JP5063613B2 - シールド導電体及びシールド導電体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド導電体及びシールド導電体の製造方法に関するものである。

ノンシールド電線を使用した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

（発明が解決しようとする課題）
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、導電体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、シールド導電体における放熱性を向上させることを目的とする。
（課題を解決するための手段）

上記の目的を達成するための手段として、本発明は、複数本の電線と、前記電線の外周に密着し且つ前記電線の外周を一括して包囲するように成形された合成樹脂製の伝熱部材と、前記伝熱部材に対しその外周に密着するように取り付けられた金属製のパイプと、を備え、前記パイプは、複数の割体を筒状に合体させて構成されている。

また、本発明は、シールド導電体の製造方法であって、複数本の電線に対し、その外周に密着し且つ前記複数本の電線を一括して包囲する合成樹脂製の伝熱部材を成形する工程と、前記伝熱部材に対しその外周に密着させて金属製のパイプを取り付ける工程と、複数の割体の側縁に沿って、前記複数の割体を合体させたときに対応する位置に、外側へ張り出す耳部を形成する工程と、前記複数の割体を前記伝熱部材に個別に外嵌する工程と、前記耳部同士を接近させて導通可能に固着することで、前記複数の割体を結合させると共に前記伝熱部材に前記割体を密着させて前記パイプを構成する工程と、を実行する。

本発明によれば、パイプ内における電線との隙間に合成樹脂製の伝熱部材を介在させたので、電線で発生した熱は、伝熱部材に伝達され、伝熱部材からパイプに伝達され、パイプの外周から大気中へ放出される。本発明によれば、伝熱部材を設けずに電線とパイプとの間に空気層が存在しているものと比較すると、放熱性能に優れている。

また、複数本の電線を一括して伝熱部材で包囲したので、伝熱部材の外周形状を簡素化することにより、伝熱部材の外周に対するパイプの形状追従性を向上させ、ひいては、伝熱部材とパイプとの密着性を高めて、放熱効率を向上させることができる。

本発明の実施態様としては、以下の構成が好ましい。
前記複数の割体は、一対の半割体からなるものでもよい。

上記の構成によれば、パイプを一対の半割体によって構成したので、筒状に成形されているパイプに伝熱部材を挿通させる構造のものに比べると、伝熱部材に対するパイプの取付けが容易である。

前記複数の割体には、合体時に対応する側縁に沿って外側へ張り出す耳部が形成されており、前記複数の割体は、前記耳部同士がシーム溶接によって固着されていてもよい。

耳部同士を結合する手段としてスポット溶接を用いた場合は、磁気閉回路の形成領域が溶接された部分に限定されるが、本発明では、シーム溶接によって耳部同士を結合しているので、パイプの全長に亘って磁気閉開路が形成され、高いシールド性能が発揮される。

前記複数の割体は、一対の半割体であり、前記一対の半割体を結合させて前記パイプを構成している。
パイプを一対の半割体によって構成したので、筒状の成形されているパイプに伝熱部材を挿通させる構造のものに比べると、伝熱部材に対するパイプの取付けが容易である。

