JPWO2013133038A1 - 導電ワイヤー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の導電ワイヤーは、電気ケーブルに使用される。本発明の導電ワイヤーは、導電性材料で形成された複数本の素線を有し、かつ、該素線が撚られて構成された複数本のストランドを含み、前記複数本のストランドが撚り合わせられている。

Description

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１２年３月９日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１２−５３３３９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１２−５３３３９号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

本発明は、導電性材料で形成された複数本の素線を含んで構成された電気ケーブル用の導電ワイヤーに関するものである。

電気ケーブル用の導電ワイヤーは、通常、特許文献１に示されているように、複数本の素線を単純に束ねて構成されたものである。

特開２００６−２５３１０９号公報

しかし、特許文献１に示される通常の導電ワイヤーでは、十分な機械的強度を得ることが困難である。特に、導電ワイヤーを曲げる行為と伸ばす行為とが繰り返される使用状況においては、当該導電ワイヤーが早期に損傷してしまうおそれが非常に高い。

本発明の一側面においては、機械的強度及び耐久性を向上させた導電ワイヤーを提供する。

本発明にかかる導電ワイヤーは、電気ケーブルに用いられるものである。この導電ワイヤーは、導電性材料で形成された複数本の素線を有し、かつ、該素線が撚られて構成された複数本のストランドを含み、該複数本のストランドが撚り合わせられた構成を有している。

これにより、本発明では、ワイヤロープ等と同様に素線に発生する曲げ応力を緩和することができるので、導電ワイヤーの機械的強度及び耐久性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電気ケーブル１の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る電気ケーブル１の断面図である。 図３Ａは本発明の実施形態に係る導電ワイヤー３Ａの断面図であり、図３Ｂは本発明の実施形態に係るストランド３Ｄの断面図である。 本発明の実施形態に係る導電ワイヤー３Ａの製造工程を示す図である。 各種の導電ワイヤーの耐久試験結果を示すグラフである。 耐久試験を行った各導電ワイヤーの仕様を示す図表である。

１…電気ケーブル
３…電線
３Ａ…導体（導電ワイヤー）
３Ｂ…絶縁体
３Ｃ…素線
３Ｄ…ストランド
５…シース
７…芯材

本発明の一実施の形態を以下に説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定はされない。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

本実施形態は、電動車両用の電気ケーブルに本発明に係る導電ワイヤーの一構成例を適用したものである。電動車両とは、走行用の電動モータを有する車両をいう。具体的には、電動車両とは、例えば、駆動源として電動モータのみを有する電気自動車や電動モータと内燃機関とを有するプラグ・イン・ハイブリッド自動車等をいう。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
１．電気ケーブルの構造
本実施形態に係る電気ケーブル１は、図１に示すように、複数本の電線３、及びこれら電線３を覆うように収納する管状のシース５（被覆部材）等を有して構成されている。

電線３は、導電性を有する材質で形成された導体３Ａ、及び導体３Ａを覆う管状の絶縁体３Ｂを有して構成されている。なお、絶縁体３Ｂは、ゴム又はエラストマー等の電気絶縁性を有する樹脂で形成されている。因みに、当該樹脂とは、具体的には、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等である。

そして、導体３Ａは導電ワイヤーにて構成されている。そこで、以下、導体３Ａを導電ワイヤー３Ａという。なお、導電ワイヤー３Ａの詳細は後述する。
また、複数本（本実施形態では、４本）の電線３は、図２に示すように、紐状の芯材７を中心に撚られている。つまり、電気ケーブル１は、複数本の電線３を、芯材７を中心としてひねってからみ合わせられて構成されている。因みに、本実施形態に係る複数本の電線３は、Ｓ方向（右向き）に撚られているが、Ｚ方向（左向き）に撚ってもよい。

芯材７は、ジュート（麻）又はポリプロピレン等を紐状にしたものである。そして、シース５の材料を加硫ゴムとした場合には、芯材７の材料をジュートとすることが望ましく、一方、シース５の材料をエラストマー樹脂等とした場合には、芯材７の材料をポリプロピレンとすることが望ましい。

シース５は、絶縁体３Ｂの硬度より小さい硬度を有する材料にて構成されている。具体的には、シース５はゴム又はエラストマー樹脂（本実施形態では、軟質ＰＶＣもしくはＰＶＣエラストマー）製である。絶縁体３Ｂの硬度は、デュロ硬度Ａにて７５度である。シース５の硬度は、デュロ硬度Ａにて６０度以下（本実施形態では、５０度）である。なお、デュロ硬度とは、「ＪＩＳ Ｋ ６２５３」に準拠したデュロメータによって測定した硬度をいう。

そして、シース５の内周面側、又は絶縁体３Ｂの外周面側、つまりシース５と絶縁体３Ｂとの間には、シース５と各電線３との間に発生する摩擦力を低減するための潤滑材（図示せず）が付与されている。なお、本実施形態に係る潤滑材は、タルク等の固体潤滑材である。

