蔽層およびシースを順に設けてなるものが知られている。高圧絶縁体には、一般に、軽量で柔軟性があり、かつ電気特性が比較的良好なＥＰゴム（エチレンプロピレンゴム）が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、ＥＰゴムは、電線製造時に特殊な架橋工程が必要であるため、製造工程が煩雑であるという問題があった。そこで、ＥＰゴムに代えて、架橋工程が不要で、かつゴムのような柔軟性を有するオレフィン系熱可塑性エラストマーやα−オレフィンコポリマーを使用することが検討されている。

しかしながら、一般にオレフィン系熱可塑性エラストマーは比誘電率が２．６以上と大きいため、細径化と低静電容量を両立させることができない。また、ＥＰゴムに匹敵する柔軟性を有するα−オレフィンコポリマーは融点が低く、高電圧電子機器用ケーブルの高圧絶縁体に適用するには、耐熱性が不十分である。したがって、架橋工程が不要で、かつ前述した（ｉ）〜（iv）の要求特性を全て満足するような絶縁材料を用いた高電圧電子機器用ケーブルは未だ得られていない。
特開２００２−２４５８６６号公報

本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたもので、高圧絶縁体の架橋工程を不要とすることができ、しかも、外径が細く軽量である、可撓性が良好で移動・屈曲に耐えられる、静電容量が小さく、高電圧の繰り返し課電に追従できる、Ｘ線管球部の発熱に耐えうる耐熱性を有する等の要求特性を十分に満足する高電圧電子機器用ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様である高電圧電子機器用ケーブルは、線心部外周に、内部半導電層、高圧絶縁体、外部半導電層、遮蔽層、およびシースを備える高電圧電子機器用ケーブルであって、前記高圧絶縁体が、比誘電率が２．３、熱老化（１００℃、９６時間）後の引張強さ残率および伸び残率がそれぞれ９０％および９０〜９５％、タイプＡデュロメータ硬さが６８〜７２、引張強さが１２〜１４ＭＰａ、伸びが８００〜８５０％、密度が８６６〜８６７ｋｇ／ｍ ^３、ＭＦＲ（２３０℃）が６〜７ｇ／１０分で、かつ結晶単位が互いに連結して網目構造を形成し、その結晶部の内部に非晶部が組み込まれ、さらにこの非晶部に周囲の非晶部が連結した結晶／非晶構造を有するポリオレフィン系熱可塑性エラストマーからなるものである。

本発明の高電圧電子機器用ケーブルによれば、高圧絶縁体の架橋工程が不要となり、製造工程の簡素化、製造コストの低減を図ることができ、しかも、外径が細く軽量で、可撓性に優れ、静電容量が小さく、Ｘ線管球部の発熱に耐えうる耐熱性を有する等、高電圧電子機器用ケーブルに要求される特性を十分に備えることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、それらの図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る高電圧電子機器用ケーブル（レントゲンケーブル）を示す横断面図である。

図１において、１１は、線心部を示しており、この線心部１１は、低圧線心１２の２条と、低圧線心１２の外径と同径かもしくはそれより小径の高圧線心１３の２条とを撚り合わせて構成されている。低圧線心１２は、例えば直径０．３５ｍｍのすずめっき軟銅線を１９本集合撚りしてなる断面積が１．８ｍｍ^２の導体１２ａと、この導体１２ａ上に設けられた、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる、例えば厚さが０．２５ｍｍの絶縁体１２ｂとから構成される。また、高圧線心１３は、例えば直径０．１８ｍｍのすずめっき軟銅線を５０本集合撚りしてなる断面積が１．２５ｍｍ^２の裸導体１３ａから構成される。裸導体１３ａ上には、場合により、半導電性の被覆が設けられていてもよい。

この線心部１１の外周には、内部半導電層１４、高圧絶縁体１５および外部半導電層１６が順に設けられている。内部半導電層１４および外部半導電層１６は、例えばナイロン基材、ポリエステル基材等からなる半導電性テープの巻き付け、および／または、半導電性ＥＰゴム等の半導電性ゴム・プラスチックの押出被覆により形成されている。

