JP2006260898A - シールド導電路及びシート状導電路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パイプを用いたシールド導電路における放熱性を向上させる。
【解決手段】 複数本の電線１０を金属製のパイプ２０内に挿通することで、電線１０をパイプ２０によりシールドするとともに保護するようにしたものにおいて、パイプ２０を、複数本の電線１０の外周に沿った形状とした。電線１０で発生した熱は、電線１０の外周からパイプ２０の内周に伝わり、パイプ２０の外周から大気中に放出される。パイプ２０を電線１０の外周に沿った形状としたので、電線１０の外周とパイプ２０の内周との間隔が僅かとなり、電線１０からパイプ２０への熱の伝達効率に優れている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シールド導電路及びシート状導電路の製造方法に関するものである。

ノンシールド電線を使用したシールド導電路としては、複数本のノンシールド電線を、金属細線をメッシュ状に編んだ筒状の編組線からなるシールド部材で包囲することにより一括してシールドする構造のものが考えられている。この種のシールド導電路においてシールド部材と電線を保護する方法としては、一般に、シールド部材を合成樹脂製のプロテクタで包囲する手段がとられるが、プロテクタを用いると部品点数が増えるという問題がある。

そこで、本願出願人は、特許文献１に記載されているように、ノンシールド電線を金属製のパイプ内に挿通する構造を提案した。この構造によれば、パイプが、電線をシールドする機能と電線を保護する機能を発揮するので、シールド部材とプロテクタを用いたシールド導電路に比べて部品点数が少なくて済むという利点がある。
特開２００４−１７１９５２公報

パイプを用いたシールド導電路では、通電時に電線で発生した熱が、熱伝導率の低い空気に遮断されてパイプに伝わり難く、しかも、パイプには、編組線における編み目の隙間のような外部との通気経路が存在しないため、電線で発生した熱がパイプの内部に籠もり易く、放熱性が低くなる傾向がある。
ここで、導体に所定の電流を流したときの発熱量は、導体の断面積が大きい程小さくなり、発熱に起因する導体の温度上昇値は、導電路の放熱性が高いほど小さく抑えられる。したがって、導体の温度上昇値に上限が定められている環境下では、上記のように放熱効率の低いシールド導電路の場合、導体の断面積を大きくして発熱量を抑える必要がある。
ところが、導体の断面積を増大することは、シールド導電路が大径化し重量化することを意味するため、その対策が望まれる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、パイプを用いたシールド導電路における放熱性を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、導体を絶縁被覆で包囲してなる複数本の電線と、金属製のパイプとを備え、前記複数本の電線を前記パイプ内に挿通することで、前記電線を前記パイプによりシールドするとともに保護するようにしたものにおいて、前記パイプを、前記複数本の電線の外周に沿った形状としたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記パイプの内周を前記電線の外周に面接触させたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記複数の電線が隣り合うように配置されており、前記隣り合う電線を、その外周面同士が面接触するように非円形の断面形状としたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、導体を絶縁被覆で包囲してなる複数本の電線と、金属製のパイプとを備え、前記複数本の電線を前記パイプ内に挿通することで、前記電線を前記パイプによりシールドするとともに保護するようにしたシート状導電路の製造方法であって、前記パイプに前記複数本の電線を挿通し、前記パイプを、前記電線の外周に沿った形状となるように変形させるところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項４に記載のものにおいて、前記パイプを軸線方向に移動させつつ、前記パイプの外周に対し径方向に複数のローラを押圧することで前記パイプを変形させるところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項４または請求項５に記載のものにおいて、前記ローラと、前記ローラに押圧方向への駆動力を付与する駆動手段との間に、荷重計測手段を介在させ、前記荷重計測手段の計測値に基づいて前記ローラの前記パイプ側への移動量を管理するところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
電線で発生した熱は、電線の外周からパイプの内周に伝わり、パイプの外周から大気中に放出される。パイプを電線の外周に沿った形状としたので、電線の外周とパイプの内周との間隔が僅かとなり、電線からパイプへの熱の伝達効率に優れている。

