JP4602680B2 - 電磁波シールド構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の電源用ハーネスや信号用ハーネスから放射される電磁波を遮蔽する電磁波シールド構造に関する。

自動車には、音響製品や映像製品などの電気（電子）機器が装着される一方、オルタネータ、燃料ポンプなどの多数の雑音発生源がある。通常、ラジオなどの音響製品は、回路的に雑音処理が施されているが、自動車の製造誤差や地域の電波障害などにより、音響製品から雑音が発生することがある。そのため、以下のように、種々の方法で雑音を防止している。
例えば、特開平６−２９１５２９号公報によると、図１４に示すように、自動車のリアガラス５１に、ラジオ用のガラスアンテナ５２が埋め込まれている。ガラスアンテナ５２は、ロッドアンテナと異なり、受信感度が弱く、アンテナブースタ５３を装着する必要がある。アンテナブースタ５３は、図１５に示すように、導電性パット５４、この面上に配設される回路基板５５と、これらをシールドする金属ケース５６とを備え、ラジオ（図示せず）のアンテナ線５７が接続されている。金属ケース５６は、回路基板５５を覆うケースの役割と、車体側への接地によるアース処理がなされ、外部から回路基板５５に侵入する電磁波を遮蔽する役割を果たす。なお、図１４中の５８は、リアガラス５１の曇り防止用の熱線である。

近年の地球温暖化による排ガス規制などの影響を受けて、自動車の原動力がガソリンエンジンから、電気自動車などのクリーンな原動力に移行しつつある。電気自動車は、駆動力として交流モータが搭載されるが、自動車に搭載した電源は直流のバッテリである。そのため、インバータを用いて直流から交流に変換して、交流モータを駆動させる。このときインバータは、電気を変換するためのスイッチング動作に起因して音響製品の受信障害となる電磁波を発生する。
特開２００３−２８５００２号公報によれば、図１６に示すように、インバータ６１自体から放射される電磁波を遮蔽するため、インバータカバー６２を用いている。このインバータカバー６２は、内側から外側へ順に導電性塗膜６３、アルミニウム板材６４、樹脂系塗料６５が重ねられた３層構造で形成され、インバータ６１から放射される電磁波を遮蔽若しくは軽減している。

電気自動車は、大きな駆動力を必要とするので、２００Ｖ以上の直流電源を用い、これに対して、ガソリン車は従来通りの１２Ｖ（トラックは２４Ｖ）の直流電源を用いている。電気自動車に装着される電気機器は、多数が従来からある１２Ｖ用の電気機器を用いるので、ＤＣ−ＤＣコンバータでバッテリ電圧を降下させる必要がある。
特開２００１ー３５２６３６号公報によれば、電気自動車に、例えば４２Ｖの高電圧と１２Ｖの低電圧の直流電源が２系統配設されている。このように高低２系統の電子回路が使用される場合は、低電圧の電子回路が、高電圧の電子回路から発生するノイズの影響を受けやすい。この公報に開示された技術によれば、図１７に示すように、音響製品などの低電圧のハーネス７１の周りを、断面が半円弧形状の導電性部材７２で覆い、高電圧の例えばパワーウインドのハーネス７３を、導電性材料７２の外周側へ配設している。そして、それらの周りをテープ７４で巻回しハーネス７３を導電性部材７２に固定し、導電性部材７２の取付片７５を車体のサイドシル部７６に接地して、アース処理をしている。こうして、低電圧ハーネス７１は高電圧ハーネス７３から放射される電磁波を遮蔽し、音響製品からノイズが発生するのを防止している。
特開平６−２９１５２９号公報 特開２００３−２８５００２号公報 特開２００１−３５２６３６号公報

