JP2015210859A - シールド用素線及びシールドケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】低周波数帯における電磁シールド性能及び耐屈曲性に優れたシールド用素線を提供することである。【解決手段】シールド用素線２５は、鋼から構成される中心部２６と、銅又は銅合金から構成され、中心部２６を被覆する銅被覆層２７と、を備え、下記の（１）式及び（２）式を満たしており、下記の（１）式において、Ｓ１は、シールド用素線２５における中心部２６の断面積であり、Ｓ２は、シールド用素線２５の全体の断面積であり、下記の（２）式において、μｓは、中心部２６を構成する鋼の比透磁率である。８０％＜Ｓ１／Ｓ２≰９５％… （１）μｓ≧５ … （２）【選択図】 図３

Description

本発明は、シールド用素線、及び、そのシールド用素線から構成されたシールド層を備えたシールドケーブルに関するものである。

シールド用の複合素線として、磁性材料からなる第１の層と、導電性材料からなる第２の層と、を備えており、磁性材料は比透磁率が１０以上であり、複合素線の全体断面積に対する第１の層の断面積の比率が５％〜８０％である複合素線が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−５９１５０号公報

上記の複合素線は、低周波数帯と高周波数帯の両方での電磁シールド性能の向上が図られている。これに対し、自動車用ケーブル等の用途では、低周波数帯での良好な電磁シールド性能に加えて、優れた耐屈曲性がシールドケーブルに求められており、上記の複合素線では十分に対応することができない、という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、低周波数帯における電磁シールド性能（電磁波遮蔽性能）及び耐屈曲性に優れたシールド用素線、及び、それを備えたシールドケーブルを提供することである。

［１］本発明に係るシールド用素線は、鋼から構成される中心部と、銅又は銅合金から構成され、前記中心部を被覆する銅被覆層と、を備えており、下記の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とする。

８０％＜Ｓ_１／Ｓ_２≦９５％… （１）
μ_ｓ≧５ … （２）

但し、上記の（１）式において、Ｓ_１は、前記シールド用素線における前記中心部の断面積であり、Ｓ_２は、前記シールド用素線の全体の断面積であり、上記の（２）式において、μ_ｓは、前記中心部を構成する鋼の比透磁率である。

［２］本発明に係るシールドケーブルは、中心導体と、前記中心導体を囲う絶縁層と、前記絶縁層を囲うシールド層と、を備えたシールドケーブルであって、前記シールド層は、上記のシールド用素線を備えていることを特徴とする。

［３］上記発明において、前記シールド層は、前記シールド用素線を編み込んで構成される編組線からなってもよい。

本発明によれば、シールド用素線の全体の断面積に対する中心部の断面積の比率が８０％よりも大きく且つ９５％以下であり、さらに、中心部を構成する鋼の比透磁率が５以上であるので、低周波数帯における電磁シールド性能と耐屈曲性に優れたシールド用素線、及び、それを備えたシールドケーブルを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態におけるシールドケーブルの断面図である。 図２は、本発明の実施形態におけるシールド層の平面図である。 図３（ａ）は、本発明の実施形態におけるシールド用素線の断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態におけるシールド用素線の変形例を示す断面図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、実施例における屈曲試験の方法を示す図である。 図５は、屈曲試験における曲げ歪と破断までの屈曲回数の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態におけるシールドケーブルの断面図、図２は本実施形態におけるシールド層の平面図、図３（ａ）は本実施形態におけるシールド用素線の断面図、図３（ｂ）はシールド用素線の変形例を示す断面図である。

本実施形態におけるシールドケーブル１は、低周波数帯（例えば１ＭＨｚ）での良好な電磁シールド性能と耐屈曲性が要求される用途に用いられるケーブルであり、例えば、ラジオなどの低周波のノイズへの対策が必要とされる自動車用ケーブルとして用いられる。このシールドケーブル１は、図１に示すように、２本の絶縁電線１０と、当該絶縁電線１０を囲うシールド層２０と、当該シールド層２０を覆うシース層３０と、を備えている。

