JP2017188427A - 通信用シールド電線 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な大きさの特性インピーダンス値を確保しながら、細径化された通信用シールド電線を提供する。【解決手段】引張強さが４００ＭＰａ以上である導体１２と、該導体１２の外周を被覆する絶縁被覆１３と、からなる１対の絶縁電線１１，１１が撚り合わせられた対撚線１０と、対撚線１０の外周を包囲する導電性材料よりなるシールド２０と、を有し、特性インピーダンスが、１００±１０Ωの範囲にある通信用シールド電線１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、通信用シールド電線に関し、さらに詳しくは、自動車等において、高速通信に用いることができる通信用シールド電線に関するものである。

自動車等の分野において高速通信の需要が増している。高速通信に用いられる電線においては、特性インピーダンス等の伝送特性を厳しく管理する必要がある。例えば、イーサーネット通信に用いられる電線においては、特性インピーダンスが１００±１０Ωになるように管理する必要がある。

電線の特性インピーダンスは、導体径、絶縁被覆の種類や厚さ等、電線の具体的な構成に依存して定まる。例えば、特許文献１においては、導体と該導体を被覆する絶縁体とを備えた一対の絶縁線心を撚り合わせてなる対撚り線と、該対撚り線を被覆するシールド用の金属箔シールドと、該金属箔シールドに対して導通する接地用電線と、これら全体を被覆するシースとを備え、且つ特性インピーダンス値が１００±１０Ωとなるように構成した通信用シールド電線が開示されている。ここでは、絶縁線心として、導体径が０．５５ｍｍのものが用いられ、導体を被覆する絶縁体の厚さは、０．３５〜０．４５ｍｍとなっている。

特開２００５−３２５８３号公報

自動車等に用いる通信用電線においては、細径化に対する需要が大きい。この需要を満足するために、特性インピーダンス等の伝送特性を満たしながら、通信用シールド電線の細径化を図ることが必要となる。対撚線を有する通信用シールド電線を細径化する方法として、対撚線を構成する絶縁電線の絶縁被覆を薄くすることが考えられる。しかし、本発明者の試験によると、特許文献１に記載される通信用シールド電線において、絶縁体の厚さを０．３５ｍｍよりも小さくすると、特性インピーダンスが９０Ωよりも小さくなり、イーサーネット通信で求められる１００±１０Ωの範囲を外れてしまう。

本発明の課題は、必要な大きさの特性インピーダンス値を確保しながら、細径化された通信用シールド電線を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる通信用シールド電線は、引張強さが４００ＭＰａ以上である導体と、該導体の外周を被覆する絶縁被覆と、からなる１対の絶縁電線が撚り合わせられた対撚線と、前記対撚線の外周を包囲する導電性材料よりなるシールドと、を有し、特性インピーダンスが、１００±１０Ωの範囲にあるものである。

ここで、前記絶縁電線の導体断面積は、０．２２ｍｍ^２未満であるとよい。また、前記絶縁電線の絶縁被覆の厚さは、０．３５ｍｍ以下であるとよい。前記絶縁電線の外径は、１．１５ｍｍ以下であるとよい。前記絶縁電線の導体の破断伸びは、７％以上であるとよい。

前記シールドは、編組シールドよりなるとよい。あるいは、前記シールドは、金属箔シールドよりなり、前記通信用シールド電線は、前記シールドに包囲された領域に、前記シールドとの間に導通を有する導体線よりなる接地線をさらに有するとよい。

上記発明にかかる通信用シールド電線においては、対撚線を構成する絶縁電線の導体が４００ＭＰａ以上の高い引張強さを有しているため、電線として必要な強度を確保しながら、導体径を小さくすることができる。すると、対撚線を構成する２本の導体の間の距離が小さくなることにより、通信用シールド電線の特性インピーダンスを高くすることができる。その結果、通信用シールド電線の細径化のために絶縁電線の絶縁被覆を薄くしても、特性インピーダンスを、１００±１０Ωの範囲よりも小さくならないように、確保することが可能となる。

