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WO2019188062A1 - 電線の防水構造 - Google Patents

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WO2019188062A1
WO2019188062A1 PCT/JP2019/008789 JP2019008789W WO2019188062A1 WO 2019188062 A1 WO2019188062 A1 WO 2019188062A1 JP 2019008789 W JP2019008789 W JP 2019008789W WO 2019188062 A1 WO2019188062 A1 WO 2019188062A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filler
water
waterproof structure
resin
electric wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/008789
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
悠作 前田
崇志 高田
伊藤 健二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Wiring Systems Ltd, AutoNetworks Technologies Ltd, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority to CN201980021605.XA priority Critical patent/CN111937093B/zh
Priority to US16/981,668 priority patent/US11972880B2/en
Publication of WO2019188062A1 publication Critical patent/WO2019188062A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/28Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/282Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable
    • H01B7/285Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable by completely or partially filling interstices in the cable
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/14Organic medium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/32Filling or coating with impervious material
    • H01B13/322Filling or coating with impervious material the material being a liquid, jelly-like or viscous substance
    • H01B13/323Filling or coating with impervious material the material being a liquid, jelly-like or viscous substance using a filling or coating head
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02GINSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00Cable fittings
    • H02G15/02Cable terminations
    • H02G15/04Cable-end sealings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02GINSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G3/00Installations of electric cables or lines or protective tubing therefor in or on buildings, equivalent structures or vehicles
    • H02G3/02Details
    • H02G3/08Distribution boxes; Connection or junction boxes
    • H02G3/088Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings or inlets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02GINSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00Cable fittings
    • H02G15/02Cable terminations
    • H02G15/04Cable-end sealings
    • H02G15/043Cable-end sealings with end caps, e.g. sleeve closed at one end

Definitions

  • This patent application relates to a waterproof structure of an electric wire, and more particularly, to a waterproof structure in which a wire conductor is waterproofed with a water stop material at a splice portion of an electric wire terminal.
  • An electric wire whose outer periphery is covered with an insulating coating is often provided with a portion where the insulating coating is removed and the conductor is exposed from the insulating coating for the purpose of joining the conductors between a plurality of electric wires.
  • the portion where the conductor is exposed is provided in a place where contact with water may occur, the exposed conductor is subjected to waterproofing.
  • contact with water often occurs, and the necessity of providing such a waterproof structure is particularly high.
  • Patent Document 1 discloses a splice electric wire formed by jointing a plurality of strips of covered electric wire, a joint portion of the spliced electric wire, and a cap made of synthetic resin covering the vicinity thereof, and the cap
  • a waterproof structure for a splice wire comprising a resin layer for closing and fixing between the splice wire and the cap and between the covered wires.
  • the resin layer is formed by curing an uncured resin such as an epoxy resin or a polyurethane resin.
  • the problem to be solved in the present patent application is that when a waterproof treatment is performed on a conductor composed of an assembly of a plurality of strands using a waterproofing material, a waterproofing material containing a filler is filled with high uniformity.
  • the object is to provide a waterproof structure for the electric wire.
  • the waterproof structure of the electric wire is the waterproof structure in which at least a part of a conductor formed by a plurality of strands is sealed with a waterproof material.
  • the material contains a resin material and a filler dispersed in the resin material, and the filler has an average particle size of 1 ⁇ m or more and 15% or less of the outer diameter of the strand, Content in a material is 1 mass% or more and 20 mass% or less with respect to the said resin material.
  • the average particle diameter of the filler is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the filler is preferably a soft filler made of rubber or elastomer.
  • the soft filler is acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber, fluorine rubber, chloroprene rubber, nitrile butadiene rubber, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, isoprene rubber, polyester elastomer, polyamide series. It is good to contain the at least 1 sort (s) of material selected from the group which consists of an elastomer and a polyurethane-type elastomer.
  • the Young's modulus of the water-stopping material to which the soft filler is added is preferably 10% or more lower than that in the state where the soft filler is not added.
  • the filler may be a hard filler made of an inorganic compound.
  • the hard filler is at least one compound selected from the group consisting of metal oxide, metal nitride, metal carbide, metal oxynitride, metal carbonitride, metal carbonate, and metal silicate. It is good to contain. Moreover, it is good that the linear expansion coefficient of the said water stop material which added the said hard filler is 5% or more low compared with the state which does not add the said hard filler. The tensile strength of the waterstop material to which the hard filler is added may be 20% or more higher than that in the state where the hard filler is not added.
  • the waterstop material may be made of a cured product of a resin composition having at least one curability selected from the group consisting of thermosetting, moisture curable, two-component reaction curable, and photocurability.
  • the viscosity of the resin composition that is not cured is preferably 9000 mPa ⁇ s or less at room temperature.
  • the waterstop material may contain at least one resin material selected from the group consisting of epoxy resins, acrylic resins, urethane resins, silicone resins, polyamide resins, and polyolefin resins.
  • the waterstop material is an antioxidant, a colorant, a light absorber, a light stabilizer, an antifoaming agent, a curing agent, an adhesion aid, a leveling agent, a surfactant, a storage stabilizer, a polymerization inhibitor, and a plasticizer.
  • it may contain at least one additive selected from the group consisting of a lubricant and an anti-aging agent.
  • the particulate additive may have a particle size of 1 ⁇ m or more and 15% or less of the outer diameter of the strand.
  • the cap member may include at least one resin material selected from the group consisting of polyolefin, halogen-based polymer, thermoplastic elastomer, and rubber.
  • the water-stopping material is made of a cured product of a photocurable resin composition, and the material constituting the cap is light capable of photocuring the resin composition constituting the water-stopping material. It should have transparency.
  • the cap is preferably made of a heat-shrinkable material and is in a heat-shrinked state.
  • the water stop material includes, at the ends of the plurality of electric wires including the splice portion, a space between the plurality of electric wires, a space between the conductor and the insulating coating in each of the plurality of electric wires, and a plurality of the electric wires. It is good to fill each area
  • the average particle size of the filler dispersed in the resin material is 1 ⁇ m or more and 15% or less of the outer diameter of the strand in the waterproofing material constituting the waterproof structure.
  • content of a filler is 1 mass% or more and 20 mass% or less with respect to the resin material. Since the particle size and content of the filler are as described above, it is effective for imparting characteristics and improving characteristics such as waterproofness even in the minute gaps between the wires constituting the conductor. A sufficient amount of filler is easily distributed.
  • a water-stopping material containing a filler can be filled with high uniformity into a portion to be waterproofed, including minute gaps between the strands. As a result, in each part of the waterproof structure, high waterproofness can be secured, and the effect of imparting characteristics and improving characteristics can be used.
  • the filler when the average particle diameter of the filler is 10 ⁇ m or less, the filler can be distributed particularly effectively in the minute gaps between the strands constituting the conductor.
  • the filler is a soft filler made of rubber or elastomer
  • the soft filler is dispersed in the water-stopping material to give toughness to the water-stopping material and reduce the elastic modulus of the water-stopping material. it can.
  • the thermal stress generated in the water-stopping material can be reduced, and even when the waterproof structure is placed in a cold environment that receives repeated cooling and heating, the water-stopping material cracks and is waterproof. Can be suppressed.
  • soft fillers include acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber, fluorine rubber, chloroprene rubber, nitrile butadiene rubber, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, isoprene rubber, polyester elastomer, polyamide And those containing at least one material selected from the group consisting of polyurethane elastomers and polyurethane elastomers.
  • the Young's modulus of the water-stopping material to which the soft filler is added is 10% or more lower than that in the state without the soft filler being added, the cold-heat shock resistance of the water-stopping material is effectively improved. be able to.
  • the filler is a hard filler made of an inorganic compound
  • the mechanical strength of the water-stopping material can be improved and the linear expansion coefficient can be lowered.
  • such a hard filler at least one selected from the group consisting of metal oxide, metal nitride, metal carbide, metal oxynitride, metal carbonitride, metal carbonate, metal silicate
  • metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal oxynitrides, and metal carbonitrides are preferable because they have particularly high hardness.
  • the coefficient of linear expansion of the water-stopping material with the hard filler added is 5% or more lower than that without the hard filler added, the cold-resistant shock resistance of the water-stopping material is effectively improved. Can be made.
  • the mechanical strength of the water-stopping material can be effectively improved.
  • the water-stopping material is made of a cured product of a resin composition having at least one curability selected from the group consisting of thermosetting, moisture curable, two-component reaction curable, and photocurable
  • a resin composition having at least one curability selected from the group consisting of thermosetting, moisture curable, two-component reaction curable, and photocurable
  • the resin composition can uniformly penetrate even into the minute gaps between the strands constituting the conductor. Cheap.
  • the resin composition it is possible to manufacture a waterproof structure in which a water-stop material containing a filler is filled in a minute space between the strands with high uniformity.
  • the water-stopping material is a cured product of a thermosetting resin composition, curing can be easily performed.
  • the viscosity of the resin composition in an uncured state is 9000 mPa ⁇ s or less at room temperature, the resin composition is likely to sufficiently penetrate into the gaps between the strands.
  • water-stopping materials include at least one resin material selected from the group consisting of epoxy resins, acrylic resins, urethane resins, silicone resins, polyamide resins, and polyolefin resins. Can be mentioned. In particular, when an epoxy resin or an acrylic resin is contained, the effect of suppressing cracking of the water-stopping material in a cold environment can be greatly obtained by adding a filler.
  • Water-stopping materials are antioxidants, colorants, light absorbers, light stabilizers, antifoaming agents, curing agents, adhesion aids, leveling agents, surfactants, storage stabilizers, polymerization inhibitors, plasticizers, At least one additive selected from the group consisting of a lubricant and an anti-aging agent can be contained.
  • the additive added in the form of particles, such as a lubricant The diameter is preferably 1 ⁇ m or more and 15% or less of the outer diameter of the strand. Such particle size is similar to that defined for the filler.
  • the splice portion is accommodated in the cap member, and the water stop material is filled in the cap member.
  • a waterproof structure having high waterproof performance can be easily manufactured.
  • the cap member there can be mentioned one containing at least one resin material selected from the group consisting of polyolefin, halogen-based polymer, thermoplastic elastomer, and rubber.
  • the material constituting the cap should be permeable to light capable of photocuring the resin composition constituting the waterstop material.
  • the water-stopping material composition can be cured by light irradiation.
  • the cap is made of a heat-shrinkable material and can be in a heat-shrinked form.