以上で説明した電気ケーブル１は、本発明の電気ケーブルの一実施形態であり、また、電線３は、本発明の電線の一実施形態である。但し、本発明の電気ケーブル及び電線は、上述の実施形態に必ずしも限定はされない。

２．導電ワイヤーの構造
導電ワイヤー３Ａは、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、複数本の素線３Ｃが撚られて構成された複数本のストランド３Ｄが撚り合わせられたワイヤー状の配索体である。そして、素線３Ｃは、アルミニウム（例えば、ＪＩＳ規格によるＡ６０６３）、又は銅（例えば、ＪＩＳ規格によるＣ１１００）等の導電性材料製である。

なお、本実施形態に係る素線３Ｃの直径寸法は、２平方ミリメートル当たりの素線本数が８０本以上（本実施形態では、１３３本）となるように設定されている。
また、ストランド３Ｄは、複数本の素線３Ｃが撚られて構成されている。そして、その撚り構成は「７×Ｗ１９」であり、撚り方式は「ラング撚り」である。

なお、本実施形態に係るストランド３Ｄは、「ラング撚り」のうち平行撚りのウォーリントン形である。本実施形態に係るストランド３Ｄの撚り方向は、Ｓ方向（右向き）であるが、本発明はこれに限定されず、Ｚ方向（左向き）に撚ってもよい。因みに、撚りピッチは、５〜６ｍｍ程度である。

そして、複数本のストランド３Ｄは、普通撚り又はラング撚りにて撚られている。なお、この撚りの撚り方向は、Ｓ方向（右向き）及びＺ方向（左向き）のいずれであってもよい。

因みに、本明細書における「撚り方向」や「ラング撚り」等の撚り方式等の用語、並びに「７×Ｗ１９」等の撚り構成は、「ＪＩＳ Ｇ ３５２５ ３．定義」に従う。なお、これらの用語は、ワイヤロープの構成を表す用語として通常用いられるものである。撚り構成についても、ワイヤロープの構成を表すものとして通常用いられるものである。

３．導電ワイヤー及び電線の製造方法
図４は、導電ワイヤー３Ａの製造方法の概略を示す工程表である。なお、以下に記載された「Ｓ１」等の符号は、図４中に示された工程を示すものである。

先ず、素材線が常温（冷間）にて引き伸ばされて素線３Ｃが形成された後（伸線工程：Ｓ１）、素線３Ｃに焼鈍等の熱処理が施される（熱処理工程：Ｓ３）。
そして、熱処理が終了した複数本の素線３Ｃが撚られてストランド３Ｄが形成された後（第１撚り工程：Ｓ５）、複数本のストランド３Ｄが撚られて導電ワイヤー３Ａが形成される（第２撚り工程：Ｓ７）。

次に、導電ワイヤー３Ａの外周を覆う絶縁体３Ｂが形成され（被覆工程：Ｓ９）、電線３が完成する。
なお、図４では、熱処理工程（Ｓ３）を、伸線工程（Ｓ１）の終了後、第１撚り工程（Ｓ５）の前に実行したが、熱処理工程（Ｓ３）を、第１撚り工程（Ｓ５）又は第２撚り工程（Ｓ７）の終了後に実行してもよい。

４．本発明に係る導電ワイヤーの性質
＜機械的強度及び耐久性の向上＞
本発明に係る導電ワイヤー３Ａは、複数本の素線３Ｃが撚られて構成された複数本のストランド３Ｄが撚り合わせられていることを特徴としている。したがって、ワイヤロープ等と同様に素線３Ｃに発生する曲げ応力を緩和することができるので、導電ワイヤー３Ａの機械的強度及び耐久性を向上させることができる。

ところで、本発明は、複数本の素線３Ｃが撚られて構成された複数本のストランド３Ｄが撚り合わせられていることを特徴とする導電ワイヤー３Ａである。したがって、素線３Ｃの撚り方式及び素線３Ｃの撚り構成は不問である。また、素線３Ｃは、導電性材料であれば十分であり、例えば銅であってもよい。また、熱処理の有無も不問である。

つまり、素線３Ｃの撚り方式は、撚りの方向（Ｓ撚り又はＺ撚り）を問わず、「普通撚り」及び「ラング撚り」のいずれであってもよく、その際、「交差撚り」及び「平行撚り」のいずれであってもよい。また、「平行撚り」にあっては、「シール形」、「ウォーリントン形」、「フィラー形」及び「ウォーリントンシール形」等のいずれの形式であってもよい。

