JP6201070B1 - 冷却管内蔵電力線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却管の劣化が抑制され、冷却管の機械的特性を維持することが可能な冷却管内蔵電力線の製造方法を提供する。【解決手段】可撓性を有する樹脂製の冷却管１１と、冷却管１１を囲繞する導電体１２と、導電体１２を囲繞する絶縁体１３と、を有する冷却管内蔵電力線１０の製造方法であって、導電体１２を囲繞した絶縁体１３を加熱する加熱工程を有し、絶縁体１３を加熱する温度が、冷却管１１の融点または熱分解温度よりも低い、冷却管内蔵電力線１０の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却管内蔵電力線の製造方法に関するものである。

従来から、下記特許文献１に示されるような冷却ケーブルが知られている。この冷却ケーブルは、金属製の冷却管と、冷却管を囲繞する導電体と、導電体を囲繞する絶縁体と、この絶縁体を被覆するシースと、を備えている。このように、導電体の内側に冷却管を配置することで、導電体に比較的大きな電流を流しつつ、この電流による導電体の温度上昇を冷却管によって抑えることができる。

実開昭４９−１２３５７９号公報

近年では電気自動車などの普及に伴い、この種の冷却ケーブルが、電気自動車用の給電ケーブルなど、ケーブル全体に可撓性が要求される用途に用いられる場合がある。この場合、ケーブル全体に可撓性を持たせるために、冷却管を樹脂などの比較的柔らかい材質によって形成することが求められる。
ここで、冷却管を比較的柔らかい材質によって形成する場合、特許文献１のように金属によって冷却管を形成する場合と比較して、冷却管の劣化を抑制して可撓性などの機械的特性を維持しながら冷却ケーブルを製造することが容易ではなかった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、冷却管の劣化が抑制され、冷却管の機械的特性を維持することが可能な冷却管内蔵電力線の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る冷却管内蔵電力線の製造方法は、可撓性を有する樹脂製の冷却管と、前記冷却管を囲繞する導電体と、前記導電体を囲繞する絶縁体と、を備える冷却管内蔵電力線の製造方法であって、前記導電体を囲繞した、前記絶縁体となる材料を加熱する加熱工程を有し、前記絶縁体となる前記材料を加熱する温度が、前記冷却管の融点または熱分解温度よりも低い。

上記態様によれば、絶縁体を加熱する加熱工程における温度が、冷却管の融点または熱分解温度よりも低いため、絶縁体に加えられた熱が導電体を介して冷却管に伝わったとしても、この冷却管が溶融または熱分解により分子組成が変化し劣化が進んでしてしまうのを防止することができる。これにより、絶縁体および導電体の内側に冷却管を配置して絶縁体を加熱する工程を行ったとしても、冷却管の劣化が抑制され機械的特性を維持することができる。

また、前記導電体は、複数の導体線が前記冷却管に巻き付けられて形成されてもよい。

この場合、複数の導体線が冷却管に巻き付けられることで導電体が形成されているため、冷却管の周囲に偏りなく導電体を配設することができる。これにより、この導電体を囲繞した絶縁体を加熱する加熱工程において、絶縁体に加えられた熱が導電体を介して均等に冷却管に伝わり、加熱により軟化した冷却管が偏った断面形状に変形してしまうのを抑制することができる。

また、前記導電体は、前記冷却管と略同等の外径を有する６本の導体線が、前記冷却管に巻き付けられて形成されてもよい。

この場合、横断面視において、隣り合う導体線同士が互いに接触することとなる。これにより、冷却管の周囲に導体線を巻き付ける際に、この導体線に張力が作用したとしても、この張力の一部が隣り合う導体線同士によって互いに受け止められる。従って、導体線に作用する張力を起因とした、この導体線が冷却管に押し付けられる力が緩和され、軟化した冷却管が変形してしまうのを抑制することができる。

また、上記態様に係る製造方法は、前記加熱工程の前に、前記導電体の周囲に押さえ巻きテープを巻き付ける工程を有してもよい。

この場合、押さえ巻きテープによって、冷却管に巻き付けられた導体線の姿勢を安定させることができるため、姿勢を安定させるために導体線に作用させる張力を小さくすることができる。これにより、例えば強い張力によって導体線が冷却管に強く押し付けられ、加熱により軟化した冷却管が変形してしまうのを抑制することができる。

