JP7298621B2 - ワイヤーハーネスの固定構造 - Google Patents

Description

本発明はワイヤーハーネスに関する。
本出願は、２０１８年９月２８日出願の日本出願第２０１８－１８４７１９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

最近の車の傾向は、次世代の車が楽しく且つ魅力的であるとともに高水準の安全性及び快適性の要求に応えなければならないことを示している。しかし、技術の観点から高効率の車を造ることは、主として電気デバイス及びワイヤーハーネスが占めるスペースが増大することに起因して、車両内部のより快適な空間について考えることの妨げとなっている。

ワイヤーハーネスは、通常、周囲環境及び振動による影響を低減させるために、テーピング又は保護材（保護シート）によって全ての電線ができるだけコンパクトな形状にまとめられている（例えば、特許文献１参照）。かかるワイヤーハーネスは、例えばクリップ部材又はバンドクリップ部材により車体の被取付部に固定される（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１５－０７２７９８号公報 特開２０１６－３４２３０号公報

車体への配置又は取付けに際し、ワイヤーハーネスはできるだけ小さなスペースを占めるように設計されるが、その長さと形状のために、依然としてかさばっており、また、前記クリップ部材等を介して車体の被取付部に固定されることから、省スペース化には限界があった。また、通電による電線の温度上昇を一定の範囲内に収めることを考慮すると、現状の電線のサイズ（断面積）を小さくすることは難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、省スペース化を図ることができるワイヤーハーネスを提供することを目的としている。

本発明の一態様に係るワイヤーハーネスは、線状の導体及び当該導体を被覆する絶縁層を有する電線と、前記電線を金属部材に固定するための放熱部とを備えている。

上記発明によれば、省スペース化を図ることができる。

本発明のワイヤーハーネスの一実施形態の断面説明図である。 本発明のワイヤーハーネスの他の実施形態の断面説明図である。 本発明のワイヤーハーネスの配置例を示す平面説明図である。 本発明のワイヤーハーネスの配置例を示す平面説明図である。 本発明のワイヤーハーネスの更に他の実施形態の断面説明図である。 本発明のワイヤーハーネスの他の実施形態の断面説明図である。 本発明のワイヤーハーネスの更に他の実施形態の断面説明図である。

〔本発明の実施形態の説明〕
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係るワイヤーハーネスは、
（１）線状の導体及び当該導体を被覆する絶縁層を有する電線と、前記電線を金属部材に固定するための放熱部とを備えている。

本態様に係るワイヤーハーネスは、絶縁層に被覆された導体からなる電線が、放熱部により金属部材に固定されている。これにより、導体を電流が流れることで発生する熱は、放熱部を通って車体の一部であるドアトリム、補強バー、屋根材等の金属部材に伝達される。換言すれば、電線と車体の金属部材とを放熱部を介して接触させることで、通電により発生する熱を金属部材中に分散させることができる。その結果、通電による電線の温度上昇を一定の範囲内に収める観点から規定される導体の断面積を従来のものに比べて小さくすることができる。また、従来のグリップ部材等の補助具を用いることなく、電線を放熱部を介して車体の一部である金属部材に固定する構成であるので、ワイヤーハーネスの車体内部における占有スペースを小さくすることができる。

（２）上記（１）のワイヤーハーネスにおいて、前記放熱部は、前記電線の軸方向に沿って連続又は非連続に設けられた帯体を含むものとすることができる。放熱部が、電線の軸方向に沿って連続に設けられる帯体を含む場合、導体に通電することで発生する熱を効率よく金属部材に分散させることができる。また、放熱部が、電線の軸方向に沿って非連続に設けられる帯体を含む場合、電線の一部を、放熱部を介して金属部材に固定されていない非拘束部分とすることで、電線と金属部材との熱膨張の差によって電線に繰り返し応力が作用して当該電線が損傷することを抑制することができる。

（３）上記（１）又は（２）のワイヤーハーネスにおいて、前記放熱部を、ホットメルト接着剤を含むものとすることができる。この場合、ホットメルト接着剤により簡単に電線を車体の金属部材に固定することができる。

