JP2018041606A

JP2018041606A - シールド電線及びワイヤーハーネス

Info

Publication number: JP2018041606A
Application number: JP2016174243A
Authority: JP
Inventors: 和弘大串; Kazuhiro Ogushi; 聡吉永; Satoshi Yoshinaga
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-09-07
Also published as: DE102017215732B4; US20180068763A1; US9953745B2; CN107799207B; DE102017215732A1; JP6746438B2; CN107799207A

Abstract

【課題】耐屈曲性を向上させることが可能なシールド電線及びワイヤーハーネスを提供する。
【解決手段】導体部１０ａと被覆部１０ｂとからなる電線１０と、導電性の線材を編み込んだ編組によって構成され、電線１０の外周を覆うシールド編組２０と、シールド編組２０の外周に設けられた絶縁樹脂からなるチューブ状のシース３０とを備えたシールド電線１において、自然状態におけるシース３０の内径Ｄ２を、シールド編組２０の外周に設けられたシース３０の内径Ｄ１、シース３０の厚さｔ、シース３０の弾性率Ｅ、シールド編組２０と電線１０との静止摩擦係数μ_Ａ、が、シールド編組２０とシース３０との静止摩擦係数μ_Ｂ、及び、シールド編組２０に対してその軸方向に５００万回繰り返して荷重を作用させた時点でシールド編組２０の抵抗値が初期値よりも１０％上昇するときの荷重の値Ｆ_ｍａｘとの関係から定める。
【選択図】図２

Description

本発明は、シールド電線及びワイヤーハーネスに関する。

従来、耐熱性繊維の外周に金属膜を形成してなる金属被膜繊維を編組加工して構成されるシールド編組において、編組を構成する複数の金属被膜繊維の間に銅又は銅合金からなる銅材を一定厚みで配置したものが提案されている（特許文献１参照）。このシールド編組によれば、金属被膜繊維により高屈曲性を実現しつつも、銅材によってアース処理を行い易くし、且つ、銅材の厚みを適正化することで銅材が厚過ぎて屈曲性が阻害されてしまうことを防止することができる。

特開２０１３−１１００５３号公報

しかし、特許文献１に記載のシールド編組については、その外周に設けられるシースについて何ら考慮されておらず、シールド編組の屈曲性が高かったとしても、シースの影響によりシールド編組の屈曲性の低下を招く可能性があった。一例を挙げると、シースの収縮力によりシールド編組の屈曲時の自由度が失われてしまい早期に断線等が発生する可能性があった。そして、このような場合には、シールド性能の低下を招き、シースを含めたシールド電線の全体として耐屈曲性を向上できなくなってしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、耐屈曲性を向上させることが可能なシールド電線及びワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明のシールド電線は、導体部と被覆部とからなる電線と、導電性の線材を編み込んだ編組によって構成され、前記電線の外周を覆うシールド編組と、前記シールド編組の外周に設けられた絶縁樹脂からなるチューブ状のシースと、を備えたシールド電線であって、自然状態における前記シースの内径Ｄ２は、Ｄ１が、前記シールド編組の外周に設けられた状態での前記シースの内径であり、ｔが、前記シールド編組の外周に設けられた状態での前記シースの厚さであり、Ｅが、前記シースの弾性率であり、μ_Ａが、前記シールド編組と前記電線との静止摩擦係数であり、μ_Ｂが、前記シールド編組と前記シースとの静止摩擦係数であり、Ｆ_ｍａｘが、前記シールド編組に対してその軸方向に繰り返して荷重を作用させる疲労試験において、５００万回繰り返して荷重を作用させた時点で前記シールド編組の抵抗値が初期値よりも１０％上昇するときの荷重の値であるとした場合、

なる関係式（１）を満たすことを特徴とする。

このシールド電線によれば、自然状態におけるシースの内径Ｄ２は、上記関係式を満たすため、シースの収縮によってシールド編組の拘束が強くなり過ぎて５００万回耐久前に導電性の線材が断線してしまう可能性を低減することができ、シールド電線全体として耐屈曲性を向上させることができる。

