JP2017063006A - 導体および被覆電線 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、曲り変形性の低下させることなく、安定した導電性を有することができる導体および前記導体を絶縁体で被覆した被覆電線を提供することを目的とする。【解決手段】中心に配置した中心層２０を形成する中心素線２１と、中心素線２１の外径方向に内層３０を形成する複数の内側素線３１と、内層３０の外径方向に外層４０を形成する複数の外側素線４１とで構成する三層構造の導体１０であって、外側素線４１は、内側素線３１よりも小径である太径素線４２と、太径素線４２よりも小径である細径素線４３とで構成され、内層３０が、中心素線２１および隣り合う内側素線３１と外接する８本以上の内側素線３１で形成され、外層４０が、内側素線３１と同じ本数である太径素線４２と細径素線４３とを交互に配置するとともに、隣り合う２本の内側素線３１同士と太径素線４２とが外接し、かつ、内側素線３１と太径素線４２とに細径素線４３が外接して形成された。【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、車両に配索されるワイヤハーネスやバッテリーケーブルに使用する導体および、前記導体を絶縁体で被覆した被覆電線に関する。

例えば、自動車などの車両に搭載される電子機器類とバッテリーとを電気的に導通させるため、複数の芯線を組み付けて撚り合わせた導体を絶縁体で被覆した被覆電線が用いられている。このような導体を被覆する絶縁体は、耐圧特性の観点から前記導体の外周部を均一に被覆していることが望ましい。そのため、前記導体の断面の形状は円形とすることが望ましい。

従来から用いられていた導体としては、例えば図５に示すように、中央に配置された芯線１２１と、芯線１２１と同径の内側素線１３１を芯線１２１の周上に６本配置し、その周りに１２本の内側素線１３１と同径の外側素線１４１を配置した３層構造の導体１１０がある。この導体１１０の断面形状は、図５に示すように、略六角形となるため、導体１１０を被覆する絶縁体の厚さ、すなわち、電線外径が大きくなるといった問題があった。
また、外側素線１４１と内接する仮想円Ｆ１の断面積に対する導体１１０の断面積の占有率が０．７６と低くなる。

これに対して、例えば、曲り変形性を低下させることなく、断面の外形が略円形状となることを目的とした３層構造の導体が、特許文献１に提案されている。
特許文献１に記載されている導体は、中央に配置された芯線と、複数の内側素線で形成された内層と、複数の外側素線で形成された外層とで構成された３層構造の導体であり、前記内層は、前記芯線よりも細い７本以上の内側素線が、隣り合う内側素線と前記芯線と接するように配置される。また前記外層は、前記外側素線が前記内側素線と同径の太径素線と、前記太径素線の間に配置する細径素線とで構成され、前記太径素線が隣り合う前記内側素線と接しているとともに、前記細径素線が前記内側素線と外接し、かつ、前記太径素線が内接する仮想円と内接することを特徴としている。

しかし、内側素線が７本として前記導体を製造した場合において、前記細径素線が前記内側素線および前記太径素線が内接する仮想円と接するには、前記内側素線の径よりも前記太径素線の径が大きくなるため、上記構成を満足できず、曲り変形性が低下するおそれがあった。

さらに、前記内側素線を８本とした場合においても、図６に示すように、前記太径素線２４２の間に配置する前記細径素線２４３の径は小さくなり、前記細径素線２４３は前記内側素線２３１との間に空隙Ｓが生じることとなり、上記構成を満足することができず、前記導体を構成する前記細径素線が導体から飛び出したり、断面の形状が崩れたりして、前記太径素線２４２と前記細径素線２４３とが部分的に解離されるため、安定した導電性を確保できないおそれがあった。

特開２０１２−１１９０７３号公報

この発明は、上述した問題を鑑み、曲り変形性の低下させることなく、安定した導電性を有することができる導体および前記導体を絶縁体で被覆した被覆電線を提供することを目的とする。

