JP6708144B2 - アース構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両用のアース構造に関する。

自動車など車両のボディをプラスチックなどの樹脂で形成することが検討されている。例えば特許文献１には、樹脂材により構成された車両用ボディの樹脂材内部に、配索体としての導電材が配置されている配索構造が記載されている。特許文献１に記載の車両用ボディでは、樹脂材が大きくなることで、自身の重量から生じる応力に耐えられず樹脂材が折損する可能性がある。また、導電材が直接ボディに埋め込まれているため、車両に衝撃を受けた場合に、埋め込まれた導電材が損傷を受けて配線の機能を失うおそれがある。

特開２０１６−１０７８７４号公報

本発明者は、車両用のアース構造について以下の認識を得た。
低燃費化の要請に対応して車両を軽量化するためにボディの全部または一部を樹脂化することが考えられる。金属製のボディは車両を包むアース部材として不要な電磁波を吸収しており、ボディが樹脂化されると、アース性能が低下して電磁波の影響が大きくなる。アース性能が低下すると、電源ラインや信号ラインを流れる信号によりワイヤハーネスから放射される電磁波が十分に吸収されず、車外のアンテナや外部環境に悪影響を及ぼすことが考えられる。このことから、本発明者は、車両用のアース構造には、電源ラインや信号ラインから放射される電磁波の車外アンテナや外部環境への影響を抑制する観点から、改善すべき課題があることを認識した。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源ラインや信号ラインから放射される電磁波の車外アンテナや外部環境への影響を抑制可能な車両用のアース構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のアース構造は、樹脂材料から形成される床部を備える車両のアース構造であって、電源と電子部品の間を電気的に繋ぐ導電材を有するシート状の配線シートと、電気的にアース電位に接続されるシート状の導電部と、を備える。前記導電部は、前記配線シートの前記車両の外部側の面に重ねて配置される部分を含む。

この態様によると、配線シートにアース電位に接続されるシート状の導電部を重ねることができる。

本発明によれば、電源ラインや信号ラインから放射される電磁波の車外アンテナや外部環境への影響を抑制可能な車両用のアース構造を提供することができる。

第１実施形態に係るアース構造を備えた車両を示す斜視図である。 図１のアース構造を説明する模式的な平面図である。 図１の配線シートとアース部材を説明する説明図である。 第２実施形態に係るアース構造を示す斜視図である。 図４のアース構造のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

本発明者は、車両の配線構造について研究し、以下のような認識を得た。
ボディの軽量化に伴い、樹脂ボディの構造が考えられる。従来、電気部品はボディ板金をアースとしていたたが、ボディが樹脂化されるとボディでアースをとることが困難になることが考えられる。このため、各アース線を車両バッテリまでワイヤハーネス（以下、Ｗ／Ｈという。）として延長すると、コストと重量が増加する懸念がある。また、Ｗ／Ｈを用いると配索や結合の観点から管理が困難であり、ノイズ設計が難しくなることが考えられる。

そこで、本発明者は、車両に電源とアースを含む主幹線のＷ／Ｈを通し、エンジンコンパートメントなどに搭載されるＥＣＵ（Engine Control Unit）に対し電源とアースを分配するとともに、信号線と帰還経路とを極力接近させるように、通信・電源・アースの分配に基板に模した配索を用いることを見出した。例えば、従来の車両Ｗ／Ｈに代えて、電源とアースのＷ／Ｈを主幹線として搭載し、電力が必要な箇所において、ＥＣＵ、抵抗器、電圧昇圧器または電圧降圧器に接続したシートに電源とアース電位を供給する構成が考えられる。また、複数のＥＣＵ間の信号通信線として上記シートを用いることもできる。上記シートをあらかじめ製造して、車両に組み付けることも考えられる。このような構成は、インストルメントパネル、キャビン、ラゲージなどに搭載されるＥＣＵやその他の電子制御ユニットに対する配索についても適用することができる。
後述する各実施形態は、以上の思索に基づいて案出されたもので、以下にその詳細を説明する。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るアース構造１０を備えた車両８を示す斜視図である。以下、ＸＹＺ直交座標系をもとに説明する。Ｘ軸方向は水平な左右方向に対応し、Ｙ軸方向は水平な前後方向に対応し、Ｚ軸方向は鉛直な上下方向に対応する。特に、Ｘ軸方向は車両８の幅方向に対応し、Ｙ軸方向は車両８の前後方向に対応する。図１では、車両８の床部８ｃにアース構造１０が設けられる例について概念的に示している。本発明が適用される車両に特別な制限はないが、図１の例では、図示しないエンジンやモータなどの動力源によって駆動されるタイヤを備えている。床部８ｃは車両８の下部を覆うように設けられている。床部８ｃは、樹脂などの公知の多様な非金属材料から形成される。床部８ｃを形成する材料は導電性であってもよく、非導電性であってもよい。

