JP2022142516A - 通信用電線、端子付き電線及びワイヤハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】自動車に配索に適した強度とイーサネットの通信に対応した伝送特性を有する通信用電線、端子付き電線、及びワイヤハーネスを提供する。【解決手段】通信用電線１Ａは、絶縁電線１１Ａ、１１Ｂを対撚りした対撚り線２と、対撚り線２外周を覆うポリオレフィン系樹脂で形成されたシース１２Ａと、を有する。絶縁電線１１Ａ、１１Ｂは、素線１１１１を撚った撚線で構成され、引張強さが７５０ＭＰａ以上であり、断面積が０．３５ｍｍ２以下である導体１１１と、導体１１１の外周を被覆するポリオレフィン系樹脂で形成された絶縁被覆１１２と、を有する。通信用電線１Ａは、導体１１１における素線１１１１の撚り方向と絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂの撚り方向とが逆であり、特性インピーダンスが１００Ω±１０Ωの範囲内となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、通信用電線、端子付き電線及びワイヤハーネスに関する。

自動車内のイーサネット（登録商標）の通信に用いられる電線の発明として、例えば、特許文献１に開示された電線がある。特許文献１に開示された通信用電線は、引張強さが４００ＭＰａ以上であって破断伸びが７％以上の導体と、当該導体を被覆する絶縁被覆とを備える電線を撚り合わせたものとなっている。

特開２０１７－１８８４３１号公報

一般的に電線への端子の圧着を考える場合、導体の圧着後の引張強さは、圧着前の引張強さより下がることが知られている。これは端子に圧着される際、電線が圧縮され、導体の断面積が減り、伸び、変形が行われ、引っ張りに対する強度が劣化する為である。自動車用電線においては、端子が圧着された導体は、公益社団法人 自動車技術会の規格であるＪＡＳＯ Ｄ ６１６（２０１１年発行）ページ３の表２に示された端子圧着部の最小引張強度に記載の通り、５０Ｎの力に耐えられる事が望ましい。よって端子が圧着される前の電線は、ＪＡＳＯ Ｄ ６１６に準じた設計となる場合、圧着後に５０Ｎの力に耐えられる引張強さとなるように製造されることが望まれる。

しかしながら、特許文献１に開示された通信用電線は、端子圧着部の最小引張強度を満たさない懸念がある。そこで、最小引張強度を満たすために、導体の引張強さを大きくする必要がある。

ところで、最小引張強度を満たすために導体の引張強さを強くした場合、導体が硬くなるため、電線の撚りの乱れや撚り癖が生じてしまう懸念が生じる。このような撚りの乱れや撚り癖によって導体の撚りが開いた場合、特性インピーダンスが変化してしまい、イーサネットの規格で規定される伝送特性に悪影響が及んでしまうため、伝送特性を悪化させないような対応が求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、自動車に配索に適した強度とイーサネットの通信に対応した伝送特性を有する通信用電線、端子付き電線、及びワイヤハーネスを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る通信用電線は、複数の絶縁電線を対撚りした対撚り線と、前記対撚り線の外周を覆うシースと、を有し、前記絶縁電線のそれぞれは、素線を撚って形成されて引張強さが７５０ＭＰａ以上であり、断面積が０．３５ｍｍ^２以下である導体と、前記導体の外周を被覆する絶縁被覆と、を有し、前記素線の撚り方向と前記絶縁電線の撚り方向とが逆であり、特性インピーダンスが１００Ω±１０Ωの範囲内である通信用電線である。

本発明の一態様に係る通信用電線は、前記導体の破断伸びが１％以上４％未満である構成であってもよい。

本発明の一態様に係る通信用電線においては、前記素線は、錫を含む銅合金であり、錫の濃度が、０．６質量％以上、且つ０．８％以下である構成であってもよい。

本発明の一態様に係る端子付き電線は、端子と、前記端子に接合された上記のいずれか一つの通信用電線と、を備える端子付き電線である。

本発明の一態様に係るワイヤハーネスは、上記の端子付き電線を含み、自動車に配索されるワイヤハーネスである。

本発明によれば、自動車に配索に適した強度とイーサネットの通信に対応した伝送特性を有する通信用電線、端子付き電線、及びワイヤハーネスを提供することができる。

図１は、実施例に係る通信用電線の断面図である。 図２は、充実型のシースを備える通信用電線の断面図である。 図３は、対撚り線の撚り方を示す図である。 図４は、通信用電線の伝送特性の測定結果を示す図である。 図５は、変形例に係る通信用電線の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信用電線１Ａの断面図である。通信用電線１Ａは、１００Ω±１０Ωの範囲の特性インピーダンスを有している。通信用電線１Ａは、例えば自動車に配索され、配索された自動車においてイーサネット（登録商標）の規格に従った通信に用いられる。

