JP2005063765A - Electric wire for automobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は自動車用電線に関する。より具体的には、炭素繊維からなる導体を有し軽量であるとともに、高い導電率を有し自動車の艤装配線に好適な自動車用電線に関するものである。 The present invention relates to an automobile electric wire. More specifically, the present invention relates to an automobile electric wire that has a conductor made of carbon fiber, is light in weight, and has a high electrical conductivity and is suitable for automobile wiring.
自動車内の電装品への電気の供給、通信、センシングなどに用いられる自動車用電線として、従来は、銅などの金属からなる導体の外周に絶縁体を被覆したものがよく用いられている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, as an electric wire for automobiles used for the supply of electricity to electrical components in automobiles, communication, sensing, etc., a conductor made of a metal such as copper is often coated with an insulator (for example, Non-Patent Document 1).
しかし、このような従来の自動車用電線は、導体として主に銅などの比重が大きい金属が用いられているので重量が大きい。しかも、近年は、情報関係の各種センサが増加し、センサやその関係部品などへ電気を供給するための電線が増えてきているので、電線の重量の、車両全体の重量へ与える影響も大きくなっている。車両全体の重量が大きくなると、燃費なども低下し、これは環境問題の観点からも好ましくない。そこで、従来の銅線に代わるより軽量な自動車用電線が求められていた。 However, such a conventional automobile electric wire is heavy because a metal having a large specific gravity such as copper is mainly used as a conductor. Moreover, in recent years, various information-related sensors have increased, and the number of electric wires for supplying electricity to sensors and related parts has increased, so the influence of the weight of the wires on the weight of the entire vehicle has also increased. ing. When the weight of the entire vehicle increases, the fuel consumption and the like also decrease, which is not preferable from the viewpoint of environmental problems. Therefore, there has been a demand for lighter automotive electric wires that can replace conventional copper wires.
そこで、本発明者らは、検討を重ねた結果、従来の銅線に代わるより軽量な自動車用電線として、炭素繊維からなる導体と、前記導体の外周を被覆する絶縁体とを具えることを特徴とする自動車用電線を発明し、特願2002−306310として特許出願を行った。 Therefore, as a result of repeated studies, the present inventors have provided a conductor made of carbon fiber and an insulator covering the outer periphery of the conductor as a lighter automotive electric wire that replaces the conventional copper wire. The characteristic electric wire for automobiles was invented and a patent application was filed as Japanese Patent Application No. 2002-306310.
この発明は、導体として、銅などの金属と比較して比重が小さい炭素繊維を用いることを特徴とする。従って、従来の自動車用電線と比較して軽量であるので、この電線を用いることにより、従来よりも車両の重量を軽量にして燃費を向上させることを可能とした。
しかし、炭素繊維は、銅などの金属と比較して電気抵抗が大きいので、炭素繊維を用いることを特徴とする電線は、電気抵抗の大きいものとなる。例えば、径7μm程度の微小なフィラメントであるPAN系の炭素繊維を3000本束ねて得られた電線は、150Ω/mの電気抵抗を有する。 However, since carbon fiber has a larger electric resistance than metals such as copper, an electric wire characterized by using carbon fiber has a large electric resistance. For example, an electric wire obtained by bundling 3000 PAN-based carbon fibers, which are fine filaments having a diameter of about 7 μm, has an electric resistance of 150 Ω / m.
このような大きな抵抗を有する電線は、スイッチ素子の入力側などでは用いられるが、自動車用電線としての他の多くの用途においては、抵抗を有しない電線が好ましい。従って、上記の炭素繊維を用いることを特徴とする電線は、自動車用電線として使用範囲の狭いものとなる。そこで、軽量などの炭素繊維を用いる電線の利点を保持しながら、より電気抵抗の小さい自動車用電線が求められていた。 An electric wire having such a large resistance is used on the input side of the switch element or the like, but in many other applications as an electric wire for an automobile, an electric wire having no resistance is preferable. Therefore, the electric wire characterized by using the above carbon fiber has a narrow range of use as an automobile electric wire. Therefore, there has been a demand for an automobile electric wire with lower electric resistance while maintaining the advantages of a light-weight carbon fiber electric wire.