また、本発明のワイヤーハーネスは、上記に記載のシールド電線を備えることを特徴とする。

このワイヤーハーネスによれば、耐屈曲性を向上させたシールド電線を備えることで、ワイヤーハーネス全体としても耐屈曲性を向上させることができる。

本発明によれば、耐屈曲性を向上させることが可能なシールド電線及びワイヤーハーネスを提供することができる。

本発明の実施形態に係るシールド電線を含むワイヤーハーネスを示す斜視図である。図１に示したシールド電線を示す斜視図である。シールド編組を構成するメッキ繊維束の疲労試験の結果を示すグラフである。メッキ繊維束が移動するのに必要な静止摩擦力を測定する測定装置を示す構成図である。図４に示した圧縮素材が双方共にポリエチレン（静止摩擦係数０．４）であるときの静止摩擦力を示すグラフである。図４に示した圧縮素材がＥＰＤＭゴム（静止摩擦係数０．６５）であり圧縮素材がポリエチレン（静止摩擦係数０．４）であるときの静止摩擦力を示すグラフである。図４に示した圧縮素材の双方がＥＰＤＭゴム（静止摩擦係数０．６５）であるときの静止摩擦力を示すグラフである。シールド電線の屈曲試験用装置を示す概略図である。シールド電線の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本発明の実施形態に係るシールド電線を含むワイヤーハーネスを示す斜視図である。図１に示すように、ワイヤーハーネスＷＨは、複数の電線Ｗを束にしたものであり、複数の電線Ｗの少なくとも１本（１回路）が以下に詳細説明するシールド電線１により構成されている。このようなワイヤーハーネスＷＨは、例えば図１に示すように電線Ｗの両端部にコネクタＣを備えていてもよいし、複数の電線Ｗをまとめるためにテープ巻き（図示せず）されていてもよい。また、ワイヤーハーネスＷＨは、コルゲートチューブ等の外装部品（図示せず）を備えていてもよいし、電線Ｗに分岐部を備えていてもよい。

図２は、図１に示したシールド電線１を示す斜視図である。なお、図２においては、シールド電線１の他に、一部構成のみの自然状態についても付加的に図示するものとする。図２に示すシールド電線１は、電線１０と、シールド編組２０と、シース３０とを備えている。電線１０は、導体部１０ａと被覆部１０ｂとからなっている。本実施形態において導体部１０ａは、銅、アルミ及びこれらの合金等からなる金属素線を複数本撚った撚線にて構成されている。導体部１０ａの公称断面積は例えば８ｓｑ以上となっている。

複数本の金属素線は、それぞれの径が０．０５ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下となっている。ここで、素線径が０．０５ｍｍ以上であるため、素線が細くなり過ぎず、繰り返しの屈曲によって断線してしまう可能性を低減することができる。また、素線径が０．１２ｍｍ以下であるため、柔軟性を確保することができ（屈曲による歪みを小さくでき）、繰り返しの屈曲によって断線してしまう可能性を低減することができる。すなわち、電線１０は、金属素線の径が上記範囲となることによっても、屈曲性に優れる構造となっている。

シールド編組２０は、抗張力繊維に金属メッキを施したメッキ繊維束（導電性の線材の一例）を４８本編み込んで構成され、電線１０の外周を覆う構成となっている。ここで、抗張力繊維とは、石油などの原料から化学的に合成されて繊維材が作られたものであり、破断時における引張強度が１ＧＰａ以上で破断時の伸び率が１％以上１０％以下のものである。このような繊維としては、例えばアラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びＰＢＯ繊維が該当する。金属メッキは、銅又は錫などの金属によって構成されている。

具体的には例えば、抗張力繊維はポリアリレート繊維（φ０．０２２ｍｍ、フィラメント本数３００本）であって、金属メッキは繊維１本１本に対して下層から銅及び錫の順に積層されて厚みが２．４μｍとなっている。

