JP2012003852A - シールド電線およびシールド電線と端子の組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】シールド性能を低下させることなく、従来の電線よりも強度を向上させたシールド電線、および、このシールド電線と端子の組立体を提供すること。
【解決手段】導体部１０と、導体部１０の外周を覆う絶縁体である被覆部２０と、被覆部２０の外周に形成されたシールド層３０と、シールド層３０の外周を覆う絶縁体である外皮４０と、を備え、シールド層３０は、被覆部２０の外周面に密着して複数の素線３１１が螺旋状に巻回されて形成された第一シールド層３１と、第一シールド層３１の外周面に密着して複数の素線３２１が第一シールド層３１を構成する素線とは反対の螺旋状に巻回されて形成された第二シールド層３２と、を有し、第一シールド層は、金属材料からなる金属素線３１１ｂ、および、この金属素線３１１ｂよりも高強度の補強素線３１１ａから構成され、第二シールド層３２は、金属材料からなる金属素線３２１ｂから構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、シールド電線およびシールド電線と端子の組立体に関し、詳しくは、自動車等に好適に用いられる高強度のシールド電線、および、そのシールド電線と電線端部に圧着された端子との組立体に関する。

特許文献１に記載されるように、外部からのノイズの侵入や、外部へ放出されるノイズを遮断（抑制）するため、外皮の内側にシールド層が設けられたシールド電線（同軸ケーブルなどとも称される。以下、単に電線と称することもある）が知られている。例えば、自動車用のシールド電線は、自動車の高性能化や車内設備の充実などに伴い、自動車一台あたりに用いられる電線量が増加している。そのため、自動車用電線には、燃費向上等を目的とした車両の軽量化に対応するためや、車両の小型化を目的とした電線の配索スペースの狭小化に対応するため、電線の細径化が求められている。

電線を細径化するに際し、電線の強度（本発明では、特に電線の耐引張性や、電線とその端部に圧着される端子との接続強度（端子把持力）のことをいう）確保という点が問題となる。電線を細径化すれば、導体部およびそれを覆う被覆部（コア）の径が小さくなるだけでなく、シールド層の厚みも小さくなり、必然的に電線の強度が低下するからである。しかし、電線の組み付け時や、電線組み付け後における電線の断線等を防止するため、電線を細径化しても使用環境に耐えうる電線の強度は確保しなければならない。特に、自動車用電線においては、電線を組み付ける際に掛かる張力に耐えるだけの電線の強度を確保することが重要である。

例えば、特許文献２には、電線のシールド層である編組を導電性繊維（炭素繊維）で構成したものが記載されている。このような炭素繊維を用いてシールド層を形成すれば、銅などの導電性金属材料を用いた一般的なシールド層よりも機械的強度が高くなるため、電線全体の機械的強度も高くなる。

特開２０１０−１５７６２号公報 特表２００２−５３８５８１号公報

上述のように、シールド層を炭素繊維のような高強度材料で構成すれば、電線の強度は高くなる。しかし、銅などの導電性金属材料と比べて導電性に乏しく、シールド性能が大きく低下してしまうという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、シールド性能を低下させることなく、従来の電線よりも強度を向上させたシールド電線、および、このシールド電線と端子の組立体を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかるシールド電線は、導体である導体部と、前記導体部の外周を覆う絶縁体である被覆部と、前記被覆部の外周に形成されたシールド層と、前記シールド層の外周を覆う絶縁体である外皮と、を備えたシールド電線であって、前記シールド層は、前記被覆部の外周面に密着して複数の素線が螺旋状に巻回されて形成された第一シールド層と、前記第一シールド層の外周面に密着して前記複数の素線が前記第一シールド層を構成する素線とは反対の螺旋状に巻回されて形成された第二シールド層と、を有し、前記第一シールド層は、金属材料からなる金属素線、および、この金属素線よりも高強度の補強素線から構成され、前記第二シールド層は、金属材料からなる金属素線から構成されていることを要旨とする。

また、本発明において、前記補強素線は、導電性を有する引張強度３０００ＭＰａ以上の高強度繊維からなるものであれば好ましい。

また、本発明において、前記第一シールド層全体に占める前記補強素線の割合が１０％以上４０％以下であることが好ましい。

また、本発明において、前記導体部の断面積は、０．０１ｍｍ^２ 以上０．０５ｍｍ^２ 以下であることが好ましい。

また、本発明にかかるシールド電線と端子の組立体は、上記シールド電線の前記外皮が、電線端部から所定長さ剥離され、露出した前記シールド層に端子が圧着されていることを要旨とする。

