JP5499935B2

JP5499935B2 - シールドケーブル

Info

Publication number: JP5499935B2
Application number: JP2010142392A
Authority: JP
Inventors: 弘高江島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: US8598459B2; CN102034567A; US20110079410A1; CN102034567B; JP2011100713A

Description

本発明は、１本又は複数本の絶縁電線の周囲にシールド層を備えたシールドケーブルに係り、特に屈曲耐久性と捩り耐久性に優れたシールドケーブルに関するものである。

従来、電子情報機器や家電機器等の機器において、該機器内に設置されているインバータ等が電磁波ノイズの発生源となり、該発生源より発生した電磁波ノイズがケーブルを介して輻射（放射）され、周辺の他の機器に対して誤作動等の悪影響を及ぼすという問題がある。

また、逆に、ケーブルに電磁波ノイズが混入し、機器に誤作動等の悪影響を受けるという問題もある。

これら問題を解決するための従来技術として、ケーブル（絶縁電線）の外周側に電磁波ノイズをシールドするためのシールド層を設けたシールドケーブルがある。シールドケーブルの種類として、金属素線横巻きシールドケーブル、金属素線編組シールドケーブル、或いは銅箔糸編組シールドケーブルといったものがある。これらのシールドケーブルを使用し、シールド層をアース電位に接続することで、電磁波ノイズの輻射を抑制するとともに、ケーブルを介した電磁波ノイズの混入を抑制することができる。

特開２００７−８０７０６号公報特開平７−２９４２７号公報特開２００２−３１３１４４号公報特開２００６−０３１９５４号公報

ところで、近年、ロボットの普及、自動車の電装化に伴い、屈曲や捩りを繰り返し多く受ける環境においてもシールドケーブルが多く配索されるようになり、それに伴い、シールドケーブルに対して優れた屈曲耐久性と捩り耐久性が求められるようになった。

しかし、上述した従来のシールドケーブルには、以下の問題があった。

まず、金属素線編組シールドケーブルに関して、シールドケーブルの屈曲や捩れによって、金属素線が互いに擦れあい、磨耗によりシールド層を形成する金属素線が断線し易いという問題がある。

また、金属素線横巻きシールドケーブルに関して、屈曲耐久性は、上述した金属素線編組シールドケーブルよりは優れている。しかし、シールドケーブルの捩りについては、捩り時の歪みが大きいため、金属素線編組シールドケーブル同様、シールド層を形成する金属素線が断線し易いという問題がある。

また、断線した金属素線は、ケーブル（絶縁電線）の絶縁層に刺さって貫通することによって、ケーブル（絶縁電線）の内部導体と接触し、短絡を発生させる虞れがある。

このように、シールド層を形成する金属素線の断線は、シールドケーブルの屈曲寿命に関係するため、非常に重要な問題である。

この問題を解決するべくシールドケーブルとして、屈曲耐久性及び振り耐久性を向上させた銅箔糸編組シールドケーブルというシールドケーブルがある。

しかし、この銅箔糸編組シールドケーブルにおけるシールド層の電気抵抗は、他の従来のシールドケーブルと比較して、約１０倍と大きいため、数アンペア以上のノイズ電流が流れる環境においては、シールド層の温度上昇が大きくなり過ぎる場合があり、使用環境が制限されるという問題がある。

このように、従来のシールドケーブルにおいては、高い屈曲耐久性と捩り耐久性及びシールド層の温度上昇の抑制を同時に実現することが困難であった。

本発明は、上記の事情を鑑みなされたもので、屈曲耐久性及び捩り耐久性に優れ、且つ数アンペア以上のノイズ電流が流れた際の温度上昇を抑制したシールド層を備えるシールドケーブルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、内部導体の外周に絶縁層を形成する絶縁電線１本又は複数本からなるコアと、前記コアの外周側に配置されたシールド層と、前記シールド層の外周側に配置されたシース層と、を有し、前記シールド層は、複数本の導体素線を撚り合わせてなる１本又は複数本の撚線を螺旋状に前記コアに巻き付けることにより形成される撚線シールド層からなり、前記シールド層と前記シース層との間には、衝撃吸収性の繊維を編み合わせた補強編組層が配置されていることを特徴とするシールドケーブルである。

