JP2008135196A - 耐燃性ポリエチレン絶縁電線 - Google Patents

Abstract

【課題】 可撓性に優れ、導体の断面積を変えることなく外径を小さくすることのでき、撚線導体の最外周に絶縁体を均一の厚さに被覆することができ、撚線導体の最外周に絶縁体が食い込むのを防止し、絶縁体を容易に剥離することのできる耐燃性ポリエチレン絶縁電線を提供すること。
【解決手段】 中心導体２の外周に複数本の外層素線３を撚り合わせて高圧で圧縮し、外層素線３を大径の外側円弧３ｃと小径の内側円弧を有する端面扇状に形成し，かつ、複数本の隣り合う外層素線３の外側円弧３ｃ間に隙間を生じさせることなく外周面を滑らかに形成して圧縮撚線導体４を構成し，圧縮撚線導体４の外周に耐燃性ポリエチレン樹脂からなる絶縁体５を被覆して構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、耐燃性ポリエチレン絶縁電線に係り、特に撚線導体に被覆される耐燃性ポリエチレン樹脂を容易に剥離できるようにすることのできる耐燃性ポリエチレン絶縁電線に関する。

一般に、絶縁被覆撚線は、撚線導体に絶縁体を被覆して形成されている。この絶縁被覆撚線は、被覆電線の導体に高周波電流を流す際に、高周波電流が導体断面の外周に近いほど電流が多く流れて、逆に導体断面の中心に近いほど電流が流れづらくなる表皮効果という現象が起こる。この表皮効果を減らすために、従来の絶縁体が被覆される絶縁被覆撚線導体は、中心導体を１本設けて、この中心導体の周囲に、素線を複数本配置してなる同心撚り軟銅導体が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。この同心撚り軟銅導体は、１本の中心導体の周囲に、前記中心導体と同一の外径からなる素線を６本、１２本、２４本というように配置するものであって、特許文献１の図４においては６本の素線が撚り合わせて配置された構造となっている。

このような絶縁被覆撚線導体５１は、内層５２を構成する素線５３の周囲に、外層５４を構成する複数の素線５５が配置され撚り合わせて撚線導体５８が形成されており、その外周には、樹脂からなる絶縁体５６が形成されている。従来の絶縁被覆撚線導体５１は、内層５２の素線５３と、外層５４の素線５５がとは同径のものが用いられていた。

このような絶縁被覆撚線導体５１に用いられる同心撚り軟銅導体は、自動車内部の配線や、電子機器等の内部において使用されることが多いため、外径を小さくすることが求められていたが、同心撚り軟銅導体は、１本の中心導体と、該中心導体の周りに配置される素線とが同一の外径を有する円形に形成されていたので、同心撚り軟銅導体としての外径が大きいものであった。

しかし、特許文献１の絶縁被覆撚線導体５１は、１本の中心導体と、該中心導体の周りに配置される素線とが同一の外径を有する円形に形成されていたので、同心撚り軟銅導体としての外径が大きく、自動車等の低電圧配線に用いられる電線の細径化の要求に応えるものとはなっていない。そこで、単一の中心素線の周囲に、少なくとも、その周方向に沿って取囲むように６本の周辺素線が隣接した状態に集合配置し、中心素線として、その径寸法が周辺素線の径寸法よりも小さいものを用い、周辺素線をその集合形態の中心に向けて圧縮した圧縮導体を用いて、絶縁被覆撚線導体を構成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

この特許文献２の圧縮導体２は、図２に示すように、まず、単一の中心素線３ａの周囲に、その周方向に沿って取囲むように６本の周辺素線３ｂを隣接した状態に集合配置して中心素線３ａを中心に撚り合わせる。この状態では、中心素線３ａを中心とする正六角形の各項点の位置に各周辺素線３ｂの中心軸がそれぞれ配設された状態となっている。そして、次に、この中心素線３ａ，６本の周辺素線３ｂの集合形態を、その集合形態の中心（中心素線３ａの中心）に向けて圧縮する。

