JPH0644822A - 絶縁被覆金属導体とこの導体を含む通信ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定化の信頼性の高い安定化剤含有絶縁物で
被覆された通信ケーブルを提供する。 【構成】 本発明の金属導体が安定化剤含有絶縁物に被
覆された絶縁被覆金属導体２６は、軸方向に伸びる金属
導体２５と、この金属導体を包囲するよう配置された絶
縁物製の内部層２８と外部層２９とを有し、前記絶縁物
は、酸化防止機能と金属不活性化機能とからなる二重機
能を有し、且つ高い耐抽出能力を有する安定化剤を含
み、前記外部層の二重機能安定化剤は、内部層のそれよ
り低いレベルにあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信ケーブルに関し、
特に、金属導体が安定化剤含有絶縁物に被覆された通信
ケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】通信ケーブルとしての絶縁被覆金属導体
を包含した通信ケーブルが使用されている。この金属導
体を被覆している絶縁物は、優れた機械的、電気的特性
を有しなければならない。絶縁物としてのポリオレフィ
ンは、長期間の使用に対しては、熱的安定性が低く、高
温に曝されると、クラックが発生し易い。この熱的安定
性の低さは、絶縁物内の安定化剤の抽出に起因する。ま
た、銅が触媒作用をして、ポリエチリン絶縁物の酸化を
促進する。その結果、通信ケーブルは早期のうちにその
品質が劣化する。米国特許第３６６８２９８号によれ
ば、この安定化の問題は、絶縁物内に酸化防止剤と金属
不活性化剤を含有させることにより、解決される。

【０００３】絶縁物内に酸化防止機能と金属不活性化機
能を有する安定化剤を混入させることにより、熱的安定
化の問題は、解決されるが、やはり、その含有量にはな
んらかの限界があると思われていた。従来技術によれ
ば、安定化剤が０．２重量％含む絶縁物は、通信ケーブ
ルの長期間の使用の要件を満足する信じられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術に対して、更に安定した安定化剤含有絶縁物を
提供し、製造コストの安い通信ケーブルを提供しようと
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の金属導体が安定
化剤含有絶縁物に被覆された絶縁被覆金属導体２６は、
軸方向に伸びる金属導体２５と、この金属導体を包囲す
るよう配置された絶縁物製の内部層２８と外部層２９と
を有し、前記絶縁物は、酸化防止機能と金属不活性化機
能とからなる二重機能を有し、且つ高い耐抽出能力を有
する安定化剤を含み、前記外部層の二重機能安定化剤
は、内部層のそれより低いレベルにあることを特徴とす
る。

【０００６】

【実施例】図１において、ケーブル２０は、コア２２
と、ジャケット２３を含む絶縁システム２７とを有す
る。このコア２２は、絶縁被覆金属導体２６−２６から
なる複数の導体対２４−２４を含む。この絶縁被覆金属
導体２６−２６は、一般的に銅製の金属導体２５と絶縁
システム２７とを有する（図２）。更に、図１におい
て、環状メンバ３１の周囲にはアルミ製の内部シールド
６１を有するシールドシステムが配置される。このアル
ミ製の内部シールド６１は環状メンバ３１の周囲に卷回
されて、軸方向に伸びるオーバラップ線６３を形成す
る。内部シールド６１の周囲にスチール製の外部シール
ド６５が配置されて、この外部シールド６５は軸方向に
伸びるオーバラップ線６７を有する。一般的にオーバラ
ップ線６３と６７は円周方向にオフセットされている。
このジャケット２３はスチール製の外部シールド６５の
外部表面と係合している。スプライス操作（接合）を実
行するために、絶縁導体にアクセスするために、例え
ば、シースシステムは包囲体、あるいはペデスタル内の
ケーブルの端部から取り除くことができる。

