JP2021068573A - 耐屈曲絶縁電線 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲性に優れるとともに軽量化が図られ、特に自動車用配線として好適な耐屈曲絶縁電線を提供する。【解決手段】太さの異なる２種以上の繊維糸１ａ，１ｂからなる繊維芯１と、繊維芯１の外周に設けられた複数本の金属素線３を撚ってなる撚線導体２と、撚線導体２の外周に設けられた絶縁体４とを有する耐屈曲絶縁電線１０により上記課題を解決した。繊維芯１は、繊維芯１の中心位置Ｐ１と撚線導体２の中心位置Ｐ２とが一致せず、撚線導体２の撚りに追従して蛇行していることが好ましく、繊維芯１の中心位置Ｐ１と撚線導体２の中心位置Ｐ２とのずれが０．１０〜０．３０ｍｍであることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、耐屈曲絶縁電線に関する。さらに詳しくは、本発明は、屈曲性に優れるとともに軽量化が図られ、特に自動車用配線として好適な耐屈曲絶縁電線に関する。

近年、自動車、産業ロボット、電気機器、熱機器等では、その高性能化とともに配線箇所が多くなっている。それらの配線に使用される電線に対しては、要求される信頼性も高まっている。さらに、省エネルギーとコンパクト化の要請から、電線自体の軽量化も要求されている。

こうした要求に対し、例えば特許文献１には、アラミド系繊維束又は紐を中心としてその周りに銅素線を配置した撚り線を圧縮加工し、熱処理を行ったハーネス用電線導体が提案されている。また、特許文献２には、架空送電線に関するものであるが、中心部にアラミド繊維、ガラス繊維などのテンションメンバーを配置し、その外側に複数本の軟銅素線の撚り合わせからなる撚線導体を設け、その外側に絶縁被覆を施した絶縁電線が提案されている。また、特許文献３には、最大伸びが１０％以上に形成された銅又は銅合金からなる中心線の周囲に、その最大伸びが１０％以上の有機繊維を複数本撚り合わせた構造を有し、銅又は銅合金に対する有機繊維の重量比と太さの断面積を規定したワイヤーハーネス用細径電線が提案されている。

特開２００８−９１２１４号公報 特開平４−１３８６１６号公報 特開２００３−１２３５４２号公報

上記従来技術の各電線は、中心に繊維を設け、その外周に金属素線を設け、さらにその外周に絶縁体を設けている。しかし、これら電線は、繊維の一部が金属素線の間からはみ出しやすく、電線の外観が悪くなりやすい。また、繊維には水分やオイルが付着することがあり、繊維に付着した水分等は、金属素線の外周に絶縁体を設ける際に絶縁体の発泡や肌荒れを引き起こす原因となる。電線の外観悪化、絶縁体の発泡や肌荒れは、局部的な不均一性を生じさせ、耐屈曲寿命が低下する原因となっていた。

また、特許文献１では、絶縁体を被覆する際に繊維芯が押出樹脂と接触するため、繊維芯が熱影響を受けてしまい、繊維芯としての機能を発揮できないことがある。こうした現象は、押出温度が高い場合に顕著に発生しやすく、耐屈曲寿命が低下する原因となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。その目的は、屈曲性に優れるとともに軽量化が図られ、特に自動車用配線として好適な耐屈曲絶縁電線を提供することにある。

本発明に係る耐屈曲絶縁電線は、２種以上の繊維糸からなる繊維芯と、該繊維芯の外周に設けられた複数本の金属素線を撚ってなる撚線導体と、該撚線導体の外周に設けられた絶縁体とを有する、ことを特徴とする。

