JP6846393B2 - ワイヤーハーネス - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤーハーネスに関する。

従来、並列配置された複数の平型導体を上下から挟み込むようにして絶縁樹脂を被覆したフレキシブルフラットケーブル（以下ＦＦＣという）が知られている。このようなＦＦＣは、導体断面が円形状となる電線（以下丸電線という）と比較すると、表面積が大きく放熱性に優れることから、自動車用として用いられることがある。また、ＦＦＣと同様に、柔軟性を有する基板上に回路パターンを形成したフレキシブルプリント基板（以下ＦＰＣという）も存在する。

ここで、自動車用にＦＦＣやＦＰＣといったフラット電線を用いた場合、自動車回路に増減があった場合には、フラット電線の回路構成全体を見直す必要があり、回路増減への対応が困難となってしまう。

そこで、このような問題に対応すべく、丸電線をフラット電線に対して並列に延在させたワイヤーハーネスが提案されている（特許文献１〜３参照）。このようなワイヤーハーネスでは、自動車回路に増減があった場合であっても、丸電線を変更することでフラット電線の回路構成全体を見直す必要がなくなることもあり、回路増減の対応について容易化を図ることができる。

特開２００２−３６７４３９号公報 特開２０１３−３７８０１号公報 特開２０１３−３７８０５号公報

しかし、丸電線については、断面円形状となる導体（以下丸導体という）の直径がフラット電線の平型導体の厚みよりも大きくなり易い傾向にある。これは以下の理由による。導体の断面積は導体を流れる電流値（許容電流値）によって定まるものである。フラット電線については平型導体の厚さが一定であることから、許容電流値が大きくなると平型導体は幅方向（断面視して厚さ方向と直交する方向）に大きくなる傾向にある。しかし、丸電線については許容電流値が大きくなると丸導体の直径が大きくなってしまう。よって、丸電線については、丸導体の直径がフラット電線の平型導体の厚みよりも大きくなり易い傾向にある。

ここで、直径が大きい丸導体については、屈曲時に加わる歪みが大きくなる傾向にある。このため、丸電線とフラット電線とを混在させたワイヤーハーネスを繰り返し屈曲が付与される屈曲部に用いた場合、丸電線のみが先に断線（抵抗値が所定値以上高くなった場合を含む）してしまい、ワイヤーハーネスとしての耐屈曲性が決して高いとはいえなかった。そこで、丸電線を少なくするとワイヤーハーネスとしての耐屈曲性を高めることができるものの、自動車回路に増減があった場合には、フラット電線の回路構成を見直す可能性が高まり、回路増減への対応が困難となってしまう。

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、丸電線とフラット電線とを並列に延在させたワイヤーハーネスにおいて、回路増減への対応の容易化を図りつつも、耐屈曲性を高めることにある。

本発明は、所定の金属からなり断面形状が丸形状となる丸導体に被覆部を形成した丸電線と、断面形状が平型となる平型導体に被覆部を形成したフラット電線とを並列配置し、前記フラット電線の面折り方向へ繰り返し屈曲が付与される屈曲部に配索されたワイヤーハーネスであって、前記丸電線と前記フラット電線とを内部に収納するコルゲートチューブを備え、前記丸導体は、予め定められた基準値以下となる直径を有したものであり、前記平型導体は、前記基準値以下の厚みの範囲内で、前記基準値を超える直径の丸導体と同じ断面積が確保されるだけの幅を有したものであり、前記コルゲートチューブは、断面が長円形となるように形成されており、長円の長軸方向に沿って前記フラット電線が収納されている。

本発明によれば、丸導体は、予め定められた基準値以下となる直径を有したものであり、平型導体についても基準値以下の厚みを有するものであるため、耐屈曲性の向上を図ることができる。さらに、平型導体は、基準値を超える直径の丸導体と同じ断面積が確保されるだけの幅を有したものであるため、フラット電線については基準値を超える丸導体を有する丸電線の代替物として機能することとなり、丸電線の数を必要以上に減らすことがないようになっている。よって、丸電線の数が少なくなって回路増減への対応が困難となってしまう事態も生じ難くなっている。従って、丸電線とフラット電線とを並列に延在させたワイヤーハーネスにおいて、回路増減への対応の容易化を図りつつも、耐屈曲性を高めることができる。

