JP3871028B2 - ワイヤハーネス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤハーネスに関し、さらに詳しくは、ポリ塩化ビニル樹脂の絶縁材料により被覆されたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂絶縁電線とハロゲン元素を含まないノンハロゲン系の絶縁樹脂材料により被覆されたハロゲンフリー樹脂絶縁電線とが混在して束ねられたワイヤハーネスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のワイヤハーネスは、例えば、自動車用あるいは電気・電子機器などの配線に用いられ、一般には複数本の電線が束ねられ、その周囲にテープを巻き付けたものが使用されている。
【０００３】
そしてこれに用いられる電線としては、従来よりポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂の絶縁材料が難燃性に優れ、また耐摩耗性や引張強さ等の機械的特性あるいは柔軟性や加工性等の各種特性を備えることから電線被覆材として一般的に用いられている。
【０００４】
一方、近年では、このＰＶＣ樹脂がハロゲン元素を含むために自動車の火災時や電気・電子機器の焼却廃棄処分時に有害なハロゲン系ガスを大気中に放出し、環境汚染の原因になるという問題から、これに代わる絶縁材料としてノンハロゲン系の電線被覆材も開発されてきている。
【０００５】
そのノンハロゲン系の電線被覆材としては、代表的なものにハロゲン元素を含まないポリオレフィン系樹脂を主成分としたものが種々提案されており、例えば、本件出願人によるポリオレフィン系樹脂を主成分とするもの、これに酸変性ポリマーを配合したもの、あるいはさらに難燃剤として金属水和物などを配合したものなどが挙げられる。
【０００６】
そして実際には、上述のＰＶＣ樹脂を電線被覆材とするＰＶＣ電線と、ノンハロゲン系樹脂を電線被覆材とするハロゲンフリー電線とが別個に使用されるとは限らず、混在して束ねられて使用されることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そのような時に、ＰＶＣ電線の場合は、ＰＶＣ樹脂に柔軟性を付与し材料の加工性を改善したり、あるいは材料コストを下げるために、樹脂との混合性も良く、耐水性や電気絶縁性などにも優れた可塑剤が配合されており、老化防止剤が添加されることは一般にはない。
【０００８】
一方、ハロゲンフリー電線の場合は、可塑剤を配合することはあまりなく、逆に材料の経時的劣化を阻止するため老化防止剤が添加されることが多い。
【０００９】
そのような場合に、ＰＶＣ電線とハロゲンフリー電線とが混在した状態で束ねられて用いられると、両電線の接触状態において経時的変化としてハロゲンフリー電線の被覆材中の老化防止剤がＰＶＣ電線の被覆材中の可塑剤によって抽出され可塑剤に溶け込み、そのためにハロゲンフリー電線側の老化防止剤がＰＶＣ絶縁電線側に拡散してハロゲンフリー絶縁電線の被覆材中の老化防止剤が少なくなることによりハロゲンフリー電線の寿命が短くなるという問題が生じた。
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は、ＰＶＣ樹脂絶縁電線とハロゲンフリー樹脂絶縁電線とを混在使用してもハロゲンフリー電線の電線被覆材中の老化防止剤の減少を抑制し、これの寿命延長を図ることでワイヤハーネスとしての安定的かつ恒久的な使用を達成しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のワイヤハーネスは、請求項１に記載のように、ポリ塩化ビニル樹脂の絶縁材料で被覆されたポリ塩化ビニル樹脂絶縁電線と、老化防止剤を含んだノンハロゲン系の絶縁材料で被覆されたハロゲンフリー絶縁電線とが混在して束ねられたワイヤハーネスにおいて、ポリ塩化ビニル樹脂絶縁電線の絶縁材料中に老化防止剤が添加されていることを要旨とするものである。
【００１２】
これによりポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂絶縁電線とハロゲンフリー絶縁電線とが混在使用されてもハロゲンフリー電線の電線被覆材に配合される老化防止剤がＰＶＣ電線の電線被覆材中へ溶出することが回避され、ハロゲンフリー電線の経時的劣化が阻止される。
【００１３】
