JP4883051B2 - ワイヤーハーネス - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁基材に配置された複数の電線を集束したワイヤーハーネスに係り、特に、車両等の配線に適用するに好適なワイヤーハーネスに関する。
従来から、自動車等の電装品の作動等のためには多数の電線による配線接続される必要ある。配線接続をする場合、組み立てにおける作業性及び車両内での配置の容易さ等の観点から、ワイヤーハーネスが用いられている。
このようなワイヤーハーネスとして、例えばフレキシブル・フラット・サーキットや、フレキシブル・プリンディド・サーキットなど、フラットタイプのワイヤーハーネス(いわゆるフラットケーブル)が用いられることが多い。このフラットケーブルは、例えば、図4に示すように、可撓性を有した絶縁基材91の表面91aに、複数の電線92が所定の間隔をあけて長手方向Lに沿って配置されており、さらに複数の電線92を保護し、各電線92の絶縁性を確保するために、絶縁性の被膜93が被覆されている(例えば特許文献1参照)。
このようなワイヤーハーネス90を用いることにより、電装品の配線において、複数の電線の引き回しが困難な箇所であっても、同時にこれらの複数の電線を電気的な絶縁状態を保ちながら配線することができ、作業効率が向上するばかりでなく、電装品の動作の信頼性をも高めることができる。
特開平5−62543号公報
ところで、耐環境性の観点から、車両重量を軽量化すべく、ワイヤーハーネスを軽量化することは重要な技術課題となっている。このような課題を鑑みて、前記フラットタイプのワイヤーハーネスの軽量化を図るべく、例えば絶縁基材や絶縁被膜の厚みを薄くしたり、電線の材質を例えば銅からアルミニウムに変更したりするなどの、様々な手法が採られている。
しかしながら、このような手法を講じた場合には、確かにワイヤーハーネスそのものの重量は軽量化されるが、ワイヤーハーネスに要求される電線間の絶縁信頼性、発熱性、及び耐久性等がこれまでのものに比べて損なわれる場合が多い。
また、前記フラットタイプのワイヤーハーネスを用いて、長手方向Lに沿って配列された電線92を、厚さ方向Tに曲げて配線したい場合には、図4の曲げ方向b1に曲げることにより、容易に電線92を配線することができる。しかしながら、長手方向Lに沿って並置された電線92を幅方向Bに曲げて配線したい場合であっても、ワイヤーハーネス90の形状では図4の曲げ方向b2に曲げることは難しい。そこで、図5に示すように、ワイヤーハーネス90そのものを厚さ方向tに折り返す(図中の曲げ方向b1に折り返す)ことにより、電線92を配線する必要があった。
このような場合、装置内のスペース制約もあることから、ワイヤーハーネス90が重なるように折り曲げることも多く、この過度の折り曲げにより、電線92が断線するおそれがあった。
特に、前記軽量化に伴って絶縁被膜を薄くした場合には、折り重なった部分等が、機器の振動等により使用時に摩耗したり、過度の折り曲げにより破損したりするおそれがある。このような場合には、電線間の絶縁性を確保できなくなり、電線が短絡することもあった。
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量化を図った場合であっても、過度に電線を折り曲げることなく、任意の方向に電線を容易に配線することができ、電線の絶縁性を安定して確保することができるワイヤーハーネス及びその製造方法を提供することにある。
前記課題を解決すべく、本発明に係るワイヤーハーネスは、絶縁基材と、該絶縁基材の表面に長手方向に沿って配置された複数の電線と、該電線を覆うように前記表面を被覆する絶縁被膜と、を備えた配線フィルムを有したワイヤーハーネスであって、該ワイヤーハーネスは、前記長手方向を軸芯として、前記配線フィルムをロール状に巻いて成形されていることを特徴とする。
本発明によれば、絶縁基材が、電線が配置された長手方向を軸芯としてロール状に巻かれた状態で成形されているので、ワイヤーハーネスの内部に緻密に電線を配置することが可能となる。また、このようなロール状のワイヤーハーネスは、任意の方向に曲げることが容易にできる。この結果、電線の配線時における曲げによる電線の断線、および、絶縁被膜の磨耗等による電線の短絡を回避することができる。