また、一対の半割体を伝熱部材に外嵌した状態で耳部同士を接近させて固着しているので、半割体、即ちパイプの内周面が伝熱部材の外周面に対して確実に密着する。これにより、伝熱部材の外周からパイプの内周への伝熱効率が向上する。
本発明は、シールド導電体の製造方法であって、複数本の電線に対し、その外周に密着し且つ前記複数本の電線を一括して包囲する合成樹脂製の伝熱部材を成形する工程と、前記伝熱部材に対しその外周に密着させて一対の半割体からなる金属製のパイプを取り付ける工程と、を実行し、前記一対の半割体には、合体時に対応する側縁に沿って外側へ張り出す耳部が形成され、前記一対の半割体は、その半割体を前記伝熱部材に対して個別に外嵌した状態で対応する前記耳部同士が離間する形態とされており、前記一対の半割体を前記伝熱部材に外嵌した状態で離間している前記耳部同士を接近させて導通可能に結合することで前記パイプを構成する工程を実行する。
本発明によれば、パイプ内における電線との隙間に合成樹脂製の伝熱部材を介在させたので、電線で発生した熱は、伝熱部材に伝達され、伝熱部材からパイプに伝達され、パイプの外周から大気中へ放出される。本発明によれば、伝熱部材を設けずに電線とパイプとの間に空気層が存在しているものと比較すると、放熱性能に優れている。
また、複数本の電線を一括して伝熱部材で包囲したので、伝熱部材の外周形状を簡素化することにより、伝熱部材の外周に対するパイプの形状追従性を向上させ、ひいては、伝熱部材とパイプとの密着性を高めて、放熱効率を向上させることができる。
さらに、一対の半割体を伝熱部材に外嵌した状態で離間している耳部同士を接近させて結合しているので、半割体、即ちパイプの内周面が伝熱部材の外周面に対して確実に密着する。これにより、伝熱部材の外周からパイプの内周への伝熱効率が向上する。

本発明によれば、シールド導電体における放熱性を向上させることことができる。

図１は、実施形態１のシールド導電体の断面図である。 図２は、伝熱部材を成形する方法をあらわす断面図である。 図３は、シールド導電体の分解斜視図である。 図４は、シールド導電体の製造途中の状態をあらわす断面図である。 図５は、放熱性能をあらわすグラフである。

符号の説明

Ｗ...シールド導電体
１０...電線
２０...パイプ
２１...半割体
２４...耳部
３０...伝熱部材

＜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４を参照して説明する。本実施形態のシールド導電体Ｗは、例えば電気自動車において走行用の動力源を構成するバッテリ、インバータ、モータなどの装置（図示せず）の間に配索されるものであり、３本のノンシールドタイプの電線１０を、一括シールド機能と電線保護機能を兼ね備えるパイプ２０内に挿通し、電線１０の外周とパイプ２０の内周との隙間に伝熱部材３０を介在させた構成になる。

電線１０は、金属製（例えば、アルミニウム合金や銅合金など）の導体１１の外周を合成樹脂製の絶縁被覆１２で包囲した形態であり、導体１１は、単芯線又は複数本の細線（図示せず）を螺旋状に寄り合わせた撚り線からなる。電線１０の断面形状は導体１１と絶縁被覆１２の双方が真円形とされている。

パイプ２０は、金属製（例えば、アルミニウム合金や銅合金など）であって、空気よりも熱伝導率が高い。パイプ２０の断面形状は、電線１０とは異なり、左右方向に長い長円形をなしている。パイプ２０内には３本の電線１０が挿通され、電線１０の両端部はパイプ２０の外部へ導出された状態に保持されている。パイプ２０内における３本の電線１０は、左右に一列に並ぶように配置されており、隣り合う電線１０は、その絶縁被覆１２の外周同士を線接触状に接触させている。

パイプ２０は、プレス成形された上下一対の半割体２１を筒状に合体させて構成されている。つまり、一対の半割体２１は３本の電線１０の並び方向と直角な方向に合体される。一対の半割体２１は、同一形状のものであって、互いに上下反転した向きとなっている。各半割体２１は、水平な平板部２２と、この平板部２２の左右両側縁から滑らかに四半円弧状に延出する一対の湾曲板部２３とからなる。一対の半割体２１を合体させたときに上下に対応する湾曲板部２３の両側縁には、その側縁に沿って延びる一対の耳部２４が形成されている。耳部２４は、半割体２１の外面から、幅方法（左右方向）外側、即ち湾曲板部２３の側縁から直角方向へ平板状に張り出した形態であって、半割体２１の全長に亘って一定幅で且つ連続して形成されている。