また、撚り構成は、例えば「１×９１」、「１×１２７」、「１×１６９」、「７×１９」、「７×７×７」及び「１９×１９」等であってもよい。
＜導電ワイヤーの耐久性試験＞
図５は、導電ワイヤー３Ａの耐久試験結果を示すグラフである。すなわち、このグラフは、導電ワイヤー３Ａを無負荷の状態で、当該導電ワイヤー３Ａの曲げ伸ばしを繰り返した場合において、導電ワイヤー３Ａが破断したときの繰り返し回数（耐久回数）と曲げの曲率との関係を示している。なお、「無負荷」とは、導電ワイヤー３Ａの曲げ伸ばしを繰り返す際に当該導電ワイヤー３Ａが弛まない程度の負荷をいう。

また、図５では、それぞれ異なる構成を有する複数種類の導電ワイヤーＡ〜Ｉについて上述の耐久試験を行った結果を示す。図５のグラフ中、Ａ〜Ｇは本発明の技術的範囲に属する導電ワイヤー３Ａについての試験結果であり、Ｈ及びＩは、現時点において市場で入手可能な一般市販品についての試験結果である。なお、図６は、各導電ワイヤーＡ〜Ｉの仕様を示す図表である。

そして、図５から明らかなように、本発明にかかる導電ワイヤー３Ａは、同一の曲率であれば一般市販品に比べて耐久回数が向上する。また、同一の耐久回数であれば、本発明にかかる導電ワイヤー３Ａは、一般市販品に比べて大きな曲率で使用することができる。したがって、本発明にかかる導電ワイヤー３Ａでは、一般市販品の導電ワイヤーと比較して機械的強度及び耐久性を向上させることができる。

なお、Ａ〜Ｄ、つまりアルミニウム製の導電ワイヤー３Ａは、銅製の導電ワイヤー３Ａ、つまりＥ、Ｆ及びＩと電気抵抗値（Ω／ｋｍ）が同一値となっている。Ｇに係る導電ワイヤー３Ａは、Ｅ及びＦに係る導電ワイヤー３Ａより、断面積が小さい。Ｈに係る導電ワイヤー３Ａは、Ｉに係る導電ワイヤー３Ａより、断面積が小さい。そして、一般的に、同一の曲率において、断面積が相違すると、断面積が大きくなるほど、耐久回数が低下する傾向がある。

５．その他の実施形態
上述の実施形態では、電動車両用の電気ケーブルに本発明を適用した、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、その他の電気ケーブルにも適用することができる。

また、上述の実施形態では、素線３Ｃを構成している導電性材料をＡ６０６３又はＣ１１００としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の導電性材料であってもよい。

また、上述の実施形態に係る素線３Ｃの直径寸法は、２平方ミリメートル当たりの素線本数が８０本以上となるように設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、上述の実施形態では、熱処理を施した導電ワイヤー３Ａであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱処理を施していない導電ワイヤー３Ａであってよい。
なお、熱処理を施した導電ワイヤー３Ａは、熱処理を施していない導電ワイヤー３Ａに比べて、靱性が高いという利点がある。さらに、熱処理を施した導電ワイヤー３Ａは、降伏後、即座に破断することなく塑性変形した後に破断に至るという応力ひずみ関係を有する。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

Claims (12)

1. 導電性材料で形成された複数本の素線を有し、かつ、該素線が撚られて構成された複数本のストランドを含み、
   前記複数本のストランドが撚り合わせられていることを特徴とする電気ケーブル用の導電ワイヤー。
2. 前記複数本の素線は、「ラング撚り」にて撚られていることを特徴とする請求項１に記載の導電ワイヤー。
3. 前記複数本の素線は、「７×Ｗ１９」にて撚られていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電ワイヤー。
4. 前記導電性材料は、銅であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導電ワイヤー。
5. 前記導電性材料は、Ｃ１１００であることを特徴とする請求項４に記載の導電ワイヤー。
6. 前記導電性材料は、アルミニウムであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導電ワイヤー。
7. 前記導電性材料は、Ａ６０６３であることを特徴とする請求項６に記載の導電ワイヤー。
8. 熱処理が施されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の導電ワイヤー。
9. 請求項８に記載の導電ワイヤーの製造方法であって、
   素材線を引き伸ばして前記素線とする伸線工程と、
   前記伸線工程の終了後、複数本の前記素線を撚る撚り工程と、を備え、
   前記熱処理を、前記伸線工程の終了後、前記撚り工程の前に施すことを特徴とする導電ワイヤーの製造方法。
10. 請求項８に記載の導電ワイヤーの製造方法であって、
    素材線を引き伸ばして前記素線とする伸線工程と、
    前記伸線工程の終了後、複数本の前記素線を撚る撚り工程と、を備え、
    前記熱処理を、前記撚り工程の終了後に施すことを特徴とする導電ワイヤーの製造方法。
11. 少なくとも１つの請求項１から８の何れか１項に記載の導電ワイヤーと、
    前記少なくとも１つの導電ワイヤーを覆う管状の絶縁体と、
    を備えている電線。
12. 複数の請求項１１に記載の電線と、
    前記電線を覆う管状の被覆部材と、
    を備えている電気ケーブル。

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