この発明は、中心に配置した芯線と、該芯線の外径方向に内層を形成する複数の内側素線と、内層の外径方向に外層を形成する複数の外側素線とで構成する三層構造の導体であって、前記外側素線は、前記内側素線よりも小径である太径素線と、該太径素線よりも小径である細径素線とで構成され、前記内層が、前記芯線および隣り合う内側素線と外接する８本以上の前記内側素線で形成され、前記外層が、前記内側素線と同じ本数である前記太径素線と前記細径素線とを交互に配置するとともに、隣り合う２本の前記内側素線同士と前記太径素線とが外接し、かつ、前記内側素線と前記太径素線とに前記細径素線が外接して形成されたことを特徴とする。

前記導体とは、前記芯線と前記芯線の周囲に配置した複数の前記内側素線と、前記内層の周囲に配置した前記外側素線とで形成する導体をいう。すなわち前記導体とは電気的に導通可能な領域をさす。
上述の太径素線が隣り合う内側素線と外接するとは、前記導体を断面において、隣り合う２本の前記内側素線が形成する溝に前記太径素線が配置された状態をいう。

この発明により、曲り変形性を低下させることなく、安定した導電性を有することができる。
詳述すると、８本以上の前記内側素線が、前記芯線および隣り合う内側素線と接する構成であることから、前記内側素線は前記芯線と比べて小径であるとともに、前記芯線の周上を均一に配置されている。また、前記太径素線および前記細径素線は内層の外周に均一に配置されている。このため前記内側素線および前記外側素線は前記導体の剛性を著しく向上することはなく、前記導体の曲り変形性を低下させることがない。

また、前記細径素線と前記内側素線と前記太径素線とが互いに外接していることから、前記内側素線と前記太径素線と前記細径素線との間の空隙率を減少することができる。

さらに、前記太径素線が、隣接する前記内側素線同士が形成する溝に配置され、前記細径素線が前記内側素線の径外方向円弧部分に配置されることから、前記太径素線が内接する太径側仮想円の半径と、前記細径素線が内接する細径側仮想円の半径と略同一の大きさとなるため、前記導線の外形である前記太径側仮想円と前記細径素線との間の空隙率が減少させることができる。
したがって、太径側仮想円の面積に対する導体の断面積の占有率を増加することができ、前記導体の導電性を向上することができる。

また、隣接する前記内側素線同士が形成する溝に前記太径素線が配置されているため、前記細径素線は隣り合う２本の太径素線と前記内側素線とに把持されることとなる。このため、前記導体を撚り合わせたり変形させたりした場合であっても、前記外側素線が容易の所定の位置から移動することを防止することができ、前記導体の断面の形状が崩れることを防止することができる。したがって、安定した導電性を確保することができる。

この発明の態様として、前記太径素線および前記細径素線が、同一の仮想円と内接することを特徴とする。
この発明により、前記導体の導電性を向上できる。

詳述すると、前記仮想円が、前記太径側仮想円および前記細径側仮想円と同一となるため、前記仮想円の面積に対する前記導体の断面積の割合を増加することができる。したがって、前記導体の導電性を向上できる。

また、前記仮想円に対する前記導体の断面積の割合を増加することから、従来の導体と同量の断面積量を小径な導体で製造することができる。すなわち、前記導体のコンパクト化を図ることができる。

さらに、前記導体の断面の外形を略円形に形成できるため、前記導体を被覆する絶縁体の肉厚を均等にでき、前記導体を被覆する前記絶縁体の肉厚のうち所定の方向の肉厚が薄くなることを防止できる。したがって、前記導体に外力による所定の個所が損傷するといったおそれを軽減することができる。

またこの発明の態様として、前記内側素線の本数が１２本以下であることを特徴とすることができる。
この発明により、前記芯線と接する前記内側素線の界面の面積を減少させることができ、前記芯線と前記内側素線との間の抵抗値を減少できる。これにより、前記導体に所望の導電性を確保することができる。