なお、シールドケーブル１が有する絶縁電線１０の本数は特に限定されず、絶縁電線１０の本数が１本であってもよいし３本以上であってもよい。また、複数の絶縁電線１０同士の間で当該絶縁電線１０の線径等が相違してもよい。さらに、絶縁電線１０に加えてドレイン線やフィラー等がシールド層２０内に配置されていてもよい。

それぞれの絶縁電線１０は、中心導体１１と、当該中心導体１１の外周を覆う絶縁層１２と、を備えている。本実施形態における中心導体１１は、特に図示しないが、複数の素線を撚り合わせることで形成された撚線から構成されている。この中心導体１１を構成する素線は、例えば、銅等の導電性を有する材料から構成されている。一方、絶縁層１２は、例えば、架橋ポリエチレンや塩化ビニル等の電気絶縁性を有する材料から構成されている。なお、中心導体１１を、撚線に代えて、単一の素線で構成してもよい。

シールド層２０は、シールド用素線２５を編み込んで形成された編組線から構成されている。具体的には、図２に示すように、複数のシールド用素線２５を一列に並べた帯状の素線束２１を形成し、複数の素線束２１が交差する２方向に延在すると共に交互に重なるように、複数の素線束２１を編み込むことで形成されている。なお、複数のシールド用素線２５を同一方向に螺旋状に巻くことでシールド層２０を形成してもよい（いわゆる横巻きシールド）。

それぞれのシールド用素線２５は、図３（ａ）に示すように、鋼線で構成される中心部２６と、当該中心部２６を被覆する銅被覆層２７と、を有する銅被覆鋼線から構成されている。銅被覆層２７は、例えば、銅、又は、銅を主成分とする銅合金から構成されており、このシールド用素線２５は、中心部２６を構成する鋼線の表面に電解銅めっき処理により銅層を形成した後に、当該線材に対して伸線加工を行うことで形成されている。

伸線加工前の鋼線としては、例えば、硬鋼線やピアノ線、低炭素鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼線、フェライト系ステンレス鋼線などの磁性のある鋼線を使用することができる。また、オーステナイト系ステンレス鋼線は非磁性であるが、伸線加工を加えることでマルテンサイトに変態して部分的に磁性を帯び透磁率を上げることができるため、オーステナイト系ステンレス鋼線も伸線加工前の鋼線として使用することができる。オーステナイト系のステンレス鋼の具体例としては、ＳＵＳ３０１，ＳＵＳ３０２，ＳＵＳ３０３，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０５，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１７等を例示することができる。本実施形態では、中心部２６を構成する加工後の鋼は、５以上の比透磁率μ_ｓを有している（μ_ｓ≧５）。

本実施形態では、中心部２６を構成する加工後の鋼の比透磁率μ_ｓを５以上とすることで、低周波数のノイズがシールド層２０に沿って迂回するようになるため、中心導体１１へ到達するノイズが少なくなる。このため、低い周波数のノイズに対して良好な電磁シールド性能を確保することができる。

また、本実施形態では、このシールド用素線２５における鋼占積率は、下記の（３）式を満たしている。下記の（３）式において、Ｓ_１は、シールド用素線２５における中心部２６の断面積である。一方、Ｓ_２は、シールド用素線２５の全体の断面積であり、すなわち、このＳ_２は、中心部２６の断面積Ｓ_１と、銅被覆層２７の断面積Ｓ_３との合計値である（Ｓ_２＝Ｓ_１＋Ｓ_３）。なお、本実施形態におけるシールド用素線２５の断面とは、シールド用素線２５の軸方向に対して実質的に直交する方向に沿ってシールド用素線２５を切断した場合の断面である。