請求項２の発明では、前記シールド層は、更に、前記コアと前記撚線シールド層の間に配置され、芯糸に銅箔を巻きつけた銅箔糸を複数本編み合わせてなる銅箔糸編組シールド層を含むという構成でもよい。

請求項３の発明では、前記シールド層は、更に、前記コアと前記撚線シールド層の間に配置され、芯糸に金属メッキを施した金属メッキ糸を複数本編み合わせてなる金属メッキ糸編組シールド層を含むという構成でもよい。

請求項４の発明では、前記撚線を前記コアの外周側に螺旋状に巻き付けた際、前記撚線と前記コアの中心軸がなす巻き付け角度が１０〜８０°であるという構成でもよい。
請求項５の発明では、前記撚線を前記コアの外周側に螺旋状に巻き付けた際、前記撚線と前記コアの中心軸がなす巻き付け角度が３０〜８０°であるという構成でもよい。

請求項６の発明では、前記撚線は、前記導体素線に潤滑剤を塗布して撚り合わせることにより形成されるという構成でもよい。

請求項７の発明では、前記潤滑剤は、シリコン油でも良い。

本発明によれば、屈曲耐久性及び捩り耐久性に優れ、且つ数アンペア以上のノイズ電流が流れた際の温度上昇を抑制したシールド層を備えるシールドケーブルを提供することができる。

本発明の一実施の形態を示すシールドケーブルの斜視図である。図１のシールドケーブルにおいて、コアに巻き付けられた撚線とコアの中心軸がなす角度である巻き付け角度αを説明するための説明図である。本発明の他の実施の形態を示すシールドケーブルの斜視図である。図３の変形例を示すシールドケーブルの斜視図である。本発明のさらに他の実施の形態を示すシールドケーブルの斜視図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１において、内部導体１１の外周を絶縁体１２で被覆した絶縁電線１本をコア１３とし、そのコア１３の外周に、導体素線（金属素線）を複数本撚った撚線１４を１本又は複数本を螺旋状に巻き付けて電磁波ノイズをシールドするシールド層としての撚線シールド層１５を形成し、その撚線シールド層１５の外周にシース層１６を被覆してシールドケーブル１０としたものである。なお、コア１３に関し、図１の形態では、絶縁電線１本としたが複数本としても良い。この場合、撚線１４は、複数本の絶縁電線を一括して螺旋状に巻き付ける構成となる。

また、導体素線を撚って撚線１４とする際には、導体素線に潤滑剤としてシリコン油を塗布して撚り合わせるとよい。

図２は、図１に示したコア１３の外周側に撚線１４を巻き付けた際、巻き付けられた撚線１４とコア１３の中心軸がなす角度である巻き付け角度αを説明するための説明図である。図２に示す巻き付け角度αは、１０〜８０°であればよく、３０〜８０°であればなおよい。製造する機械の性能上、また誤差を含めて、好ましい角度は、３０±５°程度であればよい。

このように、コア１３の外周に撚線１４を巻き付けて撚線シールド層１５を形成することで、屈曲耐久性及び捩り耐久性に優れ、これにより、導体素線が断線し難くなり、且つ数アンペア以上のノイズ電流が流れた際のシールド層の温度上昇を抑制することができるようになる。

図３、図４は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

図３の実施の形態では、図１に示したコア１３に直接、撚線１４を巻き付けるのではなく、コア１３の外周側であって、コア１３とコア１３に螺旋状に巻き付けられた撚線１４との間に、即ち、コア１３と撚線シールド層１５との間に、芯糸に銅箔を巻き付けた銅箔糸を複数本編み合わせてなる銅箔糸編組シールド層１７が形成されている。図３の形態の場合、撚線シールド層１５と銅箔糸編組シールド層１７の両方でシールド層である。

