JP2019087390A

JP2019087390A - 絶縁電線

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Publication number: JP2019087390A
Application number: JP2017214346A
Authority: JP
Inventors: 雅文加賀; masafumi Kaga; 有木部; Tamotsu Kibe
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: JP6756692B2; US20190139671A1; US11205525B2

Abstract

【課題】絶縁性と難燃性を高く維持しつつ、外径を細径化できる電線構造を有する絶縁電線を提供する。【解決手段】導体と、前記導体の外周に配置される被覆層と、を備える絶縁電線において、前記被覆層は、ＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が１．０×１０１５（Ωｃｍ）以下の半導電層と、該半導電層の外周にＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が５．０×１０１５（Ωｃｍ）を超える絶縁層と、該半導電層の外周にＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が１．５×１０１５（Ωｃｍ）以下かつＪＩＳＫ７２０１−２で規定される酸素指数が４０を超える難燃半導電層を備えた絶縁電線。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線に関する。

鉄道車両や自動車などの配線として用いられる絶縁電線には、絶縁性だけでなく、火災時に燃えにくいような難燃性が求められている。そのため、絶縁電線の被覆層には難燃剤が配合される。例えば、特許文献１には、絶縁性を有する絶縁層の外周に難燃剤を含む難燃層を積層させて被覆層を形成した絶縁電線が開示されている。特許文献１によれば、絶縁性と難燃性を高い水準でバランスよく得ることができるとされている。

特開２０１４−１１１４０号公報

ところで、近年、絶縁電線には、軽量化の観点から外径を細くすることが求められている。そのため、内側に位置する絶縁層や外側に位置する難燃層の厚さを薄くすることが検討されている。

そこで、本発明は、絶縁性と難燃性を維持しつつ、外径を細径化できる電線構造を有する絶縁電線を提供することを目的とする。

本発明は、下記の絶縁電線を提供するものである。
［１］導体と、前記導体の外周に配置される被覆層と、を備える絶縁電線において、前記被覆層は、ＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が１．５×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下の半導電層と、該半導電層の外周に体積抵抗率が５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）を超える絶縁層と、該半導電層の外周に体積抵抗率が１．５×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下かつＪＩＳＫ７２０１−２で規定される酸素指数が４０を超える難燃半導電層を備えた絶縁電線。
［２］［１］に記載の絶縁電線において、前記絶縁電線は、ＥＮ５０２６６−２−４に基づき、垂直トレイ燃焼試験（ＶＴＦＴ）に合格する難燃性を有する絶縁電線。
［３］［１］又は［２］に記載の絶縁電線において、前記絶縁電線は、ＥＮ５０３０５．６．７に準拠した直流安定性試験に合格する直流安定性を有する絶縁電線。
［４］［１］乃至［３］に記載の絶縁電線において、前記絶縁電線は、前記導体の径が１．２５ｍｍ以下であり、前記被覆層の厚さが０．６ｍｍ未満である絶縁電線。
［５］［１］乃至［４］に記載の絶縁電線において、前記被覆層は、引張速度２００ｍ／ｍｉｎにて引張試験をして測定される破断伸びが１５０％以上である絶縁電線。
［６］［１］乃至［５］に記載の絶縁電線において、前記難燃層を形成する難燃樹脂組成物が、高密度ポリエチレン、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−αオレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、およびエチレン−プロピレン−ジエン共重合体からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む絶縁電線。
［７］［１］乃至［６］に記載の絶縁電線において、前記難燃半導電層を形成する難燃半導電樹脂組成物が、樹脂成分及び難燃剤を含み、樹脂成分１００質量部に対して前記難燃剤を１５０質量部以上２５０質量部以下含有する絶縁電線。
［８］［１］乃至［７］に記載の絶縁電線において、前記絶縁層を形成する絶縁樹脂組成物が、樹脂成分を含み、該樹脂成分が高密度ポリエチレンおよび／または低密度ポリエチレンからなる絶縁電線。

本発明によれば、絶縁性と難燃性を維持しつつ、外径を細径化できる電線構造を有する絶縁電線を提供することができる。

本発明の絶縁電線の実施形態を示す横断面図である。本発明の絶縁電線の他の実施形態を示す横断面図である。従来の絶縁電線を示す横断面図である。

まず、従来の絶縁電線について図３を用いて説明する。図３は、従来の絶縁電線の長さ方向に対して垂直な断面図である。図３に示すように、従来の絶縁電線１００は、導体１１０と、導体１１０と外周に配置される単層の絶縁・難燃層１２０により構成されている。

