自 動 車

車載用貫通グロメットの開発におけるC A E の活用
田中下道太田有浩紀・松＊嶋圭吾・小林良

尚勝・宮島光治・谷川英己司

Practical Use of Computer-Aided Engineering in the Development of Automotive Rubber Grommets ─ by Yuki
Tanaka, Keigo Matsushima, Yoshinao Kobayashi, Masaru Shitamichi, Koji Miyajima, Hidemi Tanigawa and Koji Oota
─ Sumitomo Wiring Systems, Ltd. designs and develops rubber grommets used for the protection and sealing ofautomotive wiring harnesses. These grommets are required to have good sealing properties, reduce the insertionforce, and increase the removing force. To evaluate the insertion and removing forces, we use computer-aidedengineering (CAE), in which the calculation results conform to the experimental results by reflecting the frictional
force and material properties. We can also evaluate the change of the forces according to the surface roughness ofgrommets by CAE. For the sealing properties, we investigate flood routes and the relations between water quantity,pressure, and leaks. This paper reports on the results.
Keywords: wiring harness, grommet, frictional force, sealing, insertion force, removing force, CAE

1.

緒言

近年、自動車の高機能化が進み、エアバッグ等の重要回の屈曲耐久性（繰り返し屈曲された時の断線寿命予測）及路も増加し、当社（住友電装㈱）の主力製品であるワイび部材の振動解析に CAE を活用しており、さらなる適用分の信頼性の要求が高まってきている。ワイ野の拡大を進めている。保護材のひとつであるグロメット

ヤーハーネスとは、自動車に搭載された電装品に対し、相についても、挿入力・離脱力・防水性評価に対し、要求性互の情報及び電力を伝送する組み電線のことで、電線と保能を満足する形状の検討に CAE 解析の活用を進めており、護材（車両との干渉防止）で構成されている。写真 1 にワ

本稿では、それらの CAE 解析手法の開発状況を報告する。

ヤーハーネス※1

イヤーハーネスの車載状態を示す。

当社では製品の設計・製造から評価及び車両への組み付け検討に至る業務を進めている。その中で、開発実験部

2.

車載用貫通グロメットの概要（旧名称：研究評価センター）は、製品評価と開発段階に車載用グロメットとは、電線・チューブ・ホースなどのおける信頼性向上を主業務としており、設計初期段階での保護や、防水性を持たせるために、ボディ等の貫通部に装の活用を推進している。現在、ワイヤーハーネス備する環状のゴム製品である。当社のグロメット製品を写CAE※2

真 2 に示す。グロメットには電線等の保護・止水性能の他に、車両組み付け時の挿入力低減、高い離脱力確保が求め貫通グロメット拡大

写真 1

車載用ワイヤーハーネス（エンジンルーム・インパネ・フロア）

写真 2

車載用グロメット

2 0 1 2 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 8 1 号 −（ 65 ）−られている。挿入力・離脱力は目標荷重が設定されており、ロメットがボディパネルから外れるまでの電線束にかかる

従来は「試作」→「試験」を繰り返して部材材質の選定や荷重及び電線束の移動距離とする（図 2（b））。

製品形状の作り込みを行ってきた。しかし、開発リードタ

3−2解析手法の検討を行

挿入・離脱挙動の観察

イム短縮や開発費用削減のために、要求性能を満足する部

うにあたり、グロメットの挿入・離脱時の変形形状を観察

材材質の決定や最適形状検討に CAE 解析を活用することがした（図 3 参照）。挿入時はボディパネルとグロメットが擦求められている。
次の項からは、挿入力・離脱力・止水性の順に、CAE による解析手法の検討内容を報告する。

られながら変形し（図 3（b））、離脱時はグロメット同士が接触しながら引き抜かれている（図 3（c））。この観察結果から特性要因図（図 4）を作成し、取り組み順を決定した。

STEP 1 でグロメット単体での荷重・ストロークを予測可3.