  • the resin material has thermosetting properties
  • the water-stopping material composition is cured by heating.
  • the heat shrinkage of the constituent material of the cap can be performed simultaneously.
  • the water stop material is an element constituting a space between the plurality of wires, a space between each conductor of the plurality of wires and the insulation coating, and a conductor in each of the plurality of wires at the ends of the plurality of wires including the splice portion. If each area of the gap between the wires is filled, even if the water-stopping material filled in those areas is integrally and continuously sealed, even if water contacts the terminal portion of the wire bundle The water is prevented from entering the wires constituting the wire bundle, and each conductor is protected from contact with water.
  • the electric wire waterproof structure according to the embodiment disclosed in the present specification can be any electric wire as long as at least a part of a conductor formed by a plurality of strands is sealed with a water stop material.
  • a case where a waterproof structure is formed in a splice portion where exposed conductors are joined to each other is taken as an example. , Explain.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a wire harness 1 having a waterproof structure according to an embodiment disclosed in the present specification.
  • the wire harness 1 includes an electric wire bundle 2, a splice portion 3 formed at an end of the electric wire bundle 2, and a waterproof portion 4 provided at an end portion of the electric wire bundle 2 including the splice portion 3.
  • the waterproof part 4 is configured as a waterproof structure according to an embodiment disclosed in the present specification.
  • the electric wire bundle 2 is composed of a plurality of electric wires 20 that are bundled with their axes aligned.
  • the three electric wires 20 constitute the electric wire bundle 2.
  • each electric wire 20 is configured as an insulated wire having a long conductor 21 and an insulating coating 22 that covers the outer periphery of the conductor 21.
  • the conductor 21 which comprises the electric wire 20 consists of the aggregate
  • the plurality of strands 21a may be bundled with their axes aligned, but are preferably twisted together to constitute the conductor 21 as a strand.
  • a known metal strand can be used as the strand 21a.
  • the metal material which comprises the strand 21a is not specifically limited, Copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy etc. can be illustrated.
  • the outer diameter of the strand 21a is not particularly limited, but from the standpoint of ensuring a sufficient gap S between the strands 21a in which the filler F contained in the water-stopping material 42 described later is disposed.
  • the thickness is preferably 0.10 mm or more. Further, from the viewpoint of ease of resistance welding for forming the splice portion 3, it is preferably 0.5 mm or less.
  • a strand having an outer diameter in such a range is widely used as a strand constituting a conduct
  • the material of the insulation coating 22 constituting the electric wire 20 is not particularly limited.
  • Examples of the material constituting the insulating coating 22 include polyolefins such as polypropylene (PP), halogen-based polymers such as polyvinyl chloride (PVC), thermoplastic elastomers, and rubbers.
  • the insulating coating 22 of each electric wire 20 is removed, and the conductor 21 is exposed without being covered with the insulating coating 22.
  • the conductors 21 of the electric wires 20 constituting the electric wire bundle 2 are joined to each other at the exposed portions to form the splice portion 3.
  • the splice portion 3 is formed by bonding and fixing the conductors 21 of the electric wires 20 by crimping, resistance welding, ultrasonic welding or the like.
  • the waterproof part 4 includes a cap 41 and a water stop material 42.
  • the cap 41 is made of an insulating resin material and is configured as a bottomed cylindrical body having a closed portion 41a at one end and an open portion 41b at the other end, and has a space inside.
  • the wire bundle 2 is inserted from the open portion 41b and accommodated in the internal space.
  • a region extending from the tip of the splice portion 3 of the terminal to a part of the portion where the conductor 21 is covered with the insulating coating 22 is accommodated in the internal space of the cap 41.
  • the resin material constituting the cap 41 is not particularly limited, and examples thereof include polyolefins such as polypropylene, halogen-based polymers such as polyvinyl chloride, thermoplastic elastomers, and rubbers.
  • the cap 41 may be made of a heat-shrinkable material. In this case, the cap 41 is preferably in a heat-shrinked state.
  • the material constituting the cap 41 is the resin composition. It preferably has transparency to light that can be used for photocuring.
  • the water stop material 42 is densely filled in the internal space of the cap 41.
  • the end portion of the wire bundle 2 accommodated in the cap 41 is embedded in the water blocking material 42 in a region extending from the tip of the splice portion 3 to a part of the portion where the conductor 21 is covered with the insulating coating 22. And is in a state of being sealed by the water blocking material 42.
  • the water blocking material 42 includes a space between the electric wires 20 constituting the wire bundle 2, a space between the insulating coating 22 of each electric wire 20 and the conductor 21, and each The gap S formed between the strands 21a constituting the conductor 21 of the electric wire 20 is occupied and filled.
  • Each region of the gap S between the strands 21a constituting the conductor 21 is filled with a water-stop material 42, and the water-stop material 42 filled in these regions is integrally and continuously sealed, so that the electric wire Even if water comes into contact with the end portion of the bundle 2, the water is prevented from entering the wires 20 constituting the wire bundle 2, and the conductor 21 is protected from contact with water.
  • the water blocking material 42 provides waterproofness to the conductor 21.
  • the portion sealed by the water stop material 42 is accommodated in the cap 41, so that the cap 41 assists the waterproof property of the water stop material 42 and the water stop material 42 is physically used. Play a protective role.
  • the water blocking material 42 contains a resin material and a filler F.
  • the filler F is dispersed in the resin material.
  • the water blocking material 42 is preferably configured as an insulating material.
  • the resin material constituting the water blocking material 42 is not particularly limited.
  • the resin material include an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, a silicone resin, a polyamide resin, and a polyolefin resin.
  • an epoxy resin or an acrylic resin which is a resin type.
  • the resin material may be used alone or in combination of two or more.
  • the water blocking material 42 is preferably made of a cured product of a curable resin composition (water blocking material composition).
  • the water-stopping material composition constituting the water-stopping material 42 is prepared in a state having uncured fluidity, and the waterproof portion 4 such as the terminal portion of the wire bundle 2 according to the present embodiment is formed. It can be cured after it has been placed. In this way, the water-stopping material composition is brought into contact with the electric wire 20 in a highly fluid state, so that even a minute space such as the gap S between the strands 21a of the conductor 21 constituting the electric wire 20 can be stopped.
  • the water material composition can be infiltrated and sealed with the water blocking material 42.
  • thermosetting moisture curing
  • two-component reaction curing and photocuring.
  • thermosetting tree it is preferable to provide a thermosetting tree in that it can be easily cured.
  • the material constituting the filler F is not particularly limited, and examples thereof include an organic polymer material and an inorganic material. Depending on the material characteristics of the filler F, it is possible to impart new characteristics to the water-stopping material 42 and to improve the characteristics of the water-stopping material 42 such as waterproofness.
  • the filler F may be used alone or in combination of two or more.
  • the average particle size (D50; hereinafter, simply referred to as “particle size”) of the filler F is 1 ⁇ m or more and 15% or less of the outer diameter of the strand 21a.
  • the average particle diameter (D50) of the filler F can be evaluated by, for example, particle size distribution measurement using laser diffraction / scattering.
  • the average particle size of the filler F By setting the average particle size of the filler F to 1 ⁇ m or more, it is possible to avoid an excessive increase in the viscosity of the water-stopping material composition to which the filler F is added.
  • the viscosity of the water-stopping material composition becomes too high, the water-stopping material composition is difficult to penetrate into a minute space such as the gap S between the strands 21a of the conductor 21.
  • the water-stopping material composition can be penetrated into such a minute space with high uniformity, and the water-stopping material composition can be cured in that state.
  • High waterproofness can be obtained in the entire area of the water blocking material 42 constituting the waterproof part 4.
  • the filler F is distributed in a minute space including the gap S between the strands 21a of the conductor 21. It becomes easy. As shown in FIG. 2B, a minute gap S exists between the strands 21a of the conductor 21 and is surrounded by a plurality of strands 21a. If the particle size of the filler F is larger than the size of the void S, the filler F cannot be disposed in the water blocking material 42 filled in the void S.
  • the water stop material 42 in which the filler F is dispersed at a predetermined concentration can be disposed in a wide space such as the outside of the conductor 21, but the water stop material 42 is disposed in the gap S between the strands 21 a. Only the resin component that permeates, and the water-stopping material 42 filled in the voids F does not contain the filler F. In this case, the waterproofing material 42 filled in the gap S cannot enjoy the effect of imparting or improving the characteristics by the filler F. For example, when the filler F has an effect of suppressing the cracking of the water stop material 42 in a cold environment, if the filler F is not disposed in the gap S between the strands 21a, the gap S between the strands 21a.
  • the filler F when the particle size of the filler F is large, when the water-stopping material composition is infiltrated between the strands 21a, the filler F is clogged in the space between the strands 21a, and the water-stopping material composition is infiltrated. May interfere. Then, the permeability of the water-stopping material composition is deteriorated, and a bubble-like space is formed between the strands 21a, causing the waterproofness of the water-stopping material 42 to be reduced.
  • the particle size of the filler F is sufficiently small, the filler F is distributed in the minute gaps S between the strands 21a, and the filler F is contained in the waterstop material 42 filled in the gaps S.
  • the waterproofing material 42 filled in the space S can enjoy the effect of imparting and improving the characteristics by the filler F as well as the waterproofing material 42 filled in other parts.
  • the filler F has an effect of suppressing the cracking of the water-stopping material 42 in the cold environment, the occurrence of the crack due to the cold environment is effectively suppressed even in the portion between the strands 21a. can do.
  • Filler that can geometrically accommodate the maximum value of the average particle diameter of the filler F that can be disposed in the gap S between the strands 21a in the gap S that is formed between the strands 21a that are in contact with each other. It can be defined as the maximum value of the diameter of F.
  • FIG. 2 (b) when three strands 21a having a circular outer diameter R are circumscribed with each other in a regular triangle arrangement, the strands 21a of the strand 21a are displayed as dotted lines in the figure.
  • the average particle size of the filler F added to the water blocking material 42 may be set to r 0 or less.
  • the average particle diameter of the filler F may be 15% or less of the outer diameter of the strand 21a.
  • the filler F so that it can be arranged with a margin gap S between the wires 21a, the average particle diameter r 0/2 or less, still more if r 0/4 or less, more preferably. That is, the average particle diameter of the filler F may be 8% or less, further 4% or less of the outer diameter of the strand 2a.