８０％＜Ｓ_１／Ｓ_２≦９５％… （３）

このように、シールド用素線２５の鋼占積率（＝Ｓ_１／Ｓ_２）が上記の（３）式を満たしていることで、良好な耐屈曲性と耐食性を確保することができる。これに対し、シールド用素線の鋼占積率が８０％以下であると、耐屈曲性に劣ることとなる。一方、シールド用素線の鋼占積率が９５％を超えると、銅被覆層２７が割れて中心部２６が露出し異種金属接触による腐食が生じ、耐屈曲性や引張り強さが低下してしまう。また、シールド用素線の鋼占積率が９５％を超えると、当該シールド用素線の製造が困難になってしまう。

なお、図３（ｂ）に示すように、シールド用素線２５Ｂが、銅被覆層２７をさらに被覆するメッキ層２８を有してもよい。こうしたメッキ層２８の具体例としては、例えば、錫メッキ層を例示することができる。

図１に示すように、以上に説明したシールド層２０はシース層３０に覆われている。このシース層３０は、例えば、架橋ポリエチレンや塩化ビニル等の電気絶縁性を有する材料から構成されている。なお、このシース層３０を省略してもよい。

以上のように、本実施形態では、シールド用素線１の鋼占積率（＝Ｓ_１／Ｓ_２）が上記の（３）式を満たし、さらに中心部２６を構成する鋼の比透磁率が５以上であるので、シールドケーブルの低周波数帯（例えば１ＭＨｚ）での電磁シールド性能と耐屈曲性をいずれも良好とすることができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下に、本発明をさらに具現化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例１及び比較例１，２は、上述した実施形態におけるシールド用素線の耐屈曲性の効果を確認するためのものである。一方、以下の実施例２，３及び比較例３は、上述した実施形態におけるシールドケーブルの低周波数帯での電磁シールド性能の効果を確認するためのものである。

なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）は実施例における屈曲試験の方法を示す図、図５は屈曲試験における曲げ歪と破断までの屈曲回数の関係を示すグラフである。

＜実施例１＞
実施例１では、図３（ａ）に示す構成のシールド用素線を作製した。この際、下記の表１に示すように、直径０．２３ｍｍのＳＵＳ３０４からなる線材に電解銅めっきにより厚さ０．０１３ｍｍの銅層を形成した後に、線径が０．１８ｍｍとなるまで当該線材を伸線加工し、鋼占積率（＝Ｓ_１／Ｓ_２）を８１％とした。

この実施例１のシールド用素線に対して、屈曲試験機（ユアサシステム機器株式会社製小型卓上試験機 ＴＣＤＭ１１１ＬＨ）を用いて屈曲試験を行った。具体的には、この屈曲試験では、図４に示すように、一対の屈曲治具４０の間にシールド用素線を挿入すると共にシールド用素線の下端に５０ｇの荷重を印加した状態で、当該シールド用素線の上部を左右に９０°屈曲させた。この時の屈曲速度は６０回／分とした。なお、屈曲回数１回とは、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、左右へ１回ずつ曲げる１往復の屈曲を意味する。

そして、曲げ歪が０．１で破断回数が１０００回以上であり、且つ、曲げ歪０．０１で２００００回以上である場合に、シールド用素線の耐屈曲性が良好であると評価した。これに対し、曲げ歪が０．１で破断回数が１０００回未満であり、又は、曲げ歪０．０１で２００００回未満である場合に、シールド用素線の耐屈曲性が劣ると評価した。なお、本実施例における曲げ歪εとは、下記の（４）式で表わされる。但し、下記の（４）式におけるｒは、シールド用素線の半径であり、Ｒは、屈曲治具４０の円弧部４１の半径である。

ε＝ｒ／（Ｒ＋ｒ） … （４）

この実施例１では、図５に示すように、曲げ歪が０．１で破断回数が１０００回以上であり、且つ、曲げ歪が０．０１で破断回数が２００００回以上であり、シールド用素線の耐屈曲性は良好であった。