通信用電線１Ａは、絶縁電線１１Ａ、絶縁電線１１Ｂ、及びシース１２Ａで構成されている。絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂは、対撚りされて対撚り線２を構成し、対撚り線２は、シース１２Ａで被覆されている。

（絶縁電線）
絶縁電線１１Ａは、導体１１１と絶縁被覆１１２で構成されている。導体１１１は、例えばＳ撚りされた７本の素線１１１１を圧縮して形成された圧縮導体を焼鈍したものである。導体１１１は、撚線の一例である。なお、導体１１１は、Ｓ撚りではなくＺ撚りであってもよい。この圧縮導体に対して行う焼鈍については、圧縮導体の引張り強さが６００ＭＰａ～１２００ＭＰａの範囲内であり、破断伸びが１％以上、且つ７％以下となるように、加熱の温度、加熱時間、加熱後の温度保持時間、冷却時間を設定する。なお、圧縮導体の引張り強さは、７５０ＭＰａ以上であるのが好ましい。また、導体１１１の径方向の断面積は、０．０５ｍｍ^２（０．０５ｓｑ）以上且つ０．３５ｍｍ^２（０．３５ｓｑ）以下とする。なお、自動車に配索したときの軽量化や細径化の観点から、導体１１１の径方向の断面積を０．２２ｍｍ^２（０．２２ｓｑ）未満とするのが好ましく、０．１３ｍｍ^２（０．１３ｓｑ）とするのがより好ましい。なお、撚線である導体１１１を構成する素線１１１１の本数は、７本に限定されるものではなく、他の本数であってもよい。

素線１１１１は、錫を含む銅合金で形成されている。素線１１１１における錫の濃度は、０．４質量％以上、且つ０．８％以下が望ましく、より好ましくは、０．６質量％以上、且つ０．８質量％以下であるのが望ましい。また、素線１１１１は、銀の濃度が１質量％以上、且つ４質量％以下の銅合金であってもよい。なお、絶縁電線１１Ｂは、絶縁電線１１Ａと同じ構成であるため、その説明を省略する。

絶縁被覆１１２は、誘電率が低い樹脂であるのが好ましく、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）又はＰＰ（ポリプロピレン）等のポリオレフィン系樹脂をベース材とした樹脂で形成されている。本実施例では、絶縁被覆１１２は、ＰＰをベースとし、難燃剤や酸化防止材を添加したハロゲンフリー材で形成されている。絶縁被覆１１２の厚さは、通信用電線１Ａの特性インピーダンスが１００Ω±１０Ωとなるように形成される。絶縁被覆１１２の硬さについては、通信用電線１Ａ、１Ｂが自動車に配索されて温度が上昇したときに塑性変形を起こさない程度の硬さであるのが好ましく、例えば、パイプ型のシース１２Ａを備える通信用電線１Ａにおいては、絶縁被覆１１２の硬さは、シース１２Ａと同等であるのが好ましい。

（シース）
シース１２Ａは、対撚り線２の保護や対撚り線２の対撚りの安定化、対撚り線２と周囲環境との距離の確保に寄与するものである。シース１２Ａは、中空のパイプ型の形状に形成されている。シース１２Ａは、ポリオレフィン系樹脂をベース材とした樹脂で形成されているのが好ましい。本実施例では、シース１２Ａは、ポリオレフィン系樹脂をベースとし、難燃剤や酸化防止材を添加したハロゲンフリー材で形成されている。また、中空のシース１２Ａの内面より内側においては、通信用電線１Ａの径方向に沿った断面において、シース１２Ａの内面より内側の面積に対して絶縁電線１１Ａ、１１Ｂを除く空間が占める割合を空隙率と称し、空隙率を８％以上且つ３０％以下とするのが好ましい。

なお、対撚り線２を保護するシースは、図１に示すパイプ型のシース１２Ａに替えて、中空ではない充実型のシースとしてもよい。図２は、充実型のシース１２Ｂを備える通信用電線１Ｂの断面図である。また、対撚り線２とシース１２Ａ、１２Ｂとの間にテープ等の介在があってもよい。

（対撚り線）
図３は、対撚り線２の撚り方を示す図である。対撚り線２は、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂをダブルツイストバンチャー型の撚線機で対撚りした撚線である。本実施形態においては、対撚り線２は、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１ＢがＺ撚りで撚られており、撚り方向がＳ撚りである導体１１１とは撚り方向が逆となっている。対撚り線２は、ピッチが１２ｍｍ～３５ｍｍであるのが好ましく、ピッチが１６ｍｍ～３０ｍｍであるのがより好ましい。なお、導体１１１がＺ撚りである場合、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂが導体１１１の撚り方向とは逆のＳ撚りで撚られる。