また、高圧絶縁体１５は、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーの押出被覆により形成されている。ここで、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、架橋工程が不要で成形可能である。本発明においては、このようなポリオレフィン系熱可塑性エラストマーであって、高圧シェーリングブリッジ法により、電圧１ｋＶ、周波数５０Ｈｚの条件で測定される比誘電率が２．４以下で、かつ、１００℃×９６時間の熱老化条件で、ＪＩＳＫ６２５７に準拠して測定される熱老化後の引張強さ残率および伸び残率がいずれも７０％以上であるものが使用される。比誘電率が２．４を超えると、ケーブルの細径化と低静電容量化を両立させることが困難になる。また、熱老化後の引張強さ残率および伸び残率のいずれか一方でも７０％に満たないと、耐熱性が不十分となる。なお、比誘電率は、２．３以下であることが好ましく、また、熱老化後の引張強さ残率および伸び残率は、いずれも８０％以上であることが好ましい。

本発明において好適に使用されるポリオレフィン系熱可塑性エラストマーとして、特定の結晶／非晶構造を有するポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが挙げられる。すなわち、一般的なポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが、非晶性の部分（「海」）に結晶性の部分が「島」状に存在する海島構造を有しているのに対し、このポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、結晶部が「島」ではなく長さ１０〜５０ｎｍ程度のらせん状の結晶単位が互いに連結して網目構造を形成し、その結晶部の内部に非晶部がｎｍオーダーで組み込まれ、さらにこの非晶部に周囲の非晶部が連結している構造を有する。

このような特定の結晶／非晶構造を有するポリオレフィン系熱可塑性エラストマーの市販品を例示すると、例えば三井化学(株)製のＮＯＴＩＯ^ＴＭＰＮ−２０７０、ＮＯＴＩＯ^ＴＭＰＮ−３５６０、ＮＯＴＩＯ^ＴＭＰＮ−００４０、ＮＯＴＩＯ^ＴＭＰＮ−２０６０（以上、商品名）等が挙げられる。

本発明において使用されるポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、また、ＪＩＳＫ６２５３により測定されるタイプＡデュロメータ硬さが９０以下であることが好ましく、３０〜８０であることがより好ましい。タイプＡデュロメータ硬さが９０を超えると、ケーブルの可撓性および取り扱い性が低下する。

また、ＪＩＳＫ６２５１に準拠して測定される引張強さが４ＭＰａ以上、同伸びが３００％以上であることが好ましく、引張強さが１０ＭＰａ以上、伸びが６００％以上であることがより好ましい。引張強さが４ＭＰａに満たないと、高電圧電子機器用ケーブルに必要な機械的強度が不足する。また、伸びが３００％に満たないと、同様に高電圧電子機器用ケーブルに必要な機械的強度が不足し、屈曲性等に問題が生じる。

さらに、２３℃において球−平板電極によるＡＣ破壊試験（ＡＣ電圧（５０Ｈｚ）、昇圧速度０．５ｋＶ／秒）により測定される絶縁破壊強さが３０ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましく、５０ｋＶ／ｍｍ以上であることがより好ましい。絶縁破壊強さが３０ｋＶ／ｍｍに満たないと、細径の高電圧電子機器用ケーブルとして（例えばＤＣ７５ｋＶ級の高電圧電子機器用ケーブルでは外径１４ｍｍ等の細径の場合）、絶縁特性に問題が生じるおそれがある。

本発明において使用されるポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、さらに、軽量性、加工性等の観点から、ＡＳＴＭＤ１５０５で規定する密度が１０００ｋｇ／ｍ^３以下、ＡＳＴＭＤ１２３８に準拠して測定されるＭＦＲ（荷重１０ｋｇｆ、温度２３０℃）が０．１〜１００ｇ／１０分であることが好ましい。密度が１０００ｋｇ／ｍ^３を超えると、ケーブル重量が重くなり取り扱い性が損なわれるおそれがある。また、ＭＦＲが０．１ｇ／１０分未満の場合は、加工時の流動性が小さく押出加工できなくなるおそれがある。ＭＦＲが１００ｇ／１０分を超える場合は、加工時の流動性が大きく押出加工できなくなるおそれがある。

