JPWO2019093309A1 - 電線導体、被覆電線、ワイヤーハーネス - Google Patents
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Abstract
Description
図1に、本発明の一実施形態にかかる電線導体10の外観を斜視図にて示す。また、図2に、電線導体10の軸線方向(長手方向)に垂直に交差する断面を示す。
電線導体10は、複数の素線1を相互に撚り合わせた撚線として構成されている。電線導体10は、軸線方向に沿った少なくとも一部において、扁平な外形を有している。つまり、電線導体10の軸線方向に垂直に交差する断面が扁平形状となった扁平部を有している。本実施形態においては、電線導体10の軸線方向全域が、そのような扁平部となっている。
さらに、本実施形態にかかる電線導体10は、扁平部の断面において、導体断面積に応じた所定の下限値よりも大きな空隙率を有している。電線導体10の断面における空隙率は、電線導体10の軸線方向に垂直に交差する断面において、電線導体10全体が占める面積、つまり電線導体10全体としての外郭に囲まれた領域の面積のうち、素線1に占められていない空隙の面積の割合として定義される。導体断面積は、電線導体10の断面において、素線1が占める領域の面積を示す。
v>0.29s+2.0 (1)
v≧0.29s+A (2)
ここで、Aは定数であり、A=2.5である。さらには、式(2)で、A=3.5とすると、特に柔軟性の高い電線導体を得ることができる。
・s≦15mm2:v≧6%、好ましくはv≧8%
・15mm2<s≦30mm2:v≧11%、好ましくはv≧12%
・30mm2<s≦50mm2:v≧16%、好ましくはv≧18%
・50mm2<s≦60mm2:v≧19%、好ましくはv≧21%
v≦0.29s+B (3)
ここで、Bは定数であり、B=11である。
本実施形態にかかる電線導体10において、電線導体10全体の外形として、断面が扁平形状になっていれば、電線導体10を構成する各素線1の断面形状はどのようなものであってもよい。一般的な金属素線は、略円形の断面を有しており、本実施形態においても、そのような素線1を適用することができる。しかし、複数の素線1の少なくとも一部が、扁平形状等、円形から逸脱した断面を有していてもよい。後述するように、原料撚線10’を圧延して扁平形状にする際に、素線1を構成する材料等によっては、少なくとも一部の素線1が扁平形状に変形する場合がある。
D=(L−R)/R×100% (4)
円直径Rは、実際の素線1の断面積を計測して算出してもよいし、圧延等による変形を受ける前の素線1の径が分かっている場合や、同一の電線導体10に、素線1が変形されていない部位(後に低扁平部として説明する)が共存する場合には、それら変形を受けていない素線1の径を円直径Rとして採用してもよい。また、外周部の素線1として、電線導体10の最外周に配置された素線1のみを採用し、中央部の素線1として、導体の中心に配置された素線1のみを採用してもよい。しかし、素線1の変形におけるばらつき等の影響を低減する観点から、ある程度の面積にわたる領域に含まれる複数の素線1に対する平均値として、変形率を見積もることが好ましい。例えば、電線導体10の幅Wの10〜30%程度の長さにわたる辺を有する四角形やそのような長さの直径を有する円に囲まれた領域を、電線導体10の最外周または中心を含んで設定し、それらの領域をそれぞれ、外周部および中央部として採用すればよい。
電線導体10を構成する素線1は、金属材料をはじめとし、いかなる導電性材料よりなってもよい。素線1を構成する代表的な材料として、銅および銅合金、そしてアルミニウムおよびアルミニウム合金を挙げることができる。これらの金属材料は、撚線を構成して圧延し、扁平形状とする加工が行いやすく、またその扁平形状を維持しやすいという点において、本実施形態にかかる電線導体10を構成するのに好適である。電線導体10を構成する素線1としては、全て同じ材料よりなるものを用いても、異なる材料よりなる複数種の素線1を混合して用いてもよい。
電線導体10の断面において、扁平形状の縦横比(H:W)は、所望される省スペース性等を考慮して適宜選択すればよいが、1:2〜1:8程度を例示することができる。この範囲であれば、撚線を無理なく扁平形状に成形することができるとともに、高い省スペース性を確保することができる。また、電線導体10を自動車内の配線に用いる場合等において、高さHを3mm以下とする形態を、好ましいものとして例示することができる。
