電力伝送や情報通信の中核を担う電線・ケーブルの性能は、絶縁体や被覆材の加工方法に直接的に左右されます。現代の産業におけるケーブル性能への要求が多様化するにつれ、押出成形、縦巻き、らせん巻き、ディップコーティングという4つの主要な加工方法が、それぞれ異なる状況において独自の利点を発揮しています。本稿では、各加工方法の材料選定、工程フロー、および適用事例を詳しく解説し、ケーブルの設計と選定のための理論的基礎を提供します。
１．押出成形プロセス
1.1 材料システム
押出成形プロセスでは、主に熱可塑性または熱硬化性ポリマー材料が使用されます。
①ポリ塩化ビニル（PVC）：低コストで加工が容易であり、従来の低電圧ケーブル（UL 1061規格ケーブルなど）に適していますが、耐熱性が低い（長期使用温度は70℃以下）です。
②架橋ポリエチレン（XLPE）過酸化物または放射線による架橋により、耐熱温度は90℃（IEC 60502規格）まで上昇し、中電圧および高電圧電力ケーブルに使用されます。
③ 熱可塑性ポリウレタン（TPU）：耐摩耗性はISO 4649規格グレードAに適合し、ロボットのドラッグチェーンケーブルに使用されます。
④フッ素樹脂（例：FEP）：耐熱性（200℃）および耐薬品性があり、航空宇宙ケーブルのMIL-W-22759規格を満たしています。
1.2 プロセス特性
スクリュー押出機を使用して連続コーティングを実現する。
① 温度制御：XLPEは3段階の温度制御（供給ゾーン120℃→圧縮ゾーン150℃→均質化ゾーン180℃）が必要です。
② 厚さ管理：偏心は5％以下でなければならない（GB/T 2951.11に規定）。
③冷却方法：結晶応力割れを防ぐため、水槽内での段階冷却を行う。
1.3 アプリケーションシナリオ
① 送電：35kV以下のXLPE絶縁ケーブル（GB/T 12706）。
②自動車用ワイヤーハーネス：薄肉PVC絶縁体（ISO 6722規格、厚さ0.13mm）。
③ 特殊ケーブル：PTFE絶縁同軸ケーブル（ASTM D3307）。
2. 縦方向の包装工程
2.1 材料の選定
① 金属片：0.15 mm亜鉛メッキ鋼テープ(GB/T 2952規格)、プラスチック被覆アルミテープ（Al/PET/Al構造）。
② 防水材：ホットメルト接着剤を塗布した防水テープ（膨潤率≧500％）。
③ 溶接材料：アルゴンアーク溶接用ER5356アルミニウム溶接ワイヤ（AWS A5.10規格）。
2.2 主要技術
縦方向の包装工程は、主に3つのステップから構成されます。
① ストリップ成形：多段階の圧延により、平らなストリップをU字型からO字型に曲げる。
②連続溶接：高周波誘導溶接（周波数400kHz、速度20m/分）。
③ オンライン検査：スパークテスター（試験電圧9kV/mm）。
2.3 代表的な用途
① 海底ケーブル：二重層鋼帯縦巻き（IEC 60840規格の機械的強度≥400 N/mm²）。
② 鉱山用ケーブル：波形アルミニウムシース（MT 818.14 圧縮強度 ≥20 MPa）。
③ 通信ケーブル：アルミニウム・プラスチック複合材の縦方向被覆シールド（伝送損失≤0.1 dB/m @1GHz）。
3. らせん状ラッピングプロセス
3.1 材料の組み合わせ
① マイカテープ：白雲母含有量 ≥95% (GB/T 5019.6)、耐火温度 1000℃/90 分。
② 半導体テープ：カーボンブラック含有量30%～40%（体積抵抗率10²～10³Ω・cm）。
③複合テープ：ポリエステルフィルム＋不織布（厚さ0.05mm±0.005mm）。
3.2 プロセスパラメータ
① 巻き付け角度：25°～55°（角度が小さいほど曲げ抵抗が高くなります）。
②重ね合わせ率：50%～70%（耐火ケーブルは100%の重ね合わせが必要）。
③張力制御：0.5～2 N/mm²（サーボモーター閉ループ制御）。
3.3 革新的な応用例
① 原子力発電ケーブル：3層マイカテープ巻き（IEEE 383規格LOCA試験合格）。
② 超電導ケーブル：半導体防水テープ巻き（臨界電流保持率≧98%）。
③ 高周波ケーブル：PTFEフィルム被覆（誘電率2.1@1MHz）。
4. ディップコーティング工程
4.1 コーティングシステム
① アスファルトコーティング：浸透度60～80（0.1mm）@25℃（GB/T 4507）。
②ポリウレタン：二成分系（NCO：OH＝1.1：1）、接着性≧3B（ASTM D3359）。
③ ナノコーティング：SiO₂変性エポキシ樹脂（塩水噴霧試験1000時間以上）。
4.2 プロセス改善
① 真空含浸：0.08 MPaの圧力を30分間維持（細孔充填率95%以上）。
② UV硬化：波長365nm、強度800mJ/cm²。
③ 段階乾燥：40℃×2時間→80℃×4時間→120℃×1時間。
4.3 特殊用途
①架空送電線：グラフェン改質防食コーティング（塩分付着密度を70%低減）。
② 船上ケーブル：自己修復性ポリウレアコーティング（亀裂修復時間＜24時間）。
③ 埋設ケーブル：半導体コーティング（接地抵抗≦5Ω・km）。
5. 結論
新素材やインテリジェント機器の開発に伴い、被覆プロセスは複合化とデジタル化へと進化しています。例えば、押出成形と縦方向ラッピングを組み合わせた技術により、3層共押出＋アルミニウム被覆の統合生産が可能になり、5G通信ケーブルにはナノコーティング＋ラッピング複合絶縁が採用されています。今後のプロセス革新においては、コスト管理と性能向上との最適なバランスを見出すことが求められ、ケーブル産業の高品質な発展を牽引していく必要があります。
投稿日時：2025年12月31日