（４）上記（３）のワイヤーハーネスにおいて、前記ホットメルト接着剤を、ポリエステル系の接着剤とすることができる。この場合、ポリエステル系の接着剤により簡単に電線を車体の金属部材に固定することができる。

（５）上記（３）又は（４）のワイヤーハーネスにおいて、前記ホットメルト接着剤は、熱伝導性フィラーを含有していることが望ましい。この場合、熱伝導性フィラーを含有したホットメルト接着剤により電線を車体の金属部材に固定することで、通電により発生する熱を金属部材に効率よく分散させることができる。

（６）上記（１）のワイヤーハーネスにおいて、前記放熱部を、リベットとすることができる。この場合、電線に通電することで発生する熱を金属製のリベットを介して車体の金属部材に分散させることができる。

（７）上記（１）又は（２）のワイヤーハーネスにおいて、前記放熱部を、超音波溶着部とすることができる。この場合、電線を金属部材に超音波溶着することで当該電線を金属部材に固定することができる。

（８）上記（１）又は（２）のワイヤーハーネスにおいて、前記放熱部は、粘着剤を含むものとすることができる。この場合、粘着剤により簡単に電線を車体の金属部材に固定することができる。

（９）上記（８）のワイヤーハーネスにおいて、前記粘着剤は、熱伝導性フィラーを含有していることが望ましい。この場合、熱伝導性フィラーを含有した粘着剤により電線を車体の金属部材に固定することで、通電により発生する熱を金属部材に効率よく分散させることができる。

（１０）上記（１）～（９）のワイヤーハーネスにおいて、前記導体は、電線の許容電流に基づいてＪＡＳＯ Ｄ６０９に規定された式を用いて推定される当該電線の導体の断面積よりも小さい断面積を有するものとすることができる。この場合、導体の断面積を小さくすることで当該導体を含むワイヤーハーネスの占有スペースを従来のものよりも小さくすることができる。

〔本発明の実施形態の詳細〕
以下、本発明のワイヤーハーネスを詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明の一実施形態に係るワイヤーハーネス１の断面説明図である。ワイヤーハーネス１は、電線２と、放熱部としてのホットメルト接着剤層３とを備えている。電線２は、横断面が円形の線状の導体４及び当該導体４を被覆する絶縁層５を有している。

導体４は、銅、鉄、アルミニウム等の金属で作製され、通信用又は電力供給用として用いられる。絶縁層５は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂、合成ゴム等で作製することができる。

ホットメルト接着剤層３は、ワイヤーハーネス１が配置又は固定される、車体の一部であるドアトリム、補強バー、屋根材等の金属部材６の表面上に直接設けられている。換言すれば、ホットメルト接着剤層３は金属部材６の表面と直接に接触している。ホットメルト接着剤層３を構成するホットメルト接着剤としては、例えばポリエステル系の接着剤、オレフィン系の接着剤を用いることができる。このうち、絶縁層中の可塑剤による劣化を抑えるという点からは、ホットメルト接着剤として、ポリエステル系の接着剤を用いることが望ましい。電線２は、金属部材６の表面に設けられたホットメルト接着剤層３によって金属部材６に固定されている。

電線２は、金属部材６上に直接設けられたホットメルト接着剤層３により当該金属部材６に固定されているので、導体４を電流が流れることで発生する熱は、ホットメルト接着剤層３を通って金属部材６に伝達される。換言すれば、通電によって導体４に発生する熱をホットメルト接着剤層３を介して金属部材６中に分散させることができる。その結果、通電による温度上昇を一定の範囲内に収める観点から規定される導体４の断面積を従来のものに比べて小さくすることができる。すなわち、電線２を従来のものよりも細くして、ワイヤーハーネス１が占めるスペースを小さくすることができる。

