(57)【要約】【課題】環境負荷の小さいポリオレフィン系樹脂組成物製で、ケーブル発熱時の圧縮強度を保ちつつ、可とう性や耐衝撃性に優れた波付可とう管を提供する。【解決手段】ポリオレフィン系樹脂１００重量部あたり、充填材として平均粒子径が０．５〜５．０μｍの炭酸カルシウム炭酸カルシウムまたはタルク、あるいは炭酸カルシウムとタルクの両方を５〜６０重量部含むポリオレフィン系樹脂組成物からなり、肉厚が６．５ｍｍ以下の波付可とう管。また、前記炭酸カルシウムが、累積粒度分布９０重量％の粒径が３０μｍ以下であり、かつ４５μｍふるい残分が１．０％以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂１００重量部あたり、平均粒子径が０．５〜５．０μｍの炭酸カルシウムまたはタルク、あるいは炭酸カルシウムとタルクの両方を５〜６０重量部含むポリオレフィン系樹脂組成物からなり、肉厚が６．５ｍｍ以下の波付可とう管。
【請求項２】
前記炭酸カルシウムが、累積粒度分布９０重量％の粒径が３０μｍ以下であり、かつ４５μｍふるい残分が１．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の波付可とう管。
【請求項３】
前記タルクが、４５μｍふるい残分が１．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の波付可とう管。
【請求項４】
管内径の６倍の曲げ半径に曲げるときの荷重が３００Ｎ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の波付可とう管。
【請求項５】
６０℃における加熱圧縮試験で、長さ２５０ｍｍの波付可とう管を全長にわたり平板間に挟み、２０ｍｍ／ｍｉｎの圧縮速度で、荷重Ｐ（Ｎ）＝７．１×（Ｄ＋ｄ）／４  （Ｄは管外径（ｍｍ）、ｄは管内径（ｍｍ））をかけた際に、管外径のたわみ率が３．５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の波付可とう管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電線、ケーブルを保護する波付可とう管であって、環境負荷の小さいポリオレフィン系樹脂組成物で、ケーブル発熱時の圧縮強度を保ちつつ、可とう性や耐衝撃性に優れた作業性の良い波付可とう管に関する。
【背景技術】
【０００２】
電線管に収められた電力ケーブルは通電により発熱し、配管状態によっては管内温度が６０℃に達する場合がある。一方、地中に埋設される電線管には、埋設土による荷重と車両の通行による荷重などがかかっており、圧縮強度が求められる。従来、耐熱圧縮強度を管に持たせる場合は、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂製ではなく、素材自体の耐熱性が高い塩化ビニル樹脂製の可とう管が用いられてきた（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２８８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、塩化ビニル樹脂は、燃焼時のダイオキシン発生や、安定剤として鉛や錫などが含有されるなどの問題があり、環境意識の高まりによって使用量を削減する方向に向かっており、塩化ビニル樹脂を使用しないポリオレフィン系樹脂製の電線管が求められている。
【０００５】
また、ポリオレフィン系樹脂で耐熱圧縮強度を上げる場合には、単に管の肉厚を厚くして、圧縮強度を上げる手法が用いられてきた。しかしながら、波付可とう管の場合、単に管の肉厚を厚くすると可とう性が損なわれ、人力で曲げることが困難となり、作業効率が悪くなるといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、環境負荷の小さいポリオレフィン系樹脂組成物製で、ケーブル発熱時の圧縮強度を保ちつつ、可とう性や耐衝撃性に優れた波付可とう管を提供することである。
【０００７】