  • said upper limit should just be prescribed
  • the average particle size of the filler F is preferably 20 ⁇ m or less in addition to r 0 or less as described above. Furthermore, it is good in it being 10 micrometers or less and 5 micrometers or less. As described above, the outer diameter of the wire widely used for the electric wire for automobiles is 0.10 mm or more, and the average particle diameter of 20 ⁇ m or less is the gap S formed between such wires 21a. It is small enough to allow the filler F to enter.
  • the content of the filler F in the water blocking material 42 is 1% by mass or more with respect to the amount of the resin material constituting the water blocking material 42. If the content of the filler F is too small, the characteristics of the filler F cannot be sufficiently exhibited in the water-stopping material 42. However, by setting the content to 1% by mass or more, in the water-stopping material 42, the filler F It becomes easy to obtain the effect of imparting and improving characteristics.
  • the content of the filler F is more preferably 5% by mass or more.
  • the content of the filler F in the waterstop material 42 is 20% by mass or less with respect to the amount of the resin material constituting the waterstop material 42.
  • the viscosity of the water stop material composition which added the filler F becomes high too much, and aggregation of the filler F occurs, between the strands 21a. It becomes difficult for the water-stopping material composition to penetrate into a minute space such as the gap S.
  • the content of the filler F is more preferably 10% by mass or less.
  • the minute space including the void S between the strands 21a is set. Even in such a space, the water-stopping material 42 is filled with high uniformity, and a waterproof effect by filling the water-stopping material 42 can be obtained.
  • the effect of imparting and improving the characteristics by the addition of the filler F for example, the effect of improving the waterproof property, Obtainable.
  • the viscosity of the water-stopping material composition constituting the water-stopping material 42 depends on both the particle size and the content of the filler F, but from the viewpoint of sufficiently penetrating into the gaps S between the strands 21a, at room temperature. , Preferably 9000 mPa ⁇ s or less. Furthermore, it is good in it being 5000 mPa ⁇ s or less.
  • additives can be added to the water blocking material 42 as long as the characteristics of the resin material and the filler F are not impaired.
  • additives include antioxidants, colorants, light absorbers, light stabilizers, antifoaming agents, curing agents, adhesion aids, leveling agents, surfactants, storage stabilizers, polymerization inhibitors, plasticizers.
  • the additive added in particulate form such as a lubricant, it is preferable to have a particle size of 1 ⁇ m or more and 15% or less of the outer diameter of the strand 21a, like the filler F.
  • the filler F contained in the water-stopping material 42 is not limited in its material composition. Depending on the material composition, the filler F can be given new characteristics or waterproof. Thus, the characteristics of the water blocking material 42 can be improved. Examples of suitable fillers F are described below.
  • Soft filler As a suitable filler F contained in the water blocking material 42, a soft filler can be illustrated.
  • the soft filler generally has a durometer A hardness of 40 or less.
  • the water stop material 42 When the waterproof part 4 is placed in a cold environment, the water stop material 42 may be cracked due to shrinkage / expansion of the resin material.
  • the resin material constituting the water blocking material 42 is an epoxy resin or an acrylic resin
  • the resin material has a large linear expansion coefficient and a high elastic modulus, and is a highly brittle material. For this reason, cracks are likely to occur in the waterstop material 42 in a cold environment.
  • the crack of the water stop material 42 leads to a decrease in waterproofness and insulation of the water stop material 42.
  • a filler F having a low hardness to the resin material to reduce the elastic modulus of the water-stopping material 42 and impart toughness, the occurrence of cracks in a cold environment can be suppressed. Cracks in a cold environment are generated by the occurrence of thermal stress in the water blocking material 42, and the thermal stress is proportional to the product of the linear expansion coefficient and the elastic modulus (Young's modulus) of the material. Therefore, by adding the soft filler, the elastic modulus of the water-stopping material 42 is reduced, so that the thermal stress can be reduced and the thermal shock resistance can be improved. That is, even when placed in a cold environment, the water-stopping material 42 is hardly cracked, and the waterproofness of the water-stopping material 42 can be maintained.
  • the water-stopping material 42 containing the soft filler is filled in the minute space such as the gap S between the strands 21a. In a cold environment, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks starting from the portion between the strands 21a.
  • Examples of the constituent material of the soft filler include rubber and elastomer. Specifically, acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber, fluorine rubber, chloroprene rubber, nitrile butadiene rubber, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, isoprene rubber, polyester elastomer, polyamide elastomer, polyurethane An elastomer etc. can be mentioned.
  • the elastic modulus of the water blocking material 42 can be reduced by including a soft filler in the resin material.
  • the elastic modulus (Young's modulus) of the water-stopping material 42 can be reduced by 10% or more, further 20% or more by the addition of a soft filler, the cold-heat shock resistance of the water-stopping material 42 is effectively improved. Can be made.
  • the elastic modulus of the water blocking material 42 can be evaluated in accordance with JIS K 7161.
  • Hard filler As another example of the suitable filler F contained in the water blocking material 42, a hard filler can be illustrated.
  • the hard filler generally has a Mohs hardness of 5 or more.
  • the mechanism by which the water-stopping material 42 is prevented from being cracked in the cold environment by the addition of the hard filler is different from that of the soft filler.
  • the hard filler is dispersed in the resin material due to its high hardness, thereby reducing the linear expansion coefficient of the water blocking material 42.
  • the thermal stress is proportional to the product of the linear expansion coefficient and the elastic modulus (Young's modulus) of the material, when the thermal stress is placed in a cold environment by reducing the linear expansion coefficient of the water blocking material 42.
  • the particle size and content of the filler F are defined, the water-stopping material 42 including the hard filler is filled in a minute space such as the gap S between the strands 21a.
  • the addition of the hard filler also provides the effect of improving the mechanical strength of the water blocking material 42 in addition to the effect of improving the thermal shock resistance.
  • An example of the constituent material of the hard filler is an inorganic compound.
  • Specific examples include metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal oxynitrides, metal carbonitrides, metal carbonates, metal silicates, and the like. Of these, metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal oxynitrides, and metal carbonitrides are preferable because of their particularly high hardness.
  • Specific examples of these compounds include aluminum oxide, magnesium oxide, and oxide. Titanium, zinc oxide, fused silica, crystalline silica, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide and the like can be mentioned.
  • the linear expansion coefficient of the water blocking material 42 can be reduced by including a hard filler in the resin material.
  • the linear expansion coefficient of the water-stopping material 42 can be reduced by 5% or more, further 10% or more by adding a hard filler, the cold-heat shock resistance of the water-stopping material 42 can be effectively improved. it can.
  • the linear expansion coefficient of the water blocking material 42 can be evaluated based on JIS K 7197.
  • the tensile strength of the water-stopping material 42 can be increased by 20% or more, further 40% or more by adding a hard filler, the mechanical strength of the water-stopping material 42 can be effectively improved.
  • the tensile strength of the water blocking material 42 can be evaluated in accordance with JIS K 7161.
  • the waterproof part 4 having high waterproofness is easily formed using the water-stopping material composition having curability. can do. Furthermore, by using the cap 41 as a constituent member of the waterproof part 4, the waterproof part 4 using a water-stopping composition having curability can be easily formed.
  • the filler F and other additives are mixed with the uncured resin material to prepare a water-stopping material composition. . Then, the prepared water-stopping material composition is poured into the internal space of the cap 41. Further, the end portion of the wire bundle 2 including the region from the tip of the splice portion 3 to the region where the conductor 21 is covered with the insulating coating 22 is immersed in the water-stopping material composition held in the cap 41. At this time, the waterstop material composition penetrates into the space between the electric wires 2, the space between the conductor 21 of each electric wire 2 and the insulating coating 22, and the gap S between the strands 21 a constituting each conductor 21. To do.
  • the waterproofing portion 4 that holds the cured water-stopping material 42 in the internal space of the cap 41 and seals the terminal portion of the wire bundle 2 including the splice portion 3 is provided.
  • the waterstop material 42 may be cured by a method corresponding to the curability of the waterstop material composition. For example, when the resin material has photocurability, the waterstop material composition may be cured by light irradiation. On the other hand, when the resin material has thermosetting properties, the water-stopping material composition may be cured by heating. At this time, when the cap 41 is made of a heat-shrinkable material, the heat shrinkage of the constituent material of the cap 41 can be performed at the same time.
  • an insulated wire in which the outer periphery of a conductor obtained by twisting strands made of a copper alloy having an outer diameter of 0.16 mm was coated with an insulating coating made of a PVC composition was used. In the end of such an insulated wire, the insulation coating was removed to expose the conductor. Three insulated wires were bundled, and the conductors exposed at the ends were joined to each other by resistance welding to form a splice portion.
  • thermosetting water-stop material composition was injected into the cap made of the PVC composition, and the end portion of the wire bundle in which the splice portion was formed was inserted into the water-stop material composition.
  • the portion from the tip of the splice portion to the portion where the conductor was covered with the insulating coating was immersed in the water-stopping material composition in the cap.
  • the water-stopping material composition was heated from the outside of the cap with a heater and cured.
  • the water-stopping material composition used above was prepared by mixing a predetermined filler with a thermosetting bisphenol epoxy resin to which an amine curing agent was added.
  • the type, particle size, and content of the filler were selected as shown in the following tables in the samples according to the examples and comparative examples.
  • the viscosity of each water-stopping material composition at room temperature was measured using a viscometer in accordance with JIS-K7117-D.
  • the average particle diameter (D50) of each filler was evaluated by the particle size distribution measurement using laser diffraction and scattering.
  • a cold shock was applied to each sample having a waterproof part prepared as described above. Specifically, a cycle in which each sample was held at ⁇ 40 ° C. for 30 minutes and then held at 120 ° C. for 30 minutes was repeated a predetermined number of times. The number of repeated cycles was 500 cycles, 700 cycles, and 1000 cycles.
  • a leak test was performed at room temperature on the initial sample before the application of the thermal shock and the sample after the application of the thermal shock of each cycle number. Specifically, the entire waterproof part formed at the end of each sample was immersed in water. Regarding the electric wires constituting the electric wire bundle, the entire length was immersed in water except for one. Then, compressed air having a pressure of 200 kPa was caused to flow from an opening which is a terminal on the side where a waterproof part is not provided of one electric wire not immersed in water.
  • the elastic modulus and tensile strength are measured in accordance with JIS K 7161 using a test piece prepared by curing the water-stopping material composition, and in accordance with JIS K 7197.
  • the linear expansion coefficient was measured.