本発明にかかるシールド電線は、シールド層の一部が補強繊維によって構成されているため、シールド層の全てが金属素線で構成された電線（従来のシールド電線）よりも強度が向上する。また、シールド層は、螺旋状に巻回された第一シールド層と、その外側であって第一シールド層とは反対の螺旋状に巻回された第二シールド層とからなり、補強繊維は、そのうちの第一シールド層にのみ配された構成であるため、従来のシールド電線に比べてシールド性能が大きく低下することはない。さらに、外側に形成される第二シールド層は、全て金属素線によって構成されているため、シールド層とそれにかしめられる端子との間の電気抵抗の増加が抑制できる。

そして、上記補強素線が、導電性および優れた機械的強度を有する高強度繊維からなるものであれば、シールド電線の強度が大きく向上するとともに、シールド層の一部を補強材で構成したことによるシールド性能の低下を抑えられる。

また、第一シールド層全体に占める補強素線の割合を、１０％以上４０％以下とすれば、電線の強度の面、ならびにシールド性能の面でバランスのとれた好適なシールド電線が得られる。

また、本発明は、導体部の断面積が、０．０１ｍｍ^２ 以上０．０５ｍｍ^２ 以下であるような、従来であれば電線の強度確保が困難であった細径電線に有効である。

そして、本発明にかかるシールド電線と端子の組立体において、シールド電線のシールド層に用いられる補強素線は内側の第一シールド層に配されており、外側の第二シールド層は金属素線のみによって構成されているため、補強素線の存在による電線と端子との間の電気抵抗の増加が抑制できる。また、機械的強度が高い補強繊維が配されたシールド層に端子が圧着された構成であるため、電線と端子との接続強度（端子把持力）に優れる。

本発明の一実施形態にかかるシールド電線の外観を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態にかかるシールド電線をその軸線と直交する平面で切断した断面図である。 シールド電線の端部に端子が圧着された状態を示す外観図である。 シールド層を構成する素線の巻き付け角度を説明するための説明図である。

本発明の一実施形態にかかるシールド電線１を図面を参照して詳細に説明する。ここで、図１は、本実施形態にかかるシールド電線１の外観を模式的に示した図、図２は、シールド電線１をその軸線と直交する平面で切断した断面図、図３は、シールド電線１の端部に端子９０が圧着された状態（本発明の一実施形態にかかるシールド電線と端子の組立体２）を示す外観図である。

シールド電線１は、いわゆる同軸ケーブルであって、導体部１０（内導体）と、導体部１０の外周を覆う被覆部２０と、被覆部２０の外周に形成されたシールド層３０と、シールド層３０の外周を覆う外皮（シース）４０とを備える。

導体部１０は、導電性の金属材料から構成される。一本の金属線からなる単線であってもよいし、複数の金属線を撚り合わせてなるいわゆる撚り線であってもよい。

被覆部２０は、導体部１０とシールド層３０とを電気的に遮断するため、両者の間に介在される合成樹脂製の絶縁体である。かかる被覆部２０と上記導体部１０とによって、一般的に「コア」と称される電線中心部が形成される。

シールド層３０は、電線外部からの導体部１０へのノイズの侵入、導体部１０から電線外部へのノイズの放出を遮断（抑制）するための導体層である。シールド層３０は、シールド電線１の端末に接続される端子９０（後述）を介してアースに接続される。電線外部から侵入しようとする、または電線外部へ放出されるノイズは、このシールド層３０を通じてアースに導かれる。このシールド層３０の構成の詳細については後述する。

外皮４０は、合成樹脂製の絶縁体から形成されたものであって、シールド層３０の外周に被覆されている。

以下、本実施形態にかかるシールド電線１の特徴部分である、シールド層３０の構成について詳細に説明する。シールド層３０は、第一シールド層３１と、この第一シールド層３１の外側に形成される第二シールド層３２とを有する。

第一シールド層３１は、被覆部２０の外周面に密着して形成される。具体的には、複数の素線３１１が被覆部２０の周りに螺旋状に巻回されてなる。第二シールド層３２は、第一シールド層３１の外周面に密着して形成されている。具体的には、複数の素線３２１が第一シールド層３１の周りに螺旋状に巻回されてなる。本実施形態では、第一シールド層３１を構成する素線３１１の螺旋の方向と、第二シールド層３２を構成する素線３２１の螺旋の方向は、反対（一方が左巻きであり、他方が右巻き）である。