また、前記絶縁体はゴム材料により形成され、前記加熱工程における前記ゴム材料の架橋温度が、前記冷却管の融点または熱分解温度より低くてもよい。

この場合、絶縁体が弾性を有するゴム材料により形成されるため、冷却管内蔵電力線が曲げられた際にこの絶縁体が柔軟に弾性変形する。これにより、例えばこの冷却管内蔵電力線を備える給電ケーブルが不使用時に巻かれて収容されることで繰り返し曲げられたとしても、この繰り返しの曲げによって絶縁体が劣化するのを防ぐことができる。

本発明の上記態様によれば、冷却管の劣化が抑制され、機械的特性を維持することが可能な冷却管内蔵電力線の製造方法を提供することができる。

本実施形態の冷却管内蔵電力線を備えた給電ケーブルの構成を示す横断面図である。 図１の給電ケーブルを備えたコネクタ付給電ケーブルの構成を示す縦断面図である。

以下、本実施形態に係る冷却管内蔵電力線を備えた給電ケーブルの構成を、図１、図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、給電ケーブル１は、複数の電力線１０（冷却管内蔵電力線）と、介在物２と、複数の信号線３と、シース４と、を備えている。本実施形態では、給電ケーブル１は電力線１０を２本（偶数個）備えている。
給電ケーブル１は、例えば電気自動車用バッテリーを急速充電可能なＣＨＡｄｅＭＯ規格に準拠した給電ケーブルである。給電ケーブル１の使用時には、例えば２５０Ａ程度の大電流が電力線１０内を流れる。給電ケーブル１の使用時には、シース４の表面に使用者が直接触れる場合があるため、シース４表面の温度を所定の範囲内に抑える必要がある。
また、給電ケーブル１は、不使用時には部分的に巻かれるなどして収容される場合がある。このため、給電ケーブル１全体に、摩擦に対する耐久性、曲げに対する耐久性、および可撓性などが求められる。

ここで本実施形態では、給電ケーブル１の中心軸線Ｏに沿う方向を長手方向という。また、中心軸線Ｏに直交する断面における横断面視において、中心軸線Ｏに直交する方向を径方向といい、中心軸線Ｏ周りに周回する方向を周方向という。

複数の電力線１０および複数の信号線３は、横断面視において、給電ケーブル１の中心軸線Ｏを通る直線に対して線対称な位置に配設されている。複数の信号線３は、横断面視において、中心軸線Ｏを回避した位置に配設されている。各電力線１０および各信号線３は、中心軸線Ｏを中心として撚り合わされた状態でシース４内に収容されている。
シース４は、各電力線１０および各信号線３を、介在物２と一体に被覆している。シース４としては、例えばクロロプレンゴムを用いることができる。

介在物２は、電力線１０および信号線３の周囲に配設されている。介在物２は、電力線１０および信号線３をシース４で被覆する際に、これらの内容物の形を円柱状に整えるために用いられる。また、介在物２は、例えば給電ケーブル１が車体に踏まれるなどした場合に、電力線１０や信号線３が破損しないように保護する緩衝材として機能する。
信号線３は、充電器と電気自動車などの給電対象物（以下、単に給電対象物という）との間の通信に用いられる。その他、コネクタのロック機構の制御、給電時に点灯するＬＥＤの電源線、コネクタが温度センサーを備えている場合はその信号線として用いられる。さらには、信号線３の一部が給電対象物への補助給電線として使用される場合もある。

電力線１０は、冷却管１１と、導電体１２と、絶縁体１３と、押さえ巻きテープ１４と、を有する。複数の電力線１０は、横断面視において、シース４内に間隔をあけて配設されている。複数の電力線１０同士の間には、介在物２が充填されている。
冷却管１１は、電力線１０の中心部に配設されている。冷却管１１には樹脂製の冷却管が用いられ、例えばナイロン１２からなるチューブを用いることができる。ナイロン１２は、耐熱性や絶縁性に優れているため、通電により発熱する導電体１２に接触する冷却管１１の材質として適している。また、ナイロン１２は可撓性や機械強度にも優れているため、可撓性や耐久性が求められる給電ケーブル１内の材質として適している。なお、冷却管１１の材質としてはナイロン１２（融点：１７６℃）の他、例えばシリコーン樹脂（熱分解温度：約５００℃）、フッ素樹脂（融点：３２７℃、熱分解温度：約３９０℃）、ポリウレタン（熱分解温度：９０〜１３０℃）、ポリオレフィン（融点：９０〜１７０℃）などの他の材質を適宜用いてもよい。

冷却管１１の内部には、液体冷媒、エアー、水、油などの冷媒が充填されている。冷却管１１内の冷媒は、不図示の循環装置によって流動する。本実施形態の冷却管１１の寸法は、外径が３．２ｍｍ、内径が１．６ｍｍとなっている。このように内径が小さい冷却管１１内を流動させるため、冷媒としては低粘度のものが適している。また、給電ケーブル１は寒冷地で用いられる場合もあるため、不凍液である冷媒が適している。なお、冷却管１１の寸法および冷媒の性質は上記に限定されず、適宜変更してもよい。