特許文献１によると、図１５に示すように、金属ケース５６にアース処理を施して、雑音を防止している。しかしながら、リアガラス５１と車体の前側のインストルメントパネルに装着されているラジオとの距離が長い場合や、車体のアース処理が完全でない場合は、ラジオとアンテナブースタとのアース間に電位差が生じる。アース間に僅かな電位差があると、外部から放射される電磁波の影響を受けやすく、ラジオがノイズの受けやすい環境になる。上述した燃料ポンプのハーネスも、ラジオのアンテナ線と同様に車体の前側から後部に延長されている。よって、ハーネスが電磁波を発生しているような場合は、電磁波がアンテナ線５７に入り込み、アンテナコードからラジオに伝わり、ラジオが電磁波を増幅して、スピーカからノイズが発生する。
テレビなどの映像機器も同様に、電磁波ノイズが入り込むと、画面の横方向に線条ノイズが走査線上に現われるので、音響機器と同様に、電磁波の受信障害についてノイズ対策をする必要がある。なお、アンテナ線から侵入する電磁波について説明したが、電磁波は、音響機器などの電源ハーネスや、本体の回路に直接侵入してノイズが発生することもある。

特許文献２によると、図１６に示すように、インバータ６１をインバータカバー６２で覆い、電磁波の放出を遮蔽している。この方法によると、インバータ６１の本体からの電磁波を遮蔽することは可能であるが、電磁波はインバータ６１と自動車のバッテリ間のハーネスや、インバータと駆動用モータとの間のハーネスからも発生することがある。このような場合は、ノイズを発生する電気機器を電磁波から有効に保護ができない。

特許文献３によると、図１７に示すように、導電性部材７２により低電圧ハーネス７１を覆っているが、導電性部材７２の外側に配設している高電圧ハーネス７３から、電磁波が直接電気機器の本体に侵入することがある。波長の短い高周波は、隙間や物体の背面に入り込み、またハーネスから電磁波が放射される場合は、ハーネスの電気機器に近い部分に、大きな電磁波が発生する。よって、ハーネスと電気機器との接続部における雑音処理が、ノイズを軽減させる重要なポイントになる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電気機器のハーネスから放射される電磁波を遮蔽し、電気機器とこれに接続されるハーネスの接続部から、放射された電磁波を遮蔽する電磁波シールド構造を提供することにある。

本発明は、電気機器に接続されたハーネスの周囲に配設される筒状部材を備え、該筒状部材は、複数の帯材を、それぞれ軸回りに螺旋状に巻回しつつ積層してなる多層構造の周壁を有して円筒状に形成され、前記周壁は、軸方向の断面が円弧状をなす凹凸条が螺旋状の配置で連続して形成されることでフレキシブル性を有し、かつ、少なくとも１つの中間層とその内層側および外層側に積層された２つの金属層を含み、前記中間層は、導電性を有するカーボンクラフト紙または絶縁材料からなることを特徴とする電磁波シールド構造にある。
本発明において、前記中間層が導電性を有するカーボンクラフト紙からなる場合には、その内層側および外層側の金属層と導電性のある接着剤で接合されていることが好適である。また、前記各金属層が、アルミニウム層であることが好適である。
本発明において、前記導電性のある接着剤が、エポキシ、ウレタン、アクリルまたはポリエステル系樹脂に導電性粒子を配合した接着剤であることが好適である。

本発明に係る電磁波シールド構造は、電気機器に接続されたハーネスの周囲に配設される筒状部材を備え、該筒状部材は、複数の帯材を、それぞれ軸回りに螺旋状に巻回しつつ積層してなる多層構造の周壁を有して円筒状に形成され、前記周壁は、軸方向の断面が円弧状をなす凹凸条が螺旋状の配置で連続して形成されることでフレキシブル性を有し、かつ、少なくとも１つの非金属中間層とその内層側および外層側に積層された２つの金属層を含むので、ハーネスから放射される電磁波を筒状部材に反射させて減衰させることができる。また、筒状部材の壁厚を厚くすることができ、全体として少量の金属部材しか使用しないので、筒状部材の軽量化を図ることができる。また、前記筒状部材がフレキシブル性を有するので、同じ筒状部材で曲がった場所にも配置することができる。