（アース構造）
実施の形態に係るアース構造１０は、樹脂材料から形成される床部８ｃを備える車両８のアース構造である。アース構造１０は、電源ライン１２や信号ライン１６から放射される電磁波の車外アンテナや外部環境に対する影響を抑制するために設けられる配索システムである。車両８は、図１に示すように、バッテリ２０と、電源ライン１２と、アースライン１４と、昇降圧器２２と、電子制御ユニット２４と、配線シート２６と、アース部材２８と、を備える。アース部材２８は、電気的にアース電位に接続されるシート状の導電部２８ｂを含む。配線シート２６と、導電部２８ｂと、はアース構造１０を構成する。配線シート２６およびアース部材２８は車両８の任意の箇所に配置することができる。図１は、配線シート２６およびアース部材２８が床部８ｃのフロア面に配置される例を示している。アース部材２８の導電部２８ｂは、配線シート２６の車外側の面に重ねて配置される。図１の例では、導電部２８ｂは配線シート２６の下側の面に重ねて積層される。

図２は、アース構造１０を説明する模式的な平面図である。図２では、相対的な配置の理解を容易にするために、タイヤ８ｔの配置を概念的に示している。図３は配線シート２６とアース部材２８を説明する説明図である。図２および図３では、理解を容易にするため、アース部材２８と配線シート２６とを並べて表示している。図２に示すように、電源ライン１２は、バッテリ２０の正極側の端子２０ｂに接続され、電源電圧を各箇所に供給する幹線である。アースライン１４は、バッテリ２０の負極側の端子２０ｃに接続され、アース電位を各箇所に供給する幹線である。なお、アース電位はグランド電位と称されることがある。バッテリ２０は、車載の機器に電力を供給する電源手段であり、公知の多様な原理に基づくバッテリセルを含んでもよい。バッテリ２０は、一例として、正極側の端子２０ｂと負極側の端子２０ｃとの間に約１２Ｖの電圧を出力する。バッテリ２０は、例えば車両８の後部側に配置される。

（昇降圧器）
昇降圧器２２は、電源ライン１２から端子２２ｂに供給される電圧を昇圧または降圧して各電子制御ユニット２４に適切な電圧を端子２２ｃから出力する要素で、例えば回路装置である。昇降圧器２２は、ひとつの車両に１個または複数個搭載される。図２では、ＡとＢで示す二つの昇降圧器２２を表示している。各昇降圧器２２の端子２２ｄはアースライン１４に接続される。昇降圧器２２は、抵抗分圧器やシリーズレギュレータなど公知の多様な昇降圧手段によって構成することができる。第１実施形態の昇降圧器２２はスイッチングレギュレータを含んでおり、変換効率が高い特徴を有する。

（電子制御ユニット）
電子制御ユニット２４は、車両８のエンジン制御装置や運転制御装置などの電気的な車載装置を制御するための回路要素であり、例えばマイクロコントローラを内蔵している。電子制御ユニット２４は、ひとつの車両に１個または複数個搭載され、それぞれの制御対象の近傍に配置される。図２では、ＬとＲで示す二つの電子制御ユニット２４を表示している。電子制御ユニット２４の端子２４ｄは、配線シート２６の配線パターン２６ｂを介して昇降圧器２２の端子２２ｃに電気的に繋がれ、昇降圧器２２の端子２２ｃから出力される電圧が供給される。電子制御ユニット２４の端子２４ｃは、アース部材２８の導電部２８ｂを介してアースライン１４に電気的に接続される。つまり、電子制御ユニット２４は配線シート２６とアース部材２８を経由して電圧が供給される。

（配線シート）
配線シート２６は、電源と電子部品の間や各電子部品の間を電気的に繋ぐ導電材である配線パターンを有するシート状の配線材であり、例えば配線基板である。特に、配線シート２６は、昇降圧器２２から出力される電源を受け取り、電子部品を含む各電子制御ユニット２４に分配するとともに、電子制御ユニット２４からの信号を別の電子制御ユニット２４に分配する。配線シート２６は、ひとつの車両に１個または複数個搭載される。図２では、ひとつの配線シート２６を表示している。配線パターン２６ｂは、銅やアルミニウムなどの導電性材料から形成され、例えば絶縁シート２６ａ上に、例えば接着剤で固定されている。配線パターン２６ｂは、例えば、エッチングやメッキなどの公知のパターン形成方法によって形成することができる。