能にし、STEP 2 でグロメットに電線束を組み付けた状態挿入力・離脱力解析手法の検討を、STEP 3 で車両搭載環境を考慮した予測（作業者によ挿入力・離脱力のる挿入速度や挿入時の力のかけ方の違い）を検討順として、試験概略を図 1 に示す。試験のサンプルは、グロメットにまず STEP 1 に取り組んだ。各 STEP における具体的な取メットを規定の速度で車両を模擬した金属製パネル（以下、ゴムの応力－歪み特性（以下、S-S 特性 ※ 3）と摩擦がキー

3−1

挿入力・離脱力試験概要

電線を通過本数分組み付けた状態である。挿入力は、グロり組み手順を図 5 に示す。変形形状観察や特性要因図から、ボディパネルと称す）に組み付ける時の荷重・ストロークポイントになっていると考え、それぞれの特性を取得するを測定し、離脱力は、グロメットを規定の速度で引き抜く試験（基礎試験）を行い、CAE 解析モデルに反映させ、試時の荷重・ストロークを測定する。この方法で測定した荷験と CAE 解析で変形形状・荷重・ストロークを比較した。

重・ストロークを CAE の値と比較・検証する。荷重・スト次項からそれぞれについて述べる。

ロークの考え方を図 2 に示す。挿入荷重・ストロークは、ボディパネルとグロメットが接触し始めてから挿入が完了するまでの電線束にかかる荷重及び電線束の移動距離とし（図 2（a））、離脱荷重・ストロークは、初期状態から、グ室外側室内側

グロメット
電線束電線束を持って挿入（a）ボディ組み付け状態

電線束を持って抜く（b）挿入（c）離脱荷重方向

ボディパネル（a）挿入（b）離

図1

脱図3

変形形状（b、c は荷重ピーク値）

試験概略

STEP 1：グロメット単体での解析
ストローク：荷重方向への移動距離

ストローク：荷重方向への移動距離

摩擦

初期状態

グロメット
接触状態

グロメット単体

作業条件

荷重方向

荷重方向

速度

摩擦

ゴム材料

形状

S-S特性

ボディパネルとグロメット接触（a）挿挿入完了
入

図2

初期状態
（b）離離脱完了

挿入・離脱・ストローク
・荷重

形状
配索剛性

潤滑油力

電線束状態

搭載環境

パネル
摩擦

車両側要因

STEP 2：電線束の影響考慮

STEP 3：実車搭載環境考慮

脱荷重・ストロークの定義−（ 66 ）− 車載用貫通グロメットの開発における CAE の活用

図4

特性要因図（挿入・離脱）

10

変形状態確認8

摩擦力［N］

特性要因図作成
挿入・離脱力に効く要因の洗い出し
CAE

基礎試験
材料物性（S-S特性）測定

CAEモデル作成

ゴム‒ボディパネル

0

挿入・離脱試験

試験状態観察、
解析条件設定42

摩擦力の測定CAE解析実施

ゴム同士

6時

サンプル作成・試験実施

図7

CAE・試験の見直し
結果比較
形状・荷重‒ストローク間［sec］

摩擦力比較

不一致

一致
設計部門での活用

試料B

取り組みフロー
表面状態

図5

試料A

ゴムの変形形状を考慮し、S-S 特性は引張側だけでなく圧縮側も測定し、CAE 解析モデルに反映させた。引張・圧縮速度が変わると特性も変わるため、挿入・離脱試験の速度に合わせて試験を実施した。図 6 に取得した S-S 特性を示す。

次に摩擦力の測定を実施した。摩擦力は接触する部材の高さ［µm］

基礎試験

305300100200300400500600700

50100200300400500

長手方向距離［µm］

長手方向距離［µm］0.421.50

試料C

試料DRa

3−3組み合わせで変わるので、ゴム同士、及びゴムとボディパ600700600700

られた摩擦力を CAE 解析モデルに反映させるために、静摩擦係数・動摩擦係数を算出した。図 7 に得られた摩擦力を示す。ゴム－ボディパネルの接触より、ゴム同士の接触の表面状態ネルについて測定した。試験は JIS K 7218 に準拠し、得表面状態が異なる。表面状態は摩擦力に影響を及ぼすと考え、次にゴムの表面粗さ及び摩擦力の関係を調査した（図8）。試料は 4 種類で、表面に光沢がある試料 A、S-S 特305300100Ra

各種ゴム製品は、成形金型の表面粗さによって、ゴムの高さ［µm］方が荷重は高くなる事が確認出来た。

200300400500

600

700

50100

200300400500長手方向距離［µm］

長手方向距離［µm］

2.162.64（a）表面粗さ10引張
摩擦力［N］力［MPa］

試料A
試料B試料C試料D864応20時

圧縮歪

図6み

ゴム材料の S-S 特性

間［sec］（b）摩擦力の違い（ゴム−ボディパネル接触）

図8

表面粗さと摩擦力の違い

2 0 1 2 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 8 1 号 −（ 67 ）−性・形状が同じで表面粗さの異なる試料 B ・ C、異なる S-