なお、内部半導電層１４の外径は、例えば５．０ｍｍとされ、高圧絶縁体４および外部半導電層５は、それぞれ、例えば４．４ｍｍ厚さおよび０．２ｍｍ厚さに被覆される。

そして、外部半導電層１６上には、例えばすずめっき軟銅線の編組からなる厚さ０．３ｍｍの遮蔽層１７が設けられ、さらに、その上に例えば軟質塩化ビニル樹脂の押出被覆により厚さ１．０ｍｍのシース１８が設けられている。

このように構成される高電圧電子機器用ケーブル（レントゲンケーブル）においては、高圧絶縁体１５が、特定の物性を有する架橋工程の不要なポリオレフィン系熱可塑性エラストマーにより形成されているので、従来に比べ製造工程の簡素化および製造コストの低減を図ることができるうえ、外径が細く軽量で、可撓性に優れ、静電容量が小さく、耐熱性に優れる等、高電圧電子機器用ケーブルに要求される特性も十分に備えることができる。

図２および図３は、それぞれ本発明の高電圧電子機器用ケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。

図２に示す高電圧電子機器用ケーブルは、線心部１１が、低圧線心１２の２条と高圧線心１３（図面の例では、裸導体１３ａ上に半導電性の被覆１３ｂが設けられている）の１条とを撚り合わせて構成されている以外は、図１に示す高電圧電子機器用ケーブルと同様に構成されている。また、図３に示す高電圧電子機器用ケーブルは、いわゆる単心型ケーブルの例であり、線心部１１が導体１３ａのみで構成され、線心部（導体１３ａ）上に、内部半導電層１４、高圧絶縁体１５、外部半導電層１６、遮蔽層１７およびシース１８を順に設けた構成となっている。これらのケーブルにおいても、前述した実施形態と同様、製造工程の簡素化および製造コストの低減を図ることができるうえ、外径が細く軽量で、可撓性に優れ、静電容量が小さく、耐熱性に優れる等、高電圧電子機器用ケーブルに要求される特性を十分に備えることができる。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１
直径０．３５ｍｍのすずめっき軟銅線を１９本集合撚りしてなる断面積が１．８ｍｍ^２の導体上にポリテトラフルオロエチレンからなる厚さ０．２５ｍｍの絶縁体を被覆した低圧線心２条と、直径０．１８ｍｍのすずめっき軟銅線を５０本集合撚りしてなる断面積が１．２５ｍｍ^２の裸導体からなる高圧線心２条とを撚り合わせ、その外周にナイロン基材からなる半導電性テープを巻き付けて厚さ約０．５ｍｍの内部半導電層を設けた。この内部半導電層上にポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（三井化学（株）製商品名ＮＯＴＩＯ^ＴＭＰＮ−２０７０：密度８６７ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ（２３０℃）７ｇ／１０分；熱可塑性エラストマーＡと表記）を１６０℃で押出被覆して厚さ３．５ｍｍの高圧絶縁体を形成し、さらに、その上にナイロン基材からなる半導電性テープを巻き付けて厚さ約０．１５ｍｍの外部半導電層を設けた。この外部半導電層上に、すずめっき軟銅線編組からなる厚さ０．３ｍｍの遮蔽層を設け、その外側に軟質塩化ビニル樹脂シースを押出被覆して外径１４ｍｍの高電圧電子機器用ケーブル（レントゲンケーブル）を製造した。

実施例２、比較例１、２
高圧絶縁体の形成材料として、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（三井化学（株）製商品名ＮＯＴＩＯ^ＴＭＰＮ−３５６０；密度８６６ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ（２３０℃）６ｇ／１０分；熱可塑性エラストマーＢと表記）（実施例２）、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（三井化学（株）製商品名ミラストマー７０３０Ｎ；密度８８０ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ（２３０℃）３０ｇ／１０分；熱可塑性エラストマーＣと表記）（比較例１）、またはα−オレフィンコポリマー（三井化学（株）製商品名タフマーＡ−１０５０）（比較例２）を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして高電圧電子機器用ケーブルを製造した。なお、各高圧絶縁体材料の押出温度は、それぞれ１６０℃とした。

