JP6204404B2 - メッキ繊維及びワイヤハーネス - Google Patents

Description

本発明は、メッキ繊維及びワイヤハーネスに関する。

近年、燃費向上のため、電線の細径化・計量化が求められており、０．１３ｓｑ電線や０．３５ｓｑ電線が提案されている。このような電線は、ワイヤハーネスの製造時において布線板に配索される際に張力が掛かってしまうため、これに耐え得るように導体部に銅合金が用いられ、高強度化が図られている。

しかし、銅合金を用いて電線を高強度化するには限界が近づいており、これ以上の電線の細径化及び軽量化が困難となっている。そこで、アラミド繊維、ＰＢＯ（poly（p-phenylenebenzobisoxazole））繊維、及びポリアリレート繊維などの高強度繊維にメッキ加工を施したメッキ繊維を電線用導体とすることが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。また、高強度の有機合成繊維上にメッキ層を設けた高強度導体を用いて切れない電線とするために破断強度や衝撃荷重について研究されたものも提案されている（特許文献３，４参照）。

特開２００８−１３０２４１号公報 特開２００９−２４２８３９号公報 特許５５１７１４８号公報 特開２０１４−１５００２２号公報

しかし、上記のような電線において、ワイヤハーネス製造時など、メッキ繊維に張力が加わると、繊維が断線せず金属であるメッキのみが破断してしまい、見かけ上メッキ繊維が断線していないにも拘わらず、電気抵抗が高まって電線として機能を果たさなくなってしまう可能性があった。

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、その目的とするところは、繊維が断線していない場合におけるメッキの破断を防止することが可能なメッキ繊維及びワイヤハーネスを提供することにある。

本発明のメッキ繊維は、アラミド繊維、ポリアリレート繊維及びＰＢＯ繊維のいずれか１つの抗張力繊維上に、金属メッキを施してなるメッキ繊維であって、前記金属メッキの伸び率が、前記抗張力繊維の伸び率よりも高く、前記抗張力繊維の伸び率に対する引張荷重の傾きは、前記金属メッキを構成する金属の弾性域の最大伸び率に対する、当該最大伸び率に達するときの引張荷重の傾きよりも、大きいことを特徴とする。

本発明のメッキ繊維によれば、金属メッキの伸び率が抗張力繊維の伸び率よりも高いため、メッキ繊維に張力が加わった場合、抗張力繊維よりも金属メッキが伸びることとなる。このため、メッキ繊維を引っ張った場合、金属メッキの破断が抗張力繊維の断線よりも先に発生することがなく、抗張力繊維が断線していない場合におけるメッキの破断を防止することができる。さらに、抗張力繊維の伸び率に対する引張荷重の傾きは、金属メッキを構成する金属の弾性域の最大伸び率に対する、当該最大伸び率に達するときの引張荷重の傾きよりも、大きい。これにより、メッキ繊維に張力が加わった場合において、張力が抗張力繊維部分に加わりやすくなり、張力が金属メッキに集中的に加わって破断してしまう事態を防止することができる。

本発明のメッキ繊維において、前記金属メッキの伸び率は、８．５％以上２４．１％以下であることが好ましい。

このメッキ繊維によれば、金属メッキの伸び率を８．５％以上２４．１％以下としているため、繊維が断線していない場合におけるメッキの破断を防止することのみならず、耐屈曲性にも優れたメッキ繊維を提供することができる。

本発明のワイヤハーネスは、上記に記載のメッキ繊維を導体部とし、この導体部上に絶縁体を被覆した電線を備えることを特徴とする。

本発明のワイヤハーネスによれば、上記に記載のメッキ繊維を導体部とし、この導体部上に絶縁体を被覆した電線を備えるため、製造時における布線板への配索時に加わる張力によって、金属メッキが破断して電気抵抗が高まった電線を有したワイヤハーネスを提供してしまうことを防止することができる。

本発明によれば、繊維が断線していない場合におけるメッキの破断を防止することが可能なメッキ繊維及びワイヤ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ワイヤハーネスの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るメッキ繊維の詳細を示す断面図であり、（ａ）メッキ繊維の断面を示し、（ｂ）はメッキ繊維を導体部とする電線を示している。 繊維及び金属メッキを構成する金属の伸び率と引張強度との関係を示すグラフである。 繊維及び金属メッキを構成する金属の伸び率と引張荷重との関係を示すグラフである。 実施例及び比較例を示す図表である。 油圧式バルジ試験器を示す概略図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