電線２の導体４の許容電流は、ＪＡＳＯ Ｄ６０９に規定された以下の式（１）を用いて算出することができる。
Ｉ^２ｒ＝（Ｔ_１－Ｔ_２）／Ｒ ・・・・・・（１）
式（１）において、Ｉは許容電流、ｒは導体抵抗、Ｔ_１は導体温度限界点、Ｔ_２は周囲温度、Ｒは熱抵抗である。また、Ｒ＝Ｒ_１＋Ｒ_２であり、Ｒ_１は絶縁体の熱抵抗、Ｒ_２は表面熱抵抗であり、それぞれ以下の式（２）～（３）で算出することができる。
Ｒ_１＝（Ｐ_１／２π）ｌｎ（ｄ_２／ｄ_１） ・・・・・・（２）
Ｒ_２＝１０Ｐ_２／πｄ_２ ・・・・・・（３）
式（２）において、Ｐ_１は絶縁体の固有熱抵抗であり、例えばポリ塩化ビニルの場合、Ｐ_１＝６００℃／Ｗ／ｃｍ^３である。また、ｄ_１は導体の外径であり、ｄ_２は絶縁体の外径である。
また、式（３）において、Ｐ_２は電線の固有表面熱抵抗であり、ｄ_２≦１２．５ｍｍでは、Ｐ_２＝３００＋３２ｄ２，ｄ_２＞１２．５ｍｍでは、Ｐ_２＝７００である。

周囲温度Ｔ_２を例えば４０℃とし、絶縁層の厚さ{（ｄ２－ｄ１）／２}、導体に流れる電流値及び当該導体が耐えうる温度である導体温度限界点を適宜設定すれば、ｒ、Ｐ_１、Ｐ_２は導体の材料等により定まる定数であるので、そのときに必要な導体の外径ｄ_１を推定することができる。本実施形態に係るワイヤーハーネス１では、車体の金属部材６に直接接触して設けられる放熱部としてのホットメルト接着剤層３により電線２が当該金属部材６に固定されているので、通電時に電線２で発生する熱を金属部材６に分散させることができる。換言すれば、電流値が同じ場合に、導体２の外径を従来のものよりも小さくしても導体温度限界点以下とすることができる。

放熱部としてのホットメルト接着剤層３は、電線２に沿って帯状に設けられているが、その幅ｗは、絶縁層５の外径Ｄに対して、例えば１Ｄ～１０Ｄ、好ましくは１Ｄ～３Ｄとすることができる。

ホットメルト接着剤層３を構成するホットメルト接着剤には、熱伝導性を向上させるために、例えばアルミナや窒化ホウ素等の熱伝導性のフィラーを含有させることが望ましい。これにより、通電により電線が発生する熱を効率よく金属部材６に伝達し、当該金属部材６中に分散させることができる。

なお、ホットメルト接着剤に代えて、ブチルテープやアクリルフォーム等の粘着剤を用いることもできる。この場合、粘着剤を含む粘着剤層が電線２を金属部材６に固定する放熱部として機能する。また、粘着剤は、ホットメルト接着剤の場合と同様に、当該粘着剤に前述した熱伝導性のフィラーを含有させることが望ましい。また、ホットメルト接着剤に代えて、ＵＶ硬化接着剤を用いることもできる。

図２は、本発明の他の実施形態に係るワイヤーハーネス１１の断面説明図である。本実施形態に係るワイヤーハーネス１１が、図１に示されるワイヤーハーネス１と異なる点は、図１に示されるワイヤーハーネス１では放熱部としてホットメルト接着剤層３が用いられているのに対し、本実施形態では、放熱部として電線１２に超音波を適用して得られる超音波溶着部１３が用いられていることである。すなわち、本実施形態では、ホットメルト接着剤層３という電線２とは別の部材を用いて当該電線２を金属部材６に固定するのではなく、電線１２を構成する絶縁層１５に超音波を適用して当該絶縁層１５の一部を溶融し、この溶融した部分を金属部材１６に付着させて超音波溶着部１３としている。なお、図２において、符号１４は絶縁層１５により被覆された横断面が円形の線状の導体である。