絶縁シート２６ａは、フェノール樹脂・エポキシ樹脂・テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂、ガラス繊維、アルミナ、タングステンなどを用いたリジットな板状のシートであってもよい。絶縁シート２６ａは、ポリイミドフィルムやポリエステルフィルムなどを用いるフレキシブルなシートであってもよい。絶縁シート２６ａは、強化繊維など各種の強化材を含んでもよい。例えば、細かな作業を要し、可変的な構造を構成する場合はフレキシブルなシートを採用し、大きな面積のシートとする場合はリジットな板状のシートを採用することができる。絶縁シート２６ａは、リジットな板状のシートとフレキシブルなシートと、を両方含むようにしてもよい。

配線パターン２６ｂは、給電パターン２６ｐと、信号パターン２６ｓと、を含む。給電パターン２６ｐは、昇降圧器２２の端子２２ｃから出力された電圧を電子制御ユニット２４の受電用の端子２４ｄに供給するためのパターンである。給電パターン２６ｐは、昇降圧器２２の端子２２ｃに電気的に接続される端子２６ｃと、電子制御ユニット２４の端子２４ｄに電気的に接続される端子２６ｄと、を有する。信号パターン２６ｓは、複数の電子制御ユニット２４の信号入出力用の端子２４ｅ、２４ｆの間において信号を伝達するためのパターンである。信号パターン２６ｓは、電子制御ユニット２４の端子２４ｅ、２４ｆに電気的に接続される端子２６ｅ、端子２６ｆと、を有する。

配線シート２６は、任意の形状に形成してもよいが、第１実施形態の配線シート２６は、車両８の幅方向に沿った寸法が車両８の前後方向に沿った寸法より長い横長な略矩形状に形成されている。車両８の側部に配置した電子制御ユニット２４への配線を短くすることができる。配線シート２６は、図示しない締結具により床部８ｃに取り付けられる。配線シート２６は、床部８ｃに直接または間接的に、例えば、ネジ締め、接着、溶接などの公知の固定手段で固定されてもよい。

（アース部材）
アース部材２８は、電気的にアース電位に接続されるシート状の導電部２８ｂを含むシート材である。導電部２８ｂは、配線シート２６の車両８の外部側の面に重ねて配置される部分を含む。なお、導電部２８ｂと配線シート２６との間には隙間があってもよいが、隙間は極力小さいことが望ましい。導電部２８ｂは、アースライン１４に電気的に接続され、全体としてアース電位に保たれる。導電部２８ｂは、配線シート２６に対応して配線シート２６を覆うように設けられる。導電部２８ｂは、公知の導電性を有する素材から形成することができる。一例として、導電部２８ｂは、銅などの金属材料から形成される金属板、金属箔または金属膜として形成されてもよい。一例として、導電部２８ｂは、導電性を有するカーボンファイバーなどの非金属材料から形成されてもよい。導電部２８ｂは、アルミニウムまたはアルミニウムより比重が小さい、例えばカーボンファイバーやマグネシウム合金などの材料から形成してもよい。

アース部材２８は、導電部２８ｂに積層される樹脂製シート２８ｆを含んでもよい。つまり、導電部２８ｂは樹脂製シート２８ｆに積層されている。樹脂製シート２８ｆは、公知の樹脂材料から形成することができる。導電部２８ｂに樹脂製シート２８ｆを積層することでアース部材２８の取り扱いが容易になる。なお、樹脂製シート２８ｆは必須ではない。導電部２８ｂは、任意の形状に形成してもよいが、第１実施形態の導電部２８ｂは、車両の幅方向に沿う寸法が車両の前後方向に沿う寸法より長い横長な略矩形状に形成されている。つまり、導電部２８ｂは、車両８の幅方向に沿う長手方向を有する。

導電部２８ｂは、アースライン１４に電気的に接続され、全体がアース電位に保たれる。導電部２８ｂに設けた端子２８ｃには、例えば、ろう付け、圧接、溶接、接着、ねじ締め等の公知の接続手段により、アースライン１４が接続される。導電部２８ｂは、配線シート２６に積層された状態で、床部８ｃなどの車体の一部に、直接または間接的に、例えば、ネジ締め、接着、溶接などの公知の固定手段で固定されてもよい。