かかる素線３１１、３２１の巻き付け角度（螺旋の角度）は、次のように設定するとよい。図４に示すように、第一シールド層３１を構成する素線３１１の巻き付け角度θ１は、導体部１０の中心軸に対しての傾きが、４．０度以上８．５度以下にするとよい。第二シールド層３２を構成する素線３２１の巻き付け角度θ２は、導体部１０の中心軸に対しての傾きが４．５度以上１０．０度以下にするとよい。θ１が４．０度以下、θ２が４．５度以下であるような平行に近い巻回角度であると、素線３１１、３２１を螺旋状に巻回するのが製造上困難であるからである。また、θ１が８．５度以上、θ２が１０度以上とすると、高周波域でのシールド性能が低下してしまうからである。なお、第一シールド層３１と第二シールド層３２の巻回ピッチを揃え、シールド性能を高めるため、θ１とθ２の差の絶対値は、２．０度以下、より好ましくは１．０度以下であるとよい。

第一シールド層３１を構成する複数の素線３１１、および、第二シールド層３２を構成する複数の素線３２１は、捕捉されたノイズをスムーズにアースに導くため、導電性に優れる金属材料で構成されるのが一般的である。その金属材料としては、例えば銅や銅合金が挙げられる。本実施形態では、外側に位置する第二シールド層３２を構成する複数の素線３２１の全てが、このような一般的な金属材料（金属素線３２１ｂ）のみで構成されているのに対し、内側に位置する第一シールド層３１を構成する複数の素線３１１の一部が、金属素線よりも高強度の補強素線３１１ａで構成されている（その他は一般的な金属材料で形成された通常の金属素線３１１ｂである）。換言すれば、本実施形態にかかるシールド電線１は、第一シールド層３１を構成する金属素線３１１ｂの一部が、補強素線３１１ａに置換されてなるものである。

補強素線３１１ａを構成する材料としては、炭素繊維が好適である。具体的には、炭素繊維が撚り合わされて、金属素線３１１ｂ、３２１ｂと略同一の径に形成された糸状のものが適用できる。炭素繊維は、細くとも、高い引張強度、耐屈曲性等、優れた機械的特性を有する。そのため、炭素繊維は、シールド層３０を構成する金属素線３１１ｂ、３２１ｂと略同一の径に形成された細いものであっても、絶縁電線１の強度を大きく向上させることができる点で補強材３０として有用である。また、炭素繊維は、金属素線３１１ｂ、３２１ｂには劣るものの導電線を有する材料であるため、シールド性能の低下が抑制される。

さらに、かかるシールド電線１は、図３に示したような端子９０との接続の面において、次のような利点がある。つまり、バレル部９２がシールド層３０にかしめられたシールド電線１と端子９０との組立体（本発明の一実施形態にかかるシールド電線と端子との組立体２）は、次のような点で優れる。第一に、導電性に乏しい補強素線３１１ａは内側の第一シールド層３１に配され、外側に形成される第二シールド層３２は全て導電性に富む金属素線３２１ｂによって構成されているため、シールド層３０の外側からかしめられるバレル部９２（端子９０）との間の電気抵抗の増加が抑制できる。第二に、本実施形態では、シールド層３０に炭素繊維が配された構成であって、バレル部９２によってかしめられる側の強度が高いため、シールド電線１と端子９０との高い接続強度が得られる（端子把持力が大きい）。

なお、図３に示したシールド電線１と端子９０との組立体２の構成は例示である。端子９０が、シールド層３０（第二シールド層３２）の外周に圧着される構成であればよい。例えば、図示したいわゆるオープンバレルタイプのバレル部９２ではなく、いわゆるクローズドバレルタイプ（バレルが筒状）のバレル部を有する端子であってもよい。

このような補強素線３１１ａは、電線の強度を周方向に均等なものとするため、電線の周方向に等間隔に配したほうがよい。また、第一シールド層３０における好適な補強素線３１１ａの割合（断面積の割合）は、１０％以上４０％以下である。これにより、電線強度およびシールド性能に優れた（電線強度およびシールド性能のバランスのとれた）シールド電線１が得られる。

補強素線３１１ａを構成する材料としては、上述したシールド性能の低下の抑制、良好な端子把持力の確保の観点から、細くても機械的強度が高く、かつ、導電性を有するものであれば、炭素繊維以外のものを適用することができる。例えば、アラミド繊維などの高強度ポリマー繊維の表面を導電性の金属でメッキした、いわゆる「メッキ繊維」などを適用してもよい。具体的には、導電性を有し、十分な電線強度が確保できる引張強度が３０００ＭＰａ以上である高強度繊維であればよい。