＜請求項２の発明＞
パイプの内周を電線の外周に面接触させたので、電線からパイプへの熱の伝達効率が、更に向上する。

＜請求項３の発明＞
隣り合う電線同士の間に空気が存在する場合には、空気の断熱作用のために電線同士の隙間に熱が篭ることが懸念されるが、本発明では、隣り合う電線の外周面同士が面接触するようにしたので、電線同士の隙間における熱篭りを回避することができる。

＜請求項４の発明＞
本発明方法によって製造したシート状導電路によれば、電線で発生した熱は、電線の外周からパイプの内周に伝わり、パイプの外周から大気中に放出される。パイプを電線の外周に沿った形状としたので、電線の外周とパイプの内周との間隔が僅かとなり、電線からパイプへの熱の伝達効率に優れている。

＜請求項５の発明＞
パイプを移動させつつパイプを変形させるようにしたので、パイプの長さが異なる複数のシート状導電路に対応することができる。

＜請求項６の発明＞
パイプのうちローラによって押圧される変形領域では、ローラからの押圧力に抗する反力がパイプ側からローラ側に作用し、この反力が荷重計測手段で計測される。この変形領域からの反力は、変形の度合いを示すものであるから、変形の状態を正確に管理することができる。これにより、パイプの全長に亘って均一な押圧力を付与し、パイプの全長に亘って一定の断面形状とすることができる。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態１のシールド導電路Ａは、例えば電気自動車において走行用の動力源を構成するバッテリ、インバータ、モータなどの装置（図示せず）の間に配索されるものであり、３本のノンシールドタイプの電線１０を、一括シールド機能と電線保護機能を兼ね備えるパイプ２０内に挿通した構成になる。

電線１０は、金属製（例えば、アルミニウム合金や銅合金など）の導体１１の外周を合成樹脂製の絶縁被覆１２で包囲した形態であり、導体１１は、複数本の細線（図示せず）を螺旋状に寄り合わせた撚り線からなる。電線１０の製造当初の断面形状については、図３に示すように、導体１１が真円形とされ、絶縁被覆１２も真円形とされている。後述するようにパイプ２０を加工して変形させた状態（シールド導電路Ａが完成した状態）では、３本の電線１０が、俵積み状（電線１０の中心を結んだときにほぼ正三角形を描く形態）に外接した状態となっている。また、導体１１と絶縁被覆１２は、真円の外周縁部における隣り合う２箇所を櫛形（弓形）に切欠した形状をなし、図１に示すように、３本の電線１０は、絶縁被覆１２における切欠部１３同士を面接触させた状態で集合配置されている。

パイプ２０は、金属製（例えば、アルミニウム合金や銅合金など）であって、空気よりも熱伝導率が高い。パイプ２０の製造当初の断面形状は、図２に示すように、頂部が円弧状とされた概ね正三角形をなしている。このときの、円弧部２１の内周の曲率半径は、製造当初の電線１０の外径よりも僅かに大きい寸法とされている。このようにパイプ２０を概ね正三角形とすることにより、パイプ２０内において３本の電線１０が螺旋状に捻られることなくほぼ一定の位置関係を保つことができ、ひいては、後述するローラ３１と電線１０との位置関係をほぼ一定に保つことができる。尚、本実施形態１ではパイプ２０を三角形としたが、電線の本数が４本である場合には、パイプ２０を略正方形とすれば、４本の電線の位置関係をほぼ一定に保つことができる。パイプ２０を加工して変形させた状態（シールド導電路Ａが完成した状態）では、図１に示すように、パイプ２０の製造当初の形状における３つの直線部２２の中央部分を、中心側へ凹ませた形状とされ、このように凹部２３を形成することで、３つの円弧状嵌合部２４を１２０°ピッチで連ねた形状とされている。そして、各円弧状嵌合部２４の内側には、夫々、電線１０が面接触状態で収容されている。

