JP2018185898A - 電線およびワイヤハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】構成が異なる導体を容易に接合することができる電線およびワイヤハーネスを提供する。【解決手段】電線１Ａは、電気自動車（ＥＶ）等の車両の床下に配索される電線である。電線１Ａは、一本の棒状に形成された導電性を有する第１導体２１と、複数の素線３１ａを束ねて形成された導電性を有する第２導体３１と、第１導体２１の端部と第２導体３１の端部とを軸方向に突き合わせた状態で溶融して接合する溶融接合部４とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電線およびワイヤハーネスに関する。

従来、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）等の車両の床下に配索される電線には、車両搭載条件を考慮して、剛性が高く安価な単芯線電線と柔軟性の高い撚線電線とを接合したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、単芯線電線と撚線電線とを接合する技術として、単芯線電線の端部を露出させた導体に形成された圧潰部と、撚線電線の端部を露出させて各素線同士を溶着して形成した接合ブロック部と、を重ね合わせた状態で、単芯線電線と撚線電線とがほぼ同軸に接続する構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１６−５８１３７号公報 特開２０１６−３２３８８号公報

しかしながら、上記特許文献１では、単芯線電線と撚線電線とを端子金具やジョイント端子などの部材を介して接続していることから、部品点数が増加する点で改善の余地がある。また、特許文献２では、電線の断面形状が変化することで電気抵抗が増加したり、単芯線電線のフォーミング加工や超音波接合等が必要となるなどコスト面で改善の余地がある。

本発明は、構成が異なる導体を容易に接合することができる電線およびワイヤハーネスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電線は、車両の床下に配索される電線であって、一本の棒状に形成された導電性の第１導体と、複数の素線を束ねて形成された導電性の第２導体と、前記第１導体の端部と少なくとも１つの前記第２導体の各端部とを軸方向に突き合わせた状態で溶融して接合する溶融接合部と、を備えることを特徴とする。

上記電線において、前記第１導体と前記第２導体とは同一素材で形成されることが好ましい。

上記電線において、前記第１導体と前記第２導体とは異なる素材で形成されることが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤハーネスは、車両の床下に配索されるワイヤハーネスであって、一本の棒状に形成された導電性の第１導体、複数の素線を束ねて形成された導電性の第２導体、および、前記第１導体の端部と少なくとも１つの前記第２導体の各端部とを軸方向に突き合わせた状態で溶融して接合する溶融接合部とを含んで構成される電線を少なくとも１つ備えることを特徴とする。

本発明に係る電線およびワイヤハーネスによれば、構成が異なる導体を容易に接合することができる。

図１は、実施形態に係るワイヤハーネスが配索される車両の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る電線の概略構成を示す平面図である。 図３は、実施形態に係る電線の概略構成を示す分解斜視図である。 図４は、実施形態に係る電線の接合方法の一例を説明するための図である。 図５は、実施形態に係る電線の接合方法の一例を説明するための図である。 図６は、実施形態に係る電線の接合方法の一例を説明するための図である。 図７は、実施形態の変形例に係る電線の概略構成を示す側面図である。

以下に、本発明に係る電線およびワイヤハーネスの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、いわゆる当業者が置換可能且つ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

［実施形態］
実施形態に係る電線およびワイヤハーネスについて図１〜図６を参照して説明する。図１は、実施形態に係るワイヤハーネスが配索される車両の概略構成図である。図２は、実施形態に係る電線の概略構成を示す平面図である。図３は、実施形態に係る電線の概略構成を示す分解斜視図である。図４〜図６は、実施形態に係る電線の接合方法の一例を説明するための図である。なお、図４は、治具電極に取り付けられた２種類の電線の接合時の状態を示す。図５は、２種類の電線の接合途中の状態を示す。図６は、２種類の電線の接合完了時の状態を示す。

本実施形態に係るワイヤハーネスは、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）などの車両の床下等に配索されるものである。図１に示すワイヤハーネス１０は、本実施形態に係る電線１Ａを含む複数の電線を束ねて形成されており、車両１００に搭載される。ワイヤハーネス１０は、車両１００内の各装置を互いに接続し、バッテリから各装置への電源供給や装置間の通信に用いられる。なお、ワイヤハーネス１０は、この他、例えば、グロメット、固定具など種々の構成部品を含んで構成されていてもよい。

