JP7084169B2

JP7084169B2 - 絶縁電線及びワイヤーハーネス

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Publication number: JP7084169B2
Application number: JP2018047862A
Authority: JP
Inventors: 聡子本江; 宏樹近藤
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: JP2019160677A

Description

本発明は、絶縁電線及びワイヤーハーネスに関する。

従来、ＥＶ自動車の増加等の理由から大電流が流れる絶縁電線が増加しつつある。しかし、絶縁電線は大電流が流されると発熱してしまい、許容電流値が低下してしまう。このため、電線の放熱対策が必要となっている。

そこで、冷媒を備えた循環経路を電線被覆に沿わせたもの（例えば特許文献１，２参照）や、電線を収納するシース内の空隙部分に炭素繊維やシリコン系材料を充填したもの（例えば特許文献３参照）が提案されている。

しかし、特許文献１～３に記載の電線では、循環経路を電線被覆に沿わせたり、炭素繊維やシリコン系材料を充填したりすることから、電線径の過度な増大を招いてしまうこととなる。

そこで、絶縁電線の周囲に金属メッキが施された炭素繊維を電線長手方向に沿わせた複数回路ケーブルが提案されている（例えば特許文献４参照）。この複数回路ケーブルは、第１の信号又は電力を伝送する内側伝送体と、内側伝送体の外周を覆う内側絶縁体と、内側絶縁体の外側に配置され、第２の信号又は電力を伝送する外側伝送体と、外側伝送体の外周を覆う外側絶縁体とを備えている。外側伝送体は、導電性を有する複数本の導電性繊維によって構成されている。導電性繊維には、金属メッキが施された炭素繊維が採用可能である。

このような複数回路ケーブルは、外側伝送体が第２の信号又は電力を伝送するものであるものの、内側伝送体での発熱時には炭素繊維と金属メッキとによって好適に放熱することができる。詳細に説明すると、炭素繊維は繊維長手方向に熱伝導率が高く繊維径方向に低い傾向がある。しかし、炭素繊維に金属メッキを施すことで繊維径方向にも好適に熱伝達することができる。よって、上記複数回路ケーブルは、繊維長手方向にも繊維径方向にも熱伝達させて好適な放熱を行い得るものとなっている。

特開平１０－１０６３６２号公報特開昭５９－５６３１１号公報特開２０１２－１４６５４２号公報特開２０１６－１２４９６号公報

しかし、特許文献４に記載のケーブルは、金属メッキされた炭素繊維が電線（内側伝送体及び内側絶縁体）の長手方向に沿って配列している関係上、電線に対して緩やかに接触しているに過ぎず、金属メッキされた炭素繊維と電線とに隙間が生じやすくなる。金属メッキされた炭素繊維と電線とに隙間が生じた場合には、電線からの熱が金属メッキされた炭素繊維側に伝わり難くなって放熱性が低下してしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電線径の過度の増大を抑えると共に、放熱性の向上を図ることが可能な絶縁電線及びワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明の絶縁電線は、導電性の導体部と、導体部上に被覆される絶縁性の被覆部と、被覆部の周囲に巻かれ、金属メッキが施された炭素繊維を有する繊維層と、を備えている。繊維層は、被覆部に対する巻き付け圧力が０．６ＭＰａ以上とされている。

本発明によれば、金属メッキが施された炭素繊維を有する繊維層が被覆部に対して０．６ＭＰａ以上で巻かれているため、循環経路を沿わせたり炭素繊維やシリコン系材料を充填したりすることがなく、且つ、繊維層を被覆部に対して好適に接触させることとなり、両者間の隙間の発生頻度を少なくすることとなる。従って、電線径の過度の増大を抑えると共に、放熱性の向上を図ることが可能な絶縁電線及びワイヤーハーネスを提供することができる。

本発明の実施形態に係る絶縁電線を含むワイヤーハーネスを示す構成図である。図１に示した絶縁電線を示す構造図である。図１に示した絶縁電線の変形例を示す構造図である。実施例１，２及び比較例１，２に係る絶縁電線の実験結果を示す図表である。実施例３～６及び比較例２，３に係る絶縁電線の実験結果を示す図表である。図１に示した絶縁電線の第２変形例を示す構成図である。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本発明の実施形態に係る絶縁電線を含むワイヤーハーネスを示す構成図である。図１に示すように、ワイヤーハーネスＷＨは、以下に詳細に説明する絶縁電線１と、他の電線１００とを備えて構成されている。