ここに、ハロゲンフリー絶縁電線の電線被覆材料に使用される樹脂としては、オレフィン系のプロピレンポリマー（ホモポリマーおよびプロピレンランダム又はブロックコポリマー）、ポリエチレン（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、超低密度ポリエチレンなど）、ポリブテンポリマー、エチレン共重合体（エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体など）、オレフィン系エラストマー（ポリプロピレン−エチレン／プロピレン共重合体など）、またはこれら共重合体中の不飽和二重結合を水素添加により飽和した共重合体などが好適なものとして挙げられる。これらポリマーは、単独で、または２種以上の混合物として用いることができる。
【００１４】
これに難燃剤として水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの金属水和物等のハロゲンを含まない難燃剤を添加する。さらに老化防止剤を添加し、必要に応じ加工助剤などを添加する。さらには必要に応じ架橋を施し耐熱性を向上させることもある。
【００１５】
この場合に請求項２に記載のように、前記ポリ塩化ビニル樹脂絶縁電線の絶縁材料中に添加される老化防止剤の添加量がハロゲンフリー絶縁電線の絶縁材料中の老化防止剤の添加量に対して、１０％〜５倍量の範囲とされていることが望ましい。
【００１６】
ＰＶＣ電線の電線被覆材に配合される老化防止剤の添加量がハロゲンフリー電線の電線被覆材に配合される老化防止剤の添加量（Ｘ重量％）に対して１０％未満であると、ハロゲンフリー電線とＰＶＣ電線との混在本数の割合によってＰＶＣ電線の本数が多くなった時に、ハロゲンフリー電線からＰＶＣ電線側への老化防止剤の溶け込みが進行し易くなり、ハロゲンフリー電線の老化防止性能が損なわれ充分でなくなる。
【００１７】
一方、ＰＶＣ電線中の老化防止剤の添加量がハロゲンフリー電線のそれの５倍量を超える程に多くなると、ＰＶＣ樹脂そのものの押出特性が悪くなり、ＰＶＣ電線の安定生産が出来ないという問題が出てくる。
【００１８】
この老化防止剤としては、フェノール系その他各種のものがあるが、請求項３に記載のようにＰＶＣ電線の絶縁材料に添加されるものは、ハロゲンフリー電線に添加されるものと同種類であることが好ましい。これによりハロゲンフリー電線からＰＶＣ電線への老化防止剤の溶出移動が一層効果的に阻止されることとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
初めにポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂絶縁電線（以下、単に「ＰＶＣ電線」と称する）と、電線被覆材にハロゲン元素を含んでいないハロゲンフリー絶縁電線（以下、単に「ハロゲンフリー電線」と称する）とを合計３０本束ね、塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂テープによりハーフラップ巻きしたものを供試サンプルとして用意することとした。
【００２０】
その場合ＰＶＣ電線とハロゲンフリー電線との本数の比率は、図１に示したように５段階とし、ＰＶＣ電線の本数：ハロゲンフリー電線の本数が、（１）２５本：５本のもの、（２）２０本：１０本のもの、（３）１０本：２０本のもの、（４）５本：２５本のもの、及び（５）０本：３０本のもの（全てがハロゲンフリー電線のもの）を用意した。サンプル長は、いずれも１０ｃｍであり、その外観形態は、図２に示した通りである。
【００２１】
【実施例１】
ＰＶＣ電線は、具体的には次のように製作されたものである。すなわち、その断面形態を図３に示したが、直径０．３２ｍｍの軟銅線１を７本撚り合わせて外径約１．０ｍｍの銅撚線に形成し、その周囲に絶縁性の電線被覆層２を形成するのに下の表１に示した樹脂組成からなるＰＶＣ樹脂材料を２軸混練機で混合温度１８０℃で混合してペレタイザにてペレット状の組成物としたものを用い、その組成物を押し出し機を用いて上記の銅撚線１の周囲に０．３ｍｍ厚さに押し出し加工することにより作成したものである。なお、その際の押し出し温度は、１８０℃とした。
【００２２】
【表１】

【００２３】
また、これとは別にＰＶＣ電線に老化防止剤を全く含まないもの（０ｗｔ％）のものも用意した。作成の手順は上述したＰＶＣ電線と同様であるが、表１に示した組成のうち老化防止剤は全く配合されていない。
【００２４】