ここで、車両１００について図１を参照して説明する。車両１００は、走行用動力源として、エンジン１０２とモータユニット１０３の両方を備えるＨＥＶである。車両１００は、床下１０１、エンジン１０２、モータユニット１０３、インバータユニット１０４、バッテリ１０５、エンジンルーム１０６、ジャンクションボックス１０７、高圧ワイヤハーネス１０８、エアコンディショナ１０９、ヒータ１１０、およびワイヤハーネス１０を備える。

床下１０１は、ワイヤハーネス１０の一部が配索される。モータユニット１０３は、モータ及びジェネレータで構成され、高圧ワイヤハーネス１０８を介してインバータユニット１０４に接続される。インバータユニット１０４は、インバータ及びコンバータで構成され、ワイヤハーネス１０を介してバッテリ１０５に接続される。インバータユニット１０４は、バッテリ１０５からの電力が供給される。バッテリ１０５は、Ｎｉ−ＭＨ系やＬｉ−ｉｏｎ系の二次電池である。エンジンルーム１０６は、エンジン１０２、モータユニット１０３、及びインバータユニット１０４が配置される。ジャンクションボックス１０７は、ワイヤハーネス１０の一方の端部が接続される。すなわち、ワイヤハーネス１０は、バッテリ１０５に設けられたジャンクションボックス１０７を介してバッテリ１０５に接続される。ワイヤハーネス１０の他方の端部は、インバータユニット１０４に接続される。

本実施形態に係る電線１Ａは、図２に示すように、第１電線２と、第１電線２と種類が異なる第２電線３と、溶融接合部４とを含んで構成される。

第１電線２は、相対的に高い剛性を有し、配索経路に沿って形状を保持しやすいものである。第１電線２は、図３に示すように、一本の棒状に形成された導電性の第１導体２１と、当該第１導体２１の外周側を覆う絶縁性の第１絶縁被覆部２２とを有する。第１導体２１は、導電性の金属部材によって構成される。第１導体２１は、棒状に形成され、断面形状が略正円形となる柱状の導体構造となっている。第１導体２１は、軸方向に対してほぼ同じ径で延びるように形成される。第１導体２１は、導電性の金属、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等により製造される。第１絶縁被覆部２２は、第１導体２１の外周側を被覆する電線被覆である。第１絶縁被覆部２２は、第１導体２１の外周面に接して設けられる。第１絶縁被覆部２２は、例えば、絶縁性の樹脂材料（ＰＰやＰＶＣ、架橋ＰＥ等が含まれる。なお、耐摩耗性や耐薬品性、耐熱性等に配慮して適宜選定される。）等を押出成形することによって形成される。第１絶縁被覆部２２は、第１導体２１の軸方向の一端から他端にかけて形成される。第１電線２は、第１導体２１の端部において、第１絶縁被覆部２２が剥ぎ取られており、当該第１導体２１の端部が第１絶縁被覆部２２から露出している。第１電線２は、当該第１導体２１の端部に上述の第１電線２の第１導体２１の端部が物理的および電気的に接合される。第１電線２は、一例として、第１導体２１の軸方向の断面形状が略円形状、第１絶縁被覆部２２の軸方向の断面形状が略円環形状となっており、全体として略円形状の断面形状となっている。なお、第１導体２１は、断面形状が略正円形のものに限らず、例えば、矩形等であってもよく、また、筒状の導体構造となっていてもよい。

