JP2000188015A - 耐熱性直流用高圧リ―ド線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価な材料で効率よく製造できる125℃定格
の耐熱性直流用高圧リード線を提供する。 【構成】 導体１上の絶縁被覆２がポリオレフィン樹脂
組成物で形成され、ポリオレフィン樹脂組成物は、ポリ
オレフィン樹脂100重量部に対し、表面処理を施してい
ない金属水酸化物を100重量部以上200重量部以下、ハロ
ゲン系難燃剤を５重量部以上50重量部以下を混合すると
きに下記一般式で示される有機ケイ素化合物を１重量部
以上10重量部以下の割合で添加混合した樹脂組成物。絶
縁被覆は、電離放射線によって照射され、ＵＬ（Under
Writers Laboratories）規格の垂直難燃性（VW−１）を
有し、温度定格125℃以上の特性を具える。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度定格125℃以上
のＵＬ規格を満たす特性を具えた、例えばテレビジョ
ン、電磁調理器、複写機、コンピュータ等の電子機器内
配線に使用される耐熱性直流用高圧リード線に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】テレビジョン、電磁調理器、複写機、コ
ンピュータ機器等の電子機器内配線に使用する絶縁電線
は、火災に対する安全性が重要であり、国内では電気用
品取締法、米国ではＵＬ規格、カナダではＣＳＡ規格等
の認定を受けた難燃化絶縁電線が使用される。さらに、
これら電子機器内配線の高圧部分に使用される難燃化絶
縁電線は、10〜40kVの直流高電圧を取扱うため、耐電圧
に対する安全性も重要である。

【０００３】難燃・耐電圧の両方の性能を満足するため
に、従来は、電気性能の良いポリエチレンを内層とし、
その上に被覆した高難燃性組成物の外層よりなる２層構
造として機能分担させた電線が使用されている。例え
ば、導体上に融点が105℃以上のポリエチレンを被覆
し、電線全体としての難燃性を得るために、外層にエチ
レン、酢酸ビニル、塩化ビニルを主たる繰返し単位とす
る重合体からなる難燃性樹脂組成物を被覆した電線が知
られている（特公昭52-41786号公報参照）。又、難燃性
の外被としては、塩素化ポリエチレン−塩化ビニルグラ
フト共重合体（特公昭54-15058号公報参照）、クロロス
ルホン化ポリエチレン−塩化ビニルグラフト共重合体
（特開昭49-42755号公報参照）等も知られている。この
ような絶縁電線は、ポリエチレンの持つ優れた電気絶縁
性、耐トラッキング性を活かしながら、ポリエチレンの
欠点である易燃性を外周上に設けた難燃性樹脂組成物に
よって補うことにより電線全体としての難燃性を確保し
たものである。

【０００４】又、単層構造の例としては、塩素化ポリエ
チレンのようなそれ自身が難燃性の樹脂を主たる成分と
する樹脂組成物を導体に被覆した絶縁電線も高圧電線と
して使用されている。さらに、ポリエチレンに難燃剤を
添加しポリエチレン自体を難燃化する方法も知られてい
る。

【０００５】一方、使用環境はますますきびしくなって
きている。機器の小型化が進み、かつ機能は多機能が要
求されるため、狭いところに多数の部品がセットされる
等により、配線量も増加し、配線材料にはより以上の安
全性が求められ、高耐熱性が求められてきている。こう
した要求にポリオレフィン以外の高耐熱性樹脂を用いて
対応することも考えられる。一般に150℃以上の耐熱温
度が要求される用途に使用される高圧電線には、導体上
にシリコーン系樹脂の加硫体を被覆した絶縁電線が使用
されている。又、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレ
ン等のフッ素系樹脂を絶縁体とした直流用高圧電線も知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特公昭52-417
86号公報・特公昭54-15058号公報・特開昭49-42755号公
報に示す絶縁電線は、塩化ビニルやハロゲンを含む単量
体を繰返し単位として含有する重合体を主体とする難燃
性樹脂組成物を被覆した電線であるため、電線全体の耐
熱温度は105℃定格が上限であり、それ以上の高温の耐
熱化の要求には応えることが出来ない欠点がある。ま
た、単層構造の樹脂組成物を導体に被覆した絶縁電線も
耐熱性は105℃定格が上限であり、高耐熱化の要求には
応えることができないものである。更に、難燃剤を添加
したポリエチレン自体を難燃化する方法も一般に耐熱性
や耐電圧特性が低下するという問題があり、高圧リード
線としては良いものが得られなかった。