本発明は、軽量などの炭素繊維を用いる電線の利点を保持しながら、より電気抵抗の小さい自動車用電線の提供を目的とする。本発明者は、炭素繊維からなる導体と共に金属線からなる導体を用いることによりこの目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。 An object of the present invention is to provide an automobile electric wire with lower electrical resistance while maintaining the advantages of an electric wire using carbon fiber such as lightweight. The present inventor has found that this object can be achieved by using a conductor made of a metal wire together with a conductor made of carbon fiber, and has completed the present invention.
すなわち、本発明は、金属線からなる導体、炭素繊維からなる導体、およびこれらの導体を被覆する絶縁体を有することを特徴とする自動車用電線を提供するものである。 That is, this invention provides the electric wire for motor vehicles characterized by having the conductor which consists of metal wires, the conductor which consists of carbon fibers, and the insulator which coat | covers these conductors.
以下、本発明をより詳しく説明する。
金属線からなる導体を構成する金属としては、導電率の高い金属、例えば銅、銀、アルミニウムなどが挙げられるが、通常、安価な銅が用いられる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
Examples of the metal constituting the conductor made of the metal wire include metals having high conductivity, such as copper, silver, and aluminum. Usually, inexpensive copper is used.
1本の炭素繊維からなる導線に対する金属線の本数は、1本であってもよく、複数本であってもよい。複数本である場合、これらを撚り合わせるなどの方法により集束されていてもよく、またそれぞれが分離されて炭素繊維からなる導体内または絶縁体内に設けられていてもよい。 The number of metal wires with respect to the conducting wire made of one carbon fiber may be one or plural. In the case of a plurality of wires, they may be bundled by a method such as twisting them, or each may be separated and provided in a conductor made of carbon fiber or in an insulator.
金属線の形状としては、通常、電線の全長にわたって連続した線状のものが用いられるが、金属線からなる導体が炭素繊維からなる導体内に設けられている場合は、短繊維状の金属線(例えばフィラメント)を炭素繊維からなる導体内に分散したものも用いることができ、このような形態も本発明の金属線からなる導体に含まれる。 As the shape of the metal wire, a linear one that is continuous over the entire length of the electric wire is usually used. However, when a conductor made of a metal wire is provided in a conductor made of carbon fiber, a short fiber-like metal wire A material in which (for example, a filament) is dispersed in a conductor made of carbon fiber can be used, and such a form is also included in the conductor made of the metal wire of the present invention.
金属線は、電線に求められる導電率が確保できる太さを有する。導電率は、金属線の材質、本数、形状などによっても影響されるので、金属線の好ましい太さは、金属線の材質、本数、形状などにより変動する。
必要とされる導電率が確保できる限りは、電線を軽量化するため、金属線の本数は少なく、太さは細い方が好ましい。
A metal wire has the thickness which can ensure the electrical conductivity calculated | required by an electric wire. Since the electrical conductivity is also affected by the material, number, shape, etc. of the metal wire, the preferred thickness of the metal wire varies depending on the material, number, shape, etc. of the metal wire.
As long as the required conductivity can be ensured, in order to reduce the weight of the electric wire, the number of metal wires is small and the thickness is preferably thin.
炭素繊維からなる導体は、その屈曲性をよくするために炭素繊維を複数集束して用いることが好ましい。その本数や該導体の太さは、必要な機械的強度が得られるように材料に応じて適宜調整される。本発明の自動車用電線では、導電性は金属線のみでなく炭素繊維によっても得られる。従って、炭素繊維によりある程度の導電性が得られれば、金属線の本数を少なく、又、太さを細くすることもできる。この様に、炭素繊維の本数や炭素繊維からなる導体の太さや本数の調整に際しては、導電性が考慮される。 A conductor made of carbon fibers is preferably used by concentrating a plurality of carbon fibers in order to improve the flexibility. The number and the thickness of the conductor are appropriately adjusted according to the material so that the required mechanical strength can be obtained. In the electric wire for automobiles of the present invention, conductivity is obtained not only by a metal wire but also by carbon fiber. Therefore, if a certain degree of conductivity is obtained by the carbon fiber, the number of metal wires can be reduced and the thickness can be reduced. Thus, in adjusting the number of carbon fibers and the thickness and number of conductors made of carbon fibers, conductivity is taken into consideration.