導電体１２は、冷却管１１を囲繞している。導電体１２は、複数の導体線１２ｂが冷却管１１を中心として集合撚りされて形成されている。各導体線１２ｂの外径は、冷却管１１の外径と略同等となっている。本実施形態における導電体１２は、３４本の素線１２ａを束ねて撚った導体線１２ｂを６本、冷却管１１の周囲に螺旋状に巻きつけることで形成されている。これにより、導電体１２は、冷却管１１の周囲に偏りなく配設されている。また、横断面視において隣り合う導体線１２ｂ同士は、互いに接触している。

導体線１２ｂを構成する各素線１２ａとしては、例えばすずメッキ軟銅線を用いることができる。本実施形態における導電体１２には、例えば２５０Ａの直流電流が流れる。なお、冷却管１１の周囲に配設する導体線１２ｂの数や、導体線１２ｂを構成する各素線１２ａの数および材質は適宜変更することができる。

押さえ巻きテープ１４は、導電体１２を覆っている。押さえ巻きテープ１４は、冷却管１１に巻き付けられた各導体線１２ｂの姿勢を安定させている。押さえ巻きテープ１４としては、例えば紙などの薄いシート材を用いることができる。

絶縁体１３は、導電体１２を、押さえ巻きテープ１４とともに被覆（囲繞）している。絶縁体１３の材質としては、ゴム材料および樹脂材料などを用いることができる。ゴム材料としては、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）を用いてもよい。樹脂材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱収縮性チューブなどを用いてもよい。なお、上記した材質以外の材質を適宜用いて絶縁体１３を形成してもよい。

図２は、給電ケーブル１を備えたコネクタ付給電ケーブル３０を、中心軸線Ｏに沿って切断した縦断面図である。図２に示すように、コネクタ付給電ケーブル３０は、給電ケーブル１と、給電ケーブル１の一方の端部に配設された給電コネクタ（以下、単にコネクタ２０という）と、を備えている。コネクタ２０は、給電対象物に接続される。

図２に示すように、２本の電力線１０内の冷却管１１は、給電ケーブル１の一方の端部において、接続管１１ａにより互いに接続されている。接続管１１ａの両端部は、２本の冷却管１１の端部に、それぞれ外嵌されている。これにより、各冷却管１１と接続管１１ａとの接続部がシールされている。
また、給電ケーブル１の他方の端部において、各冷却管１１は、冷媒を循環させる機能を備えた不図示の充電器に接続されている。これにより、各冷却管１１内は冷媒の往路若しくは復路となり、給電ケーブル１内および接続管１１ａ内を冷媒が循環する。なお、図２では給電ケーブル１と先述の充電器との接続部の図示を省略している。

図２に示すように、コネクタ２０は、ケース２１と、複数のコネクタ端子２２と、を備えている。給電ケーブル１の一方の端部は、ケース２１内に収容されている。各電力線１０内の導電体１２はそれぞれ、各コネクタ端子２２と電気的に接続される。各電力線１０内の冷却管１１は、ケース２１内において、前述した接続管１１ａによって互いに接続されている。これにより、冷媒がケース２１内も通過するため、ケース２１の温度上昇も抑制することができる。

図２に示すように、コネクタ２０は、給電対象物が備える接続部４０に接続される。接続部４０は、インレット４１と、複数のインレット端子４２と、を備える。インレット端子４２は、給電対象物のバッテリーなどに電気的に接続されている。コネクタ２０が接続部４０に挿入されると、コネクタ端子２２よびインレット端子４２が電気的に接続される。これにより、充電器が出力した電力が、電力線１０の導電体１２、コネクタ端子２２、およびインレット端子４２を介して給電対象物に入力され、この給電対象物に給電することができる。

給電ケーブル１が給電対象物に接続されて給電が開始されると、２本の導電体１２がそれぞれ発熱する。この導電体１２の内側には冷却管１１が配設されており、冷却管１１内を冷媒が流動するため、導電体１２は内側から冷却される。

次に、以上のように構成された電力線１０および給電ケーブル１の製造方法について説明する。

まず、１本の冷却管１１の周囲に、６本の導体線１２ｂを螺旋状に巻き付ける。これにより、導電体１２が形成される。このとき、冷却管１１の周囲に偏りなく各導体線１２ｂを配置するため、導体線１２ｂには姿勢を保持するための張力が作用する。
次に、冷却管１１に巻き付けられた各導体線１２ｂの周囲に、押さえ巻きテープ１４を巻き付ける。これにより、例えば導体線１２ｂに作用させる張力が小さい場合であっても、冷却管１１に巻き付けられた各導体線１２ｂの姿勢を維持することができる。