以下、本発明の実施の形態による電磁波シールド構造について、図面を参照しながら説明する。
図１は、電気自動車１の概略図である。電気自動車１の車体２には、多数のバッテリを配設した高電圧の直流電源３、直流電源３を交流電源に変換するインバータ４、インバータ４により変換された交流電源により駆動される駆動用モータ５が配設されている。直流電源３とインバータ４との間は、筒状部材６が接続され、インバータ４と駆動用モータ５との間には筒状部材７が接続されている。一方の筒状部材６の筒内には、それぞれ直流電源３とインバータ４とを結ぶハーネス８が配設され、他方の筒状部材７の筒内には、それぞれインバータ４と駆動用モータ５を結ぶハーネス９が配設されている。駆動用モータ５は、図示しないトランスアクスル及び駆動軸１０を介して駆動力を駆動輪１１に伝達し、電気自動車１を走行させる。

図２は筒状部材の斜視図であり、図３のＡは筒状部材を周方向から見た側面図であり、図３のＢは筒状部材を軸方向から見た正面図である。筒状部材６，７は、図面では略して長さを短くしているが、実際の形状は、上述したように、直流電源３とインバータ４間を接続できるように、軸方向に長い。筒状部材６，７は断面が円形であり、周壁部に軸方向に向けて波状の凹凸部１２，１３が周壁面全体に形成され、この凹凸部１２，１３は軸周りに螺旋状に形成されている。筒状部材６，７は、フレキシブル性を有するので、Ｓ字形状やＵ字形状などに軸形状を自在に曲げることができる。

図４のＡは、図３のＡの円Ｘの部位の部分拡大図である。
筒状部材６，７は、周壁部が多層構造であり、図４のＡに示すように、筒状部材６，７の内層材１４がアルミニウムであり、例えば中間層材１５が導電性材料であり、外層材１６がアルミニウムとした３層構造である。内外層材１４，１６は、帯状のアルミニウム箔を軸周りに螺旋状に巻回し、中間層材１５は導電性を有するカーボンクラフト紙などを用いて、帯材を螺旋状に巻回している。各層材１４〜１６は、導電性を有する接着剤で接着される。
筒状部材６，７は、具体的には、アルミニウム箔の幅が、２４〜１２０ｍｍであり、厚さは０．０３〜０．１５ｍｍである。このように帯材を螺旋状に巻回することにより、筒状部材６，７は任意の長さに形成できる。そして、筒状部材６の表面には、凹凸部１２，１３を形成した。凹凸部１２，１３は螺旋状に形成してもよいし、環状にして凹凸部１２，１３を連続的に形成してもよい。内外層材１４，１６は、アルミニウムの他に、鉄、ステンレス、銅などの帯材を使用できる。ただし、これらの金属の厚さは、０．０３〜０．１０ｍｍであり、その他の形状はアルミニウムと同じである。
導電性接着剤は、樹脂をベースにしてこれに金属やカーボンを配合した導電性樹脂を含むもので、すでに各種の製品が市販されている。ベース樹脂としてエポキシ、ウレタン、アクリル、ポリエステル系を用いることができ、導電性粒子として金、銀、ニッケル、カーボンなどを用いることができる。

図５及び図６は、図１に示すインバータ４のハーネス９の引出し口１７と筒状部材７の接続部を示す。引出し口１７には、インバータ４のケーシングから外側に突出させた筒状の接続口１８を形成している。接続口１８は、インバータ４のケーシングと一体成形するか、別体の場合は、インバータ４とともに車体２にアースできる材質で形成する。接続口１８の外径は、筒状部材７の内径に等しく、筒状部材７を接続口１８に嵌合させて両者を接続できる。筒状部材７と接続口１８の間は、できるだけクリアランスを狭くし、両者の重なり幅Ｗは、１０ｍｍ以上を確保することが好ましい。固定方法は、図５に示すように、テープ１９で巻き付けてもよいし、導電性のある接着剤で固定してもよいし、バンドで重なり幅Ｗの部分を筒状部材の外周側から締め付けることもできる。なお、インバータ４と筒状部材７の接続部を例にあげて説明したが、筒状部材６と直流電源３またはインバータ４との接続口、筒状部材７と駆動用モータ５との接続口も同じようにして固定できる。
このように、ハーネスを筒状部材７で遮蔽しているので、ハーネス９から電磁波が放射されても、筒状部材７からの電磁波の漏れを軽減できる。また、筒状部材７と接続口１８の間を周り込もうとする電磁波も、それらの間の隙間を無くしているので漏れを減少することができる。また、筒状部材７は断熱性にも優れており、ハーネス９を熱からも保護できる。