金属部材１６上に当該金属部材１６と接触して配置された電線１２に、超音波溶着機（図示せず）により超音波振動（例えば、２０ｋｈｚより大きい周波数の振動）を与えつつ当該電線１２を加圧すると、金属部材１６と接触している電線１２の部分が溶融し、この溶融した部分が電線１２と金属部材１６とを溶着する。超音波溶着により、金属部材１６と絶縁層１５という互いに異なる材料間での接合を実現することができる。

図２に示される実施形態においても、電線１２は、金属部材１６上に直接設けられた超音波溶着部１３により当該金属部材１６に固定されているので、導体１４を電流が流れることで発生する熱は、超音波溶着部１３を通って金属部材１６に伝達される。換言すれば、通電によって導体１４に発生する熱を金属部材１６中に分散させることができる。

図３～４は前述した実施形態に係るワイヤーハーネス１，１１の配置例を示しており、ワイヤーハーネス１，１１を構成する電線２，１２の軸心に直交する方向であって当該ワイヤーハーネス１，１１が固定される金属部材６，１６の面と直交する方向から見た平面説明図である。

図３に示される例では、放熱部としてのホットメルト接着剤層３又は超音波溶着部１３は電線２，１２の軸方向に沿って連続して設けられた帯体を含んでいる。放熱部を、電線２，１２の軸方向に沿って連続して帯状に設けた場合、導体４，１４に通電することで発生する熱を効率よく金属部材６，１６に分散させることができる。

一方、図４に示される例では、放熱部としてのホットメルト接着剤層３又は超音波溶着部１３は電線２，１２の軸方向に沿って非連続に設けられた帯体を含んでいる。より詳細には、波形状に配置される電線２，１２の直線状の部分だけに細長い帯状の放熱部が設けられている。放熱部を、電線２，１２の軸方向に沿って非連続に設け、当該電線２，１２の一部（図４の例では、電線２，１２の曲線状の部分）を、放熱部を介して金属部材６，１６に固定されていない非拘束部分とすることで、電線２，１２と金属部材６，１６との熱膨張の差によって電線２，１２に繰り返し応力が作用して当該電線２，１２が損傷することを抑制することができる。図４に示される例では、隣接する放熱部間を曲線状の部分とすることで電線２，１２に変形の余裕度を与えているので、上記熱膨張の差に起因する電線２，１２の損傷をさらに抑制することができる。したがって、設計上、例えばＬ字状に曲げて電線を配置する場合、この曲がる角部の前後を放熱部を設けない非拘束の部分とすることで、上記熱膨張の差に起因する電線の損傷を抑制することができる。

図５は、本発明の更に他の実施形態に係るワイヤーハーネス２１の断面説明図である。ワイヤーハーネス２１は、電線２２と、放熱部としてのリベット２３とを備えている。電線２２は、横断面が円形の線状の導体２４及び当該導体２４を被覆する絶縁層２５を有している。

本実施形態に係るワイヤーハーネス２１は、図１～４に示されるワイヤーハーネス１，１１と異なり、ホットメルト接着剤層３又は超音波溶着部１３により接着や溶着で金属部材６，１６に固定されるのではなく、リベット２３によって機械的に金属部材２６に固定されている。リベット２３としては、金属部材２６の片側から電線２２を当該金属部材２６に固定することができるブラインドリベット等を用いることができる。ブラインドリベットでは、予め金属部材２６に孔を形成しておく必要があるが、通常のリベットやセルフピアスリベット等の類似の技術に比べて広範な厚さの部材を接合することができる。使用されるリベットの種類は、金属部材及び後述する絶縁層の延長部の特性や厚さに応じて選定することができる。

なお、リベット２３による固定法を採用する場合、導体２４を被覆する絶縁層２５は、当該導体２４の周囲に設けられる部分以外に、リベット２３と係合するための延長部２５ａを設ける必要がある。この延長部２５ａは、電線２２を確実に金属部材２６に固定するという観点からは、当該電線２２の導体２４の両側（図５において導体２４の右側及び左側）に設けることが望ましい。