次に、冷却管１１、導電体１２、および押さえ巻きテープ１４を、絶縁体１３で被覆する。例えば絶縁体１３としてゴム材料を用いる場合には、各部材１１、１２、１４の周囲に、このゴム材料を円筒状に押出成形し、加熱して架橋する（加熱工程）。このとき、架橋温度は冷却管１１の融点よりも低い温度とする。例えば、冷却管１１としてナイロン１２を用いた場合には、ナイロン１２の融点が約１７６℃であるため、１７６℃よりも低い温度で絶縁体１３を加熱する。以上の工程によって、冷却管１１を内蔵した電力線１０が製造される。

次に、このようにして作成された複数の電力線１０を、介在物２および複数の信号線３とともにシース４内に収容する。この際、複数の電力線１０および複数の信号線３は、互いに撚り合わされた状態にされる。以上の工程により、給電ケーブル１が製造される。
また、この給電ケーブル１の一方の端部において、各冷却管１１の端部同士を接続管１１ａで接続し、コネクタ２０内に収容することで、コネクタ付給電ケーブル３０が製造される。

以上説明したように、本実施形態の給電ケーブル１の製造方法によれば、絶縁体１３を加熱する加熱工程における温度が、冷却管１１の融点よりも低い。これにより、絶縁体１３に加えられた熱が導電体１２を介して冷却管１１に伝わったとしても、この冷却管１１が溶融または熱分解により分子組成が変化して劣化が進み、曲げ、伸び、可撓性等の機械的特性が変化することを防止することができる。また、冷却管１１が溶融または熱分解によって変形してしまうのを防止することができる。従って、絶縁体１３および導電体１２の内側に冷却管１１を配置して絶縁体１３を加熱する工程を行ったとしても、冷却管１１の劣化が抑制され、機械的特性や形状を維持することができる。

また、複数の導体線１２ｂが冷却管１１に巻き付けられることで導電体１２が形成されているため、冷却管１１の周囲に偏りなく導電体１２を配設することができる。これにより、導電体１２の全体を冷却管１１によって均一に冷却することが可能となり、電力線１０内および給電ケーブル１内外の温度むらを確実に抑制することができる。また、このように冷却管１１の周囲に偏りなく導電体１２を配設することで、この導電体１２を囲繞した絶縁体１３を加熱する加熱工程において、絶縁体１３に加えられた熱が導電体１２を介して均等に冷却管１１に伝わるため、加熱により軟化した冷却管１１が偏った断面形状に変形してしまうのを抑制することができる。さらに、冷却管１１の周囲に偏りなく導電体１２を配設することで、絶縁体１３を加熱する加熱工程において導電体１２が偏って熱膨張するのが抑えられ、加熱により軟化した冷却管１１が偏った断面形状に変形してしまうのを抑制することも可能となる。

また、複数の導体線１２ｂを冷却管１１に巻き付けて導電体１２を形成する際、導体線１２ｂの姿勢を維持するために、導体線１２ｂにある程度の張力を作用させる場合がある。また、この張力の一部は、導体線１２ｂを冷却管１１に押し付ける押し付け力として作用する。このため、絶縁体１３を加熱する加熱工程において、熱せられた導体線１２ｂが冷却管１１の外周面に押し付けられることで、この外周面に押し付け跡がつくおそれがある。冷却管１１の外周面に押し付け跡が付くと、冷却管１１と接続管１１ａとの接続部のシール性が低下し、この接続部から冷媒が漏れるおそれがある。そこで、本実施形態のように、加熱工程における温度を冷却管１１の融点よりも低い温度とすることで、このような冷媒の漏れの発生を抑えつつ、上記したように、冷却管１１の周囲に偏りなく導電体１２を配設することが可能となる。

また、冷却管１１と略同等の外径を有する６本の導体線１２ｂが冷却管１１に巻き付けられることで導電体１２が形成されているため、横断面視において、隣り合う導体線１２ｂ同士が互いに接触することとなる。これにより、冷却管１１の周囲に導体線１２ｂを巻き付ける際に、この導体線１２ｂに張力を作用させたとしても、この張力の一部が隣り合う導体線１２ｂ同士によって互いに受け止められることで、導体線１２ｂの冷却管１１への押し付け力を小さくすることができる。従って、加熱工程において熱せられた導体線１２ｂが冷却管１１に押し付けられたとしても、軟化した冷却管１１が変形したり、冷却管１１の外周面に導体線１２ｂの押し付け跡がついたりするのを抑止することができる。

