JP2016197560A - 自動車用電線及びそれを用いたワイヤーハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性を向上させた自動車用電線及びそれを用いたワイヤーハーネスを提供する。
【解決手段】自動車用電線１は、塩化ビニル樹脂と、可塑剤と、扁平形状を有した無機化合物からなる充填材とを含有する絶縁被覆層３と、絶縁被覆層により被覆される導体２とを備える。そして、絶縁被覆層の厚さが０．２４〜０．４ｍｍで電線仕上外径が１．４〜２．８ｍｍの当該電線に対して、直径０．４５±０．０１ｍｍの針金を用い、１００±１℃の雰囲気下、５±０．０５Ｎの荷重をかけた状況でＩＳＯ６７２２：２００６に規定のスクレープ摩耗試験を行った場合の往復回数が５以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用電線及びそれを用いたワイヤーハーネスに関する。詳細には本発明は、耐熱性を向上させた自動車用電線及び当該自動車用電線を用いたワイヤーハーネスに関する。

自動車のエンジンルーム等の高温環境下で使用される絶縁電線には、高い耐熱性が要求されている。そのため、このような場所で使用される絶縁電線の被覆材は、架橋ポリエチレンが主流となっている。被覆材として架橋ポリエチレンを用いている主な理由は、その耐熱老化特性が優れること、さらには架橋処理により耐熱性を高めることができることに由来している。

ただ、架橋ポリエチレンは架橋処理を施さないと耐熱性を高めることができないため、製造面で環境へ与える負荷が大きい。そのため、架橋処理を施す必要がなく、安価で加工も容易な塩化ビニル樹脂を被覆材として用いることが検討されている。

例えば、特許文献１では、塩化ビニル系樹脂に、所定量のハイドロタルサイト化合物とトリメリテート系可塑剤とを配合した耐熱電線被覆用塩化ビニル系樹脂組成物が開示されている。そして、このような構成により、鉛、バリウム等の有害な重金属を用いずに耐熱性が向上することが記載されている。

特開平１１−１７６２４０号公報

しかしながら、特許文献１の電線は、自動車用の絶縁電線として使用する場合には耐熱性が不十分である。そのため、高温環境下で使用した場合、電気絶縁性を十分に確保できない恐れがあった。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、耐熱性を向上させた自動車用電線及びそれを用いたワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明の第１の態様に係る自動車用電線は、塩化ビニル樹脂と可塑剤と扁平形状を有した無機化合物からなる充填材とを含有する絶縁被覆層と、絶縁被覆層により被覆される導体とを備える。そして、絶縁被覆層の厚さが０．２４〜０．４ｍｍで電線仕上外径が１．４〜２．８ｍｍの上記電線に対して、直径０．４５±０．０１ｍｍの針金を用い、１００±１℃の雰囲気下、５±０．０５Ｎの荷重をかけた状況でＩＳＯ６７２２：２００６に規定のスクレープ摩耗試験を行った場合の往復回数が５以上である。

本発明の第２の態様に係る自動車用電線は、第１の態様の自動車用電線に関し、絶縁被覆層において、塩化ビニル樹脂１００質量部に対する可塑剤の含有量が２０〜４０質量部であり、塩化ビニル樹脂１００質量部に対する充填材の含有量が１〜１５質量部である。

本発明の第３の態様に係る自動車用電線は、第１又は第２の態様の自動車用電線に関し、塩化ビニル樹脂の重量平均重合度は２０００〜３０００であり、可塑剤はトリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤の少なくとも一方である。

本発明の第４の態様に係るワイヤーハーネスは、第１乃至第３の態様のいずれかに係る自動車用電線を備える。

本発明の自動車用電線は、絶縁被覆層に、扁平形状を有した無機化合物からなる充填材が含有されている。そのため、長期間に亘り高い耐熱性を確保でき、高温環境下で使用した場合でも良好な電気絶縁性を得ることができる。

本発明の実施形態に係る自動車用電線を示す断面図である。 実施例における扁平状充填材１を示す走査型電子顕微鏡写真である。 実施例における扁平状充填材２を示す走査型電子顕微鏡写真である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る自動車用電線について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