【０００７】一方、シリコーン系樹脂の加硫体を被覆し
た絶縁電線は柔軟性、電気特性に優れる半面、シリコー
ン系樹脂の加硫体が本来引裂け易い性格があるために、
端末加工や配線の引回し時に被覆層に傷がはいったり、
著しい場合には被覆層にクラックが入るといった加工上
の問題が発生することがよくある。これらの問題を解決
する手段としては、シリコーン絶縁電線にガラス編組チ
ューブや樹脂製チューブを被せてシリコーン系樹脂を保
護する方法が一般に知られている。しかし、一般にシリ
コーン絶縁電線は価格が高いという問題がある。また、
電線自体の価格に加え、保護チューブを被覆するための
加工コストも必要となり、又保護チューブを被せること
によって、全体の外径が増大するといった実装上の問題
も派生する。他方、フッ素系樹脂を絶縁体とした電線は
150℃以上の耐熱性を有する優れた電線であるが、価格
がシリコーン系絶縁電線よりもさらに高く、特殊な用途
を除き実用的でない。

【０００８】本発明は、安価な材料で効率よく製造でき
る125℃定格の直流用高圧リード線を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するため、ポリオレフィン樹脂組成物について鋭
意検討を重ね、導体上の絶縁被覆がポリオレフィン樹脂
組成物で形成されており、ＵＬ規格の垂直難燃性（VW−
１）を有し、温度定格125℃以上の特性を具えた直流用
高圧リード線を得た。

【００１０】上記ＵＬ規格の垂直難燃性（VW−１）を有
し、温度定格125℃以上の特性を満たすポリオレフィン
樹脂組成物の具体例として、以下が挙げられる。ポリオ
レフィン樹脂100重量部に対し、表面処理を施していな
い金属水酸化物を100重量部以上200重量部以下、ハロゲ
ン系難燃剤を５重量部以上50重量部以下を混合するとき
に下記一般式で示される有機ケイ素化合物を１重量部以
上10重量部以下の割合で添加混合したポリオレフィン樹
脂組成物。

【００１１】

【化２】

【００１２】そして、本発明は、上記樹脂組成物を導体
上に被覆し、この被覆を電離放射線により照射した直流
用高圧リード線である。

【００１３】ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレ
ンの他、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンメチル
アクリレート共重合体、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−１−ブテン共重合体、エチレン−１−ヘキセン共
重合体、エチレンプロピレンゴム等のエチレンαオレフ
ィン共重合体が挙げられる。特にエチレン酢酸ビニル共
重合体、エチレンメチルアクリレート共重合体、エチレ
ンエチルアクリレート共重合体が柔軟性と樹脂組成物と
した場合の押出性の観点から好ましく使用できる。

【００１４】ハロゲン系の難燃剤としては、パークロロ
ペンタシクロデカン等の塩素系難燃剤や、臭素化ジフェ
ニルエーテル誘導体、臭素化ビスフェノール誘導体、臭
素化エポキシ樹脂誘導体、臭素化フタルイミド誘導体等
の臭素系の難燃剤や、臭素化フォスフェート等の含リン
系の臭素系難燃剤、トリクロロエチルホスフェート等を
例示できる。また、これらに三酸化アンチモン、硼酸塩
類、モリブデン酸化物等の難燃助剤を併用して難燃効果
を高めることも可能である。ハロゲン系難燃剤は、特に
絶縁被覆厚が1.0mmを越える直流用高圧電線の垂直燃焼
性（VW−１）の観点から５〜50重量部の範囲に設定する
のが好ましく、５重量部未満では難燃性が不足し、50重
量部を越えると耐熱老化性に悪影響を与える。