次に、このように構成された第１実施形態に係るアース構造１０の作用・効果を説明する。
信号や電源などの配線から放射される電磁波の影響は小さいことが望ましい。そこで、第１実施形態のアース構造１０は、樹脂材料から形成される床部８ｃを備える車両８のアース構造であって、電源と電子部品の間を電気的に繋ぐ導電材である配線パターン２６ｂを有するシート状の配線シート２６と、電気的にアース電位に接続されるシート状の導電部２８ｂと、を備え、導電部２８ｂは、配線シート２６の車両の外部側の面に重ねて配置される部分を含む。この構成によれば、配線パターン２６ｂから放射される電磁波などをアース電位に接続された導電部２８ｂで吸収するため、車外アンテナや外部環境への悪影響を抑制することができる。配線シート２６を用いることで、電源・アース・信号の車両ワイヤハーネスを減らすことが可能になり、省スペース化が容易になる。

また、この構成によれば、ボディに対してアースをとるための孔あけ作業を減らすことができ、ボディの耐久性を向上することができる。アースポイントは導電部２８ｂにランドとして設けるため、ボディにアースポイントを設ける場合と比較してアースポイントの増設が可能になる。アースポイントの増設が容易であることで、アースの共締めの箇所が減り、ＥＭＣ性能やフローティングアースの面で有利になる。電源・アース・信号について、配線パターン２６ｂと導電部２８ｂとの間の隙間を極力小さくすることで静電容量が増し、高周波成分での電位差が小さくなり、これらの間にストリップライン構造が構成され、ノイズが外部に放射されにくくなる。

アースポイントまでの配線距離は短いことが望ましい。そこで、第１実施形態のアース構造１０では、導電部２８ｂは、車両８の幅方向に沿う長手方向を有する。この構成によれば、導電部２８ｂの長手方向の側端部にアースポイントを設けることで、車両８の側部に配置した電子制御ユニット２４までの配線距離を短くすることができる。

車両の軽量化のために導電部２８ｂは軽いことが望ましい。そこで、第１実施形態のアース構造１０では、導電部２８ｂは、アルミニウムまたはアルミニウムより比重が小さい材料から形成される。この構成によれば、銅など比重が大きい材料から形成される場合と比較して、車両の軽量化が容易になる。

衝撃を受けた場合に、導電部２８ｂが配線パターン２６ｂなどに接触して短絡を生じて昇降圧器２２が正常に動作しないおそれがある。そこで、第１実施形態のアース構造１０では、導電部２８ｂは、樹脂製シート２８ｆに積層される。この構成によれば、導電部２８ｂが短絡を生じる可能性を低減することができる。

［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態に係る車両用のアース構造５０について説明する。図４は、第２実施形態に係るアース構造５０を示す斜視図である。図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。第２実施形態のアース構造５０は、第１実施形態のアース構造１０の導電部２８ｂに代えて導電部５８を備えるとともに、配線シート２６を複数枚（例えば２枚）重ねて配置している点で異なり、他の構成は同様である。したがって、重複する説明を省略して相違点について説明する。

図５に示すように、アース構造５０では、第１部分５８ｂと第２部分５８ｃの間に２枚の配線シート２６（Ａ）、２６（Ｂ）が積層されている。アース構造５０の導電部５８は、配線シート２６（Ａ）、２６（Ｂ）の車両８の内部側の面に重ねて配置される第１部分５８ｂと、配線シート２６（Ａ）、２６（Ｂ）の車両８の外部側の面に重ねて配置される第２部分５８ｃと、を含んでいる。配線シート２６（Ａ）の配線パターン２６ｂと、配線シート２６（Ｂ）の配線パターン２６ｂと、は互いに対向して配置される。配線シート２６（Ａ）と配線シート２６（Ｂ）との間には、絶縁体を介在させてもよいが、アース構造５０では空間６０が設けられている。配線シート２６（Ａ）の絶縁シート２６ａは第１部分５８ｂと対向し、配線シート２６（Ｂ）の絶縁シート２６ａは第２部分５８ｃと対向している。第１部分５８ｂおよび第２部分５８ｃは、絶縁シート２６ａと非接触にしてもよいが、アース構造５０では、それらは接触するように配置されている。導電部５８と絶縁シート２６ａとの間には接着剤が塗布されてもよい。