絶縁電線１は、放熱性に優れる構成となっており、他の電線１００については、導電性の導体部と、導体部上に被覆される絶縁性の被覆部とを有するものであって、絶縁電線１と同様の放熱構造（後述の繊維層３０）を有しない構成となっている。これらの絶縁電線１及び他の電線１００は互いに隣接して接触状態となっている。絶縁電線１及び他の電線１００には、例えば、端子（図示せず）が圧着等されたうえで端子がコネクタＣに収容されてワイヤーハーネスＷＨが構成されている。なお、絶縁電線１と他の電線１００とは、コルゲートチューブ（図示せず）等の外装部材が取り付けられたり、他の部材を備えていたりしてもよい。また、ワイヤーハーネスＷＨにはコネクタＣが必須ではない。

図２は、図１に示した絶縁電線１を示す構造図である。図２に示すように、絶縁電線１は、導体部１０と、被覆部２０と、繊維層３０とを備えて構成されている。

導体部１０は、例えば軟銅線、銀メッキ軟銅線、錫メッキ軟銅線、及び錫メッキ銅合金線等の導電性金属によって構成されている。なお、本実施形態において導体部１０は１本の金属線によって構成されているが、これに限らず、例えば複数本の撚線によって構成されていてもよい。

被覆部２０は、導体部１０上に被覆される部材であって、例えばＰＶＣ（Polyvinyl Chloride）、ＰＥ（Polyethylene）又はＰＰ（Polypropylene）等の絶縁性部材によって構成されている。

繊維層３０は、被覆部２０の表面の全域を覆うように巻かれる部材であって、金属メッキが施された炭素繊維によって構成されている。この繊維層３０は、被覆部２０を介して導体部１０の熱を受領すると共に受領した熱を外部に放出するものとして機能する。

ここで、メッキされる金属は、炭素繊維の繊維径方向への熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するものであり、本実施形態においては銅が採用されている。本実施形態において炭素繊維の径は例えば５μｍ以上７μｍ以下である。なお、メッキは異なる金属によって２層以上に施されるようになっていてもよい。

また、本実施形態において繊維層３０は、被覆部２０に対して０．６ＭＰａ以上で巻き付けられている。このため、繊維層３０は被覆部２０に対して比較的隙間が少ない状態で巻き付けられていることとなり、導体部１０からの熱を好適に受領することができる。

また、繊維層３０は、被覆部２０に対して２．５ＭＰａ以上で巻き付けられていることが好ましい。２．５ＭＰａ以上で巻き付けられている場合には、炭素繊維が被覆部２０に食い込むように巻き付けられることとなり、より一層導体部１０からの熱を好適に受領することができるからである。

さらに、繊維層３０は、金属メッキが施された炭素繊維束が被覆部２０に螺旋状に巻かれて形成されていることが好ましい。金属メッキが施された炭素繊維束が螺旋巻きされる場合には、繊維層３０を被覆部２０に締め付けるように巻き付け易くなり、被覆部２０に対する巻き付け圧力を０．６ＭＰａ以上にし易くすることができるからである。

なお、繊維層３０は金属メッキが施された炭素繊維束が螺旋巻きされて形成される場合に限らず、例えば金属メッキが施された炭素繊維がシート状とされシートが縦添えされて形成されていてもよい。

図３は、図１に示した絶縁電線１の変形例を示す構造図である。図３に示すように、繊維層３０は、被覆部２０の表面の全域を覆うように巻かれる場合に限らず、被覆部２０の長手方向に隙間Ｓを有した状態で螺旋状に巻かれていてもよい。この場合において、繊維層３０の隙間Ｓから露出する被覆部２０の表面積の割合は、被覆部２０の全体表面積に対して５０％以下とされることが好ましい。

次に、図４及び図５を参照して、実施例及び比較例を説明する。図４は、実施例１，２及び比較例１，２に係る絶縁電線の実験結果を示す図表である。

実施例１に係る絶縁電線は、導体部として純銅を用い、被覆部としてＰＶＣを用いた。繊維層には銅メッキが施された炭素繊維束を用い、これを被覆部に対して螺旋状に隙間なく巻き付けて繊維層を形成した。なお、被覆部と繊維層との間には０．６ＭＰａで反応する感圧紙を配置し、感圧紙が反応するように銅メッキが施された炭素繊維束を巻き付けた。すなわち、巻き付け圧力を０．６ＭＰａ以上とした。

