JP2007035364A - シールド導電体及びヒートパイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シールド導電体の放熱性を向上させる。
【解決手段】 シールド導電体Ｗａは、導体をシールドパイプ２０内に挿通させたものであって、ヒートパイプ１０が導体とされており、ヒートパイプ１０の放熱部１５がシールドパイプ２０の外部に配置されている。導体としてのヒートパイプ１０に通電したときに生じる熱は、ヒートパイプ１０内において作動液Ｌが蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環移動ることによりシールドパイプ２０の外部に配置されている放熱部１５へ移動し、放熱部１５から放出される。導体自体が放熱機能を備えているので、導体の熱を別の放熱部材に伝達して放出するものに比べて、放熱効率に優れている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シールド導電体及びヒートパイプの製造方法に関する。

電気自動車などの車両に搭載されるシールド導電体としては、複数本のノンシールド電線を、金属細線をメッシュ状に編んだ筒状の編組線からなるシールド部材で包囲することにより一括してシールドする構造のものが考えられている。この種のシールド導電体においてシールド部材と電線を保護する方法としては、一般に、シールド部材を合成樹脂製のプロテクタで包囲する手段がとられるが、プロテクタを用いると部品点数が増えるという問題がある。
そこで、本願出願人は、特許文献１に記載されているように、ノンシールド電線を金属製のパイプ内に挿通する構造を提案した。この構造によれば、パイプが、電線をシールドする機能と電線を保護する機能を発揮するので、シールド部材とプロテクタを用いたシールド導電体に比べて部品点数が少なくて済むという利点がある。
特開２００４−１７１９５２公報

パイプを用いたシールド導電体では、電線とパイプとの間に空気層が存在しているため、通電時に電線で発生した熱が、熱伝導率の低い空気によって遮断されてパイプに伝わり難く、しかも、パイプには、編組線における編み目の隙間のような外部との通気経路が存在しないため、電線で発生した熱がパイプの内部に籠もり易く、放熱性が低くなる傾向がある。
ここで、導体に所定の電流を流したときの発熱量は、導体の断面積が大きい程小さくなり、発熱に起因する導体の温度上昇値は、導電路の放熱性が高いほど小さく抑えられる。したがって、導体の温度上昇値に上限が定められている環境下では、上記のように放熱効率の低いシールド導電体の場合、導体の断面積を大きくして発熱量を抑える必要がある。
ところが、導体の断面積を増大することは、シールド導電体が大径化し重量化することを意味するため、その対策が望まれる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、シールド導電体の放熱性を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、導体をシールドパイプ内に挿通させたものであって、ヒートパイプが前記導体とされており、前記ヒートパイプの放熱部が前記シールドパイプの外部に配置されているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記ヒートパイプの放熱部が、自動車の車体に対して取付け可能とされており、前記放熱部を前記車体に取り付けた状態では、前記放熱部の熱が前記車体へ伝達されるようになっているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、導体としてシールドパイプ内に挿通されることでシールド導電体を構成するヒートパイプを製造する方法であって、基端側が気密状に封止されている金属製の管材の作動空間内に作動液を注入する注入工程と、前記管材の一部を変形させることで、前記作動空間の先端側を気密状に封止する封止工程と、前記封止工程において形成された封止部の略中間部を切断して前記管材の基端側部分を切り離す切断工程を繰り返すことで、複数の前記ヒートパイプを順次に製造するところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
導体としてのヒートパイプに通電したときに生じる熱は、ヒートパイプ内において作動液が蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環移動することによりシールドパイプの外部に配置されている放熱部へ移動し、放熱部から放出される。導体自体が放熱機能を備えているので、導体の熱を別の放熱部材に伝達して放出するものに比べて、放熱効率に優れている。

＜請求項２の発明＞
本発明では、自動車の車体が熱容量の大きい吸熱体及び走行風が活用できることで効率的な放熱体として利用可能であることに着目し、ヒートパイプの放熱部を自動車の車体に取り付けることができるようにした。放熱部を車体に取り付けた状態では、車体の吸熱性能の放熱性能により、放熱部と車体との間の温度勾配が保たれて放熱部から車体側へ熱が効率的に伝達される。したがって、放熱部の熱を大気中に放出する手段に比べて、放熱効率が良い。

