JP6286886B2

JP6286886B2 - 直流用ケーブル

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Publication number: JP6286886B2
Application number: JP2013124717A
Authority: JP
Inventors: 山崎　孝則; 孝則山崎; 喜之井上; 義直村田; 知彦片山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2033-06-13
Also published as: JP2015000883A

Description

本発明は、ポリエチレン組成物およびそれを用いた直流用ケーブルに関する。

ケーブルは、例えば電力の送電に用いられる。ケーブルでは、導体の外周上に絶縁層が設けられており、例えば高電圧のケーブルの場合、その絶縁層には架橋ポリエチレンが用いられる。架橋ポリエチレンからなる絶縁層は、ポリエチレンに架橋剤として例えばジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）などの有機過酸化物を添加したポリエチレン組成物を架橋させることで形成される。

近年、ケーブルには、例えば海底ケーブルなどへ適用するため、送電距離の長距離化が要請されている。送電距離の長距離化のため、ケーブルにおいては、送電距離による電力損失の大きい交流電力に代わって、電力損失の小さい直流電力による送電が検討されている。

ただし、架橋ポリエチレンからなる絶縁層を備えるケーブルの場合、直流電力を送電すると、絶縁層の架橋ポリエチレンに含まれる架橋剤（例えばＤＣＰなど）の分解残渣によって、絶縁層の体積抵抗率が低下したり、絶縁層における空間電荷の蓄積量が増加したりすることがあった。これにより、ケーブルの直流特性が低下することがあった。つまり、絶縁層が絶縁破壊する電圧（以下、直流破壊強度ともいう）が低下して、低電圧で絶縁破壊が生じ、絶縁特性が低下することがあった。

具体的には、絶縁層の体積抵抗率が低下すると、絶縁層からの漏れ電流が増加するため、漏れ電流によって発生するジュール熱が増大し、絶縁層は熱破壊されて劣化することになる。特に、絶縁層の厚さ方向における中心部分は、絶縁層の内周側（絶縁層の導体側）および外周側（絶縁層の表面側）よりも架橋剤の分解残渣が多く分布しており、体積抵抗率の低下がより大きい。このため、ケーブルに直流電力が課電されている間、絶縁層の内周側と外周側とにかかる電圧が大きくなる。この結果、ケーブルの絶縁層の有効膜厚が減少するため、直流破壊強度が低下し、絶縁特性が低下することがあった。
また、空間電荷の蓄積量が増加すると、絶縁層中に高電界の部分が局所的に発生する場合がある。高電界の部分では、直流破壊強度が低下するため、絶縁破壊が生じやすい。また、空間電荷の蓄積量が増加すると、例えば送電方向を反転させるために直流電圧の極性を反転させた際や、逆極性のインパルスが重畳された際、絶縁特性が低下し、絶縁破壊が生じることがあった。

このように、直流電力が送電されるケーブル（以下、直流用ケーブルともいう）では、絶縁層において体積抵抗率の低下や空間電荷の蓄積が生じるため、直流特性が低下し、絶縁特性が低下することがあった。

そこで、直流用ケーブルの絶縁層における空間電荷の蓄積を抑制することを目的として、絶縁層に、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やカーボンブラックなどの極性を有する無機充填剤を含有させる方法が提案されている（例えば、特許文献１および２を参照）。また、無機充填剤の粒子径が小さいほど、少量の添加量で空間電荷の蓄積を抑制できることから、無機充填剤の粒子径をμｍオーダ以下とする方法が提案されている（例えば、特許文献３〜５を参照）。

一方、架橋ポリエチレンにおいて無機充填剤を均等に行き渡らせることによって、絶縁
層の絶縁特性の低下を抑制し、直流用ケーブルの直流特性を向上できることが知られている。そこで、ポリエチレン組成物において無機充填剤を微細に分散させるため、分子量の標準偏差が８００〜１２００のポリエチレンが提案されている（例えば、特許文献６を参照）。また、無機充填剤を微細に分散させるため、無機充填剤と共に、アミド系滑剤やウレア系滑剤を含有される方法が提案されている（例えば、特許文献７を参照）。

特公昭５７−０２１８０５号公報特許第３６０２２９７号公報特開２００６−２９１０２２号公報特許第３４３０８７５号公報特開平１１−０８６６３４号公報特開平１０−２６９８５２号公報特開２０１０−１２１０５６号公報