本実施形態に係る自動車用電線１は、図１に示すように、導体２と、導体２の周囲を被覆する絶縁被覆層３とを備えている。

導体２としては、１本の素線で構成された単線を用いてもよく、複数の素線を撚り合わせて構成された撚り線を用いてもよい。撚り線も、１本又は数本の素線を中心とし、その周囲に素線を同心状に撚り合わせた同心撚り線；複数の素線を一括して同方向に撚り合わせた集合撚り線；複数の集合撚り線を同心状に撚り合わせた複合撚り線のいずれも使用することができる。

導体２の直径及び導体２を構成する各素線の直径も特に限定されない。さらに、導体２の材料も特に限定されず、例えば銅、銅合金及びアルミニウム、アルミニウム合金等の公知の導電性金属材料を用いることができる。また、導体２の表面にはめっきを施してもよく、例えば錫めっき、銀めっき、ニッケルめっきを施してもよい。

導体２の外周を被覆する絶縁被覆層３は、導体２に対する電気絶縁性を確保できる樹脂組成物により形成されている。具体的には、絶縁被覆層３は、塩化ビニル樹脂と可塑剤とを含有する。さらに本実施形態では、絶縁被覆層３の耐熱性を向上させるために、扁平形状を有した無機化合物からなる充填材を含有する。塩化ビニル樹脂及び可塑剤と共にこのような充填材を混合することにより、長期間に亘り絶縁被覆層の耐熱性を向上させ、自動車のエンジンルーム等の高温環境下においても電気絶縁性を確保することが可能となる。

絶縁被覆層３に使用される塩化ビニル樹脂は、例えば、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合体、塩化ビニル−プロピレン共重合体、塩化ビニル−スチレン共重合体、塩化ビニル−イソブチレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−スチレン−無水マレイン酸共重合体、塩化ビニル−スチレン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−ブタジエン共重合体、塩化ビニル−イソプレン共重合体、塩化ビニル−塩素化プロピレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−マレイン酸エステル共重合体、塩化ビニル−メタクリル酸エステル共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−各種ビニルエーテル共重合体などを挙げることができる。これらの塩化ビニル樹脂は、一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、塩化ビニル樹脂の重合方法は、塊状重合、溶液重合、懸濁重合及び乳化重合など特に限定されない。

塩化ビニル樹脂の平均重合度（重量平均重合度）は特に限定されないが、５００〜５０００であることが好ましく、１５００〜３０００であることがより好ましい。平均重合度が５００以上であることにより、得られる絶縁被覆層３の耐熱性の低下を抑制することができる。また、平均重合度が５０００以下であることにより、押出成形時の溶融粘度の上昇を抑制し、さらに混練及び成形加工性の悪化を防止することができる。なお、本実施形態の絶縁被覆層３では、上記重合度の範囲にある塩化ビニル樹脂を一種又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。

絶縁被覆層３に使用される可塑剤は、塩化ビニル樹脂の分子間に浸透して樹脂の分子間力を弱め、塩化ビニル樹脂に柔軟性を与えるものであれば特に限定されない。ただ本実施形態では、可塑剤は、トリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤から選択される一種又は二種以上を含むことが好ましい。トリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤は、耐熱性及び耐候性に優れ、さらに低揮発性であるため、長期間の耐熱性が要求される絶縁被覆層３に好適である。

トリメリット酸系可塑剤としては、トリメリット酸エステルを挙げることができる。また、ピロメリット酸系可塑剤としては、ピロメリット酸エステルを挙げることができる。なお、トリメリット酸エステル及びピロメリット酸エステルにおいて、脱水縮合によりエステルを構成するアルコールとしては、炭素数が８〜１３の飽和脂肪族アルコールなどを挙げることができる。これらのアルコールは、一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。

絶縁被覆層３に使用される可塑剤は、トリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤以外の可塑剤を含んでいてもよい。他の可塑剤としては、フタル酸系可塑剤及び脂肪族系可塑剤などを挙げることができる。可塑剤全体の配合量が後述する特定の範囲内にあると共に、トリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤の配合量が特定の範囲内にあるならば、絶縁被覆層３に柔軟性を与えつつも耐熱性を向上させることができる。なお、絶縁被覆層３に使用される可塑剤は、トリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤の少なくとも一方が主成分であることが好ましい。つまり、絶縁被覆層３に使用される可塑剤において、トリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤の合計含有量が５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることが特に好ましい。

