JP6194976B1 - 絶縁電線 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＴ内やＣＶＴ内に配策されてＡＴフルードやＣＶＴフルードによって揺らされた場合でも、電線疲労を抑制可能な絶縁電線を提供する。【解決手段】絶縁電線１は、導体２と、導体２の外周を覆う絶縁体３とを有している。導体２の断面積は、０．４ｍｍ２以下である。絶縁体３は、ＳまたはＦを主鎖に有するポリマーを含み、厚みが０．０５ｍｍ以上である。電線密度は、３．１ｇ／ｃｍ３以上である。絶縁体３の密度は、１．５ｇ／ｃｍ３以上であるとよい。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線に関する。

従来、ＡＴ（Automatic Transmission）内やＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）内に配策される絶縁電線としては、例えば、導体と、導体の外周に押出被覆された絶縁体とを有しており、導体には、ＮｉめっきまたはＮｉ合金めっきが施されており、絶縁体が、繰り返し単位内にスルホニル基を有するスルホニル基含有樹脂を少なくとも含有する樹脂組成物より構成されている絶縁電線が公知である（特許文献１参照）。

特開２０１５−１４１８２０号公報

ＡＴ内やＣＶＴ内は、絶縁電線を配策するためのスペースが狭い。そのため、ＡＴ内やＣＶＴ内に配策される絶縁電線は、細径化が望まれている。しかしながら、実際に使用されている絶縁電線の導体断面積は０．５ｍｍ^２以上である。今後、ワイヤーハーネスにおける回路数の増加に伴い、さらなる絶縁電線の細径化が要求されると考えられる。

ところで、ＡＴ内やＣＶＴ内では、走行中の車両の揺れや振動により、ＡＴフルードやＣＶＴフルードが揺らされ、フルード液面が上下する。また、ＡＴフルードやＣＶＴフルードは、ＡＴ内やＣＶＴ内にて循環されており、これによってもフルード液面が上下する。ＡＴ内やＣＶＴ内に配策される絶縁電線の細径化が進むと、絶縁電線の剛性が低下する。そのため、ＡＴフルードやＣＶＴフルードに浸かった絶縁電線は、フルード液面が上下することによってさらに揺らされやすくなる。その結果、ＡＴ内やＣＶＴ内にて絶縁電線が屈曲され、電線疲労が進みやすくなる。

上記問題を防ぐため、ＡＴ内やＣＶＴ内に絶縁電線を配策する際に、ＡＴフルードやＣＶＴフルードによって絶縁電線が揺らされないように配策することが考えられる。上記配策方法としては、例えば、絶縁電線をＡＴフルードやＣＶＴフルードと接触しないように配置したり、絶縁電線の固定箇所を増やしたりすることなどが挙げられる。しかしながら、このような手法は、絶縁電線の配策経路や配策形態の自由度を制限することになるため、望ましくない。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、ＡＴ内やＣＶＴ内に配策されてＡＴフルードやＣＶＴフルードによって揺らされた場合でも、電線疲労を抑制可能な絶縁電線を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、導体と、該導体の外周を覆う絶縁体と、を有する絶縁電線であって、
上記導体の断面積が０．４ｍｍ^２以下であり、
上記絶縁体は、ＳまたはＦを主鎖に有するポリマーを含み、厚みが０．０５ｍｍ以上であり、
電線密度が３．１ｇ／ｃｍ^３以上である、絶縁電線にある。

上記絶縁電線は、上記特定の構成を有している。そのため、上記絶縁電線は、細径化され、ＡＴ内やＣＶＴ内に配策されてＡＴフルードやＣＶＴフルードによって揺らされた場合でも、電線疲労を抑制することができる。また、上記絶縁電線は、ＡＴ内やＣＶＴ内で高温のＡＴフルードやＣＶＴフルードによって絶縁体が侵され難く、高温耐フルード性に優れる。また、上記絶縁電線は、スパーク試験での絶縁破壊も生じ難い。

実施例１の絶縁電線の断面図である。 実施例１の絶縁電線の変形例を示した断面図である。

上記絶縁電線において、導体の断面積は、０．４ｍｍ^２以下である。導体の断面積が０．４ｍｍ^２を超えると、ワイヤーハーネスにおける回路数の増加に伴う絶縁電線の細径化の要請に対応することができない。導体の断面積は、絶縁電線の細径化を確実なものとする観点から、好ましくは、０．３ｍｍ^２以下、より好ましくは、０．２５ｍｍ^２以下、さらに好ましくは、０．２ｍｍ^２以下、さらにより好ましくは、０．１８ｍｍ^２以下とすることができる。なお、導体の断面積は、自動車用途に好適な許容電流の確保、ハーネス加工時の取扱い性などの観点から、好ましくは、０．０１ｍｍ^２以上、より好ましくは、０．０３ｍｍ^２以上、さらに好ましくは、０．０５ｍｍ^２以上とすることができる。

