JP5928936B2 - 表面架橋電線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低エネルギーの電子線の照射にて絶縁体を架橋してなる表面架橋電線の製造方法に関する。

電線の耐熱性を向上させる方法としては、被覆となる樹脂を架橋させる方法が知られている。具体的には、ポリエチレンやポリ塩化ビニル等の樹脂を用いて押出成型により被覆を形成するとともに、この形成過程で電子線照射を施し、これにより樹脂を架橋させる方法が知られている。

特開２０１０−２３６９８２号公報

電子線の照射に関しては、加速電圧が数百ｋＶ〜数千ｋＶにもなる高エネルギーの電子線照射を施すこともある。高エネルギーの電子線照射であることから、電線はこの被覆全域、すなわち絶縁体の外面（表面）から導体に接する内面までの全域において架橋されるようになる。

高エネルギーの電子線照射を施す場合、多くのエネルギーが使用されるという問題点や、エネルギーのロスが多くなってしまうという問題点を有している。

この他、高エネルギーの電子線照射に関し、使用する樹脂材料が架橋タイプのものでない場合には、電子線の照射により特性が低下してしまうという問題点を有している。具体的には、過電流通電時等における導体の発熱対策として融点の高い樹脂材料を用い、この融点の高い樹脂材料が架橋タイプでない場合、外からの高熱に対応するためとして、電子線の照射を行って耐熱性の向上を図ろうとすると、例えば高分子の分解が起きて耐熱性が落ち、このような状態で導体が発熱すると被覆の溶融が生じてしまうという問題点を有している。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、電子線の照射に係り省エネルギー及びエネルギーロスを少なくすることが可能な、また、電子線の照射を行っても特性の低下を防止することが可能な、表面架橋電線の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明の表面架橋電線の製造方法は、導体と、該導体を被覆する絶縁体とを備えて構成し、
前記絶縁体は、
融点が１５０℃以上の電子線の照射によって架橋しないポリマー樹脂を前記導体の外周面に密着して被覆してなる内層を前記導体の発熱に対し耐熱性のある層である耐熱層として形成し、
前記内層の外側に電子線の照射によって架橋する前記内層と異なる樹脂を被覆して外層を形成し、
前記絶縁体を、前記内層と前記外層の少なくとも２層からなる多層構造に形成してなり、
前記内層と前記外層で構成される絶縁体の外側から低エネルギーの電子線を照射して外層のみを架橋して架橋層を形成し、
前記内層を低エネルギーの電子線の照射対象外となる非架橋層として形成しなることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、絶縁体を多層構造にするとともに、絶縁体の外層のみを架橋する。架橋するにあたっては、低エネルギーの電子線照射にする。低エネルギーの電子線照射により絶縁体の表面、すなわちこの表面を含む外層を架橋して外層を架橋層とすることができる。これにより、外からの高熱に対応することができる。

請求項２に記載の本発明の表面架橋電線の製造方法は、請求項１に記載の表面架橋電線の製造方法に係り、前記外層の厚さを０．０３〜０．１ｍｍとすることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、０．０３〜０．１ｍｍの厚さの外層になる。このような厚さは、外層として押出成型をすることが可能であり、低エネルギーの電子線照射であっても内層に電子が到達しないようにすることが可能である。尚、仮に電子線が内層に到達しても、電子線は低エネルギーであることから、例えば架橋タイプのものでなくても高分子の分解が起こることはない。

請求項３に記載の本発明の表面架橋電線の製造方法は、請求項１又は２に記載の表面架橋電線の製造方法に係り、前記内層をポリプロピレンで構成し、前記外層をポリエチレン（ＰＥ）で構成したことを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、低エネルギーの電子線７の照射により特性の上がるポリエチレン（ＰＥ）だけ、すなわち外層５だけが架橋処理されるようになる。
この時、電子線７の照射により特性の落ちるポリプロピレン（ＰＰ）、すなわち内層４には影響しないようになる。この外層５は、架橋によって耐熱性が向上する。
また、内層４は、低エネルギーの電子線７の照射であるため、仮に電子線７が内層４に到達したとしても高分子の分解が起こることはなく、また、高融点であることから、過電流通電時等において導体２が発熱しても内層４は溶融することがない。