実施例２に係る絶縁電線については、被覆部と繊維層との間には２．５ＭＰａで反応する感圧紙を配置し、感圧紙が反応するように銅メッキが施された炭素繊維束を巻き付けた。すなわち、巻き付け圧力を２．５ＭＰａ以上とした。他については実施例１と同じとした。

比較例１に係る絶縁電線については、被覆部と繊維層との間には０．２ＭＰａで反応する感圧紙を配置し、感圧紙が反応しないように銅メッキが施された炭素繊維束を巻き付けた。すなわち、巻き付け圧力を０．２ＭＰａ未満とした。他については実施例１と同じとした。

比較例２に係る絶縁電線については特許文献４に記載の複数回路ケーブルであって、純銅により構成される内部伝送体上に、ＰＶＣにより構成される内部絶縁体を設けた。内部絶縁体上には、銅メッキが施された炭素繊維束を引き揃えて（すなわち内部絶縁体の長手方向に沿って）配置すると共に、銅メッキが施された炭素繊維束上にシースを設けた。

このような実施例１，２及び比較例１，２に係る絶縁電線に対して３Ａの電流を１分間だけ流したときの導体部（内部伝送体）の温度と繊維層（銅メッキされた炭素繊維）の温度とを測定した。

実施例１において導体部の温度は３４．１℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は３１．７℃となった。実施例２において導体部の温度は３２．４℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は２９．１℃となった。比較例１において導体部の温度は４２．５℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は３９．４℃となった。比較例２において導体部（内部伝送体）の温度は４０．８℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は３５．４℃となった。

このため、実施例１，２のように、巻き付け圧力が０．６ＭＰａ以上であると比較例２（特許文献４に記載の複数回路ケーブル）よりも導体部の温度を下げることができ、高い放熱性を得られることがわかった。特に、実施例２のように巻き付け圧力が２．５ＭＰａ以上であると、更に高い放熱性が得られることがわかった。一方、比較例１のように、巻き付け圧力が０．２ＭＰａ未満であると、比較例２よりも放熱性が低下することがわかった。

図５は、実施例３～６及び比較例２，３に係る絶縁電線の実験結果を示す図表である。

実施例３に係る絶縁電線は、導体部として純銅を用い、被覆部としてＰＶＣを用いた。繊維層には銅メッキが施された炭素繊維束を用い、これを被覆部に対して螺旋状に隙間なく巻き付けて繊維層を形成した。巻き付け圧力を０．６ＭＰａとした。

実施例４に係る絶縁電線は、被覆部の露出面積の割合（被覆部の表面積全体に対する割合）が３０％となるように、銅メッキが施された炭素繊維束を螺旋状に巻き付けて繊維層を形成した。他については実施例３と同じとした。

実施例５に係る絶縁電線は、被覆部の露出面積の割合が５０％となるように、銅メッキが施された炭素繊維束を螺旋状に巻き付けて繊維層を形成した。他については実施例３と同じとした。

実施例６に係る絶縁電線は、被覆部の露出面積の割合が７０％となるように、銅メッキが施された炭素繊維束を螺旋状に巻き付けて繊維層を形成した。他については実施例３と同じとした。

比較例２に係る絶縁電線は、図４に示したものと同じである。

比較例３に係る絶縁電線は、繊維層を設けないものとし、他を実施例３と同じとした。

このような実施例３～６及び比較例２，３に係る絶縁電線に対して３Ａの電流を１分間だけ流したときの導体部の温度と繊維層（銅メッキされた炭素繊維）の温度（但し比較例３については被覆部の表面温度）とを測定した。

実施例３において導体部の温度は３１．７℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は２８．３℃となった。実施例４において導体部の温度は３４．８℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は２８．７℃となった。実施例５において導体部の温度は３７．４℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は３２．８℃となった。実施例６において導体部の温度は４６．３℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度は４１．５℃となった。

比較例２においては上記したように、導体部（内部伝送体）の温度が４０．８℃となり、銅メッキされた炭素繊維の温度が３５．４℃となった。比較例３において導体部の温度は５２．５℃となり、被覆部の表面温度は３７．４℃となった。

このため、実施例３～６に係る絶縁電線は、比較例３に係る絶縁電線よりも導体部の温度を下げることができ、放熱性が向上することがわかった。特に、実施例３～５のように、露出面積割合を５０％以下とすると、比較例２よりも導体部の温度を下げることができ、高い放熱性が得られることがわかった。