この発明によれば、２種以上の繊維糸で繊維芯が構成されているので、屈曲時に加わる応力が分散して応力集中が起きにくく、屈曲特性が良好とすることができる。そうした繊維芯は、複数本の金属素線からなる撚線導体の撚りに追従して蛇行するので、繊維芯の中心位置と撚線導体の中心位置とが一致せず、耐屈曲絶縁電線の中心に位置しない。その結果、屈曲時に加わる応力で柔軟に変形することができ、柔軟性が良好な耐屈曲絶縁電線となる。なお、中心位置とは、繊維芯の断面の輪郭から算出した中心位置、撚線導体の断面の輪郭から算出した中心位置のことであり、両者が一致しないので、絶縁電線に負荷が加わった際に絶縁電線が扁平形状になりやすく、その扁平形状によって特定部位に応力集中が起こらず、応力が逃げて屈曲特性が向上する。

本発明に係る耐屈曲絶縁電線において、前記繊維芯は、該繊維芯の中心位置と前記撚線導体の中心位置とが一致せず、前記撚線導体の撚りに追従して蛇行していることが好ましい。

本発明に係る耐屈曲絶縁電線において、前記繊維芯の中心位置と前記撚線導体の中心位置とのずれが０．１０〜０．３０ｍｍであることが好ましい。

本発明に係る耐屈曲絶縁電線において、前記撚線導体の外径が１．６ｍｍ以下である。

本発明に係る耐屈曲絶縁電線において、前記繊維芯は、第１繊維糸と該第１繊維糸の１．５〜４倍のｄｔｅｘの第２繊維糸とで少なくとも構成されている。３種以上の場合においては、少なくとも２種の繊維糸がその関係であればよい。

本発明によれば、屈曲性に優れるとともに軽量化が図られ、特に自動車用配線として好適な耐屈曲絶縁電線を提供することができる。特に、繊維芯が太さの異なる２種以上の繊維糸で構成されているので、屈曲時に加わる応力が分散して応力集中が起きにくく、屈曲特性が良好とすることができる。繊維芯は、複数本の金属素線からなる撚線導体の撚りに追従して蛇行するので、繊維芯の中心位置と撚線導体の中心位置とが一致せず、耐屈曲絶縁電線の中心に位置しない。その結果、屈曲時に加わる応力で柔軟に変形することができ、柔軟性が良好な耐屈曲絶縁電線となる。

本発明に係る耐屈曲絶縁電線の一例を示す模式的な説明図である。 耐屈曲絶縁電線を構成する各寸法の説明図である。 撚線導体の撚り状態の説明図である。 屈曲試験の態様を示す説明図である。 柔軟性試験の態様を示す説明図である。

以下、本発明に係る耐屈曲絶縁電線について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は図示の実施形態に限定されるものではない。

［耐屈曲絶縁電線］
本発明に係る耐屈曲絶縁電線１０（以下、「絶縁電線１０」ともいう。）は、図１及び図２に示すように、２種以上の繊維糸１ａ，１ｂからなる繊維芯１と、繊維芯１の外周に設けられた複数本の金属素線３を撚ってなる撚線導体２と、撚線導体２の外周に設けられた絶縁体４とを有する。なお、「有し」とは、本発明の効果を阻害しない範囲でそれ以外の構成が含まれていてもよいことを意味し、例えば、撚線導体２と絶縁体４との間に押さえ巻きフィルム、金属素線３の表面にめっきや絶縁被覆層、絶縁体４の外周に融着層等が設けられていてもよいことを意味している。

以下、耐屈曲絶縁電線の各構成要素を詳しく説明する。

（繊維芯）
繊維芯１は、耐屈曲絶縁電線１０の略中央に位置する必須の構成であり、巻芯として機能する高張力体であることが好ましい。繊維芯１の例としては、複数の繊維を束ねた繊維糸が好ましく用いられる。繊維糸を構成する繊維としては、強度があり、耐熱性であればなおよい。例えば、繊維として、テトロン（登録商標）等のポリエステル繊維や、ケブラ（登録商標）等の全芳香族ポリアミド繊維や、ベクトラン（登録商標）等のポリアリレート繊維、ガラス繊維等を挙げることができる。繊維の材質は、同じ材質であってもよいし異なる材質であってもよい。