導体は、単線の金属素線、あるいは、複数本の金属素線より構成することができる。後者の場合、導体は、撚り合わされた複数本の金属素線を有する構成とすることができる。また、導体は、導体断面で見て、外形が円形状の形状を呈することもできる。このような円形状の形状は、導体を、導体径方向で円形圧縮することにより形成することができる。他にも、導体は、金属素線の外形に沿った表面凹凸を有することもできる。導体は、絶縁電線の細径化、外観などの観点から、導体断面で見て、外形が円形状の形状を呈しているとよい。

導体の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などを例示することができる。導体は、高温耐フルード性の向上などの観点から、Ｎｉめっき、Ｎｉ合金めっき等より構成されるめっき層を表面に有することができる。

上記絶縁電線において、絶縁体は、ＳまたはＦを主鎖に有するポリマーを含んでいる。これにより、ＡＴ内やＣＶＴ内で高温のＡＴフルードやＣＶＴフルードによって絶縁体が侵され難くなり、高温耐フルード性に優れた絶縁電線が得られる。

絶縁体は、Ｓを主鎖に有するポリマーを含んでいてもよいし、Ｆを主鎖に有するポリマーを含んでいてもよい。絶縁体は、高温耐フルード性を発揮させやすく、電線密度を確保しやすいなどの観点から、好ましくは、Ｆを主鎖に有するポリマーを含んでいるとよい。

Ｓを主鎖に有するポリマーとしては、具体的には、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリスルホン系樹脂などを例示することができる。ポリスルホン系樹脂としては、具体的には、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。また、Ｆを主鎖に有するポリマーとしては、具体的には、例えば、フッ素樹脂、フッ素ゴム（エラストマー含む）などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。フッ素樹脂としては、具体的には、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。フッ素ゴムとしては、具体的には、例えば、フッ化ビニリデン系ゴム（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン−プロピレンゴム（ＦＥＰＭ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテルゴム（ＦＦＫＭ）などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。

絶縁体は、融点が２００℃以上の樹脂を含む構成とすることができる。この場合には、融点が２００℃以上の樹脂により、絶縁体の耐摩耗性が向上する。そのため、耐摩耗性に優れた絶縁電線が得られる。上記融点は、耐摩耗性向上などの観点から、好ましくは、２５０℃以上、より好ましくは、２７５℃以上、さらに好ましくは、３００℃以上とすることができる。融点が２００℃以上の樹脂としては、具体的には、融点が２００℃以上である、Ｆを主鎖に有する樹脂などを例示することができる。融点が２００℃以上である、Ｆを主鎖に有する樹脂としては、より具体的には、ＥＴＦＥ（融点：２７０℃）、ＰＴＦＥ（融点：３２７℃）、ＰＦＡ（融点：３１０℃）、ＦＥＰ（融点：２６０℃）などのフッ素樹脂を例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。また、融点が２００℃以上である、Ｓを主鎖に有する樹脂としては、より具体的には、ＰＰＳ（融点：２７８℃）などを例示することができる。これは１種または分子量等が異なるグレード違いの２種以上を併用することができる。

絶縁体は、ＳまたはＦを主鎖に有する樹脂以外にも、絶縁電線の絶縁体に通常用いられる各種の添加剤を１種または２種以上含むことができる。添加剤としては、例えば、充填剤、難燃剤、酸化防止剤、老化防止剤、滑剤、可塑剤、銅害防止剤、顔料などを例示することができる。

上記絶縁電線において、絶縁体の厚みは、０．０５ｍｍ以上である。絶縁体の厚みが０．０５ｍｍ未満になると、ＪＡＳＯ Ｄ６１８：２００８に準拠してスパーク試験（印加電圧：３ｋＶ（ｒｍｓ））を実施した際に、絶縁破壊が発生する。そのため、絶縁電線としての使用が困難になる。絶縁体の厚みは、絶縁破壊の抑制などの観点から、好ましくは、０．０７ｍｍ以上、より好ましくは、０．１ｍｍ以上、さらに好ましくは、０．１５ｍｍ以上とすることができる。なお、絶縁体の厚みは、絶縁電線の細径化促進、電線密度の確保などの観点から、好ましくは、０．３５ｍｍ以下、より好ましくは、０．３３ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．３ｍｍ以下とすることができる。