次に、図４の実施の形態では、図３の銅箔糸編組シールド層１７の代わりに、芯糸に金属メッキを施した金属メッキ糸（金属糸）を複数本編み合わせてなる金属糸編組シールド層１８が形成されている。図４の形態の場合、撚線シールド層１５と金属糸編組シールド層１８の両方でシールド層である。

この図３、図４のシールドケーブル１０においても、図１の実施の形態と同様、屈曲耐久性及び捩り耐久性に優れ、これにより、導体素線が断線し難くなり、且つ数アンペア以上のノイズ電流が流れた際のシールド層の温度上昇を抑制することができるようになる。更に、シールド層が２層となるため、図１の実施の形態に比べ、シールド性能は高い。

図５は、本発明のさらに他の実施の形態を示したものである。

図５の実施の形態では、図１の実施の形態において、シールド層である撚線シールド層１５の外周側であって、撚線シールド層１５とシース層１６との間に、衝撃吸収性の繊維を編み合わせた補強編組層１９を形成している。

この補強編組層１９を形成することで、撚線１４からなる撚線シールド層１５の屈曲時や捩れ時の強度を更に高めることができる。なお、補強編組層１９は、図１の実施の形態に対してだけでなく、図３及び図４の実施の形態に対しても、同様に適用することができ、且つ同様な効果が得られる。

（実施例１）
図１のシールドケーブル１０の内部導体１１としてφ０．１２ｍｍのスズメッキ軟導線を用い、絶縁層１２として架橋ポリエチレンをスズメッキ軟導線の外周に被覆して１本の絶縁電線からなるコア１３とした。撚線１４としては、φ０．１２ｍｍのスズメッキ軟導線を複数本撚って形成し、１本の絶縁電線からなるコア１３の外周に４本の撚線１４をコア１３の中心軸に対して３０±５°の巻き付け角度で巻き付けることで撚線シールド層１５を形成し、更にその外周にシース層１６としてエチレンプロピレンジエンゴムにて被覆してシールドケーブルを作製した。

（実施例２）
図３のシールドケーブル１０は、芯糸に銅箔を巻きつけた銅箔糸（φ０．１１ｍｍ、銅箔厚１２μｍ）を複数本編み合わせて銅箔糸編組シールド層１７を形成し、コア１３と撚線シールド層１５との間に、配置して形成した以外は、実施例１と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（実施例３）
図４のシールドケーブル１０は、芯糸に金属メッキを施した金属メッキ糸（φ０．１２ｍｍ）を複数本編み合わせてなる金属糸編組シールド層１８を形成し、コア１３と撚線シールド層１５との間に、配置して形成した以外は、実施例１と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（実施例４）
図５のシールドケーブル１０は、撚線シールド層１５とシース層１６との間に、衝撃吸収性の繊維を編み合わせた補強編組層１９を配置して形成したこと以外は、実施例１と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（比較例１）
実施例１の撚線シールド層１５を形成する撚線１４を単線のスズメッキ軟導線（φ０．１２ｍｍ）とし、巻き付け角度を３０±５°で密に並ぶように巻き付けて単線横巻きシールド層を形成した以外は、実施例１と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（比較例２）
実施例２の撚線シールド層１５をなくした以外は、実施例２と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（比較例３）
実施例２の撚線シールド層１５を形成する撚線１４を単線のスズメッキ軟導線（φ０．１２ｍｍ）とし、巻き付け角度を３０±５°で密に並ぶように巻き付けて単線横巻きシールド層を形成した以外は、実施例２と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（比較例４）
実施例３の撚線シールド層１５をなくした以外は、実施例３と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（比較例５）
実施例３の撚線シールド層１５を形成する撚線１４を単線のスズメッキ軟導線（φ０．１２ｍｍ）とし、巻き付け角度を３０±５°で密に並ぶように巻き付けて単線横巻きシールド層を形成した以外は実施例３と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