繊維芯１は、繊維糸を集合線、撚り線又は編み込み線にして同心円状（真円形）又は略同心円状の断面になっている。このとき、繊維芯１をより同心円状又は略同心円状の断面にするためには、繊維糸を撚り線とすることがより好ましい。繊維芯１の外径は特に限定されないが、例えば０．１〜１．０ｍｍの範囲を挙げることができる。繊維糸からなる繊維芯１は柔軟で変形し易いことから、繊維芯１の外径は、繊維芯１が真円形である場合はその外径とし、繊維芯１が扁平形である場合はその断面積から真円形の断面積に換算した外径として評価する。

繊維芯１は、太さの異なる２種以上の繊維糸１ａ，１ｂで構成されている。こうした構成により、屈曲時に加わる応力が分散して応力集中が起きにくく、屈曲特性が良好とすることができる。繊維芯１は、第１繊維糸１ａと、第１繊維糸１ａの１．５〜４倍、好ましくは１．５〜２倍のｄｔｅｘの第２繊維糸１ｂとで少なくとも構成されている。これら以外の第３繊維糸は、第１繊維糸１ａのｄｔｅｘよりも小さくてもよいし、第２繊維糸１ｂのｄｔｅｘよりも大きくてもよいし、第１繊維糸１ａと第２繊維糸１ｂとの間のｄｔｅｘであってもよい。繊維糸の太さは、通常、繊維糸を重量換算で示す繊度（ｄｔｅｘ）で表示され、１ｄｔｅｘは、長さ１００００ｍで１ｇである。太さの異なる２種以上の繊維糸のｄｔｅｘの範囲は、１１０〜２０００ｄｔｅｘであることが好ましい。１１０ｄｔｅｘ未満では、耐久性不足となりやすい。一方、２０００ｄｔｅｘを超えると、外径が大きくなり、作業性や加工性に影響が出やすい。

繊維芯１は、複数本の金属素線３からなる撚線導体２の撚りに追従して蛇行しており、繊維芯１の中心位置Ｃ１と撚線導体２の中心位置Ｃ２とが一致せず、耐屈曲絶縁電線１０の中心に位置しない。その結果、屈曲時に加わる応力で柔軟に変形することができ、柔軟性が良好な耐屈曲絶縁電線１０となる。なお、中心位置とは、繊維芯１の断面の輪郭から算出した中心位置Ｃ１、撚線導体２の断面の輪郭から算出した中心位置Ｃ２のことであり、両者が一致しないので、絶縁電線１０に負荷が加わった際に絶縁電線１０が扁平形状になりやすく、その扁平形状によって特定部位に応力集中が起こらず、応力が逃げて屈曲特性が向上する。

繊維芯１の中心位置Ｃ１と、後述する撚線導体２の断面の輪郭から算出した中心位置Ｃ２とのずれは、０．１０〜０．３０ｍｍであることが好ましい。こうしたずれは、絶縁電線１０に負荷が加わった際に絶縁電線１０が扁平形状になりやすく、その扁平形状によって特定部位に応力集中が起こらず、絶縁電線１０に加わった負荷応力が逃げ、屈曲特性を向上させることができる。ずれが０．１０ｍｍ未満では、応力集中を逃す効果が得られないことがある。ずれが０．３０ｍｍを超えると、過剰な扁平状態となることがある。

繊維芯１が設けられているのは、耐屈曲絶縁電線１０の断面の略中央である。「略中央」とは、繊維芯１の中心位置Ｃ１が耐屈曲絶縁電線１０の断面の中心位置（詳しくは撚線導体２の断面の中心位置Ｃ２）には設けられておらず、繊維芯１の中心位置Ｃ１と撚線導体２の中心位置Ｃ２とがずれていて一致していないことを意味している。繊維芯１の中心位置Ｃ１とは、繊維芯１の断面の輪郭から算出した位置のことであり、いわゆる輪郭の重心位置の意味である。なお、繊維芯１の断面形状は、その周りに後述の撚線導体２が設けられた後においては、撚線導体２から加わる加圧力により円形又は略円形を保持することが困難なことが多く、図１に示すように、略三角形や略四角形等に変形した形状になりやすい。