一方、ハロゲンフリー電線は、次のように製作されたものを用いた。すなわち、その断面形態は図３に示したものと同じであるが、直径０．３２ｍｍの軟銅線１を７本撚り合わせて外径約１．０ｍｍの銅撚線に形成し、その周囲に下記のハロゲンフリー樹脂材料を２軸混練機で混合温度２５０℃で混合してペレタイザにてペレット状の組成物として被覆したもので、その組成物を押し出し機を用いて上記の銅撚線の周囲に０．３ｍｍ厚さに押し出し加工して電線被覆層２を作成したものである。なお、その際の押し出し温度は、２５０℃とした。
【００２５】
【表２】

【００２６】
次にこのようにして製作されたＰＶＣ電線の老化防止剤が全く添加されていないもの（０ｗｔ％）と１．２５ｗｔ％添加されているもの、及びハロゲンフリー電線の老化防止剤が１．０４ｗｔ％添加されているものについて上述したように、図１の５種類の供試サンプルを用意し、それぞれ１４０℃、１２０℃、及び１００℃の各温度の恒温槽に入れ、一定時間経過後に取り出し、常温まで冷却した後、ハロゲンフリー電線を自己径（そのハロゲンフリー電線と同一径）の電線に巻き付け、クラックが入るまでの時間を測定した。ＰＶＣ電線については、５種類の供試サンプルがそれぞれ全く老化防止剤が添加されていないもの（比較品）と、表１に示したように老化防止剤が添加されているもの（本実施例品）とについて測定が行われた。
【００２７】
そしてクラックが入る最短時間を電線の耐熱性寿命評価法の一つであるアレニウスプロット法により評価することとした。図４は、そのアレニウスプロット法により評価した測定結果を示している。横軸に恒温層の温度（℃）を採り、縦軸にクラックが入る時間（Ｈｒ）を採っている。尚、この図４では、上述の５段階の供試サンプルのうち供試サンプル（１）、すなわちＰＶＣ電線の本数が２５本でハロゲンフリー電線が５本のものについて示している。
【００２８】
その結果、この図４よりわかるようにＰＶＣ電線の電線被覆材に老化防止剤を配合していないもの（老化防止剤の配合量：０ｗｔ％）については、恒温層での加熱温度が１４０℃、１２０℃、及び１００℃のいずれの場合もハロゲンフリー電線にクラックが入る時間が早く、ＰＶＣ電線の電線被覆材に老化防止剤を配合したもの（老化防止剤の配合量：１．２５ｗｔ％）については１４０℃、１２０℃、及び１００℃のいずれの場合もクラックが入る時間が遅いとの結果になった。
【００２９】
そして各温度１４０℃、１２０℃、１００℃でのクラック発生時間をプロットし、これを直線で結んで１００００時間のラインと交わる温度を調べた結果、ＰＶＣ電線に老化防止剤が添付されていない（０ｗｔ％）ものは７０℃という値が得られ、ＰＶＣ電線に老化防止剤が配合されたものは８７℃という値が得られた。
【００３０】
これによりＰＶＣ電線とハロゲンフリー電線とが混在して使用される場合に、ＰＶＣ電線に老化防止剤を配合することによってハロゲンフリー電線の耐用時間が延び、また比較的高温度（８０℃程度以上）での使用にも耐え得ることが確認された。
【００３１】
【実施例２】
尚、別の実験として次の表３は、図１の５種類の供試サンプル（１）〜（５）について、ＰＶＣ電線の電線被覆材に老化防止剤が２ｗｔ％配合されているもの（本実施例品）と、老化防止剤が全く配合されていないもの（比較品）とについて、同様の試験を行ったのでその結果をまとめたものである。ハロゲンフリー電線の電線被覆材には老化防止剤が２ｗｔ％配合されている。その他の組成は表１及び表２のものと変わりはない。
【００３２】
【表３】

【００３３】
この表３よりわかるように、ＰＶＣ電線とハロゲンフリー電線との混在比率が、供試サンプル（１）のようにＰＶＣ電線の混在本数が多い程、そのＰＶＣ電線の電線被覆材に老化防止剤が配合されていない場合には、ハロゲンフリー電線に早くクラックが入る傾向にあって、アレニウスプロット評価法による１００００時間と交わる温度が低くなるという結果になっている。供試サンプル（１）の例でＰＶＣ電線に老化防止剤が入っていないと、アレニウスプロット法による１００００時間と交わる温度が７０℃という結果である。
【００３４】
そして本実施例品のようにＰＶＣ電線に老化防止剤が同量配合されておれば、たとえ供試サンプル（１）の例でもハロゲンフリー電線の寿命が一定に保たれることを意味している。
【００３５】
ちなみに、ＰＶＣ電線とハロゲンフリー電線との混在本数の割合によりＰＶＣ電線の本数が多くなったときを想定すると、例えば、上述の図１に示した供試サンプル（１）の例でＰＶＣ電線の本数が２５本に対してハロゲンフリー電線の本数が５本であるとして、ハロゲンフリー電線の老化防止剤の配合量が表２に示した１．０４ｗｔ％であり、ＰＶＣ電線に配合される老化防止剤の配合量が表１に示した組成において０．１部（０．０６ｗｔ％）であったとすると、アレニウスプロット評価法による１００００時間での温度は７４℃となる。これは品質目標とする１００００時間での温度８０℃以上を満たすものではない。