  • an average value between ⁇ 40 ° C. and 120 ° C. was adopted as the linear expansion coefficient.
  • Table 1 below shows the results of the endurance leak test together with the characteristics of the water-stopping material when each filler is added to the water-stopping material.
  • the mechanism for improving the thermal shock resistance of the water-stopping material differs between the soft filler and the hard filler.
  • a soft filler When a soft filler is added, the elastic modulus of the water-stopping material is reduced, and by adding a soft filler, the heat generated in the water-stopping material in a cold environment due to a decrease in the elastic modulus of the water-stopping material. It can be interpreted that the stress is reduced and the waterstop material is less likely to crack.
  • Example A5 using the talc filler although the thermal thermal shock resistance is improved as compared with Comparative Example A1 in which no filler is added, the silicon nitride filler and the silica filler are used. Compared to Examples A3 and A4, the degree of improvement in thermal shock resistance is small. This is considered to be because the effect of reducing the linear expansion coefficient is small because the hardness of talc containing silicate is lower than the hardness of silicon nitride or silica.
  • silicon nitride fillers (all manufactured by Denka) were prepared. All were made to contain in a water stop material by content of 10 mass% with respect to the resin material.
  • Example B2 and Comparative Example B1 are the same as Example A3 and Comparative Example A1 in Table 1, respectively.
  • Comparative Example B2 in which the particle size of the filler is less than 1 ⁇ m, the waterproof property is lower than Comparative Example B1 that does not contain the filler from the initial state before the application of the thermal shock.
  • Comparative Example B1 that does not contain the filler from the initial state before the application of the thermal shock.
  • the composition viscosity is significantly higher in Comparative Example B2 than in Comparative Example B1, and the viscosity of the water-stopping material composition increases due to the mixing of the filler having a small particle size. It is considered that the waterstop material composition was not sufficiently permeated into a minute space such as a gap between the strands.
  • the maximum value of the particle size of the filler defined as 15% or less of the outer diameter of the strand is 24 ⁇ m here, and even in Comparative Example B3 in which the particle size of the filler exceeds the maximum value, the thermal shock From the initial state before application, waterproofness is lower than Comparative Example B1 not containing a filler. This is because when the water-stopping material composition is infiltrated between the strands, the filler is clogged between the strands, so that the permeability of the water-stopping material composition is deteriorated, and between the strands, there is a bubble-like state that causes a leak. It is interpreted that this space was formed.
  • the same acrylic rubber filler (average particle size of 3 ⁇ m) and silicon nitride filler (average particle size of 4 ⁇ m) as used in the above-mentioned “confirmation of filler properties” test were used. Each content was changed as shown in Tables 3 and 4. The content is shown as a ratio (unit: mass%) to the amount of the resin material.
  • Tables 3 and 4 show the test results when the filler was added at each content.
  • Example C3, Example C7, and Comparative Example C1 are the same as Example A1, Example A3, and Comparative Example A1 of Table 1, respectively.
  • any filler when the content is less than 1% by mass (Comparative Examples C2 and C4), the thermal shock resistance is not improved as compared with the case where no filler is contained. It is considered that the filler content is too small and the effect of improving the thermal shock resistance by the filler is not sufficiently exhibited. Further, in any of the fillers, when the content exceeds 20% by mass (Comparative Examples C3 and C5), the waterproofness of the water-stopping material is lower than when no filler is contained, and the thermal shock is reduced. Only low waterproofness is obtained from the initial state before application.
  • the waterproof structure according to the embodiment disclosed in the present specification is not limited to the form provided in the terminal splice part in which the conductors of a plurality of electric wires are joined at the terminal part, and for various types of electric wires and positions. Can be applied. For example, you may provide a waterproof structure in the splice part which joined the some electric wire in the longitudinal direction middle part of the electric wire. Moreover, you may provide a waterproof structure in the part which the conductor which consists of an aggregate

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Abstract

複数の素線の集合体よりなる導体に、止水材を用いて防水処理を施すに際し、フィラーを含んだ止水材を均一性高く充填することができる電線の防水構造を提供する。 複数の素線21aが集合してなる導体21の少なくとも一部の領域を、止水材42で封止した防水構造4において、止水材42は、樹脂材料と、樹脂材料中に分散したフィラーと、を含有し、フィラーは、平均粒径が、1μm以上、かつ前記素線の外径の15%以下であり、止水材42における含有量が、樹脂材料に対して1質量%以上、20質量%以下である防水構造4とする。

Description

電線の防水構造
 本特許出願は、電線の防水構造に関し、さらに詳しくは、電線端末のスプライス部等において、止水材によって電線導体に防水処理を施す防水構造に関する。
 導体の外周を絶縁被覆で被覆した電線においては、複数の電線間で導体を接合すること等を目的として、絶縁被覆を除去して、導体を絶縁被覆から露出させた部位が設けられることが多い。このように導体が露出した部位が、水との接触が起こる可能性のある場所に設けられる場合には、露出された導体に対して、防水処理が施される。自動車等の車両や船舶、航空機、機械装置等に用いられる電線においては、水との接触が頻繁に起こる場合もあり、そのような防水構造を設けることの必要性が、特に高くなる。