しかしながら、特許文献６および７のポリエチレン組成物においては、無機充填剤のポリエチレンへの分散性が不十分であり、無機充填剤が凝集する場合があった。特に、無機充填剤の粒子径が小さく、例えばμｍオーダ以下となる場合、分散性が低下し、凝集がより生じやすかった。このようなポリエチレン組成物から形成される絶縁層では、無機充填剤の分散性が不十分であるため、絶縁特性が低く、絶縁特性の低下により絶縁破壊しやすいという問題があった。つまり、直流用ケーブルでは、直流特性が低下しやすく、寿命が短いという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、無機充填剤の分散性に優れるポリエチレン組成物、および直流特性の低下が抑制され、長寿命の直流用ケーブルを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、
ポリエチレン（Ａ）と、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）と、酸化マグネシウムおよびカーボンブラックのいずれか１つの無機充填剤（Ｃ）と、を含有する、ポリエチレン組成物が提供される。

本発明の第２の態様によれば、
前記無機充填剤（Ｃ）を、樹脂成分の総量１００重量部に対して、０．１重量部以上５重量部以下含有する、第１の態様のポリエチレン組成物が提供される。

本発明の第３の態様によれば、
前記ポリエチレン（Ａ）に対する前記エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）の比率（Ｂ）／（Ａ）が、１０／９０以下である、第１の態様又は第２の態様のポリエチレン組成物が提供される。

本発明の第４の態様によれば、
前記エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）は、エチレンおよび（メタ）アクリル酸エステルの共重合から得られ、前記（メタ）アクリル酸エステルを２０重量％以下含有する、第１〜第３の態様のいずれかのポリエチレン組成物が提供される。

本発明の第５の態様によれば、
前記エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）が、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体から選ばれる少なくとも１種である、第１〜第４の態様のいずれかのポリエチレン組成物が提供される。

本発明の第６の態様によれば、
第１〜第５の態様のいずれかのポリエチレン組成物を架橋させて形成される絶縁層を導体の外周上に備える直流用ケーブルが提供される。

本発明によれば、無機充填剤の分散性に優れるポリエチレン組成物、および直流特性の低下が抑制され、長寿命の直流用ケーブルが得られる。

本発明の一実施形態に係る直流用ケーブルの断面図である。

〈本発明者が得た知見〉
本発明の一実施形態の説明に先立ち、本発明者が得た知見について説明をする。

上述したように、無機充填剤を含有するポリエチレン組成物においては無機充填剤の分散性が低く、どうしても凝集が生じるため、架橋されて形成される絶縁層においては、無機充填剤の分散性が低かった。この結果、直流用ケーブルにおいては、絶縁層の絶縁特性が低下し、直流特性が低下することがあった。

無機充填剤が凝集する要因には種々考えられるが、その一つに、無機充填剤とポリエチレンとの極性の相違が挙げられる。具体的には、酸化マグネシウムなどの無機充填剤は、一般に、その表面に極性基を有しており、極性が高い。一方、無機充填剤が分散されるポリエチレンは、一般に、極性基を有さず、極性が低い。すなわち、比較的高い極性の無機充填剤と、比較的低い極性のポリエチレンとは相溶性が低く、無機充填剤のポリエチレンへの分散性は低い。このため、無機充填剤をポリエチレンに分散させると、無機充填剤はポリエチレンへ分散するよりも、極性を有する無機充填剤同士で引っ張りあって凝集することで凝集粒子を形成する傾向にある。

以上のことから、本発明者らは、無機充填剤の凝集を抑制する方法について鋭意検討を行った。その結果、無機充填剤をポリエチレンへ添加して分散させる際に、無機充填剤と共に、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体を添加することによって、無機充填剤をポリエチレン中に微細に分散できることを見出した。

エチレン−（メタ）アクリレート共重合体は、所定の極性を有しており、ポリエチレンおよび無機充填剤のそれぞれとの相溶性が高い。つまり、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体は、ポリエチレン中に微細に分散することができ、ポリエチレンを含む連続相（海相）中に微細に分散する分散相（島相）を形成する。しかも、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体は、海相中に微細に分散する島相のそれぞれに無機充填剤を取り込むことができる。すなわち、無機充填剤は、ポリエチレン中に微細に分散するエチレン−（メタ）アクリレート共重合体に取り込まれることによって、ポリエチレン中に微細に分散することができる。これにより、無機充填剤の凝集を抑制し、無機充填剤のポリエチレンへの分散性を向上することができる。