前述した目的を達成するために、第１の発明は、ポリオレフィン系樹脂１００重量部あたり、平均粒子径が０．５〜５．０μｍの炭酸カルシウムまたはタルク、あるいは炭酸カルシウムとタルクの少なくとも一方を５〜６０重量部含むポリオレフィン系樹脂組成物からなり、肉厚が６．５ｍｍ以下の波付可とう管。
【０００８】
また、前記炭酸カルシウムが、累積粒度分布９０重量％の粒径が３０μｍ以下であり、かつ４５μｍふるい残分が１．０％以下であることが好ましい。
【０００９】
また、前記タルクが、４５μｍふるい残分が１．０％以下であることを特徴とする波付可とう管。
【００１０】
また、管内径の６倍の曲げ半径に曲げるときの荷重が３００Ｎ以下であることが好ましい。
【００１１】
また、６０℃における加熱圧縮試験で、長さ２５０ｍｍの波付可とう管を全長にわたり平板間に挟み、２０ｍｍ／ｍｉｎの圧縮速度で、荷重Ｐ（Ｎ）＝７．１×（Ｄ＋ｄ）／４  （Ｄは管外径（ｍｍ）、ｄは管内径（ｍｍ））をかけた際に、管外径のたわみ率が３．５％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、環境負荷の小さいポリオレフィン系樹脂組成物で、ケーブル発熱時の圧縮強度を保ちつつ、可とう性や耐衝撃性に優れた波付可とう管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る波付可とう管１を示す図。
【図２】本発明に係る波付可とう管７を示す図。
【図３】波付可とう管製造装置１３の全体図。
【図４】実施例における可とう試験を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る波付可とう管１を示す図である。図１の左部分は波付可とう管１の側面図、右部分は断面図である。波付可とう管１は可とう性を有する管体である。波付可とう管１の外周には、山部３と谷部５とが交互に形成される。なお、図１においては、山部３、谷部５をらせん状に連続して配置しているが、図２に示すように、隣り合う山部９どうしおよび谷部１１どうしが独立する波付可とう管７としてもよい。
【００１５】
波付可とう管１は、ポリオレフィン系樹脂１００重量部あたり、充填材を５〜６０重量部含むポリオレフィン系樹脂組成物からなり、肉厚が６．５ｍｍ以下の波付可とう管である。
【００１６】
充填材としては、炭酸カルシウム、タルクがコストと効果のバランスから望ましく、炭酸カルシウムとタルクを組み合わせて用いてもよい。炭酸カルシウムとしては、重質炭酸カルシウムと呼ばれる、石灰石を粉砕して得られる炭酸カルシウムを用いることが、安価で好ましい。充填材として用いる炭酸カルシウムとタルクは、オレイン酸やステアリン酸等の脂肪酸などで表面活性処理したものが樹脂中での分散性がよく望ましいが、未処理のものでもよい。また、平均粒子径は０．５〜５μｍであることが望ましい。さらには、累積粒度分布９０重量％の粒径が３０μｍ以下であり、かつ４５μｍふるい残分が１％以下（ＪＩＳ  Ｋ５１０１−１４−１あるいは５１０１−１４−２準拠）であることが望ましい。平均粒子径が５μｍよりも大きかったり、また累積粒度分布９０重量％の粒径が３０μｍ以上であったり、４５μｍふるい残分が１％以上であったりするなどして、大粒径の比率が高くなると、粒子が異物として作用しやすく、ポリオレフィン系樹脂組成物の引張強度や耐衝撃強度が大幅に低下してしまうため、管の割れなどがおこりやすくなる。また、平均粒子径が小さすぎると凝集したり、樹脂中での分散性が悪くなったりするため、平均粒子径は０．５μｍ以上が望ましい。
【００１７】
ポリオレフィン系樹脂としては、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。高密度ポリエチレンとしては、密度０．９４〜０．９６ｇ／ｃｍ３、メルトフローレート（メルトフローインデックス）の測定時の試験条件が温度１９０℃×荷重２．１６Ｋｇの試験条件で０．０３〜０．２ｇ／１０ｍｉｎの範囲のものを用いることができる。このポリオレフィン系樹脂中には、耐候性向上のためのカーボンを配合しても、酸化劣化を防止するための酸化防止剤、顔料などが含まれていてもよい。
【００１８】