また、前記導体を構成する素線の本数を減らすことができるため、多数の素線を準備し前記芯線の周上に配置する必要がなく、前記導体の製造作業が煩雑となることを防止できる。

またこの発明の態様として、前記太径素線の径に対する前記細径素線の径の比率が、０．７３０以上であることを特徴とすることができる。
この発明により、安定した導電性を確保することができる。

詳述すると、前記太径素線に対する前記細径素線の径の比率が０．７３０以上であることで、前記太径素線に対する前記細径素線の径が所望の径よりも細くなることを防止できる。これにより、隣り合う前記太径素線の間に前記細径素線を確実に配置できるとともに、前記細径素線と前記太径素線との接触面積を十分に確保することができ、前記導体の導電性を安定させることができる。

またこの発明の態様として、前記細径素線の太さが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とすることができる。
この発明により、前記導体を十分な強度を有し、かつ柔軟性を有する構成とすることができるため、例えば前記導線を曲げ変形させた場合などでも前記細径素線が断裂などの損傷を受けるおそれを軽減することができる。

前記芯線および前記内側素線、前記外側素線が、同種のアルミ合金で形成されたことを特徴とすることができる。
この発明により、従来用いられている銅合金に比べ、前記導体の軽量化を図ることができる。

この発明により、曲り変形性の低下させることなく、所定の導電性を有する導体および前記導体を絶縁体で被覆した被覆電線を提供することができる。

被覆電線の概略斜視図。 導体の断面図。 内層と外層の説明図。 他の導体の説明図。 従来の導体の断面図。 従来の導体の説明図。

図１は被覆電線１の概略斜視図を示し、図２は導体１０の正面断面図を示す。図３は導体１０を形成する内層３０と外層４０との説明図を示す。詳しくは、図３（ａ）が、導体１０の全体の正面断面図を示し、図３（ｂ）が図３（ａ）中の二点鎖線で囲んだ領域の拡大断面図を示す。

図４は他の導体１０ａの説明図を示す。詳述すると、図４（ａ）は他の導体１０ａの断面図を示し、図４（ｂ）は他の導体１０ａの比較に用いる導体３１０の断面図を示す。図５は、従来から使用されている導体の一例である導体１１０の正面断面図を示し、図６は、特許文献１に記載の導体の一例である導体２１０の説明図を示す。詳しくは、図６（ａ）が、導体２１０の全体の正面断面図を示し、図６（ｂ）が図６（ａ）中の二点鎖線で囲んだ領域の拡大断面図を示す。
なお、図２乃至図６において、正面とは被覆電線１の長手方向に対して垂直な面を指す。

被覆電線１は、図１に示すように、中央に配置された芯線に複数の素線を撚り合わせて形成した導体１０と、導体１０の周方向を被覆する絶縁体である被覆樹脂５０とで構成している。
ここで、絶縁体で構成されている被覆樹脂５０は、中心部分に貫通孔を有する筒状体であり、その内径は後述する仮想円Ｆの径と同一となる。

導体１０は、図２に示すように、中心素線２１で形成される中心層２０と、内側素線３１で形成される内層３０と、外側素線４１で形成される外層４０とで構成する３層構造の導体である。

中心層２０である中心素線２１は、導体１０の中心に配置された断面円形状のアルミ芯線であり、その直径ｄ１は、ｄ１＝０．３４ｍｍである。

内層３０は、中心素線２１および隣り合う内側素線３１と外接するよう配置した８本の内側素線３１で形成されている。
内側素線３１は、図２に示すように、中心素線２１と同じ材質で構成された断面円形状のアルミ芯線であり、その直径ｄ２は、中心素線２１の直径ｄ１の０．６２倍であるｄ２＝０．２１１ｍｍである。

外層４０は、外側素線４１を内層３０に沿って配置し構成されている。

具体的には、外側素線４１は内側素線３１よりも小径の太径素線４２と太径素線４２よりも小径の細径素線４３とで構成されており、外層４０は、内側素線３１と同じ数本の太径素線４２と細径素線４３とを交互に配置して形成されている。