第２電線３は、相対的に高い柔軟性を有し、良好な屈曲性を有するものである。第２電線３は、図３に示すように、複数の素線３１ａを束ねて形成された導電性の第２導体３１と、当該第２導体３１の外周側を覆う絶縁性の第２絶縁被覆部３２とを有する。第２導体３１は、導電性の金属部材によって構成される。各素線３１ａは、線状に形成され、軸方向に対して略同径で延びるように形成される。第２導体３１は、第１導体２１とは異なる構成を有する。第２導体３１を構成する素線３１ａは、第１導体２１と同一素材で形成され、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等により製造される。ここでは、第２導体３１は、複数の素線３１ａを単純に束ねたものであるが、複数の素線３１ａを撚り合わせて形成されてもよい。第２絶縁被覆部３２は、第２導体３１の外周側を被覆する電線被覆である。第２絶縁被覆部３２は、第２導体３１の外周面に接して設けられる。第２絶縁被覆部３２は、例えば、絶縁性の樹脂材料（ＰＰやＰＶＣ、架橋ＰＥ等が含まれる。なお、耐摩耗性や耐薬品性、耐熱性等に配慮して適宜選定される。）等を押出成形することによって形成される。第２絶縁被覆部３２は、第２導体３１の軸方向の一端から他端にかけて形成される。第２電線３は、第２導体３１の端部において、第２絶縁被覆部３２が剥ぎ取られており、当該第２導体３１の端部が第２絶縁被覆部３２から露出している。第２電線３は、当該第２導体３１の端部に後述の第２電線３の第２導体３１の端部が物理的および電気的に接合される。第２電線３は、一例として、第２導体３１の軸方向の断面形状が略円形状、第２絶縁被覆部３２の軸方向の断面形状が略円環形状となっており、全体として略円形状の断面形状となっている。

溶融接合部４は、第１電線２と第２電線３とを物理的および電気的に接合したものである。溶融接合部４は、例えば、通電加熱接合により、第１導体２１の端部と第２導体３１の端部とを互いに軸方向に突き合わせて溶融して接合させた状態にある。ここで通電加熱接合とは、溶接対象となる２つの金属導体に通電して抵抗発熱（ジュール熱）を発生させ、互いに金属導体を溶解させたのちに軸方向に加圧することによって接合する方法である。溶融接合部４における第１導体２１と第２導体３１との接続方向は、第１導体２１および第２導体３１の軸方向に沿った方向となる。溶融接合部４は、図１に示すＡ位置、Ｂ位置に位置するようにワイヤハーネス１０を配置して、床下１０１に配索される部分を第１電線２、当該部分以外を第２電線３とする。溶融接合部４は、接合時に形成される溶融部４０を有する。

溶融部４０は、溶融接合部４の外周面から外側に膨出する溶融物に、通電加熱接合時に使用する治具電極（または治具）の成型面により成型された部分である。溶融部４０は、外側面４０ａと、一対の環状面４０ｂとを有する。外側面４０ａは、溶融接合部４の外周面から軸方向と直交する直交方向（以下、「直交方向」とも呼ぶ。）にあって、軸方向に平行で且つ軸方向回りを一周するように形成されている。一対の環状面４０ｂは、外側面４０ａの軸方向の両端から第１導体２１および第２導体３１の各外周面に向かって、軸方向に直交する直交方向に形成される。

次に、図４〜図６を参照して、上述した電線１Ａの接合方法について説明する。実施形態１に係る電線１Ａの接合方法では、一対の治具電極を備える通電加熱接合装置（不図示）が用いられる。

まず、保持当接工程では、第１導体２１の端部が第１絶縁被覆部２２から露出された第１電線２と、第２導体３１の端部が第２絶縁被覆部３２から露出された第２電線３とを通電加熱接合装置にセットする。具体的には、第１導体２１と第２導体３１とを軸方向に対向して配置し、第１導体２１の端部を外周側から第１治具電極５０（５０Ａ，５０Ｂ）内の保持面５０ａで保持させ、第２導体３１の端部を外周側から第２治具電極５１（５１Ａ，５１Ｂ）内の保持面５１ａで保持させる。

第１治具電極５０および第２治具電極５１は、それぞれが溶接用の電極であるが、溶接対象となる第１導体２１および第２導体３１を保持する治具でもある。第１治具電極５０および第２治具電極５１は、第１導体２１の端面と第２導体３１の端面とが軸方向に互いに対向するように保持する。第１治具電極５０は、上側治具電極５０Ａと、下側治具電極５０Ｂとに分割して構成される。上側治具電極５０Ａおよび下側治具電極５０Ｂは、第１導体２１の端部を直交方向（例えば図４に示す上下方向）から挟み込むように保持する。第２治具電極５１は、第１治具電極５０と同様に、上側治具電極５１Ａと、下側治具電極５１Ｂとに分割して構成される。上側治具電極５１Ａおよび下側治具電極５１Ｂは、第２導体３１の端部を直交方向（例えば図４に示す上下方向）から保持する。

