(57)【要約】    【課題】架橋ポリエチレンで形成された絶縁体層を有するケーブルに優れた耐熱性と耐候性とを発揮させること。    【解決手段】絶縁体層とシースとの間に中間層を備え、該中間層及び前記絶縁体層の少なくとも一方にカーボンブラックが含有されているケーブルを提供する。【選択図】  図２
2017204378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体と、該導体を覆う絶縁体層と、該絶縁体層を覆うシースと、を備えたケーブルであって、
前記絶縁体層が架橋ポリエチレンによって形成され、
前記シースがポリ塩化ビニルによって形成されており、
前記絶縁体層と前記シースとの間にさらに中間層が備えられ、
該中間層及び前記絶縁体層の少なくとも一方がカーボンブラックを含むケーブル。
【請求項２】
前記シースは、可塑剤をさらに含む請求項１記載のケーブル。
【請求項３】
絶縁体層が前記カーボンブラックを含有し、前記中間層が高密度ポリエチレンによって形成されている請求項１又は２記載のケーブル。
【請求項４】
屋外敷設用である請求項１乃至３の何れか１項に記載のケーブル。
【請求項５】
太陽光発電設備用である請求項１乃至４の何れか１項に記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブルに関し、より詳しくは、導体と、該導体を覆う絶縁体層と、該絶縁体層を覆うシースとを備えたケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屋内外において電気エネルギーを搬送するための手段として導体に絶縁体層が被覆されたケーブルが広く用いられている。この種のケーブルの内、低圧用（直流７５０Ｖ以下、交流６００Ｖ以下）のもので、電源用や機内配線用のものについては、使用温度などによって絶縁体層の形成材料が使い分けられている。一般に、使用温度が６０℃までの環境においては、ポリ塩化ビニルが絶縁体層の形成材料として用いられ、７５℃までの環境においては、ポリエチレンや架橋ポリ塩化ビニルが絶縁体層の形成材料として用いられる。また、さらに温度が高温になるような場合（例えば、９０℃まで）であれば、架橋ポリエチレンで絶縁体層が形成されたケーブルが前記のような用途に利用されている。
【０００３】
ポリエチレンや架橋ポリエチレンで絶縁体層が形成されたケーブルは、上記のように耐熱性の観点からは、ポリ塩化ビニルで絶縁体層が形成されたケーブルに比べて優れた点を有している。しかしながら、耐候性（耐光性）については、一般にポリ塩化ビニルで絶縁体層が形成されたケーブルの方が優れている。これはポリエチレンが紫外線などの照射によってラジカルを発生させ、該ラジカルを介した酸化反応によって劣化する場合があるためである。一方、ポリ塩化ビニルのような塩素を含むポリマーは、塩素がラジカルを捕捉して酸化劣化を抑制する機能を示す。このようなことからポリ塩化ビニルが強い直射日光や人工光に長時間晒されるような用途においても白色や赤色といった色合いで利用可能であるのに対し、一般にポリオレフィンは、カーボンブラックで黒色に着色して用いられ、内部まで紫外線の影響が及ばないようにして用いられている。
【０００４】
ポリエチレンや架橋ポリエチレンで形成された絶縁体層を有するケーブルは、この絶縁体層を傷付きなどの物理的な損傷から保護するとともに紫外線などから保護する目的で絶縁体層を覆うシースが最外層に設けられたりしている（下記特許文献１、図２、段落００２６等参照）。該シースとしては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンなどとった各種素材のものが知られており、ケーブルの用途に応じて使用材料が使い分けられている。なかでも前記シースとしては、ポリ塩化ビニルで形成されたものが“塩ビシース”などと称されて汎用ケーブルの多くに採用されている。
【０００５】
ところで、近年、自然エネルギーの利用機会が広がっており、太陽光発電設備を設置する事例が増大している。一般的な太陽光発電設備は、光電変換が行われる太陽光発電パネル、該太陽光発電パネルで発生した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナー、太陽光発電パネル−パワーコンディショナー間を電気的に接続するケーブル、及び、太陽光発電パネルで発生した直流電力をパワーコンディショナーに導入するまでに一旦中継する接続箱などによって構成されている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０１０３０３号公報