図５に示される実施形態においても、電線２２は、金属部材２６と直接に接触するリベット２３により当該金属部材２６に固定されているので、導体２４を電流が流れることで発生する熱は、絶縁層２５及びリベット２３を通って金属部材２６に伝達される。換言すれば、通電によって導体２４に発生する熱を金属部材２６中に分散させることができる。

図６は、本発明の他の実施形態に係るワイヤーハーネス３１の断面説明図である。本実施形態では、電線３２を構成する導体３４が複数の単線をより合わせた撚線を含んでいる。また、並んで配置された４本の撚線を共通の絶縁層３５が被覆している。ワイヤーハーネス３１は、ブラインドリベット等のリベット３３によって絶縁層３５の延長部３５ａを金属部材３６に固定することで、当該金属部材３６に固定されている。

図６に示される実施形態においても、電線３２は、金属部材３６と直接に接触するリベット３３により当該金属部材３６に固定されているので、導体３４を電流が流れることで発生する熱は、絶縁層３５及びリベット３３を通って金属部材３６に伝達される。換言すれば、通電によって導体３４に発生する熱を金属部材３６中に分散させることができる。

〔実験例〕
つぎに本発明のワイヤーハーネスの放熱性を確認する実験例について説明する。
［実験例１］
表１は、超音波溶着によって電線を車体の金属部材（鋼）に固定した場合（実験Ｎｏ．１～７）の剥離強度と通電時の電線の温度とを示している。また、比較のために、金属部材等に固定されていない電線単独の場合（実験Ｎｏ．１１～１３）の通電時の電線の温度を示している。電線の仕様、及び超音波溶着の条件は、表１に示されるとおりである。導体は銅で作製されている。

表１より、放熱部としての超音波溶着部により電線を金属部材に固定することで、電線単独の場合に比べて、通電時の電線の温度を低下させ得ることがわかる。また、超音波溶着によって一定の強度で電線を金属部材に固定できることがわかる。

［実験例２］
表２は、図６に示されるようにリベットを用いて、撚線を含む導体を有する電線を車体の金属部材に固定した場合（実験Ｎｏ．８～１０）の剥離強度と通電時の電線の温度とを示している。また、比較のために、金属部材等に固定されていない電線単独の場合（実験Ｎｏ．１４～１６）の通電時の電線の温度を示している。電線の仕様は、表２に示されるとおりである。導体は銅で作製されている。

表２より、放熱部としてのリベット（ブラインドリベット）により電線を金属部材に固定することで、電線単独の場合に比べて、通電時の電線の温度を低下させ得ることがわかる。また、リベットによって一定の強度で電線を金属部材に固定できることがわかる。超音波溶着による固定よりもリベットを用いて電線を固定する方が、大きな剥離強度が得られることがわかる。

前述した種々の実施形態に係るワイヤーハーネスは、従来のグリップ部材等の補助具を用いることなく車体の金属部材に固定されている。また、ワイヤーハーネスは、車内空間において車体と離間して設けられるのではなく、当該車体と接触するように設けられている。このように、本発明のワイヤーハーネスは、従来の三次元形状から二次元のデザインに変換したものであり、その結果、車内スペースを節約することができるとともに、製造の自動化を容易にすることができる。従来のワイヤーハーネスでは、車体への固定等、人手による作業が多く残っていたが、放熱部により電線を車体に固定する前記実施形態に係るワイヤーハーネスは、単純なデザインであり多くの工程を必要としないので、容易に自動化を図ることができる。

また、電線を車体に固定するために、接着、粘着、超音波溶着、リベット等、多様な手段を採用することができるので、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム合金等の車体を構成する多様な材料に応じて、電線の固定手段を適宜選定することができる。