 電線の防水構造の例として、特許文献1に、複数本の被覆電線のストリップをジョイントして成るスプライス電線と、該スプライス電線のジョイント部およびその近傍に被せた合成樹脂製のキャップと、該キャップ内においてスプライス電線とキャップ間および被覆電線相互間を閉塞固定する樹脂層とから成るスプライス電線の防水構造が開示されている。樹脂層は、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの未硬化樹脂を硬化することにより形成されている。
特開平10-243539公報
 特許文献1に開示される防水構造のように、電線において、導体が露出した箇所に、止水材を用いて防水構造を形成する際に、エポキシ樹脂等よりなる樹脂材料に、有機高分子材料や無機材料よりなるフィラーを添加することで、靱性や機械的強度等の特性を止水材に付与できる可能性や、防水性等、止水材が有する特性を高めることができる可能性がある。しかし、電線導体が複数の素線の集合体よりなる場合に、導体に防水処理を施すためには、素線間に形成される微小な空隙を含め、防水構造を形成すべき部位の全体に、フィラーを含んだ止水材を、均一性高く充填する必要がある。止水材の充填が不十分な部位が存在すると、防水構造全体として、十分な防水性を確保するのが難しくなる。また、止水材中におけるフィラーの分布が不均一になっていると、防水構造において、フィラーによる特性付与や特性向上の効果が十分に得られない箇所が生じる可能性がある。
 本特許出願において解決しようとする課題は、複数の素線の集合体よりなる導体に、止水材を用いて防水処理を施すに際し、フィラーを含んだ止水材を均一性高く充填することができる電線の防水構造を提供することにある。
 上記課題を解決するため、本特許出願にかかる電線の防水構造は、複数の素線が集合してなる導体の少なくとも一部の領域を、止水材で封止した防水構造において、前記止水材は、樹脂材料と、前記樹脂材料中に分散したフィラーと、を含有し、前記フィラーは、平均粒径が、1μm以上、かつ前記素線の外径の15%以下であり、前記止水材における含有量が、前記樹脂材料に対して1質量%以上、20質量%以下である。
ここで、前記フィラーの平均粒径は、10μm以下であるとよい。
 また、前記フィラーは、ゴムまたはエラストマーよりなる軟質フィラーであるとよい。この場合に、前記軟質フィラーは、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマーよりなる群より選択される少なくとも1種の材料を含有しているとよい。また、前記軟質フィラーを添加した前記止水材のヤング率は、前記軟質フィラーを添加していない状態に比べて、10%以上低くなっているとよい。
 あるいは、前記フィラーは、無機化合物よりなる硬質フィラーであるとよい。この場合に、前記硬質フィラーは、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物、金属炭酸塩、金属ケイ酸塩よりなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含有しているとよい。また、前記硬質フィラーを添加した前記止水材の線膨張係数は、前記硬質フィラーを添加していない状態に比べて、5%以上低くなっているとよい。前記硬質フィラーを添加した前記止水材の引張強度は、前記硬質フィラーを添加していない状態に比べて、20%以上高くなっているとよい。
 前記止水材は、熱硬化性、湿気硬化性、二液反応硬化性、および光硬化性よりなる群より選択される少なくとも1種の硬化性を有する樹脂組成物の硬化物よりなるとよい。この場合に、硬化されない状態にある前記樹脂組成物の粘度は、室温にて、9000mPa・s以下であるとよい。
 前記止水材は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂よりなる群より選択される少なくとも1種の樹脂材料を含有しているとよい。前記止水材は、酸化防止剤、着色剤、光吸収剤、光安定剤、消泡剤、硬化剤、密着性助剤、レベリング剤、界面活性剤、保存安定剤、重合禁止剤、可塑剤、滑剤、老化防止剤よりなる群より選択される少なくとも1種の添加剤を含有しているとよい。この場合に、前記添加剤のうち、粒子状の添加剤は、粒径が、1μm以上、かつ前記素線の外径の15%以下であるとよい。
 前記防水構造は、複数の電線の導体が端末部で露出されて相互に接合されたスプライス部が、キャップ部材に収容され、前記止水材が、前記キャップ部材の内部に充填されたものであるとよい。この場合に、前記キャップ部材は、ポリオレフィン、ハロゲン系ポリマー、熱可塑性エラストマー、ゴムよりなる群より選択される少なくとも1種の樹脂材料を含むとよい。また、前記止水材は、光硬化性を有する樹脂組成物の硬化物よりなり、前記キャップを構成する材料は、前記止水材を構成する前記樹脂組成物を光硬化させることができる光に対して透過性を有しているとよい。前記キャップは、熱収縮性材料よりなり、熱収縮された状態にあるとよい。前記止水材は、前記スプライス部を含む前記複数の電線の端末において、前記複数の電線の間の空間、前記複数の電線のそれぞれにおける前記導体と絶縁被覆の間の空間、前記複数の電線のそれぞれにおける前記導体を構成する前記素線の間の空隙、の各領域に充填されているとよい。
 上記電線の防水構造においては、防水構造を構成する止水材において、樹脂材料に分散されるフィラーの平均粒径が、1μm以上、かつ素線の外径の15%以下となっている。また、フィラーの含有量が、樹脂材料に対して、1質量%以上、20質量%以下となっている。フィラーの粒径と含有量が、上記のようになっていることで、導体を構成する素線の間の微小な空隙にも、特性の付与や防水性等の特性の向上に効果を示すのに十分な量のフィラーが、分布しやすくなっている。また、止水材を液状の組成物の状態で導体に接触させる場合に、組成物の粘度の過度の上昇が起こりにくいため、素線の間の微小な空隙にも、組成物が浸透しやすい。これらの効果により、素線間の微小な空隙を含め、防水処理を施すべき部位に、フィラーを含んだ止水材を、均一性高く充填することができる。その結果、防水構造の各部において、高い防水性を確保するとともに、フィラーによる特性付与や特性向上の効果を利用することができる。
 ここで、フィラーの平均粒径が、10μm以下である場合には、特に効果的に、導体を構成する素線の間の微小な空隙に、フィラーを分布させることができる。
 また、フィラーが、ゴムまたはエラストマーよりなる軟質フィラーである場合には、軟質フィラーを止水材に分散させることで、止水材に靱性を付与するともに、止水材の弾性率を下げることができる。その結果、止水材に発生する熱応力を低減することができ、防水構造が、冷却と加熱を繰り返して受ける冷熱環境に置かれた場合にも、止水材に割れが発生し、防水性が低下するのを、抑制することができる。
 そのような軟質フィラーの具体例として、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマーよりなる群より選択される少なくとも1種の材料を含有しているものを挙げることができる。
 また、軟質フィラーを添加した止水材のヤング率が、軟質フィラーを添加していない状態に比べて、10%以上低くなっていれば、止水材の耐冷熱衝撃性を効果的に向上させることができる。
 あるいは、フィラーが、無機化合物よりなる硬質フィラーである場合には、硬質フィラーを止水材に分散させることで、止水材の機械強度を向上させるとともに、線膨張率を下げることができる。その結果、止水材に発生する熱応力を低減することができ、冷熱環境下でも、止水材に割れが発生し、防水性が低下するのを抑制することができる。
 そのような硬質フィラーの具体例として、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物、金属炭酸塩、金属ケイ酸塩よりなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含有しているものを挙げることができる。これらのうち、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物が、特に高い硬度を有する点で好ましい。
 また、硬質フィラーを添加した止水材の線膨張係数が、硬質フィラーを添加していない状態に比べて、5%以上低くなっていれば、止水材の耐冷熱衝撃性を効果的に向上させることができる。
 硬質フィラーを添加した止水材の引張強度が、硬質フィラーを添加していない状態に比べて、20%以上高くなっていれば、止水材の機械的強度を効果的に向上させることができる。
 止水材が、熱硬化性、湿気硬化性、二液反応硬化性、および光硬化性よりなる群より選択される少なくとも1種の硬化性を有する樹脂組成物の硬化物よりなる場合には、樹脂組成物を未硬化の液状の状態で調製し、防水構造を形成すべき部位に接触させることで、導体を構成する素線の間の微小な空隙にも、樹脂組成物を均一に浸透させやすい。当該樹脂組成物を硬化させることで、フィラーを含有する止水材が、素線の間の微小な空間に均一性高く充填された防水構造を、製造することができる。特に、止水材が熱硬化性を有する樹脂組成物の硬化物よりなれば、硬化を簡便に行うことができる。
 この場合に、硬化されない状態にある樹脂組成物の粘度が、室温にて、9000mPa・s以下であれば、樹脂組成物を、素線の間の空隙に十分に浸透させやすい。
 止水材の具体例として、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂よりなる群より選択される少なくとも1種の樹脂材料を含有しているものを挙げることができる。特に、エポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂を含有する場合に、フィラーの添加によって、冷熱環境での止水材の割れを抑制する効果を大きく得やすい。
 止水材は、酸化防止剤、着色剤、光吸収剤、光安定剤、消泡剤、硬化剤、密着性助剤、レベリング剤、界面活性剤、保存安定剤、重合禁止剤、可塑剤、滑剤、老化防止剤よりなる群より選択される少なくとも1種の添加剤を含有することができるが、この場合に、添加剤のうち、滑剤等、粒子状で添加される添加剤については、粒径が、1μm以上、かつ素線の外径の15%以下であるとよい。そのような粒径は、上記フィラーについて規定されるものと、同様である。
 防水構造が、複数の電線の導体が端末部で露出されて相互に接合されたスプライス部が、キャップ部材に収容され、止水材が、キャップ部材の内部に充填されたものである場合には、電線端末のスプライス部において、高い防水性能を有する防水構造を、簡便に製造することができる。
 この場合に、キャップ部材の具体例として、ポリオレフィン、ハロゲン系ポリマー、熱可塑性エラストマー、ゴムよりなる群より選択される少なくとも1種の樹脂材料を含んだものを挙げることができ、止水材が、光硬化性を有する樹脂組成物の硬化物よりなる場合に、キャップを構成する材料が、止水材を構成する樹脂組成物を光硬化させることができる光に対して透過性を有していれば、光照射によって、止水材組成物を硬化させることができる。
 キャップが、熱収縮性材料よりなり、熱収縮された形態とすることもでき、この場合に、樹脂材料が熱硬化性を有していれば、加熱によって、止水材組成物を硬化させるとともに、キャップの構成材料の熱収縮も、同時に行うことができる。
 止水材が、スプライス部を含む複数の電線の端末において、複数の電線の間の空間、複数の電線のそれぞれにおける導体と絶縁被覆の間の空間、複数の電線のそれぞれにおける導体を構成する素線の間の空隙、の各領域に充填されていれば、それらの領域に充填された止水材が一体に連続して封止することで、電線束の端末部に水が接触したとしても、電線束を構成する各電線の内部に水が侵入するのが阻止され、各導体が、水との接触から保護される。
本明細書に開示する一実施形態にかかる防水構造を有するワイヤーハーネスの端末部の構成を示した透視側面図である。 電線の断面を示す図であり、(a)は全体図、(b)は拡大図である。
 以下、図面を用いて、本明細書に開示する実施形態にかかる電線の防水構造について、詳細に説明する。本明細書に開示する実施形態にかかる電線の防水構造は、複数の素線が集合してなる導体の少なくとも一部の領域を、止水材で封止するものであれば、どのような電線のどのような部位に形成されてもよいが、以下では、複数の電線を有するワイヤーハーネスの端末において、露出された導体が相互に接合されたスプライス部に、防水構造を形成する場合を例として、説明を行う。
[防水構造を有するワイヤーハーネス]
 図1に、本明細書に開示する一実施形態にかかる防水構造を有するワイヤーハーネス1の構成の一例を示す。ワイヤーハーネス1は、電線束2と、電線束2の端末に形成されたスプライス部3と、スプライス部3を含む電線束2の端末部に設けられた防水部4、とを有する。防水部4が、本明細書に開示する一実施形態にかかる防水構造として構成されている。