太径素線４２は、中心素線２１と同じ材質のアルミ芯線である。太径素線４２の直径ｄ３は内側素線３１の直径ｄ２の０．９５倍であり、その長さはｄ３＝０．１９９ｍｍであり、図２に示すように、隣り合う内側素線３１が形成する溝に配置されている。

一方で、細径素線４３は、太径素線４２と同様に、中心素線２１と同じ材質のアルミ芯線である。細径素線４３の直径ｄ４は、太径素線４２の直径ｄ３の０．７５倍であり、その長さはｄ４＝０．１４９ｍｍである。

このような構成である細径素線４３は、図２に示すように、断面において中心素線２１の中心と内側素線３１の中心とを結ぶ直線と、内側素線３１の円弧との交点に外接するように配置されている。すなわち、断面において中心素線２１の中心と内側素線３１の中心と細径素線４３の中心とを結んだ仮想線Ｌは直線となる。

このように配置された太径素線４２と細径素線４３は、内側素線３１と外接するとともに、隣り合う太径素線４２と細径素線４３とも外接している。また、図２および図３に示すように、太径素線４２と細径素線４３とは同一の仮想円Ｆ（被覆樹脂５０の内円に該当する）と内接している。

このような構成である導体１０は、中心素線２１の外周に配置した８本の内側素線３１と、内層３０の外径方向側に配置した太径素線４２及び細径素線４３とを同方向に撚り合わせて形成し、導体１０を被覆樹脂５０で被覆することで被覆電線１を形成する。

上述のように形成した被覆電線１の断面積における導体１０の占有率について説明する。
先ず、図２に示すように、中心素線２１と内側素線３１と細径素線４３の中心を結んだ線が直線となることから、被覆樹脂５０の内円に相当する仮想円Ｆの半径は、中心素線２１の半径と、内側素線３１の直径と細径素線４３の直径の和であるため、数１のように表すことができる。

したがって、仮想円Ｆの面積ｓは、数２で表すことができる。

一方で、導体１０の断面積Ｓは、中心素線２１の断面積と、内層を形成する８本の内側素線３１の断面積と、外層を形成する８本の太径素線および細径素線の断面積の和であるため、数３で表せる。

したがって、仮想円Ｆの面積ｓに対する導体１０の断面積Ｓの割合（占有率Ｄ）は、Ｄ＝Ｓ／ｓで表せ、これにより算出される占有率は、Ｄ＝８７．１０％となる。

このように、中心層２０である中心素線２１と、中心素線２１の外径方向に内層３０を形成する複数の内側素線３１と、内層３０の外径方向に外層４０を形成する複数の外側素線４１とで構成する三層構造の導体１０であって、外側素線４１を、内側素線３１よりも小径である太径素線４２と、太径素線４２よりも小径である細径素線４３とで構成し、内層３０を、中心素線２１および隣り合う内側素線３１と外接する８本以上の内側素線３１で形成し、外層４０を、内側素線３１と同じ本数である太径素線４２と細径素線４３とを交互に配置するとともに、隣り合う２本の内側素線３１同士と太径素線４２とが外接し、かつ、内側素線３１と太径素線４２とに細径素線４３が外接して形成することにより、曲り変形性を低下させることなく、安定した導電性を有することができる。

詳述すると、内側素線３１は中心素線２１と比べて小径であり、８本の内側素線３１が、中心素線２１および隣り合う内側素線３１と接する構成であることから、内側素線３１は、中心素線２１の周上を均一に配置されている。また、太径素線４２が、内側素線３１が形成する溝に均一に配置され、かつ、細径素線４３が隣り合う太径素線４２の間に均一に配置されている。すなわち、中心素線２１よりも小径の内側素線３１は、中心素線２１の周上を均一に配置されていることから中心素線２１の剛性を大きくに向上させることはない。また、外側素線４１中で太径である太径素線４２は、内側素線３１が形成する溝に配置されており、細径素線４３は径が小さいため、外側素線４１は内側素線３１の剛性を大きく向上させることはない。したがって、このような構成を有する導体１０は、従来の法１１０などと比べて曲り変形性を低下させない。