従来の絶縁電線１００において、絶縁・難燃層１２０では電気絶縁性と難燃性を単一材料で両立させる必要がある。絶縁・難燃層１２０を構成する材料の難燃性を確保するためには、多量の無機フィラーを添加することで酸素指数４０以上とすることができる。しかし、電気絶縁性は無機フィラーの影響により低下し、絶縁性の指標であるＥＮ５０３０５．６．７に準拠した直流安定性試験が不合格となる。

そこで、本発明者らは、絶縁性を向上させるために、導体側から順に、内部半導電層、絶縁層及び外部半導電層を形成した構造の絶縁電線を考案した。内部半導電層及び外部半導電層は導電性フィラーを添加した導電性樹脂組成物から構成されている。導体は、通常、素線を撚り合わせた撚線構造を有し、導体の表面に撚り目が現れることにより表面に凹凸を有する（かかる凹凸のことを、以下において「導体の凹凸」ということがある）。内部半導電層は導体の凹凸を吸収する層として寄与し、凹凸が平滑化されることで電界集中を抑制し、絶縁性を向上させることができる。同様に外部半導電層も押出中にできる絶縁層表面の微細な凹凸の平滑化、さらに、押出後に発生する傷などから絶縁層を保護することで絶縁性を向上させることができる。

しかしながら、かかる絶縁電線では絶縁性は向上したものの、内部半導電層と外部半導電層の導電性樹脂組成物が可燃性の材料であるために、難燃性が低下し、難燃性の指標であるＥＮ５０２６６−２−４に準拠した垂直トレイ燃焼試験（ＶＴＦＴ）が不合格となった。

そこで、本発明者らは、難燃性を解決するために、外部半導電層を形成する導電性樹脂組成物の中の導電性フィラーを難燃性フィラーで代用し、難燃性を付与することで難燃半導電層を形成し、導体の外周に半導電層、絶縁層、難燃半導電層が配置された絶縁電線を検討した。

しかしながら、外部半導電層に難燃性を付与したことで、導電性が低下してしまい、良好な導電性を得るためには、難燃半導電層の厚さを増加する必要があった。

そこで、本発明者らはかかる絶縁電線の構造をもとに、絶縁層２２を構成する絶縁樹脂組成物の体積抵抗率を５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）以上とし、絶縁層２２を著しく薄膜化した図１に示す絶縁電線１を発明した。

かかる絶縁電線１によれば、絶縁層２２の体積抵抗率を高い値で維持することで、相対的に難燃半導電層２４の導電性を確保することができる。このことは以下のような効果を発現する。

導体１１の外周に絶縁層２２が配置されれば、導体１１の表面の凹凸に起因する電界集中により絶縁層２２が破壊されやすくなり、絶縁層２２を薄く形成することが難しい。導体１１の外周に半導電層２０を配置して導体１１の表面を被覆することで、半導電層２０を電界緩和層として機能させ、結果として半導電層２０の上に配置される絶縁層２２を薄く形成することが可能となる。

このように可燃物である絶縁層２２を薄く形成することが可能となるため、結果として難燃半導電層２４を薄く形成することができる。このようなことから、難燃性、直流安定性及び細径化を実現する絶縁電線を提供することができる。このように細径化を実現した絶縁電線は、これを複数本束ねたワイヤハーネスとして使用する場合には、ワイヤハーネスの軽量化という更なる効果をもたらす。

以上の知見から、本発明者らは、半導電層２０のＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率を１．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下とし、絶縁層２２のＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率を５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）を超えるものとし、更に、難燃半導電層２４のＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率を１．５×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下とし、かつＪＩＳＫ７２０１−２で規定される酸素指数を４０を超えるものとすることで、難燃性及び細径化を実現しながら、直流安定性を確保することができる絶縁電線を提供することができることを見出した。

尚、本明細書中、「細径化」とは、従来の同じ導体径の絶縁電線（ＥＮ５０２６４−３−１（２００８）のＴａｂｌｅ１−Ｇｅｎｅｒａｌｄａｔａ−Ｃａｂｌｅｔｙｐｅ０，６／１ｋＶｕｎｓｈｅａｔｈｅｄ）と比較して、絶縁電線の被覆層の厚さをより薄くすることで絶縁電線の外径を小さくすることを意味する。

具体的には、導体径が１．２５ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを０．６０ｍｍ未満、導体径が１．２５ｍｍを超え５．００ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを０．７０ｍｍ未満、導体径が５．００ｍｍを超え７．７０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを０．９０ｍｍ未満、導体径が７．７ｍｍを超え９．２０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを１．００ｍｍ未満、導体径が９．２０ｍｍを超え１２．５０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを１．１０ｍｍ未満、導体径が１２．５０ｍｍを超え１４．２０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを１．２０ｍｍ未満、導体径が１４．２０ｍｍを超え１５．８０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを１．４０ｍｍ未満、導体径が１５．８０ｍｍを超え１７．５０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを１．６０ｍｍ未満、導体径が１７．５０ｍｍを超え２０．１０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを１．７０ｍｍ未満、導体径が２０．１０ｍｍを超え２２．５０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを１．８０ｍｍ未満、導体径が２２．５０ｍｍを超え２５．８０ｍｍ以下の場合に、絶縁電線の被覆層の厚さを２．００ｍｍ未満とすることができる。