ところで、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂとを撚り合わせる場合、単に撚り合わせると絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂのそれぞれが捻じれた状態で撚り合わされてしまい、この捻じれが撚りを解く力が働くため、対撚り線２がばらけやすくなる。

したがって本実施例では、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂとを撚り合わせながら、その撚り合わせの回転方向とは逆の回転方向（すなわち、撚り合わせによる絶縁電線１１Ａの捻じれと絶縁電線１１Ｂの捻じれを緩和する回転方向）に、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂのそれぞれをひねって回転させるという、いわゆる撚り返しを施して、捻じれを防止している。

ここで、撚り合わせの回転角Ｘと撚り返しの回転角Ｙとの比Ｙ／Ｘを、撚り返し率と称する。すなわち絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂに撚り返しが全く施されておらず、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂが捩じれたままの状態では、撚り返し率の値は０％であり、撚り返しが施され、絶縁電線１１Ａ自体の捻じれと絶縁電線１１Ｂ自体の捩じれが全くない状態では撚り返し率の値は１００％である。本実施例では、対撚り線２の撚り返し率は、１００％としている。撚り返し率を１００％とすることにより、絶縁電線１１Ａと絶縁電線１１Ｂがばらけにくくなっている。なお、撚り返し率の値は１００％に限定されるものではなく、１００％±１０％の範囲であればよい。

（評価）
前述した通信用電線１Ａについて、導体１１１の径方向の断面積、対撚り線２のピッチ、対撚り線２の撚り方向を変えて評価用の通信用電線１Ａを作成して伝送特性を評価した。なお、評価用に作成した全ての通信用電線１Ａは、シース１２Ａをパイプ型で直径を３．２ｍｍとし、素線１１１１を純度が９９．９％以上の電気銅に０．７質量％の濃度で錫を入れた銅合金で形成し、焼鈍を行って破断伸びを２．５％とし、引張強さを８００ＭＰａとした。また、評価用の通信用電線１Ａは、導体１１１の撚りについて１５ｍｍのピッチでＳ撚りとし、導体１１１の径方向の断面積を０．１３ｓｑ、０．２２ｓｑ及び０．０８ｓｑの三種類とした。

導体１１１の径方向の断面積が０．１３ｓｑである通信用電線１Ａは、導体１１１の直径を０．４５ｍｍとし、導体１１１の径方向の断面積が０．２２ｓｑである通信用電線１Ａは、導体１１１の直径を０．５５ｍｍとし、導体１１１の径方向の断面積が０．０８ｓｑである通信用電線１Ａは、直径が０．１２ｍｍの素線１１１１を撚り合わせ、導体１１１の直径を０．３６ｍｍとした。

評価用の通信用電線１Ａにおける絶縁被覆１１２の厚さは、シース１２Ａの厚さと合わせて特性インピーダンスが１００Ω±１０Ωの範囲内となるように調整し、導体１１１の径方向の断面積が０．１３ｓｑである通信用電線１Ａについては、０．２ｍｍとし、導体１１１の径方向の断面積が０．２２ｓｑである通信用電線１Ａについては、０．２４ｍｍとし、導体１１１の径方向の断面積が０．０８ｓｑである通信用電線１Ａについては、０．１７ｍｍとした。なお、導体１１１の径方向の断面積が０．１３ｓｑである通信用電線１Ａについては、シース１２Ａの厚さを０．７５ｍｍとした。

伝送特性の評価については、評価用の通信用電線１Ａのそれぞれを１０ｍ採取し、キーサイト・テクノロジー株式会社のＥ５０７１Ｃ ＥＮＡベクトル・ネットワーク・アナライザを用いてＳパラメータを測定した。測定したＳパラメータのうち、Ｓｄｃ１１及びＳｄｃ２２は反射モード変換と呼ばれ、Ｓｄｃ１２及びＳｄｃ２１は透過モード変換と呼ばれている。図４（ａ）は、反射モード変換の測定結果の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、透過モード変換の測定結果の一例を示す図である。図４（ａ）に示されている線Ｌ１と、図４（ｂ）に示されている線Ｌ２は、イーサネットの１００ＢＡＳＥ－Ｔ１で規定される評価基準（クライテリア）である。通信用電線１Ａの評価においては、（クライテリア）－（波形）の最小値をマージンとみなし、マージンが１０ｄＢ以上の場合には「◎」と評価し、マージンが１０ｄＢ未満５ｄＢ以上の場合には「○」と評価し、マージンが５ｄＢ未満０ｄＢ以上の場合には「×」と評価し、マージンがマイナスの場合には「ＮＧ」と評価した。また、〇は◎より評価結果が悪く、×は○より評価結果が悪く、ＮＧが×より評価結果が悪いものとし、反射モード変換の評価結果と透過モード変換の評価結果のうち、悪いほうの評価結果を最終の評価結果とした。