シース３０は、シールド編組２０の外周に設けられた絶縁樹脂からなるチューブ状の部材であって、或る程度の伸縮性を有している。このシース３０は、例えばポリエチレンやエチレンプロピレンゴム（以下ＥＰＤＭゴムという）によって構成され、シールド編組２０の外周に設けられた状態（内径Ｄ１）において自由状態（内径Ｄ２＜Ｄ１）よりもその内径が広げられている。すなわち、シース３０は、自己の収縮力によりシールド編組２０に密着するようになっている。

ここで、本実施形態において、自然状態におけるシース３０の内径Ｄ２は、

なる関係式（１）を満たす。

なお、上記式においてＤ１は、シールド編組２０の外周に設けられた状態でのシース３０の内径であり、ｔは、シールド編組２０の外周に設けられた状態でのシース３０の厚さであり、Ｅは、シース３０の弾性率である。また、μ_Ａは、シールド編組２０と電線１０との静止摩擦係数であり、μ_Ｂは、シールド編組２０とシース３０との静止摩擦係数である。さらに、Ｆ_ｍａｘは、シールド編組２０に対してその軸方向に繰り返して荷重を作用させる疲労試験において、５００万回繰り返して荷重を作用させた時点でシールド編組２０の抵抗値が初期値よりも１０％上昇するときの定荷重の値である。

このように、シース３０の自然状態における内径Ｄ２を上記式から求められる範囲内とすることにより、シース３０の収縮によってシールド編組２０の拘束が強くなり過ぎて５００万回耐久前にメッキ繊維が断線してしまう可能性を低減することができ、シールド電線１全体として耐屈曲性を向上させることができる。以下、この点について詳細に説明する。

図３は、シールド編組２０を構成するメッキ繊維束の疲労試験の結果を示すグラフである。なお、図３の例に示すメッキ繊維束において、抗張力繊維はポリアリレート繊維（φ０．０２２ｍｍ、フィラメント本数３００本）であって、金属メッキは繊維１本１本に対して下層から銅及び錫の順に積層されて厚みが２．４μｍとなっている。

まず、疲労試験においては、メッキ繊維束の抵抗値が初期値より１０％上昇するまで定荷重Ｆを繰り返し付与した。すなわち、定荷重Ｆを付与した後に荷重を０Ｎとするサイクルを繰り返し行った。なお、付与する荷重は正弦波で表すことができ、周波数１０Ｈｚにて実施した。

図３に示すように、付与する定荷重Ｆが約１１０Ｎである場合、約２０００回の繰り返しの付与により、メッキ繊維束の抵抗値が初期値よりも１０％上昇した。また、付与する定荷重Ｆが約１０７Ｎである場合、約７０００回の繰り返しの付与により、メッキ繊維束の抵抗値が初期値よりも１０％上昇した。

また、付与する定荷重Ｆが約１０３Ｎである場合、約２００００回の繰り返しの付与により、メッキ繊維束の抵抗値が初期値よりも１０％上昇し、付与する定荷重Ｆが約７０Ｎである場合、約１０００００回の繰り返しの付与により、メッキ繊維束の抵抗値が初期値よりも１０％上昇した。さらに、付与する定荷重Ｆが３５Ｎである場合、３５００万回の繰り返しの付与により、メッキ繊維束の抵抗値が初期値よりも１０％上昇した。以上の測定結果を線形近似することで、付与させる定荷重と抵抗値が初期値よりも１０％上昇するまでのサイクル数の関係を表すことが可能となる。

従って、図３の例に示すメッキ繊維束において、５００万回以上の耐屈曲性能を実現するために、付与可能な定荷重Ｆの最大値Ｆ_ｍａｘは４５Ｎであるといえる。

図４は、メッキ繊維束が移動するのに必要な静止摩擦力を測定する測定装置を示す構成図である。なお、図４に示すメッキ繊維束Ｓは、図３の疲労試験にも用いた上述のシールド編組２０を構成するフィラメント本数３００本のメッキ繊維束である。