フタル酸系可塑剤としては、フタル酸エステルを挙げることができる。フタル酸エステルにおいて、脱水縮合によりエステルを構成するアルコールとしては、炭素数が８〜１３の飽和脂肪族アルコールなどを挙げることができる。また、これらのアルコールは、一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。より具体的には、フタル酸系可塑剤は、例えば、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジ−ｎ−オクチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジイソデシル及びフタル酸ジトリデシルからなる群より選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。

脂肪族系可塑剤としては、アジピン酸エステル、セバシン酸エステル及びアゼライン酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。また、これらのエステルにおいて、脱水縮合によりエステルを構成するアルコールとしては、炭素数が３〜１３の飽和脂肪族アルコールなどを挙げることができる。また、これらのアルコールは、一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。より具体的には、脂肪族系可塑剤は、例えば、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸イソノニル、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジオクチル及びアゼライン酸ジオクチルからなる群より選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。

なお、絶縁被覆層３において、塩化ビニル樹脂１００質量部に対する可塑剤の含有量は、２０〜４０質量部であることが好ましい。可塑剤の含有量が２０質量部以上の場合には、柔軟性が低下して低温時の耐久性が不十分となることを抑制することができる。また、可塑剤の含有量が４０質量部以下の場合には、柔軟性が高くなるため加工性が向上し、さらに高温時における耐摩耗性を確保することができる。

上述のように、高温条件下での長期間における耐熱性及び電気絶縁性を確保するために、自動車用電線１の絶縁被覆層３は、扁平形状を有した無機化合物からなる充填材を含有している。特に、扁平形状の充填材を使用することにより、高温時の耐スクレープ性を改善することが可能となる。

上述のように、本実施形態で使用される充填材の形状は扁平状であることに特徴がある。そして、充填材の厚さとその主面の最大径（厚さ方向に垂直な方向のうち、最も長さの長い方向の長さ）との比率であるアスペクト比（主面の最大径／厚さ）は、５以上１５未満であることが好ましい。アスペクト比が５以上１５未満の場合には、樹脂へ添加された充填材の特徴的な形状により、高温環境下における機械的な応力に対して上述の樹脂組成物の状態を維持しやすくなるため、絶縁被覆層３の耐高温スクレープ性を高めることが可能となる。さらに、アスペクト比が５以上１５未満の場合には、導体２の周囲に絶縁被覆層３を設けた際にも、絶縁被覆層３の内部で充填材が樹脂の変形などの影響を抑制することができる。なお、アスペクト比が１５以上の場合には、低温下における機械的な応力に対しての特性（低温性）が悪化する恐れがある。充填材の扁平性やアスペクト比は、電子顕微鏡を用いた形状観察によって確認することができる。

充填材の平均粒子径は、図２及び図３に示すように、形状が扁平状であれは特に限定されない。ただ、充填材の平均粒子径は０．５μｍ〜５μｍであることが好ましい。なお、充填材の平均粒子径及びアスペクト比、並びに粒子形状は、絶縁被覆層３を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などで観察することにより測定することができる。

上述の充填材は、扁平形状を有した無機化合物からなるものであれば特に限定されない。ただ、扁平形状を有した無機化合物としては、カオリン、パイロフィライト、タルク、マイカ、クレー、スメクタイト、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）及び水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）からなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。扁平形状を有した無機化合物としては、マイカ及びクレーが特に好ましい。

絶縁被覆層３において、塩化ビニル樹脂１００質量部に対する充填材の含有量は、１〜１５質量部であることが好ましい。充填材の含有量が１質量部以上の場合には、絶縁被覆層３の耐熱性及び耐スクレープ性を向上させることができる。また、充填材の含有量が１５質量部以下の場合には、充填材の粒子形状に起因する低温時の耐久性の低下を抑制することが可能となる。

本実施形態の絶縁被覆層３は、上記材料に加えて種々の添加剤を配合することが可能である。添加剤としては、安定剤、顔料、酸化防止剤、増量剤、金属不活性剤、老化防止剤、滑剤、補強剤、紫外線吸収剤、染料、着色剤、帯電防止剤、発泡剤等が挙げられる。

次に、本実施形態の自動車用電線１の製造方法について説明する。自動車用電線１の絶縁被覆層３は、上述の材料を加熱して混練することにより調製されるが、その方法は公知の手段を用いることができる。例えば、上述の材料をバンバリーミキサー、加圧ニーダー、混練押出機、二軸押出機、ロールミル等の公知の混練機を用いて混練することにより、絶縁被覆層３を構成する樹脂組成物を得ることができる。また、上述の材料を予めタンブラー等を用いてドライブレンドした後、上述の混練機を用いて混練してもよい。なお、加熱混練後は、混練機から取り出して樹脂組成物を得る。その際、ペレタイザーなどで当該樹脂組成物をペレット状に成形してもよい。