更に機械的強度についてもＥＮ５０２６４の６０８１１−１−２に基づき評価し、破断伸びを１５０％以上とすることができる。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。

＜絶縁電線の構成＞
以下、本発明の一実施形態に係る絶縁電線について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁電線の長さ方向に対して垂直な断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る絶縁電線１は導体１１、半導電層２０、絶縁層２２、難燃半導電層２４を備えている。本実施形態では、半導電層２０の外周に絶縁層２２が配置され、絶縁層２２の外周に難燃半導電層２４が配置されている。つまり、被覆層は、導体１１側から順に半導電層２０、絶縁層２２および難燃半導電層２４の３層を積層させて形成されている。

（導体）
導体１１としては、通常用いられる金属線、例えば銅線、銅合金線の他、アルミニウム線、金線、銀線などを用いることができる。また、金属線の外周に錫やニッケルなどの金属めっきを施したものを用いてもよい。さらに、金属線を撚り合わせた集合撚り導体を用いることもできる。導体１１の断面積や外径は、絶縁電線１に求められる電気特性に応じて適宜変更することが可能であり、例えば断面積が１ｍｍ²以上１０ｍｍ²以下で、外径が１．２０ｍｍ以上２．３０ｍｍ以下のものを挙げることができる。

（半導電層）
半導電層２０は、導体１１の外周に押し出して形成され、体積抵抗率が１．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下になるように構成されていれば良く、半導電樹脂組成物を用いる。本実施形態では、導体の凹凸を半導電層２０で平滑化することで、電界集中を抑制することができ、絶縁層２２にかかる電界強度を低下させて絶縁性を向上させる。更に半導電層２０は、絶縁層２２で被覆されることによって絶縁電線１を食塩水に浸漬させて直流安定性を評価するときに水の浸透が抑制されるので、絶縁信頼性が高く、被覆層の直流安定性にも寄与することになる。すなわち、半導電層２０は、直流安定性を向上させることができる。

半導電層２０の体積抵抗率は１．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下であれば特に限定されず、導電性の観点からは小さいほど好ましい。なお、本明細書において、体積抵抗率とは、絶縁性の指標であり、本実施形態では、ＪＩＳＣ２１５１で規定されるものである。

半導電層２０を形成する半導電樹脂組成物は、樹脂成分及び導電剤を含み、１．０×１０¹⁵以下の体積抵抗率を有するように形成される。半導電層２０は、例えば、半導電樹脂組成物を導体１１の外周上に押出すことで形成される。

半導電樹脂組成物に用いられる樹脂成分としては、例えば、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂等を用いることができる。ポリエチレン系樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）等のポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−ブテン−ヘキセン三元共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、エチレン−オクテン共重合体（ＥＯＲ）、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＲ）、エチレン−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、および、これらをマレイン酸などの酸で変性したもの等を用いることができる。ポリオレフィン樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

半導電樹脂組成物に用いられる樹脂成分は、好ましくは例えば、ＥＶＡを含む。ＥＶＡは、フィラー受容性が大きいので導電剤を添加しやすく、また、ＥＶＡ自体がある程度の難燃性を有するため好ましい。ＥＶＡのＶＡ量としては、例えば、フィラー受容性の観点から１５％以上であることが好ましく、また例えば、粘着等の製造性の観点から８０％以下であることが好ましい。

半導電樹脂組成物に用いられる導電剤としては、例えば、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等が挙げられ、好ましくは例えば、カーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等を用いることができ、好ましくは、少量で高い導電性を付与できるため、アセチレンブラックを用いることができる。導電剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、導電剤として他の添加物又はフィラーを使うこともできる。任意ではあるが、半導電層２０に難燃性を付与する場合には、導電剤として、難燃性を有する水酸化マグネシウム等の添加剤を使用することで、半導電層２０を難燃半導電層として機能させることも可能である。

導電剤の配合量は、半導電層２０を形成する半導電樹脂組成物の体積抵抗率を１．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下とするような量であれば特に制限されない。例えば、樹脂成分１００質量部に対するカーボンブラックの配合量は、３０質量部以上、水酸化マグネシウムであれば、１５０質量部以上である。なお、例えば、半導電層２０の機械特性が低下し伸びが低くなるおそれがあるので、導電剤の配合量は、過剰とならないことが好ましい。例えば、ベースポリマ１００質量部に対するカーボンブラックの配合量は、１５０質量部以下、水酸化マグネシウムであれば、２５０質量部以下とすることが好ましい。