図４に示すように、測定装置１００は、第１圧縮部材１１０と、第２圧縮部材１２０と、引張機１３０とから構成されている。第１及び第２圧縮部材１１０，１２０は、メッキ繊維束Ｓを挟み込む円柱部材（φ２０ｍｍ）であって、メッキ繊維束Ｓに接する側に圧縮素材１１１，１２１が設けられている。メッキ繊維束Ｓは例えば第２圧縮部材１２０の圧縮素材１２１上に載置された状態で、その上方から第１圧縮部材１１０により所定の圧縮力が加えられることにより、圧縮素材１１１，１２１に挟み込まれた状態となる。

引張機１３０は、メッキ繊維束Ｓの一端を引っ張るものである。この引張機１３０は、引張荷重を除々に増加させていき、メッキ繊維束Ｓが移動したときの力（静止摩擦力）を測定するものである。

図５は、図４に示した圧縮素材１１１，１２１が双方共にポリエチレン（静止摩擦係数０．４）であるときの静止摩擦力を示すグラフである。図５に示すように、第１圧縮部材１１０に０．５Ｎ、１Ｎ、５Ｎ、１０Ｎ及び５０Ｎの圧縮力を付与した場合において、静止摩擦力は、それぞれ約０．１Ｎ、約０．２Ｎ、約２Ｎ、約１０Ｎ、及び約１８Ｎとなり、メッキ繊維束Ｓとポリエチレンの静止摩擦係数０．４を比例定数として摩擦力と垂直抗力の関係式（図５中の実線）にて近似可能であることが確認された。

このため、図３を参照して説明したように、５００万回以上の耐屈曲性能を実現するための荷重Ｆの最大値Ｆ_ｍａｘである４５Ｎにおいては、圧縮力１１２．５Ｎであり、圧力は０．３６ＭＰａである。

よって、図３の例と同じシールド編組２０を使用し、電線１０の被覆部１０ｂ及びシース３０の双方にポリエチレンを用いたシールド電線１においては、シース３０の収縮によりシールド編組２０側に加わる圧力（以下シース内圧という）が０．３６ＭＰａを超えてしまうと、５００万回以上の耐屈曲性能を実現することができなくなってしまう。

図６は、図４に示した圧縮素材１１１がＥＰＤＭゴム（静止摩擦係数０．６５）であり圧縮素材１２１がポリエチレン（静止摩擦係数０．４）であるときの静止摩擦力を示すグラフである。図６に示すように、第１圧縮部材１１０に０．５Ｎ、１Ｎ、５Ｎ、１０Ｎ及び５０Ｎの圧縮力を付与した場合において、静止摩擦力は、それぞれ約０．５Ｎ、約１Ｎ、約５Ｎ、約７Ｎ、及び約２５Ｎとなり、メッキ繊維束ＳとＥＰＤＭゴムの静止摩擦係数０．６５とメッキ繊維束Ｓとポリエチレンの静止摩擦係数０．４の平均値の０．５２５を比例定数として摩擦力と垂直抗力の関係式（図６中の実線）にて近似可能であることが確認された。

このため、図３を参照して説明したように、５００万回以上の耐屈曲性能を実現するための荷重Ｆの最大値Ｆ_ｍａｘである４５Ｎにおいては、圧縮力８５．７Ｎであり、圧力は０．２７ＭＰａである。

よって、図３の例と同じシールド編組２０を使用し、電線１０の被覆部１０ｂ及びシース３０の一方にＥＰＤＭゴムを用い他方にポリエチレンを用いたシールド電線１においては、シース内圧が０．２７ＭＰａを超えてしまうと、５００万回以上の耐屈曲性能を実現することができなくなってしまう。

図７は、図４に示した圧縮素材１１１，１２１の双方がＥＰＤＭゴム（静止摩擦係数０．６５）であるときの静止摩擦力を示すグラフである。図７に示すように、第１圧縮部材１１０に０．５Ｎ、１Ｎ、５Ｎ、１０Ｎ及び５０Ｎの圧縮力を付与した場合において、静止摩擦力は、それぞれ約０．５Ｎ、約１．５Ｎ、約５Ｎ、約１２Ｎ、及び約３３Ｎとなり、メッキ繊維束ＳとＥＰＤＭゴムの静止摩擦係数０．６５を比例定数として摩擦力と垂直抗力の関係式（図７中の実線）にて近似可能であることが確認された。