得られた高電圧電子機器用ケーブル（レントゲンケーブル）について、下記に示す方法で静電容量およびＤＣ破壊電圧を測定した。但し、後述するように、比較例２については高圧絶縁体材料の熱老化特性が好ましくなかったため測定しなかった。
［静電容量］
ＪＩＳＣ３００５に基づき測定した。
［ＤＣ破壊電圧］
導体−遮蔽間にＤＣ電圧を印加し、２０ｋＶ／分の条件でステップ昇圧して、破壊に至る電圧を測定した。

これらの結果を、高圧絶縁体の物性とともに表１に示す。なお、高圧絶縁体の物性は、ケーブルの製造とは別に厚さ０．５ｍｍと厚さ２ｍｍの２種類の厚さのシート試料を作製して測定した。機械的特性（タイプＡデュロメータ硬さ、引張強さ、伸び）の測定には厚さ２ｍｍのシート試料を使用し、電気的特性（比誘電率、絶縁破壊強さ）の測定には厚さ０．５ｍｍのシート試料を使用した。

表１から明らかなように、実施例では、高圧絶縁体は１００℃の熱老化試験に耐える耐熱性を有しており、かつ、ケーブル性能も、外径１４ｍｍという細径にもかかわらず、ＮＥＭＡ（NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURES ASSOCIATION）規格「High-Voltage X-ray Cable Assemblies and Receptacles」の要求性能（ＤＣ７５ｋＶ級の場合、静電容量０．１８７μｍ／ｋｍ以下）を満たす静電容量と、高電圧電子機器用ケーブル（レントゲンケーブル）として必要な絶縁特性（ＤＣ７５ｋＶ級の場合、ＤＣ破壊電圧２００ｋＶ以上）を満たすＤＣ破壊電圧を有していた。これに対し、比較例１では、高圧絶縁体の比誘電率が２．６と大きく、ケーブルの静電容量がＮＥＭＡ規格の要求性能を満たすことができなかった。また、比較例２では、耐熱性が不十分であった。すなわち、１００℃の熱老化試験中にシート試料が形状を維持できず、熱老化後の物性を評価することができなかった。

このように、本発明においては、高圧絶縁体を、比誘電率が２．４以下で、かつ熱老化（１００℃、９６時間）後の引張強さ残率および伸び残率がいずれも７０％以上であるポリオレフィン系熱可塑性エラストマーで構成したことにより、高圧絶縁体の架橋工程が不要で、製造工程の簡素化、製造コストの低減を図ることができ、しかも、外径が細く軽量で、可撓性に優れ、静電容量が小さく、Ｘ線管球部の発熱に耐えうる耐熱性を有する等の特性を十分に備える高電圧電子機器用ケーブルを得ることができた。

本発明の高電圧電子機器用ケーブルの一実施形態を示す横断面図である。本発明の高電圧電子機器用ケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。本発明の高電圧電子機器用ケーブルのさらに他の実施形態を示す横断面図である。

符号の説明

１１…線心部、１２…低圧線心、１３…高圧線心、１４…内部半導電層、１５…高圧絶縁体、１６…外部半導電層、１７…遮蔽層、１８…シース。

Claims

線心部外周に、内部半導電層、高圧絶縁体、外部半導電層、遮蔽層、およびシースを備える高電圧電子機器用ケーブルであって、
前記高圧絶縁体が、比誘電率が２．３、熱老化（１００℃、９６時間）後の引張強さ残率および伸び残率がそれぞれ９０％および９０〜９５％、タイプＡデュロメータ硬さが６８〜７２、引張強さが１２〜１４ＭＰａ、伸びが８００〜８５０％、密度が８６６〜８６７ｋｇ／ｍ ^３、ＭＦＲ（２３０℃）が６〜７ｇ／１０分で、かつ結晶単位が互いに連結して網目構造を形成し、その結晶部の内部に非晶部が組み込まれ、さらにこの非晶部に周囲の非晶部が連結した結晶／非晶構造を有するポリオレフィン系熱可塑性エラストマーからなることを特徴とする高電圧電子機器用ケーブル。