 電線束2は、複数の電線20を、軸を揃えて束にしたものよりなっている。図示した形態では、3本の電線20が、電線束2を構成している。図2(a)に断面を示すように、各電線20は、長尺の導体21と、導体21の外周を被覆する絶縁被覆22と、を有する絶縁電線として構成されている。
 電線20を構成する導体21は、図2(a)に示すように、複数の素線21aの集合体よりなっている。複数の素線21aは、軸を揃えて束ねられているだけでもよいが、相互に撚り合わせられ、撚線として導体21を構成していることが好ましい。素線21aとしては、公知の金属素線を用いることができる。素線21aを構成する金属材料は特に限定されず、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を例示することができる。素線21aの外径は、特に限定されるものではないが、後述する止水材42に含まれるフィラーFが配置される空隙Sを、素線21aの間に十分に確保する等の観点から、0.10mm以上であることが好ましい。また、スプライス部3を形成するための抵抗溶接の行いやすさ等の観点から、0.5mm以下であることが好ましい。そのような範囲の外径を有する素線は、自動車用の電線の導体を構成する素線として、汎用されている。
 電線20を構成する絶縁被覆22の材質も特に限定されない。絶縁被覆22を構成する材料として、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル(PVC)等のハロゲン系ポリマー、熱可塑性エラストマー、ゴムなどを挙げることができる。
 電線束2の端末において、各電線20の絶縁被覆22が除去され、導体21が絶縁被覆22に覆われずに露出された状態となっている。電線束2を構成する各電線20の導体21が、露出された部位において、相互に接合され、スプライス部3を形成している。スプライス部3は、各電線20の導体21が、圧着、抵抗溶接、超音波溶接等によって接合され、固着されたものよりなっている。
 そして、電線束2の端末のスプライス部3を含む部位が、防水部4によって被覆されている。防水部4は、キャップ41と、止水材42と、を有している。
 キャップ41は、絶縁性の樹脂材料よりなり、一端に閉塞部41aを、他端に開放部41bを有する有底の筒状体として構成され、内部に空間を有している。キャップ41には、電線束2が、開放部41bから挿入され、内部空間に収容されている。電線束2は、端末のスプライス部3の先端から、導体21が絶縁被覆22に被覆された部位の一部までにわたる領域を、キャップ41の内部空間に収容されている。
 キャップ41を構成する樹脂材料は、特に限定されるものではなく、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル等のハロゲン系ポリマー、熱可塑性エラストマー、ゴム等を例示することができる。キャップ41は熱収縮性材料より構成してもよく、この場合には、キャップ41が熱収縮された状態にあることが好ましい。また、後述するように、キャップ41の内部空間に充填される止水材42が、光硬化性の樹脂組成物の硬化物よりなる場合には、キャップ41を構成する材料が、その樹脂組成物の光硬化に用いることができる光に対して、透過性を有することが好ましい。
 キャップ41の内部空間には、止水材42が密に充填されている。これにより、キャップ41に収容された電線束2の端末部は、スプライス部3の先端から、導体21が絶縁被覆22に被覆された部位の一部までにわたる領域が、止水材42に包埋され、止水材42によって封止された状態にある。止水材42に封止された部位において、止水材42は、電線束2を構成する各電線20の間の空間、各電線20の絶縁被覆22と導体21の間の空間、そして、各電線20の導体21を構成する素線21aの間に形成されている空隙Sを占めて、充填されている。
 以上のように、ワイヤーハーネス1では、スプライス部3を含む電線束2の端末において、複数の電線20の間の空間、各電線20の導体21と絶縁被覆22の間の空間、各電線20の導体21を構成する素線21aの間の空隙Sの各領域に、止水材42が充填され、それらの領域に充填された止水材42が一体に連続して封止することで、電線束2の端末部に水が接触したとしても、電線束2を構成する各電線20の内部に水が侵入するのが阻止され、導体21が、水との接触から保護される。このように、止水材42によって、導体21に対する防水性が発揮される。さらに、防水部4において、止水材42によって封止された部位が、キャップ41に収容されていることで、キャップ41が止水材42の防水性を補助するとともに、止水材42を物理的に保護する役割を果たす。
[止水材の構成材料]
 ここで、止水材42の構成材料の詳細について説明する。止水材42は、樹脂材料と、フィラーFとを含有している。フィラーFは、樹脂材料中に分散されている。止水材42は、絶縁性材料として構成されていることが好ましい。
 止水材42を構成する樹脂材料は、特に限定されるものではない。樹脂材料として、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等を例示することができる。後述するように、フィラーFの添加によって、冷熱環境での止水材42の割れを抑制する効果が大きく得られるという観点からは、線膨張係数や弾性率が高く、冷熱環境において割れを生じやすい樹脂種である、エポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂を用いることが好ましい。樹脂材料は、1種のみを用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
 止水材42は、硬化性を有する樹脂組成物(止水材組成物)の硬化物よりなることが好ましい。その場合には、止水材42を構成する止水材組成物を、未硬化の流動性を有する状態で調製し、本実施形態にかかる電線束2の端末部等、防水部4を形成すべき場所に配置してから、硬化させることができる。このように、流動性の高い状態で、止水材組成物を電線20に接触させることで、電線20を構成する導体21の素線21aの間の空隙S等、微小な空間にも、止水材組成物を浸透させ、止水材42で封止することができる。その結果、硬化を経て、防水部4を構成する止水材42の各部において、高い防水性を確保することが可能となる。止水材組成物が備える硬化性としては、熱硬化性、湿気硬化性、二液反応硬化性、および光硬化性を例示することができる。これらのうち、硬化を簡便に行えるという点で、熱硬化性樹を備えることが好適である。
 フィラーFを構成する材料は、特に限定されるものではなく、有機高分子材料や、無機材料よりなる形態を例示することができる。フィラーFの材料特性に応じて、止水材42に新たな特性を付与することや、防水性等、止水材42が有する特性を向上させることができる。フィラーFは、1種のみを用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
 フィラーFの平均粒径(D50;以下、単に「粒径」と称する場合がある)は、1μm以上、かつ素線21aの外径の15%以下となっている。フィラーFの平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折・散乱を用いた粒度分布測定によって、評価することができる。
フィラーFの平均粒径を、1μm以上としておくことで、フィラーFを添加した止水材組成物の粘度が過度に上昇するのを避けることができる。止水材組成物の粘度が高くなりすぎると、導体21の素線21aの間の空隙S等、微小な空間に、止水材組成物が浸透しにくくなる。しかし、粘度の過度の上昇を避けることで、そのような微小な空間にも、均一性高く、止水材組成物を浸透させることができ、その状態で止水材組成物を硬化させることで、防水部4を構成する止水材42の全域において、高い防水性を得ることができる。
 一方、フィラーFの平均粒径を、素線21aの外径の15%以下としておくことで、導体21の素線21aの間の空隙Sをはじめ、微小な空間にも、フィラーFを分布させやすくなる。図2(b)に示すように、導体21の素線21aの間には、周囲を複数の素線21aに囲まれて、微小な空隙Sが存在している。フィラーFの粒径が、この空隙Sの大きさよりも大きければ、空隙Sに充填される止水材42の中に、フィラーFを配置することができない。すると、導体21の外側等、広い空間には、フィラーFが所定の濃度で分散された止水材42を配置することができるが、素線21aの間の空隙Sには、止水材42を構成する樹脂成分のみが浸透し、空隙Fに充填された止水材42にフィラーFが含有されなくなる。この場合には、空隙Sに充填された止水材42において、フィラーFによる特性の付与や向上の効果を享受することができない。例えば、フィラーFが、冷熱環境における止水材42の割れを抑制する効果を有する場合に、素線21aの間の空隙Sに、フィラーFが配置されなければ、素線21aの間の空隙Sに充填された止水材42において、他の部位に充填された止水材42よりも、冷熱環境での割れが発生しやすくなる可能性がある。すると、素線21aの間の部位を起点として、止水材42に割れが発生しやすくなり、防水部4を構成する止水材42において、十分な防水性および絶縁性を維持することが難しくなる。
 また、フィラーFの粒径が大きい場合に、素線21aの間に止水材組成物を浸透させる際に、フィラーFが素線21aの間の空間に詰まり、止水材組成物の浸透を妨げる可能性がある。すると、止水材組成物の浸透性が悪くなり、素線21aの間に、気泡状の空間が形成されて、止水材42の防水性を低下させる原因となる。
 これに対し、フィラーFの粒径が十分に小さく、素線21aの間の微小な空隙Sに、フィラーFを分布させ、空隙Sに充填された止水材42に、フィラーFを含有させることができれば、空隙Sに充填された止水材42においても、他の部位に充填された止水材42と同様に、フィラーFによる特性の付与や向上の効果を享受することができる。例えば、上記のように、フィラーFが、冷熱環境における止水材42の割れを抑制する効果を有する場合に、素線21aの間の部位においても、冷熱環境による割れの発生を効果的に抑制することができる。結果的に、素線21aの間の部位を含めた止水材42の全域で、冷熱環境下での割れを抑制し、高い防水性および絶縁性を維持することが可能となる。
 素線21aの間の空隙Sに配置することができるフィラーFの平均粒径の最大値を、相互に接する素線21aの間に形成される空隙Sに、幾何的に収容することができるフィラーFの径の最大値として、規定することができる。図2(b)のように、外径Rの断面円形の素線21aが3本、正三角配置をとって相互に外接した際に、図中に点線で表示するように、素線21aの間に形成される空隙Sに収容することができる球形のフィラーFの直径の最大値rは、r=(2/√3-1)R≒0.15Rとなる。この最大値rに基づいて、止水材42に添加されるフィラーFの平均粒径が、r以下となるようにすればよい。概算して、フィラーFの平均粒径を、素線21aの外径の15%以下とすればよい。さらに、フィラーFを、素線21aの間の空隙Sに余裕をもって配置できるように、平均粒径をr/2以下、さらにはr/4以下とすれば、より好ましい。つまり、フィラーFの平均粒径を、素線2aの外径の8%以下、さらには4%以下とすればよい。なお、導体21を構成する素線21aとして、外径の異なるものを用いている場合には、上記の上限値を、外径の平均値、好ましくは最小値を用いて規定すればよい。
 さらに、フィラーFの平均粒径は、上記のようにr以下であることに加え、20μm以下であることが好ましい。さらには、10μm以下、また5μm以下であるとよい。上記のように、自動車用電線に汎用される素線の外径は、0.10mm以上であり、20μm以下との平均粒径は、そのような素線21aの間に形成される空隙SにフィラーFを侵入させるのに、十分に小さいものである。
 止水材42におけるフィラーFの含有量は、止水材42を構成する樹脂材料の量に対して、1質量%以上となっている。フィラーFの含有量が少なすぎると、フィラーFの特性を止水材42において十分に発揮させることができないが、含有量を1質量%以上とすることで、止水材42において、フィラーFによる特性の付与や向上の効果を得やすくなる。フィラーFの含有量は、5質量%以上であれば、さらに好ましい。