すると、各周辺素線３ｂは、互いの接触部分で圧接されて相互に影響を受けて変形しながら、前記集合形態の中心に向けて変形移動することになる。この際、前記中心素線３ａと各周辺素線３ｂ間には若干の遊びを持たせた状態となっている。このため、中心素線３ａは各周辺素線３ｂに密着せず、または、弱い力で密着した状態となって、図１に示すような圧縮導体２が形成される。
特開２００３−５１２１４号公報（第２頁、第４図） 特開２００２−１００２４１号公報（第２頁、図１）

このように特許文献１の耐燃性ポリエチレン絶縁電線５１は、中心導体（内層５２の素線５３）の周囲に外層５４を構成する複数の素線５５を配置して撚り合わせて構成される撚線導体５８に絶縁体５６である耐燃性ポリエチレン樹脂を被覆して、構成されている。この特許文献１の耐燃性ポリエチレン絶縁電線５１に使用している撚線導体（撚り合わせ導体）５８は、撚線導体５８を構成する全ての素線５３，５４が円形に形成されているため、撚り合わせた際に導体最外周に大きな凹凸が形成される。この状態で、撚線導体（撚り合わせ導体）５８に絶縁体５６である耐燃性ポリエチレン樹脂を被覆すると、導体最外周、すなわち外層５４の外周に形成されている大きな凹凸の凹み部分に被覆した絶縁体５６である被覆材料（耐燃性ポリエチレン樹脂）が食い込むことになる。

また、特許文献２の圧縮導体２を用いた電線１の場合も、図１に示す如く、各周辺素線３ｂが、互いの接触部分で圧接されて相互に影響を受けて変形しながら、前記集合形態の中心に向けて変形移動する。しかし、この中心素線３ａと各周辺素線３ｂ間には、若干の遊びを持たせた状態となっており、中心素線３ａは各周辺素線３ｂに密着せず、または、弱い力で密着した状態となって、図１に示すように特許文献２の圧縮導体２は、圧縮導体２を構成する中心素線３ａと６本の周辺素線３ｂの集合形態を撚り合わせた際に、圧縮導体２最外周に凹凸が形成される。
この状態で、圧縮導体２の上に絶縁被腹部（耐燃性ポリエチレン樹脂）５を被覆すると、圧縮導体２の最外周に形成されている大きな凹凸の凹み部分に被覆した絶縁被腹部（耐燃性ポリエチレン樹脂）５が食い込むことになる。

この特許文献１の耐燃性ポリエチレン絶縁電線は、耐燃性ポリエチレン絶縁電線の端末を処理する場合、絶縁体５６を剥離し、撚線導体（撚り合わせ導体）５８を露出することが行われる。この撚線導体（撚り合わせ導体）５８から絶縁体５６を剥離するにあたって、撚線導体（撚り合わせ導体）５８の最外周の大きな凹凸の凹み部分に被覆した絶縁体５６である被覆材料（耐燃性ポリエチレン樹脂）が食い込んでいるため、被覆材料（耐燃性ポリエチレン樹脂）の剥離性が著しく悪いという問題点を有している。

また、特許文献２の圧縮導体２を用いた電線１耐燃性ポリエチレン絶縁電線の端末を処理する場合、絶縁被腹部（耐燃性ポリエチレン樹脂）５を剥離し、圧縮導体２を露出することが行われる。この圧縮導体２から絶縁被腹部（耐燃性ポリエチレン樹脂）５を剥離するにあたって、圧縮導体２の最外周の大きな凹凸の凹み部分に被覆した絶縁被腹部（耐燃性ポリエチレン樹脂）５である被覆材料（耐燃性ポリエチレン樹脂）が食い込んでいるため、被覆材料（耐燃性ポリエチレン樹脂）の剥離性が著しく悪いという問題点を有している。

塩化ビニル絶縁電線の場合、被覆材料が塩化ビニル樹脂で構成されており、この塩化ビニル樹脂材料の性質により撚線導体（撚り合わせ導体）５８の最外周の大きな凹凸の凹み部分に被覆材料（塩化ビニル樹脂）が食い込んでいても容易に剥離することができる。しかしながら、被覆材料として耐燃性ポリエチレン樹脂を用いる耐燃性ポリエチレン絶縁電線の場合は、耐燃性ポリエチレン樹脂が導体に強密着する性質を有しており、撚線導体（撚り合わせ導体）５８、圧縮導体２の最外周の大きな凹凸の凹み部分に被覆材料（ポリエチレン樹脂）が食い込むと、被覆材料として耐燃性ポリエチレン樹脂の被覆層厚が均一になっておらず、さらに剥離が非常に困難になるという問題点を有している。