なお、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体と同様に所定の極性を有するポリマとして、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体などがある。しかし、このような共重合体では脂肪酸などの酸成分が残存しており、脂肪酸などのイオンが絶縁層の絶縁特性を低下させ、直流用ケーブルの直流用ケーブルの直流特性を低下させる。また、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体などでは、熱分解により酢酸を発生させるため、同様に直流用ケーブルの直流特性を低下させる。

本発明は、以上の知見に基づいて成されたものである。

〈本発明の一実施形態〉
以下、本発明の一実施形態について説明をする。

（１）ポリエチレン組成物
本発明の一実施形態に係るポリエチレン組成物は、ポリエチレン（Ａ）と、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）と、酸化マグネシウムおよびカーボンブラックのいずれか１つの無機充填剤（Ｃ）と、を混練して得られる。なお、本明細書において、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）は、エチレン−アクリレート共重合体と、エチレン−メタクリレート共重合体とを含む。

ポリエチレン（Ａ）は、ポリエチレン組成物において、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）や無機充填剤（Ｃ）が分散される連続相（海相）を形成している。ポリエチレン（Ａ）は、絶縁特性に優れており、架橋されて架橋ポリエチレンとなることによって高い耐熱性を示す。ポリエチレン（Ａ）としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン、分鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレンなどを用いることができる。

また、ポリエチレン（Ａ）は、メルトフローレート（ＭＦＲ）が１０ｇ／１０分以下であることが好ましい。これにより、ポリエチレン（Ａ）を含有するポリエチレン組成物の流動性および押出成形性を向上させることができる。なお、ＭＦＲは、例えば、ＪＩＳＫ７２１０に準拠する方法により測定することができる。

エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）（以下、単に共重合体（Ｂ）ともいう）は、（メタ）アクリレートに由来する極性基（例えば、エステル基）を分子鎖に有している。共重合体（Ｂ）は、ポリエチレン（Ａ）と比較して高い極性を有するものの、分子中にエチレン鎖を含むため、ポリエチレン（Ａ）との相溶性が高く、ポリエチレン（Ａ）への分散性に優れている。つまり、共重合体（Ｂ）は、ポリエチレン（Ａ）を含む海相中に微細に分散し、島相を形成する。一方、共重合体（Ｂ）は、所定の極性を有しており、ポリエチレン（Ａ）と比較して、極性を有する無機充填剤（Ｃ）との相溶性が高い。つまり、無機充填剤（Ｃ）は、ポリエチレン（Ａ）を含む海相よりも共重合体（Ｂ）を含む島相への分散性に優れており、共重合体（Ｂ）を含む島相中に取り込まれやすい。このように、共重合体（Ｂ）は、ポリエチレン（Ａ）を含む海相中に島相として分散すると共に、共重合体（Ｂ）中に無機充填剤（Ｃ）を取り込むことによって、無機充填剤（Ｃ）をポリエチレン（Ａ）中に微細に分散させ、無機充填剤（Ｃ）の凝集を抑制する。

エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）としては、ポリエチレン（Ａ）および無機充填剤（Ｃ）との相溶性に優れるものであれば、特に限定されない。このような共重合体（Ｂ）としては、エチレンと（メタ）アクリル酸エステルとの共重合から得られる共重合体であることが好ましい。このような共重合体においては、エチレンと、極性基を有する（メタ）アクリル酸エステルとの割合を適宜変更することによって、極性を調整する
ことができる。つまり、共重合させる（メタ）アクリル酸エステルの割合によって、ポリエチレン（Ａ）および無機充填剤（Ｃ）との相溶性を向上させ、分散性も向上させることができる。具体的には、（メタ）アクリル酸エステルの割合を２０重量％以下とすることが好ましく、５重量％以上２０重量％以下とすることがより好ましい。

また、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）は、エチレンと（メタ）アクリル酸エステルとの共重合から得られる場合、エチレン−酢酸ビニル共重合体のように脂肪酸などの酸成分を構造中に含まない。このため、架橋されて絶縁層に形成されたときに、脂肪酸などのイオンによる絶縁特性の低下が抑制される。

エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）としては、具体的には、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）の含有量は特に限定されない。共重合体（Ｂ）の含有量としては、ポリエチレン（Ａ）に対する共重合体（Ｂ）の比率（Ｂ）／（Ａ）が１０／９０以下となることが好ましく、２／９８以上１０／９０以下となることがより好ましい。つまり、ポリエチレン（Ａ）と共重合体（Ｂ）との合計を１００重量部としたとき、共重合体（Ｂ）の含有量が１０重量部以下とすることが好ましく、２重量部以上１０重量部以下とすることが好ましい。これにより、絶縁層における体積抵抗率を損なうことなく、無機充填剤（Ｃ）の分散性を向上させて空間電荷の蓄積をさらに抑制することができる。

