JP2018073590A - 撚線導体、及び絶縁電線、同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層が柔軟に構成されることで、外力によって導体断面形状が変形しやすい絶縁電線において、変形が抑制される導体を提供することにある。【課題を解決するための手段】導体素線と、導体素線よりも高い弾性率を有する線状体を撚り合わせて、撚線導体を構成する。【選択図】 図２

Description

本発明は導体と、これを使用した絶縁電線に関するものであり、特に自動車・電気電子機器等に使用される、高電圧電力ケーブルに好適なものである。

自動車等の車両に使用される絶電電線は、機械特性、難燃性、耐熱性、耐寒性等、種々の特性が要求されている。

昨今は、電気によるモーター駆動を利用した電気自動車、モーター駆動と従来のガソリンエンジン駆動を併用したハイブリッド自動車が登場している。このようなモーター駆動を使用する自動車は、モーター駆動のために高電圧、大電流を供給する必要がある。一般的に、高電圧、大電流を供給する絶縁電線は、導体断面積が大きいものが使用され、電圧、電流の増加に伴い、高い絶縁性も要求される。

一方で、車内空間の確保やデザイン性の向上のため、絶縁電線の配設スペースが縮小される傾向もあり、これに対応するために短い長さ、小さな曲げ半径で配設が可能な絶縁電線も要求されている。

すなわち、太く、短い絶縁電線を小さな曲げ半径で曲げる必要があり、これに対応するには柔軟性に優れた絶縁電線を使用する必要がある。柔軟性に優れた絶縁電線を得るには、絶縁電線を構成する導体と絶縁層の少なくとも一方、好ましくは両方を柔軟にする必要がある。

柔軟性に優れた導体を得る方法としては、導体素線の材質自体を柔軟なものにする、または導体素線の撚り合わせ構造を工夫するといった方法が知られている。

導体素線の材質としては、軟銅、硬銅、アルミニウムが一般的であり、その用途に応じては種々の合金線も使用されている。
これらの材料の中では導電率、加工性、柔軟性の観点から、軟銅が使用されることが多く、必要に応じてメッキ処理も施されて使用される。
アルミニウム合金に関しては、自動車電線に使用されるアルミニウム合金素線に含有される鉄、銅、マグネシウムの量を調整して柔軟にする方法（特許文献１）が知られている。

導体素線の撚り合わせ構造を工夫する方法としては、導体素線を撚り合わせた子撚導体を複数層に親撚りする際に、隣り合う層の親撚り方向を同じにして、撚線導体を構成する方法（特許文献２）が知られている。

以上述べたような導体を柔軟に構成する方法と、絶縁層に柔軟な材料を使用するなど、絶縁層を柔軟にする方法を併用することによって、絶縁電線を柔軟に構成することができるが、絶縁層に柔軟な材料を使用する際には、以下の問題が存在する。

絶縁層に柔軟な材料を使用した絶縁電線は、絶縁層が柔軟であるが故に、曲げや圧縮といった外力によって電線形状が変化した際、外力の影響が導体にも及び、本来真円であることが望ましい導体の撚り構造（断面形状）が崩れてしまうという問題がある。特に、特許文献２に記載されたような子撚導体を組み合わせ、複層構造にすることで柔軟にした撚線導体は、撚線導体内で導体素線が動きやすく、外力によって外層側に位置する子撚導体が、内層側に位置する子撚導体の間に入り込むなどして、撚り構造が崩れやすい。
撚り構造が崩れやすい絶縁電線は、切断作業時や、切断した電線端部にコネクタを設ける際に行う部品のカシメ作業によって絶縁電線が全体的に変形しやすく、コネクタ接続部に要求される防水性の低下といった問題にも繋がる。

特開２００６−２５３１０９ 特開２００５−２５９５８３

本発明の課題は、柔軟性に優れるとともに、外力による撚り構造の変形が抑制された絶縁電線用の導体を提供することにある。

本発明者は、導体の構造を鋭意検討した結果、導体素線とともに、圧縮永久歪みが小さい弾性材料からなる線状体を撚り合わせることで、従来の問題を解決するに至った。

本発明は撚線導体であって、導体素線と、圧縮永久歪みが４０％以下の弾性材料からなる線状体を撚り合わせたことを特徴とする。

本発明の別の構成は、複数本の導体素線を撚り合わせた子撚導体と、圧縮永久歪みが４０％以下の弾性材料からなる線状体を撚り合わせたことを特徴とする。

本発明のより好ましい構成は、線状体の外周に、導体素線、もしくは子撚り導体を撚り合わせて構成されていることを特徴とする。

本発明のより好ましい構成は、低温環境、または高温環境においても圧縮永久歪みが小さい弾性材料を線状体として使用することを特徴とする。

本発明の撚線導体にあっては、以下に記載した優れた効果が期待できる。

（１）圧縮永久歪みの小さい弾性材料からなる線状体を使用して撚線導体を構成することで、外力が作用しても、線状体の弾性による反発力が働き、撚線導体の撚り構造の崩れが抑制されるとともに、外力を取り除いた際に元の形状に復元する力も有するため、安定した撚線導体の変形抑制効果も得ることができる。