【００３６】
この１００００時間での温度８０℃以上という目標設定は、例えば、自動車用のワイヤハーネスとしての使用を想定した時に、１日３時間×３３３日運転／年×１０年間＝９９９０時間（運転時間）以上に亘って運転環境温度８０℃に耐え得ることを条件としたものである。
【００３７】
したがってＰＶＣ電線とハロゲンフリー電線の本数の混在比率によってＰＶＣ電線の電線被覆材に添加する老化防止剤の添加量を適宜調整することが必要であることがわかる。種々の実験結果よりＰＶＣ電線の老化防止剤の添加量は、ハロゲンフリー電線の添加量をＸｗｔ％としたときに、その１０％量以上であれば、上述の供試サンプル（１）の例のようなＰＶＣ電線：ハロゲンフリー電線＝２５本：５本の使用状態には耐え得ると言える。
【００３８】
そして以上の実施例の説明からわかるように、ＰＶＣ電線とハロゲンフリー電線とが混在してワイヤハーネスとして用いられるときに、ＰＶＣ電線の電線被覆材に老化防止剤が適正量配合されておれば、ハロゲンフリー電線の経時的な劣化が阻止され、ハロゲンフリー電線の寿命が保たれるものである。したがってこれによりハロゲンフリー電線が環境汚染の問題を回避する電線材料として恒久的安定的使用が確保されることになる。
【００３９】
本発明は上記した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、ＰＶＣ電線の樹脂組成物、ハロゲンフリー電線の樹脂組成物ともにその一例を示したものであって、それぞれ各種配合組成物のものについて適用される。要するにハロゲンフリー電線の被覆材に配合される老化防止剤がＰＶＣ電線側に抽出（溶出、移動）されることのないようにＰＶＣ電線の被覆材にも老化防止剤を配合することに本発明の趣旨が存するものである。老化防止剤の配合量はハロゲンフリー電線の樹脂組成によって異なるし、ＰＶＣ電線との混在本数の比率によっても適正量が変わってくるので適宜調整することが望ましい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のワイヤハーネスによれば、ＰＶＣ樹脂絶縁電線とハロゲンフリー樹脂絶縁電線とが混在して束ねられて用いられる場合に、ハロゲンフリー電線の電線被覆材に配合される老化防止剤がＰＶＣ電線の電線被覆材との接触により溶出拡散していかないようにしたものであるからハロゲンフリー電線の恒久的・安定的使用が確保され、エコ材料として開発されたハロゲンフリー電線の利用が一層実効あるものとされるものである。
【００４１】
そしてＰＶＣ電線の電線被覆材に配合される老化防止剤の添加量がハロゲンフリー電線の添加量に対して、その１０％量〜５倍量の間としてあれば、ワイヤハーネス中のＰＶＣ電線の混合本数の比率が高くてもハロゲンフリー電線の電線被覆材から老化防止剤が溶出して寿命が短くなるというようなことはなく、またＰＶＣ電線の電線被覆材としての押出加工性も損なわれることはなく、生産性の維持が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例としての各種供試サンプルを説明するために示した図である。
【図２】 図１に示した供試サンプルの外観図である。
【図３】 本実施例に適用されるＰＶＣ電線及びハロゲンフリー電線の断面形態図である。
【図４】 アレニウスプロット評価法による測定結果を示した図である。

Claims (3)

1. ポリ塩化ビニル樹脂の絶縁材料で被覆されたポリ塩化ビニル樹脂絶縁電線と、老化防止剤を含んだノンハロゲン系の絶縁材料で被覆されたハロゲンフリー絶縁電線とが混在して束ねられたワイヤハーネスにおいて、ポリ塩化ビニル樹脂絶縁電線の絶縁材料中に老化防止剤が添加されていることを特徴とするワイヤハーネス。
2. 前記ポリ塩化ビニル樹脂絶縁電線の絶縁材料中に添加される老化防止剤の添加量がハロゲンフリー絶縁電線の絶縁材料中の老化防止剤の添加量に対して、１０％〜５倍量の範囲とされていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤハーネス。
3. 老化防止剤がポリ塩化ビニル樹脂絶縁電線とハロゲンフリー絶縁電線とで同種類のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤハーネス。

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