また、ワイヤーハーネス内部に配置された電線同士の絶縁性は、電線を覆うように絶縁基材の表面に被覆された絶縁被膜によって確保することができ、該絶縁被膜をワイヤーハーネスの内部に配置することができる。この結果、絶縁被膜の薄膜化が可能となり、ワイヤーハーネスの軽量化を図ることが容易にできる。
ここで、本発明にいう配線フィルムとは、長手方向に並列配置された複数の電線の絶縁性を保持するために、複数の電線の少なくとも露呈した部分を覆うように、絶縁基材の表面を絶縁被膜で被覆したフィルム状の配線板のことをいい、シート状の配線板も含むものをいう。そして、本発明のワイヤーハーネスは、この配線フィルムをロール状に巻いた状態で成形されているものをいう。
本発明に係るワイヤーハーネスは、前記絶縁基材の表面に、溝部が形成されており、該溝部には前記電線が配置されていることがより好ましい。本発明によれば、絶縁基材の表面に形成された溝部に電線を配置することができるので、より緻密に電線を配置し、ワイヤーハーネスの軽量化を図ることができる。さらに、絶縁基材の表面に溝部を形成することにより、配線フィルムを曲げやすい。
また、本発明に係るワイヤーハーネスは、該溝部の開口が前記軸芯に対して外側に向くように、巻かれていることがより好ましい。本発明によれば、前記溝部の開口を軸芯に対して外側に向くように形成した場合は、その開口を軸芯に対して内側に向くように形成した場合に比べて、ロール状のワイヤーハーネスの形状を維持し易く、配線時にワイヤーハーネスを曲げた場合であっても、電線に曲げ応力が作用し難い。
本発明に係るワイヤーハーネスは、前記溝部が、該溝部の底部から開口に向かって広がり形状となっている。本発明によれば、前記溝部が絶縁基材の表面に向かって広がり形状となっているため、ロール状に巻いて成形されたワイヤーハーネスの巻かれた状態を維持しやすい。
本発明に係るワイヤーハーネスは、前記溝部の開口の縁部と、前記溝部の底部とが、丸みを有していることがより好ましい。本発明によれば、溝部と底部が丸みを有しているので、ロール状に巻いて成形されたワイヤーハーネスの溝部及び溝部近傍の電線に作用する応力を軽減することができる。
また、本発明に係るワイヤーハーネスは、前記配線フィルムを、前記軸芯を中心軸として螺旋のロール状に巻いて成形されていてもよく、前記配線フィルムを多層に巻いてロール状に成形されていてもよい。
さらに、本発明に係るワイヤーハーネスは、ロール状のワイヤーハーネスの外周面に、絶縁被覆材が被覆されていることがより好ましい。本発明によれば、このような絶縁被覆材を被覆することにより電線がさらに保護され、配線時及び使用時において、ワイヤーハーネスの摩耗及び破損による電線の短絡を防止することができる。
本発明として前記ワイヤーハーネスを製造するに好適な製造方法を開示する。本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法は、前記絶縁基材の表面に長手方向に沿って複数の電線を配置する工程と、前記電線を覆うように絶縁基材の前記表面を絶縁被膜で被覆して、配線フィルムを製造する工程と、前記長手方向を軸芯として、前記配線フィルムをロール状に巻いて成形する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、配線フィルムを、電線を配置した長手方向を軸芯として、ロール状に巻いて成形することにより、電線に曲げ応力を生じさせることなく、ロール状のワイヤーハーネスを製造することができる。また、ロール状に成形することにより、長手方向に沿って電線を緻密に配置することができる。
本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法は、前記電線配置工程において、前記絶縁基材の表面に溝部を成形し、該溝部に前記電線を配置することがより好ましい。本発明によれば、電線を配置する溝部を軸芯となる長手方向に成形したので、配線フィルムの厚みをより薄くして、これによりロール状に成形し易く、ワイヤーハーネスの軽量化を図ることができる。