このため、図３を参照して説明したように、５００万回以上の耐屈曲性能を実現するための荷重Ｆの最大値Ｆ_ｍａｘである４５Ｎにおいては、圧縮力６９．２Ｎであり、圧力は０．２２ＭＰａである。

よって、図３の例と同じシールド編組２０を使用し、電線１０の被覆部１０ｂ及びシース３０の双方にＥＰＤＭゴムを用いたシールド電線１においては、シース内圧が０．２２ＭＰａを超えてしまうと、５００万回以上の耐屈曲性能を実現することができなくなってしまう。

ここで、半径Ｒ（＝Ｄ１／２）、肉厚ｔの円筒（ヤング率Ｅ）に内圧ｐが作用したときの半径増加ΔＲ（＝（Ｄ１−Ｄ２）／２）は、

となる。この式（２）と、図５〜図７を参照して説明したシース内圧の最大許容値をベースにシールド編組２０の耐屈曲性能を阻害しないシース３０のチューブ単体として内径Ｄ２の導出が可能となる。

以上をまとめると、シース３０のチューブ単体としての許容内径Ｄ２ｍａｘは、以下の式（３）で表わすことができる。

この式（３）に加えて、シース３０はシールド編組２０上に設けられることから、Ｄ２≧Ｄ１となることはない。Ｄ２≧Ｄ１となってしまうと、シールド編組２０とシース３０との間にクリアランスが存在し、シース３０にシワや亀裂が入る要因となるからである。よって、上記Ｄ２の範囲を示す関係式（１）が導き出される。

次に、実施例及び比較例を説明する。表１は実施例及び比較例に係るシールド電線及び５００万回の耐久試験の結果を示す表である。なお、表１において、耐久試験は、図８に示す屈曲試験機を用いてそれぞれの実施例及び比較例に係るシールド電線１で、常温で０°から１２０°の角度範囲で曲げ半径３０ｍｍの曲げを５００万回繰り返し行い、シールド編組を構成するメッキ繊維が断線しているか否かを確認した。なお、このときシールド電線１は上クランプ３１と下クランプ３２により保持され、面盤３３が回転することにより屈曲させられる。下クランプ３２は上下動が可能となっており、マンドレル３４の径に応じた曲げ半径の屈曲が面盤３３の回転（正逆の回転）により繰り返し加えられることとなり、屈曲速度は１．５回／ｓとした。表１においては、シールド編組２０のメッキ繊維に断線が確認できなかった場合は「○」を示し、逆にメッキ繊維が断線していた場合に「×」を示している。

実施例に係るシールド電線は、電線の被覆部及びシースにポリエチレンを用いた。ポリエチレンの静止摩擦係数（μ_Ａ，μ_Ｂ）は０．４であり、シースの弾性率Ｅは４０ＭＰａである。シースの厚みｔは１ｍｍであり、シールド編組上に被せられたシースの内径Ｄ１は１３．１ｍｍである。シールド編組については図３の例に示すものと同じであり、Ｆ_ｍａｘは４５Ｎであることから、Ｄ２_ｍａｘは、１２．３ｍｍとなる。

比較例に係るシールド電線は、電線の被覆部にポリエチレンを用い、シースにＥＰＤＭゴムを用いた。ポリエチレンの静止摩擦係数（μ_Ａ）は０．４であり、ＥＰＤＭゴムの静止摩擦係数（μ_Ｂ）は０．６５であり、シースの弾性率Ｅは１０ＭＰａである。シースの厚みｔは２．８ｍｍであり、シールド編組上に被せられたシースの内径Ｄ１は１３．１ｍｍである。シールド編組については図３の例に示すものと同じであり、Ｆ_ｍａｘは４５Ｎであることから、Ｄ２_ｍａｘは、１２．３ｍｍとなる。