（２）撚線導体の中心に線状体を配置することで、撚線導体に対して外力が作用する位置によらず、安定した撚線導体の変形抑制効果を得ることができる。

（３）線状体に低温環境、または高温環境においても圧縮永久歪みが小さい弾性材料を使用することで、より安定した撚線導体の変形抑制効果を得ることができる。

本発明の基本的態様で、線状体と導体素線を撚り合わせたものである。 本発明の基本的態様で、線状体と子撚導体を撚り合わせたものである。 本発明の実施例の一例である。 本発明の実施例の一例である。 本発明の実施例の一例である。 本発明の実施例の一例である。 変形抑制効果の測定方法の概略図である。

以下、本発明の基本的構成を、添付図面を参照しながら説明する。
図１において、１は本発明の撚線導体、２は線状体、３は導体素線である。

本発明で特徴的なことは、撚線導体１が、導体素線３と、圧縮永久歪みが４０％以下の弾性材料からなる線状体２を撚り合わせて構成されていることを特徴とする。

撚線導体１の中に、弾性材料からなる線状体２が存在することで、撚線導体１に外力が作用した際、線状体２の弾性による反発力が働き、撚線導体１の撚り構造の崩れが抑制される。

さらに、線状体２を構成する材料を、圧縮永久歪みが小さい材料とすることで、外力の影響によって線状体２が変形した場合でも、外力を取り除けば元の形状に復元する力（復元力）が働くため、安定した撚線導体１の変形抑制効果を得ることができる。

具体的には、圧縮永久歪みが４０％以下の弾性材料を使用することで、十分な撚線導体１の変形抑制効果を得ることができる。

線状体２を構成する材料の圧縮永久歪みが小さいほど、撚線導体１の変形抑制効果は高くなり、本発明のより好ましい態様は、圧縮永久歪みが２０％以下の弾性材料で線状体２を構成する。

本発明における圧縮永久歪みは、特に断わりが無い限り、ＪＩＳ Ｋ ６２６２に基づく方法で、常温（２３±２℃）下で測定された値を指す。

本発明の好ましい態様としては、図１に示したように、線状体２の外周に、導体素線３を撚り合わせた構成が挙げられる。この構成とすることで、線状体２が撚線導体１の中心に位置することになり、撚線導体１に外力が作用する位置に関係なく、安定した変形抑制効果を得ることができる。

図１は、線状体２と導体素線３とで、撚線導体１を構成したものであるが、本発明では、図２に示したように、導体素線３を複数本撚り合わせた子撚導体３’と、圧縮永久歪みが４０％以下の弾性材料からなる線状体２を撚り合わせて、撚線導体１を構成しても良い。
子撚導体３’を用いて撚線導体１を構成した場合でも、線状体２による変形抑制効果が得られるとともに、導体素線３を複数本撚り合わせた子撚導体３’は、導体素線３を単独で用いる場合よりも柔軟性が向上するため、撚線導体１全体での柔軟性が向上する。

子撚導体３’と線状体２を撚り合わせた構成においても、線状体２の外周に子撚導体３’を撚り合わせた構成とすることで、撚線導体１に外力が作用する位置に関係なく、安定した変形抑制効果を得ることができる。

また、線状体２の外周に導体素線３、もしくは子撚導体３’を撚り合わせた撚線導体１は変形抑制効果に加えて、耐捻回性も向上する。
撚線導体が捻回を受けた際、撚線導体の中心に位置する導体素線、もしくは子撚導体は、その外周に存在する導体素線、もしくは子撚導体によって押さえつけられるため、最も断線しやすい。