なお、実施例６については、比較例２よりも導体部の温度が高くなっている。しかし、比較例２については被覆部の全域を覆うように銅メッキされた炭素繊維が配置されており、実施例６は３０％しか覆っておらず、同じ割合で覆った場合には実施例６の放熱性が比較例２よりも優れていることも確認できた（図示せず）。

このようにして、本実施形態に係る絶縁電線１によれば、金属メッキが施された炭素繊維を有する繊維層３０が被覆部２０に対して０．６ＭＰａ以上で巻かれているため、循環経路を沿わせたり炭素繊維やシリコン系材料を充填したりすることがなく、且つ、繊維層３０を被覆部２０に対して好適に接触させることとなり、両者間の隙間の発生頻度を少なくすることとなる。従って、電線径の過度の増大を抑えると共に、放熱性の向上を図ることが可能な絶縁電線１を提供することができる。

また、繊維層３０は、金属メッキが施された炭素繊維が、被覆部２０の周囲に螺旋状に巻かれて形成されているため、繊維層３０を被覆部２０に締め付けるように巻き付け易くなり、被覆部２０に対する巻き付け圧力を０．６ＭＰａ以上にし易くすることができる。

また、金属メッキが施された炭素繊維が、被覆部２０の長手方向に隙間Ｓを有した状態で螺旋状に巻かれ、繊維層３０の隙間Ｓから露出する被覆部２０の表面積の割合は、被覆部２０の全体表面積に対して５０％以下とされている。このため、所定以上の放熱性を確保することができる絶縁電線１を提供することができる。

さらに、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨによれば、上記絶縁電線１と他の電線１００とを備えるため、絶縁電線１の放熱性を利用して他の電線１００の放熱を行うことも可能となり、ワイヤーハーネスＷＨの全体の放熱性の向上を図ることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、周知及び公知の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態において繊維層３０は外気に曝される構造となっているが、これに限らず、例えば繊維層３０の熱を他の部材に逃がすための金属線等が更に設けられて、他の部材から積極的な放熱を行うようになっていてもよい。更には金属線等を備えることなく、繊維層３０を他の部材に接触させて他の部材から積極的な放熱を行うようになっていてもよい。

さらに、上記実施形態において繊維層３０は、金属メッキされた炭素繊維の１束を被覆部２０上に螺旋状に巻き付けて構成することを想定したが、これに限らず、２束以上を巻き付けて構成してもよい。

加えて、絶縁電線１は図６に示すように構成されていてもよい。図６は、図１に示した絶縁電線１の第２変形例を示す構成図である。図６に示すように、繊維層３０は、複数の導体部１０のそれぞれを被覆する複数の被覆部２０に対して一括して巻き付けられている。すなわち、繊維層３０は複数本の電線に跨るようにして巻き付けられるものであってもよい。さらに、図６では、２本の電線に対して一括して巻き付けられているが、これに限らず、３本以上に一括して巻き付けられていてもよい。

１：絶縁電線
１０：導体部
２０：被覆部
３０：繊維層
１００：他の電線
ＷＨ：ワイヤーハーネス

Claims

導電性の導体部と、
前記導体部上に被覆される絶縁性の被覆部と、
前記被覆部の周囲に巻かれ、金属メッキが施された炭素繊維を有する繊維層と、を備え、
前記繊維層は、前記被覆部に対する巻き付け圧力が０．６ＭＰａ以上とされている
ことを特徴とする絶縁電線。
前記繊維層は、金属メッキが施された炭素繊維が、前記被覆部の周囲に螺旋状に巻かれて形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
前記繊維層は、金属メッキが施された炭素繊維が、前記被覆部の長手方向に隙間を有した状態で螺旋状に巻かれ、
前記繊維層の隙間から露出する前記被覆部の表面積の割合は、前記被覆部の全体表面積に対して５０％以下とされている
ことを特徴とする請求項２に記載の絶縁電線。
前記繊維層は、複数の前記導体部のそれぞれを被覆する複数の前記被覆部に対して一括して巻き付けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁電線。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の絶縁電線と、
導電性の導体部と、前記導体部上に被覆される絶縁性の被覆部とを有し、前記繊維層を有しない他の電線と、
を備えることを特徴とするワイヤーハーネス。