JP4569300B2 - ケーブルハーネス - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の屈曲、捻回を伴なう配線部分に用いるのに適したケーブルハーネスに関する。

近年、ノートパソコン、携帯電話、小型ビデオカメラ等の普及で、これら情報通信機器の小型・軽量化に加えて、データの高速伝送、高密度化が求められている。そして、これらの通信機器においては、通常、液晶表示部は折りたたみ可能な構造とされていて、このため、機器本体部と表示部との間の電気接続は、屈曲、捻回等を伴う配線構造とされている。また、一般に、信号線から放射される電磁波によって、回路間に電磁干渉（ＥＭＩ）が生じるのを抑制することが必要とされる。

これに対応するために、機器内の回路実装や配線に折り曲げ可能なフレキシブル基板（ＦＰＣ）が用いられている。しかし、従来の折りたたみ式に加えて、最近では開閉＋捻回タイプの機器が登場し、総じてＦＰＣの配線長が長くなり、グランド電位を最小化するのが困難となっている。ＦＰＣを用いた回路配線では、一般に低抵抗のグランド導体の確保とＥＭＩ対策として、ＦＰＣの一方の面側のほぼ全面をグランド導体層とするベタグランド構造のものが知られているが、回動曲げ部分での屈曲性が悪く割れが生じ断線することがある。

このため、回動曲げ部分のグランド導体部にスリットを入れたり、信号導体とグランド導体を千鳥状に交互に配列して、グランド導体面績を削減して屈曲性を確保することが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、屈曲性を改善するため、ベタグランド導体を削減したりすると、グランド導体の抵抗値が増加してグランド電位が上がり、また、信号のインピーダンス不整合やＥＭＩ特性が悪化する等の問題があり、ＦＰＣを用いた配線方式では満足できる有効な解決手段が得られていない。

上記のＦＰＣを用いた回動曲げ部分の配線に対し、ロボット等の繰り返し屈曲が加えられる部分に耐屈曲性シールドケーブルを用いることも知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示の耐屈曲性シールドケーブルは、シールド層を有する対電線を複数本撚ってケーブル芯とし、その外周を押え巻きし、さらにその外側にシールド層を設け、最外層を外被で覆って構成されている。そして、対電線のシールド層、ケーブル芯のシールド層のいずれも、銅箔糸を用いて横巻又は編組構造で形成することができるとされている。
特開２００４−８８０２０号公報 実開平５−３８７１２号公報

回動曲げ部分の電気配線にＦＰＣを用いるのに対し、最近は、携帯電話のような折りたたみ機器の開閉・捻回を伴う部分に、極細の同軸線を複数本束ねたケーブルハーネスを用いた配線方式が採用されるようになっている。このケーブルハーネスを用いる配線方式において、屈曲・捻回性能については一応の確保ができ、また、同軸線の使用によりインピーダンス整合とＥＭＩに対しても問題なしとされている。しかし、使用される同軸線は、通常、外径１ｍｍ以下の極細線であるため、外部導体の抵抗値が比較的大きく、配線長が長くなるとグランド部に電位差が生じるという問題がある。

そこで、同軸線の外部導体の低抵抗化を図るために、同軸線の外部導体サイズを太くしたり２重構造にしたりすると、屈曲・捻回性能が悪くなる。そこで、束ねられた同軸線の外周に、複数本の導電体素線（銅線）を横巻又は編組銅線で覆って平行に沿わせ、同軸線の外部導体に並列に低抵抗の導体路を設けることを試みた。しかし、グランド電位の改善は図れるが、屈曲・捻回によって編組導体路を形成する銅線同士が互いに擦れ合って破断が生じるなどの問題があり、依然として機械的特性に対して満足できる結果が得られていない。

この他、複数本の導電体素線同士を綾織して可撓性を持たせたテープ状導体（例えば、接地線に使用）や、特許文献２に示すような編組銅箔糸を用いて一括シールドする場合のシールド層についても、度重なる屈曲、捻回に対しては同様な問題が想定される。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、屈曲、捻回性能を低下させることなく断線発生を低減できる機械的特性が改善されたケーブルハーネスの提供を課題とする。

本発明によるケーブルハーネスは、複数本の電線を束ねた電線群が、複数本の銅箔糸を並列に並べて縦糸としプラスチックの繊維糸を横糸として平織したテープ状導電体の横巻により覆われていることを特徴とする。電線群の電線には、絶縁線、又は内部導体と絶縁体と外部導体からなる同軸線が用いられる。また、同軸線を用いた場合には、同軸線の外部導体が一箇所以上の部位でテープ状導電体と電気的に接続される。