（比較例６）
実施例１の撚線シールド層１５に代えて、スズメッキ軟銅線（φ０．１２ｍｍ）を複数本編み合わせてスズメッキ軟銅線編組シールド層を形成した以外は実施例１と同じ条件でシールドケーブルを作製した。

これら実施例１〜３と比較例１〜６に係るシールドケーブルに対して、屈曲耐久性、捩り耐久性、シールド性能、シールド層の温度上昇の４つの項目に対して試験を行った。

屈曲耐久性試験は、ＩＥＣ６０２２７−２の電気用品技術基準に基づき、シールドケーブルの下端に錘を連結し、そのシールドケーブルの略中央部を半径３０ｍｍの２つのロールで挟み、この２つのロールで挟まれた部分を基準に、曲げＲ３０でシールドケーブルの上端を左右に１８０°開く形で、シールドケーブルを繰り返し屈曲させ、シールド層を形成する導体素線（スズメッキ軟導線，銅箔糸）が断線した時の屈曲回数を求めた。

捩り耐久性試験は、シールドケーブルの一方端を固定し、固定されていない他端を外径周方向に捩り変位±０．３°／ｍｍで繰り返し捩り、シールド層を形成する導体素線（スズメッキ軟導線，銅箔糸）が断線した時の捩り回数で求めた。ここでいう捩り変位とは、シールドケーブルの他端の外径の周方向の捩り角度［°］をケーブル長［ｍｍ］で割った
ものである。

シールド性能試験は、ＣＩＳＲＰＲ２５（車載電装機器の放射ノイズ測定に関する国際規格）に準拠し、評価するシールドケーブルの長さを１ｍとし、一方端に信号発生器を接続し、他端を５０ΩのＢＮＣコネクタにて終端し、これを電波吸収体で形成した測定室内に収容し、信号発生器から２４ｄＢｍのサイン波の信号をシールドケーブルに入力し、シールドケーブルから放射する電磁波（電磁波ノイズ）を測定室内に設けた受信アンテナで測定することでシールド性能を測定した。

但し、当該試験では、比較例６のシールドケーブルのシールド性能を１とし、その比較例６の性能に対する割合で示した。なお、シールド性能とは、シールド層が無いケーブルの放射電磁波レベルを予め測定しておき、実施例及び比較例の各シールドケーブルの放射電磁波レベルを差し引いた値であると定義する。

シールド層の温度上昇試験は、シールドケーブルのシールド層に１０アンペアの直流電流を流し、１０分後の温度変化を測定し比較した。

以上の試験結果を表１に示す。

実施例１、２、３、４と比較例２、４は、屈曲耐久性試験及び捩り耐久性試験において５０万回以上でも断線しなかった。しかし、比較例１、３、５では屈曲耐久性試験で４０万回、比較例６では５万回で断線し、捩り耐久性試験では、比較例１、３、５、６とも１０万回で断線した。

シールド性能については、実施例１および４では、シールド性能が最も良い比較例６の性能より半分以下となるが、比較的シールド性能が重視されない用途、例えばノイズ発生源そのものが小さい、あるいは付近にノイズ誤作動を起こす機器が少ない場合では実施例１のシールド性能でも支障がない。また、実施例２あるいは実施例３のように、シールド層を複合シールド構造とすれば、比較例６とほぼ同等なシールド性能を有している。

シールド温度上昇については、実施例１、２、３、４ともシールド温度上昇が最も小さい比較例６とほぼ同等な性能を有している。これに対して比較例２，４は、屈曲耐久試験、捩り耐久試験、シールド性能は実施例２、３と略同じであるが、温度上昇が４０℃と高くなる。

以上より、実施例１、２、３、４のシールドケーブルは、屈曲耐久性及び捩り耐久性に優れ、且つノイズ電流が流れる際のシールド層の温度上昇を抑制するものであることが明らかとなった。