また、太径素線４２よりも小径である細径素線４３が、内側素線３１及び太径素線４２と外接していることから、内側素線３１と太径素線４２と細径素線４３との間の空隙率を減少することができる。

また図４（ａ）に示すように、太径素線４２と細径素線４３とが同一の仮想円Ｆと内接しない場合では、太径素線４２が隣接する内側素線３１同士が形成する溝に配置され、細径素線４３が内側素線３１の径外方向円弧部分に配置されることから、太径素線４２が内接する太径側仮想円Ｆｂの半径と、細径素線４３が内接する細径側仮想円Ｆｓの半径と略同一の大きさとなる。このことは例えば、図４（ｂ）に示すように、太径素線４２と細径素線４３との配置を逆転させた比較導体３００と比較すると明確である。このように上記構成を備えることで、導線の断面外形を囲繞する太径側仮想円Ｆｂと細径素線４３との間の生じる空隙を減少させることができる。
したがって、太径側仮想円Ｆｂの面積に対する導体１０の断面積の占有率を増加することができ、導体１０の導電性を向上することができる。

また、隣接する内側素線３１同士が形成する溝に太径素線４２が配置されているため、細径素線４３は隣り合う２本の太径素線４２と内側素線３１とに把持されることとなる。このため、導体１０を撚り合わせたり変形させたりした場合であっても、外側素線４１が容易の所定の位置から移動することを防止することができ、導体１０の断面の形状が崩れることを防止することができる。
より詳しく説明すると、例えば図６に示すように、特許文献１に記載の中心素線２２１では、内側素線２３１と細径素線２４３との間に空隙が生じることとなるため、中心素線２２１を曲げ変形した場合などに、細径素線２４３が外部に飛び出したり、太径素線２４２が空隙に入り込んだりして中心素線２２１の断面の外形が崩れるおそれがある。

しかし、導体１０は内側素線３１が形成する溝に太径素線４２が入り込むとともに、内側素線３１と外接する細径素線４３同士で挟み込んで把持しているため、内層３０と外層４０との空隙が減少されるとともに、容易に太径素線４２および細径素線４３が移動しない構成となっている。そのため、導体１０に外力が作用した場合であっても、導体１０の断面の形状が容易に崩れることはなく、安定した導電性を確保することができる。

また、太径素線４２および細径素線４３が、同一の仮想円Ｆと内接することにより、導体１０の導電性を向上できる。

詳述すると、仮想円Ｆが太径素線４２及び細径素線４３と内接する導体１０では、図Ｂ（ａ）に示す太径側仮想円Ｆｂおよび細径側仮想円Ｆｓが同一の仮想円Ｆとなる。換言すると、導体１０に生じる空隙を最小限にすることができ、仮想円Ｆの面積に対する導体１０の断面積の割合を増加することができる。したがって、導体１０の導電性を向上することができる。

また、仮想円Ｆに対する導体１０の断面積の割合を増加することから、従来の導体１０と同じ断面積量を有する導体を、従来よりも小径な導体１０として製造することができるため、導体１０のコンパクト化を図ることができる。

また、中心素線２１の周方向に接する内側素線３１の本数を増やすことで、すなわち内側素線３１の本数を増やすことで、仮想円Ｆの面積に対する導体の断面積の占有率Ｄは増加する。

詳述すると、内側素線３１が８本である場合には、占有率ＤはＤ＝８７．１０％であるのに対して、内側素線３１の本数が１２本である場合には、占有率ＤはＤ＝８８．３９％となる。