本発明によれば、テープ状の導電体を構成する複数の導電体素線間に僅かな隙間が存在することで、屈曲・捻回による導電体素線同士が擦れ合うことが低減され、断線事故の発生を少なくすることができ、耐久性のあるシールド導体を備えたものとすることができる。また、巻き付けられたテープ状導電体と束ねられた同軸線の外部導体とを所望の部位で電気的に接続することで、同軸線のグランド電位差を軽減することができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるテープ状導電体の概略を説明する図である。図中、１はテープ状導電体、２は導電体素線、２’は銅箔糸、３は繊維糸、３ａは絡め糸、４は銅箔テープ、５は高抗張力繊維糸を示す。

本発明によるテープ状導電体１は、図１（Ａ）に示すように、複数本の導電体素線２を並列に並べてこれを縦糸とし、プラスチックの繊維糸３を横糸とし、縦糸と横糸が一本毎に交叉する平織り構造で、テープ状に編み込んで形成される。

横糸の繊維糸３として、５０デニールのポリエステル糸をピッチ１.５ｍｍ〜２.５ｍｍで平織りする。なお、繊維糸３は、並列に並べられた導電体素線２の何れか一方の端で、絡め糸３ａを用いて絡め固定し、繊維糸３が途中で切断されても解けたり緩んだりしないようにしている。

導電体素線２としては、銅箔糸２’を用いることができる。この銅箔糸２’は、図１（Ｂ）に示すように、一般にポリエステル糸等の高抗張力繊維糸５に、丸線を圧延して作製した平角線状の銅箔テープ４をラップ巻きして形成され、銅箔材料としては錫合金銅あるいは普通銅が用いられる。この銅箔糸２’は、一般には、イヤホーン、ヘッドホーンや電話機のカールコード等に用いられ、屈曲強度や柔軟性に優れた導電体素線として知られているものである。本発明においては、例えば、外径０.１１ｍｍ程度の９０本の銅箔糸２’をピッチ０.１３ｍｍで並列に並べて縦糸とし、５０デニールのポリエステル糸を横糸としてピッチ１.５ｍｍ〜２.５ｍｍで平織りする。

上述したようなテープ状導電体１は、極細の複数本の電線を束ねた電線群の外周に巻付けてシールド導体とし、屈曲、捻回を伴うような部所に用いることができる。この場合、可撓導電体を構成する複数の導電体素線間に僅かな隙間が存在することで、屈曲・捻回による導電体素線同士が擦れ合うことが低減され、断線事故の発生を少なくすることができる。なお、縦糸となる複数本の銅箔糸２’のうちの少なくとも１本を、アラミド繊維等の抗張力繊維糸で置き換えてもよい。この場合、導電抵抗は多少高くなるが、高張力のテープ状導電体とすることができる。

図２は、図１で説明したようなテープ状導電体を用いてシールド導体を形成したケーブルハーネスの概略を示す図である。図中、１はテープ状導電体、６ａは絶縁線、６ｂは同軸線、７は電線群、７ａは中間部、７ｂは端部、８は押えテープ、９は保護テープ、１０ａ，１０ｂは電気コネクタ、１１はシールド導体、１１ａはシールド端末、１２は内部導体、１３は絶縁体、１４は外部導体、１５は外被を示す。

本発明によるケーブルハーネスは、図２（Ａ）に示すように、複数本の絶縁線６ａ又は同軸線６ｂ、或いは絶縁線６ａと同軸線６ｂを複合させた状態で束ねてなる電線群７の両端部７ｂに、電気コネクタ１０ａ，１０ｂを接続し、中間部７ａを押えテープ８で丸形状に束ねて構成される。電線群７の両端部７ｂは、絶縁線６ａ又は同軸線６ｂが平行一列に並ぶように揃えられて、電気コネクタ１０ａ，１０ｂの各端子に接続される。なお、電線群７の中間部７ａを束ねる押えテープ８は、絶縁線６ａ又は同軸線６ｂを結束できるものであればよい。

電線群７を束ねた押えテープ８の外周には、図１で説明したテープ状導電体１を横巻きで巻き付けてシールド導体１１とする。この場合、縦糸となる複数本の導電体素線２のうちの少なくとも１本を、アラミド繊維等の抗張力繊維糸で置き換えてもよい。その外側に保護テープ９を巻き付け、シールド導体１１が外力で損傷を受けるのを防止し、また、機器組立時での取扱い性がよくなるように保護する。この場合のテープ状導電体１の導電体素線２としては、図１で説明したように銅箔糸２’を用いることができる。シールド導体１１のシールド端末１１ａは、撚るなどして一括し、電気コネクタ１０ａ，１０ｂのグランド電位部分に接続するか、或いは、別途用意するグランド端子（図示省略）を接続して、機器内に設けたグランド端子部分に接続する。