また、加熱工程の前に、押さえ巻きテープ１４を導体線１２ｂの周囲に巻き付けることで、導体線１２ｂに作用させる張力を小さくしたとしても、導体線１２ｂの姿勢を安定させることができる。これにより、導体線１２ｂに作用する大きな張力によって導体線１２ｂが冷却管１１に強く押し付けられ、加熱により軟化した冷却管１１が変形したり、冷却管１１の外周面に導体線１２ｂの押し付け跡がついたりするのを抑止することができる。

また、絶縁体１３が弾性を有するゴム材料により形成されるため、電力線１０が曲げられた際に、この絶縁体１３が柔軟に弾性変形する。これにより、例えば給電ケーブル１が不使用時に巻かれて収容されることで繰り返し曲げられたとしても、この繰り返しの曲げによって絶縁体１３が劣化するのを防ぐことができる。

以下、具体的な実施例によって、上記実施形態を説明する。なお、以下の実施例は本発明を限定するものではない。

冷却管１１として、外径が４．０ｍｍ、内径が２．５ｍｍのナイロン１２（融点は１７６℃）のチューブを用いた。導電体１２として、すずメッキ軟銅線からなる素線１２ａを集合撚りした導体線１２ｂを１０本、冷却管１１を中心として集合撚りさせたものを用いた。各導体線１２ｂを構成する素線１２ａの数は２１本であり、各素線１２ａの直径はφ０．３１ｍｍである。絶縁体１３として、ＥＰゴムを用いた。冷却管１１および導電体１２の周囲に、絶縁体１３となるＥＰゴムを円筒状に押し出し成形した後、このＥＰゴムを１５０℃の蒸気で加硫した。すなわち、加熱工程における温度（架橋温度）を、冷却管１１の融点である１７６℃よりも低い１５０℃とした。以上の条件では、冷却管１１を所望の形状に維持したまま、電力線１０内に配置することができた。これに対して、架橋温度を２００℃とすると、冷媒の流通が阻害される程度の冷却管１１の変形が確認された。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態では、絶縁体１３としてゴム材料を用いる場合について説明したが、これに限らず、樹脂などを用いて絶縁体１３を形成してもよい。例えば熱収縮性チューブを絶縁体１３として用いた場合には、この熱収縮性チューブを加熱する際の温度を冷却管１１の融点以下とすることで、上記した作用効果を得ることができる。また、その他の材質を用いて絶縁体１３を形成する場合も同様である。

また、前記実施形態では、冷却管１１の材質としてナイロン１２を用いる場合について説明したが、他の材質を適宜用いて冷却管１１を形成してもよい。また、温度が上昇した際に、溶融する前に熱分解する材質を用いて冷却管１１を形成する場合には、加熱工程における温度（または架橋温度）を冷却管１１の熱分解温度以下とすることで、上記した作用効果を得ることができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…給電ケーブル ２…介在物 ３…信号線 ４…シース １０…冷却管内蔵電力線 １１…冷却管 １２…導電体 １２ａ…素線 １２ｂ…導体線 １３…絶縁体 １４…押さえ巻きテープ ２０…コネクタ ３０…コネクタ付給電ケーブル

Claims (5)

1. 可撓性を有する樹脂製の冷却管と、前記冷却管を囲繞する導電体と、前記導電体を囲繞する絶縁体と、を備える冷却管内蔵電力線の製造方法であって、
   前記導電体を囲繞した、前記絶縁体となる材料を加熱する加熱工程を有し、
   前記絶縁体となる前記材料を加熱する温度が、前記冷却管の融点または熱分解温度よりも低い、冷却管内蔵電力線の製造方法。
2. 前記導電体は、複数の導体線が前記冷却管に巻き付けられて形成される、請求項１に記載の冷却管内蔵電力線の製造方法。
3. 前記導電体は、前記冷却管と略同等の外径を有する６本の導体線が、前記冷却管に巻き付けられて形成される、請求項２に記載の冷却管内蔵電力線の製造方法。
4. 前記加熱工程の前に、前記導電体の周囲に押さえ巻きテープを巻き付ける工程を有する、請求項２または３に記載の冷却管内蔵電力線の製造方法。
5. 前記絶縁体はゴム材料により形成され、
   前記加熱工程における前記ゴム材料の架橋温度が、前記冷却管の融点または熱分解温度よりも低い、請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却管内蔵電力線の製造方法。

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