半導電層２０は、耐熱性を向上させるために、架橋された半導電樹脂組成物で構成されていることが好ましい。架橋方法としては、照射架橋、化学架橋、シラン架橋等が挙げられる。半導電樹脂組成物は、架橋を良好に行うために、架橋助剤や架橋剤を含有してもよい。半導電樹脂組成物は、半導電層２０の特性を損なわない範囲で、必要に応じて、その他の充填剤、例えば、難燃剤、酸化防止剤、銅害防止剤、補強剤、プロセスオイル等の添加剤を含有してもよい。

（絶縁層）
絶縁層２２は、樹脂成分を含み、体積抵抗率が５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）を超える絶縁樹脂組成物からなることが好ましく、吸水量や水の拡散係数が小さくなるように構成されている。絶縁層２２は、遮水性が高く、水が浸透しにくいので、被覆層の内部に位置する半導電層２０への水の浸透を抑制することができる。なお、絶縁層２２は実質的に難燃剤を含まず難燃性に劣るが、後述の難燃半導電層２４で被覆されている。

絶縁層２２を形成する材料としては、体積抵抗率が５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）以上の材料であればよく、体積抵抗率の上限値は特に制限は無い。５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）を下回ると、絶縁層２２と難燃半導電層２４が同程度の体積抵抗率となるために、難燃半導電層側に電圧が分担されてしまうために、絶縁層２２の厚さを大きくしなくてはならない。絶縁層２２の厚さを大きくすると、絶縁層２２が可燃物であるために難燃半導電層２４も厚くしなくてはならなくなり、細径化が困難である。

絶縁層２２を形成する樹脂成分としては、絶縁層２２の成形加工性の観点からは樹脂が好ましく、半導電層２０と同様の樹脂を用いることができる。絶縁層２２においては、ポリオレフィンがより好ましい。中でも、電気絶縁性（体積抵抗率）が高いこと、吸水率を低くできること、成形性がよいこと、破断伸びが比較的大きいことから、ポリエチレンが望ましく、高密度ポリエチレンおよび／または低密度ポリエチレンを用いることができる。更に耐油性（耐溶剤性）など他の特性にも優れていること、そして安価であることから、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が特に好ましい。

絶縁層２２をＬＬＤＰＥなどの樹脂から形成する場合、例えば、ＬＬＤＰＥを含む絶縁樹脂組成物を半導電層２０の外周に押出成形して形成するとよい。絶縁層２２の絶縁性をさらに向上させる観点からは、絶縁樹脂組成物に架橋剤や架橋助剤などを配合して架橋させ、絶縁層２２を架橋体で形成することが好ましい。架橋させることにより、樹脂の分子構造を強固にし、絶縁層２２の遮水性を向上させることができる。しかも、絶縁層２２の強度も向上できるので、絶縁層２２の厚さを薄くしても、強度を損なうことなく、絶縁性を高く維持することができる。絶縁層２２は、ノンハロゲン樹脂組成物であることが好ましい。

タルク、水酸化マグネシウム等の添加剤は体積抵抗率を低下させてしまう傾向があるため、好ましくは添加しない方が良い。ただし、絶縁樹脂組成物に体積抵抗率が著しく低下しなければ添加剤を加えることも可能である。

また、絶縁層２２は、樹脂成分１００質量部に対して、添加剤を５質量部以下含有することができる。好ましくは添加剤を３質量部以下、より好ましくは添加剤を１．５質量部以下含有することができる。

ここに添加剤とは、例えば、架橋剤、架橋助剤、銅害防止剤、難燃剤、難燃助剤、可塑剤、充填剤、金属キレート剤、軟化剤、補強剤、界面活性剤、安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、酸化防止剤、着色剤（例えばカーボンブラック等）、加工性改良剤、無機充填剤、相溶化剤、発泡剤、帯電防止剤等を意味する。

絶縁層２２を形成する架橋体は、ゲル分率が４０％以上１００％以下となるように架橋されていることが好ましい。絶縁層２２は架橋体のゲル分率を高くすることにより強度および絶縁性を高めることができるので、更にその厚さを薄くすることができる。

絶縁層２２を架橋させる場合は、絶縁樹脂組成物に公知の架橋剤や架橋助剤を配合するとよい。架橋剤としては、例えば、有機過酸化物やシランカップリング剤などを用いることができる。架橋助剤としては、例えば、トリアリルイソシアヌレートやトリメチロールプロパントアクリレートなどの多官能モノマーを用いることができる。これらの配合量は、特に限定されず、例えば、絶縁層２２を形成する架橋体の架橋度がゲル分率で４０％以上１００％以下となるように適宜変更するとよい。なお、架橋方法としては、架橋剤の種類に応じて、化学架橋や電子線架橋など公知の方法により行うことができる。