ポリオレフィン系樹脂１００重量部あたり、充填剤が５重量部以下では、耐熱圧縮強度向上の効果はほとんどない。一方、６０重量部以上では耐衝撃性の低下や、製造時の押出トルク上昇による生産性低下が問題となる。
【００１９】
また、波付可とう管１の肉厚は６．５ｍｍ以下であることが望ましく、上記の組成で６．５ｍｍを超えると曲げ剛性が大きくなりすぎ、曲げることが困難になる。
【００２０】
管を曲げて施工する場合、例えば管の立ち上がり部などでは、できるだけ小さく曲げた方がコンパクトに配管でき、埋設深さも浅くできるので掘削量も少なくできるメリットがあるが、あまり小さく曲げてしまうと管が坐屈したり、ケーブルの通線性が損なわれたりすることがある。よって、管の最小曲げ半径は、例えば内線規定３１１５節「合成樹脂管配管」第３１１５−５条「配管」および３１１０節「金属管配管」第３１１０−８条「管の屈曲」で規定されているが、管内径の６倍程度とするのが一般的である。この最小曲げ半径をとるときに、３００Ｎ以下の荷重で管が曲がることが望ましい。これ以上の荷重になると人力で曲げることが困難となり、作業効率を著しく損なうこと、また、小さな曲げ半径が確保できず、埋設深さが深くなり掘削量が多くなるため、施工費増大の懸念がある。
【００２１】
次に、波付可とう管１の製造方法について説明する。図３は、波付可とう管製造装置１３を示す図である。波付可とう管製造装置１３は、主に、押出機１５、無限軌道１７ａ、１７ｂ等から構成される。なお、波付可とう管１の製造方法としては、波付可とう管製造装置１３を用いる方法に限定するものではなく、他の製造方法も適宜適用可能である。
【００２２】
まず、押出機１５より、樹脂が筒状に押し出され、筒状素材２３が波付可とう管製造装置１３の後方（図中矢印Ａ方向）に送られる。筒状素材２３は、一対の無限軌道１７ａ、１７ｂにより挟みこまれる。無限軌道１７ａ、１７ｂは互いに逆方向の、それぞれ、Ｂ方向、Ｃ方向に回転する。無限軌道１７ａ、１７ｂは、複数の金型１９から構成される。
【００２３】
無限軌道１７ａ、１７ｂは、波付可とう管製造装置１３の送り方向に対して同一方向かつ同一速度で移動し、互いに対向する成形部２１を有する。成形部２１では、筒状素材２３の送り速度に同期し、送り方向に金型１９が同一速度で移動する。また、成形部２１では、無限軌道１７ａ、１７ｂのそれぞれの金型１９が互いに向き合って密着する。
【００２４】
金型１９は、内面に波付可とう管１の外形に応じた凹部、凸部等が形成された半割り状の半筒部材である。一対の金型１９が互いに向き合って合わさることで、筒状部材となり、内面に波付可とう管１の外形に応じた波形が形成される。
【００２５】
二つの金型１９で形成された筒状の空間に、筒状素材２３が送られる。金型１９には、複数の孔が設けられており、外部から内部の空気を吸引する。金型１９と筒状素材２３との間の空気が金型１９の外部に吸引されるため、筒状素材２３は金型１９の内面に押し付けられる。したがって、筒状素材２３は金型１９の内面形状に応じた形状に成形される。すなわち、金型１９の凹部が山部３となり、凸部が谷部５となる。
【００２６】
以上により外周に波型を有する波付可とう管１が形成される。波付可とう管１は、筒状素材２３を金型１９に押し付けることで成形されるので、波付可とう管１の内面は、波付可とう管１の外面に応じた形状となる。また、筒状素材２３は略均一な肉厚であるが、筒状素材２３が金型１９に押し付けられる際、より大きな外径となる部位は、変形量が大きくなるため、肉厚がやや薄くなる。
【００２７】
成形された波付可とう管１は、無限軌道１７ａ、１７ｂからさらに後方の図示を省略した冷却部や巻取り部等に送られて、波付可とう管１が製造される。
【００２８】
本実施形態によれば、ポリオレフィン系樹脂で形成されているため、燃焼時のダイオキシンの発生や安定剤としての鉛やスズなどの含有の問題がない。
【００２９】
また、本実施形態によれば、低コストの炭酸カルシウムやタルクを用いているため、低コストである。
【００３０】
また、本実施形態によれば、加熱圧縮たわみ率が低いため、高電圧のケーブルを管内部に通すことができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、可とう性が３００Ｎ以下であるため、人の手で十分に曲げられ、作業効率が高い。