以上説明したように、本実施形態にかかるシールド電線１によれば、電線のシールド性能の低下を回避しつつ、従来の電線よりも強度を向上させることができる。特に、従来の手法では強度確保が困難である細径の電線、具体的には断面積が０．０１ｍｍ^２ 以上０．０５ｍｍ^２ 以下の細径の電線に有効である。したがって、本発明は、自動車用の電線等、電線の軽量化や電線の配索スペースの狭小化が求められる分野において好適に利用することができる。

以下、具体的な実施例で本発明を検証する。

本発明にかかる実施例として、次のようなシールド電線を作製した。実施例にかかるシールド電線における導体部と被覆部とからなるコアの径は、０．８ｍｍであり、外皮の厚みは、０．３ｍｍである。コアと外皮の間に形成されたシールド層の厚みは０．１６ｍｍ（第一シールド層の厚み０．０８ｍｍと第二シールド層の厚み０．０８ｍｍの和）である。第一シールド層の一部および第二シールド層を構成する金属素線としては直径０．０８ｍｍの軟銅素線を用いた。また、第一シールド層の一部を構成する補強素線としては、直径０．０８ｍｍ相当の炭素繊維を用いた。第一シールド層において、炭素繊維は約３２ ％の割合（軟銅素線二本に炭素繊維一本の割合）で用いた。

一方、比較例１、２として、実施例１と同一のコア、外皮を有し、以下のようなシールド層を有するものを作製した。比較例１は、シールド層を構成する素線の全て（第一シールド層および第二シールド層）に軟銅素線を用いた。シールド層の厚みは実施例１と同じ（０．１６ｍｍ）である。比較例２は、シールド層を構成する素線の全て（第一シールド層および第二シールド層）に、素線が３ｗｔ％の錫を含む銅合金硬質材を用いた。シールド層の厚みは実施例１、比較例１と同じ（０．１６ｍｍ）である。

これら実施例、比較例１、２にかかるシールド電線の引張強度（Ｎ）、シールド層の導体抵抗（ｍΩ／ｍ）の比較を表１に示す。

上記表１から、実施例にかかるシールド電線は、シールド層を構成する素線の全てに軟銅素線を用いた比較例１にかかるシールド電線とを比較すると、引張強度が大きく向上するのが分かる。このように、本実施例によれば、例えば自動車用電線として十分な強度を確保することができる。

また、実施例にかかるシールド電線は、比較例２にかかるシールド電線よりも引張強度が高く、かつ、シールド層抵抗が小さい。これは、比較例２が、引張強度が高いが、導電性が銅（軟銅）よりも低い銅合金を素線に用いたシールド層を備えるためである。つまり、比較例２のように銅合金を素線に用いると、引張強度とシールド性能を十分に確保することができない。一方、実施例にかかるシールド電線は、高いシールド性能および高い引張強度を有し、シールド電線としての総合的な特性に優れるものであることが分かる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

シールド電線 １
導体部 １０
被覆部 ２０
シールド層 ３０
第一シールド層 ３１
補強素線 ３１１ａ
金属素線 ３１１ｂ
第二シールド層 ３２
金属素線 ３２１ｂ
外皮 ４０
端子 ９０

Claims (5)

1. 導体である導体部と、
   前記導体部の外周を覆う絶縁体である被覆部と、
   前記被覆部の外周に形成されたシールド層と、
   前記シールド層の外周を覆う絶縁体である外皮と、
   を備えたシールド電線であって、
   前記シールド層は、前記被覆部の外周面に密着して複数の素線が螺旋状に巻回されて形成された第一シールド層と、前記第一シールド層の外周面に密着して複数の素線が前記第一シールド層を構成する素線とは反対の螺旋状に巻回されて形成された第二シールド層と、を有し、
   前記第一シールド層は、金属材料からなる金属素線、および、この金属素線よりも高強度の補強素線から構成され、前記第二シールド層は、金属材料からなる金属素線から構成されていることを特徴とするシールド電線。
2. 前記補強素線は、導電性を有する引張強度３０００ＭＰａ以上の高強度繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のシールド電線。
3. 前記第一シールド層全体に占める前記補強素線の割合が１０％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のシールド電線。
4. 前記導体部の断面積が、０．０１ｍｍ^２ 以上０．０５ｍｍ^２ 以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド電線。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のシールド電線の前記外皮が、電線端部から所定長さ剥離され、露出した前記シールド層に端子が圧着されていることを特徴とするシールド電線と端子の組立体。
   

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