（難燃半導電層）
難燃半導電層２４は、例えば難燃剤を含む難燃樹脂組成物を絶縁層２２の外周に押し出して形成され、半導電層２０と同様に、ＪＩＳＫ７２０１−２で規定される酸素指数が４０を超えるように構成される。

難燃半導電層２４は、例えば難燃剤を含む難燃樹脂組成物を導体１１の外周に押し出して形成され、酸素指数が４０よりも大きく、かつ、体積抵抗率が１．５×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下となるように構成される。難燃半導電層２４は、最外層に配置されることで、火炎から内部の絶縁層２２と半導電層２０を保護し、さらに、電界緩和層としても作用し絶縁層への電界集中を緩和させ絶縁性を更に向上させる。火災時の安全性と体積抵抗率からノンハロゲン難燃樹脂組成物からなることが好ましい。

また、難燃半導電層２４は、半導電層２０と同様に架橋されていてもよい。難燃半導電層２４の架橋は、例えば、難燃半導電層２４を形成する難燃樹脂組成物に架橋剤や架橋助剤を配合し、押出成形した後、架橋処理を施すことで行うとよい。架橋方法は、特に限定されず、電子線を照射する等の従来公知の方法で行うことができる。

（被覆層の積層構造）
続いて、被覆層（半導電層２０、絶縁層２２、難燃半導電層２４）の積層構造について説明する。被覆層において、絶縁層２２の厚さは、特に限定されず、難燃性の観点から、可燃物である絶縁層２２は薄いほど良いが、薄すぎるとピンホールや成形加工時の表面荒れなどにより絶縁性が低下するので厚さは０．０５ｍｍ以上が好ましい。一方、絶縁層２２の厚さの上限値は、特に限定されないが、絶縁電線１の難燃性の観点からは０．１０ｍｍ以下であることが好ましい。

また、被覆層において、半導電層２０及び難燃半導電層２４の夫々の厚さは、特に限定されず、被覆層に求められる難燃性および直流安定性に応じて適宜変更するとよく、高い難燃性を得る観点からは、半導電層２０及び難燃半導電層２４の合計の厚さが０．３５ｍｍ以上であることが好ましい。

半導電層２０は、被覆層の直流安定性に寄与するので、所望の直流安定性を得る観点からは、その厚さが少なくとも、導体１１を構成する金属線の素線径の０．５倍以上、もしくは素線径が０．２ｍｍ以下であれば半導電層２０の厚さは０．１０ｍｍ以上であることが好ましい。一方、上限値については、特に限定されず、被覆層の難燃性と絶縁電線１の細径化とを考慮して適宜変更することができる。また、半導電層２０は導体１１の外周に形成することが好ましい。

難燃半導電層２４は、絶縁層２２を被覆し、その燃焼を抑制するので、その厚さを少なくとも０．２５ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、上限値については、特に限定されず、被覆層の難燃性と絶縁電線１の細径化とを考慮して適宜変更することができる。

ここでいう被覆層の厚さとは、半導電層２０、絶縁層２２及び難燃半導電層２４以外の絶縁層がある場合、それを含めた被覆層全体の厚さを意味する。

図１に示される本発明の実施の形態に係る被覆層は、３層で構成されるが、導体１１の外周に半導電層２０が複数層あってもよく、半導電層２０の外周に絶縁層２２が複数層あってもよく、絶縁層２２の外周に難燃半導電層２４が複数層ある多層構造であってもよい。

また、導体１１の外周に半導電層２０、最外層に難燃半導電層２４、その間に絶縁層２２があればよく、半導電層２０と絶縁層２２の間、絶縁層２２と難燃半導電層２４との間には別な樹脂組成物の層があっても差し支えない。例えば、各層間に接着層など他の特性を担う層を配置しても良い。

また、図２に示すように、半導電層２０、半導電層２０、難燃半導電層２４の間に夫々に絶縁層２２を介在させて５層構造とするといったように、半導電層２０および絶縁層２２をともに複数設けていても良い。

尚、本実施形態の絶縁電線は、特に用途を限定するものではないが、例えば、動力系ワイヤ（ＥＮ５０２６４−３−１（２００８）に記載されているＰｏｗｅｒ＆ＣｏｎｔｒｏｌＣａｂｌｅｓに準拠した絶縁電線）として用いることができる。