本発明の目的は、可撓性に優れ、導体の断面積を変えることなく外径を小さくすることのでき、撚線導体の最外周に絶縁体を均一の厚さに被覆することができ、撚線導体の最外周に絶縁体が食い込むのを防止し、絶縁体を容易に剥離することのできる耐燃性ポリエチレン絶縁電線を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１記載の耐燃性ポリエチレン絶縁電線は、中心導体の外周に複数本の外層素線を撚り合わせて高圧で圧縮し、該外層素線を大径の外側円弧と小径の内側円弧を有する端面扇状に形成し，かつ、前記複数本の外層素線の外側円弧間に隙間を生じさせることなく外周面を滑らかに形成して撚線導体を構成し，前記撚線導体の外周に耐燃性ポリエチレン樹脂からなる絶縁体層を被覆して構成したものである。

このような特徴を有する請求項１記載の発明によれば、素線を撚り合わせた複数芯導体の最外周表面を強圧縮して、撚り合わせ導体（撚線導体）の表面を真円に近い形状に成形し、撚り合わせ導体（撚線導体）の最外周の凹凸を除去して、外周素線間の隙間を無くしてあるため、耐燃性ポリエチレン絶縁体の導体素線間の食い込みを防止することができる。

上記課題を解決するため、請求項２記載の耐燃性ポリエチレン絶縁電線は、請求項１記載の耐燃性ポリエチレン絶縁電線において、前記中心導体の外周に撚り合わせられる各外層素線を，前記中心導体の径よりも小さい径で構成したものである。

このような特徴を有する請求項２記載の発明によれば、撚り合わせ導体（撚線導体）を構成する素線に従来品より外径の太い素線を用いて撚り合わせ、中心素線に、他の素線より更に太いものを用いているため、強圧縮後の導体断面積を従来品と同等にし、電線要求特性の１つである導体抵抗値を満足することができる。

本発明の耐燃性ポリエチレン絶縁電線によれば、可撓性に優れ、導体の断面積を変えることなく外径を小さくすることのでき、撚線導体の最外周に絶縁体を均一の厚さに被覆することができ、撚線導体の最外周に絶縁体が食い込むのを防止し、絶縁体を容易に剥離することができる。

以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の耐燃性ポリエチレン絶縁電線の一実施の形態を示す斜視図である。

図１において、１は、本発明に係る耐燃性ポリエチレン絶縁電線である。この耐燃性ポリエチレン絶縁電線１は、中心導体２と、断面扇形状の外層素線３とを有する構造となっていて、１本の中心導体２の外周に複数本の外層素線３を撚り込んで圧縮して圧縮撚線導体４が形成されている。この圧縮撚線導体４は、中心導体２を中心に、その周方向に沿って取囲むように６本の外層素線３を隣接した状態に集合配置し、これらを撚り合わせて撚線導体を形成し、さらに、この撚線導体を強圧縮して圧縮撚線導体４を形成している。

このように中心導体２の外周には、６本の外層導体３が設けられている。この６本の各外層導体３は、１本の素線を扇形状となるように伸線したものである。そして、この６本の各外層素線３は、中心導体２の外周に沿って配置されている。本実施の形態においては、中心導体２の外周に６本の同一形状の外層導体３が配置されている。すなわち、本実施の形態においては、６本の外層素線３の隣り合う側面同士が面接触し、６本の外層素線３が一体となって端面形状が略リング状に形成されている。