挿S 特性で表面が粗い試料 D について比較した。試料 B ・ C

入

離脱については、挿入力も比較した（図 9）。

験

図 8 の（a）（b）を比較すると、平均表面粗さ Ra が小さい

試程、摩擦力が大きくなることが分かる。また図 9 より S-S特性が同じでも、平均表面粗さが変わると挿入荷重が大き

荷重方向く変わる事が分かる（図 8 の試料 B と C で平均表面粗さが荷重方向0.7 倍になると、挿入荷重は約 1.5 倍になる）。それ故、製品設計の際には、S-S 特性だけでなく、製品の表面状態CAE解析（金型の表面粗さ）を考慮した上で検討を進めている。

荷重比：目標荷重に対する荷重の比率

1.5

試料B

図 10

変形形状比較（荷重ピーク時）

荷重比1.00.5010203040ストローク［ｍｍ］

図90.5

挿入力比較
0.03−4

試 験CAE解析

1.0

荷重比0.0試料C

05103 − 3 項で得られた S-S 特性・摩擦係数を用いて CAE 解析（a）挿を行い、試験結果と比較した。STEP 1 では、グロメット

1.0う、また試験ばらつきが大きくならないよう工夫してサン0.75する比率とする）一般的に、接触現象やゴムのような大変形を考慮した構造物について、試験と CAE の整合性を検証

荷重比み付けられる電線の剛性が挿入・離脱荷重に影響しないよ比較を示す。（荷重比は、挿入力・離脱力の目標荷重に対25303540

入1.25

単体での評価手法確立が目的であるので、グロメットに組

図 10 に変形形状比較を、図 11 に荷重比－ストローク値

20ストローク［ｍｍ］

グロメット単体での試験と CAE 解析の比較（STEP 1）

プルを作成した。

15試 験
CAE解析

0.50.250.00510152025

することは、歪み速度の考慮やゴムの変形挙動に合った材ストローク［ｍｍ］

料モデルの選択などで難しいが、測定した S-S 特性や摩擦（b）離係数を反映させ、試験の現象に合わせたモデル化を行うこ

図 11とで、試験に良く一致した CAE 解析の値を得る事ができた。

303540脱荷重比−ストローク比較

さらに、他の形状の各種グロメットでも検証し、試験とCAE 解析の値が良く一致する事より、本手法の有効性を確認した。

3−5電線束の影響調査（STEP 2）

電線束をグロ

この CAE による解析手法は、当社の外装設計部門へ展開

メットに組み付ける際、車両レイアウトにより電線引き出済みで、形状検討段階で挿入荷重・離脱荷重を検討するこし部分の形状が様々ある。図 12 に代表的な引き出し形状とにより、早期の設計仕様確立に貢献しており、数車種のグロメット設計に活用されている。

−（ 68 ）− 車載用貫通グロメットの開発における CAE の活用を挙げる。電線の種類や本数により、電線束の剛性が変化し、挿入荷重やストロークに影響が出ると考え、各形状に組み付けやすさ（フィーリング）も要求される。組み付け作業時に低挿入力であることはエルゴノミクスの観点から重要であるが、フィーリングが良い荷重－ストローク曲線がどのようなものかについても、STEP 3 で検証を進めていく必要がある。

（a）直線

（b）L

図 12

字（c）T

4.

字

止水性解析手法の検討
次に止水性評価について述べる。車両搭載環境では、雨電線引き出し形状

天時や洗車時に車体を滴ってきた水が室内に侵入する場合があり、水の進入が電気系統への不具合の原因となる。それを防ぐ為に、グロメットには止水性能が求められる。

おける試験と CAE 解析で荷重比－ストローク値の比較を

図 14 に、洗車を想定した場合の止水性能評価の試験状行った。その結果を図 13 に示す。

況・解析モデルを示す。

ものの、最大荷重・ストローク共に、試験と解析でほぼ整侵入経路の確認を行った。観察しやすいよう、グロメット合がとれている。この結果より、グロメットに電線が組みのシール面を切り出し、水と触れると変色するペースト剤付けられた状態でも、試験と CAE 解析の整合性を確認できを塗布し、透明板に押し当てた。その状態で、圧力を変えた。今後は車両搭載環境を考慮した解析手法の検討て水を噴射した。その結果、水圧を上げるとシール面と板（STEP 3）に移るが、挿入については、作業者の車両へのに隙間が出来て、水漏れが発生することを観察できた。