ここまでは、電線導体10の軸線方向全域が、扁平形状の断面を有する扁平部よりなる構成を扱ってきた。しかし、扁平部は、電線導体10の軸線方向の一部の領域のみを占めていてもよい。つまり、電線導体10の軸線方向に沿って相互に隣接して、扁平部と、扁平部よりも扁平度の低い(W/Hの値が小さい)低扁平部とが設けられる形態を例示することができる。扁平部と低扁平部の間では、全ての素線1が一体に連続しており、電線導体10全体としての断面形状が異なっている。低扁平部としては、扁平度が実質的に1である断面略円形の構成を例示することができる。扁平部と低扁平部を、1本の電線導体10の中に、連続して設けることで、接合等によらずに、各部位によってもたらされる特性を併せて備えた電線導体10を得ることができる。
本実施形態にかかる電線導体10は、図3に示すように、複数の素線1を断面略円形に撚り合わせた原料撚線10’を、圧延することで、形成することができる。この際、原料撚線10’の軸線方向に垂直な、相互に対向する第一方向と第二方向から、力F1,F2を印加し、原料撚線10’を圧縮することで、力F1,F2の印加方向を高さ方向yとする扁平な電線導体10を得ることができる。
上述したとおり、本発明の一実施形態にかかる被覆電線20は、上記のような本発明の一実施形態にかかる電線導体10と、電線導体10の外周を被覆する絶縁体21とを有している(図5等参照)。
本発明の一実施形態にかかるワイヤーハーネスは、複数の被覆電線を集積したものよりなっており、それら複数の被覆電線の少なくとも一部が、上記のような扁平な電線導体10を有する本発明の実施形態にかかる被覆電線20よりなる。ワイヤーハーネスは、上記のような扁平な電線導体10を有する被覆電線20のみを用いて構成しても、そのような被覆電線20と、断面略円形の一般的な電線導体を有する被覆電線等、他種の被覆電線を併用して構成してもよい。また、扁平な電線導体10を有する被覆電線20を複数用いてワイヤーハーネスを構成する場合に、それら複数の被覆電線20を構成する電線導体10や絶縁体21の材質や形状、寸法等は、相互に同じであっても、異なっていてもよい。ワイヤーハーネスにおいて、集積した複数の被覆電線は、必要に応じて、絶縁材料等を用いて一体にまとめてもよい。
扁平な電線導体10を有する被覆電線20を複数用いてワイヤーハーネスを構成する際に、それら複数の被覆電線20をどのような位置関係で配置してもよいが、図5(a)のように、扁平な電線導体10の幅方向x(横方向)に並べる形態や、図5(b)のように、高さ方向yに重ねる形態、あるいは、図6や図8(b)のように、幅方向xに複数の被覆電線20を並べたものを高さ方向yに複数重ねたマトリクス状の形態を例示することができる。つまり、幅方向xと高さ方向yの少なくとも一方に沿って、複数の被覆電線20を配列する形態を例示することができる。このように、扁平な電線導体10を備えた複数の被覆電線20を整然と配列することで、ワイヤーハーネスを構成する被覆電線20の間の空隙を小さくすることができ、特に省スペース性に優れたワイヤーハーネスとなる。
上記のように、扁平な電線導体10を有する被覆電線20を含むワイヤーハーネスを、例えば、自動車用の配線材として用いることで、優れた省スペース性を有効に利用することができる。そのようなワイヤーハーネスを、例えば、車両の床やフレーム等に沿わせて配策することで、床下やフレーム周辺の限られたスペースを、有効に配策に利用することができる。この際、電線導体10の幅方向xが床面やフレーム材の面に略平行になるようにワイヤーハーネスを沿わせることで、特に優れた省スペース性が得られる。
上記のように、本発明の実施形態にかかるワイヤーハーネスは、本発明の実施形態にかかる扁平な電線導体10を有する被覆電線20と、他種の被覆電線とを、併用して構成することができる。本発明の実施形態にかかる被覆電線20および他種の被覆電線の具体的な構成材料および形状、寸法等は、どのような組み合わせとしてもよい。その中で、本発明の実施形態にかかる被覆電線20(第一の被覆電線)として、アルミニウムまたはアルミニウム合金(アルミ系材料)よりなる扁平な電線導体10を備えたものを用い、他種の被覆電線(第二の被覆電線)として、銅または銅合金(銅系材料)よりなり、断面略円形等、第一の被覆電線20の電線導体10よりも扁平度の低い電線導体を備えたものを用いる形態を例示することができる。この場合に、第一の被覆電線20の導体断面積よりも、第二の被覆電線の導体断面積の方が小さいことが好ましい。
断面扁平形状に成形した電線導体の断面に対して、空隙の状態を確認した。
外径0.32mmのアルミニウム合金線を撚り合わせ、2〜60mm2の範囲の導体断面積を有する断面略円形の原料撚線を作製した。
図9に、代表的な試料について、被覆電線の断面に対して撮影した写真を、空隙率の値とともに示す。(a)〜(c)は、導体断面積が60mm2の場合、(d)〜(f)は、導体断面積が15mm2の場合である。(a)から(c)、また(d)から(f)の順に、圧縮率が高くなっている。