図１は、本発明の実施形態に係るメッキ繊維の構成を示す断面図である。なお、図１には説明の便宜上、ワイヤハーネスのほか、布線板を図示する。

図１に示すように、ワイヤハーネスＷＨは、複数本の電線Ｗを束ねて構成したものであって、所定箇所で分岐されると共に、電線Ｗの端末部分にはコネクタＣが取り付けられている。また、ワイヤハーネスＷＨは、特定の箇所にテープ巻きＴが施されていたり、コルゲートチューブなどの外装部材１０１が取り付けられたりする。さらに、ワイヤハーネスＷＨはグロメットＧが取り付けられることもある。ワイヤハーネスＷＨを構成する複数の電線Ｗのうち少なくとも１本は後述するメッキ繊維を有する電線１となっている。

このようなワイヤハーネスＷＨの製造時には、布線板１００が用いられる。布線板１００には、ワイヤハーネスＷＨを構成する各電線Ｗの経路を定めるためフォーク状の係止ピン１０２が設けられている。作業者は、係止ピン１０２を利用して複数の電線Ｗを布線板１００上に配策していき、テープ巻きＴを行い、必要に応じて外装部材１０１やグロメットＧを取り付けることにより、ワイヤハーネスＷＨを製造する。また、ワイヤハーネスＷＨは、コネクタＣに検査部材が取り付けられて導通確認が行われる。

このような布線板１００への電線Ｗの配策時には、ある程度の張力が電線Ｗに掛かってしまう。以下に示すメッキ繊維では、このような張力が掛かった場合に、繊維の断線に先だって金属メッキが破断しない構成となっている。

図２は、本発明の実施形態に係るメッキ繊維の詳細を示す断面図であり、（ａ）メッキ繊維の断面を示し、（ｂ）はメッキ繊維を導体部とする電線を示している。

図２（ａ）に示すように、メッキ繊維１０は、繊維１１上に、金属メッキ１２を施してなるものである。繊維１１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％以下のものが採用されている。伸び率が１％未満であると、例えばワイヤハーネスＷＨの製造時に電線１が座屈した際に繊維１１が折れて断線してしまう可能性が高まるためである。また、伸び率が１０％を超えると、伸び率が１０％を超えて伸ばされた際に金属メッキ１２も伸ばされることとなり、金属メッキ１２が薄くなって電気抵抗値が１０％以上高まってしまい、電線１の仕様を満たさなくなってしまうからである。このような繊維１１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１２は、導電性の金属であって、本実施形態では所定温度以上の温度で、所定時間以上熱処理された銅（軟銅）で構成されている。

図２（ｂ）に示すように、電線１は、導体部２０と、導体部２０上に被覆された絶縁体３０とから構成されている。導体部２０は、図２（ａ）に示したメッキ繊維１０が複数本束ねられて構成されている。

このようなメッキ繊維１０を導体部２０とする電線１は、メッキ繊維１０の内部が繊維１１により構成されているため、軽量且つ高強度であり、しかも耐屈曲性に優れることとなる。

ここで、従来の電線は、ワイヤハーネスＷＨの製造時など、メッキ繊維に張力が加わると、金属メッキのみが破断してしまい、見かけ上メッキ繊維が断線していないにも拘わらず、電気抵抗が高まって電線として機能を果たさなくなってしまうことがある。

そこで、本実施形態に係るメッキ繊維１０は、金属メッキ１２の伸び率（破断時の伸び率）を、繊維１１の伸び率（破断時の伸び率）よりも高くしている。これにより、メッキ繊維１０に張力が加わった場合、繊維１１よりも金属メッキ１２が伸びることとなり、繊維１１が断線していないにも関わらず、金属メッキ１２が破断してしまうことが防止されるからである。

図３は、繊維１１及び金属メッキ１２を構成する金属の伸び率と引張強度との関係を示すグラフである。図３に示すように、繊維１１の一例であるパラ系アラミド繊維は、破断時の引張強度が３０００ＭＰａ弱であり、そのときの破断伸び率は約２．７％となっている。さらに、繊維１１の一例であるポリアリレート繊維は、破断時の引張強度が４０００ＭＰａ強であり、そのときの破断伸び率は約３．０％となっている。

繊維１１は、破断伸び率に達するまでは弾性変形するようになっている。すなわち、パラ系アラミド繊維は、所定の張力が加えられて約２．７％未満で伸ばされたとしても、張力がゼロとなると、伸び率０％の状態に弾性復帰する。ポリアリレート繊維等も同様である。