本発明によれば、丸電線とフラット電線とを並列に延在させたワイヤーハーネスにおいて、回路増減への対応の容易化を図りつつも、耐屈曲性を高めることができる。

本発明の実施形態に係るワイヤーハーネスの配索構造を示す斜視図である。 図１に示したワイヤーハーネスを示す断面図である。 図２に示したワイヤーハーネスの拡大断面図であり、（ａ）は丸電線の拡大断面を示し、（ｂ）はフラット電線の拡大断面を示している。 金属の屈曲時における歪みを示す概念図である。 本実施形態に係るワイヤーハーネスにおいて断線条件を満たす屈曲耐久限界値を求める手法を示す概念図である。 本実施形態に係るワイヤーハーネスの構造を説明するためのグラフである。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す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において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本発明の実施形態に係るワイヤーハーネスの配索構造を示す斜視図である。図１に示すワイヤーハーネスＷＨの配索構造１は、ワイヤーハーネスＷＨを屈曲部ＢＰに配索した構造である。この屈曲部ＢＰは、後述するフラット電線の平型導体の面折り方向へ所定曲率の屈曲を繰り返し付与する部位である。所定曲率は、ワイヤーハーネスＷＨが配索される屈曲部ＢＰによって異なり、例えばスライドドアの屈曲部ＢＰと、通常開閉のドアの屈曲部ＢＰとで異なる値となる。また、所定曲率は、車両毎やグレード毎等によっても異なることがあるものである。

図２は、図１に示したワイヤーハーネスＷＨを示す断面図である。図２に示すように、ワイヤーハーネスＷＨは、複数の丸電線１０と、フラット電線２０と、コルゲートチューブＣＯＴとを備えている。なお、以下では複数の丸電線１０と１つのフラット電線２０とを備えるワイヤーハーネスＷＨを例に説明するが、これに限らず、丸電線１０の数は１つでもよいし、フラット電線２０の数が複数であってもよい。

図３は、図２に示したワイヤーハーネスＷＨの一部拡大断面図であり、（ａ）は丸電線１０の拡大断面を示し、（ｂ）はフラット電線２０の拡大断面を示している。

図３（ａ）に示すように、丸電線１０は、断面形状が丸形状となる丸導体１１に絶縁性の被覆部１２を形成した電線である。丸導体１１は、銅、アルミニウム及びこれらの合金等の或る程度以上の導電率を有する所定の金属から構成されている。符号Ｔ１は、丸導体１１の直径を示している。

図３（ｂ）に示すように、フラット電線２０は、断面形状が平型（例えば平型四角）となる複数の平型導体２１に一括して絶縁性の被覆部２２を形成した電線である。平型導体２１は例えば丸導体１１と同じ金属によって構成されている。このフラット電線２０において複数の平型導体２１は厚みＴ２が同じ値に統一されている。これに対して、本実施形態に係るフラット電線２０は例えば複数の平型導体２１の幅Ｗが異なっている。

図２に示すコルゲートチューブＣＯＴは、内部に丸電線１０とフラット電線２０とを収納する被覆部１２，２２よりも剛性が高い保護管である。本実施形態に係るコルゲートチューブＣＯＴは、断面が長円形となるように形成されており、長円の長軸方向に沿ってフラット電線２０が収納され、短軸方向に複数の丸電線１０とフラット電線２０とが積層される構造となっている。

さらに、コルゲートチューブＣＯＴは断面長円形であることから、短軸方向に屈曲し易く長軸方向に屈曲し難い構造となっている。本実施形態においてワイヤーハーネスＷＨは、屈曲部ＢＰにおける屈曲方向が短軸方向となるようにコルゲートチューブＣＯＴ及びフラット電線２０の向きが調整される。この結果、屈曲部ＢＰにおいては、平型導体２１の面折り方向（図３（ｂ）参照）に所定曲率の屈曲が繰り返し付与されることとなる。

なお、ワイヤーハーネスＷＨがコルゲートチューブＣＯＴの短軸方向（面折り方向）に屈曲した場合、屈曲内側と屈曲外側とで曲率半径が異なる。本実施形態においては面折り方向の一方への屈曲時における平型導体２１の曲率と、面折り方向の他方への屈曲時における丸導体１１の曲率とのうち大きい方を所定曲率としている。

さらに、本実施形態において丸導体１１は、基準値以下の直径Ｔ１となるものに限られており、平型導体２１は、厚みＴ２が基準値以下とされ、且つ、基準値を超える直径Ｔ１の丸導体１１と同じ断面積（同じ許容電流）が確保されるだけの幅Ｗを有したものとなっている。

基準値とは、予め定められた値であって、本実施形態においては屈曲耐久限界値以下に定められた値である。屈曲耐久限界値とは、面折り方向に上記した所定曲率の屈曲が所定回数に亘って繰り返し付与されたときに予め定められた断線条件を満たす所定の金属の面折り方向への厚みの最低値をいう。以下、詳細に説明する。