ここで、絶縁電線の導体断面積が、０．２２ｍｍ^２未満である場合には、対撚線を構成する２本の絶縁電線の間の距離が近くなることの効果によって、特性インピーダンスが高くなるので、必要な特性インピーダンスを維持しながら、絶縁被覆を薄くすることによる通信用シールド電線の細径化が行いやすくなる。また、導体の細さ自体も、通信用シールド電線の細径化に効果を有する。

また、絶縁電線の絶縁被覆の厚さが、０．３５ｍｍ以下である場合には、絶縁電線が十分に細径化されることで、通信用シールド電線全体が細径化されやすい。

絶縁電線の外径が、１．１５ｍｍ以下である場合にも、通信用シールド電線全体を細径化しやすい。

絶縁電線の導体の破断伸びが、７％以上である場合には、導体の耐衝撃性が高くなり、通信用シールド電線のワイヤーハーネスへの加工時や、ワイヤーハーネスの組み付け時等に導体に印加される衝撃に耐えやすくなる。

シールドが、編組シールドよりなる場合には、編組シールドを直接接地することができるので、接地線を設ける必要がない。よって、通信用シールド電線の構造が簡素になり、細径化しやすくなる。

シールドが、金属箔シールドよりなり、通信用シールド電線が、シールドに包囲された領域に、シールドとの間に導通を有する導体線よりなる接地線をさらに有する場合には、金属箔シールドの薄さにより、特に通信用シールド電線を細径化しやすくなる。

本発明の第一の実施形態にかかる通信用シールド電線を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態にかかる通信用シールド電線を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態にかかる通信用シールド電線について詳細に説明する。

［第一の実施形態］
図１に、本発明の第一の実施形態にかかる通信用シールド電線１の断面図を示す。

通信用シールド電線１は、１対の絶縁電線１１，１１を撚り合わせた対撚線１０を有している。各絶縁電線１１は、導体１２と、導体１２の外周を被覆する絶縁被覆１３を有している。そして、通信用シールド電線１は、対撚線１０の外周を包囲する導電性材料よりなるシールドとして、編組シールド２０を有する。さらに、通信用シールド電線１は、編組シールド２０の外周を被覆する絶縁材料よりなるシース３０を有している。

通信用シールド電線１は、１００±１０Ωの範囲の特性インピーダンスを有している。１００±１０Ωとの特性インピーダンスは、イーサーネット通信用の電線に求められる値である。通信用シールド電線１は、このような特性インピーダンスを有することで、自動車等において、高速通信用に好適に用いることができる。

対撚線１０を構成する絶縁電線１１の導体１２は、４００ＭＰａ以上の引張強さを有する金属線材よりなっている。具体的な金属線材として、後に説明するようなＦｅおよびＴｉを含有する銅合金線を例示することができる。導体１２の引張強さは、４４０ＭＰａ以上、さらには４８０ＭＰａ以上であれば、より好ましい。

導体１２が、４００ＭＰａ以上の引張強さを有していることで、細径化しても、電線として求められる引張強さを維持することができる。導体１２を細径化することで、対撚線１０を構成する２本の導体１２，１２の間の距離（導体１２，１２の中心を結ぶ距離）が近くなり、通信用シールド電線１の特性インピーダンスが大きくなる。例えば、導体断面積が、０．２２ｍｍ^２未満、さらには０．１５ｍｍ^２以下、０．１３ｍｍ^２以下となる程度まで、導体１２を細径化することができる。導体１２の外径としては、０．５０ｍｍ以下とすることができる。なお、導体１２を過度に細径化すると、強度の維持が困難になるとともに、通信用シールド電線１の特性インピーダンスが大きくなりすぎるので、導体断面積は、０．０８ｍｍ^２以上としておくことが好ましい。

導体１２が０．２２ｍｍ^２未満の小さな導体断面積を有する場合に、導体１２の外周を被覆する絶縁被覆１３の厚さを、例えば０．３５ｍｍ以下のように薄くしても、通信用シールド電線１において、１００±１０Ωの特性インピーダンスを確保しやすくなる。なお、従来一般の銅電線の場合には、引張強さが低いことにより、導体断面積を０．２２ｍｍ^２未満として用いることは困難である。