＜請求項３の発明＞
先に製造されるヒートパイプの作動空間の先端部を封止する加工と、その後に製造されるヒートパイプの作動空間の基端部を封止する加工とが、１つの工程で行われるようにしたので、各ヒートパイプの作動空間の基端部と先端部を別々に封止する製造方法に比べると、製造工程が少なくて済む。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図７を参照して説明する。電気自動車ＥＶの車体Ｂｄの前部にはエンジンルームが設けられ、エンジンルーム内には、走行用モータＭｏを駆動するための動力回路を構成する機器Ｍａ（例えば、インバータ）とガソリン駆動用のエンジンＥｇとが収容されている。車体Ｂｄの後部（例えば、トランクルーム）には動力回路を構成する機器Ｍｂ（例えば、バッテリ）が搭載されている。２つの機器Ｍａ，Ｍｂとの間にはシールド導電体Ｗａと車内用導電体Ｗｂが配索されている。

シールド導電体Ｗａは、３本のヒートパイプ１０（本発明の構成要件である導体）を、一括シールド機能と導体保護機能を兼ね備える金属製（例えば、アルミニウム合金、ステンレス、銅、銅合金等）のシールドパイプ２０内に挿通した構成になる。ヒートパイプ１０は、両端が閉じた金属パイプからなり、ヒートパイプ１０内の気密状に封止されている作動空間１１に作動液Ｌを封入した周知の構造のものであり、各ヒートパイプ１０の外周には合成樹脂製の絶縁被覆１２が設けられている。

かかる３本のヒートパイプ１０の前後両端部は、シールドパイプ２０の外部へ突出されており、その突出部分には、接続部材１３が、冷間圧接等によって導通可能に且つ同軸状に固着されている。この接続部材１３にはオープンバレル状の圧着部１４が形成されている。また、シールドパイプ２０の外部では、ヒートパイプ１０の両端部のうち先端側の略半分領域が、絶縁被覆１２で包囲されずに露出した状態となっている。このヒートパイプ１０の先端側の露出部分は、後述するようにヒートパイプ１０の製造工程において管材４０の端部を気密状に封止することによって形成されたものであって、上述のように接続部材３を接続するための接続手段としての機能に加え、ヒートパイプ１０に通電されたときにシールドパイプ２０内においてヒートパイプ１０で発生する熱をシールドパイプ２０の外へ放出するための放熱機能を兼ね備えており、以下の説明において放熱部１５ということにする。

かかるシールド導電体Ｗａは、車体Ｂｄの床下（床板Ｆｐの下方）に沿うように概ね水平に配索されている。シールド導電体の前端部においては、シールドパイプ２０の前端部がブラケット２１により車体Ｂｄに吊下状態で固定されているとともに、シールドパイプ２０から突出したヒートパイプ１０が、取付部材３０によって床板Ｆｐの外面（下面）に固定されている。一方、シールド導電体Ｗａの後端部においては、シールドパイプ２０がブラケット２１により床板Ｆｐの下面に吊下状態で固定されている。

次に、取付部材３０について説明する。
取付部材３０は、熱伝達部材３１と固定具３３とボルト３７とからなる。
熱伝達部材３１は、振動吸収性能（緩衝性能）を発揮し得る弾性を備えるとともに、熱伝導率の高い材料（例えば、シリコンラバー等の合成樹脂）からなり、シールドパイプ２０の外部前方において、３本のヒートパイプ１０と絶縁被覆１２を一括して包囲するようにモールド成形によって略直方形に成形されている。詳しくは、熱伝達部材３１の左右両側縁からは、上面に沿って面一状に突出する形態のリブ３２が、熱伝達部材３１の全長に亘って一体に形成されている。この熱伝達部材３１の前端面（図２における左側の端面）からは、ヒートパイプ１０の前端部が露出状態で突出しており、この突出部分の先端に上記した接続部材１３が固着されている。一方、熱伝達部材３１の後端面とシールドパイプ２０の前端との間には、絶縁被覆１２で包囲された状態のヒートパイプ１０が露出している。
固定具３３は、金属板材からなり、熱伝達部材３１の下面と左右両側面に面接触する略「コ」字形の覆い部３４と、覆い部３４の左右両側縁から延出してリブ３２の下面に面接触する左右一対の支持板部３５と、覆い部３４の外面から略直角に延出する板状のフィン３６とからなる。固定具３３の支持板部３５には、金属製のボルト３７が下方から貫通されている。ボルト３７は、熱伝達部材３１のリブ３２を貫通して、床板Ｆｐの雌ネジ部（図示せず）に螺合されている。このボルト３７の締付けにより、固定具３３と熱伝達部材３１とヒートパイプ１０が車体Ｂｄ（床板Ｆｐ）に固定して取り付けられている。また、固定具３３の後端部とシールドパイプ２０の前端部は、３本の絶縁被覆１２で包囲されているヒートパイプ１０を一括して包囲するシールド部材（図示せず）を介して導通可能に接続されている。