なお、撚線１４に関して、本実施例では、コア１３の中心軸に対して巻き付ける巻き付け方向と、撚線１４自体の撚り方向とは、同じ方向であったが、相違する方向であっても良い。

次に、巻き付け角度を異ならせた以外は同じ条件で、実施例１に記載のシールドケーブルを作製し、屈曲耐久性（屈曲回数）について調べた。その試験結果を表２に示す。なお、屈曲耐久性試験の方法としては既述の方法を用いた。

表２に示したように、製造する機械の性能上、また誤差を含めて、巻き付け角度を１５±２°とした場合には、屈曲耐久性試験において４０万回で断線した。巻き付け角度を２０±２°とした場合には、屈曲耐久性試験において６０万回で断線した。巻き付け角度を２５±２°とした場合には、屈曲耐久性試験において７０万回で断線した。これらに対し、巻き付け角度を３０±２°とした場合には、屈曲耐久性試験において１００万回以上でも断線しなかった。巻き付け角度を３５±２°とした場合には、屈曲耐久性試験において１００万回以上でも断線しなかった。

また、巻き付け角度を異ならせた以外は同じ条件で、実施例２〜４に記載のシールドケーブルを作製し、当該シールドケーブルについても同様な屈曲耐久性試験を行ったが、当該屈曲耐久性試験においても、実施例１に記載のシールドケーブルについての屈曲耐久性試験と同様な傾向（巻き付け角度を３０±２°以上とした場合に屈曲耐久性が顕著に向上する傾向）が見られた。

なお、巻き付け角度が８０°を超えると、シールドケーブルの製造が技術的に困難になるので好ましくない。

以上より、シールドケーブルとしては、撚線をコアの外周側に螺旋状に巻き付けた際、撚線とコアの中心軸がなす巻き付け角度が３０〜８０°である場合には、屈曲耐久性が顕著に向上することが明らかとなった。

１０シールドケーブル
１１内部導体
１２絶縁層
１３コア
１４撚線
１５撚線シールド層
１６シース層
１７銅箔糸編組シールド層
１８金属糸編組シールド層
１９補強編組層

Claims

内部導体の外周に絶縁層を形成する絶縁電線１本又は複数本からなるコアと、
前記コアの外周側に配置されたシールド層と、
前記シールド層の外周側に配置されたシース層と、
を有し、
前記シールド層は、複数本の導体素線を撚り合わせてなる１本又は複数本の撚線を螺旋状に前記コアに巻き付けることにより形成される撚線シールド層からなり、
前記シールド層と前記シース層との間には、衝撃吸収性の繊維を編み合わせた補強編組層が配置されていることを特徴とするシールドケーブル。
前記シールド層は、更に、
前記コアと前記撚線シールド層の間に配置され、
芯糸に銅箔を巻きつけた銅箔糸を複数本編み合わせてなる銅箔糸編組シールド層を含むことを特徴とする請求項１記載のシールドケーブル。
前記シールド層は、更に、
前記コアと前記撚線シールド層の間に配置され、
芯糸に金属メッキを施した金属メッキ糸を複数本編み合わせてなる金属メッキ糸編組シールド層を含むことを特徴とする請求項１記載のシールドケーブル。
前記撚線を前記コアの外周側に螺旋状に巻き付けた際、前記撚線と前記コアの中心軸がなす巻き付け角度が１０〜８０°であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか記載のシールドケーブル。
前記撚線を前記コアの外周側に螺旋状に巻き付けた際、前記撚線と前記コアの中心軸がなす巻き付け角度が３０〜８０°であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか記載のシールドケーブル。
前記撚線は、前記導体素線に潤滑剤を塗布して撚り合わせることにより形成されることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか記載のシールドケーブル。
前記潤滑剤は、シリコン油であることを特徴とする請求項６記載のシールドケーブル。