＜比較例１＞
比較例１では、上記の表１に示すように、ＳＵＳ３０４からなる線材の直径を０．２１ｍｍとし、銅層の厚さを０．０２ｍｍとし、鋼占積率を７１％としたことを除いて、実施例１と同様の条件でシールド用素線を作製し屈曲試験を行った。その結果、図５に示すように、曲げ歪が０．１で破断回数が１０００回未満であり、且つ、曲げ歪が０．０１で破断回数が２００００回未満であり、シールド用素線の耐屈曲性が劣っていた。

＜比較例２＞
比較例２では、上記の表１に示すように、銅被覆鋼線に代えて、線径が０．１８ｍｍの銅線をシールド用素線として用い、このシールド用素線に対して、実施例１と同様の条件で屈曲用試験を行った。その結果、図５に示すように、曲げ歪が０．１で破断回数が１０００回未満であり、且つ、曲げ歪が０．０１で破断回数が２００００回未満であり、シールド用素線の耐屈曲性が劣っていた。

＜実施例２＞
実施例２では、図１に示す構成のシールドケーブルを作製した。

この際、絶縁電線を次のように作製した。すなわち、先ず、０．３２ｍｍの銅素線を９本撚り合わせた子撚線を１９本作製し、さらに、この１９本の子撚線を撚り合わせることで、線径が５．３ｍｍの中心導体を作製した。次いで、この中心導体の外周に、架橋ポリエチレンから構成され、厚さが１．１ｍｍの絶縁層を形成した。

また、シールド用素線としては、図３（ｂ）に示すような錫メッキ層を有する構造のものを作製した。具体的には、下記の表２に示すように、先ず、直径０．２３ｍｍのＳＵＳ３０４からなる線材に電解銅めっきにより厚さ０．０１３ｍｍの銅層を形成した後に、線径が０．１８ｍｍとなるまで当該線材を伸線加工し、さらに溶融めっき処理によりその表面に錫メッキ層を形成した。

つまり、本実施形態では、電解銅めっき完了から伸線加工完了までのシールド用素線の加工の度合いを示す加工度を５１％とした。具体的には、この加工度ＰＤは、下記の（５）で表される。但し、下記の（５）式におけるΔＳは、電解銅めっき完了時から伸線加工完了時までのシールド用素線の断面積の減少量であり、Ｓ_２’は、電解銅めっき完了時のシールド用素線の断面積である。

ＰＤ＝ΔＳ／Ｓ_２’ … （５）

上記の表２に示すように、このシールド用素線の鋼占積率（＝Ｓ_１／Ｓ_２）は８１％であり、中心部の比透磁率μ_Ｓは５．３であった。この比透磁率は、振動試料型磁力計を用いて測定した。

以上に説明したシールド用素線を７本並べることで素線束を形成し、さらに２４本の素線束を編み込むことで、図２に示す構造を有する編組線を作製した。この編組線の長径（図１の符号Ａ_Ｌ）は１５ｍｍとし、当該編組線の短径（図１の符号Ａ_Ｍ）は７．５ｍｍとした。また、この編組線の厚さは０．３６ｍｍであり、編組密度は９８％であった。なお、この実施例２では、編組線の外周にシース層を形成しなかった。

この実施例２のシールドケーブルに対して、低周波数帯での電磁シールド性能を評価する試験を行った。具体的には、この電磁シールド性能試験では、シールドケーブルの外周に電流プローブ（Fischer Custom Communications, Inc社製カレントプローブ ＴＣＰ−９６５１）を配置し、信号発信機からシールドケーブルの中心導体に１ＭＨｚの信号を入力し、電流プローブに接続されたスペクトラムアナライザ（ローデ・シュワルツ・ジャパン社製ＥＭＩテストレシーバ ＥＳＰＩ７）を用いて、シールドケーブルの外側に漏洩するノイズレベルを測定した。