【００１５】金属酸化物としては、水酸化アルミニウ
ム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等を例示で
き、この中でも押出加工性の観点から粒子径がおよそ
0.1〜３μｍの範囲にある水酸化マグネシウムが好まし
く、脂肪酸塩やシランカップリング類等で表面処理して
いないものが、高圧カットスルー特性と初期破断抗張力
の観点から好ましい。金属酸化物の添加量は、高圧カッ
トスルー特性の観点から100〜200重量部の範囲に設定す
るのが好ましく、100重量部以下では高圧カットスルー
特性が不足し、200重量部を越えると押出性に悪影響を
与える。

【００１６】又前述の一般式で示される有機ケイ素化合
物としては、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシ
シラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラ
ン、γ−メタクリロキシエチルトリメトキシシラン等が
例示できる。この有機ケイ素化合物は、表面処理剤とし
て用い、ポリオレフィンとハロゲン系難燃剤及び金属水
酸化物を熱溶融混練する際に添加して混練するのが好ま
しい。有機ケイ素化合物の添加量は、金属水酸化物の添
加量が100〜200重量部の範囲では１〜10重量部の範囲が
高圧カットスルー特性と初期破断抗張力のバランスの観
点から好ましく、１重量部未満では高圧カットスルー特
性が不足すると共に、初期破断抗張力もポリオレフィン
絶縁電線のＵＬ規格値である1.06kg／mm^２を合否の目安
とすればこの値を下回り、10重量部を越えると難燃性に
悪影響を与える。

【００１７】上記の樹脂組成物中には、各種添加剤も必
要に応じて適宣添加できる。例えば、タルク、クレー、
炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛等の無機
充填剤、三酸化アンチモン等の難燃助剤、ペンタエリス
リチルテトラキス［３−（３，５−ジーｔ−ブチル−４
−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］・ステアリル
チオジプロピオネートなどの酸化防止剤、ステアリン酸
亜鉛などの滑剤、着色剤、又架橋を促進するためにトリ
メチロールプロパントリメタクリレート等の多官能性モ
ノマー類等が挙げられる。

【００１８】上記樹脂組成物の混合は、バンバリーミキ
サーや加圧ニーダー、オープンロールミキサー、単軸あ
るいは二軸混合機等の既知の混合装置で行なえる。ま
た、導体上への樹脂組成物の被覆は、既存の溶融押出機
で行なうことが可能であり、導体上に単層もしくは同種
の材料を多層に被覆してもよい。

【００１９】樹脂組成物の架橋は、樹脂混合物中にあら
かじめ有機過酸化物を添加しておき、成形後に加圧蒸気
で加熱する方法を用いれば熱加硫が可能であるが、直流
用高圧電線とした場合の高圧カットスルー特性と被覆層
の抗張力、伸び等の機械的物性のバランスの観点からは
電離放射線の照射による架橋が好ましい。電離放射線に
は、α線、電子線（β線）、γ線、Ｘ線、紫外線等が挙
げられ、透過厚みや照射線量と照射所要時間等工業的利
用の観点から、特に電子線が好ましい。