評価用の通信用電線１Ａのうち、導体１１１の径方向の断面積が０．１３ｓｑである通信用電線１Ａの評価結果を表１に示し、導体１１１の径方向の断面積が０．２２ｓｑである通信用電線１Ａの評価結果を表２に示し、導体１１１の径方向の断面積が０．０８ｓｑである通信用電線１Ａの評価結果を表３に示す。

表１、表２及び表３に示されているように、対撚り線２の撚り方向が導体１１１の撚り方向と同じである場合、評価結果は×又はＮＧとなっている。一方、対撚り線２の撚り方向が導体１１１の撚り方向と逆である場合、クライテリアとのマージンが大きく◎や○の評価結果が得られ、対撚り線２の撚り方向が導体１１１の撚り方向と同じである場合と比較して、伝送特性がよいものとなっている。

また、通信用電線１Ａについては、対撚り線２の撚り癖の強さを評価した。撚り癖の評価においては、導体１１１の径方向の断面積、対撚り線２のピッチ、対撚り線２の撚り方向を変えてシース１２Ａを備えていない状態で評価を行った。評価用の対撚り線２は、前述の評価用の通信用電線１Ａが備える対撚り線２と同じ構成である。

撚り癖の評価については、対撚り線２を２ｍ採取し、採取した対撚り線２に張力をかけて両端を把持した状態から両端を次第に近接させて評価を行った。対撚り線２に撚り癖がある場合、両端を近接させていくと対撚り線２が両端の近接に伴って撚られていく。この際に対撚り線２が撚られて回転する回数をカウントし、回転の回数が６回転以下の場合には「○」と評価し、回転の回数が６回転を超えて９回転以下の場合には「△」と評価し、回転の回数が９回転を超える場合には「×」と評価した。

評価用の対撚り線２のうち、導体１１１の径方向の断面積が０．１３ｓｑである対撚り線２の評価結果を表４に示し、導体１１１の径方向の断面積が０．２２ｓｑである対撚り線２の評価結果を表５に示し、導体１１１の径方向の断面積が０．０８ｓｑである対撚り線２の評価結果を表６に示す。

表４から表６の評価結果によれば、導体１１１の直径が太くなるに従って剛性が高くなるため、撚り癖が表れやすくなるが、ピッチを大きくすることにより撚り癖を抑えることができる。

（ワイヤハーネス）
本実施形態では、圧着端子を絶縁電線１１Ａの導体１１１と、絶縁電線１１Ｂの導体１１１のそれぞれに接合させることにより端子付き電線が形成される。また、端子付き電線の圧着端子が図示しないコネクタハウジングに挿入されてコネクタ付き電線が形成されることもある。また、圧着端子と通信用電線１Ａとを備える端子付き電線を他の電線と束ねてコネクタに挿入することにより、ワイヤハーネスが形成される。このワイヤハーネスは、例えば自動車に配索される。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

図６は通信用電線の変形例を示す図である。図５に示す通信用電線１Ｂは、通信用電線１Ａと比較すると、絶縁被覆１１２に替えて絶縁被覆１１２Ａを備えている点で相違している。絶縁被覆１１２Ａは、ポリオレフィン系樹脂をベース材とした樹脂で形成されている。絶縁被覆１１２Ａは、絶縁被覆１１２がパイプ型であるのに対して充実型である点で相違している。

１Ａ、１Ｂ 通信用電線
２ 対撚り線
１１Ａ、１１Ｂ 絶縁電線
１２Ａ シース
１１１ 導体
１１２ 絶縁被覆
１１１１ 素線

Claims (5)

1. 複数の絶縁電線を対撚りした対撚り線と、
   前記対撚り線の外周を覆うポリオレフィン系樹脂で形成されたシースと、
   を有し、
   前記絶縁電線のそれぞれは、
   素線を撚って形成されて引張強さが７５０ＭＰａ以上であり、断面積が０．３５ｍｍ^２以下である導体と、前記導体の外周を被覆するポリオレフィン系樹脂で形成された絶縁被覆と、
   を有し、
   前記素線の撚り方向と前記絶縁電線の撚り方向とが逆であり、
   特性インピーダンスが１００Ω±１０Ωの範囲内である
   通信用電線。
2. 前記導体の破断伸びが１％以上４％未満である
   請求項１に記載の通信用電線。
3. 前記素線は、錫を含む銅合金であり、錫の濃度が、０．６質量％以上、且つ０．８％以下である
   請求項１又は請求項２に記載の通信用電線。
4. 端子と、
   前記端子に接合された請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の通信用電線と、
   を備える端子付き電線。
5. 請求項４に記載の端子付き電線を含み、自動車に配索されるワイヤハーネス。

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