本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法は、前記成形工程において、前記溝部を、該溝部の開口が前記軸芯に対して外側に向くように、前記配線フィルムを巻くことがより好ましい。本発明によれば、溝部の開口を外側に向けて、ロール状にワイヤーハーネスを成形するので、この成形時(配線フィルムの曲げ時)における電線に作用する局所的な応力集中を低減し、電線の断線を確実に回避することができる。
また、本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法において、前記溝部を、該溝部の底部から開口に向かって広がり形状となるように成形することが好ましい。より好ましくは、本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法において、前記溝部の開口の縁部と、前記溝部の底部が、丸みを有するように、前記溝部を成形する。
本発明によれば、前記溝部が絶縁基材の表面に向かって広がり形状となっているため、配線フィルムをロール状に成形し易くなり、開口の縁部と、溝部の底部とが、丸みを有することにより、ロール状に成形する際に、溝部及び溝部近傍の電線に作用する応力を軽減することができる。
本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法の前記成形工程において、前記配線フィルムを、前記軸芯を中心軸として螺旋状のロール状に巻いて成形することが好ましい。本発明によれば、1枚の配線フィルムから、ロール状にワイヤーハーネスを成形することができるので、製造時間及び製造コストの短縮化を図ることができる。
本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法の前記成形工程において、前記配線フィルムを多層に巻いて成形することが好ましい。本発明によれば、配線フィルムを多層に巻くことにより、ワイヤーハーネス内部により緻密に電線を配置することができる。
本発明に係るワイヤーハーネスの製造方法の前記成形工程後、前記ワイヤーハーネスの外周面に、絶縁被覆材を被覆することがより好ましく、これにより、電線の短絡をより確実に防止することができる。
本発明によれば、過度に電線を折り曲げることなく、任意の方向に電線を容易に配線することができ、軽量化を図った場合であっても、電線の絶縁性を確保することができる。
以下に、図面を参照して、本発明に係るワイヤーハーネスの実施形態に基づいて説明する。
図1は、第一実施形態に係るワイヤーハーネスの製造方法を説明するための図であり、(a)は、電線の配置工程を説明するための図であり、(b)は、配線フィルムを製造する工程を説明するための図であり、(c)は、配線フィルムを螺旋に巻いてロール状に成形する工程であり、(d)は、ロール状のワイヤーハーネスに絶縁被覆材を被覆する工程を説明するための図で、本発明に係るワイヤーハーネスの全体構成図である。また、図2は、図1(a)に示す電線の配置工程の詳細を説明するための図である。
本実施形態に係るワイヤーハーネスの製造方法は、絶縁基材10と、絶縁基材10の表面11に配置された複数の電線20と、電線20の露呈した表面を覆うように、絶縁基材10の表面11を被覆する絶縁被膜30と、を備えた配線フィルムをロール状に巻いて成形されたワイヤーハーネス100A(図1(d)参照)を製造する方法である。
まず、図1(a)に示すように、フィルム状の絶縁基材10の長手方向Lに沿った溝部12に電線20を配置する。溝部12は、溝部12の底部13から開口14に向かって広がり形状となり、溝部12の開口の縁部14aと、溝部12の底部13が、丸みを有するように、成形されている。また、この縁部14aと底部13の丸みは、長手方向Lに沿って所定の極率半径を有した円状の丸みであることがより好ましい。