次に、断面扁平形状に成形した電線導体の断面に対して、素線の変形率の分布を確認した。
上記の「電線導体の断面における空隙の状態」の試験と同様に、アルミニウム合金よりなる断面扁平形状の電線導体を作製した。さらに、上記と同様に絶縁被覆を設け、被覆電線を作製した。そして、断面試料を作製し、断面写真を撮影した。
まず、上記空隙評価の試験で得た図9の断面写真において、断面の外周部と中央部で素線の形状を目視にて比較すると、図9(a),(b),(d)については、明らかに、素線の変形が、外周部、特に幅方向端部の領域で、中央部よりも小さくなっている。図9(e)についても、外周部の中で、幅方向端部の領域に着目すると、中央部よりも、素線の変形が小さくなっている。これに対し、図9(c),(f)では、外周部の素線が、中央部の素線よりも大きく変形しているのが、見て取れる。このように、空隙率が大きく、外周面にバリが生じていない電線導体においては、素線の変形が、バリが生じている箇所以外でも、外周部において、内周部よりも小さくなっていることが分かる。
電線導体の断面形状による被覆電線の柔軟性への影響を確認した。
上記の「電線導体の断面における空隙の状態」の試験と同様に、アルミニウム合金よりなる断面円形および断面扁平形状の電線導体を作製した。さらに、上記と同様に絶縁被覆を設け、被覆電線を作製した。電線導体の導体断面積は、35mm2と130mm2の2とおりとした。また、断面扁平形状における縦横比は、導体断面積35mm2の場合には1:3、導体断面積130mm2の場合には1:4とした。
下の表2に、各被覆電線に対して得られた反発力の測定結果を示す。
被覆電線の放熱性と、電線導体の形状および放熱シートの有無との関係を、コンピュータシミュレーションによって確認した。
有限要素法による熱伝導解析を用いたコンピュータシミュレーションにより、被覆電線に通電した際の昇温の程度を見積もった。具体的には、断面が円形、縦横比1:3の扁平形状、縦横比1:5の扁平形状の3とおりの銅よりなる電線導体の外周に、PVCよりなる厚さ1.6mmの絶縁被覆を形成した被覆電線を、試料として想定した。導体断面積は、断面円形の場合については134.5mm2とし、断面扁平形状の場合については、その値を基本として、3とおりに変化させた。そして、各試料に対して、400Aの電流を流して定常状態に達した際の温度上昇を、シミュレーションによって見積もった。周囲の環境の温度は、40℃とした。
各試料に対してシミュレーションで得られた温度上昇値を、導体断面積の関数として、図12に示す。図12では、近似曲線も合わせて示している。
最後に、被覆電線において、電線導体の断面形状による、絶縁体の耐摩耗性への影響を確認した。
上記の「電線導体の断面における空隙の状態」の試験と同様に、アルミニウム合金よりなる断面円形の電線導体を作製した。電線導体の導体断面積は、15mm2とした。また、その断面円形の電線導体を圧縮し、縦横比1:4の断面扁平形状の電線導体を作製した。
・試料1:断面扁平形状の電線導体の外周に、絶縁体を形成した。絶縁被覆の肉厚の最小値(最小絶縁厚)は、0.6mmとした。
・試料2:断面円形の電線導体の外周に、絶縁体を形成した。最小絶縁厚は、1.0mmとした。
・試料3:断面円形の電線導体の外周に、絶縁体を形成した。最小絶縁厚は、0.6mmとした。
図13(a)〜(c)に試料1〜3の断面写真を示す。また、下の表3に、各試料の構成と、試験の結果をまとめる。
10 電線導体
10’ 原料撚線
20 被覆電線
20A 大断面被覆電線
20B 小断面被覆電線
21 絶縁体
H 電線導体の高さ
H’ 被覆電線の高さ
W 電線導体の幅
x 幅方向
y 高さ方向
31 放熱シート
32 介在シート(放熱シート)
33 連結材
41 柱状部材
42 管状部材
51 内装材
52 吸音材
Claims (19)
- 複数の素線を撚り合わせた撚線よりなり、
前記撚線の軸線方向に交差する断面が、扁平形状よりなる扁平部を有し、
前記扁平部における導体断面積をsmm2とし、前記扁平部の断面において前記素線に占められていない空隙の割合である空隙率をv%として、
前記導体断面積と前記空隙率が、v>0.29s+2.0の関係を満たすことを特徴とする電線導体。 - 前記導体断面積と前記空隙率が、v≧0.29s+2.5の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の電線導体。
- 前記扁平部の断面における前記素線の円形からの変形率が、前記扁平部の外周に面する部位において、前記扁平部の中央部よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の電線導体。
