JP6219670B2 - ワイヤハーネス - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤハーネスに関し、より特定的には、自動車などの車両の主要な電子装置などに関わるシールド電線に対し、外来の電磁ノイズの誘導低減やラジオノイズの発生低減のため、シールドを車両のボディーなどに接地する機構を有したシールド接地付きワイヤハーネスに関する。

例えば、特許文献１には、大径筒状体の一端側に底部をカットした錘状体および小径筒状体を一体成形したグロメットが開示されている。この従来のグロメットは、一体成形部を樹脂またはゴム含浸導電性不織布あるいは織布で形成させると共に、大径筒状体の他端側にその環状外周部を覆う環状裾端部を設けている。
これにより、特許文献１に記載された従来のグロメットは、シール対策とシールド対策との両立を可能としている。

また、特許文献２には、絶縁被覆部材を有するワイヤハーネスに接続する端子の接続構造が開示されている。この従来の接続端子の接続構造では、絶縁被覆部材を有するワイヤハーネスと接続端子とを接続する際、接続端子に突刺部を設けてワイヤハーネスの絶縁被覆部材を貫通させて電気的な接続を行う。
この接続端子の接続構造により、特許文献２に記載された従来の技術では、ワイヤハーネスと接続端子との接続に際して接続部分における電気的特性および機械的特性を向上させている。

特開２０１２−１６４６８８号公報 特開２００５−１９０７１９号公報

上記特許文献１に記載された従来のグロメットは、樹脂またはゴム含浸導電性不織布あるいは織布で導電性を取っている。このため、従来のグロメットは、ワイヤハーネスの長さ、被覆厚さ、および導体寸法から、電磁ノイズ低減のため高周波的に設計した高周波電気特性を対象とするワイヤハーネスに合わせて作り込むのが難しく、高周波電気特性の実現と製造・組み付け容易さとを両立させることが難しい、という課題がある。

また、上記特許文献２に記載された従来の接続端子の接続構造では、ワイヤハーネスと接続端子との接続部が車両からの振動の影響を受け、外来高周波を吸収することができない、という課題がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、耐久性と接地性能とを両立できるシールド接地付きワイヤハーネスを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の内部電線と、内部電線を包むシールドと、シールドの全体を覆う被覆からなるシールド接地付きワイヤハーネスは、以下の構成を採用した。
まず、第１の態様として、内側に形成された鋭利部が被覆を貫通するように被覆の外側からワイヤハーネスに嵌め込まれ、かつ、導電性を有する緩衝部材を介して車両ボディーに固定されることで、シールドと緩衝部材とを電気的に接続する接続部材を有し、緩衝部材および接続部材の抵抗率が、電磁ノイズを低減させる対象となる１３０ＭＨｚ以下の周波数において、緩衝部材と接続部材との合成インピーダンスがシールドの特性インピーダンスと略整合するように設定する、シールド接地付きワイヤハーネスとした。

また、第２の態様として、接続部材を、鋭利部として被覆を貫通する突起を内部電線側の内周に持ち、所定の抵抗率を有するリング形状の金属材料で構成し、緩衝部材を、体積固定抵抗値が１ｋΩｃｍ以下の導電性ゴムで形成されたグロメットで構成する、シールド接地付きワイヤハーネスとした。

また、第３の態様として、上記第１の態様にさらに、棘状の突起を多く設けた表面を持つ導電体で構成され、緩衝部材と車両ボディーとの間に挿入される接触金具を有する、シールド接地付きワイヤハーネスとした。