具体的には、図2(a)に示すように、成形型15を準備し、例えば電鋳処理などを利用して、絶縁基材10の溝部12に応じた凸部16を形成する。この凸部16は、凸部16の先端に向かって先細形状となっており、凸部16の先端部16a及び基端部16bは、丸みを有している。さらに、凸部16の幅は5μm〜300μm程度、高さは5μm〜500μm程度、凸部16の距離は5μm〜300μm程度である。
次に、図2(b)に示すように、得られた成形型15の前記凸部16の表面に、平均粒径10nmである銅ナノ粒子を主成分とする銅ペーストを3μm程度の厚さに塗りつけて、導電材料層17を設ける。
次に、図2(c)に示すように、厚さ20mm〜600mmのポリアミド酸樹脂フィルムなどの絶縁基材10の表面に対して、導電材料層17が付与された成形型15をマイクロコンタクトプリンティング装置を用いて、真空環境下で加熱圧着する。この加熱圧着により、絶縁基材10の表面には成形型15の凸部16が溝部12として転写され、その過程で、銅ペースト中の銅ナノ粒子の焼結が進行し、連続した銅薄膜となって溝部12の底部13から開口14の縁部14aまで転写される。そして、常温常圧後に、成形型15を取り外し、図2(d)に示すように、表面に溝部12が形成され、該溝部12に銅薄膜となる導電材料層17が転写される。
さらに、この転写後の絶縁基材10を硫酸銅めっき浴に浸漬して、電解めっき処理を行う。その過程で、導電材料層17を核として溝部12内にメッキ浴中の銅イオンが析出していき、図2(e)に示すように溝部12に所望の電線20が充填され、配置されることになる。この際、溝部12からはみ出している銅をポリッシングにより除去してもよい。
このようにして、図1(a)の溝部12の開口の幅W1は5μm〜300μm程度、深さdは5μm〜500μm程度、溝部の底部近傍の幅W2は2μm〜290μm程度(丸みが円状である場合には極率半径5μm〜900μm)の溝部12が形成され、この溝部12には、銅の電線20が配置されることになる。
但し、図2に示すような方法に限定されるものではなく、複数の電線を絶縁基材に配置することができるのであれば、絶縁基材の表面への電線の配置は、真空蒸着法やスパッタリング法などのドライプロセスや、絶縁基材の表面全体を銅箔のような金属膜で被覆して金属被覆材を作製し、フォトリソグラフ法などにより不必要な部位の金属膜をエッチング処理して除去する方法を用いて行なってもよい。また、フィルム状の絶縁基材に溝部を形成後、その溝部に、電線を直接配置してもよい。
また、絶縁基材10は、屈曲性(可撓性)及び電気絶縁性に優れた材料であって、例えばポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、またはポリエチレン等の高分子樹脂を挙げることができる。電線20は、電気抵抗値の低い金属材料であって、例えば、上述した銅の他にも、銀、金、ニッケル、アルミニウム等挙げることができる。
このように、絶縁基材10の表面11に形成された溝部12に電線を配置することができるので、後述する配線フィルムの厚みをより薄くして、より緻密に電線を配置しつつ、ワイヤーハーネスの軽量化を図ることができる。
次に、図1(b)に示すように、電線20の露呈した表面を覆うように、絶縁基材10の表面を絶縁被膜30で被覆し、配線フィルム40を製造する。具体的には、電線20を溝部12に配置した絶縁基材10の表面を、エポキシなどの接着剤をロール転写法を利用してコーティングしてもよく、絶縁基材と同種のフィルム状の絶縁被膜30を、例えば、加熱圧着等を利用して被覆してもよい。
このようにして、その内部に絶縁基材10と、該絶縁基材10の表面11に長手方向Lに沿って配置された複数の電線20と、電線20を覆うように前記絶縁基材10を被覆する絶縁被膜30と、を備えた配線フィルム40を得ることができる。
さらに、図1(c)に示すように、長手方向Lを軸芯Cとして、配線フィルム40を巻いてロール状に成形する。具体的には、この際、配線フィルム40の絶縁基材側の表面41に接着剤を塗布し、絶縁基材と同種の材質からなる円柱ロッド51を準備し、この円柱ロッド51の周りに、配線フィルム40を螺旋のロール状に巻きつける。この際に、絶縁基材10の溝部12の開口14が軸芯Cに対して外側に向く(溝部底部が軸芯Cに向く)ように、配線フィルム40を螺旋に巻いて成形し、ロール状のワイヤーハーネス50Aを製造する。
