JP2005340031A

JP2005340031A - 電線及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005340031A
Application number: JP2004158320A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Jinno; 敏明神野; Eiji Murofushi; 英治室伏; Tomoo Tanaka; 友雄田中; Yasuyuki Yamada; 康幸山田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】補強材を用いることなく、かつリサイクルのできる高強度な電線及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電線と溶融した絶縁体とをそれぞれ異なる速度で搬送し、密着しない状態で押出機のクロスヘッドから押出して、冷却されてなる一本の仮電線を形成する電線押出工程と、その仮電線を加熱しながら、延伸して細径化させてから、徐冷させて、電線を形成する電線延伸工程とを含む電線の製造方法。電線とそれを被覆する絶縁体からなり、かつ引っ張り強度が１００Mpa以上であることを特徴とする電線。
【選択図】図１

Description

本発明は、引っ張り強度の高い電線及びその製造方法に関する。

近年の電気機器、電子機器及び自動車の高性能化に伴う制御回路の複雑化並びにこれらの機器等の小型化に伴う制御回路の小型化、自動車の軽量化等の要請により、電線導体を軽量化すると共に、細線化してより曲がりやすく、より狭いスペースに配線できることが望まれている。

しかし、軟銅からなる電線は、導電性が優れているものの、引っ張り強度が低い欠点があった。

上記の欠点を克服して、強度を上げるために、芯線がベリリウム銅からなり、芯線の周囲に撚り合わせる素線が軟銅からなる電線と、芯線に撚り合わせる素線の半数がベリリウム銅からなり、芯線に撚り合わせる他の素線及び芯線が軟銅からなり、ベリリウム銅からなる素線と、軟銅からなる素線を、芯線の周囲に交互に配置した電線とが開示されている。（特許文献１）

また、外層線が銅或いは銅合金よりなり、中心線の弾性係数が外層線の弾性係数の２．５倍以上である金属線よりなることで、導体が屈曲を受ける場合に生じる延びに対して、外層線である導電材料の荷重負担が軽減できるので、引っ張り強度及び屈曲性が改善されたことが開示されている。（特許文献２）

また、中心部に配置されたステンレス鋼材等のテンションメンバー１を芯材として、その外側に複数本の軟銅素線２を同心撚りして形成した軟銅撚線導体３を設け、さらにその外側に塩化ビニルやポリエチレン等からなる絶縁被覆４を施した絶縁電線５が開示されている。（特許文献３）

また、テンションメンバーとしての鋼線又は鋼撚り線の周囲に、導体となるアルミニウム線を複数本撚り合わせた電線であり、このアルミニウム線の表面に高耐久性を有する金属被覆層を形成すると共に、これら金属被覆層が形成されたアルミニウム線と鋼線又は鋼撚り線との間に絶縁層を設けたことが開示されている。（特許文献４）

また、多数のカーボンファイバを集合して樹脂で固めて線状体としたファイバ集合線又はそれらを撚り合わせた撚線を中心線とし、その中心線上に導電用金属線を撚り合わせ、その中心線と導電用金属線との間に、ファイバ集合線の樹脂より軟質な材料からなる中間層を介在させ、この中間層は、緩衝体として作用するので、延線工事の金車通過時にかかるしごきや把持金具類の締付け力によっても、カーボンファイバを固めている樹脂が破壊しなくなることが記載されている。（特許文献５）

さらに、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）を強化材とし、このポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維を埋設する樹脂をマトリックスとする繊維強化プラスチック複合体の線材の表面が金属導体層で被覆されている高張力線材の外側に導体を配置してなる軽量低弛度架空電線であって、この線膨張係数が負の値を示すＰＢＯ繊維を強化材としていることで、高温環境下における弛度抑制効果が良好であり、また、この高張力線材をテンションメンバとした架空電線は、軽量であり、かつ負荷電流の増加による電線温度の上昇が起こっても弛度増加が少ないるので、この架空送電線が鉄塔への負担を軽減することができることが記載されている。（特許文献６）

特開２０００−２２８１１６号公報（第２頁〜第３頁、図１）

特開平０７−２４９３１５号公報（第２頁〜第３頁、図１）

特開２００３−１２３５４２号公報（第１頁、図１）

特開２００２−１１７７２３号公報（第３頁〜第５頁、図１〜図２、図４）

実開平５−８３９３１号公報（第２頁〜第５頁、図１）

特開平１０−３２１０４７号公報（第２頁〜第６頁、図１〜図２）

しかしながら、上記特開２０００−２２８１１６号公報、特開平０７−２４９３１５号公報、特開２００３−１２３５４２号公報、及び特開２００２−１１７７２３号公報に開示されている電線は、強度を上げるために、絶縁体の補強材としてステンレス等を用いたために、製造工程が複雑になり、コストも高かったという問題があった。また、上記の電線製造中に、ステンレス等の合金を電線の中に混じり込んだために、軟銅電線の回収が困難であり、リサイクルできない問題があった。