導体１２は、７％以上の破断伸びを有していることが好ましい。一般的に、引張強さの高い導体は、靱性が低く、急激に力が加わった際の耐衝撃性が低いことが多い。しかし、上記のように、４００ＭＰａ以上の高い引張強さを有する導体１２において、７％以上の破断伸びを有していれば、通信用シールド電線１からワイヤーハーネスを組み立てる工程、またそのワイヤーハーネスの組み付けの工程において、導体１２に対して衝撃が加えられても、導体１２が、高い耐衝撃性を発揮することができる。

導体１２は、単線よりなってもよいが、屈曲性を高める等の観点から、複数の素線が撚り合わせられた撚線よりなることが好ましい。この場合に、素線を撚り合わせた後に、圧縮成形を行い、圧縮撚線としてもよい。圧縮成形により、導体１２の外径を縮小することができる。

絶縁電線１１の絶縁被覆１３は、どのような絶縁性のポリマー材料よりなってもよい。特性インピーダンスとして所定の高い値を確保する観点から、絶縁被覆１３は、４．０以下の比誘電率を有することが好ましい。そのようなポリマー材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド等を挙げることができる。絶縁電線１１は、ポリマー材料に加え、適宜、難燃剤等の添加剤を含有してもよい。

通信用シールド電線１において、導体１２を細径化し、導体１２，１２間の接近によって特性インピーダンスを上昇させていることの効果により、所定の特性インピーダンスを確保するために必要な絶縁被覆１３の厚さを小さくすることができる。例えば、絶縁被覆１３の厚さを、０．３５ｍｍ以下、さらには０．３０ｍｍ以下、０．２５ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、絶縁被覆１３を薄くしすぎると、必要な特性インピーダンスを確保することが難しくなるので、絶縁被覆１３の厚さは、０．２０ｍｍ以上としておくことが好ましい。

導体１２の細径化および絶縁被覆１３の薄肉化により、絶縁電線１１全体が細径化される。例えば、絶縁電線１１の外径を、１．１５ｍｍ以下、さらには１．０５ｍｍ以下とすることができる。絶縁電線１１を細径化することで、通信用シールド電線１全体を細径化することができる。

編組シールド２０は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料、あるいはそれらの表面にめっきを施した材料よりなる細い金属素線を、編み込んで中空筒状に成形したものである。編組シールド２０は、対撚線１０に対して、外部からのノイズの侵入および外部へのノイズの放出を遮蔽する役割を果たす。編組シールド２０の構成（打数、持数、ピッチ等）は、所望されるシールド性に応じて適宜選択すればよい。

シース３０は、絶縁電線１１の絶縁被覆１３と同様、どのようなポリマー材料よりなってもよい。ポリマー材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド等を挙げることができる。シース３０は、ポリマー材料に加え、適宜、難燃剤等の添加剤を含有してもよい。シース３０は、編組シールド２０の保護や、対撚線の撚り構造の保持等を目的として設けられるものであるが、これらの点が特に問題にならない場合等には省略することができ、通信用シールド電線１に必ず設けなければならない訳ではない。

以上のように、本通信用シールド電線１においては、対撚線１０を構成する絶縁電線１１の導体１２が、４００ＭＰａ以上の引張強さを有していることにより、導体１２を細径化しても、自動車用電線として十分な強度を維持しやすくなっている。導体１２を細径化することで、対撚線１０を構成する２本の導体１２，１２の間の距離が近くなる。２本の導体１２，１２の間の距離が近くなると、通信用シールド電線１の特性インピーダンスが高くなる。対撚線１０を構成する絶縁電線１１の絶縁被覆１３の層が薄くなると、特性インピーダンスが小さくなるが、本通信用シールド電線１においては、導体１２，１２の細径化に伴う接近の効果により、絶縁被覆１３の厚さを、例えば０．３５ｍｍ以下のように小さくしても、通信用シールド電線１において、１００±１０Ωという特性インピーダンスを確保することが可能となっている。