請求項４に記載の本発明の表面架橋電線の製造方法は、請求項１、２又は３に記載の表面架橋電線の製造方法に係り、前記低エネルギー電子線の加速電圧範囲を２０〜６０ｋＶとすることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、低エネルギーの電子線の加速電圧範囲は２０〜６０ｋＶである。２０ｋＶとしたのは、電線の巻き付け試験で２００℃における融着特性の改善効果が確認できたためである。また、６０ｋＶとしたのは、架橋深度の推定値から設定できたためである。

請求項１に記載された本発明によれば、電子線照射を行い架橋層を形成することから、耐熱性の向上を図ることができるという効果を奏する。また、電子線照射を低エネルギーの電子線照射にすることから、高エネルギーの電子線照射に比べて格段にエネルギーロスを少なくすることができるという効果を奏する。本発明によれば、電子線のエネルギーを有効に利用することにより、耐熱性を有する電線（絶縁体）を省エネルギーで提供することができるという効果を奏する。

請求項２に記載された本発明によれば、請求項１の効果に加え次のような効果を奏する。すなわち、外からの高熱に対し、より有効な外層を形成することができるという効果を奏する。

請求項３に記載された本発明によれば、請求項１又は２の効果に加え次のような効果を奏する。すなわち、導体の発熱に対し、有効な内層を形成することができるという効果を奏する。

請求項４に記載された本発明によれば、請求項１、２又は３の効果に加え次のような効果を奏する。すなわち、絶縁体の内層に影響を与えず耐熱性を高めることができるという効果を奏する。

本発明の表面架橋電線に係る図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は架橋装置の模式図である。

表面架橋電線は、導体と、内層及び外層を含む多層構造の絶縁体とを備え、絶縁体の表面を有する外層に対し低エネルギーの電子線を照射して、外層を架橋層として形成する。また、導体に接する上記内層を低エネルギーの電子線の照射対象外となる非架橋層として形成するとともに、導体の発熱に対する耐熱層としても形成する。

以下、図面を参照しながら実施例を説明する。図１は本発明の表面架橋電線に係る図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は架橋装置の模式図である。

図１（ａ）において、引用符号１は本発明に係る表面架橋電線を示している。表面架橋電線１は、耐熱性のある電線であって、公知の導体２と、この導体２を被覆する絶縁体３（被覆）とを備えて構成されている。表面架橋電線１は、絶縁体３に特徴を有しており、この部分によって耐熱性が確保されている。

導体２は、導電性を有しており、上記の如く公知のものであることから、ここでの詳細な説明は省略するものとする。導体２は、断面円形状に形成されている。

絶縁体３は、導体２の外周面に密着してこれを覆う樹脂製の絶縁被覆であって、押出成型機により押し出し成型されるとともに、少なくとも２層となる多層構造に形成されている。本実施例においては、内層４及び外層５の２層構造の例で説明をするが、この限りでないものとする。絶縁体３は、導体２の外周面に密着するように接する内層４と、絶縁体３としての表面６を有する外層５とを備えて構成されている。また、絶縁体３は、外層５が低エネルギーの電子線７の照射対象となる架橋層８として形成されるとともに、内層４が低エネルギーの電子線７の照射対象外となる非架橋層９として、且つ、導体２の発熱に対する耐熱層１０として形成されている。

絶縁体３は、内層４及び外層５の２層が同時に押し出し成型、又は層毎に押し出し成型されて形成されるものとする。

内層４は、この厚さＡの最小寸法が電線としての強度を確保することが可能な寸法に設定されている。また、最大寸法は、軽量化を図るために許容可能となる寸法に設定されている。具体的には、本実施例の厚さＡは、最小寸法が０．１ｍｍ、最大寸法が２．０ｍｍに設定されている（０．１ｍｍ≦Ａ≦２．０ｍｍ）。

内層４は、過電流通電時等における導体２の発熱対策として融点の高い樹脂材料が使用されている。内層４に使用される樹脂材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）等の融点が１５０℃以上のポリマーが一例として挙げられるものとする。内層４は、融点の高い樹脂材料が用いられることから、耐熱性のある層、すなわち耐熱層１０として形成されている。

尚、内層４は、低エネルギーの電子線７の照射対象外となる非架橋層９としても形成されることから、架橋タイプの樹脂材料を用いなくともよいものとする。

外層５は、この厚さＢの最小寸法が押出成型可能な寸法に設定されている。また、最大寸法は、低エネルギーの電子線７が内層４まで到達しないようにすることが可能な寸法に設定されている。具体的には、本実施例の厚さＢは、最小寸法が０．０３ｍｍ、最大寸法が０．１ｍｍに設定されている（０．０３ｍｍ≦Ｂ≦０．１ｍｍ）。