図２（Ｂ）は、電線群７を構成する絶縁線６ａの一例を示し、内部導体１２の外側を絶縁体１３で被覆した形状のものである。内部導体１２は、外径０.０５〜０.１ｍｍ程度の銅合金線からなる単線、又は、外径０.０２５ｍｍ程度の銅合金線を図示のように７本撚りした撚り線で形成される。絶縁体１３は、例えば、フッ素樹脂系のＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を、厚さ０.０２ｍｍ〜０.０６ｍｍ程度に押出し被覆し、又はテープ巻きして形成される。この絶縁線６ａを複数本、又は対電線としたものを複数本束ねて、図２（Ａ）に示すように、両端に電気コネクタ１０ａ，１０ｂを接続し、テープ状導電体１をピッチ５ｍｍ〜１５ｍｍ程度で横巻きで巻き付けてシールド導体１１とし、ケーブルハーネスとする。

図２（Ｃ）は、電線群７を構成する同軸線６ｂの一例を示し、内部導体１２の外側を絶縁体１３で被覆し、その外側に外部導体１４を同軸状に配して外被１５で覆った形状のものである。内部導体１２及び絶縁体１３は、例えば、図２（Ｂ）の絶縁線６ａと同じように形成し、絶縁体１３の外側に、外径０.０３ｍｍ程度の銅合金線を編組、又は横巻きで巻き付けて外部導体１４とし、外被１５を厚さ０.００４ｍｍ程度のポリエステルテープを２枚重ねで巻き付けて形成する。この同軸線６ｂを複数本束ねて、図２（Ａ）に示すように、両端に電気コネクタ１０ａ，１０ｂを接続し、テープ状導電体１をピッチ５ｍｍ〜１５ｍｍ程度で横巻きで巻き付けてシールド導体１１とし、ケーブルハーネスとする。

図３は、電線群７として図２（Ｃ）の同軸線６ｂを束ねたケーブルハーネスの他の実施形態を示す図で、図３（Ａ）は電線群の両端部に電気コネクタを接続する状態を示し、図３（Ｂ）は電線群の中間部にテープ状導電体を巻き付けて保護テープで保護した状態を示す図である。図中、１６は同軸線の外部導体露出部を示し、その他の符号は、図１〜図２で説明したのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

この実施形態は、電線群７の中間部７ａの任意或いは所望の部位で同軸線６ｂの外部導体とシールド導体１１と電気的に接続して、同軸線外部導体のグランド電位差の最小限化（軽減化）と低抵抗接地を行なうようにしたものである。この他、電線群７の端部７ｂは、図２のようにＬ字状に折り曲げることなく、当初の電気コネクタの取付け状態のままで、電線群の端部７ｂを扇状に狭めて中間部７ａを結束させている例で示してある。なお、この形状でハーネス長が短い場合は、同軸線６ｂの長さを中央部と端側で異ならせる考慮が必要となるが、ハーネス長が長い場合は、端部の扇状の変位部で吸収調整することができる。

この実施形態では、図３（Ａ）に示すように、電線群７の中間部７ａで、長手方向の所望の部位（一箇所以上）の同軸線６ｂの外被を切り開いて外部導体１４を露出させておく。外部導体露出部１６は、電線群７が束ねられた際に互いに電気的に接続一体化されるような処理（例えば、導電塗料の付与、可撓導体で括る等）をしておくことができる。なお、電気コネクタ１０ａ，１０ｂ（又はプリント回路基板）の接続は、外部導体露出部１６が形成された後であっても前であってもよい。

続いて、図３（Ｂ）に示すように、束ねられた電線群７の中間部７ａに、図１で説明したテープ状導電体１を横巻きで巻き付けてシールド導体１１とする。テープ状導電体１の端部は、撚り線状に一括してシールド端末１１ａとし、電気コネクタ１０ａ，１０ｂのグランド電位部分に接続するか、或いは、別途用意するグランド端子（図示省略）を接続して、機器内に設けたグランド端子部分に接続する。

この場合、電線群７は押えテープで束ねることなく、テープ状導電体１を電線群７上に直接巻き付けて束ねる。これによって形成されたシールド導体１１は、所定の部位に形成された外部導体露出部１６で、露出状態にある同軸線６ｂの外部導体１４と電気的に接続される。なお、電気的接続を確実にするために、導電塗料、半田、導電バンド等の手段を補助的に用いてもよい。この後、図２（Ａ）の場合と同様に、シールド導体１１の外面に保護テープ９を巻き付け、シールド導体１１を損傷から保護する。