パイプ２０を加工させるための加工機３０について説明する。図３に示すように、加工機３０は、外周面を３つの凹部２３と対応するように、且つ回転軸３２をパイプ２０の移動方向（パイプ２０の軸線方向）と交差する方向に向けて配置された３つのローラ３１を備えている。ローラ３１の外周面は、凹部２３を形成するために幅方向中央部分が突出した形状をなしている。３つのローラ３１によって囲まれた空間は、パイプ２０を通過させるための加工空間３３となっている。また、各ローラ３１の回転軸３２は、油圧シリンダ３４（本発明の構成要件である駆動手段）に取り付けられている。油圧シリンダ３４は、シリンダ本体３５と、シリンダ本体３５の内部で上下動するピストン（図示せず）と、ピストンに固着されてシリンダ本体３５外へ突出するロッド３６とを有する。ロッド３６の先端部には、ロッド３６の伸縮方向（パイプ２０の径方向）の圧縮荷重を測定するロードセル３７（本発明の構成要件である荷重計測手段）が取り付けられている。そして、このロードセル３７の先端面に軸受体３８が固定され、軸受体３８に回転軸３２が回転自由に支持されている。油圧シリンダ３４は、作動油の供給と排出によってロッド３６を伸縮移動させることで、ローラ３１とロードセル３７をパイプ２０に対して接近・離間方向に移動させる。また、ロードセル３７により、ローラ３１がパイプ２０の外周を押圧したときのパイプ２０からの径方向外向きの反力を検出するようになっている。

次に、シールド導電路Ａの製造方法について説明する。
製造に際しては、まず、図２に示すように製造されたパイプ２０内に、真円形断面の３本の電線１０を挿通させる。このとき、３本の電線１０は俵積み状に配置されるが、電線１０同士の間、及び電線１０の外周とパイプ２０の内周との間には、電線１０に挿通を容易にするためのクリアランスが空いている。また、各電線１０は、パイプ２０の円弧部２１に対して概ね同心状に配置される。

この状態から、パイプ２０を軸線方向に移動させ、３つのローラ３１で囲まれた加工空間３３内に進入させる。すると、ローラ３１の外周がパイプ２０の直線部２２を押圧し、この押圧作用により、直線部２２に凹部２３が形成され、凹部２３が隣り合う電線１０によって構成されている溝状部分に進入するとともに、円弧部２１が縮径しつつ電線１０の外周に密着する。また、凹部２３と円弧部２１は、変形しながら３本の電線１０を中央へ寄せるように押圧し、この押圧作用によって電線１０が、外周の一部を弓形に切欠した形状に変形させられるとともに、その切欠部１３同士を面接触させるように密着した状態となる。以上により、パイプ２０が、電線１０の外周における円弧状領域に沿った形状に塑性変形させられるとともに、シールド導電路Ａが完成する。

また、パイプ２０の変形の度合いは、パイプ２０に対するローラ３１の押圧力によって決まるが、本実施形態では、ローラ３１の押圧力を管理する手段として、ローラ３１と、ローラ３１に押圧方向への駆動力を付与する油圧シリンダ３４のロッド３６との間に、荷重計測手段としてのロードセル３７を介在させ、このロードセル３７の計測値に基づいてローラ３１のパイプ２０に対する押し込み量（侵入量）を管理するようにしている。パイプ２０におけるローラ３１の押圧領域では、ローラ３１の押圧力に抗するパイプ２０及び電線１０からの反力がローラ３１側に作用し、この反力がロードセル３７によって計測される。パイプ２０と電線１０の変形の度合いが増大するのに伴ない、パイプ２０側からの反力も増大し、この反力の値がロードセル３７によって計測される。そして、この計測値に基づいてローラ３１の侵入深さを調整することにより、パイプ２０と電線１０の変形量（製造完了時の形状）を正確に管理することができる。