 一方、止水材42におけるフィラーFの含有量は、止水材42を構成する樹脂材料の量に対して、20質量%以下となっている。止水材42におけるフィラーFの含有量が多すぎると、フィラーFを添加した止水材組成物の粘度が高くなりすぎることにより、またフィラーFの凝集が起こることにより、素線21aの間の空隙S等、微小な空間に止水材組成物を浸透させるのが難しくなる。フィラーFの含有量を20質量%以下としておくことで、止水材組成物の粘性の過度の上昇やフィラーFの凝集を抑え、素線21aの間の空隙S等の微小な空間にも、止水材組成物を均一性高く浸透させることができる。その結果、防水部4の全域において、高い防水性を有する止水材42を形成することができる。フィラーFの含有量は、10質量%以下であれば、さらに好ましい。
 このように、止水材42に含有されるフィラーFの粒径と含有量の上限および下限が、上記のように設定されていることにより、素線21aの間の空隙Sをはじめとする微小な空間にも、高い均一性をもって止水材42を充填し、止水材42の充填による防水効果を得ることができる。また、素線21aの間の空隙Sをはじめとする微小な空間を含め、止水材42の全域において、フィラーFの添加による特性の付与や向上の効果、例えば防水性の向上の効果を、得ることができる。
 止水材42を構成する止水材組成物の粘度は、フィラーFの粒径と含有量の両方に依存するが、素線21aの間の空隙Sに十分に浸透させる観点から、室温にて、9000mPa・s以下であることが好ましい。さらには、5000mPa・s以下であるとよい。
 止水材42には、樹脂材料やフィラーFの特性を損なわないかぎりにおいて、フィラーF以外にも、種々の添加剤を添加することができる。添加剤の例としては、酸化防止剤、着色剤、光吸収剤、光安定剤、消泡剤、硬化剤、密着性助剤、レベリング剤、界面活性剤、保存安定剤、重合禁止剤、可塑剤、滑剤、老化防止剤等を挙げることができる。なお、滑剤等、粒子状で添加される添加剤については、上記フィラーFと同様、1μm以上、かつ素線21aの外径の15%以下の粒径を有することが好ましい。
[フィラーの例]
 上記のように、止水材42に含有されるフィラーFは、その材料組成を限定されるものではなく、材料組成に応じて、止水材42に新たな特性を付与することや、防水性等、止水材42の特性を向上させることができる。好適なフィラーFの例を、以下で説明する。
(1)軟質フィラー
 止水材42に含有される好適なフィラーFとして、軟質フィラーを例示することができる。軟質フィラーは、おおむね、デュロメータA硬度で40以下の硬度を有している。止水材42に軟質フィラーを添加することで、冷熱環境下でも、止水材42に割れが発生するのを抑制し、止水材42の防水性を維持することが可能になる。
 防水部4が冷熱環境に置かれた際に、樹脂材料の収縮・膨張により、止水材42に割れが発生する可能性がある。特に、止水材42を構成する樹脂材料が、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂である場合には、それらの樹脂材料が大きな線膨張係数と高い弾性率を有し、また脆性の高い材料であることから、冷熱環境下で、止水材42に割れが発生しやすい。止水材42の割れは、止水材42の防水性や絶縁性の低下につながる。
 そこで、硬度が低いフィラーFを樹脂材料に添加し、止水材42の弾性率を低下させ、靭性を付与することで、冷熱環境における割れの発生を抑制することができる。冷熱環境での割れは、止水材42に熱応力が生じることで発生するが、熱応力は、材料の線膨張係数と弾性率(ヤング率)の積に比例する。よって、軟質フィラーの添加によって、止水材42の弾性率を低下させることで、熱応力を低減し、耐冷熱衝撃性を向上させることができる。つまり、冷熱環境に置かれても、止水材42に割れが発生しにくく、止水材42の防水性を維持することができる。上記のように、フィラーFの粒径と含有量が規定されていることにより、素線21aの間の空隙Sのような微小な空間にも、軟質フィラーを含んだ止水材42が充填され、冷熱環境下で、素線21aの間の部位を起点とした割れの発生を、効果的に抑制することができる。
 軟質フィラーの構成材料の例としては、ゴムおよびエラストマーを挙げることができる。具体的には、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー等を挙げることができる。
 上記のように、樹脂材料に軟質フィラーを含有させることで、止水材42の弾性率を低減することができる。例えば、軟質フィラーの添加により、止水材42の弾性率(ヤング率)を、10%以上、さらには20%以上低減させることができれば、止水材42の耐冷熱衝撃性を効果的に向上させることができる。止水材42の弾性率は、JIS K 7161に準拠して評価することができる。
(2)硬質フィラー
 止水材42に含有される好適なフィラーFの別の例として、硬質フィラーを例示することができる。硬質フィラーは、おおむね、モース硬度で5以上の硬度を有している。止水材42に硬質フィラーを添加することで、冷熱環境下でも、止水材42に割れが発生するのを抑制し、止水材42の防水性を維持することが可能になる。
 硬質フィラーの添加により、冷熱環境下で止水材42に割れが発生するのが抑制される機構は、上記軟質フィラーの場合とは異なる。硬質フィラーは、その硬度の高さのため、樹脂材料中に分散されることで、止水材42の線膨張係数を低下させる。
 上記のように、熱応力は、材料の線膨張係数と弾性率(ヤング率)の積に比例するので、止水材42の線膨張係数を低下させることで、冷熱環境下に置かれた際に、止水材42に発生する熱応力を低減し、止水材42の耐冷熱衝撃性を向上させることができる。つまり、冷熱環境に置かれても、止水材42に割れが発生しにくく、止水材42の防水性を維持することができる。上記のように、フィラーFの粒径と含有量が規定されていることにより、素線21aの間の空隙Sのような微小な空間にも、硬質フィラーを含んだ止水材42が充填され、冷熱環境下で、素線21aの間の部位を起点とした割れの発生を、効果的に抑制することができる。さらに、硬質フィラーの添加により、耐冷熱衝撃性向上の効果に加え、止水材42の機械的強度を向上させる効果も得られる。
 硬質フィラーの構成材料の例としては、無機化合物を挙げることができる。具体的には、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物、金属炭酸塩、金属ケイ酸塩等を、挙げることができる。これらのうち、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物が、特に高い硬度を有する点で好ましく、それらの化合物の具体例として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、溶融シリカ、結晶シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等を挙げることができる。
 上記のように、樹脂材料に硬質フィラーを含有させることで、止水材42の線膨張係数を低減することができる。例えば、硬質フィラーの添加により、止水材42の線膨張係数を、5%以上、さらには10%以上低減させることができれば、止水材42の耐冷熱衝撃性を効果的に向上させることができる。止水材42の線膨張係数は、JIS K 7197に準拠して評価することができる。また、硬質フィラーの添加により、止水材42の引張強度を、20%以上、さらには40%以上増大させることができれば、止水材42の機械的強度を効果的に向上させることができる。止水材42の引張強度は、JIS K 7161に準拠して評価することができる。
[防水構造の形成方法]
 止水材42が、硬化性を有する止水材組成物の硬化物よりなる場合には、硬化性を有する止水材組成物を用いて、高い防水性を有する防水部4を、簡便に形成することができる。さらに、防水部4の構成部材として、キャップ41を用いることで、硬化性を有する止水材組成物を用いた防水部4の形成を、簡便に行うことができる。
 電線束2の端末のスプライス部3を含む領域に防水部4を形成するには、まず、未硬化の樹脂材料に、フィラーFおよびその他の添加剤を混合し、止水材組成物を調製する。そして、調製した止水材組成物を、キャップ41の内部空間に注入しておく。さらに、スプライス部3の先端から、導体21が絶縁被覆22に被覆された領域までを含む電線束2の端末部を、キャップ41内に保持された止水材組成物中に浸漬する。この際、止水材組成物は、各電線2の間の空間、各電線2の導体21と絶縁被覆22の間の空間、そして各導体21を構成する素線21aの間の空隙Sに浸透する。
 当該止水材組成物を硬化させることで、キャップ41の内部空間において、硬化後の止水材42が保持され、スプライス部3を含む電線束2の端末部を封止した、防水部4を形成することができる。止水材42の硬化は、止水材組成物が備える硬化性に応じた方法で行えばよい。例えば、樹脂材料が光硬化性を有する場合には、光照射によって、止水材組成物を硬化させればよい。一方、樹脂材料が熱硬化性を有する場合には、加熱によって、止水材組成物を硬化させればよい。この際、キャップ41が熱収縮性の材料よりなる場合には、キャップ41の構成材料の熱収縮も、同時に行うことができる。
 以下に、実施例および比較例を示す。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
(1)試料の作製
 以下の各試験においては、電線端末のスプライス部に、止水材を用いた防水部を作製し、試料として用いた。
 試料の作製には、外径0.16mmの銅合金よりなる素線を撚り合わせた導体の外周を、PVC組成物よりなる絶縁被覆で被覆した絶縁電線を用いた。このような絶縁電線の端末において、絶縁被覆を除去し、導体を露出させた。絶縁電線を3本束にして、端末で露出した導体を抵抗溶接によって相互に接合し、スプライス部を形成した。
 そして、PVC組成物よりなるキャップの中に、熱硬化性の止水材組成物を注入し、止水材組成物の中に、上記でスプライス部を形成した電線束の端末部を挿入した。この際、図1に示すように、スプライス部の先端から、導体が絶縁被覆に被覆された部位までをキャップ内の止水材組成物に浸漬した。そして、止水材組成物を、ヒーターによって、キャップの外側から加熱し、硬化させた。
 上記で用いた止水材組成物は、アミン系硬化剤を添加した熱硬化型のビスフェノール型エポキシ樹脂に、所定のフィラーを混合することで調製した。フィラーの種類および粒径、含有量は、各実施例および比較例にかかる試料において、以下の各表に示すように選択した。この際、各止水材組成物の室温における粘度を、JIS-K7117-Dに準拠して、粘度計を用いて計測しておいた。また、各フィラーの平均粒径(D50)を、レーザー回折・散乱を用いた粒度分布測定によって、評価しておいた。
(2)耐久後リーク試験の方法
 各試料の防水部を構成する止水材の耐冷熱衝撃性を評価するために、耐久後リーク試験を行った。
 まず、上記のように作成した防水部を有する各試料に対して、冷熱衝撃を印加した。具体的には、各試料を、-40℃で30分間保持した後、120℃で30分間保持するサイクルを所定回数繰り返した。繰り返しのサイクル数は、500サイクル、700サイクル、1000サイクルとした。
 そして、冷熱衝撃の印加を行う前の初期の試料、および各サイクル数の冷熱衝撃の印加を経た試料に対して、室温にて、リーク試験を行った。具体的には、各試料の端末に形成した防水部の全体を水中に浸漬した。電線束を構成する電線についても、1本を除き、全長を水中に浸漬した。そして、水中に浸漬していない1本の電線の、防水部を設けていない側の端末である開口部から、圧力200kPaの圧縮空気を流入させた。
 この際、水中に浸漬した他の電線の開口部および防水部から、気泡が発生しているかどうかを、目視にて確認した。いずれの箇所からも気泡が発生しなかった場合には、防水性が高い「A」と評価し、いずれかの箇所から気泡の発生が確認された場合には、防水部に、止水材が十分に充填されていない箇所や、止水材に割れが発生した箇所が存在すると判断し、防水性が低い「B」と判定した。いずれの試料についても、3個体に対して各サイクル数の試験を行い、束にした3本の絶縁電線に対してリーク試験を行って、各個体および各絶縁電線で、同じ判定結果が得られることを確認した。多回の冷熱サイクルを経ても、防水性が高い「A」との結果が得られるほど、止水材が、耐冷熱衝撃性に優れているとみなすことができる。
(3)フィラーの特性の確認
 まず、フィラーの添加による止水材の特性の変化を確認するために、種類の異なるフィラーを添加した止水材を用いて作製した試料に対して、上記の方法で耐久後リーク試験を行い、耐冷熱衝撃性を評価した。
 また、一部の止水材については、止水材組成物を硬化させて作製した試験片を用いて、JIS K 7161に準拠して弾性率および引張強度を測定するとともに、JIS K 7197に準拠して線膨張係数を測定した。ここで、線膨張係数としては、-40℃から120℃の間の平均値を採用した。