【特許文献２】特開２００２−０８３９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のような太陽光発電設備では、太陽光発電パネルからの反射光や輻射熱などによりケーブルが従来の使用環境よりも高温に晒される場合があり、耐候性とともに耐熱性に優れたケーブルに対する需要が高まっている。なお、耐候性、耐熱性に優れたケーブルは、前記のような太陽光発電設備に用いられる場合に限らず、各種用途において広く求められている。このような要望については、フッソ系のポリマーのような特殊なポリマーで絶縁体層を形成させることで満足させることが可能であり、この種のポリマーを絶縁材料として用いることで耐候性と耐熱性とに優れたケーブルを提供することができる。しかしながら架橋ポリエチレンのような比較的汎用性が高いポリマーで絶縁体層を形成させたケーブルについては、従来、上記のような要望を十分満足させる方法が見出されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、架橋ポリエチレンで形成された絶縁体層を有するケーブルにおいて上記のような要望を満足させることを目的としており、耐熱性と耐候性とに優れたケーブルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的に鑑み、架橋ポリエチレンで絶縁体層が形成されたケーブルの耐候性について鋭意検討した結果、この種のケーブルではシースに収縮が生じて電線端部で絶縁体層が表面露出したり、シースに破れが生じて絶縁体層が表面露出したりすることが耐候性を不十分なものにさせる要因の一つになっていることを見出した。また、本発明者は、塩ビシースが施されたケーブルについては該シースと高温環境下で接することで架橋ポリエチレンで形成された絶縁体層に特性の低下が生じる場合があることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明は、導体と、該導体を覆う絶縁体層と、該絶縁体層を覆うシースと、を備えたケーブルであって、前記絶縁体層が架橋ポリエチレンによって形成され、前記シースがポリ塩化ビニルによって形成されており、前記絶縁体層と前記シースとの間にさらに中間層が備えられ、該中間層及び前記絶縁体層の少なくとも一方がカーボンブラックを含むケーブルを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のケーブルは、絶縁体層とシースとの間に中間層を備えている。従って、高温環境下でシースと絶縁体層とが直に接することが中間層によって抑制される。そのため、本発明によれば塩ビシースと接した状態で加熱されることによる特性低下が絶縁体層に生じることを抑制することができる。また、本発明のケーブルは、絶縁体層及び中間層の少なくとも一方にカーボンブラックを含有させているため、シースに収縮や破れが生じても絶縁体層や中間層に含有させたカーボンブラックで紫外線を遮ることができ、当該紫外線による酸化劣化が絶縁体層に発生することを抑制することができる。即ち、本発明によれば耐熱性と耐候性とに優れたケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】太陽光発電設備の設備構成の概略を示した概略図。
【図２】一実施形態のケーブルの概略断面図。
【図３】一実施形態のケーブルの固定状態を示した概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のケーブルに係る実施の形態について説明する。本発明のケーブルは、特にその用途が限定されるわけではないが、以下においてはケーブルが太陽光発電設備に用いられる場合を例に説明する。
【００１４】
まず、図を参照しつつ太陽光発電設備と該太陽光発電設備に用いられるケーブルとについて説明する。図に示すように本実施形態において例示する太陽光発電設備１００は、太陽光を受光して電位を発生させる１又は複数の太陽光発電パネル１１と、該太陽光発電パネル１１で発生した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナー１２と、パワーコンディショナー１２で変換する直流電力を一時貯留する蓄電池１３と、前記パワーコンディショナー１２で得られた交流電力の電力量を送電経路Ｔに供給する前に測定する電力量計１４とを備えている。また、本実施形態において例示する太陽光発電設備１００は、太陽光発電パネル１１とパワーコンディショナー１２とを中継する接続箱１５をさらに備えている。さらに、本実施形態において例示する太陽光発電設備１００は、これらの機器類の間を電気的に接続するケーブルＡの少なくとも一部に本発明に係るケーブルが用いられている。即ち、本実施形態におけるケーブルは、太陽光発電設備用として用いられ、屋外敷設用として用いられるものである。また、本実施形態におけるケーブルは、低圧用（直流７５０Ｖ以下、交流６００Ｖ以下）として用いられるものである。