次に、本発明について実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
＜実施例および比較例で用いた材料＞
・エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）：三井・デュポンポリケミカル株式会社製「エバフレックスＥＶ１７０」
・マレイン酸変性ポリマ：三井化学株式会社製「タフマーＭＨ７０２０」
・熱可塑性ポリイミド：三井化学株式会社製「オーラムＰＬ４５０Ｃ」
・シリコーン変性ポリエーテルイミド：サビック株式会社製「ＳＴＭ１５００」
・直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）：株式会社プライムポリマー製「エボリューＳＰ２０３０」
・難燃剤（水酸化マグネシウム）：協和化学工業株式会社製「キスマ５Ａ」
・混合系酸化防止剤：株式会社アデカ製「アデカスタブＡＯ−１８」
・フェノール系酸化防止剤：ＢＡＳＦ株式会社製「イルガノックス１０１０」
・カーボンブラック：旭カーボン株式会社製「アサヒサーマル」
・滑剤（ステアリン酸亜鉛）日東化成株式会社製
・架橋助剤（トリメチロールプロパントアクリレート（ＴＭＰＴ））：新中村化学工業株式会社製
・導電剤（水酸化マグネシウム）：協和化学工業株式会社製「キスマ５Ａ」

＜半導電樹脂組成物の準備＞
半導電層を形成するために、半導電樹脂組成物を準備した。具体的にはＥＶＡを７５質量部と、マレイン酸変性ポリマを２５質量部と、水酸化マグネシウムを１５０質量部と、架橋助剤を２質量部と、混合系酸化防止剤を２質量部と、カーボンブラックを８質量部と、滑剤を１質量部とを混合して７５Ｌのワンダーニーダを用いて混練した。混練後、押出機を用いて押し出してストランドを形成し、それを水冷してカットすることで、ペレット状の半導電樹脂組成物を得た。このペレットは、直径約３ｍｍ、高さ約５ｍｍの円柱形状であった。なお、体積抵抗率は２．１９×１０¹⁴（Ωｃｍ）であった。

＜絶縁樹脂組成物の準備＞
続いて、絶縁層を形成するために、絶縁樹脂組成物を準備した。具体的には、ＬＬＤＰＥを１００質量部とフェノール系酸化防止剤を１質量部とをドライブレンドしてワンダーニーダを用いて混練することによって絶縁樹脂組成物を調製した。なお、体積抵抗率は１．８４×１０¹⁷（Ωｃｍ）であった。

＜難燃半導電樹脂組成物の準備＞
難燃半導電層を形成するために、難燃半導電樹脂組成物を調製した。具体的には、まず、ＥＶＡを７５質量部と、マレイン酸変性ポリマを２５質量部と、水酸化マグネシウムを２００質量部と、架橋助剤を２質量部と、混合系酸化防止剤を２質量部と、カーボンブラックを２質量部と、滑剤を１質量部とを混合して７５Ｌのワンダーニーダを用いて混練した。混練後、押出機を用いて押し出してストランドを形成し、それを水冷してカットすることで、ペレット状の難燃半導電樹脂組成物を得た。このペレットは、直径約３ｍｍ、高さ約５ｍｍの円柱形状であった。なお、酸素指数は４５．５、体積抵抗率は７．８×１０¹⁴（Ωｃｍ）であった。

＜絶縁電線の作製＞
（実施例１）
上述の半導電樹脂組成物、絶縁樹脂組成物と難燃半導電樹脂組成物を用いて絶縁電線１を作製した。具体的には、外径が１．２５ｍｍのスズめっき銅導線の外周に、半導電樹脂組成物、絶縁樹脂組成物、難燃半導電樹脂組成物をそれぞれの所定の厚さで３層同時に押し出し、電子線を吸収線量が７５ｋＧｙとなるように照射することで各材料を架橋させ、実施例１の絶縁電線を作製した。作製した絶縁電線は、導体側から順に、内部半導電層の厚さが０．１０ｍｍ、絶縁層の厚さが０．１１ｍｍ、外部難燃層の厚さが０．２９ｍｍ、被覆層の厚さが０．５０ｍｍ、電線外径が２．２５ｍｍであった。

製作した絶縁電線は以下の方法で、機械的強度、直流安定性、難燃性及び細径化を評価した。

＜特性評価＞
（機械的強度）
機械的強度は、ＥＮ５０２６４の６０８１１−１−２に基づき、引張試験による伸びで評価した。具体的には、絶縁電線から導体を引き抜き、得られた筒状のサンプルに対して引張速度２００ｍ／ｍｉｎで引張試験を行い、破断伸びが１５０％以上であれば（○）、１５０％未満であれば（×）とした。

（直流安定性）
直流安定性はＥＮ５０３０５．６．７に準拠した直流安定性試験により評価した。具体的には、絶縁電線を８５℃、３％ＮａＣｌ水溶液に浸漬させて１５００Ｖを課電し、２４０時間以上経過しても絶縁破壊しない場合を電気的に優れているとして合格（○）、更に４８０時間以上経過しても絶縁破壊しない場合であれば極めて電気的に優れているとし合格（◎）、２４０時間未満で絶縁破壊したら不合格（×）と評価した。