上記第１〜第４の態様における本発明によれば、電磁ノイズを低減させる対象となる周波数において特定の高周波電気特性を持たせた金属抵抗体である接続部材を、緩衝部材（グロメット）とワイヤハーネスの被覆との間に挿入する（または緩衝部材の中に埋め込む）ことで、耐久性と接地性能とを両立できる、シールド接地付きワイヤハーネスを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るシールド接地付きワイヤハーネス３０の構造を説明する縦断面図 本発明の一実施形態に係るシールド接地付きワイヤハーネス３０の構造を説明する横断面図 接続部材１１の一例を示す図 グロメット１０の一例を示す図 接触金具１２の一例を示す図 ワイヤハーネス３０を使用して実測した周波数−電流特性を示す図 ワイヤハーネス３０を使用してシミュレーションした周波数−電流特性を示す図 ワイヤハーネス３０を使用して実測した外来ノイズの低減効果を示す図（中間接地なし） ワイヤハーネス３０を使用して実測した外来ノイズの低減効果を示す図（中間接地あり［ショート］） ワイヤハーネス３０を使用して実測した外来ノイズの低減効果を示す図（中間接地あり［１０Ω］） 本発明の一実施形態に係るシールド接地付きワイヤハーネス３０の別の構造を説明する斜視図 電気ハイブリッド車両（ＥＨＶ）においてワイヤハーネスが利用される環境の一例を模式的に説明した図

本発明のシールド接地付きワイヤハーネスは、シールドを金属筐体に接地する機構を有したものであり、電気信号を用いる様々な環境に適用可能である。その中でも特に、外来の電磁ノイズの誘導やラジオノイズが発生する車両などのワイヤハーネスとして適している。例えば、図１２は、電気ハイブリッド車両（ＥＨＶ）においてワイヤハーネスが利用される環境の一例を模式的に説明した図である。

図１２に例示する電気ハイブリッド車両では、主機バッテリー４０が車両の前方に配置されており、インバータ・モータ５０が車両の後方に配置されている。インバータ・モータ５０へは、車両の駆動に必要なパワーが、主機バッテリー４０からワイヤハーネス３０を通して供給されている。この図１２に示した例では、ワイヤハーネス３０は、インバータ・モータ５０からリアシート付近までは車両の外側（下側）部分に敷設され、リアシート付近で車両のボディーを貫通して車室内に入り、バッテリー４０まで車両の内側部分に敷設されている。

本発明が提供するシールド接地付きワイヤハーネスは、例えば図１２のように敷設されたワイヤハーネス３０において、車両のボディーなどの金属筐体を貫通する部分に特徴的な構造を持たせている。
以下、図面をさらに参照して、本発明が提供するシールド接地付きワイヤハーネスについて説明を行う。

図１および図２は、本発明の一実施形態に係るシールド接地付きワイヤハーネス３０（以下、単に「ワイヤハーネス３０」と記す）の構造を説明する図である。図１は、車両のボディーを貫通する箇所におけるワイヤハーネス３０の断面（縦断面）を示す図である。図２は、図１におけるワイヤハーネス３０をＡ−Ａ線で切断した断面（横断面）を示す図である。図３、図４、および図５は、それぞれ接続部材１１、グロメット１０、および接触金具１２の一例を示した図である。

＜ワイヤハーネス３０の構造＞
まず、図２を参照する。ワイヤハーネス３０は、被覆された複数の内部電線３３（例えば、正極性電線と負極性電線など）をシールド（または編組シールド）３２が包み、さらにそのシールド３２を誘電体の被覆３１が覆っている構造である。
なお、図２の例では、シールド３２に包まれる内部電線３３の本数が２本である場合を例示したが、電線の本数は２本以外であっても構わない。

次に、図１を参照する。この被覆３１の外側の予め定められた位置には、被覆３１の外周の一部または全部を所定の幅で囲むリング形状の接続部材１１が設けられている。この接続部材１１は、所定の抵抗率を持った導電性を有する金属材料で形成されている。また、この接続部材１１の内側（内周）には、図１に示すように、突起状または爪状の鋭利部１１ａが設けられており、接続部材１１を被覆３１の上からワイヤハーネス３０に嵌め込むことで、鋭利部１１ａがワイヤハーネス３０の被覆３１を貫通してシールド３２まで到達する構造になっている。鋭利部１１ａは、図３に示すように接続部材１１の内側の一部に設けられてもよいし、接続部材１１の内側の全部に設けられてもよい。この鋭利部１１ａによって、シールド３２が接続部材１１と電気的に導通する状態となる。