図７及び図８は、インバータ４のハーネス９の引出し口２０に二重壁構造の接続口を形成した例を示す。内側接続口３３の外径は、筒状部材７の内径に等しく、外側接続口３４の内径は筒状部材７の外径に等しい。よって、それらの接続口３３，３４の間に筒状部材７の端部を挿入できる。筒状部材７と接続口３３，３４の固定は、テープ１９、導電性接着剤を用いる。その他の構成については、上記接続口１８と同じである。
このように構成しても、ハーネスから放射される電磁波を軽減し、接続口３４，３５からの電磁波の周り込みを軽減できる。

図９は、本実施例の筒状部材６，７（以下、単に符号７とする）の電磁波シールド性能を計測する試験方法を示し、図１０は筒状部材を用いないでハーネス４１の電磁波を計測する試験方法を示す。
図９に示すように、支持部材４０間で筒状部材７を支持し、筒状部材７で電磁波４４を放射させているハーネス４１を外部と遮蔽する。そして、ハーネス４１に電磁波を流し、アンテナ４２で漏れ電磁波を受信し、受信機で受信強度を計測した。ハーネス４１のシールドした部分の長さは１ｍであり、ハーネス４１の外径は５ｍｍである。図１０は、図９の試験装置から筒状部材６を外してハーネス４１を単体にしたもので、基本となる電磁波の放射源を示す。

比較対象として、上記実施例の筒状部材７と同じ条件で、凹凸部を形成しない異なるアルミニウム筒材でハーネス４１をシールドしたものと、ハーネス４１の周囲にブレイドタイプのシールドを施したものを用意した。
試験結果を図１１のグラフに示す。グラフは、縦軸にシールド性能（ｄＢ）を示し、ケーブル単体の電磁波の放射量と筒状部材７（及び各試験体）から放射される電磁波の差を示す。横軸は周波数（Ｈｚ）である。図中のａが筒状部材７であり、ｂが凹凸部を形成しないアルミニウム筒材であり、ｃがブレイドタイプのシールド材である。筒状部材７でシールドしたものは、シールド性能が大きく、次に単なるアルミニウムの筒材であり、ブレイドタイプのものは、シールド性能が小さかった。筒状部材７のシールド性能が大きいのは、電磁波を閉じこめる金属自体のシールド性能の他に、図１２に示すように、電磁波が凹凸部１２，１３に反射して理想反射（反射して打消し合ていく）ｄを繰り返すうちに電磁波が減衰していくと考えられる。
なお、筒状部材が一層のものと、多層の筒状部材とを比較すると、接続部から周り込んで放射される電磁波は、多層のものが少ない。これは、筒状部材の厚みが大きくなることで、電磁波の周り込みが減少すると考えられる。

このように、筒状部材７は、電磁波を放射するハーネスの周囲を覆うことにより、電磁波の放射を軽減し、音響機器や映像機器にノイズが発生するのを防止する。筒状部材７に厚味があるため、端部の接続部を密着させることにより、接続部の隙間から電磁波が漏れるのを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形及び変更が可能である。
図４のＢに示す筒状部材２５は、５層構造であり、内側から順に内層材２６、第１〜第３中間層材２７〜２９、外層材３０が重ねられている。これらのうち、内層材２６と第２の中間層材２８はアルミニウム箔であり、第１の中間層材２７、第３の中間層材２９及び外層材３０は、導電性材料であっても、絶縁材料であってもよい。アルミニウム以外の層材は、幅２４〜１２０ｍｍであり、厚さは０．１５〜０．２５ｍｍの帯材を螺旋状に巻回して形成する。なお、導電性材料の間に絶縁材料が配設される場合は、内外の導電性材料のアース処理を施すことが望ましい。
このように、筒状部材の多層構造は、種々の構造が考えることができ、上記実施の形態と同様に、電磁波の通り抜けを軽減若しくは遮蔽することができる。
また、筒状部材については、図１３に示すように、筒状部材３１の周壁部の端部にスリット３２を形成し、図６に示す接続口１８の外周面にスリット３２に対応する突部を形成すれば、筒状部材３１の回転を阻止でき、確実に固定できる。
さらに、導電性材料は、カーボンクラフト紙に代えてマイラを使用してもよい。また、アンテナ線やその他のノイズを防止する側の電気機器のハーネスを筒状部材７内に配設し、外部から放射される電磁波の侵入を防止するようにしてもよい。
金属箔の代わりに、導電性材料若しくは絶縁材料に金属塗膜を塗布してもよい。