（撚線導体）
撚線導体２は、繊維芯１の外周に設けられた必須の構成であり、図３に示すように、多数本の金属素線３を撚ってなる撚り線である。多本数の金属素線３を撚って撚線導体２とすることにより、繊維芯１の中心位置Ｃ１と撚線導体２の中心位置Ｃ２とを一致させずにずらすことができるとともに、軽量化も実現させることができる。本数としては、５０〜１５０本とすることが好ましい。金属素線３が５０本未満では、耐久性不足となる。一方、金属素線３が１５０本を超えると、外径が大きくなり、作業性や加工性に影響が出やすい。さらに、下記外径範囲の細い金属素線３を上記範囲の本数で構成することにより、撚線導体２を設けた後の全体の外径を小さくでき、耐屈曲絶縁電線全体の細径化と軽量化を実現できる。

金属素線３の撚りピッチＰと、撚線導体２の外径との関係は、「撚りピッチＰ（ｍｍ）」÷「撚線導体の外径（ｍｍ）」が５倍〜２５倍の範囲であることが好ましい。この範囲内とすることにより、撚りがほどけることを抑制でき、屈曲特性のバラツキを小さくすることができ、さらに断面が丸くなりやすく、良好な外観と耐久性を得ることができる。この値が５倍未満では、金属素線３をきつめに巻くことになるので、撚線導体２の重なりが多くなり易く、金属素線３の浮きが発生することがある。その結果、断面が丸くならない場合があったり、堅くなって屈曲特性を満たさないか又はバラツキが生じたりすることがある。一方、この値が２５倍を超えると、撚りがゆるくなって糸が飛び出してしまい、作業中にほどけるような挙動を示すことがある。その結果、断面が丸くならない場合もあり、屈曲特性にもバラツキが生じることがある。

金属素線３の外径は、０．０２ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。こうすることにより、細い金属素線３を多本数撚り合わせて撚線導体２とするので、撚線導体２を細径化でき、絶縁電線全体の細径化と軽量化と柔軟化を実現できる。その結果、多本数の金属素線３で応力集中を低減して引張強度や屈曲特性を向上させることができる。金属素線３の外径が０．０２ｍｍ未満では、金属素線自体が細径化して多くの本数が必要になるとともに単線強度の絶対値が小さくなる。一方、金属素線３の外径が０．２ｍｍを超えると、表面凹凸が大きくなってしまう。

金属素線３は、良導電性金属であればその種類は特に限定されないが、銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミニウム合金線、銅アルミニウム複合線等の良導電性の金属導体、又はそれらの表面にめっき層が施されたものを好ましく挙げることができる。銅線、銅合金線が特に好ましい。めっき層としては、はんだめっき層、錫めっき層、金めっき層、銀めっき層、ニッケルめっき層等が好ましい。金属素線３の表面には、必要に応じて絶縁皮膜（図示しない）が設けられていてもよい。絶縁皮膜の種類は特に限定されないが、一般的なエナメル皮膜を挙げることができ、例えば、ウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を挙げることができる。その厚さは特に限定されないが、一般的な日本工業規格（ＪＩＳ Ｃ ３２０２：２０１４）で１種、２種、３種の程度を挙げることができる。

撚線導体２の外径Ｄ２は、１．６ｍｍ以下であることが好ましい。こうすることにより、上記外径Ｄ２の撚線導体２は、耐屈曲性に優れた絶縁電線１０の細径化を実現でき、軽量化を図ることができる。なお、撚線導体２の外径の下限は特に限定されないが、上記した繊維芯１の外径、金属素線３の外径と本数により、０．１２ｍｍとすることができる。