【０００７】この絶縁システム２７は、内部層２８と外
部層２９とを有し、この内部層２８はセルラプラスチッ
ク層と称され、プラスチック材料製である。また、この
内部層２８は発泡層とも称される。内部層２８のプラス
チック材料は、ポリオレフィンプラスチック材料と膨張
剤（blowing agent）と安定化システムからなる混合物
である。このポリオレフィンプラスチック材料は、ポリ
エチレンである。この内部層２８は、化学膨張剤で膨張
したポリエチレンのようなポリオレフィンを含む。好ま
しい膨張剤としては、アゾディカーボンアミドであり、
その化学構造式は、 Ｈ₂Ｎ−ＣＯ−Ｎ＝Ｎ−ＣＯ−ＮＨ₂ である。絶縁プロセスの間、この膨張剤は分解してガス
を発生する。最終の絶縁層である内部層２８は、膨張剤
の分解生成物を含む。

【０００８】もう一方の層である外部層２９は、表皮層
とも称し、ポリエチレン、安定化システム及び冷却剤の
ような固形プラスチック材料を含む。２６ＡＷＧ銅製ワ
イヤにおいては、金属導体の直径は、０．０１６インチ
（０．３９２mm）で、絶縁被覆導体の外径は、約０．０
２９インチ（０．７１mm）である。この外部層２９は、
約０．００２インチ（０．０４９mm）の厚さを有する。
内部層２８の長さ当りのプラスチック材料の量は、外部
層２９のそれにほぼ等しい。好ましくは内部層２８のプ
ラスチック材料及び外部層２９のプラスチック材料は、
ポリオレフィンで、高密度ポリエチレン、またはポリプ
ロピレンである。前記の絶縁被覆金属導体２６は、ＤＥ
ＰＩＣ（Daul expanded polyethylene insulated condu
ctor）である。コア２２内に充填材３０が配置されてい
る。

【０００９】このような充填材３０は、Ｆｌｅｘｇｅｌ
（ＡＴ＆Ｔ社の登録商標）充填材である。適当な充填材
は、米国特許第４４６４０１３号に開示されている。他
の充填材は、米国特許第４８７０１１７号に開示されて
いる。他の充填材は、ポリエチレンとワセリンを含み、
ＰＥ／ＰＪとも称される（米国特許第３７１７７１６号
を参照のこと）。この充填材は安定化されて、導体間及
び導体と環状メンバ３１との間の溝に入り込み、これら
はコアラップとも称される。

【００１０】導体絶縁層の各々は、安定化システムを具
備し、この安定化システムは、酸化防止機能及び金属不
活性化機能を有し、充填材による抽出に対する比較的高
い抵抗力を有する部分を含む。酸化防止剤とは、連鎖停
止剤及び／または過酸化物分解剤を意味する。金属不活
性材とは、金属イオンをキレート化（キレート化合物形
成）することを意味する。従来技術においては、金属導
体絶縁物の中のポリオレフィンの安定化システムは、酸
化防止剤（立体障害フェノール）と金属不活性剤を含
む。

【００１１】実施例においては、各絶縁層は、Ciba Gei
gy社のＩｒｇａｎｏｘ １０１０とＩｒｇａｎｏｘ Ｍ
Ｄ １０２４安定化剤を含む。後者の１０２４は、金属
不活性剤と酸化防止剤の両方の機能を有する二重機能剤
である。Ｉｒｇａｎｏｘ １０１０の連邦規則のコード
のとして使用される化学名称は、テトラキス［メチレン
（３，５−ディ−テルト−ブチル−４−ハイドロキシ−
ハイドロシンナメイト）］メチレンである。後者の化学
名称は、２，２−ビス［［３−［３，５−ビス（１，１
ジメチルエチル）−４−ハイドロキシフェニル］−１−
オックソプロポキシ］メチル］−１，３−プロパノエイ
トプロパニジル３，５−ビス（１，１−ジメチルエチ
ル）−４−ハイドロキシベンゼンである。一方、Ｉｒｇ
ａｎｏｘ ＭＤ １０２４の化学名称は、Ｎ’Ｎ’−ビ
ス［３−（３’、５’ディ−テルト−ブチル−４−ハイ
ドロキシ−フェニール）プロパニル−ヒトラジンであ
る。ＣＡＳの１０２４の化学名称は、３，５−ビス
（１，１−ジメチルエチル）−４−ハイドロキシ−ベイ
ゼンプロパノイク酸２−［３−［３，５−ビス−（１，
１ジメチルエチル）−２−ハイドロキシ−フェニル−１
−オックソプロピール］ハイドラジッドである。