（難燃性）
難燃性は、ＥＮ５０２６６−２−４に基づき、垂直トレイ燃焼試験（ＶＴＦＴ）を実施した。具体的には、全長３．５ｍの電線を７本撚りの１束とし、１１束を等間隔で垂直に並べ、２０分間燃焼させた後、自己消炎後、炭化長が下端部より２．５ｍ以下を目標とした。炭化長が２．５ｍ以下であれば、合格（〇）とし、２．５ｍを超えた場合、不合格（×）とした。

なお、半導電層、絶縁層、難燃半導電層の夫々の厚さは１ｍのサンプルを１０等分して、切断面をマクロスコープで観察・計測した平均値である。

また、３層同時押出は、短軸押出機を３台使用し、クロスヘッド内で合流させることにより行った。

（細径化）
ＥＮ５０２６４−３−１（２００８）のＴａｂｌｅ１−Ｇｅｎｅｒａｌｄａｔａ−Ｃａｂｌｅｔｙｐｅ０，６／１ｋＶｕｎｓｈｅａｔｈｅｄに記載されているＣｏｎｄｕｃｔｏｒｄｉａｍｅｔｅｒおよびＭｅａｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｉｎｓｕｌａｔｉｏｎのデータと比較して、導体の外径に対する被覆層の厚さの値が大きい場合を不合格（×）、導体の外径に対する被覆層の厚さの値が小さい場合を合格（○）とした。

（実施例２）
実施例２では、絶縁層の絶縁樹脂組成物にタルクを添加して体積抵抗率を低下させた点以外を除いて、実施例１と同様の絶縁電線を製作した。

上記実施例１及び２の結果を表１にまとめて示す。

（実施例１及び２）
実施例１及び２は、機械的強度、直流安定性、難燃性及び細径化が合格（○或いは◎）となった。

実施例１及び２は、導体の外径が１．２５ｍｍ、被覆層の厚さが０．５０ｍｍであるのに対し、上記ＥＮ５０２６４−３−１のＴａｂｌｅ１では、導体の外径が１．２５ｍｍ、被覆層の厚さが０．６ｍｍであることから、双方の被覆層の厚さを比較すると、実施例１よび２は、導体の外径に対する被覆層の厚さの値がより小さく、細径化の点で合格（○）であった。上記比較例１〜４の結果を表２にまとめて示す。

（比較例１）
比較例１では、実施例１の半導電樹脂組成物の体積抵抗率を１．６０×１０¹⁶（Ωｃｍ）とした、実施例１と同じ構造の多層絶縁電線を製作し、同様の方法で機械的強度、直流安定性、難燃性を評価した。その結果、機械的強度、難燃性、細径化ともに合格（○）となった。しかし、直流安定性は不合格（×）となった。これは半導電層の体積抵抗率が高くなり、導体の凹凸による電界集中を緩和できないためである。

（比較例２）
比較例２では、実施例１の難燃半導電樹脂組成物の体積抵抗率を１．６０×１０¹⁶（Ωｃｍ）とし、酸素指数を２３．１とした点を除いて、実施例１と同じ構造の絶縁電線を製作し、同様の方法で機械的強度、直流安定性、難燃性、細径化を評価した。

その結果、機械的強度及び細径化は合格（○）となった。しかし、直流安定性と難燃性は不合格（×）となった。直流安定性が不合格（×）となった理由は、難燃半導電層の体積抵抗率が高くなり、難燃半導電層の表面の凹凸による電界集中を緩和できなくなったためであると考えられる。また、難燃性が不合格（×）となった理由は、酸素指数が低下したことで、可燃物である絶縁層を十分に保護するだけの難燃性を確保できなかったためであると考えられる。

（比較例３）
比較例３では、難燃半導電層を無くした構造である点を除いて実施例１と同様の絶縁電線を製作した。同様の方法で機械的強度、直流安定性、難燃性、細径化を評価した。その結果、機械的強度、直流安定性、難燃性ともに不合格（×）となった。機械的強度が不合格（×）となった理由は、難燃半導電層が無くなったことにより、強度が低下したためであると考えられる。直流安定性が不合格（×）となった理由は、絶縁層の表面の凹凸による電界集中が発生したためであると考えられ、また、難燃性が不合格（×）となった理由は、可燃物である絶縁層を火炎から保護するための層が無くなったためであると考えられる。

（比較例４）
比較例４では、実施例１の半導電層を無くした構造である点を除いて実施例１と同様の絶縁電線を製作した。サンプルを製作し、同様の方法で機械的強度、直流安定性、難燃性及び細径化を評価した。その結果、難燃性は合格（○）、機械的強度、直流安定性は不合格（×）となった。機械的強度が不合格（×）となった理由は、半導電層が無くなったことにより、強度が低下したためであると考えられ、直流安定性が不合格（×）となった理由は、導体の凹凸による電界集中が発生したためであると考えられる。