【００１５】
本実施形態におけるケーブルとしては、例えば、図２に示したような断面構造を有するものが挙げられる。  図２に例示したケーブル１は、導体２と、該導体を覆う絶縁体層３と、該絶縁体層３を覆うシース４とを備え、前記絶縁体層３と前記シース４との間にさらに中間層５が備えられている。本実施形態のケーブル１は、図３に示すように太陽光発電設備１００においてサドル金具やＵ字金具などの支持部材によって局所的な押圧力が加えられて固定配線されている。本実施形態のケーブル１は、例えば、太陽光発電パネル１１を支持する架台Ｓなどにサドル金具Ｘで固定される。図３に例示した態様においては、サドル金具Ｘが当接されている部位と、当該部位に隣接しサドル金具Ｘから外れた部位との境界部においてケーブル１は、サドル金具Ｘのエッジによりせん断応力を受けることになる。また、前記架台Ｓには、昼間の発電時などにおいて大きな温度上昇が見られ熱膨張が生じる場合がある。そして、前記サドル金具Ｘと離れた位置において別のサドル金具（図示せず）でケーブル１が架台Ｓに固定されている場合、ケーブル１は、サドル金具で固定されている箇所の間に大きな張力が発生する可能性がある。この張力は、サドル金具Ｘのエッジ部において引裂力となって作用する。このようなことを原因として、前記シース４は、クラックや裂け目といった経年劣化を生じるおそれがある。特に架台Ｓが金属製で比較的大きな線膨張係数を示すような場合にこのようなおそれが生じる。
【００１６】
ケーブル１の端末が架台Ｓとは別の部材に固定されている場合、シース４が架台側に引張られて端末において中間層５が表面露出する結果となる可能性がある。即ち、太陽光発電設備１００を構成する複数の部材の内の一部材と他部材との両方にケーブル１が固定されていたり、一つの部材の複数箇所でケーブル１が固定されていたりすると絶縁体層３に外光が直接照射することを遮る機能をシース４が十分発揮できなくなる可能性がある。そこで、本実施形態のケーブル１は、前記中間層５及び前記絶縁体層３の少なくとも一方にカーボンブラックを含んでいる。即ち、本実施形態のケーブル１は、耐候性の確保にシース４が十分な役割を果たせなくなった場合でも、その内側に存在する中間層５や絶縁体層３により耐候性が確保される。より確実に耐候性を確保することができることから、ケーブル１は、少なくとも絶縁体層３にカーボンブラックが含まれていることが好ましい。
【００１７】
本実施形態のケーブル１は、前記絶縁体層３が架橋ポリエチレンによって形成されている。該架橋ポリエチレンは、旧ＪＩＳ  Ｋ６７４８：１９９５で分類されている低密度ポリエチレン（密度：０．９１ｇ／ｃｍ３以上０．９３０ｇ／ｃｍ３未満）、中密度ポリエチレン（密度：０．９３０ｇ／ｃｍ３以上０．９４２ｇ／ｃｍ３未満）、及び、高密度ポリエチレン（密度：０．９４２ｇ／ｃｍ３以上）の何れを架橋させたものであってもよいが、高い架橋密度のものが製造容易であることやケーブル１に可とう性を与え易い点などを勘案すると低密度ポリエチレンを架橋したものであることが好ましい。また、絶縁体層３を形成する架橋ポリエチレンは、直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を架橋したものであることが好ましい。
【００１８】
架橋ポリエチレンは、有機過酸化物によるラジカル反応を利用した化学架橋法、電子線やＸ線といった活性エネルギー線を照射する活性エネルギー線架橋法、アルコキシシランの脱水縮合反応を利用した水架橋法などの従来公知の架橋法によって架橋されたものを採用することができる。なかでも、絶縁体層３を形成する架橋ポリエチレンは、水架橋法によって架橋されたものであることが好ましい。水架橋法によって架橋された架橋ポリエチレンは、活性エネルギー線でポリエチレンが分子切断されることによって生じる低分子量化物や有機過酸化物の分解残渣など、後述する「ブリードアウト」の発生要因となる成分が含まれ難い点において絶縁体層３の形成材料として好適である。
【００１９】
該絶縁体層３にカーボンブラックを含有させる場合、当該カーボンブラックの絶縁体層３における含有量は、耐候性や耐トラッキング性などの観点から０．４質量％以上０．９質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