本実施の形態において、中心導体２は、従来の中心導体と同様に軟銅等からなっていて、その外径の大きさは、従来と同一の大きさとなっている。
この中心導体２は真円に成形されている。中心導体２を真円に成形することで、該中心導体２の上に同心円状に樹脂を押出被覆して電線を形成した際に、電線が良好な可撓性を得ることができるようになっている。
そして、この真円に成形された中心導体２の外周には複数本の外層素線３が撚り込まれた状態となっている。本実施の形態においては、１本の中心導体２に６本の外層素線３が撚り込まれている。図において、この外層素線３は、端面が扇形状となるように形成された素線であって、中心導体２の長手方向に沿って、中心導体２の外周に撚り込まれている。

本実施の形態において、中心導体２の外周に撚り合わせられる複数本の外層素線３の径は、中心導体２の径よりも小さい径で構成されている。すなわち、圧縮撚線導体４を構成する中心導体２素線、６本の外層素線３は、従来品より外径を太くして撚り合わせ、中心素線２は、他の６本の外層素線３より更に太いものを用いる。従来品と同一外径の外層素線３を強圧縮すると、導体断面積が著しく小さくなり、電線要求特性の１つである導体抵抗値を満足することが困難となるため、強圧縮後の導体断面積を従来品と同等にしてある。

中心導体２を中心に、その周方向に沿って取囲むように６本の外層素線３を隣接した状態に集合配置し、これらを撚り合わせて撚線導体を形成し、さらに、この撚線導体を強圧縮して形成される圧縮撚線導体４の６本の各外層素線３は、図２に示す如く、各両端部に側面３ａ，３ｂを有する構造となっていて、外層素線３を中心導体２に接合させた際に、隣り合う外層素線３の側面３ａと側面３ｂ同士が面接触するようになっている。また、この６本の外層素線３の各外側円弧３ｃは、６本の各外層素線３を撚り合わせて形成される撚線導体の最外周表面を強圧縮して、圧縮撚線導体４を形成し、この圧縮撚線導体４の表面を真円に近い形状に成形してある。そして、６本の外層素線３の各隣り合う外層素線３の側面３ａと側面３ｂ同士の境界（各外周素線３間）に隙間が生じないように接合し、圧縮撚線導体４の最外周に生じる凹凸を除去し、圧縮撚線導体４の導体表面を平滑な面に形成してある。

この圧縮撚線導体４は、図３に示す如く、圧縮機１０によって撚り合わせ導体を強圧縮して製造される。すなわち、中心導体２と６本の外層素線３は、この中心導体２を中心に、その周方向に沿って、取囲むように隣接した状態に集合配置するように、圧縮機１０の分線盤１１を通して送り出される。この分線盤１１を出てきた中心導体２と６本の外層素線３は、圧縮機１０の撚り口金１２によって中心導体２を中心に、その周方向に沿って取囲むように隣接した状態に撚り合わされ、円形撚り合わせ導体（撚線導体）１３が形成される。

このようにして撚り合わされた円形撚り合わせ導体（撚線導体）１３は、第１段目の圧縮ダイス１４において、圧縮される。この圧縮ダイス１４によって圧縮された円形撚り合わせ導体（撚線導体）１３は、一次圧縮撚線１５となる。この一次圧縮撚線１５は、通常の圧縮導体であるが、各外層素線３間の溝１５ａは、円形撚り合わせ導体（撚線導体）１３の溝１３ａより小さくなっているが、溝５ａは、完全に残っている。

次に、第１段目の圧縮ダイス１４において、圧縮されて形成された一次圧縮撚線１５は、次段の圧縮ダイス１６に送られ、この圧縮ダイス１６よって強圧縮され、圧縮撚線導体１７となる。この圧縮ダイス１６は、１段とは限らず、内径の異なる圧縮ダイスを複数段有するものである。この圧縮ダイス１６は、便宜上、１つで表しているが、一次圧縮撚線１５の各外層素線３間の溝１５ａを無くし、一次圧縮撚線１５の最外層表面が平滑になり圧縮撚線導体１７が成型されるまでの段数有している。この圧縮ダイス１６を構成する一次圧縮撚線１５が通過する圧縮ダイスの数量は、
（１）撚り合わせる外層素線３の本数
（２）素線の外径
（３）撚り合わせ後の外径
によって異なる。