１絶縁電線
１１導体
２０半導電層
２２絶縁層
２４難燃半導電層
１００絶縁電線
１１０導体
１２０絶縁・難燃層

本発明は、下記の絶縁電線を提供するものである。
［１］導体と、前記導体の外周に配置される被覆層と、を備える絶縁電線において、前記被覆層は、ＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が１．５×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下の半導電層と、該半導電層の外周に体積抵抗率が５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）を超える絶縁層と、該絶縁層の外周に体積抵抗率が１．５×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下かつＪＩＳＫ７２０１−２で規定される酸素指数が４０を超える難燃半導電層を備え、前記絶縁層は樹脂成分を含み、実質的に難燃剤を含まない絶縁樹脂組成物からなる絶縁電線。
［２］［１］に記載の絶縁電線において、前記絶縁電線は、ＥＮ５０２６６−２−４に基づき、垂直トレイ燃焼試験（ＶＴＦＴ）に合格する難燃性を有する絶縁電線。
［３］［１］又は［２］に記載の絶縁電線において、前記絶縁電線は、ＥＮ５０３０５．６．７に準拠した直流安定性試験に合格する直流安定性を有する絶縁電線。
［４］［１］乃至［３］に記載の絶縁電線において、前記絶縁電線は、前記導体の径が１．２５ｍｍ以下であり、前記被覆層の厚さが０．６ｍｍ未満である絶縁電線。
［５］［１］乃至［４］に記載の絶縁電線において、前記被覆層は、引張速度２００ｍ／ｍｉｎにて引張試験をして測定される破断伸びが１５０％以上である絶縁電線。
［６］［１］乃至［５］に記載の絶縁電線において、前記難燃半導電層を形成する難燃樹脂組成物が、高密度ポリエチレン、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−αオレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、およびエチレン−プロピレン−ジエン共重合体からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む絶縁電線。
［７］［１］乃至［６］に記載の絶縁電線において、前記難燃半導電層を形成する難燃半導電樹脂組成物が、樹脂成分及び難燃剤を含み、前記樹脂成分１００質量部に対して前記難燃剤を１５０質量部以上２５０質量部以下含有する絶縁電線。
［８］［１］乃至［７］に記載の絶縁電線において、前記絶縁層を形成する絶縁樹脂組成物における樹脂成分が高密度ポリエチレンおよび／または低密度ポリエチレンからなる絶縁電線。

Claims

導体と、前記導体の外周に配置される被覆層と、を備える絶縁電線において、
前記被覆層は、
ＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が１．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下の半導電層と、
該半導電層の外周にＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が５．０×１０¹⁵（Ωｃｍ）を超える絶縁層と、
該半導電層の外周にＪＩＳＣ２１５１で規定される体積抵抗率が１．５×１０¹⁵（Ωｃｍ）以下かつＪＩＳＫ７２０１−２で規定される酸素指数が４０を超える難燃半導電層を備えた絶縁電線。
請求項１に記載の絶縁電線において、
前記絶縁電線は、ＥＮ５０２６６−２−４に基づき、垂直トレイ燃焼試験（ＶＴＦＴ）に合格する難燃性を有する絶縁電線。
請求項１又は２に記載の絶縁電線において、
前記絶縁電線は、ＥＮ５０３０５．６．７に準拠した直流安定性試験に合格する直流安定性を有する絶縁電線。
請求項１乃至３に記載の絶縁電線において、
前記絶縁電線は、前記導体の径が１．２５ｍｍ以下であり、前記被覆層の厚さが０．６ｍｍ未満である絶縁電線。
請求項１乃至４に記載の絶縁電線において、
前記被覆層は、引張速度２００ｍ／ｍｉｎにて引張試験をして測定される破断伸びが１５０％以上である絶縁電線。
請求項１乃至５に記載の絶縁電線において、
前記難燃層を形成する難燃樹脂組成物が、高密度ポリエチレン、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−αオレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、およびエチレン−プロピレン−ジエン共重合体からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む絶縁電線。
請求項１乃至６に記載の絶縁電線において、
前記難燃半導電層を形成する難燃半導電樹脂組成物が、樹脂成分及び難燃剤を含み、前記樹脂成分１００質量部に対して前記難燃剤を１５０質量部以上２５０質量部以下含有する絶縁電線。
請求項１乃至７に記載の絶縁電線において、
前記絶縁層を形成する絶縁樹脂組成物が、樹脂成分を含み、該樹脂成分が高密度ポリエチレンおよび／または低密度ポリエチレンからなる絶縁電線。