伝熱部材３０は、合成樹脂製であって、横並び配置されている３本の電線１０の外周に密着し且つこの３本の電線１０を一括して包囲するように成形されている。成形の際には、図２に示すように、３本の電線１０を横並びにした状態で後方から成形機５０のキャビティ５１に貫通させるとともに、キャビティ５１内に供給した溶融樹脂を、３本の電線１０の外周に付着させて、キャビティ５１の前端の長円形をなす吐出口５２から３本の電線１０と共に引き出す。これにより、伝熱部材３０が成形されるとともに、３本の電線１０が伝熱部材３０により横並びの配置に保持され、伝熱部材３０と３本の電線１０が一体化された形態の集合導電体４０が製造される。伝熱部材３０（集合導電体４０）の外周形状（電線１０の軸線方向に見た形状）は長円形をなしている。また、伝熱部材３０の厚さ寸法（上下寸法）は、一対の半割体２１を合体させたときの平板部２２の内面間の上下寸法よりも少し大きい寸法とされている。伝熱部材３０の幅寸法は、半割体２１の耳部２４を除いた領域、即ち左右両湾曲板部２３の側縁間の寸法とほぼ同じ寸法とされている。

シールド導電体Ｗを製造する際には、集合導電体４０に対して一対の半割体２１を上下に挟むように外嵌し、平板部２２の内面と湾曲板部２３の内面を伝熱部材３０の外面に密着させる。この状態では、上下に対応する耳部２４の間に隙間が空く。この状態で、この離間している耳部２４を、上下一対のローラ６０の間で挟むことにより密着させるとともに、この両ローラ６０の間に電圧を付与してシーム溶接を行うことにより、耳部２４が面接触状に密着した状態に結合される。左右両側縁部において耳部２４のシーム溶接を行うことにより、一対の半割体２１が合体して全周に亘って連続する長円形断面の筒状をなすように固着され、パイプ２０が構成されるとともに、パイプ２０と集合導電体４０とが一体化され、もって、シールド導電体Ｗが完成する。

従来の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層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。

これに対し、本実施形態のシールド導電体Ｗは、３本の電線１０の外周に密着し且つこの３本の電線１０を一括して包囲するように成形された合成樹脂製の伝熱部材３０を設け、この伝熱部材３０の外周に密着するように金属製のパイプ２０を取り付けた構造となっているので、パイプ２０内における電線１０との隙間には空気よりも熱伝導率の高い合成樹脂製の伝熱部材３０が介在している。したがって、電線１０で発生した熱は、絶縁被覆１２の外周から伝熱部材３０に伝達され、伝熱部材３０内を伝わってその外周面からパイプ２０の内周に伝達され、パイプ２０の外周から大気中へ放出される。このように本実施形態によれば、伝熱部材を設けずに電線とパイプとの間に空気層が存在している従来のものに比べると、電線１０で発生した熱を放出する性能に優れている。

さて、本実施形態のシールド導電体は上記のように放熱効率に優れているのであるが、図５には、本実施形態のシールド導電体と、各電線の軸心が三角形をなす形態で束ねた３本の電線を円形のパイプで一括して包囲して電線とパイプとの間に空気層が存在している形態の従来のシールド導電体との放熱性能を比較した実験結果をグラフで示している。

本実施形態のパイプ２０はステンレス製であって、パイプ２０の外周の長径（図１における左右方向の寸法）は１８．５ｍｍ、パイプ２０の外周の短径（図１における上下方向の寸法）は１０．５ｍｍ、パイプ２０の板厚は１．０ｍｍである。一方、従来のパイプもステンレス製であって、パイプの内径は１３．０ｍｍ、パイプの外径は１５．０ｍｍである。従来のシールド導電体と本実施形態のシールド導電体は電線を共通としており、電線の導体の材料はアルミニウム合金であり、導体の直径は３．２ｍｍ、絶縁被覆の外径は４．８ｍｍである。電線には、導体の温度が飽和状態になるまで（２８００〜３８００秒間）６０Ａの電流を継続して流し、周囲の温度に対する、導体の温度の上昇値を測定した。温度測定点は、電線における導体の外周と絶縁被覆の内周との境界面である。また、従来のシールド導電体と本実施形態のシールド導電体のいずれも、パイプに３．１〜３．３ｍ／ｓｅｃの風を当ててパイプを空冷（風冷）している。