そして、自動車用電線１の製造方法において、導体２を絶縁被覆層３で被覆する方法も公知の手段を用いることができる。例えば絶縁被覆層３は、一般的な押出成形法により形成することができる。そして、押出成形法で用いる押出機としては、例えば単軸押出機や二軸押出機を使用し、スクリュー、ブレーカープレート、クロスヘッド、ディストリビューター、ニップル及びダイスを有するものを使用することができる。

具体的な自動車用電線１の製造方法としては、まず、塩化ビニル樹脂が十分に溶融する温度に設定された二軸押出機に、塩化ビニル樹脂を投入する。この際、可塑剤、充填材、さらには必要に応じて上述の添加剤も投入する。そして、塩化ビニル樹脂等はスクリューにより溶融及び混練され、一定量がブレーカープレートを経由してクロスヘッドに供給される。溶融した塩化ビニル樹脂等は、ディストリビューターによりニップルの円周上へ流れ込み、ダイスにより導体の外周上に被覆された状態で押し出される。これにより、導体２の外周を被覆する絶縁被覆層３を得ることができる。

本実施形態の自動車用電線１は、塩化ビニル樹脂と可塑剤と扁平形状を有した無機化合物からなる充填材とを含有する絶縁被覆層３と、絶縁被覆層３により被覆される導体２とを備える。そして、絶縁被覆層３の厚さが０．２４ｍｍ〜０．４ｍｍで電線仕上外径が１．４〜２．８ｍｍの当該電線１に対して、直径０．４５±０．０１ｍｍの針金を用い、１００±１℃の雰囲気下、５±０．０５Ｎの荷重を電線１にかけた状況でＩＳＯ６７２２：２００６に規定のスクレープ摩耗試験を行った場合の往復回数が５以上である。本実施形態における絶縁被覆層３は、扁平形状を有した無機化合物からなる充填材を含有するため、長期間に亘り高い耐熱性を確保できることから、高温環境下で使用した場合でも良好な電気絶縁性を得ることが可能となる。また、可塑剤を含有しており、絶縁被覆層の柔軟性も高まるため、低温時の耐久性も向上する。

また、本実施形態の自動車用電線１は、良好な耐熱性を有する樹脂組成物によって絶縁被覆層３が形成されているため、高温部品としての内燃機関やモーター、コンバーター等の近傍に配置することが可能である。その結果、自動車用電線１は、電気自動車等の車両に好適に用いることができる。

そして、本実施形態に係るワイヤーハーネスは、上述の自動車用電線１を備えるものである。上述のように、本実施形態の自動車用電線１は、従来に比べて高い耐熱性を有するため、高い耐熱性、強度、導電性等が要求される自動車用のワイヤーハーネスに好ましく用いることができる。

以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

まず、混練機を用い、以下に示す塩化ビニル樹脂、可塑剤、充填材、安定剤及び加工助剤を表１乃至表４に示す配合量で溶融混練することにより、各実施例及び比較例の樹脂組成物を調製した。

（塩化ビニル樹脂）
・ポリ塩化ビニル 信越化学工業株式会社製 商品名：ＴＫ２０００Ｅ（重量平均重合度２０００）
・ポリ塩化ビニル 信越化学工業株式会社製 商品名：ＴＫ２５００ＰＥ（重量平均重合度３０００）
（可塑剤）
・トリメリット酸系可塑剤 （株）ＡＤＥＫＡ製 商品名：アデカサイザー（登録商標）Ｃ−８８０（トリメリット酸混合直鎖アルキルエステル）
・ピロメリット酸系可塑剤 （株）ＡＤＥＫＡ製 商品名：アデカサイザー（登録商標）ＵＬ−８０（ピロメリット酸２−エチルヘキシルエステル）
（充填材）
・扁平状充填材１ Ｉｍｅｒｙｓ社製 商品名：Ｈｙｄｒｉｔｅ ＲＳ（カオリンクレー）、平均粒子径：０．８μｍ、図２参照
・扁平状充填材２ Ｉｍｅｒｙｓ社製 商品名：Ｈｙｄｒｉｔｅ １２１−Ｓ（カオリンクレー）、平均粒子径：１．５μｍ、図３参照
・略球状充填材 三共製粉株式会社製 商品名；エスカロン＃１５００（重質炭酸カルシウム）、平均粒子径：２．５μｍ
（安定剤）
Ｃａ／Ｚｎ系塩ビ用安定剤 （株）ＡＤＥＫＡ製 商品名：アデカスタブ（登録商標）ＲＵＰ−１１０
（加工助剤）
アクリル系加工助剤 三菱レイヨン株式会社製 商品名：メタブレン（登録商標）Ｐ−５５１