（絶縁体）
絶縁体４は、撚線導体２を覆うように設けられている。例えば、撚線導体２を設けた後に、その外周を覆うように樹脂押出等で形成することができる。絶縁体４の構成材料としては、絶縁性があり、耐熱性のある樹脂材料であればよく、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができる。絶縁体４の厚さは、０．０５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の程度であればよいが、屈曲特性向上のためには厚い方がよく、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度が好ましい。

絶縁体４の厚さと、撚線導体２の外径との関係は、「絶縁体４の厚さ（ｍｍ）」÷「撚線導体の外径（ｍｍ）」が０．１５〜０．３０の範囲であることが好ましい。この範囲内とすることにより、耐久性と柔軟性が両立できる。この値が０．１５未満では、耐久性が不足することがある。一方、この値が０．３０を超えると、柔軟性が不足することがある。

絶縁体４の厚さは均等であることが好ましい。ただし、絶縁体４は主に樹脂押出で形成されることから、樹脂押出し前の段階である撚線導体２が設けられた後の表面は、金属素線３に基づいた表面凹凸が小さいことが好ましい。本発明では、多数本の金属素線３を撚り合わせてなる撚線導体２が繊維芯１を覆うように設けているので、撚線導体２の表面の凹凸が小さくなっている。したがって、その外周に絶縁体４を樹脂押出で形成した後の外径も表面凹凸が小さくなり、かつ絶縁体４の厚さも各部で均一になる。その結果、局部的な応力集中を低減でき、屈曲寿命が長くなる。

（断面積）
繊維芯１の断面積は、撚線導体２の断面積の５〜２０％の範囲内であることが好ましい。この範囲内とすることにより、良好な外観と耐久性を両立することができる。断面積が５％未満では、耐久性不足となることがある。一方、断面積が２０％を超えると、外観不良となることがある。各断面積は、撮影した断面画像の画像解析により容易に算出することができる。

また、金属素線３の断面積は、繊維芯１の断面積の４〜２０％の範囲内であることが好ましい。の範囲内とすることにより、生産性と耐久性を両立することができる。断面積が４％未満では、生産時に断線することがある。一方、断面積が２０％を超えると、耐久性が低下することがある。各断面積は、撮影した断面画像の画像解析により容易に算出することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

［実施例１］
アラミド（ポリアミド）繊維からなる第１繊維糸１ａ（２２０ｄｔｅｘ）とアラミド（ポリアミド）繊維からなる第２繊維糸１ｂ（４４０ｄｔｅｘ）とからなる外径約０．２４５ｍｍの繊維芯１を用いた。この繊維芯１上に、外径０．０８ｍｍの軟銅線を１００本用い、撚りピッチ１５ｍｍで撚り合わせて外径０．９７ｍｍの撚線導体２とした。次に、溶融押出しによって、ＦＥＰ樹脂（絶縁体４）を厚さ０．２ｍｍで形成し、外径１．４ｍｍの絶縁電線１０を作製した。

［実施例２］
外径０．０８ｍｍの金属素線５０本を撚りピッチ１１ｍｍで撚った外径０．７２ｍｍの撚線導体２とし、外径１．１ｍｍの絶縁電線１０を作製した他は、実施例１と同様にした。

［実施例３］
外径０．１１ｍｍの金属素線５０本を撚りピッチ１４ｍｍで撚った外径０．９４ｍｍの撚線導体２とし、外径１．３ｍｍの絶縁電線１０を作製した他は、実施例１と同様にした。

［実施例４］
外径０．０９ｍｍの金属素線１５０本を撚りピッチ１８ｍｍで撚った外径１．１７ｍｍの撚線導体２とし、外径１．６ｍｍの絶縁電線１０を作製した他は、実施例１と同様にした。

［実施例５］
外径０．０５ｍｍの金属素線１５０本を撚りピッチ１１ｍｍで撚った外径０．７６ｍｍの撚線導体２とし、外径１．２ｍｍの絶縁電線１０を作製した他は、実施例１と同様にした。