シールド導体１１のシールド端末１１ａがグランドに接続されることで、シールド導体１１は、同軸線６ｂの外部導体に対して並列接続されたグランド導体となる。同軸線６ｂの外部導体のそれぞれが、両端の電気コネクタ１０ａ，１０ｂで接地接続されてグランド電位にされるとしても、電気コネクタ１０ａと１０ｂ間のハーネス長が長いと、その中間部位と電気コネクタ１０ａ，１０ｂとの間でグランド電位に差が生じることがある。しかし、上記のように、同軸線６ｂの外部導体が一括して所望の部位でシールド導体１１に電気接続されてグランド電位とされることにより、前記のようなグランド電位差を軽減することができる。

また、図２又は図３に示すようなケーブルハーネスを製造する場合、従来は、電線群の周りに一括してシールド導体を形成するのに、複数本のシールド用の導電体素線を数本単位で編組するか、横巻きしている。このため、製造的には導電体素線数に対応する数の導電体素線数の繰り出しを必要とし、製造に手間を要すると共に精度の高い巻き付けは難しかった。また、屈曲、捻回を伴う部分に使用すると、隣り合う導電体素線同士が互いに擦り合って、断線しやすく使用寿命が短かった。

しかし、本発明のケーブルハーネスは、予め複数本の導電体素線を並列に並べてテープ状にしたテープ状導電体を電線群の周りに所定のピッチで巻き付けるだけで、シールド導体１１を簡単に形成することができる。このテープ状導電体は、図１に示したように複数本の導電体素線を縦糸とし、ポリエステル糸などのプラスチック糸を横糸として平織りするだけで、比較的安易に形成することができる。各導電体素線は、横糸のプラスチック糸で互いに分離されているので、屈曲、捻回を伴う部分に使用しても、互いに隣り合う導電体素線同士の擦り合いが起こらず、断線発生が大幅に軽減され使用寿命を長くすることが可能となった。

なお、４０本の同軸線を発泡四フッ化エチレン樹脂製テープで束ね、その外周に導電体素線に銅箔糸を用いた本発明によるテープ状導電体を巻き付けたケーブルハーネスを、長さ１００ｍｍ間で把持し、±１８０°の捻回（１往復で１回）を１５０，０００回行なったところ、シールド導線の巻付け状態で多少の脹らみが生じたが銅箔糸に断線はなかった。また、導電体素線に軟銅線を用いた場合も、シールド導体の巻付け状態に乱れは生じたものの断線には至らなかった。これに対し、シールド導体を軟銅線の編組で形成し、同様に長さ１００ｍｍ間で把持し、±１８０°の捻回を１０，０００回行なった時点で、編組されている軟銅線がばらばらになり、断線も発生して所定の捻回特性を得ることができなかった。

本発明によるテープ状導電体の概略を説明する図である。 本発明によるケーブルハーネスの実施形態を説明する図である。 本発明によるケーブルハーネスの他の実施形態を説明する図である。

符号の説明

１…テープ状導電体、２…導電体素線、２’…銅箔糸、３…繊維糸、３ａ…絡め糸、４…銅箔テープ、５…高抗張力繊維糸、６ａ…絶縁線、６ｂ…同軸線、７…電線群、７ａ…中間部、７ｂ…端部、８…押えテープ、９…保護テープ、１０ａ，１０ｂ…電気コネクタ、１１…シールド導体、１１ａ…シールド端末、１２…内部導体、１３…絶縁体、１４…外部導体、１５…外被、１６…同軸線の外部導体露出部。

Claims (5)

1. 複数本の電線を束ねた電線群が、複数本の銅箔糸を並列に並べて縦糸としプラスチックの繊維糸を横糸として平織したテープ状導電体の横巻により覆われていることを特徴とするケーブルハーネス。
2. 前記複数本の導電体素線のうち、少なくとも1本を抗張力繊維糸としたことを特徴とする請求項１に記載のケーブルハーネス。
3. 前記電線群の電線が絶縁線であることを特徴とする請求項１又は２に記載のケーブルハーネス。
4. 前記電線群の電線が、内部導体、絶縁体、外部導体からなる同軸線であることを特徴とする請求項１又は２に記載のケーブルハーネス。
5. 複数本の前記同軸線の外部導体は、一箇所以上の部位で前記テープ状導電体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のケーブルハーネス。

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