上記絶縁電線において、絶縁体の密度は、１．５ｇ／ｃｍ^３以上とすることができる。この場合には、電線密度を３．１ｇ／ｃｍ^３以上としやすくなる。なお、絶縁体の密度は、絶縁体の質量（ｇ）／絶縁体の体積（ｃｍ^３）より算出される値である。絶縁体の密度は、電線密度を確保しやすくなるなどの観点から、好ましくは、１．５５ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは、１．６ｇ／ｃｍ^３以上、さらに好ましくは、１．６５ｇ／ｃｍ^３以上、さらにより好ましくは、１．７ｇ／ｃｍ^３以上とすることができる。なお、絶縁体の密度は、入手容易性などの観点から、例えば、２．５ｇ／ｃｍ^３以下とすることができる。

上記絶縁電線において、電線密度は、３．１ｇ／ｃｍ^３以上である。電線密度は、細径化された絶縁電線がＡＴ内やＣＶＴ内に配策されてＡＴフルードやＣＶＴフルードによって揺らされた場合における電線疲労と関係のある指標である。

すなわち、絶縁電線がＡＴフルードまたはＣＶＴフルード（以下、単にフルードということがある。）に浸かった場合、絶縁電線は、フルードから浮力を受ける。フルードの密度をρｆ、フルードに浸かった部分の絶縁電線の体積をＶ、重力加速度をｇとすると、浮力Ｆｂは、以下の式１で表される。
Ｆｂ＝ρｆ×Ｖ×ｇ・・・式１
絶縁電線が受ける浮力が大きいほど、フルードの液面の動きによって絶縁電線が揺らされ、電線疲労が進むことになる。絶縁電線は、電線密度に比例した重力を受ける。この重力が大きいほど、浮力の影響が打ち消され、絶縁電線がフルードによって揺らされる度合が小さくなり、電線疲労が生じ難くなる。絶縁電線の電線密度をρｓ、フルードに浸かった部分の絶縁電線の体積をＶ、重力加速度をｇとすると、絶縁電線が受ける重力Ｆは、以下の式２で表される。
Ｆ＝ρｓ×Ｖ×ｇ・・・式２
上記式１、式２より、絶縁電線が受ける重力Ｆとフルードに浸かった絶縁電線が受ける浮力Ｆｂとの比率Ｆ／Ｆｂは、以下の式３で表される。
Ｆ／Ｆｂ＝ρｓ／ρｆ・・・式３
この比率が大きいほど、フルードの液面の動きによる電線疲労への影響が小さくなる。ＡＴフルードおよびＣＶＴフルードの密度は、同等であり一定値であるとみなせる。したがって、電線密度ρｓを選ぶことで、絶縁電線がフルードによって揺らされた場合でも、電線疲労を抑制することが可能となるのである。後述する実験例に示されるように、電線密度ρｓが３．１ｇ／ｃｍ^３以上であると、電線疲労の抑制効果を得ることができる。一方、電線密度ρｓが３．１ｇ／ｃｍ^３未満になると、フルードによって絶縁電線が揺らされやすく、電線疲労を抑制することが困難になる。電線密度ρｓは、フルードによる揺れを少なくする観点から大きいほど好ましい。しかし、電線密度ρｓが過度に大きくなると、ワイヤーハーネスの軽量化の妨げになる。そのため、電線密度ρｓは、好ましくは、８ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは、７．５ｇ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは、７ｇ／ｃｍ^３以下とすることができる。なお、電線密度ρｓは、絶縁電線１ｍ当たりの質量（ｇ）／絶縁電線１ｍ当たりの体積（ｃｍ^３）より算出される値である。

なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。

以下、実施例の絶縁電線について、図面を用いて説明する。

（実施例１）
実施例１の絶縁電線について、図１を用いて説明する。図１に示されるように、本例の絶縁電線１は、導体２と、導体２の外周を覆う絶縁体３とを有している。導体２の断面積は、０．４ｍｍ^２以下である。絶縁体３は、ＳまたはＦを主鎖に有するポリマーを含み、厚みが０．０５ｍｍ以上である。電線密度は、３．１ｇ／ｃｍ^３以上である。

本例では、絶縁体３の密度は、１．５ｇ／ｃｍ^３以上である。絶縁体３は、Ｓを主鎖に有するポリマーとしてのポリスルホン系樹脂、または、Ｆを主鎖に有するポリマーとしてのフッ素樹脂またはフッ素ゴムより構成されている。絶縁電線１は、ＡＴフルードまたはＣＶＴフルードに浸漬した状態で使用されるものである。

なお、導体２は、撚り合わされた複数本の金属素線２０より構成されている。図１では、導体２は、複数本の金属素線２０が撚り合わされて円形圧縮されることにより、外形が円形状の形状を呈している例が示されている。なお、導体２は、図２に例示されるように、円形圧縮されていなくてもよい。