【００３２】
また、本実施形態によれば、低温衝撃試験において、割れがないため、広い温度範囲で使用可能である。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
（波付可とう管の作製）
波付可とう管は、押出機で成形材料を溶融混練して、環状ダイから円筒管形状のポリエチレン管を押出し、次にいわゆるコルゲート成形機により波付管に波付成形して得た。ベース材料は高密度ポリエチレン（密度：０．９５６ｇ／ｃｍ３、メルトフローレート（ＭＦＲ）：０．０４ｇ／１０ｍｉｎ）とし、充填剤は炭酸カルシウムやタルクとし、その添加量と粒径を変えて試作した。管は、内径２００ｍｍ、外径２５３ｍｍ、波のピッチ５５ｍｍの螺旋波管とし、肉厚を変えて試作した
【００３５】
使用した炭酸カルシウムは、重質炭酸カルシウムであり、下記粒子径のものを使用した。
１）平均粒子径１．０μｍ、累積粒度分布９０重量％の粒径４．２μｍ、４５μｍふるい残分が０．０％
２）平均粒子径２．２μｍ、累積粒度分布９０重量％の粒径１３μｍ、４５μｍふるい残分が０．０％
３）平均粒子径５．０μｍ、累積粒度分布９０重量％の粒径２８μｍ、４５μｍふるい残分が０．３％
４）平均粒子径８．０μｍ、累積粒度分布９０重量％の粒径３５μｍ、４５μｍふるい残分が８．０％
炭酸カルシウムは、脂肪酸による表面処理を行ったものと、表面処理を行なわないものの両者を用いた。また、タルクは、表面処理を行なわない下記粒子径のものを使用した。
１）平均粒子径４．０μｍ、４５μｍふるい残分が０．０５％
２）平均粒子径１．０μｍ、４５μｍふるい残分が０．０％
【００３６】
平均粒子径の測定は、空気透過法で行った。また、粒度分布はＸ線透過式粒度分布測定法で測定した。
【００３７】
空気透過法とは、以下のような方法である。粒子充填層を透過する流体の透過性と粉体比表面積の関係は、Ｋｏｚｅｎｙ−Ｃａｒｍａｎ（コゼニー  カーマン）の式で与えられるため、粉体充填層を透過する空気量と透過するのに要する時間およびそのときの圧力差を測定すると、試料粉体の比表面積Ｓｗが求められる。球形粒子を仮定すると次式から平均粒子径ｄｐを計算することができる。
ｄｐ＝６／（ρｐ・Ｓｗ）
【００３８】
また、Ｘ線透過式粒度分布測定法とは、Ｓｔｏｋｅｓ（ストークス）の液相沈降法を測定原理とし、Ｘ線透過法により検出を行うＸ線透過式粒度分布測定装置（例えば、島津製作所製セディグラフ５０００等）により測定する方法である。
【００３９】
（評価方法）
試作した波付可とう管に対し、Ａ：６０℃における圧縮試験、Ｂ：可とう性試験（常温）、Ｃ：低温衝撃試験を行った。
【００４０】
Ａ：６０℃における圧縮試験
ＪＩＳ  Ｃ３６５３「電力ケーブルの地中埋設の施工工法」では、埋設深さが０．３ｍ以上と規定している。また、公道を通行する車両で最も輪荷重が大きいのは２０ｔトラックである。そこで、圧縮試験荷重は、管を０．３ｍの深さに埋めたときにかかる土圧と、２０ｔトラックが通行したときにかかる活荷重を算出し、これから埋設時に管にかかる曲げモーメントを算出し、これを空気中で平板による圧縮荷重に換算して得た。
【００４１】
具体的には、
埋設時にかかる土圧（死荷重）Ｗ１は、
Ｗ１＝１．８×１０−６×９．８×Ｈ＝５．３×１０−３  （Ｎ／ｍｍ２）  
（土の密度：１．８×１０−６ｋｇ／ｍｍ３  Ｈ：埋設深さ３００ｍｍ）
埋設時にかかる活荷重Ｗ２は
（Ｔ−２０荷重、後輪荷重：８０００ｋｇ、車幅：２７５０ｍｍ、後輪接地長：２００ｍｍ、車輪重複数：２、衝撃率：０．５）
Ｗ２＝（２×８０００×９．８×（１＋０．５））÷２７５０÷（２×Ｈ＋２００）＝０．１１  （Ｎ／ｍｍ２）  
このとき、埋設深さＨで管に作用する曲げモーメントＭは、
Ｍ＝０．１３２×Ｗ１×Ｒ２＋０．０７６×Ｗ２×Ｒ２
＝（７．０×１０−４＋８．３６×１０−３）×Ｒ２
＝９．０６×１０−３×Ｒ２  （Ｎ／ｍｍ）
Ｒ＝（Ｄ＋ｄ）／４  （ｍｍ）    
（Ｄ：管外径（ｍｍ）、ｄ：管内径（ｍｍ））