導体素線、もしくは子撚導体に代わって、撚線導体１の中心に線状体２が存在することで、最も断線しやすい導体が無くなるため、結果として撚線導体１の耐捻回性が向上する。

本発明において好適に利用できる圧縮永久歪みが小さい材料として、０℃における圧縮永久歪みが２０％以下の材料が挙げられる。
通常、圧縮永久歪みは低温になるほど大きくなり、材料の復元力が低下する。０℃における圧縮永久歪みが２０％以下の材料であれば、低温であっても材料の復元力が維持され、低温〜常温で安定した導体の変形抑制効果を得ることができる。

本発明において好適に利用できる圧縮永久歪みが小さい材料として、１００℃における圧縮永久歪みが２０％以下である材料も挙げられる。
通常、圧縮永久歪みは高温になるほど大きくなり、材料の復元力が低下する。１００℃における圧縮永久歪みが２０％以下の材料であれば、高温であっても材料の復元力が維持され、常温〜高温で安定した導体の変形抑制効果を得ることができる。

すなわち、０℃における圧縮永久歪みと１００℃における圧縮永久歪みが、ともに２０％以下である材料が、本発明における線状体２の材料として特に好適に利用できる。

０℃における圧縮永久歪みと１００℃における圧縮永久歪みは、ＪＩＳ Ｋ ６２６２に基づいて測定された値を指す。

線状体２を構成する好適な材料の具体例としては、シリコーンゴムが挙げられる。シリコーンゴムは高い弾性を有するとともに、柔軟性にも優れる材料であるため、撚線導体１の変形抑制効果と柔軟性を両立できる。加えて、耐寒性、耐熱性も優れており、一般的に−３０℃〜１８０℃の温度範囲で圧縮永久歪みが２０％以下であるため、使用温度による撚線導体１の変形抑制効果の変化も少なく、安定した変形抑制効果を発現することができる。

本発明に使用される線状体２の態様は、１本の線状体２をそのまま使用する態様と、複数本の線状体２を撚り合わせて使用する態様がある。図１〜６は１本の線状体２をそのまま使用する態様を示している。

以下、本発明の導体の実施例について説明する。

線状体２として、シリコーンゴムを直径２．１ｍｍの円柱状に押出成型し、熱処理を行って架橋させたものを準備した。
シリコーンゴム材料は同一のまま、硬度が異なるものを４種類（デュロメータ硬度Ａで７０度、６０度、５０度、４０度）準備し、それぞれ実施例１〜４とした。使用したシリコーンゴム材料の圧縮永久歪みは、−３０℃〜１８０℃の温度範囲で、１０〜１５％の範囲にある。

導体素線３として、直径０．３２ｍｍの軟銅線を準備し、この軟銅線を３２本撚り合わせて直径２．１ｍｍの子撚導体３’を形成した。

準備した線状体２の周囲に、子撚導体３’を撚り合わせて撚線導体１を形成する。具体的な形状は、線状体２の周囲に６本の子撚導体３’を同心撚りし、さらにその外周に１２本の子撚導体３’を同心撚りした形状とした。（図２参照）

以上のように形成した撚線導体１の外周に、硬度７０度、厚さ１．５ｍｍのシリコーンゴム絶縁層４を被覆し、本発明の撚線導体１を使用した絶縁電線が完成した。

比較例として、線状体２の代わりに、子撚導体３’を使用した以外は、実施例と同様に構成した絶縁電線を作成した。

実施例の絶縁電線と、比較例の絶縁電線に対して以下の試験を行い、外力に対する撚線導体の変形抑制効果を比較した。

絶縁電線を１００ｍｍの長さに切断し、試験片とした。

試験片の寸法に合わせてＵ字状の溝を設けた試験装置５の溝に、試験片を直線状に伸ばした状態で設置したのち、溝の寸法に合わせて作成した重さ５ｋｇの荷重ブロック６を試験片の上に静かに載せ、常温下（２３±２℃）で３０分放置した。（図７参照）

３０分経過後、試験片を取り出し、試験片の導体断面形状を確認し、変形の様子を以下のように評価した。

○：変形は見られず、概ね真円を保っている
△：軽微な撚り構造の崩れがあるが、撚線導体全体では概ね真円を保っている。
×：撚り構造の崩れが発生し、真円から崩れてしまった。

結果を表１に示す。

比較例においては、評価×であるのに対し、実施例では評価△〜○となり、圧縮永久歪みが小さい弾性材料からなる線状体２を撚り合わせて撚線導体１を構成することによって、撚線導体１の変形抑制効果を得ることができた。
加えて、線状体２に使用する材料は弾性、小さい圧縮永久歪みに加えて、高い硬度を有するものが、線状体２自身の変形も抑制され、より高い変形抑制効果を発揮すると言える。