無機充填剤（Ｃ）は、酸化マグネシウムおよびカーボンブラックのいずれか１つである。無機充填剤（Ｃ）は、ポリエチレン組成物が架橋されて形成される絶縁層に含有されることによって、空間電荷の蓄積を抑制し、絶縁層の絶縁特性の低下を抑制すると共に、直流用ケーブルの直流特性の低下を抑制する。無機充填剤（Ｃ）は、所定の極性を有しており、比較的低い極性を有するポリエチレン（Ａ）よりも比較的高い極性を有する共重合体（Ｂ）との相溶性に優れており、共重合体（Ｂ）に分散しやすい。つまり、無機充填剤（Ｃ）は、ポリエチレン組成物において、ポリエチレン（Ａ）を含む海相よりも、共重合体（Ｂ）を含む島相へ分散しやすい。ポリエチレン組成物において、島相は海相中に微細に分散しているため、無機充填剤（Ｃ）は島相に取り込まれることによって、海相中に微細に分散することになる。このように、無機充填剤（Ｃ）は、ポリエチレン（Ａ）を含む海相に微細に分散する共重合体（Ｂ）を含む島相中に取り込まれることによって、ポリエチレン（Ａ）中に微細に分散することができる。

無機充填剤（Ｃ）の含有量は、特に限定されない。本実施形態においては、無機充填剤（Ｃ）の分散性を向上し、ポリエチレン（Ａ）中に均等に行き渡らせることができるため、無機充填剤（Ｃ）の含有量が少なくても、絶縁特性の低下を抑制することができる。無機充填剤（Ｃ）の含有量としては、例えば、樹脂成分１００重量部に対して、つまりポリエチレン（Ａ）と共重合体（Ｂ）との合計１００重量部に対して、０．１重量部以上５重量部以下であることが好ましい。含有量を０．１重量部以上とすると、絶縁層における空間電荷の蓄積をより抑制することができ、絶縁層の絶縁特性、そして直流用ケーブルの直流特性の低下をより抑制することができる。一方、含有量を５重量部以下とすると、ポリエチレン組成物の加熱時の溶融粘度を低く抑制でき、押出成形性をより向上させることができる。これにより、絶縁層を形成する際に押し出すポリエチレン組成物の吐出量を増加させ、直流用ケーブルの生産性を向上させることができる。

無機充填剤（Ｃ）の粒子径としては、特に限定されない。ただし、空間電荷の蓄積を抑
制する観点から、粒子径は小さいことが好ましい。すなわち、無機充填剤（Ｃ）は、一次粒子の体積平均粒子径が２０００ｎｍ以下であることが好ましい。

無機充填剤（Ｃ）としての酸化マグネシウムは、シランカップリング剤により表面処理されていることが好ましい。酸化マグネシウムは、表面処理により、ポリエチレン（Ａ）との界面の密着性が向上するため、形成される絶縁層の機械的特性や低温特性を向上させることができる。

酸化マグネシウムの表面処理に用いるシランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、又は３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデンプロピルアミン等の少なくともいずれかを用いることができる。

無機充填剤（Ｃ）としてのカーボンブラックは、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラックなどを用いることができる。

なお、本実施形態のポリエチレン組成物は架橋されて、例えば直流用ケーブルの絶縁層に形成される。この架橋方法は特に限定されない。例えば、有機過酸化物により架橋する場合、ポリエチレン組成物に有機過酸化物を含有させて加熱することによって架橋を行う。有機過酸化物としては、例えばジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼンなどを用いることができる。有機過酸化物の添加量は、特に限定されず適宜変更することができる。

また、本実施形態のポリエチレン組成物は、その他の添加剤として、耐熱老化性を向上させるための酸化防止剤、滑剤、着色剤などを含有してもよい。酸化防止剤としては、例えば、２，２−チオ−ジエチレンビス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、ペンタエリスリチル−テトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、オクタデシル３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、２，４−ビス−［（オクチルチオ）メチル］−ｏ−クレゾール、２，４−ビス−（ｎ−オクチルチオ）−６−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルアニリノ）−１，３，５−トリアジン、ビス［２−メチル−４−｛３−ｎ−アルキル（Ｃ１２あるいはＣ１４）チオプロピオニルオキシ｝−５−ｔ−ブチルフェニル］スルフィド、および４，４’−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）などから選択される１種以上の酸化防止剤が含まれていてもよい。