まず、伝熱部材３０を有しない従来のシールド導電体では、図５に破線で示すように、通電時間が約１５００秒を経過しても温度上昇を続け、飽和状態における温度上昇値は約９７℃であった。これに対し、伝熱部材３０を備える本実施形態のシールド導電体では、図５に実線で示すように、約１０００秒を経過したところで温度が概ね飽和状態に達し、このときの温度上昇値は約５１℃に抑えられている。また、通電が行われている間、本発明のシールド導電体の方は、従来のシールド導電体に比べて温度上昇値が常に低い状態を保っており、このことから、飽和状態だけでなく飽和状態に達するまでの間においても、本実施形態のシールド導電体は従来のシールド導電体に比べて放熱性能に優れている、ということが解る。

上記のように放熱性能が向上したことによる効果としては、シールド導電体Ｗの軽量化を図ることが期待できる。即ち、電線１０（導体１１）に所定の電流を流したとき、導体１１の断面積が小さい程、電線１０の発熱量が大きくなるのであるが、本実施形態のように放熱性に優れていれば、電線１０の発熱量が大きくても電線１０の温度上昇を低く抑えることができる。したがって、電気自動車のように電線１０の温度上昇値に上限が定められている環境下では、従来のシールド導電体を放熱性に優れた本実施形態のシールド導電体Ｗに変更することで、電線１０における発熱許容量が相対的に大きくなる。そして、電線１０における発熱許容量が相対的に大きくなる、ということは、電線１０の温度上昇値に上限が定められた環境下において使用可能な導体１１の最小断面積を小さくできることを意味し、導体１１の断面積を小さくすることで、シールド導電体Ｗの軽量化及び小径化が可能となる。

また、本実施形態では、３本の電線１０を一括して伝熱部材３０で包囲したので、伝熱部材３０の外周形状を長円形という凹凸の少ない簡素化された形状とすることにより、伝熱部材３０の外周に対するパイプ２０の形状追従性を向上させ、ひいては、伝熱部材３０とパイプ２０との密着性を高めて、放熱効率を向上させることが実現されている。

また、パイプ２０は、一対の半割体２１を筒状に合体させることによって構成されているので、筒状に成形されているパイプに伝熱部材を挿通させる構造のものに比べると、本実施形態では、伝熱部材３０に対するパイプ２０の取付けが容易となっている。

また、一対の半割体２１を伝熱部材３０に対して個別に外嵌した状態では、対応する耳部２４同士が離間するようにした上で、この離間している耳部２４同士を接近させて導通可能に固着することで、パイプ２０を構成している。離間している耳部２４を固着するのに伴い、一対の半割体２１が接近し、これにともなって一対の半割体２１の内周面が集合導電体４０（伝熱部材３０）の外周面に対して強く押し付けられるので、半割体２１、即ちパイプ２０の内周面が伝熱部材３０の外周面に対して確実に密着する。これにより、伝熱部材３０の外周からパイプ２０の内周への伝熱効率が向上する。

また、離間している耳部２４同士を結合する手段としてスポット溶接を用いた場合は、磁気閉回路の形成領域が溶接された部分に限定されるのであるが、本実施形態では、シーム溶接によって耳部２４同士を導通可能に固着しているので、パイプ２０の全長に亘って磁気閉開路が形成され、高いシールド性能が発揮される。