炭素繊維からなる導体を構成する炭素繊維としては、石油又は石炭ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維やポリアクリロニトリルを原料とするPAN系炭素繊維が例示され、本発明においてはそのいずれを用いてもよく、市販されているフィラメントを用いてもよい。一般に、ピッチ系炭素繊維は、PAN系炭素繊維と比較して、導電性はよいが強度(特に、引張強度)が弱い傾向にあるので、強度を考慮する場合は、PAN系炭素繊維が好ましい。 Examples of the carbon fiber constituting the conductor made of carbon fiber include pitch-based carbon fiber made from petroleum or coal pitch and PAN-based carbon fiber made from polyacrylonitrile, and any of them may be used in the present invention. A commercially available filament may be used. In general, pitch-based carbon fibers tend to have good conductivity but lower strength (particularly tensile strength) than PAN-based carbon fibers. Therefore, when considering strength, PAN-based carbon fibers are preferable.
上記炭素繊維の集束方法としては、例えば、縦添えが挙げられる。しかし、炭素繊維からなるフィラメントとして、通常知られている直径がφ10μm程度以下、とくに6〜7μm程度の微小なフィラメントを複数縦添えして、例えば断面円形状にした場合、フィラメントが径方向に滑り、扁平状になり易い。従って、縦添えは、フラットケーブルなどの導体の断面が楕円状や扁平状にする場合に好ましい。 Examples of the carbon fiber bundling method include vertical attachment. However, as a filament made of carbon fiber, when a generally known diameter of about φ10 μm or less, particularly about 6 to 7 μm, is added in a plurality of lengths to make a circular cross section, for example, the filament slips in the radial direction. , Easy to flatten. Therefore, vertical attachment is preferable when the cross section of a conductor such as a flat cable is elliptical or flat.
一方、炭素繊維からなる導体を断面円形状としたい場合は、複数の炭素繊維を撚り合わせることが好ましい。撚り合わせることで、断面を円形状に保ち易いだけでなく、導体断面を真円に近い形状とすることで、断面をより小さくすることができ、車両への収納容量を小さくすることができる。撚りは、S撚りでもZ撚りでもよく、S撚りとZ撚りを交互に行ったS−Z撚りでもよい。S−Z撚りは、撚り用ダイスを交互に回転することで製造できるため、製造設備を簡易にすることができ、製造性に優れて好ましい。 On the other hand, when a conductor made of carbon fibers is desired to have a circular cross section, it is preferable to twist a plurality of carbon fibers. By twisting together, it is easy not only to keep the cross section in a circular shape, but also to make the cross section of the conductor close to a perfect circle, the cross section can be made smaller and the storage capacity in the vehicle can be reduced. The twist may be S twist or Z twist, or SZ twist in which S twist and Z twist are alternately performed. Since the SZ twist can be manufactured by alternately rotating the twisting dies, the manufacturing equipment can be simplified and the productivity is excellent.
金属線からなる導体および炭素繊維からなる導体を被覆する絶縁体としては、導体が銅などの金属からなる一般的な電線において絶縁体として使用されているものと同様なものを用いることができる。例えば、絶縁性を有する樹脂などが挙げられ、具体的には、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなどのポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA樹脂)、ポリ塩化ビニル(PVC)などが挙げられる。 As an insulator covering a conductor made of a metal wire and a conductor made of carbon fiber, the same conductor as that used as an insulator in a general electric wire made of a metal such as copper can be used. Examples thereof include resins having insulating properties, and specific examples include polyethylene such as low density polyethylene and high density polyethylene, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA resin), polyvinyl chloride (PVC), and the like.