車内用導電体Ｗｂは、可撓性を有するノンシールドタイプの３本の電線４０を、金属細線をメッシュ状に編んだ編組線からなる可撓性シールド部材（図示せず）で一括して包囲したものであり、シールド導電体Ｗａの前後両端部に接続されている。即ち、シールド導電体Ｗａの接続部材１３の圧着部１４には、車内用導電体Ｗｂの電線４０の端末部における樹脂被覆４１を剥いて露出させた芯線４２が圧着により導通可能に固着されている。また、シールド導電体Ｗａの前端部においては、固定具３３の前端部と車内用導電体Ｗｂの可撓性シールド部材の端部とが導通可能に接続されており、シールド導電体Ｗａの後端部においては、シールドパイプ２０の後端部に車内用導電体Ｗｂの可撓性シールド部材の端部が導通可能に接続されている。

次に、ヒートパイプ１０の製造工程を説明する。
まず、準備工程として、図４に示すように、縦長に向けた金属製（例えば、銅又は銅合金製）の細長い円筒形の管材４０の基端部（下端部）をプレスにより縮径変形させることで、気密状に封止しておくとともに、管材４０の先端部（上端部）に、管材４０内の空気を吸引するための吸引ポート４１と、作動液Ｌを管材４０内に注入するための注入ポート４２を接続する。また、管材４０の外周は絶縁被覆１２によって包囲されており、この絶縁被覆１２は、ヒートパイプ１０の放熱部１５となる複数ヶ所が予め除去された状態となっている。そして、管材４０の外周における絶縁被覆１２が除去されている各部分には、夫々、金属製（例えば、銅又は銅合金製）のスリーブ４３が外嵌されている。さらに、最も下方（基端側）に位置するスリーブ４３と対応する位置には、プレス用の一対のダイス４４が配置されている。また、管材４０の内周には、ヒートパイプ１０の低温側（放熱部１５）に移動した作動液Ｌを高温側へ戻すためのウイック（図示せず）が貼り付けられている。

この状態から、注入工程を開始する。即ち、管材４０内の空気を吸引することで管材４０内を真空状態に保ったままで、注入ポート４２から所定量の作動液Ｌを管材４０内に注入する。注入された作動液Ｌは、図５に示すように、重力によって管材４０の下端部に溜まる。
次に、封止工程を行う。封止工程では、作動液Ｌが溜まっている位置よりも高い位置において、ダイス４４がスリーブ４３と管材４０の一部を縮径させるように塑性変形させる。これにより、図６に示すように、作動液Ｌが注入されている作動空間１１の先端部（上端部）が気密状に封止される。
この後、切断工程を行う。切断工程では、封止工程において封止した封止部４５を、その略中間高さでスリーブ４３とともに切断し、管材４０とスリーブ４３を上下に分断する。これにより、図７に示すように、管材４０の基端側部分（下端側部分）が切り離されてヒートパイプ１０が得られる。
この後は、上記の注入工程と封止工程と切断工程を順次に繰り返すことにより、ヒートパイプ１０が得られる。ヒートパイプ１０の両端の放熱部１５は、管材４０が気密状に縮径変形されているとともに、その縮径変形した部分がスリーブ４３によって包囲された状態となっている。また、両端の放熱部１５は絶縁被覆１２で覆われず、両放熱部１５の間では、管材４０が絶縁被覆１２で包囲された状態となる。

次に、本実施形態の作用を説明する。
導体としてのヒートパイプ１０に通電すると、ヒートパイプ１０が発熱し、シールドパイプ２０の内部ではヒートパイプ１０が高温となり、シールドパイプ２０の前方外部に位置するヒートパイプ１０の放熱部１５が低温部となるため、シールドパイプ２０の内部と放熱部１５との間で温度勾配が生じる。すると、シールドパイプ２０の内部でヒートパイプ１０内の作動液Ｌが蒸発して潜熱を吸収し、その蒸気が放熱部１５に向けて移動し、放熱部１５において蒸気が凝縮して潜熱を放出し、作動液Ｌとなって高温側へ戻る。これが繰り返されることにより、シールドパイプ２０内の熱が放熱部１５へ移動する。

そして、放熱部１５に移動した熱は、放熱部１５の外面から熱伝達部材３１に伝達され、熱伝達部材３１の内部を移動する。熱伝達部材３１の図２及び図３における上面に移動した熱は、金属製の床板Ｆｐに伝わって、床板Ｆｐから車体Ｂｄ全体に拡がる。また、熱伝達部材３１の図２及び図３における下面及び左右両側面に移動した熱は、固定具３３に伝わり、固定具３３の表面から大気中に放散されるとともに、固定具３３からフィン３６へ移動してフィン３６の表面から大気中に放散される。