ここで、実施例に係るシールド電線においてシースは、自由状態において内径Ｄ２が１２．８ｍｍとなっている。このため、Ｄ２_ｍａｘである１２．３ｍｍ以上となっている。よって、シース内圧が高くなり過ぎず、シースの収縮力により屈曲時におけるシールド編組の自由度が奪われることなく断線の可能性を低下させることができる。従って、５００万回の耐屈曲性を有するシールド電線とすることができる。

一方、比較例に係るシールド電線においてシースは、自由状態において内径Ｄ２が１１ｍｍとなっている。このため、Ｄ２_ｍａｘである１２．３ｍｍ未満となっている。よって、シース内圧が高くなり過ぎてしまい、シースの収縮力により屈曲時におけるシールド編組の自由度が奪われて断線の可能性が高まってしまう。従って、５００万回の耐屈曲性を有しないシールド電線となってしまう。

このようにして、本実施形態に係るシールド電線１によれば、自然状態におけるシース３０の内径Ｄ２は、上記関係式（１）を満たすため、シース３０の収縮によってシールド編組２０の拘束が強くなり過ぎて５００万回耐久前にメッキ繊維が断線してしまう可能性を低減することができ、シールド電線１全体として耐屈曲性を向上させることができる。

また、耐屈曲性を向上させたシールド電線１を備えることで、ワイヤーハーネスＷＨ全体としても耐屈曲性を向上させることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、他の技術（周知及び公知の技術を含む）を組み合わせてもよい。

図９は、シールド電線１の変形例を示す斜視図である。電線１０の本数は１本に限られるものではなく、図９に示すように、例えば３本（複数）であってもよい。３本の電線１０は、図２に示したものと同様に、それぞれが導体部１０ａと被覆部１０ｂとから構成されており、ツイスト加工されている。このシールド電線１は、電線１０を３本備えることにより、例えば車輪に対して取り付けられて車輪を回転させるための３相駆動モータに対してモータ駆動電力を供給する電線として好適に機能することとなる。なお、導体部１０ａの公称断面積は上記と同様に８ｓｑ以上となっており、インバータを介して３相駆動モータに電力を供給するのに適した太さとなっている。

なお、このような複数の電線１０がツイスト加工された撚線である場合、シールド編組２０上に設けられたシース３０の内径Ｄ１は、撚線の撚り合わせ外径（撚り外径）にシールド編組の厚みを加算した値となる。

さらに、図９では電線１０の本数が３本であるが、これに限らず、２本又は４本以上の電線を備えていてもよい。特に、図９では車体側にインバータが設けられる構成を想定したため、シールド電線１が３本の電線１０を備えているが、車輪側にインバータが設けられる場合には電線本数は２本であってもよい。

１：シールド電線
１０：電線
１０ａ：導体部
１０ｂ：被覆部
２０：シールド編組
３０：シース

Claims

導体部と被覆部とからなる電線と、導電性の線材を編み込んだ編組によって構成され、前記電線の外周を覆うシールド編組と、前記シールド編組の外周に設けられた絶縁樹脂からなるチューブ状のシースと、を備えたシールド電線であって、
自然状態における前記シースの内径Ｄ２は、
Ｄ１が、前記シールド編組の外周に設けられた状態での前記シースの内径であり、ｔが、前記シールド編組の外周に設けられた状態での前記シースの厚さであり、Ｅが、前記シースの弾性率であり、μ_Ａが、前記シールド編組と前記電線との静止摩擦係数であり、μ_Ｂが、前記シールド編組と前記シースとの静止摩擦係数であり、Ｆ_ｍａｘが、前記シールド編組に対してその軸方向に繰り返して荷重を作用させる疲労試験において、５００万回繰り返して荷重を作用させた時点で前記シールド編組の抵抗値が初期値よりも１０％上昇するときの荷重の値であるとした場合、

なる関係式（１）を満たす
ことを特徴とするシールド電線。
請求項１に記載のシールド電線を備えることを特徴とするワイヤーハーネス。