次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
電線１０に通電すると、電線１０の導体１１において熱が発生するが、この発生した熱は、導体１１から絶縁被覆１２に伝達され、絶縁被覆１２の外周からパイプ２０の円弧状嵌合部２４の内周に伝達され、パイプ２０の外周から大気中へ放出される。本実施形態では、パイプ２０を電線１０の外周に沿った円弧形状とし、電線１０の外周にパイプ２０の円弧状嵌合部２４を面接触させたので、電線１０の外周とパイプ２０の内周との間隔が僅か若しくは殆どなくなり、電線１０からパイプ２０への熱の伝達効率に優れている。したがって、図６に示すように、電線１００とパイプ１０１のとの隙間に大きな空気層１０２が介在する従来のシールド導電路と比較すると、本実施形態のシールド導電路Ａは電線１０で発生した熱を放出する性能に優れている。

導体１１に所定の電流を流したときの発熱量は、導体１１の断面積が大きい程小さくなり、発熱に起因する導体１１の温度上昇値は、導電路の放熱性が高いほど小さく抑えられる。したがって、電気自動車のように導体１１の温度上昇値に上限が定められている環境下では、本実施形態のように放熱効率の高いシールド導電路Ａの場合、導体１１における発熱許容量が大きくなるので、導体１１の断面積を小さくすることができる。導体１１の断面積を小さくすることにより、シールド導電路Ａの小径化及び軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、パイプ２０の内周を電線１０の外周に面接触させたので、電線１０からパイプ２０への熱の伝達効率が、更に向上している。
また、隣り合う電線同士の間に空気が存在する場合には、空気の断熱作用のために電線同士の隙間に熱が篭ることが懸念されるが、本実施形態では、隣り合う電線１０の外周面（切欠部１３）同士が面接触するようにしたので、電線１０同士の隙間における熱篭りを回避することができる。
また、シールド導電路Ａを自動車に搭載した場合、走行中にパイプ２０内で電線１０が振動することに起因して、異音が発生したり電線１０の絶縁被覆１２が損傷したりすることが懸念されるが、本実施形態では、電線１０がパイプ２０内で移動しないように固定されているので、振動に起因する異音の発生や電線１０の絶縁被覆１２の損傷を防止することができる。

また、シールド導電路Ａの製造（パイプ２０の変形加工）に際しては、パイプ２０を軸線方向（長さ方向）に移動させつつ、パイプ２０の外周に対し径方向に３つのローラ３１を押圧することでパイプ２０を変形させるようにしたので、パイプ２０の長さが異なる複数のシールド導電路Ａに対応することができる。また、３つのローラ３１の位置を変えることで、パイプ２０の外径が異なる複数のシールド導電路Ａにも対応することができる。