このように、溝部12の開口14を外側に向けて、ロール状のワイヤーハーネス50Aを成形するので、この成形時における電線20に作用する局所的な応力集中を低減し、電線20の断線を回避することができる。さらに、絶縁基材10の溝部12が絶縁基材10の表面11に向かって広がり形状としたので、配線フィルム40をロール状に巻いてロール状のワイヤーハーネス50Aを製造し易くなる。縁部14aと、溝部12の底部13とが、丸みを有することにより、ロール状に成形する際に、溝部12及び溝部12近傍の電線20に作用する応力を軽減することができる。
なお、絶縁基材側の表面41に塗布する接着剤は、絶縁基材10と絶縁被膜30との接着性に優れ、絶縁性及び屈曲性に優れた材料であり、例えば、ポリイミドワニス、エポキシ、シリコーン等の樹脂を挙げることができる。
このように1枚の配線フィルム40を切断することなく、電線20を配置した長手方向Lを軸芯Cとして、螺旋状に巻いて成形することにより、電線20に曲げ応力を生じさせることなく、ロール状のワイヤーハーネス50Aを容易に製造することができる。また、ロール状に成形することにより、長手方向Lに沿って電線20を緻密に配置することができる。
そして、図1(d)に示すように、ロール状のワイヤーハーネス50Aを成形後、該ワイヤーハーネス50Aの長手方向Lの沿った側面(外周面)52に、絶縁被覆材60を被覆し、本実施形態に係るワイヤーハーネス100Aが製造される。絶縁被覆材60は、絶縁基材10と同種の材料であり、シート状の絶縁材を外周面52に巻いて被覆したり、ワイヤーハーネス50Aと共に押出し成形機を利用して被覆したりするなどの、一般的に知られた金属ワイヤに絶縁樹脂を被覆する方法であってよく、製造後のワイヤーハーネス100Aの絶縁性を確保することができるのであれば、特にその被覆方法は限定されるものではない。
この絶縁被覆材60は、ワイヤーハーネス100Aを配線する際に外部との接触や屈曲によって亀裂が入らないような材料が好ましく、例えば、塩化ビニル、ポリイミド、ポリエチレンなの高分子樹脂を挙げることができる。
このようにして製造されたワイヤーハーネス100Aは、配線フィルム40が、電線20が配置された長手方向Lを軸芯Cとして螺旋のロール状に巻かれた状態で成形されているので、内部に緻密に電線20を配置することが可能となる。
また、このようなロール状のワイヤーハーネス100Aは、その形状により、任意の方向に曲げることが容易にできる。この結果、電線20の配線時における曲げによる電線20の断線、及び、絶縁被膜30の磨耗等による電線の短絡を回避することができる。
ワイヤーハーネス内部に配置された電線同士の絶縁性は、絶縁基材10と電線20を被覆する絶縁被膜30によって確保することができ、該絶縁被膜30をワイヤーハーネスの内部に配置可能となる。この結果、絶縁被膜を薄膜化することが可能となり、ワイヤーハーネスの軽量化を図ることが容易にできる。さらに、このワイヤーハーネス100Aは、形状がロール状であるため、任意の方向に曲げることが容易にできる。
図3は、第二実施形態に係るワイヤーハーネスの製造方法を説明するための図であり、(a)は、電線の配置工程を説明するための図であり、(b)は、配線フィルムを製造する工程を説明するための図であり、(c)は、配線フィルムを多層に積層しながらロール状に成形する工程であり、(d)は、ロール状のワイヤーハーネスに絶縁被覆材を被覆する工程を説明するための図で、本発明に係るワイヤーハーネスの全体構成図である。なお、図3(a)及び(b)は、図1の(a)及び(b)と同一の工程を説明するための図であるので、同じ符号を付してその説明は省略する。