まず、金属に対して所定曲率の屈曲（塑性域での屈曲）が加わると歪みが生じる。そして、所定曲率の屈曲が繰り返されることで、歪みが蓄積して最終的に金属は破断してしまう。ここで、屈曲時には、屈曲方向への厚みが大きくなると歪みも大きくなる傾向にある。

図４は、金属の屈曲時における歪みを示す概念図である。図４に示すように、金属ＭＴの厚み中心位置ｃを基準とした屈曲が加わったとする。この場合において、厚み中心位置ｃから屈曲内側に離れた位置においては、金属ＭＴが圧縮されることによる歪みが発生する。この圧縮歪みは、厚み中心位置ｃから屈曲内側に離れるほど大きくなる。また、厚み中心位置ｃから屈曲外側に離れた位置においては、金属ＭＴが引っ張られることによる歪みが発生する。この引張歪みは、厚み中心位置ｃから屈曲外側に離れるほど大きくなる。よって、屈曲方向への厚みが大きくなると歪みも大きくなる。

以上より、面折り方向に上記した所定曲率の屈曲が所定回数に亘って繰り返し付与された場合、ある厚み以上では予め定められた断線条件を満たしてしまい、ある厚み未満では予め定められた断線条件を満たさないようになる。屈曲耐久限界値とは、このような断線条件を満たす厚みの最低値となる。

なお、予め定められた断線条件や所定回数は、ワイヤーハーネスＷＨとして用いられる環境によって決定されるものである。すなわち、ワイヤーハーネスＷＨが用いられる箇所によっては、「１万回の曲率○○（所定曲率の一例）の屈曲付与に対して抵抗値の上昇が１０％未満」といった条件が定められている。このうち、「１万回」が上記所定回数に該当し、「抵抗値の上昇が１０％未満」でない場合、すなわち「抵抗値の上昇が１０％以上」が断線条件に該当する。なお、ワイヤーハーネスＷＨは、用いられる環境によって、「１００万回の曲率××（所定曲率の一例）の屈曲付与に対して抵抗値の上昇が５％未満」といった条件が定められる場合もある。この場合には、「１００万回」が上記所定回数に該当し、「抵抗値の上昇が５％以上」が断線条件に該当する。

図５は、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨにおいて断線条件を満たす屈曲耐久限界値を求める手法を示す概念図である。屈曲耐久限界値は、図５に示す屈曲試験機を用いて求められる。

具体的には所定の厚み（直径）を有する金属ＭＴに被覆を施した電線の一端を固定し電線を真直ぐに伸ばした状態から、例えば常温（２０℃）で電線の他端側を−９０°から９０°の角度範囲で曲げ半径１２．５ｍｍのマンドレルＭを使用して曲げを繰り返し行い、金属ＭＴが断線条件を満たしたときの曲げ回数（往復回数）を測定した。断線条件を満たしたか否かについては導通部ＣＰを利用して導体部の抵抗値が所定値（１０％）以上増加したか否かで判断した。なお、電線の一端に取り付けられるおもりＢの荷重は４００ｇとした。また、屈曲速度は３０ｒｐｍとした。また、電線の他端側の角度範囲、マンドレルＭの径、おもりＢの重さ、及び屈曲速度はワイヤーハーネスＷＨの使用環境に応じて変化可能なものである。

上記の例において断線条件に関する所定回数（すなわち使用環境において求められる屈曲回数）が１００００回であるとすると、厚み（直径）が１ｍｍ以下である場合には、所定回数である１００００回を超える結果となった。一方、厚み（直径）が１．１ｍｍ以上である場合には、所定回数である１００００回を下回る結果となった。以上のような試験を経て、上記の場合における屈曲耐久限界値は、１ｍｍであることがわかった。

以上のように、屈曲耐久限界値は試験によって求めることができる。なお、可能であっれば、屈曲耐久限界値は数式等によって算出される値であってもよい。

図６は、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨの構造を説明するためのグラフである。まずは、再度屈曲耐久限界値及び基準値を説明する。

例えば本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨがスライドドアに用いられる場合、「１万回の曲率○○（所定曲率の一例）の屈曲付与に対して抵抗値の上昇が１０％未満」といった条件が定められているとする。この場合において、「１万回の曲率○○（所定曲率の一例）の屈曲付与に対して抵抗値の上昇が１０％以上」となってしまう金属の厚みの最低値が屈曲耐久限界値となる。この屈曲耐久限界値を例えば「１．８（任意単位）」とする。