【００１２】Ｉｒｇａｎｏｘ １０１０安定化剤は、比
較的抽出しやすい。それに対し、二重機能Ｉｒｇａｎｏ
ｘ １０２４安定化剤は、比較的抽出しづらい。一般的
に、絶縁の内部層と外部層とは、Ｉｒｇａｎｏｘ １０
１０安定化剤を０．１５重量％を含む。二重機能安定化
剤Ｉｒｇａｎｏｘ １０２４の重量パーセントについて
は後述する。酸化性のクラックは、何れかの絶縁層で発
生しやすく、それらを防止しなければならない。絶縁物
の酸化は、内部層に隣接する銅製導体により触媒活性化
される。酸化防止機能及び金属不活性化機能を有する安
定化システムは、絶縁材料中に導入されて、銅への絶縁
を破壊するのを防止する。しかし、この絶縁物がある種
の充填材に曝されると、絶縁物中の安定化剤の量は抽出
作用、あるいは反応により減少する。さらに膨張剤と安
定化システムとの反応生成物の相互作用により安定化シ
ステムの効率が落ちる。２６ゲージのＤＥＰＩＣは、こ
れらの問題に対して、その径が細いため、被害を受けや
すい。

【００１３】安定化システムの様々な濃度についてテス
トを行った。図３に示すようにカーブ３２は、外側層と
内部層で５０：５０の比で、原材料内に二重機能安定化
剤が存在する計算上平均重量パーセントを表す。カーブ
３３は、原材料が銅製導体に塗布された後、高性能の液
体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）により測定された実際
の平均二重機能安定化剤の平均パーセントを表す。その
後、絶縁被覆導体を充填材の存在のもとで四週間ほどプ
レエージングした。この四週間のプレエージングによっ
て、二重機能安定化剤の残留量は、外部層の二重機能安
定化剤の元の量とは無関係で、内部層のそれに依存す
る。内部層の濃度が増加するにつれて残留量は増加す
る。

【００１４】ポリオレフィンプラスチック材料の安定化
の程度を計る尺度としては、高温テスト温度における酸
化導入時間（ＯＩＴ）として知られるパラメータであ
る。ＡＳＴＭでは、高温テスト温度は１９９℃で、一
方、地方電気協会（ＲＥＡ）は、固体ポリオレフィンに
対しては１９９℃、膨張ポリオレフィンに対しては１９
０℃を規定する（ＡＳＴＭＤ４５６５を参照のこと）。
前記のＯＩＴは、テスト温度において、純酸素の存在下
で品質が劣化することなく、安定化材料が如何に長く酸
化に耐えるかを測定することによって、酸化の程度を指
示する。ＯＩＴが上がるごとに安定化の程度は増す。

【００１５】ＯＩＴテストを行う前に、テスト用ケーブ
ルを二週間７０℃でプレエージングすることにより、絶
縁物に充填材が浸透しやすくする。このような前処理に
より、ケーブルが出荷及び据え付けを前に製造業者の倉
庫内においておくのと、同じ状態を模擬している。図４
において、カーブ３５は２００℃で、ＯＩＴの時間
（分）対内部層と外部層とを含む絶縁層に対する原材料
の二重機能安定化剤であるＩｒｇａｎｏｘ ＭＤ １０
２４の平均重量パーセントを表している。二重機能安定
化剤の平均重量パーセントは、約０．４から０．８重量
％の範囲内である。このＯＩＴは、平均安定化剤の重量
パーセントのレベルが増加するにつれて増加する。