絶縁体の被覆は、押出機による樹脂の押出などにより行われる。例えば、金属線からなる導体および炭素繊維からなる導体、または金属線からなる導体を含んだ炭素繊維からなる導体を、ニップルのガイド孔を経てダイスに挿通し、ニップルおよびダイスがつくる樹脂孔から供給された樹脂により該導体を被覆しながら該樹脂を押出す方法が挙げられる。
炭素繊維が、ニップル−ダイス部分で樹脂からの力により切断される問題を低減するため、ニップルの一端をダイス孔から突出させたものを用いてもよい。
The insulation is coated by extruding resin with an extruder. For example, a conductor made of a metal wire and a conductor made of carbon fiber, or a conductor made of carbon fiber containing a conductor made of metal wire is inserted into a die through a guide hole of the nipple and supplied from a resin hole formed by the nipple and the die. And a method of extruding the resin while covering the conductor with the formed resin.
In order to reduce the problem that the carbon fiber is cut by the force from the resin at the nipple-die portion, one in which one end of the nipple protrudes from the die hole may be used.
本発明のより具体的な態様としては、金属線からなる導体が、炭素繊維からなる導体内に設けられており、該炭素繊維からなる導体の外周が絶縁体により被覆されていることを特徴とする自動車用電線が挙げられる。このように構成された電線は軽量でありながら、大きなパワーを使用する自動車用電線として好ましい。 As a more specific aspect of the present invention, a conductor made of a metal wire is provided in a conductor made of carbon fiber, and the outer periphery of the conductor made of carbon fiber is covered with an insulator. An electric wire for automobiles to be used. The electric wire configured as described above is preferable as an automobile electric wire using a large power while being lightweight.
本発明のより具体的な他の態様としては、金属線からなる導体の外周が絶縁体により被覆されており、該絶縁体の内部に炭素繊維からなる導体が設けられていることを特徴とする自動車用電線が挙げられ、さらに、金属線からなる導体が、炭素繊維からなる導体内に設けられており、該炭素繊維からなる導体の外周が絶縁体により被覆されており、該絶縁体の内部にさらに炭素繊維からなる導体が設けられていることを特徴とする自動車用電線も挙げられる。 As another more specific aspect of the present invention, the outer periphery of a conductor made of a metal wire is covered with an insulator, and a conductor made of carbon fiber is provided inside the insulator. In addition, a conductor made of a metal wire is provided in a conductor made of carbon fiber, and an outer periphery of the conductor made of carbon fiber is covered with an insulator. In addition, an automobile electric wire characterized in that a conductor made of carbon fiber is further provided.
このような自動車用電線は金属線からなる導体と炭素繊維からなる導体に、同じ電流を流して、大電流用として用いることができる外、後述する様に異なる導体毎に別の電流を流して同時に多用途に用いることができる。 Such electric wires for automobiles can be used for large currents by passing the same current through a conductor made of metal wire and a conductor made of carbon fiber. In addition, as will be described later, a different current is passed for each different conductor. It can be used for many purposes at the same time.
上記のように、自動車用電線は、電装品への電気の供給、通信、センシングなど種々の用途に用いられており、その用途に応じて、求められる導電性などが異なる。例えば、電装品への電気の供給に使用される場合は、比較的大きな導電性が求められるが、通信、センシングなどの弱電信号用として用いられる場合は大きな導電性は求められない。 As described above, automobile wires are used in various applications such as supplying electricity to electrical components, communication, and sensing, and the required conductivity differs depending on the application. For example, when it is used for supplying electricity to an electrical component, a relatively large conductivity is required, but when it is used for a weak electric signal such as communication and sensing, a large conductivity is not required.
また、このような各種用途の電線を、一本の電線内に納めることができれば、自動車用電線の本数、すなわち重量を減らすことができ、その結果車両重量の低減、燃費の低減などを達成することができる。 Moreover, if such electric wires for various applications can be accommodated in one electric wire, the number of electric wires for automobiles, that is, the weight can be reduced, and as a result, reduction of vehicle weight, reduction of fuel consumption, etc. are achieved. be able to.