金属メッキ１２の一例である軟銅は、破断時の引張強度が２５０ＭＰａ程度であり、そのときの破断伸び率は約２０％以上となっている。ここで、軟銅を含む多くの金属は、伸び率０．５％以下の弾性域と、伸び率０．５％を超える塑性域とがある。このため、軟銅は、所定の張力が加えられて約０．５％以下で伸ばされたとしても、張力がゼロとなると、伸び率０％の状態に弾性復帰する。一方、軟銅は、所定の張力が加えられて約０．５％を超えて伸ばされた場合、その後張力がゼロとなったとしても、伸び率０％の状態に弾性復帰せず、伸ばされた状態のままとなってしまう。

ここで、引張強度の単位であるＭＰａは、単位面積あたりの引張荷重を示す値であることが知られている。図４は、繊維１１及び金属メッキ１２を構成する金属の伸び率と引張荷重との関係を示すグラフである。

図４に示すように、所定の断面積を有するパラ系アラミド繊維において、破断時の引張荷重がＹ１であり、そのときの破断伸び率が約２．７％であったとする（符号Ｌ１参照）。同様に同じ断面積を有する軟銅において、破断時の引張荷重がＹ２であり、そのときの破断伸び率が約２０％以上となっている。なお、伸び率０．５％以下は弾性域であり、伸び率０．５％超は塑性域である（符号Ｌ２参照）。

また、ラインＬ２で示す軟銅よりも、断面積が約１０倍となる軟銅においては、破断時の引張荷重は１０Ｙ２となる。このとき、破断伸び率は約２０％以上のままであり、弾性域も０．５％以下のままである（符号Ｌ３参照）。

ここで、ラインＬ１の破断時の伸び率に対する破断時の引張荷重の傾きは、Ｙ１／２．７（引張荷重／伸び率）となる。一方、ラインＬ２で示す軟銅の弾性域の最大伸び率（すなわち０．５％）に対する、当該最大伸び率に達するときの引張荷重の傾きはＹ２／０．５（＜Ｙ１／２．７）となる。同様にラインＬ３の傾きは、１０Ｙ２／０．５（＞Ｙ１／２．７）となる。

本実施形態に係るメッキ繊維１０は、繊維１１の径や、メッキ厚等を調整することにより、繊維１１の上記の傾きが、金属メッキ１２を構成する金属の上記の傾きよりも、大きくなっている。すなわち、本実施形態に係るメッキ繊維１０には、ラインＬ１とラインＬ２との断面積の比率の関係を有するものが採用されることが好ましく、ラインＬ１とラインＬ３との断面積の比率の関係を有するものでないことが好ましい。

これは以下の理由による。例えばメッキ繊維１０に対してＹ２／２程度の引張荷重が加わったとする。このとき、ラインＬ１とラインＬ２との断面積の比率の関係のように、繊維１１と金属メッキ１２との断面積が同じであるとすると、引張荷重に対しては繊維１１が支配的となる。すなわち、引張荷重Ｙ２／２に対して繊維１１の伸び率は約０．１％である。これに対して、引張荷重Ｙ２／２に対して金属メッキ１２を構成する金属の伸び率は約０．３％である。ここで、金属メッキ１２は繊維１１上に一体となっていることから、実際のメッキ繊維１０は、引張荷重Ｙ２／２に対して０．１％を超えて伸ばされることがない。すなわち、引張荷重Ｙ２／２に対して繊維１１に負荷が掛かり易い状態となっており、金属メッキ１２のみが破断してしまう可能性を一層軽減することができる。

一方、例えばメッキ繊維１０に対して３Ｙ２程度の引張荷重が加わったとする。このとき、ラインＬ１とラインＬ３との断面積の比率の関係のように、金属メッキ１２の断面積が繊維１１の断面積の１０倍であるとすると、引張荷重に対しては金属メッキ１２が支配的となる。すなわち、引張荷重３Ｙ２に対して繊維１１の伸び率は約０．７％である。これに対して、引張荷重３Ｙ２に対して金属メッキ１２を構成する金属の伸び率は約０．１％である。ここで、金属メッキ１２は繊維１１上に一体となっていることから、実際のメッキ繊維１０は、引張荷重３Ｙ２に対して０．１％を超えて伸ばされることがない。すなわち、引張荷重３Ｙ２に対して金属メッキ１２に負荷が掛かり易い状態となっており、金属メッキ１２のみが破断してしまう可能性の増加を招く可能性がある。

以上のような理由から、本実施形態では繊維１１の径や、メッキ厚等を調整することにより、繊維１１の上記の傾きが、金属メッキ１２を構成する金属の上記の傾きよりも大きくするようにしている。