絶縁電線１１の絶縁被覆１３を薄くすることで、通信用シールド電線１全体としての線径（仕上がり径）を細くすることができる。通信用シールド電線１が、所定の特性インピーダンス値を保ちながら、細径化されることで、通信用シールド電線１を、自動車内等、空間が限られた場所での高速通信の用途に、好適に用いることができる。

次に説明する第二の実施形態においては、導電性材料よりなるシールドとして、編組シールド２０ではなく、金属箔シールド４０を用いているが、本第一の実施形態のように、編組シールド２０を用いる場合の方が、シールドの厚さが大きくなりがちである。しかし、編組シールド２０は、伸縮性を有しており、接地を直接行うことができるのに対し、金属箔シールド４０を用いる場合には、直接の接地が行えず、接地線５０を設ける必要がある。編組シールド２０を用いる場合には、接地線５０を設ける必要がないので、通信用シールド電線１全体が簡素なものとなり、その簡素性の効果により、通信用シールド電線１全体としての細径化を図ることができる。

［第二の実施形態］
図２に、本発明の第二の実施形態にかかる通信用シールド電線２の断面図を示す。

第二の実施形態にかかる通信用シールド電線２は、上記第一の実施形態にかかる通信用シールド電線１の編組シールド２０の代わりに、金属箔シールド４０をシールドとして有している。また、金属箔シールド４０に包囲された領域の中に、対撚線１０に加えて、接地線５０が設けられている。それ以外の構成は、第一の実施形態にかかる通信用シールド電線１と同様であり、説明を省略する。

金属箔シールド４０は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等よりなる箔状体であり、対撚線１０および接地線５０の外周をまとめて包囲している。金属箔シールド４０の厚さは、所望されるシールド性に応じて適宜選択すればよい。

接地線５０は、導体線よりなっており、１対の絶縁電線１１，１１とともに対撚線１０中に撚り合わせられている。あるいは、対撚線１０と並走されもよい。接地線５０を構成する材料としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、もしくはこれらの金属にスズ等のめっきが施された線材を例示することができる。接地線５０は、単線よりなってもよいが、強度を確保する等の観点から、素線を複数撚り合わせた撚線よりなることが好ましい。

接地線５０は、金属箔シールド４０と接触しており、金属箔シールド４０との間に導通を有している。これにより、通信用シールド電線２を使用する際に、接地線５０を用いて接地を行うことで、金属箔シールド４０を接地することができる。

金属箔シールド４０は、第一の実施形態にかかる通信用シールド電線１に用いられている編組シールド２０よりも薄く、また対撚線１０に密着させることができるので、金属箔シールド４０を使用することで、編組シールド２０を用いる場合よりも、通信用シールド電線２全体の細径化を達成しやすくなる。また、金属箔シールド４０は、編組シールド２０よりも安価に利用できる。

［導体の材料］
ここで、上記第一の実施形態および第二の実施形態にかかる通信用シールド電線１，２において、絶縁電線１１の導体１２の具体例となる銅合金線について説明する。

ここで挙げる銅合金線は、以下のような成分組成を有している。
・Ｆｅ：０．０５質量％以上、２．０質量％以下
・Ｔｉ：０．０２質量％以上、１．０質量％以下
・Ｍｇ：０質量％以上、０．６質量％以下（Ｍｇが含有されない形態も含む）
・残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなる。

上記組成を有する銅合金線は、非常に高い引張強さを有している。中でも、Ｆｅの含有量が０．８質量％以上である場合、またＴｉの含有量が０．２質量％以上である場合に、特に高い引張強さを達成することができる。特に、伸線加工度を高め、線径を細くすることや、伸線後に熱処理を行うことで、引張強さを高めることができ、４００ＭＰａ以上の引張強さを有する導体１１を得ることができる。