（２）ポリエチレン組成物の製造方法
次に、上述のポリエチレン組成物の製造方法について説明をする。

まず、樹脂成分であるポリエチレン（Ａ）およびエチレン−（メタ）アクリレート共重
合体（Ｂ）と、酸化マグネシウムおよびカーボンブラックのいずれか１つの無機充填剤（Ｃ）とを混合し、混合物を形成する。このとき、ポリエチレン（Ａ）と共重合体（Ｂ）の添加量を、例えば比率（Ｂ）／（Ａ）が１０／９０以下となるように調整する。また、無機充填剤（Ｃ）の添加量を、例えば樹脂成分１００重量部に対して０．１重量部以上５重量部以下とする。また、架橋剤として有機過酸化物や、その他添加剤として酸化防止剤などを添加してもよい。

次に、得られた混合物を所定の温度で混練する。このとき、ポリエチレン（Ａ）を含む海相中に共重合体（Ｂ）が微細に分散されて、共重合体（Ｂ）を含む島相が形成される。これと同時に、無機充填剤（Ｃ）は、海相中に微細に分散される島相中に取り込まれることで、海相中に微細に分散されることになる。すなわち、無機充填剤（Ｃ）は凝集が抑制されており、ポリエチレン（Ａ）中に微細に分散させることができる。これにより、本実施形態のポリエチレン組成物を得られる。また、架橋剤として有機過酸化物を添加する場合は、他の配合剤をポリエチレンの融点以上で混練、ペレット化した後に、加熱含浸することにより、ポリエチレン組成物を得ることができる。

（３）直流用ケーブル
次に、上述のポリエチレン組成物を用いて形成された直流用ケーブルについて、図１を用いて説明をする。図１は、本発明の一実施形態に係る直流用ケーブルの断面図である。

本実施形態に係る直流用ケーブル１は、図１に示すように、導体１０を備えている。導体１０としては、例えば銅やアルミニウム等の素線を用いることができる。導体１０は、複数の素線を撚り合わせた撚線であってもよい。導体１０の導体径としては、特に限定されず、例えば１ｍｍ以上とすることができる。

導体１０の周囲には、導体１０の周囲を被覆するように内部半導電層１１が設けられている。内部半導電層１１は、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体などの半導電性の樹脂組成物により形成されている。内部半導電層１１の厚さとしては、特に限定されず、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。

内部半導電層１１の周囲には、内部半導電層１１の周囲を被覆するように絶縁層１２が設けられている。絶縁層１２は、上述のポリエチレン組成物を架橋することで形成されている。具体的には、上述のポリエチレン組成物に架橋剤として例えば有機過酸化物を添加して混合した後、有機過酸化物を含有するポリエチレン組成物を内部半導電層１１の外周上に押出被覆し、加熱により架橋することで架橋ポリエチレンとして、絶縁層１２を形成する。絶縁層１２は、無機充填剤（Ｃ）の分散性に優れるポリエチレン組成物により形成されており、無機充填剤（Ｃ）が微細に分散している。これにより、絶縁層１２は、空間電荷の蓄積が抑制されるため、絶縁特性の低下が抑制される。そして、直流用ケーブル１においては、直流特性の低下が抑制される。すなわち、絶縁層１２は１０^１５Ω・ｃｍ以上の高い体積抵抗率を示し、直流用ケーブル１においては、直流破壊強度が２５０ｋＶ／ｍｍ以上となる。なお、絶縁層１２の厚さとしては、直流用ケーブル１に要求される絶縁特性を得られれば特に限定されず、例えば１ｍｍ以上３５ｍｍ以下とすることができる。

絶縁層１２の周囲には、絶縁層１２の周囲を被覆するように外部半導電層１３が設けられている。外部半導電層１３は、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体やエチレン‐エチルアクリレート共重合体などの半導電性の樹脂組成物により形成されている。外部半導電層１３の厚さとしては、特に限定されず、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。

外部半導電層１３の周囲には、外部半導電層１３の周囲を被覆するように遮蔽層１４が
設けられている。遮蔽層１４は、例えば銅テープや軟銅線などを巻きつけることで形成されている。

遮蔽層１４の外周には、遮蔽層１４の周囲を被覆するようにシース１５が設けられている。シース１５は、例えばポリ塩化ビニル、絶縁層１２と同様のポリエチレン組成物、または耐燃ポリエチレン組成物などで形成されている。シース１５の厚さとしては、特に限定されず、例えば１ｍｍ以上とすることができる。