また、接続部材１１が設けられている「被覆３１の外側の予め定められた位置」は、上述したワイヤハーネス３０が車両のボディーなどの金属筐体を貫通する箇所に対応している。本実施形態では、このようなワイヤハーネス３０が金属筐体を貫通する箇所を、「外板２０」との名称で説明している。

接続部材１１と外板２０との間には、例えば図４の（ａ）または（ｂ）に示すような、導電性を有するゴム材料で形成された緩衝部材（以下、グロメットと記す）１０が挿入されている。このグロメット１０に用いられる導電性を有するゴム材料の一例としては、体積固定抵抗値が１ｋΩｃｍ以下となる導電性ゴムが挙げられる。このグロメット１０によって、接続部材１１と外板２０とを電気的に接触させながら、すなわちワイヤハーネス３０のシールド３２と車両のボディーとの間の電気的な導通を取りながら、ワイヤハーネス３０を車両のボディーに固定することができる。

上述した本発明の一実施形態に係るワイヤハーネス３０の構造では、電磁ノイズを低減させたい周波数（電磁ノイズ低減対象周波数）において所望の高周波特性を発揮させるために、接続部材１１とグロメット１０との合成インピーダンスが、ワイヤハーネス３０のシールド３２の外板２０（車両のボディー）に対する特性インピーダンスと略整合するように、接続部材１１およびグロメット１０に用いる材料の抵抗率をそれぞれ設定している。

ここで、車両のボディーの表面塗装や酸化膜で電気的な抵抗値が上がらないよう、例えば図５に示すような、表面に多くの棘状の突起１２ａを持った導電性を有する接触金具１２を、車両のボディー側、つまりグロメット１０と外板２０との間に挿入することで、導通を維持することが望ましい。

以上の構造により、本発明の一実施形態に係るワイヤハーネス３０は、従来のワイヤハーネスと同様にグロメット１０を用いて外板２０に固定することによって、車両などの振動に対する耐久性を持つと同時に、電磁ノイズ低減対象周波数における高周波の接地特性を有するという特徴を持つ。
加えて、接続部材１１およびグロメット１０に用いる材料の抵抗率を、接続部材１１とグロメット１０との合成インピーダンスがワイヤハーネス３０のシールド３２の外板２０に対する特性インピーダンスと略整合するように設定しているので、外来の高周波を効率よく吸収することができる。

上記構造による本実施形態のワイヤハーネス３０における外来ノイズの低減効果をシミュレーションで推定した結果を、内部電線３３のそれぞれを通って伝搬したノイズ電流として図８〜図１０に示す。図８に示す中間接地のない場合と、図９に示す中間接地をショートで取った場合との比較からわかるように、１３０ＭＨｚ以下の広い帯域で電磁ノイズの低減効果が認められるが、副作用として９０ＭＨｚ付近に大きなピークが新たに発生している。さらに、図１０に示す１０Ωの抵抗分を介して中間接地した場合では、上述の大きなピークは発生せず、１３０ＭＨｚ以下の広い帯域で概ね良好な電磁ノイズの低減効果が見込まれる。

＜ワイヤハーネス３０の別の構造＞
なお、本発明の一実施形態に係るシールド接地付きワイヤハーネス３０の別の構成として、図１１に示す構成が考えられる。
図１１に例示する構造では、外板２０として、開口部２１が形成されたバッテリーケース２０’が用いられる。また、グロメット１０として、開口部２１に対応した形状のスポンジ材の周囲に金属箔を貼り付けた導電性を有するガスケット１０’が用いられる。また、接続部材１１として、開口部２１およびガスケット１０’に対応した形状の金属板１１’が用いられる。