以下に本発明の実施例を示す。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。

［試料の作製］
（１）導体の作製
まず、各実施例において絶縁電線を構成する導体を作製した。つまり、純度９９．９９％以上の電気銅と、ＦｅおよびＴｉの各元素を含有する母合金を、高純度カーボン製坩堝に投入して、真空溶解させ、混合溶湯を作成した。ここで、混合溶湯において、Ｆｅが１．０質量％、Ｔｉが０．４質量％含まれるようにした。得られた混合溶湯に対して、連続鋳造を行い、φ１２．５ｍｍの鋳造材を製造した。得られた鋳造材に対して、φ８ｍｍまで、押出し加工、圧延を行い、その後、φ０．１６５ｍｍまで伸線を行った。得られた素線を７本用い、撚りピッチ１４ｍｍにて、撚線加工を行うとともに、圧縮成形を行った。その後、熱処理を行った。熱処理条件は、熱処理温度５００℃、保持時間８時間とした。得られた導体は、導体断面積が０．１３ｍｍ^２、外径が０．４５ｍｍとなった。

このようにして得られた銅合金線に対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に従って、引張強さおよび破断伸びを評価した。この際、評点間距離を２５０ｍｍとし、引張速度を５０ｍｍ／ｍｉｎとした。評価の結果、引張強さは４９０ＭＰａであり、破断伸びは８％であった。

各比較例においては、導体として、従来一般の純銅製の撚線を用いた。上記と同様に評価した引張強さおよび破断伸び、そして導体断面積、外径は、表１，２に示している。なお、ここで採用している導体断面積および外径は、電線として用いることができる純銅線において、強度上の制約によって規定される実質的な下限とみなされるものである。

（２）絶縁電線の作製
上記で作製した銅合金線および純銅線の外周に、ポリエチレンの押出しにより、絶縁被覆を形成し、絶縁電線を作製した。各実施例および比較例における絶縁被覆の厚さは、表１，２に示したとおりとした。

（３）編組シールドを有する通信用シールド電線の作製
実施例Ａ１〜Ａ４および比較例Ａ１，Ａ２においては、上記で作製した絶縁電線２本を、撚りピッチ２５ｍｍにて撚り合わせて、対撚線とした。そして、その対撚線の外周を囲むように、編組シールドを配置した。編組シールドの作製においては、φ０．１２ｍｍのスズめっき軟銅線（０．１２ＴＡ）を用い、打数、持数、ピッチを、表１に示すように選択した。さらに、編組シールドの外周に、ポリエチレンの押出しにより、シースを形成した。シースの厚さは、０．４ｍｍとした。このようにして、実施例Ａ１〜Ａ４および比較例Ａ１，Ａ２にかかる通信用シールド電線を得た。

（４）金属箔シールドを有する通信用シールド電線の作製
実施例Ｂ１〜Ｂ４および比較例Ｂ１，Ｂ２においては、接地線として、φ０．１８ｍｍのスズめっき銅素線９本を撚り合わせた導体線を準備した。そして、上記で作製した絶縁電線２本と、接地線１本とを、撚りピッチ２５ｍｍにて撚り合わせて、対撚線とした。そして、その対撚線の外周を囲むように、金属箔シールドで包んだ。金属箔シールドとしては、厚さ０．０５ｍｍのアルミニウム箔シールドを用いた。さらに、金属箔シールドの外周に、ポリエチレンの押出しにより、シースを形成した。シースの厚さは、０．４ｍｍとした。このようにして、実施例Ｂ１〜Ｂ４および比較例Ｂ１，Ｂ２にかかる通信用シールド電線を得た。

［評価］
（仕上がり外径）
通信用シールド電線の細径化が達成できているかどうかを評価するため、得られた通信用シールド電線の外径を計測した。

（特性インピーダンス）
得られた通信用シールド電線に対して、特性インピーダンスを計測した。計測は、ＬＣＲメータを用い、オープン／ショート法によって行った。

［結果］
編組シールドを有する通信用シールド電線に関する実施例Ａ１〜Ａ４および比較例Ａ１，Ａ２について、電線の構成および評価結果を表１に示す。また、金属箔シールドを有する通信用シールド電線に関する実施例Ｂ１〜Ｂ４および比較例Ｂ１，Ｂ２について、電線の構成および評価結果を表２に示す。