さらに、太径素線４２および細径素線４３が仮想円Ｆに内接することから、仮想円Ｆと太径素線４２と細径素線４３との間にできる空隙を最小限とすることができ、太径素線４２および細径素線４３が容易に所定の位置から移動することを防止できる。すなわち、導体１０の断面の外形が崩れることを防止できるとともに、導体１０の断面の外形を略円形に形成でき、導体１０を被覆する被覆樹脂５０の肉厚を均等にすることができる。これにより、導体１０を被覆する被覆樹脂５０の肉厚が所定の方向で薄くなることを防止でき、導体１０に外力による所定の個所が損傷するといったおそれを軽減することができる。

さらにまた、中心素線２１の周方向に配置する内側素線３１の本数を１２本以下である８本とすることにより、中心素線２１と外接する内側素線３１および内側素線３１と外接する外側素線４１の界面の面積を減少させることができ、中心素線２１と内側素線３１との間の抵抗値を減少でき、導体１０に所望の導電性を確保することができる。
また、導体１０を構成する素線の本数を減らすことができるため、導体１０の製造作業が煩雑となることを防止できる。

さらにまた、太径素線４２の径に対する細径素線４３の径の比率が、０．７３０以上であることで、安定した導電性を確保することができる。
詳述すると、太径素線４２に対する細径素線４３の径の比率が０．７３０以上０．７５０であることから、太径素線４２に対する細径素線４３の径が所望の径よりも細くなることを防止できる。これにより、隣り合う太径素線４２の間に細径素線４３を確実に配置できるとともに、細径素線４３と太径素線４２との接触面積を十分に確保することができ、導体１０の導電性を安定させることができる。

さらにまた、細径素線４３の太さが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であるため、導体１０を十分な強度を有し、かつ柔軟性を有する構成とすることができ、例えば被覆電線１を曲げ変形させた場合などでも導体１０の断裂などの損傷を受けるおそれを軽減することができる。

さらまた、中心素線２１および内側素線３１、外側素線４１が、同種のアルミ合金であることにより、従来用いられている銅合金に比べ、導体１０の軽量化を図ることができる。

なお、この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

また本実施形態において、導体１０を、中心素線２１を中心として内側素線３１と太径素線４２と細径素線４３とを同一方向に撚り合わせた撚線導体としたが、必ずしもこの実施形態に限定されるわけではなく、中心素線２１に沿って内側素線３１を配置して内層３０を形成するとともに、太径素線４２と細径素線４３を内層３０の長手方向に配置して外層４０を形成する構成としても良い。

１ 被覆電線
１０ 導体
２１ 中心素線
３０ 内層
３１ 内側素線
４０ 外層
４１ 外側素線
４２ 太径素線
４３ 細径素線
Ｆ 仮想円

Claims (7)

1. 中心に配置した芯線と、該芯線の外径方向に内層を形成する複数の内側素線と、内層の外径方向に外層を形成する複数の外側素線とで構成する三層構造の導体であって、
   前記外側素線が、前記内側素線よりも小径である太径素線と、該太径素線よりも小径である細径素線とで構成され、
   前記内層が、前記芯線および隣り合う内側素線と外接する８本以上の前記内側素線で形成され、
   前記外層が、前記内側素線と同じ本数である前記太径素線と前記細径素線とを交互に配置するとともに、隣り合う２本の前記内側素線同士と前記太径素線とが外接し、かつ、前記内側素線と前記太径素線とに前記細径素線が外接して形成された
   導体。
2. 前記太径素線および前記細径素線が、同一の仮想円と内接する
   請求項１に記載の導体。
3. 前記内側素線の本数が１２本以下である
   請求項１または請求項２に記載の導体。
4. 前記太径素線の径に対する前記細径素線の径の比率が、０．７３０以上である
   請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の導体。
5. 前記細径素線の太さが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である
   請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の導体。
6. 前記芯線および前記内側素線、前記外側素線が、同種のアルミ合金で形成された
   請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の導体。
7. 請求項１乃至請求項６のうちのいずれかに記載の導体が、
   絶縁体で被覆された
   被覆電線。

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