また、ローラ３１と、ローラ３１に押圧方向への駆動力を付与する駆動手段である油圧シリンダ３４との間に、荷重計測手段としてのロードセル３７を介在させ、パイプ２０のうちローラ３１によって押圧される変形領域では、ローラ３１からの押圧力に抗する反力をロードセル３７で計測するようにした。この変形領域からの反力は、変形の度合いを示すものであるから、ロードセル３７の計測値に基づいて、パイプ２０と電線１０の変形の状態を正確に管理することができる。これにより、パイプ２０の全長に亘って均一な押圧力を付与し、パイプ２０の全長に亘って一定の断面形状とすることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４を参照して説明する。本実施形態２のシールド導電路Ｂは、パイプ５０を電線４０の外周に沿った形状に成形した状態においても、電線４０は真円形を保つ形態としたものである。したがって、隣合う電線４０同士は、線接触又は点接触する状態となる。上記以外の構成については、実施形態１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図５を参照して説明する。本実施形態３のシールド導電路Ｃのパイプ６０は、金属製（例えば、アルミニウム合金や銅合金など）であり、全体として概ね長円形断面をなす。詳細には、長円形を構成する一対の直線部６１であった部分には、夫々、一対ずつの凹部６２が形成されており、この凹部６２により、パイプ６０には、左右両端に位置する円弧状嵌合部６３と、両円弧状嵌合部６３の間に位置する一対の円弧状挟持部６４とが形成されている。パイプ６０内に電線７０が挿通された状態では、３本の電線７０がパイプ６０の長さ方向に一列に並び、円弧状嵌合部６３に、真円形のままの電線７０が嵌合されるとともに、一対の円弧状挟持部６４の間に、真円形のまの電線７０が嵌合される。各電線７０の外周はパイプ６０の内周に対して面接触し、隣り合う電線７０の外周同士は線接触または点接触した状態となる。上記以外の構成については、実施形態１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では１つのパイプ内に３本の電線を挿通したが、本発明によれば、１つのパイプに挿通される電線の本数は１本、２本、４本以上のいずれとしてもよい。
（２）上記実施形態ではパイプの内周を電線の外周に面接触させたが、本発明によれば、パイプと内周と電線の外周とを非接触、線接触、点接触のいずれの形態としてもよい。この場合、電線とパイプとの隙間に、空気よりも熱伝導率の高い充填材を充填してもよい。
（３）上記実施形態ではパイプに電線を挿通した後にパイプを変形させたが、本発明によれば、予め電線の外周に沿った形状に成形したパイプ内に電線を挿通してもよい。
（４）上記実施形態ではパイプ内における電線との隙間に空気溜まりが生じないようにしたが、本発明によれば、パイプ内における電線との隙間に小容積の空気溜まりが残る形態としてもよい。
（５）上記実施形態ではローラを移動させずにパイプを軸線方向に移動させつつ変形させたが、本発明によれば、パイプを移動させずに、ローラを回転移動させながらパイプを変形させていってもよい。
（６）上記実施形態ではローラを用いてパイプを移動させながら変形させたが、本発明によれば、固定したパイプに対し、径方向にダイスを押圧することによってパイプを変形させてもよい。
（７）上記実施形態では電線の導体を撚り線としたが、本発明によれば、導体は単芯線としてもよい。

実施形態１のシールド導電路の断面図 成形する前のパイプの断面図 パイプの加工工程をあらわす断面図 実施形態２のシールド導電路の断面図 実施形態３のシールド導電路の断面図 従性例のシールド導電路の断面図

符号の説明

Ａ…シート状導電路
Ｂ，Ｃ…シート状導電路
１０…電線
１１…導体
１２…絶縁被覆
２０…パイプ
３１…ローラ
３４…油圧シリンダ（駆動手段）
３７…ロードセル（荷重計測手段）
４０，７０…電線
５０，６０…パイプ

Claims (6)

1. 導体を絶縁被覆で包囲してなる複数本の電線と、
   金属製のパイプとを備え、
   前記複数本の電線を前記パイプ内に挿通することで、前記電線を前記パイプによりシールドするとともに保護するようにしたものにおいて、
   前記パイプを、前記複数本の電線の外周に沿った形状としたことを特徴とするシールド導電路。
2. 前記パイプの内周を前記電線の外周に面接触させたことを特徴とする請求項１記載のシールド導電路。
3. 前記複数の電線が隣り合うように配置されており、
   前記隣り合う電線を、その外周面同士が面接触するように非円形の断面形状としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のシールド導電路。
4. 導体を絶縁被覆で包囲してなる複数本の電線と、金属製のパイプとを備え、前記複数本の電線を前記パイプ内に挿通することで、前記電線を前記パイプによりシールドするとともに保護するようにしたシート状導電路の製造方法であって、
   前記パイプに前記複数本の電線を挿通し、
   前記パイプを、前記電線の外周に沿った形状となるように変形させることを特徴とするシールド導電路の製造方法。
5. 前記パイプを軸線方向に移動させつつ、前記パイプの外周に対し径方向に複数のローラを押圧することで前記パイプを変形させることを特徴とする請求項４に記載のシールド導電路の製造方法。
6. 前記ローラと、前記ローラに押圧方向への駆動力を付与する駆動手段との間に、荷重計測手段を介在させ、
   前記荷重計測手段の計測値に基づいて前記ローラの前記パイプ側への移動量を管理することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のシールド導電路の製造方法。

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