第１治具電極５０は、保持面５０ａと、当接面５０ｂとを有する。保持面５０ａは、第１保持面であり、第１導体２１を外周側から保持する。保持面５０ａは、筒状の内周面であり、直交方向に分割される。すなわち、保持面５０ａは、第１導体２１の端部を直交方向から挟み込むように保持する。当接面５０ｂは、第１治具電極５０の軸方向の端面に形成され、第２治具電極５１側の軸方向の端面と当接する部分である。

第２治具電極５１は、保持面５１ａと、第１成型面５１ｂと、第２成型面５１ｃとを有する。保持面５１ａは、第２保持面であり、第２導体３１を外周側から保持する。保持面５１ａは、筒状の内周面であり、直交方向に分割される。すなわち、保持面５１ａは、第２導体３１の端部を直交方向から挟み込むように保持する。第１成型面５１ｂは、保持面５１ａから軸方向に溶融接合部４側に形成された筒状の内周面である。第１成型面５１ｂは、溶融部４０の外側面４０ａを形成する。第１成型面５１ｂは、第１治具電極５０と第２治具電極５１とが互いに軸方向に当接することにより、軸方向に平行で且つ軸方向周りを一周するように成型面を形成する。第２成型面５１ｃは、溶融部４０の環状面４０ｂを形成する成型面である。

本実施形態における第１治具電極５０および第２治具電極５１は、図５に示す接合成形工程時に溶融接合部４から生じる溶融物を囲むように形成された膨出成型部５３を有する。具体的には、膨出成型部５３は、５０ｂと、第１成型面５１ｂと、第２成型面５１ｃと、膨出空間部５３ａとで構成される。膨出空間部５３ａは、溶融接合部４の外周面から外側に膨出する溶融物が充満する空間である。膨出空間部５０ｄは、接合成形工程において、第１成型面５１ｂ、第２成型面５１ｃ、および第１治具電極５０の当接面５０ｂとで閉塞される空間である。

次に、図５、図６に示す接合成形工程では、第１治具電極５０と第２治具電極５１とを軸方向に対向して相対的に動かし、第１導体２１の端面と第２導体３１の端面とを当接させる。そして、第１治具電極５０および第２治具電極５１に通電することで第１導体２１の端面および第２導体３１の端面を加熱しつつ軸方向に突き合わせて接合する。具体的には、第１治具電極５０に通電することで第１導体２１の端面を加熱すると共に、第２治具電極５１に通電することで第２導体３１の端面を加熱する。第１導体２１の端面および第２導体３１の端面を各導体の融点未満、すなわち融点に達する前まで加熱したのち、第１治具電極５０の軸方向の端部と第２治具電極５１の軸方向の端部とが突き当たるまで、第１導体２１の端部と第２導体３１の端部とを互いに軸方向に加圧する。このとき、第１導体２１と第２導体３１との溶融時に発生する溶融物が膨出空間部５３ａに膨出し、当接面５０ｂ、第１成型面５１ｂ、および第２成型面５１ｃにより溶融部４０が形成される。

以上説明したように、本実施形態に係る電線１Ａは、一本の棒状に形成された導電性の第１導体２１と、複数の素線３１ａを束ねて形成された導電性の第２導体３１と、第１導体２１の端部と第２導体３１の端部とを軸方向に突き合わせた状態で溶融して接合する溶融接合部４とを備える。

本実施形態に係る電線１Ａおよびワイヤハーネス１０によれば、構成が異なる導体を容易に接合することができる。例えば、第１導体２１の端部と第２導体３１の端部とを軸方向に突き合わせて通電加熱して溶融させることで、２つの導体の接合に必要となる軸方向の圧力を低減することが可能となり、撚線電線の接合時の座屈を回避し、安定した接合を行うことができる。また、第１導体２１の端部と第２導体３１の端部とを軸方向に突き合わせた状態で溶融して接合するので、電線の断面形状を維持したままの接合が可能となり、電気抵抗の増加を抑制し、通電時の発熱を抑制することが可能となる。また、接合するために導体の端部を圧潰する等の前処理が不要となるので、加工コストを低減することが可能となる。また、従来は、ワイヤハーネス１０を形成する各電線に撚線電線を用いていたが、撚線電線より廉価で、車両１００の床下１０１への配索時にプロテクタ等の保護部材が不要となる単芯線電線を利用することで、部品コストを低減することができる。