［実施例６］
アラミド（ポリアミド）繊維からなる第１繊維糸１ａ（１１０ｄｔｅｘ）とアラミド（ポリアミド）繊維からなる第２繊維糸１ｂ（４４０ｄｔｅｘ）とからなる外径約０．２２０ｍｍの繊維芯１を用いた。この繊維芯１上に、外径０．０８ｍｍの軟銅線を１００本用い、撚りピッチ１４ｍｍで撚り合わせて外径０．９６ｍｍの撚線導体２とした。次に、溶融押出しによって、ＦＥＰ樹脂（絶縁体４）を厚さ０．２ｍｍで形成し、外径１．４ｍｍの絶縁電線１０を作製した。

［屈曲試験と柔軟性］
各実施例について屈曲試験を図４に示す方法で行った。屈曲試験は、図４に示すように、半径５ｍｍのマンドレル４２，４２の間に各実施例で作製した長さ１０００ｍｍの絶縁電線１０を挟み、絶縁電線１０の下方端部に荷重４１を取り付け、マンドレル４２と垂直方向に毎分３０回の速度で両側９０度ずつの屈曲を１回として屈曲回数を測定した。屈曲回数の評価は、絶縁電線１０の抵抗値が１０％上昇するまでの回数とした。実施例１〜５の絶縁電線は、いずれも屈曲回数２万回を超えたので、評価を「○」とし、超えた時点で測定は終了した。

柔軟性は、図５に示す方法で評価した。柔軟性試験は、長さ７００ｍｍの絶縁電線１０の両端を固定具３１で固定し、重り３２をつけない場合の最大幅Ｗと、２ｇの重り３２を絶縁電線１０の最下点につけた場合の最大幅Ｗを測定した。最大幅Ｗが小さいほど柔軟であるといえる。実施例１〜６の絶縁電線について試験したところ、いずれも最大幅は１５０ｍｍ以下となったことから、実施例１〜６の絶縁電線はいずいれも柔軟であるといえる。

［中心位置のずれ］
得られた耐屈曲絶縁電線１０を樹脂中に硬化させて断面を切り出し、研磨して顕微鏡で観察した、繊維芯１の中心位置Ｃ１と撚線導体２の中心位置Ｃ２との距離Ｌを測定した。

１ 繊維芯
１ａ 第１繊維糸
１ｂ 第２繊維糸
２ 撚線導体
３ 金属素線
４ 絶縁体
１０ 耐屈曲絶縁電線
Ａ１ 繊維芯の断面積
Ａ２ 撚線導体の断面積
Ａ３ １本の金属素線の断面積
Ｄ１ 繊維芯の外径
Ｄ２ 撚線導体の外径
Ｄ３ 耐屈曲絶縁電線の外径
ｄ 金属素線の外径
Ｃ１ 繊維芯の中心位置
Ｃ２ 撚線導体の中心位置
Ｌ Ｃ１とＣ２との距離
Ｐ 撚線導体の撚りピッチ
Ｔ 絶縁体の厚さ

Claims (5)

1. 太さの異なる２種以上の繊維糸からなる繊維芯と、該繊維芯の外周に設けられた複数本の金属素線を撚ってなる撚線導体と、該撚線導体の外周に設けられた絶縁体とを有する、ことを特徴とする耐屈曲絶縁電線。
2. 前記繊維芯は、該繊維芯の中心位置と前記撚線導体の中心位置とが一致せず、前記撚線導体の撚りに追従して蛇行している、請求項１に記載の耐屈曲絶縁電線。
3. 前記繊維芯の中心位置と前記撚線導体の中心位置とのずれが０．１０〜０．３０ｍｍである、請求項１又は２に記載の耐屈曲絶縁電線。
4. 前記撚線導体の外径が１．６ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐屈曲絶縁電線。
5. 前記繊維芯は、第１繊維糸と、該第１繊維糸の１．５〜４倍のｄｔｅｘの第２繊維糸とで少なくとも構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐屈曲絶縁電線。
   
   
   

Images