【００１６】図４において、カーブ３７は充填材、特に
Ｆｌｅｘｇｅｌ充填剤を有するケーブル構造内で二週間
のプレエージングをした絶縁物に対するＯＩＴを表す。
このカーブ３７は、セル状内部層内の二重機能安定化材
レベルが、約０．７６重量％で、表面の外側層の二重機
能安定化剤レベルが変わる絶縁システムを表す。点４１
のシステムは安定化レベルが、約０．４重量％を有する
外部層を表す（＝０．５８ｘ２−０．７６）。点４３と
４５は、外部層内の０．６重量％（＝０．６８ｘ２−
０．７６）と０．８重量％（＝０．７８ｘ２−０．７
６）の二重機能安定化レベルの値を有する絶縁システム
を表す。

【００１７】ＯＩＴの減少は、安定化レベルの減少に起
因する。しかし、図４に示されたものは、従来公知では
なかったが、ケーブル充填材に曝した後、絶縁システム
の安定化レベルは、内部層内の安定化剤の重量％により
決定されて、外部層の安定化レベルとは無関係であるこ
とが分かる。酸化安定性をテストする別のテストは、い
わゆるペデスタルテストである。これに関しては、ベル
コア技術文献ＴＲ−ＮＷＴ−００４２１の１９９１年９
月３日号を参照のこと。上記のＯＩＴテストは短期間テ
ストであるが、ペデスタルテストは長期間テストであ
る。このペデスタルテストは、正確には、ペデスタル熱
酸化性安定機能テストと称される。このペデスタル熱酸
化性安定機能テストは加速試験で、絶縁被覆導体がフィ
ールド状態に曝された状態を模擬する。

【００１８】このテスト用ケーブルは、熱酸化安定テス
トの前に高温に曝される。この高温に曝されたケーブル
から個別の導体をその後引出して周囲を取り除いて、絶
縁導体の外径に等しい直径を有するマンドレルの周囲に
卷回することにより、応力をかける。この応力のかかた
状態の導体をテレホンペデスタル内で高温で特定の時間
の間曝す（９０℃で２６０日）。この後、導体の絶縁物
にクラックがあるか否かの試験をする。

【００１９】このテストにおいては、標準の６インチ
（１５２mm）平方で、４８インチ（1.2m）の長さの金属
ペデルタルである。内部終端プレートポリエチレンライ
ナ、フレーム、接地ワイヤ等、ワイヤサンプルを支持す
るのに必要でないものは全て取り除かれる。金属ブラケ
ットがワイヤサンプルとモニタプローブを搭載するため
に具備される。熱源がペデスタルの上部１２インチ（２
９４mm）のところを取り囲む。

【００２０】ペデスタルのベースに、織り棉またはチー
ズクロスを詰めて、ペデスタル内の温度勾配を減少させ
る。熱源の下のテストペデスタルの周囲のＲ１１ファイ
バグラス／ロックウールハウス絶縁物を使用することに
より、ペデスタル内の温度勾配を減少させることができ
る。ペデスタル内の絶縁導体コイルの全ての温度を特定
の試験温度から±２℃内に抑えるような温度制御システ
ムが使用される。９０℃のテストの場合、この温度範囲
は、８８℃から９２℃の間である。４時間以下の間隔で
内部温度をモニタし、記録するような個別のシステムが
使用される。

【００２１】このテストにおいて、市販されている最小
直径の導体を含む２５対以上の最終ケーブルが使用され
た。ケーブルを３０インチ（７６２mm）長さで切断し
て、それらをビニールテープでもってシールした。この
シールされたケーブルを７０℃（１５８°Ｆ）で２８日
間オーブンの中に配置した。この条件付けの期間の最後
に、サンプルは室温まで冷却されて、５０本の絶縁導体
（５本のサンプルごとに色が異なる）を選択した。充填
されたケーブルが使用された場合には、各導体は清潔な
棉またはペーパタオルでもって拭き取る。溶剤は充填材
を取り除くためには使用しなかった。各導体は５０本の
導体の各々の端部から１３インチ（３１８mm）のところ
にあるマンドレルの周囲で１０回の緊密な卷回でもって
巻き付けた。巻付けの間、かかる力の変動を最小にする
ために、ワイヤとマンドレルとの間の角度は７０度以上
に保持した。このマンドレルを巻き付けられた導体の環
状の形状を崩すことなく、引き抜いた。