上述のように本実施形態においては、導体としてのヒートパイプ１０に通電したときに生じる熱は、ヒートパイプ１０内において作動液Ｌが蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環移動することによりシールドパイプ２０の外部に配置されている放熱部１５へ移動し、放熱部１５から放出される。このように、導体自体が放熱機能を備えているので、導体の熱を別の放熱部材に伝達して放出するものに比べて、放熱効率に優れている。

しかも、自動車の車体Ｂｄが熱容量の大きい吸熱体及び放熱体として利用可能であることに着目し、ヒートパイプ１０の放熱部１５を車体Ｂｄの床板Ｆｐに取り付けるようにした。放熱部１５を車体Ｂｄに取り付けた状態では、車体Ｂｄの吸熱性能の放熱性能により、放熱部１５と車体Ｂｄとの間の温度勾配が保たれて放熱部１５から車体Ｂｄ側へ熱が効率的に伝達される。したがって、放熱部１５の熱を大気中に放出する手段に比べて、放熱効率が良い。
また、放熱部１５と車体Ｂｄの床板Ｆｐとの間に、緩衝可能な弾性を有する熱伝達部材３１を介在させたので、車体Ｂｄ側から放熱部１５（ヒートパイプ１０又はシールド導電体Ｗａ）に伝達される振動を低減することができる。

また、基端側が気密状に封止されている金属製の管材４０の作動空間１１内に作動液Ｌを注入する注入工程と、管材４０の一部を変形させることで、作動空間１１の先端側（上側）を気密状に封止する封止工程と、封止工程において形成された封止部４５の略中間部を切断して管材４０の基端側（下端側）部分を切り離す切断工程を繰り返すことで、複数のヒートパイプ１０を順次に製造するようにした。つまり、本実施形態によれば、先に製造されるヒートパイプ１０の作動空間１１の先端部（上端部）を封止する加工と、その後に製造されるヒートパイプ１０の作動空間１１の基端部（下端部）を封止する加工とが、１つの工程で行われるようにした。これにより、各ヒートパイプ１０の作動空間１１の基端部と先端部を別々に封止する製造方法に比べると、製造工程が少なくて済む。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では放熱部と車体との間に緩衝可能な弾性を有する熱伝達部材を介在させたが、本発明によれば、このような熱伝達部材を介在させず、放熱部と車体とを直接接触させる形態としてもよい。
（２）上記実施形態では１つのシールドパイプ内に３本のヒートパイプを挿通したが、本発明によれば、１つのシールドパイプに挿通されるヒートパイプの本数は１本、２本、４本以上のいずれとしてもよい。
（３）上記実施形態ではヒートパイプの放熱部の熱を車体に伝達するようにしたが、本発明によれば、放熱部の熱は、車内用導電体の導体に伝達させてもよく、放熱部から大気中に放出させてもよい。
（４）上記実施形態ではヒートパイプ（管材）の内周にウイックを張り付けたが、本発明によれば、ウイックを設けない形態としてもよい。

実施形態１の全体構成図 シールド導電体と車体との取付け構造をあらわす部分拡大断面図 図２のＸ−Ｘ線断面図 基端側が封止された管材をあらわす断面図 図４の管材に作動液を注入した状態をあらわす断面図 図５の管材において作動空間の先端側を封止した状態をあらわす断面図 図６の管材において基端側部分を切り離することによりヒートパイプが製造された状態をあらわす断面図

符号の説明

Ｂｄ…車体
Ｅｖ…自動車
Ｌ…作動液
Ｗａ…シールド導電体
１０…ヒートパイプ（導体）
１１…作動空間
１５…放熱部
２０…シールドパイプ
４０…管材
４５…封止部

Claims (3)

1. 導体をシールドパイプ内に挿通させたものであって、
   ヒートパイプが前記導体とされており、
   前記ヒートパイプの放熱部が前記シールドパイプの外部に配置されていることを特徴とするシールド導電体。
2. 前記ヒートパイプの放熱部が、自動車の車体に対して取付け可能とされており、
   前記放熱部を前記車体に取り付けた状態では、前記放熱部の熱が前記車体へ伝達されるようになっていることを特徴とする請求項１記載のシールド導電体。
3. 導体としてシールドパイプ内に挿通されることでシールド導電体を構成するヒートパイプを製造する方法であって、
   基端側が気密状に封止されている金属製の管材の作動空間内に作動液を注入する注入工程と、
   前記管材の一部を変形させることで、前記作動空間の先端側を気密状に封止する封止工程と、
   前記封止工程において形成された封止部の略中間部を切断して前記管材の基端側部分を切り離す切断工程を繰り返すことで、複数の前記ヒートパイプを順次に製造することを特徴とするヒートパイプの製造方法。

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