外層５は、低エネルギーの電子線７の照射対象となる架橋層８であって、架橋することにより耐熱性を高めることができる樹脂材料が使用されている。外層５に使用される樹脂材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が一例として挙げられるものとする。外層５は、低エネルギーの電子線７の照射対象となることから、架橋タイプの樹脂材料が用いられるものとする。

低エネルギーの電子線７の照射に関し、この加速電圧範囲は２０〜６０ｋＶであるものとする。低エネルギーの電子線７の加速電圧範囲を２０ｋＶとしたのは、電線の巻き付け試験で２００℃における融着特性の改善効果が確認できたためである。また、６０ｋＶとしたのは、架橋深度の推定値（０．０４ｍｍ）から設定できたためである。

上記構成及び構造において、例えば表面架橋電線１の絶縁体３が内層４及び外層５の２層構造で、尚かつ、内層４がポリプロピレン（ＰＰ）、外層５がポリエチレン（ＰＥ）である場合、低エネルギーの電子線７の照射により特性の上がるポリエチレン（ＰＥ）だけ、すなわち外層５だけが架橋処理されるようになる。この時、電子線７の照射により特性の落ちるポリプロピレン（ＰＰ）、すなわち内層４には影響しないようになる。外層５は、架橋により耐熱性が向上する。

内層４は、低エネルギーの電子線７の照射であるため、仮に電子線７が内層４に到達したとしても高分子の分解が起こることはなく、また、高融点であることから、過電流通電時等において導体２が発熱しても内層４は溶融することがない。

表面架橋電線１は、低エネルギーの電子線７の照射を行い外層５を架橋層８として形成することから、耐熱性の向上を図ることができるという効果を奏することができる。また、電子線７の照射を低エネルギーにすることから、高エネルギーの電子線照射に比べて格段にエネルギーロスを少なくすることができるという効果を奏する。表面架橋電線１は、電子線７のエネルギーを有効に利用することにより、耐熱性を有する電線（絶縁体）を省エネルギーで提供することができるという効果を奏する。

ここで、表面架橋電線１に相当する電線と、比較例となる電線とを評価し、これらの評価結果について以下に説明をする。

表１及び表２において、これら表中の「２層電線」とは図１（ａ）の表面架橋電線１に相当するものとする。２層電線である表面架橋電線１は、公知の導体２と、この導体２を被覆する絶縁体３とを備えて構成されている。絶縁体３は、内層４及び外層５の２層構造になっている。内層４は、ポリプロピレン（ＰＰ）の配合材からなり、厚さＢは０．３５ｍｍに設定されている。一方、外層５は、ポリエチレン（ＰＥ）の配合材からなり、厚さＡは０．０５ｍｍに設定されている。外層５は、加速電圧が２０ｋＶ、線量が２００ｋＧｙとなる照射条件にて低エネルギーの電子線７の照射がなされ、この照射により架橋層８が形成されている。

また、表中の「ＰＥ配合電線」とは、特に図示しないが、比較例となる電線であって、導体と絶縁体とを備えて構成されている。導体は、２層電線の導体と同じものが用いられている。絶縁体は、ポリエチレン（ＰＥ）の配合材からなる１層構造のものであり、２層電線の絶縁体サイズに合わせて形成されている。絶縁体に対しては、加速電圧が２０ｋＶ、線量が２００ｋＧｙとなる照射条件にて低エネルギーの電子線７の照射がなされ、この照射により絶縁体の表層のみに架橋層が形成されている。尚、低エネルギーの電子線７の照射に関しては、図１（ｂ）を参照しながら後述する。

また、表中の「ＰＰ配合電線」とは、特に図示しないが、比較例となる電線であって、導体と絶縁体とを備えて構成されている。導体は、２層電線の導体と同じものが用いられている。絶縁体は、ポリプロピレン（ＰＰ）の配合材からなる１層構造のものであり、２層電線の絶縁体サイズに合わせて形成されている。絶縁体に対しては、電子線７の照射がなされないものとする。

表１は、耐熱性評価（１）についての結果が示されている。耐熱性評価（１）は、外側からの耐熱性に係る評価であり、試験方法としては、自己径のＳＵＳ棒に２層電線、１層電線をそれぞれ隙間なく巻き付け、表１に示す温度に３０分間放置して溶融（電線同士の融着）の有無を確認する方法が採用されている。この試験は、電線の巻き付け試験であると呼ぶことができる。