また、実開平５−８３９３１号公報に開示されている電線は、カーボンファイバ集合線という中心線と導電用金属線との間に介在させている中間層で、カーボンファイバ集合線のしごきや締付け力による破壊を無くしたが、電線全体の引っ張り強度が低い問題があった。

更に特開平１０−３２１０４７号公報に開示されている電線は、線膨張係数が負の値を示すＰＢＯ繊維を強化材としていることで、高温環境下における弛度抑制効果が良好で、電線の軽量化を図ることができたが、やはり電線全体の引っ張り強度が低い問題があった。

即ち、従来の高強度電線の構造は、絶縁体の引っ張り強度が弱く、それを補強するために、ステンレス、銅合金等の補強芯を用いたため、コストが高かった。また、銅、鋼材等の異種金属を併用することによるイオン化傾向の差による電食等の問題があった。また、従来は、押出機のクロスヘッドから出てきた電線を水冷により冷却するのみで、延伸させないため、絶縁体の配向度が低く、伸び率が導体より高いため、電線破断時には、絶縁体の寄与率が低かった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、樹脂材料である絶縁体を延伸することにより強制配向させ、さらに徐冷により結晶化をさせることで、補強材を用いることなく、かつリサイクルのできる高強度な電線及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本願発明の絶縁体樹脂材料を延伸徐冷した電線は、導体とそれを被覆する絶縁体からなり、かつ引っ張り強度が１００Mpa以上であることとし、また、本願発明の絶縁体樹脂材料を延伸徐冷した電線の製造方法は、導体と溶融した絶縁体とをそれぞれ異なる速度で搬送し、密着しない状態で押出機のクロスヘッドから押出して、冷却されてなる一本の仮電線を形成する電線押出工程と、その仮電線を加熱しながら、延伸して細径化させてから、徐冷させて、電線を形成する電線延伸工程とを含むこととした。

また、上記絶縁体は、延伸された樹脂材料であり、この樹脂材料は、配向している構造を有し、結晶化している。

また、上記の樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料であり、若しくはポリアミド系樹脂材料であり、若しくはフロロカーボン系樹脂材料である。

また、上記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料とポリアミド系樹脂材料との混合物であり、若しくはポリオレフィン系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物であり、若しくはポリアミド系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物である。

更に、上記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料とポリアミド系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物である。

また、上記電線押出工程において、導体の搬送速度が、溶融絶縁体の搬送速度の４〜８倍である。

さらに、上記電線延伸工程において、導体の搬送速度と溶融絶縁体の搬送速度が同じであり、スチーム又は熱風により上記仮電線を加熱することとした。

以上に説明した本発明における電線によれば、ステンレス等の補強材を用いなくても、高強度な電線を得ることができる。

また、本発明における電線の製造方法によれば、ステンレス等の補強材を用いていないことで、製造工程が簡単になり、コストダウンを図ることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明に係る電線の一実施の形態を示す断面図であり、図２は、本発明に係る電線の製造方法の一実施の形態を概略的に示す図であり、図３は、図２における押出機のヘッド部の一例を示す要部縦断面図である。

図１に示すように、電線１は、導体２の外周に絶縁体層３が被覆された構成になっている。図１に示す実施の形態として、導体２は、軟銅を用い、７本で円心状に並べて、一束となる。なお、導体２は、一本の軟銅でもよい、複数本の軟銅の束でもよい。絶縁体層３は、絶縁体からなり、更に結晶性を有する樹脂材料を用いてもよい。この樹脂材料は、加熱しながら延伸させることで、内部の分子が配向され、更にその後の水冷により結晶化している。

また、上記の樹脂材料は、例えば、ポリオレフィン系樹脂材料であり、若しくはポリアミド系樹脂材料であり、若しくはフロロカーボン系樹脂材料である。

このような構造を有する電線１は、結晶性のある樹脂材料を延伸、徐冷することにより、樹脂材料の分子の配向度と、結晶化度とをともに高くすることで、導体２と絶縁体層３の引っ張り弾性率（若しくは引っ張り強度）及び破断伸びを同レベルにすることにより、電線の破断荷重時に、導体２と絶縁体層３の両者の合計で、強度（引っ張り強度）を増すことができる。

次に電線の製造方法を説明する。図２に示すように、サプライから供給される導体２が、アニーラによって焼き鈍しをして、その後、プレヒータにより予備加熱され、暖まってから、押出機に送られる。

図２に示す押出機は、導体２の搬送方向に直交する方向に結晶性のある樹脂材料１０（即ち、絶縁体材料）を投入する樹脂材料投入口を設置し、更に導体２と樹脂材料１０とを一緒に撚り送るクロスヘッドを設置している。このクロスヘッドの要部構造を図３に示す。