以上の実施例は、線状体２の外径と、子撚導体３’の外径を統一した場合であるが、線状体２の外径と子撚導体３’の外径とが異なる場合についても確認を行った。

［実施例５］
線状体２として、硬度７０度のシリコーンゴムを直径０．９ｍｍの円柱状に押出成型したものを使用し、この周囲に実施例１と同様の子撚導体３’を４本同心撚りし、さらにその外周に１０本の子撚導体３’を同心撚りして撚線導体１を形成した。（図３参照）

［実施例６］
線状体２として、硬度７０度のシリコーンゴムを直径３．４ｍｍの円柱状に押出成型したものを使用し、この周囲に実施例１と同様の子撚導体３’を８本同心撚りし、さらにその外周に１４本の子撚導体３’を同心撚りして撚線導体１を形成した。（図４参照）

［実施例７］
線状体２として、硬度７０度、のシリコーンゴムを直径４．８ｍｍの円柱状に押出成型したものを使用し、この周囲に実施例１と同様の子撚導体３’を１０本同心撚りし、さらにその外周に１８本の子撚導体３’を同心撚りして撚線導体１を形成した。（図５参照）

［実施例８］
線状体２として、硬度７０度のシリコーンゴムを直径４．８ｍｍの円柱状に押出成型したものを使用した。
子撚導体３’として、直径０．１８ｍｍの軟銅線を５０本撚り合わせて直径１．４ｍｍとしたものと、直径０．２６ｍｍの軟銅線を３７本撚り合わせて直径１．８ｍｍとしたものとの２種類を準備し、線状体２の周囲に直径１．４ｍｍの子撚り導体を１４本同心撚りし、さらにその外周に直径１．８ｍｍの子撚り導体を１６本同心撚りして撚線導体１を形成した。（図６参照）

実施例５〜８の撚線導体１にも硬度７０度、厚さ１．５ｍｍのシリコーンゴム絶縁層４を被覆して絶縁電線とし、先述の試験方法で導体変形抑制効果を評価した。結果を表２に示す。

実施例５〜８の撚線導体１も、比較例より高い導体変形抑制効果が得られた。
結果から、線状体２の径が太い方がより高い導体変形抑制効果を発揮すると言えるが、撚線導体１の外径の大きさに制限がある場合、線状体２の径が太くなると、撚線導体１の断面積において導体素線３が占める割合が減少し、撚線導体１の許容電流量が減少する。
そのため、線状体２の外径は、所望する許容電流量に応じて導体素線３、子撚導体３’の寸法、構造、数を設定した後、可能な範囲で太く設定するのが好ましい。

加えて、線状体２による変形抑制効果のより確実な発揮のためには、線状体２の周囲には少なくとも６本の導体素線３、もしくは子撚導体３’を配置し、線状体２の弾性による反発力が均等に撚線導体１内に伝搬するように構成するのが好ましい。
このように構成した上で、例えば実施例８のように、撚線導体１を構成する子撚導体３’の構成を適宜調節して、所望する許容電流量に対応させることができる。

以上の例は、本発明の一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であり、適宜変更されて供されることは言うまでもない。
例えば、本発明の撚線導体は、所望する導体変形抑制効果に応じて、線状体の配置箇所や、その材料、形状を適宜変更しても良い。
また、本発明の撚線導体は、絶縁電線の導体のみならず、同軸ケーブルの中心導体としても好適に利用できる。

１ 撚線導体
２ 線状体
３ 導体素線
３’ 子撚導体
４ 絶縁層
５ 試験装置
６ 荷重ブロック

Claims (9)

1. 導体素線と、圧縮永久歪みが４０％以下の弾性材料からなる線状体を撚り合わせたことを特徴とする、撚線導体。
2. 該線状体の外周に、該導体素線を撚り合わせて構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の撚線導体。
3. 複数本の導体素線を撚り合わせた子撚導体と、圧縮永久歪みが４０％以下の弾性材料からなる線状体を撚り合わせたことを特徴とする、撚線導体。
4. 該線状体の外周に、該子撚導体を撚り合わせて構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の撚線導体。
5. 該線状体に使用される材料の０℃における圧縮永久歪みが２０％以下であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の撚線導体。
6. 該線状体に使用される材料の１００℃における圧縮永久歪みが２０％以下であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の撚線導体。
7. 該線状体がシリコーンゴムで構成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の撚線導体。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の撚線導体の外周に、絶縁層を設けた絶縁電線。
9. 請求項１〜７の何れか一項に記載の撚線導体を中心導体として使用した同軸ケーブル。
   

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