〈本実施形態に係る効果〉
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

本実施形態のポリエチレン組成物は、ポリエチレン（Ａ）と、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）と、酸化マグネシウムおよびカーボンブラックのいずれか１つの無機充填剤（Ｃ）と、を含有している。共重合体（Ｂ）は、（メタ）アクリレートに由来する極性基を有しており、所定の極性を有する。これにより、共重合体（Ｂ）は、ポリエチレン（Ａ）および無機充填剤（Ｃ）のそれぞれとの相溶性に優れている。すなわち、共重合体（Ｂ）は、ポリエチレン（Ａ）中に微細に分散すると共に無機充填剤（Ｃ）を取り込むことで、無機充填剤（Ｃ）をポリエチレン（Ａ）中に微細に分散させることができる。つまり、本実施形態のポリエチレン組成物は、無機充填剤（Ｃ）の凝集が抑制されており、無機充填剤（Ｃ）の分散性に優れている。

本実施形態のポリエチレン組成物は、無機充填剤（Ｃ）を、樹脂成分１００重量部に対して０．１重量部以上５重量部以下含有することが好ましい。本実施形態においては、無機充填剤（Ｃ）の分散性が優れており、無機充填剤（Ｃ）の含有量が少なくても、所定の絶縁特性を得ることができる。また、無機充填剤（Ｃ）の含有量を低減することにより、ポリエチレン組成物の押出成形性を向上させることができる。

本実施形態のポリエチレン組成物は、ポリエチレン（Ａ）に対するエチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）の比率（Ｂ）／（Ａ）が、１０／９０以下であることが好ましい。これにより、架橋されて形成される絶縁層の体積抵抗率を損なうことなく、無機充填剤（Ｃ）の分散性を向上させて空間電荷の蓄積をさらに抑制することができる。

本実施形態のポリエチレン組成物は、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）が、エチレンおよび（メタ）アクリル酸エステルの共重合から得られ、（メタ）アクリル酸エステルを２０重量％以下含有することが好ましい。これにより、共重合体（Ｂ）の極性を調整し、ポリエチレン（Ａ）および無機充填剤（Ｃ）のそれぞれとの相溶性をさらに向上させ、無機充填剤（Ｃ）の分散性を向上させることができる。また、共重合体（Ｂ）は、（メタ）アクリル酸エステルを含有しており、脂肪酸などの酸成分を含有していない。このため、脂肪酸などのイオンによる絶縁特性の低下が抑制される。

本実施形態の直流用ケーブルは、上述のポリエチレン組成物が架橋されて形成される絶縁層を導体の外周上に備えている。絶縁層は、無機充填剤（Ｃ）の分散性に優れているポリエチレン組成物が架橋されて形成されており、無機充填剤（Ｃ）が微細に分散している。このため、絶縁層においては体積抵抗率の低下、および空間電荷の蓄積が抑制されており、直流用ケーブルは直流特性の低下が抑制されている。

次に、本発明の実施例を説明する。

（１）原料
以下の実施例および比較例において用いた原料は次の通りである。

ポリエチレン（Ａ）として、以下のものを用いた。
低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）：（密度ｄ＝０．９２０、ＭＦＲ＝１ｇ／１０ｍｉｎ）

共重合体（Ｂ）として、以下のものを用いた。
（ｂ１）エチレン−メチルアクリレート共重合体：三井・デュポンポリケミカル株式会社製「エルバロイＡＣ１２１８」（ＭＡ含有量１８重量％、ＭＦＲ＝２ｇ／１０ｍｉｎ）
（ｂ２）エチレン−エチルアクリレート共重合体：三井・デュポンポリケミカル株式会社製「エルバロイＡＣ２１１２」（ＥＡ含有量１２重量％、ＭＦＲ＝１ｇ／１０ｍｉｎ）
（ｂ３）エチレン−ブチルアクリレート共重合体：三井・デュポンポリケミカル株式会社製「エルバロイＡＣ３１１７」（ＢＡ含有量１７重量％、ＭＦＲ＝１．５ｇ／１０ｍｉｎ）
（ｂ４）エチレン−メチルメタクリレート共重合体：住友化学株式会社製「アクリフトＷＤ２０１」（ＭＭＡ含有量１０重量％、ＭＦＲ＝２ｇ／１０ｍｉｎ）
（ｂ５）エチレン−メチルアクリレート共重合体：日本ポリエチレン株式会社製「レクスパールＥＭＡＥＢ０５０Ｓ」（ＭＡ含有量２４重量％、ＭＦＲ＝２ｇ／１０ｍｉｎ）