導電部５８は、配線シート２６（Ａ）、２６（Ｂ）を前後方向に囲む第３部分５８ｄおよび第４部分５８ｅをさらに含む。第３部分５８ｄは、第１部分５８ｂおよび第２部分５８ｃの各前端の間に上下に延在する。第４部分５８ｅは、第１部分５８ｂおよび第２部分５８ｃの各後端の間に上下に延在する。第１部分５８ｂ、第２部分５８ｃ、第３部分５８ｄおよび第４部分５８ｅは、配線シート２６（Ａ）、２６（Ｂ）の周囲を囲むように相互に接続され、車幅方向に伸びる角筒状に配置されている。第１部分５８ｂ、第２部分５８ｃ、第３部分５８ｄおよび第４部分５８ｅそれぞれの車幅方向の寸法は、異なっていてもよいが、この実施形態の導電部５８では同寸法にしている。第３部分５８ｄおよび第４部分５８ｅは第１部分５８ｂ、第２部分５８ｃと別部材として設けられてもよい。導電部５８は、導電部２８ｂで説明したのと同じ金属材料や非金属材料から形成することができる。

このように形成された第２実施形態のアース構造５０は、第１実施形態に係るアース構造１０と同様の作用・効果を生じうる。加えて、第２実施形態のアース構造５０では、導電部５８が、配線シート２６（Ａ）、２６（Ｂ）の車両の内側と外側の双方に配置されることで、配線パターン２６ｂから放射される電磁波が車両８の内外に及ぼす影響を低減することができる。例えば、車両内部の車載機器および車両外部のアンテナや外部環境などへの悪影響を抑制することができる。

以上、いくつかの実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。したがって、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

（第１変形例）
第１および第２実施形態では、配線パターン２６ｂが絶縁シート２６ａの一方の面に積層される例について説明したが、これに限られない。配線パターンは絶縁シートの両面に積層されてもよく、配線パターンと絶縁シートとを多層に積層してもよい。この構成によれば、上述したアース構造１０、５０と同様の作用効果を奏するとともに、各層の配線パターンから、電源・信号・アースを供給することが可能になり、より高度な配索構造を提供することができる。

（第２変形例）
第１および第２実施形態では、配線シート２６とアース部材２８、５８とを、それぞれ車体に取り付ける例について説明したが、これに限られない。配線シートとアース部材とを予め一体化して車体に取り付けるようにしてもよい。例えば、アース部材を配線シートに固定して一体化ユニットを形成し、その一体化ユニットを車体の製造工程にて車体に固定するようにしてもよい。この構成によれば、上述したアース構造１０、５０と同様の作用効果を奏するとともに、車体にアース構造を取付ける手間を減らし、車両の組立性を向上することができる。

（第３変形例）
第１および第２実施形態では、配線シート２６およびアース部材２８、５８が床部８ｃのフロア面に配置される例について説明したが、これに限られない。配線シート２６およびアース部材２８、５８は、ルーフ面など車両の任意の箇所に設けてもよい。この構成によれば、上述したアース構造１０、５０と同様の作用効果を奏するとともに、より多様なアース構造を提供することができる。

（第４変形例）
第１および第２実施形態では、幹線である電源ライン１２およびアースライン１４がバッテリ２０から供給される例について説明したが、これに限られない。電源ラインやアースラインは、燃料電池などの別の原理に基づく電力供給デバイスや複数の種類の電力供給デバイスを組み合わせたデバイスから供給されてもよい。この構成によれば、上述したアース構造１０、５０と同様の作用効果を奏するとともに、より多様なアース構造を提供することができる。

説明に使用した図面では、部材の関係を明瞭にするために一部の部材の断面にハッチングを施しているが、当該ハッチングはこれらの部材の素材や材質を制限するものではない。

８・・車両、 ８ｃ・・床部、 １０・・アース構造、 １２・・電源ライン、 １４・・アースライン、 ２６・・配線シート、 ２６ａ・・絶縁シート、 ２６ｂ・・配線パターン、 ２８・・アース部材、 ５０・・アース構造、 ５８・・導電部。

Claims (3)

1. 樹脂材料から形成される床部を備える車両のアース構造であって、
   電源と電子部品の間を電気的に繋ぐ導電材を有するシート状の配線シートと、
   電気的にアース電位に接続されるシート状の導電部と、
   を備え、
   前記導電部は、前記配線シートの前記車両の外部側の面に重ねて配置される外部側部分を含み、
   前記導電部の長手方向は前記車両の幅方向に沿っており、前記導電部の長手方向の側端部に前記車両の側部に配置された回路要素に電気的に接続されるアースポイントが設けられていることを特徴とするアース構造。
2. 前記導電部は、アルミニウムまたはアルミニウムより比重が小さい材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載のアース構造。
3. 前記導電部は、樹脂製のシートに積層されることを特徴とする請求項１または２に記載のアース構造。

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