そして、この電磁シールド試験では、シールドケーブルの１ＭＨｚにおけるノイズレベルと基準値との差分を算出し、当該差分が５０ｄＢμＶ以上である場合に、シールドケーブルの低周波帯における電磁シールド性能が良好であると評価した。これに対し、上記の差分が５０ｄＢμＶ未満である場合には、シールドケーブルの低周波帯における電磁シールド性能が劣ると評価した。

なお、上記の基準値として、編組線のないケーブルに対して上記の同様の条件で電磁シールド性能試験を予め行い、そのケーブルの１ＭＨｚにおけるノイズレベルを設定した。

この実施例２では、上記の表２に示すように、１ＭＨｚにおける電磁シールド効果が５３ｄＢμＶであり、シールドケーブルの低周波数帯における電磁シールド性能が良好であった。

＜実施例３＞
実施例３では、ＳＵＳ３０４からなる線材の直径を０．３３ｍｍとし、銅層の厚さを０．０１８ｍｍとし、加工度を７６％としたことを除いて、実施例２と同様の条件でシールドケーブルを作製した。上記の表２に示すように、この実施例３のシールド用素線の鋼占積率は８１％であり、当該シールド用素線の中心部の比透磁率μ_Ｓは１０．１であった。

そして、この実施例３のシールドケーブルに対して実施例２と同様の条件で電磁シールド性能試験を行った。その結果、上記の表２に示すように、１ＭＨｚにおける電磁シールド効果が５４ｄＢμＶであり、シールドケーブルの低周波数帯における電磁シールド性能が良好であった。

＜比較例３＞
比較例３では、ＳＵＳ３０４からなる線材の直径を０．１６２ｍｍとし、銅層の厚さを０．００９ｍｍとし、加工度を０％としたことを除いて、実施例２と同様の条件でシールドケーブルを作製した。上記の表２に示すように、この比較例３のシールド用素線の鋼占積率は８１％であり、当該シールド用素線の中心部の比透磁率μ_Ｓは１．０であった。

そして、この比較例３のシールドケーブルに対して実施例２と同様の条件で電磁シールド性能試験を行った。その結果、上記の表２に示すように、１ＭＨｚにおける電磁シールド効果が４９ｄＢμＶであり、シールドケーブルの低周波数帯における電磁シールド性能が劣っていた。

以上の結果から、実施例１と比較例１，２を比較すると、図５に示すように、銅線よりも銅被覆鋼線の方が耐屈曲性に優れており、銅占積率を８１％以上とすることで良好な耐屈曲性を得ることができた。

また、実施例２，３と比較例３を比較すると、表２に示すように、シールド用素線の中心部を構成する鋼が、５以上の比透磁率μ_ｓを有していることで（μ_ｓ≧５）、１ＭＨｚにおける電磁シールド性能を良好とすることができる。

１…シールドケーブル
１０…絶縁電線
１１中心導体
１２…絶縁層
２０…シールド層
２１…素線束
２５…シールド用素線
２６…中心部
２７…銅被覆層
２８…メッキ層
３０…シース層
４０…屈曲治具

Claims (3)

1. 鋼から構成される中心部と、
   銅又は銅合金から構成され、前記中心部を被覆する銅被覆層と、を備えており、
   下記の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とするシールド用素線。
   ８０％＜Ｓ_１／Ｓ_２≦９５％… （１）
   μ_ｓ≧５ … （２）
   但し、上記の（１）式において、Ｓ_１は、前記シールド用素線における前記中心部の断面積であり、Ｓ_２は、前記シールド用素線の全体の断面積であり、上記の（２）式において、μ_ｓは、前記中心部を構成する鋼の比透磁率である。
2. 中心導体と、
   前記中心導体を囲う絶縁層と、
   前記絶縁層を囲うシールド層と、を備えたシールドケーブルであって、
   前記シールド層は、請求項１に記載されたシールド用素線を備えていることを特徴とするシールドケーブル。
3. 前記シールド層は、前記シールド用素線を編み込んで構成される編組線からなることを特徴とする請求項２記載のシールドケーブル。

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