＜実験例＞
以下、実験例を用いてより具体的に説明する。
＜絶縁電線の作製＞
直径０．１５ｍｍの軟銅線を９本撚り合わせた後、円形圧縮することにより、断面積０．１６ｍｍ^２の導体を準備した。同様に、直径０．１３ｍｍの軟銅線を１９本撚り合わせることにより、断面積０．２４ｍｍ^２の導体を準備した。直径０．１６ｍｍの軟銅線を１９本撚り合わせることにより、断面積０．３８ｍｍ^２の導体を準備した。

後述の表１に示される所定の断面積を有する導体の外周に、所定の絶縁体材料を所定の厚み（中心値）にて押し出し被覆することにより、各試料の絶縁電線を作製した。各絶縁電線について、電線重量（ｇ／ｍ）、電線外径（ｍｍ）、電線密度（ｇ／ｃｍ^３）、絶縁体の密度（ｇ／ｃｍ^３）、電線が受ける重力（Ｎ／ｍ）、フルード中での浮力（Ｎ／ｍ）、重量／浮力の比率を求めた。なお、本実験例では、密度０．８５（ｇ／ｃｍ^３）のＡＴフルード（ＡＴＦ）を用いた。

（フルード中での耐電線疲労性）
本実験例では、各絶縁電線が受ける重力と上記フルード中での浮力との比率である重量／浮力の値を、各絶縁電線がＡＴ内やＣＶＴ内に配策された状態における電線疲労の指標として用いた。この重量／浮力の比率が、３．６５以上であった場合を、フルードによって揺らされた場合でも、電線疲労を抑制することができるとして合格とした。重量／浮力の比率が、３．６５未満であった場合を、フルードによって揺らされた場合に、電線疲労を抑制することができないとして不合格とした。

（高温耐フルード性）
ＪＡＳＯ Ｄ６１８：（２００８）に準拠し、各絶縁電線について、上記ＡＴフルードによる耐液性試験を実施した。但し、ＡＴフルードの試験温度は、１６０℃とした。上記耐液性試験に合格したものを高温耐フルード性に優れるとした。上記耐液性試験に不合格であったものを高温耐フルード性がないとした。

（スパーク試験）
ＪＡＳＯ Ｄ６１８：（２００８）に準拠し、各絶縁電線について、スパーク試験（印加電圧：３ｋＶ（ｒｍｓ））を実施した。絶縁破壊が発生しなかった場合を合格、絶縁破壊が発生した場合を不合格とした。

各絶縁電線の構成、評価結果をまとめて表１に示す。

表１によれば、以下のことがわかる。試料１Ｃおよび試料２Ｃの絶縁電線は、電線密度が３．１ｇ／ｃｍ^３未満である。そのため、試料１Ｃおよび試料２Ｃの絶縁電線は、重量／浮力の比率が規定値を下回り、フルード中での耐電線疲労性が悪かった。

試料３Ｃの絶縁電線は、絶縁体がポリプロピレンより構成されており、ＳまたはＦを主鎖に有するポリマーより構成されていない。そのため、試料３Ｃの絶縁電線は、高温のＡＴフルードによって絶縁体が侵され、高温耐フルード性が悪かった。

試料４Ｃの絶縁電線は、絶縁体の厚みが０．０５ｍｍ未満である。そのため、試料４Ｃの絶縁電線は、スパーク試験で絶縁破壊が発生した。

これらに対し、試料１〜４の絶縁電線は、上述した特定の構成を有している。そのため、試料１〜４の絶縁電線は、細径化され、ＡＴ内やＣＶＴ内に配策されてＡＴフルードやＣＶＴフルードによって揺らされた場合でも、電線疲労を抑制することができるといえる。また、試料１〜４の絶縁電線は、ＡＴ内やＣＶＴ内で高温のＡＴフルードやＣＶＴフルードによって絶縁体が侵され難く、高温耐フルード性に優れるといえる。また、試料１〜４の絶縁電線は、スパーク試験での絶縁破壊も生じ難いといえる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。

１ 絶縁電線
２ 導体

Claims (3)

1. 導体と、該導体の外周を覆う絶縁体と、を有する絶縁電線であって、
   上記導体の断面積が０．４ｍｍ^２以下であり、
   上記絶縁体は、ＳまたはＦを主鎖に有するポリマーを含み、厚みが０．０５ｍｍ以上であり、
   電線密度が３．１ｇ／ｃｍ^３以上である、絶縁電線。
2. 上記絶縁体の密度が１．５ｇ／ｃｍ^３以上である、請求項１に記載の絶縁電線。
3. 上記絶縁体は、融点が２００℃以上の樹脂を含む、請求項１または２に記載の絶縁電線。

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