【００２０】なお、温度定格125℃とは、ＵＬ規格の高
圧カットスルー試験において、試験温度125℃の条件で
合格することであり、かつ耐熱老化性も125℃の規格を
満足することである。耐熱老化性とは、ポリオレフィン
絶縁電線の場合、ＵＬ規格の125℃定格では158℃７日熱
老化試験後の試料の破断抗張力の残率が70％以上、伸び
残率が65％以上で、かつ、136℃60日熱老化試験後の試
料の破断抗張力の残率が70％以上、伸び残率が65％以上
であることが定められている。また、ＵＬ規格の150℃
定格では、180℃７日熱老化試験後の試料の破断抗張力
の残率が70％以上、伸び残率が65％以上で、かつ、158
℃60日熱老化試験後の試料の破断抗張力の残率が70％以
上、伸び残率が65％以上であることが定められている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。本発明耐熱性直流用高圧リード線は、導
体上の絶縁被覆をポリオレフィン樹脂組成物で電離放射
線によって照射されて形成されたものである。上記ポリ
オレフィン樹脂組成物は、ポリオレフィン樹脂100重量
部に対し、表面処理を施していない金属水酸化物を100
重量部以上200重量部以下、ハロゲン系難燃剤を５重量
部以上50重量部以下を混合するときに上記一般式で示さ
れる有機ケイ素化合物を１重量部以上10重量部以下の割
合で添加混合したものを使用する。ここで、図１（イ）
及び（ロ）はいずれも本発明の直流用高圧電線の具体例
における横断面図で、１は導体、２及び３は前記樹脂組
成物による被覆層を示す。被覆層２及び３は同一組成物
であっても、上記樹脂組成物の範囲で異種のものであっ
てもよい。

【００２２】本発明は、上記のポリオレフィン樹脂組成
物により、電子機器の高圧電線の評価方法として知られ
ているＵＬ規格のSubject758に記載の評価方法の中で技
術的に困難とみられる(1)高圧カットスルー試験・(2)難
燃性試験に合格できることを以下の試験例より見出した
ものである。

【００２３】なお、図２は、ＵＬ規格Subject758による
高圧カットスルー試験の説明図である。図面に示すよう
に、定格温度に設定した槽内で２本の平行に配置した１
／32″径のドリルロッド11を介して電線13の両端に１ポ
ンドの荷重10をかけ、直流電源12より定格電圧の1.5倍
の電圧を印加した場合に７時間以内に絶縁破壊をおこし
てはならない試験である。図３は、前記のＵＬ規格によ
る難燃試験の説明図である。図面に示すように、周囲空
気の動きを防止するために設けたチャンバー14内に垂直
に立てた電線18に下部よりガスバーナー15で炎を当てた
時60秒以内に消火し、下部の脱脂綿17が燃焼物の落下に
よって燃えてはならず、又上部のクラフト紙16が炎によ
って燃えたり、焦げたりしてはならない試験である。

【００２４】

【試験例】電線試料を次の方法で作製した。表１〜３に
示した樹脂組成物を130℃に加熱したオープンロールミ
キサーを使用して、ポリオレフィン樹脂、フィラー類、
有機ケイ素化合物、酸化防止剤等を同時に添加して混練
後、ペレット化し、このペレットを溶融押出機で外径0.
8mmφの軟銅導体上に押出被覆し、外径2.27mmφ及び4.2
3mmφの絶縁電線を形成した後、加速電圧２MVの電子線
を照射して試験試料とした。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】表１〜３の樹脂組成物は記載の配合材料の
他に、ポリオレフィン樹脂100重量部に対し、三酸化ア
ンチモンを10重量部、ペンタエリスリチルテトラキス
［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェ
ニル）プロピオネート］を３重量部、ジステアリルチオ
ジプロピオネート１重量部、ステアリン酸亜鉛0.5重量
部を共通に配合した。なお、三酸化アンチモンは難燃助
剤、ペンタエリスリチルテトラキス［３−（３，５−ジ
ーｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネー
ト］・ジステアリルチオジプロピオネートは酸化防止
剤、ステアリン酸亜鉛は滑剤である。

【００２９】表１〜３で、高圧カットスルー試験は、12
5℃のギアオーブン内で電線試料の両端に１ポンドの荷
重をかけ、2.27mmφの試料には15kVの直流、4.23mmφの
試料には60kVの直流を印加してｎ＝３で試験して絶縁破
壊時間を測定し、３点とも８時間以上保持しているもの
を合格とした。