これは、一次圧縮撚線１５を急激に圧縮を行うと、外層素線３の内部に残留応力が強く発生する。この外層素線３の内部に残留応力が強く発生すると、外層素線３の破壊（断線）が発生する。このため、上記の条件によっては、３〜５個の圧縮ダイスを通して徐々に圧縮していかなければならない。
また、この工法の場合、金属の加工硬化により撚り合わせ後の導体が著しく硬くなり、電線・ケーブル用の導体として必要な曲げ伸ばし性能が大きく失われる。このため、圧縮ダイス１６における最終圧縮ダイスを通過して一次圧縮撚線１５の最外層表面が平滑となり強圧縮された圧縮撚線導体１７を、連続焼鈍機２０を通過させて、加工硬化した圧縮撚線導体１７を連続で焼鈍し軟化させる。

このように形成される圧縮撚線導体４の上に絶縁体５として耐燃性ポリエチレン樹脂を被覆してある。このように絶縁体５として耐燃性ポリエチレン樹脂を用いるのは、絶縁体５にポリ塩化ビニル樹脂組成物を用いた従来の絶縁電線にあっては、例えば、焼却廃却処分するために電線を燃焼すると、ポリ塩化ビニル樹脂組成物から腐食性を有する塩化水素ガスが発生するという問題があった。
そこで、近年、絶縁体にオレフィン系樹脂組成物（例えば、ポリエチレン）を用い、ハロゲン化物を用いない絶縁電線を自動車のワイヤハーネス等、高温を発する箇所の絶縁電線として用いる試みがなされている。このオレフィン系樹脂組成物（例えば、ポリエチレン）の場合、単独では難燃性がないため、耐燃性ポリエチレン絶縁電線では、絶縁体５であるポリエチレン樹脂に水酸化マグネシウム等の金属水酸化物を混合して難燃性を持たせている。

オレフィン系樹脂には、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体があるが、これらのいずれか１種または２種以上の混合物で構成することができる。
この他、ノンハロゲン難燃ポリオレフィン組成物に用いることのできるオレフィン系樹脂には、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−エ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、エチレンーメタクリル酸共重合体、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、メタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン、メタロセン超低密度ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体がある。
本実施の形態においては、オレフィン系樹脂の内のポリエチレが用いられている。

この絶縁体５であるポリエチレンに配合する金属水酸化物は、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムのいずれか１種又は２種以上の混合物で構成することができる。この金属水酸化物（例えば、水酸化マグネシウム）をオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン）に配合することによってオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン）組成物が燃焼した時、配合されている金属水和物（例えば、水酸化マグネシウム）に含まれる結晶水が噴出して消火作用を行うためオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン）が燃焼し難くなり、燃焼した際にも燃え殻を炭化させ保形性を持たせる作用を有している。

また、オレフィン系樹脂組成物（例えば、ポリエチレン）を用いた絶縁電線に対しては、国内、外国ともに規格を設けており、近年、外国の規格に適合する絶縁電線が要求されている。外国の規格では、垂直試験としてＩＣＥＡ規格がある。このＩＣＥＡ規格の線心一条垂直燃焼試験（ＩＣＥＡ Ｓ６１−４０２（ＮＥＭＡ ＷＣＳ）垂直燃焼試験）は、次の要領で行われる。
まず、金属製の箱の上部に、試料である約５６０ｍｍの長さの電線を固定して吊り下げ、９．５ｍｍの口径、空気吸入から先端まで１０２ｍｍの長さの点火栓のついたチリルバーナーを２０゜の傾斜台にセットして、都市ガスを用い、バーナーの炎の長さを１２７ｍｍ、内部の青炎の長さを３８．１ｍｍに調整し、試料との位置をバーナーの青炎の先端が試料に当たるように調整する。試料の上端部には、厚さ０．１２７ｍｍ、幅１２．７ｍｍのクラフト紙を試料上部に１回巻付け、１９．０ｍｍの長さを出してインジケーターをセットする。このようにセットした後、バーナーの点火栓を点火させた状態でバーナーの元バルブを開放させて、試料に１５秒間当てた後、元バルブを閉じて１５秒間休止するといった動作を４回繰り返し、試料に５回炎を当てた後、クラフト紙の２５％が燃える場合を延焼性と判定し、１分以上試料が燃え続けた場合は不合格としている。