本発明に係る第二実施形態は、第一実施形態と比して、成形工程が相違する。具体的には、図3(c)に示すように、長手方向Lを軸芯Cとして、配線フィルム40を巻いてロール状に成形する。具体的には、この際、配線フィルム40の絶縁基材側の表面41に接着剤を塗布し、絶縁基材と同種の材質からなる円柱ロッド51を準備し、この円柱ロッド51の周りに、配線フィルム40を多層(図では二層)に巻いてロール状に成形する。そして、図3(d)に示すように絶縁被覆材60をロール状のワイヤーハーネスに被覆する。このようにして、配線フィルム40を多層に巻いてロール状に成形され、外周面に絶縁被覆材60が形成されたワイヤーハーネス100Bを得ることができる。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
例えば、第一実施形態及び第二実施形態では、いずれも、円柱ロッドに配線フィルムを巻きつけたが、配線フィルムをロール状に成形することができるのであれば、円柱ロッドを用いなくてもよい。また、この円柱ロッドが例えば、楕円状のロッド等であってもよい。
第一実施形態に係るワイヤーハーネスの製造方法を説明するための図であり、(a)は、電線の配置工程を説明するための図であり、(b)は、配線フィルムを製造する工程を説明するための図であり、(c)は、配線フィルムを螺旋に巻いてロール状に成形する工程であり、(d)は、ロール状のワイヤーハーネスに絶縁被覆材を被覆する工程を説明するための図で、第一実施形態に係るワイヤーハーネスの全体構成図。 第一実施形態に係るワイヤーハーネスの製造方法における配置工程を説明するための図であり、(a)は、絶縁基材を成形するため成形型を説明するための図であり、(b)は、成形型の表面に導電材料層を付与した図である、(c)は、絶縁基材に成形型を加熱圧着して溝部の成形した図であり、(d)は、成形型を取り外した図、(e)は、電気めっきにより絶縁基材に配置した図。 第二実施形態に係るワイヤーハーネスの製造方法を説明するための図であり、(a)は、電線の配置工程を説明するための図であり、(b)は、配線フィルムを製造する工程を説明するための図であり、(c)は、配線フィルムを多層に積層しながらロール状に成形する工程であり、(d)は、ロール状のワイヤーハーネスに絶縁被覆材を被覆する工程を説明するための図で、第二実施形態に係るワイヤーハーネスの全体構成図。 従来のフラットタイプのワイヤーハーネスを示した図。 図4のフラットタイプのワイヤーハーネスを幅方向に曲げた図。
符号の説明
10:絶縁基材、11:絶縁基材の表面、12:溝部、13:底部、14:開口、14a:縁部、20:電線、30:絶縁被膜、60:絶縁被覆材、40:配線フィルム、50A:ワイヤーハーネス、51:円柱ロッド、100A、100B:ワイヤーハーネス、C:軸芯、L:長手方向

Claims (4)

  1. 絶縁基材と、該絶縁基材の表面に、前記絶縁基材の長手方向に沿って配置された金属材料からなる電線と、該電線を覆うように前記表面を被覆する絶縁被膜と、を備えた配線フィルムを有したワイヤーハーネスであって、
    前記電線は、前記長手方向と直交する方向に間隔をあけて複数配置されており、
    前記絶縁基材の一方の表面には、前記長手方向に沿って、底部から開口に向かって広がり形状となり、かつ、前記開口の縁部と、前記底部とが丸みを有した溝部が複数形成されており、該溝部には、該溝部を充填するように前記電線が配置されており、
    前記ワイヤーハーネスは、前記長手方向を軸芯として、前記溝部の開口が前記軸芯に対して外側に向くように、前記配線フィルムをロール状に巻いて成形されていることを特徴とするワイヤーハーネス。
  2. 前記ワイヤーハーネスは、前記軸芯を中心軸として前記配線フィルムを螺旋のロール状に巻いて成形されていることを特徴とする請求項1に記載のワイヤーハーネス。
  3. 前記ワイヤーハーネスは、複数の前記配線フィルムで多層に巻いてロール状に成形されていることを特徴とする請求項1に記載のワイヤーハーネス。
  4. 前記ワイヤーハーネスの外周面に、絶縁被覆材が被覆されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のワイヤーハーネス。
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