一方、管を平板で荷重Ｐを加えたときの曲げモーメントＭとの関係は、
Ｐ＝Ｍ÷０．３１８÷Ｒ＝０．０２８５×Ｒ  （Ｎ／ｍｍ）  
よって、管長さ２５０ｍｍあたりの平板圧縮荷重は、
Ｐ＝７．１×Ｒ  （Ｎ／２５０ｍｍ）
【００４２】
上記管寸法の場合、管長さ２５０ｍｍでの試験荷重は８０４Ｎとなる。そこで、圧縮試験は試作した長さ２５０ｍｍの波付可とう管を６０℃±２℃の恒温槽に入れ、この恒温槽中で金属製の平板を用いて全長に渡って均等になるように、２０ｍｍ／ｍｉｎの圧縮速度で８０４Ｎの荷重を加え、管外径たわみ率を測定した。たわみ率の上限はＪＩＳ  Ｃ３６５３付属書１波付硬質合成樹脂管の許容たわみ率３．５％とした。
【００４３】
Ｂ：可とう性試験
図４に示すように、管内径の６倍＝１２００ｍｍの半径を持つ曲げ枠２５に、図４に示すＬの管長さが１ｍとなるように長さ調整した管２７を固定し、曲げ半径１２００ｍｍとして９０°曲げたときの荷重Ｐ（Ｎ）を測定した。
【００４４】
Ｃ：低温衝撃試験
全長４０ｍの管を外径２．２５ｍ、幅１．１ｍのコイル状に把ね、出荷状態とした把を、温度−１０℃で２時間保管し、高さ１ｍから落下させたのち、管にひび、割れなどの異常がないか確認した。異常のないものを○とし、異常のあるものを×とした。
表１に実施例を、表２に比較例を示す。
【００４５】
【表１】
2010270811.tif 000003
【００４６】
【表２】
2010270811.tif 000004
【００４７】
実施例１は炭酸カルシウムを５重量部添加した場合であるが、比較例２と比較すると加熱圧縮たわみ率が低下して３．５％以下となっており、炭酸カルシウムを添加することで加熱圧縮たわみ率が低下することが確認できる。
【００４８】
実施例２，３は、炭酸カルシウムの添加量を増加させた例で、６０重量部までは加熱圧縮たわみ率は低下し、低温衝撃試験、可とう性に問題ないことがわかるが、比較例３のように６５重量部添加すると、低温衝撃試験で割れが発生する。比較例４は、炭酸カルシウム平均粒径を２．２μｍとしたもので、粒子径を比較例３よりも小さくしたことにより、耐衝撃性が改善され、低温衝撃試験は問題なくなるものの、曲げ弾性率が向上するため、可とう性が３００Ｎを上回り、人力での曲げ配管が困難となる。よって、炭酸カルシウムの添加量は５〜６０重量部が望ましい。
【００４９】
また比較例５は、実施例３の製品肉厚を６．５ｍｍから７．５ｍｍとしたものであるが、肉厚を大きくしたことにより、加熱圧縮たわみ率は低下するものの、可とう性、低温衝撃試験で不合格となるため、製品肉厚は６．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００５０】
さらに、実施例２、４、比較例６は、炭酸カルシウムの平均粒径を振ったものであるが、実施例２のように平均粒径が５μｍまでは低温衝撃試験をクリアするものの、比較例６のように平均粒径８μｍにもなると、低温衝撃試験において割れが発生するため、炭酸カルシウムの平均粒径は５μｍ以下が望ましい。
【００５１】
なお、粒子径を小さくしていくと比表面積が増大し、相互作用も大きくなって弾性率が向上し、たわみ率は小さくなるため、実施例５のように平均粒径１μｍの炭酸カルシウムを用いると、肉厚を５．５ｍｍと薄肉化しても許容たわみ率以下とすることができた。さらに、表面処理した炭酸カルシウムは分散性が向上していることが作用して、実施例６のようにたわみ率を小さくできた。
【００５２】
さらに、実施例７、８、９はタルクを添加した場合であるが、炭酸カルシウム同等以上の効果が確認できた。
【符号の説明】
【００５３】
１………波付可とう管
３………山部
５………谷部
７………波付可とう管
９………山部
１１………谷部
１３………波付可とう管製造装置
１５………押出機
１７ａ、１７ｂ………無限軌道
１９………金型
２１………成形部
２３………筒状素材
２５………曲げ枠
２７………管
【図１】
2010270811.tif 000005
【図２】
2010270811.tif 000006
【図３】
2010270811.tif 000007
【図４】
2010270811.tif 000008