本発明は、現在開発が行われているハイブリッド車、燃料電池を用いた自動車にも同様に適用可能であり、自動車以外に、船舶、飛行機、工場における電気機器のハーネスから放射される電磁波についても、本発明の筒状部材でハーネスを覆うことにより、電磁波の放射を軽減することができる。

本発明の実施の形態の電磁波シールド構造を採用している自動車の平面図である。 本発明の実施の形態の電磁波をシールドする筒状部材の斜視図である。 図３のＡは、図２の筒状部材の一部を断面で示す側面図であり、図３のＢは筒状部材の正面図である。 図４のＡは、図３のＡで示す矢視Ｘの３層構造の筒状部材の拡大断面図であり、図４のＢは変形例による筒状部材の５層構造の断面図である。 本発明の筒状部材とインバータの接続部（接続口が一重構造）の部分破断図である。 図５のインバータの接続部の正面図である。 本発明の筒状部材とインバータの接続部（接続口が二重構造）の部分破断図である。 図７のインバータの接続部の正面図である。 本実施の形態の筒状部材の電磁波シールド性能を計測する試験方法の概略図である。 図９の筒状部材を用いない場合におけるハーネスのみの電磁波を計測する試験方法の概略図である。 電磁波シールド性能の線図（グラフ）である。 本実施の形態の筒状部材の湾曲した凹凸部の面上で、電磁波が反射されている状態を示す図である。 筒状部材の端部とインバータとの接続口の取付方の変形例を示す側面図である。 従来例による自動車のウインドガラスにアンテナブースタを取付けている状態の背面図である。 図１４のアンテナブースタの分解斜視図である。 従来例によるシールド部材を覆ってインバータをシールドする状態を示す断面図である。 従来例によるシールド部材でハーネスを覆った状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 電気自動車
３ 直流電源
４ インバータ
５ 駆動用モータ
６，７，２５，３１ 筒状部材
８，９ ハーネス
１２ 凹部
１３ 凸部
１４，２６ 内層材
１５，２７〜２９ 中間層材
１６，３０ 外層材
１７ 引出し口
１８ 接続口

Claims (4)

1. 電気機器に接続されたハーネスの周囲に配設される筒状部材を備え、該筒状部材は、複数の帯材を、それぞれ軸回りに螺旋状に巻回しつつ積層してなる多層構造の周壁を有して円筒状に形成され、前記周壁は、軸方向の断面が円弧状をなす凹凸条が螺旋状の配置で連続して形成されることでフレキシブル性を有し、かつ、少なくとも１つの中間層とその内層側および外層側に積層された２つの金属層を含み、前記中間層は、導電性を有するカーボンクラフト紙または絶縁材料からなることを特徴とする電磁波シールド構造。
2. 前記中間層が導電性を有するカーボンクラフト紙からなり、その内層側および外層側の金属層と導電性のある接着剤で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波シールド構造。
3. 前記各金属層が、アルミニウム層であることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波シールド構造。
4. 前記導電性のある接着剤が、エポキシ、ウレタン、アクリルまたはポリエステル系樹脂に導電性粒子を配合した接着剤であることを特徴とする請求項２に記載の電磁波シールド構造。

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