【００３０】熱老化試験は2.27mmφの電線試料を代表と
して、158℃のギアオーブン内で７日間熱老化した試料
と、136℃60日間熱老化した試料の破断抗張力と伸びの
残率を評価した。ここで、残率（％）＝（熱老化試料の
値／初期値）×100であり、破断抗張力残率70％以上、
伸び残率65％以上を合否の目安とした。燃焼試験はVW−
１に従い、ｎ＝５で実施した。

【００３１】樹脂被覆層の組成と高圧カットスルー試
験、熱老化試験、燃焼試験などの特性は次のようであ
る。実施例１〜７はポリオレフィン樹脂100重量部に対
し、表面処理を施していない水酸化マグネシウムが100
〜200重量部の範囲にあり、ハロゲン系難燃剤が10〜50
重量部の範囲にあり、且つ、一般式の有機ケイ素化合物
が１〜10重量部にある樹脂組成物を導体上に押出被覆
し、電子線照射により架橋したものであり、高圧カット
スルー試験に合格し、燃焼試験も2.27φ，4.23φともに
合格している。初期破断抗張力も1.1〜1.3kg／mm^２の範
囲にあり、ＵＬ規格で要求される1.06kg／mm^２以上を満
足し、158℃７日および136℃60日の熱老化試験にも合格
していることがわかる。また、これらの試料は絶縁被覆
のヤング率が、およそ３〜６kg／mm ^２であり、柔軟性に
も優れた材料であることがわかる。

【００３２】比較例１は、表面処理していない水酸化マ
グネシウム200重量部、ハロゲン系難燃剤が20重量部、
一般式の有機ケイ素化合物５重量部であり、電子線照射
による架橋を行なっていない試料である。試料では、高
圧カットスルー試験に不合格となり、初期破断抗張力も
ＵＬ規格値の1.06kg／mm^２を下回る。また、燃焼試験結
果も2.27φ，4.23φともに不合格である。

【００３３】比較例２は、一般式の有機ケイ素化合物を
添加しない樹脂組成物を絶縁被覆に使用したものであ
り、高圧カットスルー試験に合格しない。

【００３４】比較例３は、予めオレイン酸塩で表面処理
した水酸化マグネシウムを使用したものであり、燃焼試
験には合格するが、初期破断抗張力が小さく、高圧カッ
トスルー試験にも合格せず、熱老化試験後の伸び残率の
低下が著しい。

【００３５】比較例４は、予めビニルシランで表面処理
した水酸化マグネシウムを使用したものであり、燃焼試
験には合格するが、初期破断抗張力が小さく、高圧カッ
トスルー試験にも合格せず、熱老化試験後の伸び残率の
低下が著しい。

【００３６】比較例５は、予めγ−メタクリロシプロピ
ルトリメトキシシランで表面処理した水酸化マグネシウ
ムを使用したものであり、燃焼試験には合格するが、初
期破断抗張力が1.06kg／mm^２を下回り、高圧カットスル
ー試験にも合格せず、熱老化試験後の伸び残率が65％を
下回っている。

【００３７】比較例６は、一般式の有機ケイ素化合物の
代りにビニルトリエトキシシランを使用したものである
が、高圧カットスルー試験に合格せず、初期破断抗張力
も1.06kg／mm^２を満たさない。

【００３８】比較例７は、ポリオレフィン樹脂等の熱可
塑性樹脂の架橋促進剤としてよく用いられる多官能性モ
ノマーであるトリメチロールプロパントリメタクリレー
トを添加して電子線照射時の架橋の促進を行なったもの
であるが、高圧カットスルー試験には合格せず、4.23φ
の試料の燃焼試験で不合格になる。