【００２２】各コイル状の導体サンプルは、金属ブラケ
ットに接着されて、ペデスタルの上部内部表面から３−
６インチ（７６−１５２mm）のところの配置された温度
センサと同一レベルにコイルの先端を動くように反転Ｕ
字型のループを形成する。この温度センサは反転ループ
の上部の導体コイルの中央部に配置されて、ペデスタル
即ちブラケットに固定される。センサは、上端部のコイ
ルと同一水平方向のレベルにあり、すべてのコイルは設
定温度から±２℃以下の範囲にある。

【００２３】その先端の上に垂直に配置され、その最も
低いコイルの高さと同一の場所に配置されたプローブ
は、最も低い場所のコイル温度が設定温度の±２℃の範
囲内に入るように周期的、かつ連続的に検査される。こ
の制御プローブは、温度センサと同一の高さのペデスタ
ルの壁に配置され、すなわちペデスタルと同一の高さに
ペデスタルのセンター軸に配置される。高温をカットオ
フするシステムを用いることによりサンプルの損傷を防
止し、高温条件により引き起こされる非均一性を阻止す
る。温度カットオフプローブは、上部のコイルの温度セ
ンサに隣接して配置される。

【００２４】コイルとセンサが配置されると、ペデスタ
ルの前面が閉じられて、加熱マントルがペデスタルの上
に配置される。サンプルは、９０℃（１９４°Ｆ）の温
度で２６０日間テストされる。このテストは特定のテス
ト期間加熱された後完了する。この期間は特定の温度
で、サンプルが曝されないような乾燥期間の間、あるい
は電源が落ちた間調整される。絶縁被覆導体コイルのす
べては２６０日の間９０±２℃（１９４±４°Ｆ）の温
度に維持される。絶縁システムが合格するためには、絶
縁サンプルは上記のテスト温度の完了後、５倍の倍率の
顕微鏡で検査された後、目に見えるクラックを示しては
ならない。このテストは１１０℃でも実行されるが、こ
れはより速いテスト結果を得るためである。

【００２５】図５において、１１０℃において第１のク
ラックが現れた日数対外部層と内部層との中に原材料の
段階で入った１０２４安定剤の平均重量量（重量％）と
の関係を表す図である。データ点５２−５２と５４−５
４は、内部層に二重機能安定剤が約０．４２％と０．６
５％包含される絶縁被覆導体を表す。内部層内の二重機
能安定剤の重量パーセントが増加するにつれて、第１の
クラックが表れる日数が増加する。データ点５６−５６
によって表される内部層内の安定剤が約０．７６％を有
する導体においては、最初のクラックが検知されるまで
に２１０から２４５日経過した。これらのデータは、内
部層内の二重機能安定剤の重量パーセントはペデストル
テストにおける内部層と外部層の合成の信頼性を決定
し、これは図５における水平線によって表される。この
結果、この信頼性は、外部層内の安定剤の重量パーセン
トとは無関係であることが分かる。

【００２６】これらの結果から、内部層内の安定化剤の
レベルが、絶縁被覆導体の性能（信頼性）に決定的な影
響を及ぼすと結論づけることができる。絶縁層のクラッ
クを防止するために、少なくとも約０．４重量％の二重
機能安定剤のレベル、好ましくは０．４−０．８重量％
の範囲、従来のものに比較して、内部層に必要とされ
る。この実験結果は、ケーブル業界によって受け入れら
れた従来の考え方、すなわち内部層における安定化剤の
量は、比較的低く、外部層のそれとほぼ同じものである
と言う技術思想とは真っ向から対立するものである。何
年にもわたって、内部層と外部層内の二重機能安定剤の
レベルは、０．１％から０．２重量％に徐々に増加して
いる。この発明で発見されたことは、絶縁層の安定性
は、外部層内の安定剤の重量％の量とは無関係であると
いうことである。。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の通信ケーブル
は、絶縁層を構成する外部層の二重機能の安定化剤成分
は、内部層のそれより低いレベルにある為、銅製導体を
被覆する絶縁物の信頼性が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の通信用ケーブルの端部断面図を示す図
である。