基準値は、屈曲耐久限界値以下とされる。このため、例えば基準値は「１．５（任意単位）」とされる。なお、基準値は屈曲耐久限界値と同じとされていてもよい。

次に、本実施形態に係る丸導体１１と平型導体２１とについて説明する。本実施形態において丸導体１１は基準値以下の直径Ｔ１とされている。複数の丸電線１０を有する場合には、全ての丸電線１０の丸導体１１が基準値以下の直径Ｔ１とされている。

ここで、丸導体１１が基準値以下の直径Ｔ１とされている場合、許容電流値を大きくしたい場合には丸電線１０で対応できなくなってしまうことがある。そこで、フラット電線２０の平型導体２１については、厚みＴ２が基準値以下であり、且つ、基準値を超える直径Ｔ１の丸導体１１（図６に示す破線丸部分）と同じ断面積を有するように幅Ｗが大きくされる（幅Ｗが決定される）。すなわち、平型導体２１の断面積は、丸導体１１の断面積よりも大きくされる。よって、丸導体１１の直径Ｔ１を基準値以下としたことによって大きい許容電流値に対応できなくなってしまう事態が防止されている。

このようなワイヤーハーネスＷＨにおいては、面折り方向へ所定回数の屈曲が加わったとしても、丸導体１１の直径Ｔ１や平型導体２１の厚みＴ２が屈曲耐久限界値以下の基準値以下とされている。このため、丸導体１１や平型導体２１に加わる歪みは小さくなり、所定回数の屈曲後においても丸導体１１や平型導体２１については断線条件を満たさないこととなる。

特に、図６に示すように本実施形態において平型導体２１はどの丸導体１１の直径Ｔ１よりも厚みＴ２が小さくされている。よって、平型導体２１についてはより一層耐屈曲性が高められている。

このようにして、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨによれば、丸導体１１は、予め定められた基準値以下となる直径Ｔ１を有したものであり、平型導体２１についても基準値以下の厚みＴ２を有するものであるため、耐屈曲性の向上を図ることができる。さらに、平型導体２１は、基準値を超える直径Ｔ１の丸導体１１と同じ断面積が確保されるだけの幅Ｗを有したものであるため、フラット電線２０については基準値を超える丸導体１１を有する丸電線１０の代替物として機能することとなり、丸電線１０の数を必要以上に減らすことがないようになっている。よって、丸電線１０の数が少なくなって回路増減への対応が困難となってしまう事態も生じ難くなっている。従って、丸電線１０とフラット電線２０とを並列に延在させたワイヤーハーネスＷＨにおいて、回路増減への対応の容易化を図りつつも、耐屈曲性を高めることができる。

また、平型導体２１の厚みＴ２は丸導体１１の直径Ｔ１よりも小さくされているため、平型導体２１がより一層薄く構成されて耐屈曲性が高めることができる。

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。

例えば、本実施形態に係る丸電線１０は、丸導体１１が１本の単線によって構成されているが、これに限らず、撚線によって構成されていてもよい。この場合において直径Ｔ１は各素線の直径が該当することとなる。

また、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨは図１に示すように１つの屈曲部ＢＰを有するように配索される場合に限らず、屈曲部ＢＰは複数であってもよい。

加えて、平型導体２１は丸導体１１と同じ金属であることを想定しているが、異なる金属であってもよい。

１ ：ワイヤーハーネスの配索構造
１０ ：丸電線
１１ ：丸導体
１２ ：被覆部
２０ ：フラット電線
２１ ：平型導体
２２ ：被覆部
ＢＰ ：屈曲部
Ｔ１ ：直径
Ｔ２ ：厚み
Ｗ ：幅
ＷＨ ：ワイヤーハーネス

Claims (2)

1. 所定の金属からなり断面形状が丸形状となる丸導体に被覆部を形成した丸電線と、断面形状が平型となる平型導体に被覆部を形成したフラット電線とを並列配置し、前記フラット電線の面折り方向へ繰り返し屈曲が付与される屈曲部に配索されたワイヤーハーネスであって、
   前記丸電線と前記フラット電線とを内部に収納するコルゲートチューブを備え、
   前記丸導体は、予め定められた基準値以下となる直径を有したものであり、
   前記平型導体は、前記基準値以下の厚みの範囲内で、前記基準値を超える直径の丸導体と同じ断面積が確保されるだけの幅を有したものであり、
   前記コルゲートチューブは、断面が長円形となるように形成されており、長円の長軸方向に沿って前記フラット電線が収納されている
   ことを特徴とするワイヤーハーネス。
2. 前記平型導体の厚みは、前記丸導体の直径よりも小さくされている
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤーハーネス。

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