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。図５は、実施例及び比較例を示す図表である。図５に示すように、実施例１〜３及び比較例１においては、ポリアリレート繊維上に銅メッキを施したものを８０本束ねて、これに対して１５Ｎの引張荷重を掛けた。ポリアリレート繊維は、繊維径が２２μｍであり、引張強さ（Ｎ／本）が１．５であり、破断伸び率が３％であった。一方、比較例１の銅メッキは、熱処理を加えておらず、引張強さ（Ｎ／本）が２．０であり、破断伸び率が２％であった。これに対して、実施例１の銅メッキは、１００℃で所定時間の熱処理が加えられており、引張強さ（Ｎ／本）が０．１３であり、破断伸び率が８．５％であった。また、実施例２では１５０℃で所定時間の熱処理が加えられており、引張強さ（Ｎ／本）が０．０９であり、破断伸び率が１５．７％であった。実施例３では２００℃で所定時間の熱処理が加えられており、引張強さ（Ｎ／本）が０．０６であり、破断伸び率が２４．１％であった。

実施例４〜６及び比較例２においては、パラ系アラミド繊維上に銅メッキを施したものを２７０本束ねて、これに対して１５Ｎの引張荷重を掛けた。パラ系アラミド繊維は、繊維径が１２μｍであり、引張強さ（Ｎ／本）が０．３４であり、破断伸び率が２．７％であった。一方、比較例２の銅メッキは、比較例１と同じものである。同様に、実施例４〜６に示す銅メッキについても、実施例１〜３と同じものである。

実施例７〜９及び比較例３においては、ＰＢＯ繊維上に銅メッキを施したものを２７０本束ねて、これに対して１５Ｎの引張荷重を掛けた。ＰＢＯ繊維は、繊維径が１２μｍであり、引張強さ（Ｎ／本）が０．６３であり、破断伸び率が２．３％であった。一方、比較例３の銅メッキは、比較例１と同じものである。同様に、実施例７〜９に示す銅メッキについても、実施例１〜３と同じものである。

さらに、比較例４〜７においては、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）繊維上に銅メッキを施したものを４１０本束ねて、これに対して１５Ｎの引張荷重を掛けた。ＰＥＴ繊維は、繊維径が１０μｍであり、引張強さ（Ｎ／本）が０．００４であり、破断伸び率が２０％であった。比較例４の銅メッキは、比較例１と同じものである。同様に、比較例５〜７に示す銅メッキについても、実施例１〜３と同じものである。

なお、銅メッキの伸び率については図６に示す油圧式バルジ試験器を用いて計測した。図６は、油圧式バルジ試験器を示す概略図である。図６に示すように、油圧式バルジ試験器２００は、ＩＳＯ８４０１にも示すものである。油圧式バルジ試験器２００において、ピストン２０１が最低位置にあるとき、シリンダ２０２が水で満たされる。銅箔２０３はシリンダ２０２の上に置かれて固定される。その後、ピストン２０１は上昇し、０．１秒毎に圧力及び銅箔２０３の高さが検出される。圧力はシリンダ２０２につながる圧力センサ２０４により検出され、銅箔２０３の高さは、銅箔２０３を挟んでシリンダ２０２の反対側に設けられる変位センサ２０５によって検出される。これにより、銅箔２０３の圧力に対する伸び率の関係が明らかとなる。そして、最後に銅箔２０３が破断して試験は終了する。このときの銅箔２０３の破断時における伸び率が、上記の銅メッキの伸び率に相当する。

以上の実施例１〜９及び比較例１〜７に示すような銅メッキされた繊維に対して１５Ｎの引張荷重を掛けたところ、実施例１〜９においては、全てメッキに割れが確認されなかった。一方、比較例１〜３については、全てメッキに割れが確認された。さらに、比較例４〜７については、１５Ｎの引張荷重に耐えられず繊維自体が断線してしまった。これは、１本当たりの引張強さが０．００４（Ｎ／本）のＰＥＴ繊維を４１０本束ねたとしても、１５Ｎの引張荷重が、０．００４（Ｎ／本）×４１０（本）＝１．６４Ｎを大きく上回るためであると考えられる。

このように、銅メッキの破断伸び率が、各繊維の破断伸び率よりも高い実施例１〜９についてはメッキの割れが確認されず、繊維が断線していない場合におけるメッキの破断を防止することができることがわかった。