【図２】図１に示された導体２６の拡大端部断面図であ
る。

【図３】内部層と外部層に原材料段階で含まれる二重機
能安定化剤の平均重量パーセントと、加工処理及びプレ
エージング後の絶縁システム内の二重機能安定化剤の実
際レベルを表すグラフである。

【図４】内部層と外部層に原材料で含まれる二重機能安
定化剤の平均重量パーセントと、酸化導入時間の関係を
表すグラフである。

【図５】ペデスタルテストの結果を表すグラフである。

【符号の説明】

２０ ケーブル ２２ コア ２３ ジャケット ２４ 対 ２５ 金属導体 ２６ 絶縁被覆金属導体 ２７ 絶縁システム ２８ 内部層 ２９ 外部層 ３０ 充填材 ３１ 環状メンバ ６１ 内部シールド ６３ オーバラップ線 ６５ 外部シールド ６７ オーバラップ線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モーリーン ジー．チャン アメリカ合衆国 07974 ニュージャージ ー ニュープロヴィデンス、オールドウッ ド ドライヴ 15 (72)発明者 ケント ブライン コノール アメリカ合衆国 75180 テキサス バー クスプリングス、ナンバー2200 アンバサ ダー ウェイ 4406 (72)発明者 ティモシー ステファン ダハーティー アメリカ合衆国 85022 アリゾナ フェ ニックス、ノース セカンドプレース 13016 (72)発明者 カレン ディー ダイ アメリカ合衆国 85044 アリゾナ フェ ニックス、ウェスタン スター 4820 イ ースト (72)発明者 スタンリー コーフマン アメリカ合衆国 30338 ジョージア ダ ンウッディー、ホワイトウッド コート 5536 (72)発明者 ヴァレリー ジェイ．カック アメリカ合衆国 07043 ニュージャージ ー アッパーモンクレール、ウォーフィー ルド ストリート 45 (72)発明者 レオナルド ディー．ローン アメリカ合衆国 07974 ニュージャージ ー ニュープロヴィデンス、セントラル アヴェニュー 107 (72)発明者 エドワード デニス ニルソン アメリカ合衆国 30088 ジョージア ス トーンマウンテン、パインヒル コート 4940 イースト (72)発明者 ラファエル アントニオ サビア アメリカ合衆国 07746 ニュージャージ ー マルボロ、ロックウェル サークル 24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に伸びる金属導体（２５）と、 この金属導体を包囲する絶縁物製の内部層（２８）と外
   部層（２９）とからなる絶縁被覆金属導体（２６）にお
   いて、 前記絶縁物は、酸化防止機能と金属不活性化機能とから
   なる二重機能を有し、且つ高い耐抽出能力を有する安定
   化剤を含み、 前記外部層の二重機能の安定化剤成分は、内部層のそれ
   より低いレベルにあることを特徴とする金属導体が安定
   化剤含有絶縁物に被覆された絶縁被覆金属導体（２
   ６）。
2. 【請求項２】 前記内部層の絶縁物内の二重機能安定化
   剤のレベルは、少なくとも０．４重量％であることを特
   徴とする請求項１の導体。
3. 【請求項３】 前記内部層の絶縁物内の二重機能安定化
   剤のレベルは、０．４−０．８重量％の範囲内にあるこ
   とを特徴とする請求項１の導体。
4. 【請求項４】 前記内部層と外部層のいずれか、または
   その両方の層は、ポリオレフィンプラスッチク材料を含
   むことを特徴とする請求項１の導体。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の絶
   縁被覆金属導体（２６）とこの導体を包囲する充填剤
   （３０）を含むコア（２２）と、 このコアの周囲に配置されたシースシステム（３１、６
   １、６５、２３）とからなることを特徴とする通信ケー
   ブル（２０）。