このような絶縁体５として用いられるポリエチレンには、架橋した架橋ポリエチレンを用いてもよい。
架橋方法には、γ線または電子線を放射線源として使用し、これらをポリエチレンに照射することにより分子中にラジカルが発生し、これらラジカル同士がカップリングすることにより分子桿の架橋結合が形成される放射線照射架橋、ポリエチレンの可塑化温度で分解しない有機過酸化物を配合しておき、成形加工と同時または成形後に高温高圧下に晒すことにより有機過酸化物が分解しラジカルが発生し、このラジカルにより分子間の架橋反応が進む有機過酸化物架橋、ビニルシラン化合物をポリエチレンにグラフト付加反応させた後、このグラフトマーにシラノール縮合触媒を添加し成形加工後、水分雰囲気下に晒すことによりグラフト末端のアルコキシシラン同士が加水分解後、脱あるこーるし分子間の架橋結合が形成されるシラン架橋（水架橋）があり、このいずれの方法でも良い。

このように絶縁体５として耐燃性ポリエチレン樹脂が被覆される圧縮撚線導体４は、中心導体２素線と６本の外層素線３に従来品より外径を太くして撚り合わせ、中心素線２は、他の６本の外層素線３より更に太いものが用いられ、従来品と同一外径の外層素線３を強圧縮し、強圧縮後の導体断面積を従来品と同等にし、圧縮撚線導体４の表面を真円に近い形状に成形してある。しかも、圧縮撚線導体４を構成している６本の外層素線３の各隣り合う外層素線３の側面３ａと側面３ｂ同士の境界（各外周素線３間）は、隙間が生じないように接合され、圧縮撚線導体４の最外周に生じる凹凸が除去され、圧縮撚線導体４の導体表面が平滑な面に形成されている。
このため圧縮撚線導体４の上に絶縁体５として耐燃性ポリエチレン樹脂を被覆すると、この被覆された耐燃性ポリエチレン樹脂は、圧縮撚線導体４の最外周の凹凸の除去及び外層素線３間の隙間を無くすることで、導体素線間への食い込みが防止されている。

したがって、本実施の形態によれば、絶縁体材料として耐燃性ポリエチレン樹脂の外層素線３間への食い込みを防止し、圧縮撚線導体４からの絶縁体５の剥離性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、導体表面を強圧縮し、平滑な導体表面を形成しても、電気的要求特性を確保することができる。

本発明の耐燃性ポリエチレン絶縁電線の一実施の形態を示す断面図である。 図１に図示の耐燃性ポリエチレン絶縁電線の圧縮撚線導体の一部拡大断面図である。 図１に図示の圧縮撚線導体を製造する圧縮機の工程を説明するための模式図である。

符号の説明

１……………………耐燃性ポリエチレン絶縁電線
２……………………中心導体
３……………………外層素線
３ｃ…………………外側円弧
４……………………圧縮撚線導体
５……………………絶縁体
１０…………………圧縮機
１１…………………分線盤
１２…………………撚り口金
１３…………………導体（撚線導体）
１４…………………圧縮ダイス
１５…………………一次圧縮撚線
１６…………………圧縮ダイス
１７…………………圧縮撚線導体
２０…………………連続焼鈍機

Claims (2)

1. 中心導体の外周に複数本の外層素線を撚り合わせて高圧で圧縮し、該外層素線を大径の外側円弧と小径の内側円弧を有する端面扇状に形成し，
   かつ、前記複数本の隣り合う外層素線の外側円弧間に隙間を生じさせることなく外周面を滑らかに形成して圧縮撚線導体を構成し，
   前記圧縮撚線導体の外周に耐燃性ポリエチレン樹脂からなる絶縁体層を被覆してなる耐燃性ポリエチレン絶縁電線。
2. 前記中心導体の外周に撚り合わせられる各外層素線は，
   前記中心導体の径よりも小さい径で構成されたものである請求項１に記載の耐燃性ポリエチレン絶縁電線。

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