【００３９】比較例８は、表面処理していない水酸化マ
グネシウムが80重量部の試料であり、高圧カットスルー
試験で合格しない。

【００４０】比較例９は、水酸化マグネシウムが240重
量部の試料であり高圧カットスルー試験には合格する
が、押出外観がやや不良であり、初期伸びが100％を下
回り、実用上問題がある。

【００４１】比較例10は、ハロゲン系難燃剤を添加しな
い試料であり、高圧カットスルー試験には合格する。ま
た、VW−１試験において、2.27φの試料では合格する
が、4.23φの試料では不合格となる。

【００４２】比較例11・12は、ハロゲン系難燃剤を使用
せずにリン系難燃剤であるトリブチルフォスフェートや
ポリリン酸アンモニウムを使用したものであるが、比較
例10と比べ却って難燃特性を悪化させており、高圧カッ
トスルー特性にも悪影響を与えていることがわかる。

【００４３】比較例13・14は、有機過酸化物としてジク
ミルパーオキシドをポリオレフィン樹脂100重量部に対
して２重量部を添加した樹脂組成物を導体上に押出被覆
後、加圧水蒸気で熱加硫を行なった試料である。高圧カ
ットスルー特性を満足する比較例14は、初期伸びが100
％を下回る問題があり、比較例13の試料は初期伸び特性
は問題ないが高圧カットスルー特性と耐熱老化特性に問
題があり、特性のバランスが取れない問題がある。

【００４４】以上のように、ＥＶＡ樹脂やＥＥＡ樹脂な
どのポリオレフィン樹脂100重量部に対し、表面処理を
施していない水酸化マグネシウムを100重量部以上200重
量部以下、ハロゲン系難燃剤を５重量部以上50重量部以
下、及び、一般式で示される有機ケイ素化合物を１重量
部以上10重量部以下の割合で添加して混合してなる樹脂
組成物を作製し、これを導体上に被覆し、電離放射線を
照射することにより、言い換えると、樹脂組成物の製造
方法において、一般式で示される有機ケイ素化合物をポ
リオレフィン樹脂と、表面処理を施していない水酸化マ
グネシウム、ハロゲン系難燃剤等のフィラー類を熱溶融
混練する際に添加して混練した組成物を使用し、電子線
等の電離放射線を照射することによりはじめて、高圧カ
ットスルー特性、難燃性（VW−１）に合格し、125℃グ
レード以上の耐熱老化性を有し、しかも柔軟性にも優れ
る直流用高圧リード線が得られる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の直流用高
圧電線によれば、125℃定格の直流用高圧電線が安価な
材料で効率よく製造でき、直流用高圧電線の分野におけ
る耐熱化の要求に呼応し得るものであり、利用価値は極
めて大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）及び（ロ）はいずれも本発明の直流用高
圧電線の具体例の横断面図である。

【図２】高圧カットスルー試験の説明図である。

【図３】VW−１燃焼試験の説明図である。

【符号の説明】

１ 導体 ２ 本発明における樹脂組成物による被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｋ 5/5425 Ｃ０８Ｌ 23/00 Ｃ０８Ｌ 23/00 Ｈ０１Ｂ 7/34 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体上の絶縁被覆がポリオレフィン樹脂
   組成物で形成され、 前記ポリオレフィン樹脂組成物は、ポリオレフィン樹脂
   100重量部に対し、 表面処理を施していない金属水酸化物を100重量部以上2
   00重量部以下、 ハロゲン系難燃剤を５重量部以上50重量部以下、 を混合するときに下記一般式で示される有機ケイ素化合
   物を１重量部以上10重量部以下の割合で添加混合した樹
   脂組成物であって、 前記絶縁被覆は、電離放射線によって照射され、 前記絶縁被覆は、ＵＬ（Under Writers Laboratries）
   規格の垂直難燃性（VW−１）を有し、温度定格125℃以
   上の特性を具えている、ことを特徴とする耐熱性直流用
   高圧リード線。 【化１】