次に、金属導体として、断面積が１．８ｍｍ^２の銅芯線を準備した。そして、当該金属導体に対し、電線製造用の押出被覆装置を用いて約２１０℃の温度条件で押出成形を行い、各実施例及び比較例の樹脂組成物で被覆した電線試験サンプルを作製した。なお、押出成形の際、被覆後の絶縁被覆層の厚さが０．３５ｍｍとなるように調整した。

［評価］
上記実施例及び比較例の電線試験サンプルについて、次の方法により高温摩耗性及び低温性の評価を実施した。各評価結果を表１乃至表４に合わせて示す。

＜高温摩耗性＞
上記で得られた各例の電線試験サンプルに対し、摩耗子として直径０．４５±０．０１ｍｍの針金を用い、ＩＳ０６７２２：２００６のスクレープ摩耗規格に準拠して、摩耗試験を実施した。なお、この試験では、１００±１℃の雰囲気下、５±０．０５Ｎの荷重を電線試験サンプルにかけた状態で、摩耗子を絶縁被覆層上で繰り返しスライドさせた。そして、スクレープ回数が５回以上でも金属導体と針金との間で導通しなかった場合を「○」と評価し、スクレープ回数が５回未満で導通した場合を「×」と評価した。

＜低温性＞
まず、実施例及び比較例で得られた電線試験サンプルを、空気中、−４０℃の環境下で４時間以上冷却した。次に、当該電線試験サンプルの直径と同じ直径を有する金属マンドレルへ、冷却後の電線試験サンプルを螺旋状に巻き付けた。その後、巻き付けた電線試験サンプルの金属導体と金属マンドレルとの間に１ｋＶで１分間の耐電圧を印加した結果、絶縁破壊が発生しなかったものを「○」と評価し、絶縁破壊が発生したものを「×」と評価した。

表１より、本実施形態に係る実施例１乃至２１の電線試験サンプルは、高温時の耐摩耗性に優れ、車両用の電線として好適に用いることができることが分かる。また、実施例の電線試験サンプルは、低温時の耐久性にも優れていることが分かる。

これに対し、略球状の充填材を使用した比較例の電線試験サンプルは、高温時の耐摩耗性が不十分となることが分かる。また、比較例２より、たとえ略球状の充填材の添加量を増加したとしても耐摩耗性は向上せず、逆に低温時の耐久性が低下することが分かる。

以上、本発明を実施例及び比較例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 自動車用電線
２ 導体
３ 絶縁被覆層

Claims (4)

1. 塩化ビニル樹脂と、可塑剤と、扁平形状を有した無機化合物からなる充填材とを含有する絶縁被覆層と、
   前記絶縁被覆層により被覆される導体と、
   を備える電線であって、
   前記絶縁被覆層の厚さが０．２４〜０．４ｍｍで電線仕上外径が１．４〜２．８ｍｍの前記電線に対して、直径０．４５±０．０１ｍｍの針金を用い、１００±１℃の雰囲気下、５±０．０５Ｎの荷重をかけた状況でＩＳＯ６７２２：２００６に規定のスクレープ摩耗試験を行った場合の往復回数が５以上であることを特徴とする自動車用電線。
2. 前記絶縁被覆層において、前記塩化ビニル樹脂１００質量部に対する前記可塑剤の含有量が２０〜４０質量部であり、前記塩化ビニル樹脂１００質量部に対する前記充填材の含有量が１〜１５質量部であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電線。
3. 前記塩化ビニル樹脂の重量平均重合度は、２０００〜３０００であり、
   前記可塑剤は、トリメリット酸系可塑剤及びピロメリット酸系可塑剤の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用電線。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動車用電線を備えることを特徴とするワイヤーハーネス。