無機充填剤（Ｃ）として、以下のものを用いた。
（ｃ１）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：（体積平均粒子径約０．０５μｍ）
（ｃ２）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：（体積平均粒子径約０．２μｍ）
（ｃ３）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：（体積平均粒子径約０．２μｍ、ビニルトリメトキシシラン処理）
（ｃ４）カーボンブラック（ＳＡＦ）：（算術平均粒子径約０．０１９μｍ）

架橋剤（Ｄ）として、以下のものを用いた。
（ｄ１）ジクミルパーオキサイド：日油株式会社製「パークミルＤ」
（ｄ２）２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン：日油株式会社製「パーヘキサ２５Ｂ」
（ｄ３）ジ（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン：日油株式会社製「パーブチルＰ」

（２）ポリエチレン組成物の調製
上記原料を用いてポリエチレン組成物を調製した。調製条件を以下の表１に示す。

実施例１〜９では、表１に示すように、（Ａ）〜（Ｄ）成分の組み合わせ及び添加量を適宜変更し、ポリエチレン組成物を調製した。

具体的には、実施例１では、ポリエチレン（Ａ）としてのＬＤＰＥ９５重量部と、共重合体（Ｂ）としての（ｂ１）エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＭＡ含有量１８％）５重量部と、無機充填剤（Ｃ）としての（ｃ１）ＭｇＯ（体積平均粒子径約０．０５μｍ）０．１重量部、および酸化防止剤０．２重量部とを所定の温度（１８０℃）で混合し、混合物を調製した。さらに、架橋剤としてジクミルパーオキサイド２重量部を１２０℃で混合させ、実施例１のポリエチレン組成物を調製した。

実施例２〜１６では、表１に示すように、共重合体（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）および架橋剤（Ｄ）の種類、およびその添加量を適宜変更した以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜１６のポリエチレン組成物を調製した。

また、比較例１では、無機充填剤（Ｃ）を含有させず、また共重合体（Ｂ）を用いずにポリエチレン（Ａ）のみを用いた以外は、実施例１と同様にポリエチレン組成物を調製した。また、比較例２〜４では、共重合体（Ｂ）を用いずにポリエチレン（Ａ）のみを用いた以外は、実施例１と同様にポリエチレン組成物を調製した。

（３）シートサンプルの製造
本実施例では、直流用ケーブルの絶縁層を模擬したシートサンプルを製造した。具体的には、実施例１〜１６のポリエチレン組成物を押し出し、厚さ０．１５ｍｍとなるようにプレス成形することで、実施例１〜１６のシートサンプルを製造した。

（４）評価方法
実施例１〜１６のシートサンプルについて、直流特性を評価した。具体的には、絶縁層の体積抵抗率、長期直流Ｖ−ｔ試験、空間電荷測定により評価した。以下、それぞれについて説明する。

（体積抵抗率の測定）
シートサンプルに８０ｋＶ／ｍｍの直流電圧を１０分間印加した後、９０℃、６０％ＲＨの雰囲気におけるシートサンプルの体積抵抗率を測定した。

（長期直流Ｖ−ｔ試験）
シートサンプルを温度９０℃のシリコン油に浸漬させ、直径２５ｍｍの平板電極により一定の直流電界を印加して、絶縁破壊が生じるまでの時間を測定した。このとき、絶縁破壊までの時間が数分から１０００時間を超える結果が得られるまで、印加する電界を数１０ｋＶ／ｍｍから３００ｋＶ／ｍｍの間で調整した。この結果から、絶縁破壊が生じた電界と時間の関係（Ｖ−ｔ曲線）を求め、下記式（１）より寿命指数ｎを求めた。
Ｖ^ｎ×ｔ＝ｃｏｎｓｔ．・・・（１）
式（１）中、Ｖは電界［ｋＶ／ｍｍ］、ｔは時間［ｈ］、ｎは寿命指数を示す。本実施例では、寿命指数が２０以上のものを「◎」、１５以上２０未満のものを「○」、１５未満のものを「×」とした。