さらに、図５に示すように、実施例４〜６、及び比較例２に対しては、屈曲試験を行った。屈曲試験については、円筒形マンドレル屈曲試験器を用いて、実施例４〜６及び比較例２に係る銅メッキされた繊維に所定の曲げ半径での曲げを繰り返し行い、銅メッキされた繊維の抵抗値が屈曲試験開始前から１０％上昇したときの往復曲げ回数を測定した。なお、上記においては０．５％の曲げ歪みが銅メッキされた繊維に加わるように曲げを繰り返し行った。

この結果、図５に示すように、実施例４では１９１１０００回であり、実施例５では１９５６０００回であり、実施例６では１８５２０００回であった。一方、比較例２では５９４０００回であった。さらに、実施例４〜６及び比較例２の銅メッキされた繊維の束と同程度の径を有する軟銅線に対して上記と同じ屈曲試験を行った結果、屈曲試験開始前から１０％上昇したときの往復曲げ回数は、３０２３３０回であった。

以上より、実施例４〜６の方が比較例２よりも耐屈曲性が飛躍的に優れていることがわかった。なお、上記では、実施例４〜６及び比較例２のみについて耐屈曲試験を行ったが、実施例１〜３及び比較例１、並びに、実施例７〜９及び比較例３に対して耐屈曲試験を行った場合についても、同様に、それぞれの実施例の方が比較例よりも耐屈曲性が飛躍的に優れていると推察できる。さらに、図５及び上記からも明らかなように、実施例４〜６及び比較例２については軟銅線によりも耐屈曲性が優れていることもわかった。

このようにして、本実施形態に係るメッキ繊維１０によれば、金属メッキ１２の伸び率（油圧式バルジ試験器２００を用いたＩＳＯ８４０１に準拠する測定方法での伸び率）が繊維１１の伸び率よりも高いため、メッキ繊維１０に張力が加わった場合、繊維１１よりも金属メッキ１２が伸びることとなる。このため、メッキ繊維１０を引っ張った場合、金属メッキ１２の破断が繊維１１の断線よりも先に発生することがなく、繊維１１が断線していない場合における金属メッキ１２の破断を防止することができる。

金属メッキ１２の伸び率を８．５％以上２４．１％以下としているため、繊維１１が断線していない場合における金属メッキ１２の破断を防止することのみならず、耐屈曲性にも優れたメッキ繊維１０を提供することができる。

また、繊維１１の破断時の伸び率に対する破断時の引張荷重の傾きは、金属メッキ１２の弾性域の最大伸び率に対する、当該最大伸び率に達するときの引張荷重の傾きよりも、大きい。これにより、メッキ繊維１０に張力が加わった場合において、張力が繊維１１部分に加わりやすくなり、張力が金属メッキ１２に集中的に加わって破断してしまう事態を防止することができる。

また、本実施形態に係るワイヤハーネスＷＨによれば、上記に記載のメッキ繊維１０を導体部２０とし、この導体部２０上に絶縁体３０を被覆した電線１を備えるため、製造時における布線板１００への配索時に加わる張力によって、金属メッキ１２が破断して電気抵抗が高まった電線１を有したワイヤハーネスＷＨを提供してしまうことを防止することができる。

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。

さらに、上記のメッキ繊維１０については複数本束ねられて導体部２０とされ、この導体部２０が絶縁体３０によって被覆されて電線１とされる場合に限らず、メッキ繊維１０が複数本束ねられたものを、複数束用意し、これらの束を所定のピッチで撚り上げて導体部２０とし、この導体部２０に絶縁体３０を被覆して電線１としてもよい。

ＷＨ ：ワイヤハーネス
Ｗ ：電線
１ ：電線
１０ ：メッキ繊維
１１ ：繊維
１２ ：金属メッキ
２０ ：導体部
３０ ：絶縁体

Claims (3)

1. アラミド繊維、ポリアリレート繊維及びＰＢＯ繊維のいずれか１つの抗張力繊維上に、金属メッキを施してなるメッキ繊維であって、
   前記金属メッキの伸び率が、前記抗張力繊維の伸び率よりも高く、
   前記抗張力繊維の伸び率に対する引張荷重の傾きは、前記金属メッキを構成する金属の弾性域の最大伸び率に対する、当該最大伸び率に達するときの引張荷重の傾きよりも、大きい
   ことを特徴とするメッキ繊維。
2. 前記金属メッキの伸び率は、８．５％以上２４．１％以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載のメッキ繊維。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載のメッキ繊維を導体部とし、この導体部上に絶縁体を被覆した電線を備える
   ことを特徴とするワイヤハーネス。

Images