本実施形態におけるケーブル１の前記中間層５は、ラップ巻きしたテープや、縦添えしたテープなどによって形成させてもよいが、シース４と絶縁体層３との接触をより確実に遮断する上において絶縁体層３の全周を包囲するチューブ状となっていることが好ましく、絶縁体層３と接着一体化していることが好ましい。
【００２１】
一般に、架橋ポリエチレンで絶縁体層が形成されたケーブルの連続使用温度の上限値は９０℃とされているが、前記のような太陽光発電設備１００においては、放射温度計によって測定される電線の表面温度が１００℃以上の高温となるような場合がある。そして、本実施形態においては、後述するように前記シース４が可塑剤を含む軟質ポリ塩化ビニルによって形成されているため、当該シース４と前記絶縁体層３とが直に接触した状態でケーブル１が上記のような高温環境下に晒されると、絶縁体層３がシース４に含まれる成分によって攻撃されるおそれがある。なかでも、シース４に含まれている塩素は、絶縁体層３を形成する架橋ポリエチレンの一部を分解する可能性がある。また、シース４に含まれている可塑剤は、絶縁体層３に移行し、低分子量化したポリエチレンを同伴して電線端末においてブリードアウトする可能性がある。このようなことが生じると絶縁体層３は、ケーブル１の製造直後の状態に比べて特性を変化させてしまう可能性がある。また、ブリードアウトした成分は、ケーブル端末における接触不良の原因ともなり得る。
【００２２】
本実施形態のケーブル１は、中間層がシース４と絶縁体層３との接触を防止するので上記のようなトラブルが発生し難い。このような機能を発揮させるために、前記中間層５は、塩素や可塑剤含有量（質量％）がシース４よりも低いことが重要であり、塩素や可塑剤が実質的に含まれていない状態（例えば、それぞれ１質量％以下）とすることが好ましい。また、架橋ポリエチレンに対する塩素の攻撃は、主として、架橋時における分解生成物（有機過酸化物の分解残渣、低分子量化したポリエチレン）、健全な状態にある架橋ポリエチレンの分子末端における官能基、及び、分岐部における三級炭素に対して比較的大きな影響を与えるものと見られる。従って、前記中間層５は、ポリエチレンで形成させることも可能であるが、非架橋で分岐が少ない状態であることが好ましい。即ち、前記中間層５をポリエチレンで形成させる場合、非架橋な中密度ポリエチレンか、非架橋な高密度ポリエチレンであることが好ましい。前記中間層５は、高密度ポリエチレンで形成されることが特に好ましい。
【００２３】
本実施形態のケーブル１は、該中間層５にもカーボンブラックを含有させることで優れた耐候性が発揮される。該中間層５にカーボンブラックを含有させる場合、当該カーボンブラックの中間層５における含有量は、耐候性や耐トラッキング性などの観点から０．４質量％以上０．９質量％以下であることが好ましい。
【００２４】
本実施形態のケーブル１は、共押出法により前記中間層５と前記絶縁体層３とを一度に形成させることができ、前記中間層５をスキン層の形で絶縁体層３に被覆することができる。本実施形態のケーブル１は、中間層５が絶縁体層３と同じくポリエチレンで形成されるため、共押出法により、中間層５と絶縁体層３とを良好な接着（熱融着）状態にすることができる。
【００２５】
前記中間層５は、できるだけ厚みが薄いことが好ましい。このようなことから中間層５の形成方法としては共押出法が好適である。
【００２６】
前記中間層５は、上記のように高密度ポリエチレンで形成することが好ましいものではあるが、例えば、以下のようなポリマーによって形成させることも可能である。中間層５は、例えば、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリエステル、ポリアミド、アクリル系ポリマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーなどの熱可塑性ポリマーで形成させることができる。中間層５は、シリコーンゴム、熱硬化性ポリウレタン、各種ゴムといった熱硬化性ポリマーによって形成させてもよい。中間層５の形成材料は、ケーブルに求められる規格やコストなどによって適宜選択すればよい。
【００２７】
中間層５は、前記のようにテープで形成させてもよい。該テープとしては、アルミニウム製や銅製の金属テープ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製、ポリイミド製、或いは、テトラフロロエチレン製のプラスチックテープ、紙テープなどが挙げられる。
【００２８】