ガスケット１０’は、バッテリーケース２０’の開口部２１に内接させて設置され、ワイヤハーネス３０とバッテリーケース２０’との間の緩衝部材として機能する。ワイヤハーネス３０は、端部の被覆３１を除去してシールド３２を露出させ、その上に金属板１１’が圧着接続されている。これにより、シールド３２と金属板１１’とが、電気的に導通する。金属板１１’が圧着接続されたワイヤハーネス３０は、ガスケット１０’の内部に挿入される。これにより、ワイヤハーネス３０の金属板１１’とガスケット１０’の金属箔とが、電気的に導通する。また、ガスケット１０’の内部に挿入したワイヤハーネス３０の反発力によって、電気的な接触が保たれて、電磁ノイズ低減対象周波数における高周波の接地特性を持たせることが可能となる。

＜ワイヤハーネス３０の特性＞
上述した本発明の一実施形態に係るワイヤハーネス３０の構造による外来の電磁ノイズの低減効果を、図６および図７に示す。図６は、外来の電磁ノイズの低減効果を、ワイヤハーネス３０を使用して実測した周波数−電流特性の結果である。図７は、外来の電磁ノイズの低減効果を、ワイヤハーネス３０の構造をシミュレーションすることによって得られた周波数−電流特性の結果である。電流は、ワイヤハーネス３０の内部電線３３のうちの１つについて示している。

図６に示す実測結果でわかるように、金属板１１’とガスケット１０’とを介してシールド３２の接地を取る本発明による構造の場合、シールド３２の接地を取らない従来の構造に対して、内部電線３３を通って伝搬したノイズ電流は、７０〜１２０ＭＨｚの広い周波数帯域で概ね１０ｄＢ程度が低減されている。

また、図７に示すシミュレーション結果でわかるように、金属板１１’の外側の全周にガスケット１０’を設ける（接地点を付ける）構造にすることで、金属板１１’の外側の一部にしかガスケット１０’を設けていない構造と比べ、内部電線３３を通って伝搬したノイズ電流の低減効果は、さらに１０ｄＢ程度改善するものと見込まれる。

本発明は、電気ハイブリッド車両のバッテリーとインバータとを接続するパワー用ワイヤハーネスなど、径の大きなシールド線に耐久性を持たせたい場合などにおいて有効である。

１０ グロメット（緩衝部材）
１０’ ガスケット
１１ 接続部材
１１’ 金属板
１１ａ 鋭利部
１２ 接触金具
１２ａ 突起
２０ 外板
２０’ バッテリー筐体
２１ 開口部
３０ ワイヤハーネス
３１ 被覆
３２ シールド
３３ 内部電線
４０ 主機バッテリー
５０ インバータ・モータ

Claims (3)

1. 内部電線と、当該内部電線を包むシールドと、当該シールドの全体を覆う被覆からなるシールド接地付きワイヤハーネスであって、
   内側に形成された鋭利部が前記被覆を貫通するように前記被覆の外側からワイヤハーネスに嵌め込まれ、かつ、導電性を有する緩衝部材を介して車両ボディーに固定されることで、前記シールドと前記緩衝部材とを電気的に接続する接続部材を有し、
   前記緩衝部材および前記接続部材の抵抗率は、電磁ノイズを低減させる対象となる１３０ＭＨｚ以下の周波数において、前記緩衝部材と前記接続部材との合成インピーダンスが前記シールドの特性インピーダンスと略整合するように設定されていることを特徴とする、シールド接地付きワイヤハーネス。
2. 前記接続部材を、前記鋭利部として前記被覆を貫通する突起を前記内部電線側の内周に持ち、所定の抵抗率を有するリング形状の金属材料で構成し、
   前記緩衝部材を、体積固定抵抗値が１ｋΩｃｍ以下の導電性ゴムで形成されたグロメットで構成することを特徴とする、請求項１に記載のシールド接地付きワイヤハーネス。
3. 棘状の突起を多く設けた表面を持つ導電体で構成され、前記緩衝部材と前記車両ボディーとの間に挿入される接触金具をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のシールド接地付きワイヤハーネス。