また、電線１Ａは、第１導体２１と第２導体３１とが同一素材で形成される。これにより、第１導体２１と第２導体３１とが同じ融点を有することとなり、第１治具電極５０および第２治具電極５１による各導体への加熱条件を同じにすることができ、２つの導体を安定して接合することが可能となる。

［変形例］
次に、図７を参照して、実施形態の変形例に係る電線について説明する。図７は、実施形態の変形例に係る電線の概略構成を示す図である。

本実施形態の変形例に係る電線１Ｂは、一本の第１電線２と複数の第２電線３Ａ，３Ｂ，３Ｃとが接続されている点で、上記実施形態における電線１Ａとは異なる。なお、本実施形態の変形例は、上記実施形態と共通しているものついては、同一符号を付して、それらの説明を省略する。

電線１Ｂは、１本の第１電線２と、３本の第２電線３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、溶融接合部４とを含んで構成される。各第２電線３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、上記第２電線３と同じ構成を有する。溶融接合部４は、第１電線２の端部と、３本の第２電線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各端部とを略軸方向に突き合わせて溶融して接合させた状態にある。

本実施形態の変形例に係る電線１Ｂおよびワイヤハーネス１０によれば、構成が異なる導体の一方が複数あっても容易に接合することができ、分岐を有する電線を効率よく製造することが可能となる。例えば、電線１Ｂの溶融接合部４を図１に示すＣ部に配置することで、エアコンディショナ１０９やヒータ１１０に分岐させることが容易となる。

なお、以上の説明では、第１導体２１と第２導体３１とが同一素材で形成されることについて説明したが、これに限定されるものではなく、異なる素材で形成されていてもよい。すなわち、第１導体２１と第２導体３１とが導電性を有する同一の金属部材で構成されていても、導電性を有する異なる金属部材で構成されていてもよい。例えば、第１導体２１がアルミニウム、アルミニウム合金、第２導体３１が銅、銅合金で構成される場合がある。

また、以上の説明では、第１治具電極５０、第２治具電極５１は、第１導体２１、第２導体３１を上下方向から挟持する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、軸方向および上下方向に直交する幅方向から挟持する構成であってもよい。

また、以上の説明では、図７に示すように、１本の第１導体２１に接合される第２導体３１の本数を３本としたが、これに限定されるものではない。また、第２電線３Ａ〜３Ｃは、第２導体３１の構成や外径、第２絶縁被覆部３２の厚さ等の仕様が同一であってもよいし、それぞれの仕様が異なっていてもよい。

１Ａ，１Ｂ 電線
２ 第１電線
３ 第２電線
４ 溶融接合部
２１ 第１導体
２２ 第１絶縁被覆部
３１ 第２導体
３２ 第２絶縁被覆部
４０ 溶融部
４０ａ 外側面
４０ｂ 環状面
５０ 第１治具電極
５０ａ 保持面
５０ｂ 当接面
５１ 第２治具電極
５１ａ 保持面
５１ｂ 第１成型面
５１ｃ 第２成型面
５３ 膨出成型部
５３ａ 膨出空間部

Claims (4)

1. 車両の床下に配索される電線であって、
   一本の棒状に形成された導電性の第１導体と、
   複数の素線を束ねて形成された導電性の第２導体と、
   前記第１導体の端部と少なくとも１つの前記第２導体の各端部とを軸方向に突き合わせた状態で溶融して接合する溶融接合部と、
   を備えることを特徴とする電線。
2. 前記第１導体と前記第２導体とは同一素材で形成される
   請求項１に記載の電線。
3. 前記第１導体と前記第２導体とは異なる素材で形成される
   請求項１に記載の電線。
4. 車両の床下に配索されるワイヤハーネスであって、
   一本の棒状に形成された導電性の第１導体、複数の素線を束ねて形成された導電性の第２導体、および、前記第１導体の端部と少なくとも１つの前記第２導体の各端部とを軸方向に突き合わせた状態で溶融して接合する溶融接合部とを含んで構成される電線を少なくとも１つ備える
   ことを特徴とするワイヤハーネス。

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