表２は、耐熱性評価（２）についての結果が示されている。耐熱性評価（２）は、内側からの耐熱性に係る評価であり、試験方法としては、電線の導体に５２Ａ×６００ｓｅｃを通電し、導体発熱時においての電線状態を確認する方法が採用されている。

先ず、表１の結果を見ると、２層電線である表面架橋電線１は、２００℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２１０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２２０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２３０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２４０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。

同様に表１の結果を見ると、ＰＥ配合電線は、２００℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２１０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２２０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２３０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２４０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。

同様に表１の結果を見ると、ＰＰ配合電線は、２００℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。また、２１０℃で３０分間放置しても溶融しないことが分かる。しかしながら、２２０℃で３０分間放置すると溶融してしまうことが分かる。

外側からの耐熱性に係る評価においては、２層電線である表面架橋電線１とＰＥ配合電線の結果が良好になることが分かる。

次に、表２の結果を見ると、２層電線である表面架橋電線１は、導体２の発熱があっても絶縁体３（内層４）は溶融しないことが分かる。

同様に表２の結果を見ると、ＰＰ配合電線は、導体の発熱があっても絶縁体は溶融しないことが分かる。

しかしながら、表２の結果を見ると、ＰＥ配合電線は、導体発熱により絶縁体が溶融し、溶融物の突出が生じてしまうことが分かる。

内側からの耐熱性に係る評価においては、２層電線である表面架橋電線１とＰＰ配合電線の結果が良好になることが分かる。

従って、外側からの耐熱性に係る評価、及び内側からの耐熱性に係る評価の両方の結果が良好になるのは、２層電線である表面架橋電線１になる。表面架橋電線１は、耐熱性のある電線であることが分かる。

図１（ｂ）において、引用符号１１は表面架橋電線１の製造に用いられる架橋装置を示している。架橋装置１１において、引用符号１２、１３はボビン、１４は電線サプライ、１５は差動排気部、１６、１７はチャンバー、１８〜２２は真空ポンプ、２３は照射処理部、２４は直流高圧電源、２５は電極、２６はマイクロ波電源、２７はサーファトロン、２８はＡｒガス、２９はプラズマ、３０は電線、３１は電線引き取り機を示している。尚、符号のない矢印は、電線３０及び照射処理後の表面架橋電線１の移動方向を示している。

架橋装置１１では、電線サプライ１４のボビン１２から供給された電線３０が差動排気部１５を介して照射処理部２３に入り、照射処理部２３内では、電線３０がチャンバー１６、１７内で折り返される（例えば５ターン）。この時、プラズマ２９中の電子を利用した電子線の照射が行われる（ターンさせることにより絶縁体の外層全域が照射され架橋される）。電子線の照射後は、再度、差動排気部１５を通り、表面架橋電線１として電線引き取り機３１のボビン１３に巻き取られる。

本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

１…表面架橋電線
２…導体
３…絶縁体
４…内層
５…外層
６…表面
７…低エネルギーの電子線
８…架橋層
９…非架橋層
１０…耐熱層

Claims (4)

1. 導体と、該導体を被覆する絶縁体とを備えて構成し、
   前記絶縁体は、
   融点が１５０℃以上の電子線の照射によって架橋しないポリマー樹脂を前記導体の外周面に密着して被覆してなる内層を前記導体の発熱に対し耐熱性のある層である耐熱層として形成し、
   前記内層の外側に電子線の照射によって架橋する前記内層と異なる樹脂を被覆して外層を形成し、
   前記絶縁体を、前記内層と前記外層の少なくとも２層からなる多層構造に形成してなり、
   前記内層と前記外層で構成される絶縁体の外側から低エネルギーの電子線を照射して外層のみを架橋して架橋層を形成し、
   前記内層を低エネルギーの電子線の照射対象外となる非架橋層として形成しなる
   ことを特徴とする表面架橋電線の製造方法。
2. 請求項１に記載の表面架橋電線の製造方法において、
   前記外層の厚さを０．０３〜０．１ｍｍに形成する
   ことを特徴とする表面架橋電線の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の表面架橋電線の製造方法において、
   前記内層をポリプロピレンで構成し、前記外層をポリエチレン（ＰＥ）で構成した
   ことを特徴とする表面架橋電線の製造方法。
4. 請求項１、２又は３に記載の表面架橋電線の製造方法において、
   前記低エネルギー電子線の加速電圧範囲を２０〜６０ｋＶとする
   ことを特徴とする表面架橋電線の製造方法。

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