 ここでは、フィラーとして、以下のものを用いた。止水材において、各フィラーの含有量は、樹脂材料に対して、10質量%とした。
(軟質フィラー)
・アクリルゴムフィラー:カネカ社製「カネエース MP-91」、粒径3μm
・熱可塑性エラストマーフィラー:東レ社製「トレパール TRC」、粒径5μm
(硬質フィラー)
・窒化ケイ素フィラー:デンカ社製、粒径4μm
・シリカフィラー:東海化学工業所製、粒径5μm
・タルクフィラー:日本タルク社製、粒径5μm
 下の表1に、各フィラーを止水材に添加した場合について、耐久後リーク試験の結果を、止水材の特性とともに示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 上記表1によると、軟質フィラーを添加している実施例A1,A2、および硬質フィラーを添加している実施例A3~A5のいずれにおいても、フィラーを添加していない比較例A1と比較して、リーク試験において、高い防水性が維持される冷熱衝撃のサイクル数が上昇している。これより、軟質フィラーまたは硬質フィラーを樹脂材料に添加することで、止水材の耐冷熱衝撃性が向上し、冷熱衝撃を経ても高い防水性を維持できるようになることが分かる。
 止水材の耐冷熱衝撃性を向上させる機構は、軟質フィラーと硬質フィラーで異なっていると考えられる。軟質フィラーを添加した場合には、止水材の弾性率が低下しており、軟質フィラーを添加することで、止水材の弾性率の低下によって、冷熱環境下で止水材に発生する熱応力が低減され、止水材に割れが生じにくくなっていると解釈できる。
 一方、硬質フィラーを添加した場合には、線膨張係数が低減されており、硬質フィラーを添加することで、止水材の線膨張係数の低下によって、冷熱環境下で止水材に発生する熱応力が低減され、止水材に割れが生じにくくなっていると解釈できる。硬質フィラーの添加によって、止水材の引張強度も向上している。
 硬質フィラーの中で、タルクフィラーを用いている実施例A5においては、耐冷熱衝撃性が、フィラーを添加していない比較例A1よりは向上しているものの、窒化ケイ素フィラーおよびシリカフィラーを用いている実施例A3,A4に比べると、耐冷熱衝撃性向上の程度が小さくなっている。これは、ケイ酸塩を含んでなるタルクの硬度が、窒化ケイ素やシリカの硬度よりも低いことにより、線膨張係数低減の効果が小さいためであると考えられる。
(4)フィラーの粒径の影響の評価
 次に、フィラーの粒径が、止水材の特性にどのように影響するかを調べた。ここでは、粒径の異なるフィラーを添加した止水材組成物を用いて作製した試料に対して、1000サイクルの冷熱衝撃の印加を経た後に、リーク試験を行い、耐冷熱衝撃性を評価した。
 フィラーとしては、4種類の粒径の窒化ケイ素フィラー(いずれもデンカ社製)を準備した。いずれも、樹脂材料に対して、10質量%の含有量で、止水材に含有させた。
 表2に、各粒径のフィラーを添加した場合の試験結果を示す。ここで、実施例B2および比較例B1はそれぞれ、表1の実施例A3および比較例A1と同じものとなっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2によると、フィラーの平均粒径が1μmおよび4μmである実施例B1,B2において、フィラーを含有しない比較例B1の場合よりも、1000サイクルの冷熱衝撃印加後の防水性が高くなっている。そのような範囲の平均粒径を有するフィラーを止水材組成物に添加することで、素線の間の空隙等、微小な空間にも、止水材組成物が浸透するとともに、そのような空間に充填された止水材組成物にフィラーが含有されており、それら微小な空間を含む止水材の全域で、硬質フィラーの添加による耐冷熱衝撃性の向上の効果が得られていると解釈できる。
 一方、フィラーの粒径が1μm未満である比較例B2においては、冷熱衝撃印加前の初期状態から、フィラーを含有しない比較例B1よりも、防水性が低くなっている。これは、比較例B2において、比較例B1よりも顕著に高い組成物粘度が観測されていることと対応しており、粒径の小さいフィラーの混合により、止水材組成物の粘度が上昇し、止水材組成物が、素線の間の空隙等、微小な空間に十分に浸透されなかったものと考えられる。また、素線の外径の15%以下として規定されるフィラーの粒径の最大値は、ここでは24μmであり、フィラーの粒径がその最大値を超えている比較例B3においても、冷熱衝撃印加前の初期状態から、フィラーを含有しない比較例B1よりも、防水性が低くなっている。これは、素線間に止水材組成物を浸透させる際に、フィラーが素線間に詰まって止水材組成物の浸透性が悪くなり、素線間に、リークの原因となる気泡状の空間が形成されたことによると解釈される。
(5)フィラーの含有量の影響の評価
 最後に、止水材におけるフィラーの含有量が、止水材の特性にどのように影響するかを調べた。ここでは、フィラーの含有量の異なる止水材組成物を用いて作製した試料に対して、耐冷熱衝撃性を評価した。
 フィラーとしては、上記「フィラーの特性の確認」の試験において用いたのと同じ、アクリルゴムフィラー(平均粒径3μm)と、窒化ケイ素フィラー(平均粒径4μm)を用いた。それぞれの含有量を、表3,4のように変化させた。含有量は、樹脂材料の量に対する比率(単位:質量%)として示している。
 表3,4に、各含有量でフィラーを添加した場合の試験結果を示す。ここで、実施例C3および実施例C7、比較例C1はそれぞれ、表1の実施例A1および実施例A3、比較例A1と同じものとなっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表3および表4によると、いずれのフィラーについても、フィラーの含有量が1質量%以上、20質量%以下の範囲にある各実施例においては、フィラーを含有しない場合よりも、多くの冷熱サイクルを経ても防水性を維持することができており、耐冷熱衝撃性が向上していることが分かる。これは、フィラーの含有量が適量であることで、素線の間の空隙等、微小な空間にも、止水材組成物が均一性高く浸透するとともに、そのような空間に充填された止水材組成物にフィラーが含有されていることの結果であると考えらえる。
 一方、いずれのフィラーについても、含有量が1質量%未満である場合(比較例C2,C4)には、フィラーを含有しない場合と比べて、耐冷熱衝撃性が向上していない。フィラーの含有量が少なすぎて、フィラーによる耐冷熱衝撃性向上の効果が十分に発揮されていないものと考えられる。さらに、いずれのフィラーについても、含有量が20質量%を超えている場合(比較例C3,C5)には、フィラーを含有しない場合よりも止水材の防水性が低下しており、冷熱衝撃印加前の初期状態から、低い防水性しか得られていない。これは、多量のフィラーを含有することで、止水材組成物の粘度が過度に上昇し、素線間の空隙等、微小な空間に、止水材組成物が十分に浸透できず、十分な防水性を有する防水部を形成できなかったことによると解釈できる。
 以上、本明細書に開示する実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
 上記のように、本明細書に開示する実施形態にかかる防水構造は、複数の電線の導体を端末部で接合した端末スプライス部に設けられる形態に限られず、種々の種類の電線および位置に対して適用することができる。例えば、電線の長手方向中途部で、複数の電線を接合したスプライス部に、防水構造を設けてもよい。また、電線束ではなく、1本の電線の端部や中途部で、複数の素線の集合よりなる導体が絶縁被覆から露出された部分に、防水構造を設けてもよい。
 この出願は、2018年3月30日に出願された日本国特許出願である特願2018-66578号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
1      ワイヤーハーネス
2      電線束
20     電線
21     導体
21a    素線
22     絶縁被覆
3      スプライス部
4      防水部
41     キャップ
42     止水材
F      フィラー
S      素線間の空隙

Claims (19)

  1.  複数の素線が集合してなる導体の少なくとも一部の領域を、止水材で封止した防水構造において、
     前記止水材は、樹脂材料と、前記樹脂材料中に分散したフィラーと、を含有し、
     前記フィラーは、平均粒径が、1μm以上、かつ前記素線の外径の15%以下であり、前記止水材における含有量が、前記樹脂材料に対して1質量%以上、20質量%以下である、電線の防水構造。
  2.  前記フィラーの平均粒径は、10μm以下である、請求項1に記載の防水構造。
  3.  前記フィラーは、ゴムまたはエラストマーよりなる軟質フィラーである、請求項1または2に記載の電線の防水構造。
  4.  前記軟質フィラーは、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマーよりなる群より選択される少なくとも1種の材料を含有している、請求項3に記載の電線の防水構造。
  5.  前記軟質フィラーを添加した前記止水材のヤング率は、前記軟質フィラーを添加していない状態に比べて、10%以上低くなっている、請求項3または4に記載の電線の防水構造。
  6.  前記フィラーは、無機化合物よりなる硬質フィラーである、請求項1または2に記載の電線の防水構造。
  7.  前記硬質フィラーは、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物、金属炭酸塩、金属ケイ酸塩よりなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含有している、請求項6に記載の電線の防水構造。
  8.  前記硬質フィラーを添加した前記止水材の線膨張係数は、前記硬質フィラーを添加していない状態に比べて、5%以上低くなっている、請求項6または7に記載の電線の防水構造。
  9.  前記硬質フィラーを添加した前記止水材の引張強度は、前記硬質フィラーを添加していない状態に比べて、20%以上高くなっている、請求項6から8のいずれか1項に記載の電線の防水構造。
  10.  前記止水材は、熱硬化性、湿気硬化性、二液反応硬化性、および光硬化性よりなる群より選択される少なくとも1種の硬化性を有する樹脂組成物の硬化物よりなる、請求項1から9のいずれか1項に記載の電線の防水構造。
  11.  硬化されない状態にある前記樹脂組成物の粘度は、室温にて、9000mPa・s以下である、請求項10に記載の電線の防水構造。
  12.  前記止水材は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂よりなる群より選択される少なくとも1種の樹脂材料を含有している、請求項1から11のいずれか1項に記載の電線の防水構造。
  13.  前記止水材は、酸化防止剤、着色剤、光吸収剤、光安定剤、消泡剤、硬化剤、密着性助剤、レベリング剤、界面活性剤、保存安定剤、重合禁止剤、可塑剤、滑剤、老化防止剤よりなる群より選択される少なくとも1種の添加剤を含有している、請求項1から12のいずれか1項に記載の電線の防水構造。
  14.  前記添加剤のうち、粒子状の添加剤は、粒径が、1μm以上、かつ前記素線の外径の15%以下である、請求項13に記載の電線の防水構造。
  15.  複数の電線の導体が端末部で露出されて相互に接合されたスプライス部が、キャップ部材に収容され、前記止水材が、前記キャップ部材の内部に充填されている、請求項1から14のいずれか1項に記載の電線の防水構造。
  16.  前記キャップ部材は、ポリオレフィン、ハロゲン系ポリマー、熱可塑性エラストマー、ゴムよりなる群より選択される少なくとも1種の樹脂材料を含む、請求項15に記載の電線の防水構造。
  17.  前記止水材は、光硬化性を有する樹脂組成物の硬化物よりなり、
     前記キャップを構成する材料は、前記止水材を構成する前記樹脂組成物を光硬化させることができる光に対して透過性を有している、請求項15または16に記載の電線の防水構造。
  18.  前記キャップは、熱収縮性材料よりなり、熱収縮された状態にある、請求項15から17のいずれか1項に記載の電線の防水構造。
  19.  前記止水材は、前記スプライス部を含む前記複数の電線の端末において、
     前記複数の電線の間の空間、
     前記複数の電線のそれぞれにおける前記導体と絶縁被覆の間の空間、
     前記複数の電線のそれぞれにおける前記導体を構成する前記素線の間の空隙、の各領域に充填されている、請求項15から18のいずれか1項に記載の電線の防水構造。
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