表１に示した編組シールドを用いた場合の結果を見ると、導体として銅合金線を用い、導体断面積を０．２２ｍｍ^２よりも小さくしている実施例Ａ１，Ａ２を、導体として純銅線を用い、導体断面積を０．２２ｍｍ^２としている比較例Ａ１，Ａ２とそれぞれ比較すると、絶縁被膜の厚さが同じであるにもかかわらず、実施例Ａ１，Ａ２の場合の方が特性インピーダンスの値が大きくなっている。実施例Ａ１，Ａ２ではイーサーネット通信で求められる１００±１０Ωの範囲に入っているのに対し、比較例Ａ１，Ａ２では１００±１０Ωの範囲を外れて低くなっている。実施例Ａ３，Ａ４で、さらに絶縁被覆を薄くしても、特性インピーダンスは、１００±１０Ωの範囲を維持している。

上記の特性インピーダンスの挙動は、導体として銅合金線を用いる場合に、純銅線を用いる場合よりも導体を細径化できており、導体間の距離が近づいていることの結果であると解釈される。その結果として、銅合金線を用いる場合に、１００±１０Ωの特性インピーダンスを維持しながら、絶縁被覆の厚さを０．３５ｍｍ以下とすることができ、最も薄い場合には、０．２０ｍｍにすることが可能となっている。このように、絶縁被覆を薄くすることで、導体を細径化すること自体の効果と合わせて、通信用シールド電線の仕上がり外径を小さくすることができている。

表２に示した金属箔シールドを用いる場合についても、実施例Ｂ１〜Ｂ４と比較例Ｂ１，Ｂ２の結果を比較すると、上記の編組シールドを用いた場合において、実施例Ａ１〜Ａ４と比較例Ａ１，Ａ２との比較において得られたのと、同様の傾向が得られている。金属箔シールドを用いている場合の方で、わずかに仕上がり外径が小さくなっているのは、編組シールドに比べて、金属箔シールドの方が薄く、対撚線に密着できることによる。

ここで、導体として銅合金線を用いている実施例Ｂ４と、純銅線を用いている比較例Ｂ１とで、同じ値の特性インピーダンスが得られている。両者の仕上がり外径を比較すると、銅合金線を用いている実施例Ｂ４の方が、導体の細線化を達成できていることにより、通信用シールド電線の仕上がり外径が約２４％小さくなっている。

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。

１，２ 通信用シールド電線
１０ 対撚線
１１ 絶縁電線
１２ 導体
１３ 絶縁被覆
２０ 編組シールド
３０ シース
４０ 金属箔シールド
５０ 接地線

Claims (7)

1. 引張強さが４００ＭＰａ以上である導体と、該導体の外周を被覆する絶縁被覆と、からなる１対の絶縁電線が撚り合わせられた対撚線と、
   前記対撚線の外周を包囲する導電性材料よりなるシールドと、を有し、
   特性インピーダンスが、１００±１０Ωの範囲にあることを特徴とする通信用シールド電線。
2. 前記絶縁電線の導体断面積は、０．２２ｍｍ^２未満であることを特徴とする請求項１に記載の通信用シールド電線。
3. 前記絶縁電線の絶縁被覆の厚さは、０．３５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の通信用シールド電線。
4. 前記絶縁電線の外径は、１．１５ｍｍ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１項に記載の通信用シールド電線。
5. 前記絶縁電線の導体の破断伸びは、７％以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信用シールド電線。
6. 前記シールドは、編組シールドよりなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の通信用シールド電線。
7. 前記シールドは、金属箔シールドよりなり、
   前記通信用シールド電線は、前記シールドに包囲された領域に、前記シールドとの間に導通を有する導体線よりなる接地線をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の通信用シールド電線。

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