また、前述した実施形態によれば、通電時の電線の放熱性を向上させることで当該電線のサイズを小さくすることができ、また、ワイヤーハーネスを車体に固定するためのグリップ部材等の補助具の使用を省略することができるので、当該ワイヤーハーネスの重量を減少させることができる。これにより、車両重量を減少させることが可能となり、結果として車両燃費を向上させることができる。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、金属部材の平坦な表面にワイヤーハーネスを固定しているが、図７に示されるように、金属部材４０の表面に溝４１を形成し、この溝４１の底面４１ａにワイヤーハーネス４２を固定することもできる。この場合、通電時にワイヤーハーネス４２の電線４３で発生した熱は、当該電線４３を溝４１の底面４１ａに固定する、ホットメルト接着剤等の放熱部４４を介して金属部材４０に分散される。溝４１内には、図７に示されるように、１本のワイヤーハーネス４２を配置してもよいし、溝４１の幅を大きくして、当該溝４１の底面４１ａに複数本のワイヤーハーネスを並べて配置してもよい。

また、前述した実施形態では、波状に配置した電線について放熱部を非連続に設けているが、直線状に配置する電線について放熱部を非連続に設けた場合においても、熱膨張の差に起因する電線の損傷を抑制することができる。
また、前述した実施形態では、電線はむき出しの状態であるが、この電線の上に銅やアルミニウム等からなる金属シート又は金属メッシュを貼付することもできる。この場合、金属シート又は金属メッシュを貼付することで通電時に電線が発生する熱の放熱性を向上させることができる。また、金属シートの場合はノイズの伝搬を抑制することもできる。

また、前述した実施形態では、金属部材の表面に直接にホットメルト接着剤等の放熱部が設けられているが、電線との密着性を向上させるために、当該金属部材の表面に防食、粗面化、塗装等の表面処理を行うこともできる。例えば、塗装としては、電線の絶縁層を構成する合成樹脂と同じものを電線が固定される金属部材の表面に塗装することができる。

１ ワイヤーハーネス
２ 電線
３ ホットメルト接着剤層
４ 導体
５ 絶縁層
６ 金属部材
１１ ワイヤーハーネス
１２ 電線
１３ 超音波溶着部
１４ 導体
１５ 絶縁層
１６ 金属部材
２１ ワイヤーハーネス
２２ 電線
２３ リベット
２４ 導体
２５ 絶縁層
２６ 金属部材
３１ ワイヤーハーネス
３２ 電線
３３ リベット
３４ 導体
３５ 絶縁層
３６ 金属部材
４０ 金属部材
４１ 溝
４１ａ 底面
４２ ワイヤーハーネス
４３ 電線
４４ 放熱部

Claims (8)

1. 線状の導体及び当該導体を被覆する絶縁層を有する電線と、車体の一部である金属部材と、前記電線を前記金属部材に固定するための放熱部とを備え、
   前記金属部材の面上において前記電線が波形状に曲がっており、
   前記放熱部はホットメルト接着剤又は粘着剤であり、
   前記放熱部は、前記電線の軸方向に沿って非連続に設けられた帯体を含み、
   波形状に配置される前記電線のうち直線状の部分に、非連続の前記帯体が部分的に設けられる、ワイヤーハーネスの固定構造。
2. 前記放熱部は、ホットメルト接着剤を含む、請求項１に記載のワイヤーハーネスの固定構造。
3. 前記ホットメルト接着剤は、ポリエステル系の接着剤である、請求項２に記載のワイヤーハーネスの固定構造。
4. 前記ホットメルト接着剤は、熱伝導性フィラーを含有している、請求項２又は請求項３に記載のワイヤーハーネスの固定構造。
5. 前記放熱部は、粘着剤を含む、請求項１に記載のワイヤーハーネスの固定構造。
6. 前記粘着剤は、熱伝導性フィラーを含有している、請求項５に記載のワイヤーハーネスの固定構造。
7. 前記熱伝導性フィラーはアルミナ又は窒化ホウ素である、請求項４又は請求項６に記載のワイヤーハーネスの固定構造。
8. 前記導体は、電線の許容電流に基づいてＪＡＳＯ Ｄ６０９に規定された式を用いて推定される当該電線の導体の断面積よりも小さい断面積を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のワイヤーハーネスの固定構造。

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