前記シース４は、前記のように可塑剤を含む軟質ポリ塩化ビニルによって形成されている。シース４には、必ずしも可塑剤を含有させる必要は無いが、本実施形態においてはケーブル１に優れた可とう性を発揮させるのに好適であることから可塑剤を含有させている。しかも、過度な可塑剤の使用は、絶縁体層に悪影響を及ぼす原因ともなり得るが、本実施形態のケーブル１は中間層５を有することで可塑剤が絶縁体層に与える影響を懸念する必要性が低い。従って、本実施形態のケーブル１は、その用途に応じて要望される可とう性を容易に発揮させ得る。
【００２９】
前記可塑剤としては、フタル酸エステル系可塑剤、アジピン酸エステル系可塑剤、アゼライン酸エステル系可塑剤、セバシン酸エステル系可塑剤、マレイン酸エステル系可塑剤、フマル酸エステル系可塑剤、トリメリット酸エステル系可塑剤、ピロメリット酸エステル系可塑剤、イタコン酸エステル系可塑剤、クエン酸エステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤等のエステル化合物が挙げられる。シース４に含有させる可塑剤、フタル酸エステル系可塑剤かトリメリット酸エステル系可塑剤であることが好ましい。
【００３０】
フタル酸エステル系可塑剤としては、例えば、ジブチルフタレート、ブチルヘキシルフタレート、ジヘプチルフタレート、ジオクチルフタレート［又はビス（２−ヘチルヘキシル）フタレート］、ジイソノニルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジウンデシルフタレート、ジトリデシルフタレート、ジラウリルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジオクチルテレフタレート等が挙げられる。
【００３１】
トリメリット酸エステル系可塑剤としては、例えば、トリ（２−エチルヘキシル）トリメリテート、トリ（ｎ−オクチル）トリメリテート、トリ（イソノニル）トリメリテート等がある。中でも、ジウンデシルフタレート、ジトリデシルフタレート、ジイソノニルフタレート、ジイソデシルフタレート、トリ（２−エチルヘキシル）トリメリテート、トリ（ｎ−オクチル）トリメリテート、トリ（イソノニル）トリメリテート等が挙げられる。
【００３２】
前記シース４には、さらに、炭酸カルシウム、タルク、クレーといった充填剤を含有させてもよい。また、シース４には、酸化防止剤、老化防止剤、安定剤、耐候剤などといった機能性薬品や各種着色剤を含有させてもよい。さらに、シース４には、防蟻剤や防鼠剤といった生物被害を防止するための成分を含有させてもよい。
【００３３】
なお、前記導体２は、特に限定されず、従来公知のものを採用することができる。前記導体は、銅線、アルミニウム線、及び、これらにメッキが施されたメッキ線などで形成させることができ、前記導体は、単線であっても集合線であってもよい。
【００３４】
本実施形態においては、導体２に対する被覆を、内側から順に絶縁体層３、中間層５、シース４の３層構成としているが本発明のケーブルは、このような３層構成に限定されるものではない。例えば、本発明のケーブルは、シースと絶縁体層との間に複数の中間層を設けてもよい。
【００３５】
本発明のケーブルは、中間層を複数設ける場合、第１の中間層と第２の中間層とで機能分担をさせてもよい。本発明のケーブルは、例えば、絶縁体層との親和性よりも引張り強度などの破れ難さを重要視してカーボンブラックを含む第１の中間層を設け、該第１の中間層と絶縁体層との両方に対して優れた接着性を示す第２の中間層を第１の中間層と絶縁体層との間に介装させてもよい。
【００３６】
本実施形態においては、単芯のケーブルを例示しているが、本発明のケーブルは、絶縁体層で被覆された導体を複数備えた多芯ケーブルであってもよい。本発明のケーブルが多芯ケーブルである場合、全ての導体を被覆する絶縁体層が架橋ポリエチレンで形成されている必要はなく、少なくとも１以上の導体が架橋ポリエチレンで形成された絶縁体層で被覆され、当該絶縁体層が中間層によって被覆されていればよい。本発明のケーブルが多芯ケーブルである場合、中間層は、各導体の絶縁体層を個別に被覆するものであっても、シースと同様に、全体を一括被覆するものであってもよい。即ち、上記例示は、本発明の限定的な例示であり、本発明は上記例示に何等限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３７】
１     ケーブル
２     導体
３     絶縁体層
４     シース
５     中間層
１００ 太陽光発電設備
【図１】
2017204378.tif 000003
【図２】
2017204378.tif 000004
【図３】
2017204378.tif 000005