金属線からなる導体の外周が絶縁体により被覆されており、該絶縁体の内部に炭素繊維からなる導体が設けられていることを特徴とする自動車用電線、および金属線からなる導体が炭素繊維からなる導体内に設けられており、該炭素繊維からなる導体の外周が絶縁体により被覆されており、該絶縁体の内部にさらに炭素繊維からなる導体が設けられていることを特徴とする自動車用電線は、各種用途の電線を、一本の電線内に納めるという目的を達成するものである。 An electric wire for an automobile, wherein a conductor made of a metal wire is covered with an insulator, and a conductor made of carbon fiber is provided inside the insulator, and a conductor made of a metal wire is carbon fiber An automobile characterized in that the outer periphery of the conductor made of carbon fiber is covered with an insulator, and the conductor made of carbon fiber is further provided inside the insulator. The electric wire achieves the purpose of accommodating electric wires for various uses in one electric wire.
すなわち金属線からなる導体や金属線からなる導体がその中に設けられている炭素繊維からなる導体は、比較的大きな導電性を有するので、これらの導体は電装品への電気の供給など比較的大きな導電性が求められる用途に使用され、絶縁体内に設けられている炭素繊維からなる導体は、弱電信号用などの大きな導電性が求められない用途に使用される。 That is, a conductor made of a metal wire or a conductor made of carbon fiber in which a conductor made of a metal wire is provided has a relatively large electric conductivity. A conductor made of carbon fiber provided in an insulator is used for applications where high conductivity is not required, such as for weak electric signals.
1本の電線内における、金属線からなる導体の本数や金属線からなる導体がその中に設けられている炭素繊維からなる導体の本数はとくに限定されず、1本でも複数本でもよい。同様に、絶縁体内に設けられている炭素繊維からなる導体の本数も限定されない。絶縁体の内部に設けられている炭素繊維からなる導体は、通常、大きな電流を通す用途には用いないので、比較的細くてよく、その結果、多数本を1本の電線内に納めることが可能な場合が多い。多数本を1本の電線内に納めることにより、自動車用電線の本数を減らすことができ、その結果車両重量の低減、燃費の低減などを達成することができる。 The number of conductors made of metal wires and the number of conductors made of carbon fibers in which the conductors made of metal wires are provided in one electric wire are not particularly limited, and may be one or more. Similarly, the number of conductors made of carbon fibers provided in the insulator is not limited. The conductor made of carbon fiber provided inside the insulator is not normally used for a large current application, and therefore may be relatively thin. As a result, a large number of conductors can be accommodated in one electric wire. Often possible. By storing a large number of wires in one electric wire, the number of electric wires for automobiles can be reduced, and as a result, reduction in vehicle weight, reduction in fuel consumption, and the like can be achieved.
金属線からなる導体、炭素繊維からなる導体、およびこれらの導体を被覆する絶縁体を有する本発明の自動車用電線は、軽量などの炭素繊維を用いる電線の利点を保持しながら、電気抵抗が小さいという特徴を有し、電装品への電気の供給など、高い導電率が求められる用途に好ましく使用される。 The electric wire for automobiles of the present invention having a conductor made of metal wire, a conductor made of carbon fiber, and an insulator covering these conductors has low electric resistance while maintaining the advantages of a wire using carbon fiber such as light weight. It is preferably used for applications that require high conductivity, such as supplying electricity to electrical components.
特に、金属線からなる導体の外周が絶縁体により被覆されており、該絶縁体の内部に炭素繊維からなる導体が設けられている場合は、電装品への電気の供給など大きな導電性が求められる用途、および弱電信号用などの大きな導電性が求められない用途などの複数の用途に、1本の電線で対応することができ、自動車用電線の本数を減らすことができ、その結果車両重量をさらに低減し、燃費の低減などを達成することができる。 In particular, when the outer periphery of a conductor made of a metal wire is covered with an insulator and a conductor made of carbon fiber is provided inside the insulator, a large electrical conductivity such as supply of electricity to electrical components is required. Can be handled with a single electric wire, and the number of electric wires for automobiles can be reduced, resulting in the weight of the vehicle. Can be further reduced, and fuel consumption can be reduced.