- 前記扁平部の断面における前記素線の円形からの変形率が、前記扁平部の外周に面する部位において、前記扁平部の中央部の65%以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電線導体。
- 前記扁平部の断面における前記素線の円形からの変形率が、前記扁平部の外周に面する部位において、20%以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電線導体。
- 前記扁平部の断面において、前記素線を1本以上収容可能な連続した空隙を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電線導体。
- 前記扁平部の断面が、前記扁平形状の幅方向に沿って、相互に平行な対辺を有し、
前記扁平部の断面における前記素線の円形からの変形率が、前記扁平部の前記相互に平行な対辺の端部において、前記扁平部の中央部よりも小さいことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電線導体。 - 前記扁平部と、前記扁平部よりも扁平度の低い低扁平部と、を軸線方向に連続して有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の電線導体。
- 前記撚線を構成する素線が、50本以上であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の電線導体。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の電線導体と、
前記電線導体の外周を被覆する絶縁体と、を有することを特徴とする被覆電線。 - 請求項10に記載の被覆電線を含んでなることを特徴とするワイヤーハーネス。
- 請求項10に記載の被覆電線を複数含み、該複数の被覆電線は、前記電線導体の前記幅方向、および該幅方向に交差する高さ方向の少なくとも一方に沿って、配列されていることを特徴とする請求項11に記載のワイヤーハーネス。
- 前記複数の被覆電線の間に介在する放熱シート、および前記複数の被覆電線に共通に接触する放熱シートの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項12に記載のワイヤーハーネス。
- 前記複数の被覆電線は、少なくとも前記高さ方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項12または13に記載のワイヤーハーネス。
- 前記高さ方向に沿って配列された前記複数の被覆電線の間に、放熱材よりなる介在シートが介在されており、さらに、複数の前記介在シートを相互に連結して、放熱材よりなる連結材が設けられていることを特徴とする請求項14に記載のワイヤーハーネス。
- 前記複数の被覆電線は、少なくとも前記幅方向に沿って配列されており、
前記絶縁体は、絶縁性フィルムよりなり、前記幅方向に沿って配列された前記電線導体の群を一括して高さ方向両側から挟み込んで、融着または接着され、
前記電線導体の群は、前記絶縁性フィルムまたは接着剤によって、相互間で絶縁されていることを特徴とする請求項12から15のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス。 - 請求項10に記載の被覆電線として、大断面被覆電線と、前記大断面被覆電線よりも導体断面積が小さい複数の小断面被覆電線と、を含み、
前記小断面被覆電線の群は、相互に高さが揃っており、前記幅方向に沿って配列された状態で、前記大断面被覆電線と前記高さ方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項12から16のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス。 - 前記ワイヤーハーネスは、第一の被覆電線と第二の被覆電線とを含み、
前記第一の被覆電線は、前記電線導体がアルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる請求項10に記載の被覆電線であり、
前記第二の被覆電線は、電線導体が、銅または銅合金よりなり、前記第一の被覆電線の電線導体よりも扁平度が低く、かつ導体断面積が小さいことを特徴とする請求項11から17のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス。 - 前記第二の被覆電線の導体断面積は、0.13mm2以下であることを特徴とする請求項18に記載のワイヤーハーネス。
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