図３に示すように、クロスヘッドには、芯金４で導体２の搬送空間を保たれている搬送部５を通じて、導体２は、速度Ａで図に示す搬送方向で送り出す。搬送部５と直交する押出シリンダ６の内部にスクリュー７が回転自在に設けられている。図に示さないヒーターで加熱され溶融状態となる樹脂材料１０が樹脂材料流入部８に流入され、導体２の周囲に絶縁体層３として被覆される。樹脂材料１０の流入速度Ｂは、スクリュー７にコントロールされる。

導体２の搬送速度をＡ（ｍ／分）とし、樹脂材料１０の流入速度をＢ（ｍ／分）とすると、およそ、
Ａ＝（４〜８）*Ｂ（１）
の関係が成立する関係で導体２を搬送する。

押出機のクロスヘッドの口径を太くし、上記（１）式の関係を保ちながら、導体２に樹脂材料１０の絶縁体層３が密着しない状態で、押し出して、仮電線９を形成し、この仮電線９を図２及び図３に示す第１冷却水槽に送られ、１０〜１５℃の温度で水冷する。この時、溶融状態の樹脂材料１０の絶縁体層３は、固まって固体となる。

次に、仮電線９を第１引取機に送られ、樹脂材料１０の送り出し速度を調整する。この実施例では、第１引取機として、ベルト式の送り出し装置を用いるが、樹脂材料１０の送り出し速度を調整できるものなら、特に拘らない。

そして、図２に示すように、導体２と絶縁体層３は、それらの搬送速度が同じに変更して、次の加熱装置に送られる。この加熱装置で導体２及び絶縁体層３が、スチーム又は熱風により、１００〜１８０℃で加熱されながら、４０〜８０ｍ／分の速度で絶縁体層３は延伸され、その分子が配向され、導体２と一体化されて細径化され、電線１が形成される。この後、電線１が、第２冷却水槽に送られ、延伸された絶縁体層３が、水冷により徐冷され、結晶化を進む。最後に、第２引取機を経て、束取機で巻き取る。

このように、絶縁体層３は、延伸、徐冷により、配向度を高め、結晶化を進むことで、破断伸びが約３０％まで低下するが、引っ張り強度が向上する。導体２の破断伸びが約２０〜３０％であるので、電線１全体としての破断伸びは約３０％となる。

電線における絶縁体を延伸、冷却することにより、絶縁体の構造を配向、結晶化させることで、電線の引っ張り強度をあげると同時に、その製造工程も簡単になり、コストダウンを図ることができる。

本発明に係る電線の一実施の形態を示す断面図。本発明に係る電線の製造方法の一実施の形態を概略的に示す図。図２における押出機のヘッド部の一例を示す要部縦断面図。

符号の説明

１…電線、２…導体、３…絶縁体層、４…芯金、５…搬送部、６…押出シリンダ、７…スクリュー、８…樹脂材料流入部、９…仮電線、１０…樹脂材料。

Claims

導体とそれを被覆する絶縁体からなる電線において、前記絶縁体は、延伸された樹脂材料であり、前記電線の引っ張り強度が１００Mpa以上であることを特徴とする電線。
前記樹脂材料の構造は、配向していることを特徴とする請求項１に記載の電線。
前記樹脂材料は、結晶化していることを特徴とする請求項１に記載の電線。
前記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料であり、若しくはポリアミド系樹脂材料であり、若しくはフロロカーボン系樹脂材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電線。
前記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料とポリアミド系樹脂材料との混合物であり、若しくはポリオレフィン系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物であり、若しくはポリアミド系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電線。
前記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料とポリアミド系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電線。
導体と溶融した絶縁体とをそれぞれ異なる速度で搬送し、密着しない状態で押出機のクロスヘッドから押出して、冷却されてなる一本の仮電線を形成する電線押出工程と、その仮電線を加熱しながら、延伸して細径化させてから、徐冷させて、電線を形成する電線延伸工程とを含み、前記絶縁体は、延伸された樹脂材料であることを特徴とする電線の製造方法。
前記樹脂材料の構造は、配向させていることを特徴とする請求項７に記載の電線の製造方法。
前記樹脂材料は、結晶化していることを特徴とする請求項７に記載の電線の製造方法。
前記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料であり、若しくはポリアミド系樹脂材料であり、若しくはフロロカーボン系樹脂材料であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の製造方法。
前記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料とポリアミド系樹脂材料との混合物であり、若しくはポリオレフィン系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物であり、若しくはポリアミド系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の電線の製造方法。
前記樹脂材料は、ポリオレフィン系樹脂材料とポリアミド系樹脂材料とフロロカーボン系樹脂材料との混合物であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の電線の製造方法。
前記電線押出工程において、導体の搬送速度が、溶融絶縁体の搬送速度の４〜８倍であることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の電線の製造方法。
前記電線延伸工程において、導体の搬送速度と溶融絶縁体の搬送速度が同じであることを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の電線の製造方法。
前記電線延伸工程において、スチーム又は熱風により前記仮電線を加熱することを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の電線の製造方法。