（空間電荷測定）
まず、パルス静電応力法（ＰＥＡ法）を用い、各シートサンプルを電極で挟み、温度３０℃、大気圧下で、電極に５０ｋＶ／ｍｍの直流電界を７日にわたって連続印加して空間電荷量を測定した。次に、測定した空間電荷量から、シートサンプル内部の電界への影響を具体的に数値化し、容易に比較できるようにするために、電界強調係数（ＦＥＦ：Fiel
d Enhancement Factor）を算出した。すなわち、測定した空間電荷量からシートサンプル内部の最大電界を算出し、下記式（２）により、電界強調係数を算出した。この電界強調係数の値が小さいほど、電界への影響が少ないことを示している。そして、この電界強調係数が１．１０未満のものを「良」、１．１５を超えるものを「悪」とし、空間電荷特性を評価した。
（ＦＥＦ）＝（試料内部の最大電界［ｋＶ／ｍｍ］）／（印加電圧[ｋＶ]／試料厚さ[ｍ
ｍ]）・・・（２）

（５）評価結果
表１に示すように、実施例１〜１６では、体積抵抗率が５×１０^１４Ω・ｃｍ以上であり、高い絶縁特性を示すことが確認された。また、長期直流Ｖ−ｔ試験によれば、寿命指数が１５以上であり、耐久性に優れていることが確認された。また、空間電荷測定によれば、電界強調係数が１．１０未満となり、空間電荷の蓄積が抑制されていることが確認された。
なお、実施例１，３〜９，１２〜１６は、実施例２，１０，１１よりも体積抵抗率が高く、また寿命指数が大きいため耐久性に優れていることが確認された。これは、実施例１などでは共重合体（Ｂ）の添加量を１０重量部以下としており、体積抵抗率の低下がより抑制されているためと考えられる。
また、実施例３や実施例４では、（メタ）アクリル酸エステルの含有量が２０重量％以下の共重合体（ｂ１）〜（ｂ４）を用いており、（メタ）アクリル酸エステルの含有量が２４重量％の共重合体（ｂ５）を用いる実施例５と比較して、体積抵抗率が高いことが確認された。これは、共重合体（ｂ１）〜（ｂ４）によれば、無機充填剤（Ｃ）の分散性がより向上されているためと考えられる。
また、無機充填剤（Ｃ）として、ＭｇＯを用いた実施例３などと、カーボンブラックを用いた実施例６などでは、いずれも良好な特性を示しており、無機充填剤（Ｃ）の種類に関係しないことが確認された。また、実施例７〜９などでは、架橋剤の種類を変更したが、いずれも良好な特性を有しており、架橋剤の種類に関係しないことが確認された。

一方、比較例１では、無機充填剤（Ｃ）を含有させないため、体積抵抗率が１０^１３Ω・ｃｍであり、低いことが確認された。また、長期直流Ｖ−ｔ試験、空間電荷測定によれば、空間電荷の蓄積を十分に抑制できず、耐久性に劣ることが確認された。また、比較例２〜４では、無機充填剤（Ｃ）を含有させるものの、その分散性が低いためか、体積抵抗率が低く、耐久性に劣ることが確認された。

１ケーブル
１０導体
１２絶縁層

Claims

ポリエチレン組成物を架橋させて形成される絶縁層を導体の外周上に備える直流用ケーブルであって、
前記ポリエチレン組成物は、ポリエチレン（Ａ）と、エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）と、酸化マグネシウムである無機充填剤（Ｃ）と、を含有し、前記ポリエチレン（Ａ）を含む海相中に前記エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）を含む島相が分散されて形成され、当該島相中に前記無機充填材（Ｃ）が取り込まれて構成されており、
前記ポリエチレン（Ａ）は、ＪＩＳＫ７２１０で測定されるメルトフローレートが１０ｇ／１０分以下である低密度ポリエチレンであり、
前記エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）は、エチレンおよび（メタ）アクリル酸エステルの共重合から得られ、前記（メタ）アクリル酸エステルを１０重量％以上２０重量％以下の範囲で含有し、ＪＩＳＫ７２１０で測定されるメルトフローレートが１ｇ／１０分以上２ｇ／１０分以下であり、
前記無機充填剤（Ｃ）の含有量が樹脂成分の総量１００重量部に対して０．１重量部以上５重量部以下であり、
前記ポリエチレン（Ａ）に対する前記エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）の比率（Ｂ）／（Ａ）が、２／９８以上５／９５以下であり、
前記酸化マグネシウムは、一次粒子の体積平均粒子径が２０００ｎｍ以下であり、
前記絶縁層は、パルス静電応力法により温度３０℃、大気圧下で５０ｋＶ／ｍｍの直流電界を７日にわたって連続して印加したときに測定される空間電荷量に基づいて算出される電界強調係数が１．１０未満であることを特徴とする直流用ケーブル。
前記エチレン−（メタ）アクリレート共重合体（Ｂ）が、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の直流用ケーブル。