＜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る。
（１）参考例として、パイプは、伝熱部材の外周形状に合わせて筒状に成形した単一部品であってもよい。この場合、伝熱部材をパイプに挿通し、この状態で、パイプを、プレス加工して、伝熱部材の外周に密着するように塑性変形させればよい。
（２）一対の半割体を伝熱部材に対して個別に外嵌した状態で、対応する耳部同士が当接又は密着するようにしてもよい。
（３）耳部同士を結合する手段としては、スポット溶接による方法や、半割体の側縁同士を半田付けにより結合する方法や、パイプとは別の結合部品を用いて耳部同士を挟むように結合する方法等が適用できる。
（４）伝熱部材及びパイプの断面形状は、楕円形、真円形等、長円形以外の形状としてもよい。
（５）３本の電線の配列は、これらの電線の軸心が正三角形をなすような形であってもよい。
（６）１つの伝熱部材で包囲する電線の本数は、２本又は４本以上であってもよい。
（７）上記実施形態では伝熱部材の内部において隣り合う電線同士が接触するようにしたが、伝熱部材の内部において電線同士が非接触となる配置であってもよい。
（８）上記実施形態では一対の半割体が電線の並び方向と直角な方向に合体される形態であったが、これに限らず、一対の半割体が電線の並び方向と平行な方向に合体される形態であってもよい。
（９）一対の半割体は、互いに異なる形状のものであってもよい。
（１０）パイプは３つ以上の部品を合体させたものであってもよい。
（１１）導体１１及び絶縁被覆１２の断面形状は、楕円形、長円形、長方形等、真円形以外の形状としてもよい。

Claims (7)

1. 複数本の電線と、
   前記電線の外周に密着し且つ前記電線の外周を一括して包囲するように成形された合成樹脂製の伝熱部材と、
   前記伝熱部材に対しその外周に密着するように取り付けられた金属製のパイプと、を備え、
   前記パイプは、複数の割体を筒状に合体させて構成されているシールド導電体。
2. 前記複数の割体は、一対の半割体からなる請求項１に記載のシールド導電体。
3. 前記複数の割体には、合体時に対応する側縁に沿って外側へ張り出す耳部が形成されており、
   前記複数の割体は、前記耳部同士がシーム溶接によって固着されている請求項１又は請求項２に記載のシールド導電体。
4. 複数本の電線に対し、その外周に密着し且つ前記複数本の電線を一括して包囲する合成樹脂製の伝熱部材を成形する工程と、
   前記伝熱部材に対しその外周に密着させて金属製のパイプを取り付ける工程と、
   複数の割体の側縁に沿って、前記複数の割体を合体させたときに対応する位置に、外側へ張り出す耳部を形成する工程と、
   前記複数の割体を前記伝熱部材に個別に外嵌する工程と、
   前記耳部同士を接近させて導通可能に固着することで、前記複数の割体を結合させると共に前記伝熱部材に前記割体を密着させて前記パイプを構成する工程と、を実行するシールド導電体の製造方法。
5. 前記複数の割体は、一対の半割体であり、前記一対の半割体を結合させて前記パイプを構成している請求項４に記載のシールド導電体の製造方法。
6. 前記対応する耳部同士をシーム溶接によって固着する工程を実行する請求項４又は請求項５に記載のシールド導電体の製造方法。
7. シールド導電体の製造方法であって、
   複数本の電線に対し、その外周に密着し且つ前記複数本の電線を一括して包囲する合成樹脂製の伝熱部材を成形する工程と、
   前記伝熱部材に対しその外周に密着させて一対の半割体からなる金属製のパイプを取り付ける工程と、を実行し、
   前記一対の半割体には、合体時に対応する側縁に沿って外側へ張り出す耳部が形成され、前記一対の半割体は、その半割体を前記伝熱部材に対して個別に外嵌した状態で対応する前記耳部同士が離間する形態とされており、
   前記一対の半割体を前記伝熱部材に外嵌した状態で離間している前記耳部同士を接近させて導通可能に結合することで前記パイプを構成する工程を実行するシールド導電体の製造方法。

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