以下、本発明の実施のより具体的な形態を、図面を用いて説明するが、本発明の範囲はこの形態により限定されるものではない。
図1は、本発明の一例を示す、電線の長さ方向に対して垂直方向の自動車用電線の断面図である。この例では、炭素繊維からなる導体2の中に、金属線からなる導体1として1本の銅線が設けられている。また、炭素繊維からなる導体2の外周は絶縁体3により被覆されている。
Hereinafter, although the more concrete form of implementation of this invention is demonstrated using drawing, the scope of the present invention is not limited by this form.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an automobile electric wire perpendicular to the length direction of the electric wire, showing an example of the present invention. In this example, one copper wire is provided as a
この例の電線の断面形状は円形であり、炭素繊維からなる導体2としては、複数の炭素繊維をS-Z撚りして集束したものが用いられている。
また、この例の様に金属線からなる導体1が、炭素繊維からなる導体2の中心部に位置していることが、電線断面に対し、バランス良く電流を流すために好ましいが、本発明はこの様な構造に限定されるものではない。
The cross-sectional shape of the electric wire in this example is circular, and as the
Further, as in this example, it is preferable that the
図3は、図1の例の自動車用電線の末端の一例を示す、電線の長さ方向に対して垂直方向の断面図である。図3に示されるように、中心部に金属線からなる導体1を有する炭素繊維からなる導体2の末端は、コネクターピン7に挿入され、該コネクターピン7を介して電装品へ配線される。コネクターピン7と炭素繊維からなる導体2の末端との接続は、炭素繊維からなる導体2および金属線からなる導体1の反力を利用して行われる。
FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the length direction of the electric wire, showing an example of the terminal end of the automobile electric wire in the example of FIG. As shown in FIG. 3, the end of the
図2は、本発明の他の例を示す、電線の長さ方向に対して垂直方向の自動車用電線の断面図である。この例では、電線の中心部に金属線からなる導体4が設けられており、その外周は絶縁体6により被覆されている。絶縁体6の内部には、炭素繊維からなる導体5が5本設けられている。この例の電線の断面形状は円形であり、また炭素繊維からなる導体5の断面形状も円形であり、炭素繊維からなる導体5としては複数の炭素繊維をS-Z撚りして集束したものが用いられている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an automobile electric wire perpendicular to the length direction of the electric wire, showing another example of the present invention. In this example, a conductor 4 made of a metal wire is provided at the center of the electric wire, and the outer periphery thereof is covered with an insulator 6. Five
この例の電線では、金属線からなる導体4は電力の供給などの用途に用いられ、一方炭素繊維からなる導体5は、弱電信号用の伝送などに用いられる。5本の炭素繊維からなる導体5には、信頼性の点から、同一の信号を流すことも、又、多用途に応えるためにそれぞれ別の信号を流すこともできる。なお、所望の導電率が得られる限りは、金属線からなる導体4の代わりに、金属線からなる導体をその内部に有した炭素繊維からなる導体を用いることも可能である。
In the electric wire of this example, the conductor 4 made of a metal wire is used for power supply and the like, while the
なお、図1の例では、絶縁体3の内部に、炭素繊維からなる導体2が1本しか設けられておらず、図2の例では、絶縁体6の内部に、金属線からなる導体4が1本しか設けられていないが、絶縁体の内部に、炭素繊維からなる導体や金属線からなる導体が複数本設けられていてもよい。例えば、断面扁平状の絶縁体の中に、炭素繊維からなる導体や金属線からなる導体を複数本、平行して並べられていてもよい。
In the example of FIG. 1, only one
1、4 金属線からなる導体
2、5 炭素繊維からなる導体
3、6 絶縁体
7 コネクターピン
1, 4 Conductor made of
Claims (2)
The electric wire for automobiles according to claim 1, wherein a conductor made of a metal wire is provided in a conductor made of carbon fiber, and an outer periphery of the conductor made of carbon fiber is covered with an insulator.
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JP2008115423A (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Hitachi Cable Ltd | Conductor for flexible cable, its manufacturing method, and flexible cable using the conductor |
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