図 13 を見ると、挿入荷重ピーク後の挙動が若干ずれる

まず、車両にグロメットが組み付けられた状態で、水の（図 15）。CAE 解析でも図 16 に示すように水圧相当の荷重を付与した場合のシール面圧を CAE で解析しており、水が試 験CAE解析

0.50.0荷重を付与（水を想定）

1.0

荷重比

荷重比

1.001020300.50.0400ストローク［ｍｍ］

3040（b）直線̲離脱

1.01.0荷重比

荷重比20ストローク［ｍｍ］（a）直線̲挿入

0.50.010水を当てる

01020300.50.040（a）試験

図 140ストローク［ｍｍ］

102030（b）解析

洗車想定試験・解析

40

ストローク［ｍｍ］（c）L字̲挿入

シール面圧［MPa］（d）L字̲離脱

0.51.0荷重比

荷重比1.00.50.00102030

ストローク［ｍｍ］（e）T字̲挿入

図 1340水0.50.001020300.0

侵入経路40面圧低いストローク［ｍｍ］（f）T字̲離脱

荷重比−ストローク比較

図 15

水の浸入経路（水噴射）図 16

シール部分面圧分布（CAE 解析）2 0 1 2 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 8 1 号 −（ 69 ）−浸入する部位でシール面圧が低い事を確認できた。今後

参

シール面圧と水量・水圧の関係について、試験と CAE 解析（1） 住友電装 HPで検証を進める。

5.

結考

文献

（2） JIS K6251, K6254, K7218

言

グロメットの設計・開発時に活用可能な挿入・離脱 CAE

執解析手法を開発した。本手法は外装設計部門での活用が進田中

有 紀＊：住友電装㈱ ハーネス企画本部
開発技術統轄部 開発実験部
CAE を活用した電装部品の設計支援ツールの開発に従事

松嶋圭 吾 ：住友電装㈱開発実験部

小林良 尚 ：住友電装㈱部品事業本部

下道勝 ：住友電装㈱部品事業本部宮島

光 治 ：住友電装㈱

開発実験部

担当部長

谷川

英 己 ：住友電装㈱

開発実験部

グループ長

太田浩 司 ：住友電装㈱

開発実験部

担当課長

筆

んでおり、客先にも好評で、本手法で事前検討された製品が車両に採用されている。本手法を用いることで、設計初者 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

期段階で、要求性能を満足する部材材質の選定や最適形状の検討が可能になり、設計初期段階での製品信頼性確保及び開発リードタイム短縮、開発費用や金型製造費用の削減効果が見込まれる。今後、挿入・離脱荷重については、車両への組み付け作業者のフィーリングに着目して CAE 解析を活用した評価指標の検討を継続する。
また、止水性解析手法については水の進入経路を観察し、試験で水漏れする時の水圧と CAE 解析のシール面圧との相関を確認することで、止水部形状違いの相対的な比較が可能となった。今回の観察結果を基に、CAE を活用してシール面圧と水量・水圧の関係を導き出し、検証事例を増やしていく。

用 語 集ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー※1

ワイヤーハーネス

自動車や複写機・プリンタ等に搭載された電子部品や電装品を電気的に接続し、相互の情報と電力の伝送を中継する組み電線のこと。電線と保護材で構成されている。ワイヤーハーネスを構成する電線の 1 本 1 本は、電源をとるためのもの、センサーの信号を送るもの、操作情報を伝達するものなど、それぞれが違う役割を担っている。
※2

CAE

Computer Aided Engineering ：コンピュータによる設計・解析支援のこと。本稿では、設計した製品が要求性能（応力・歪み・強度等）を満たすかを、コンピュータを利用した数値解析で分析し、製品開発を支援するシステムのことを指す。
※3

S-S 特性

応力−歪み線図のこと。材料に荷重をかけ、応力と歪みを連続的に測定し、得られたデータでこの線図を作成することができる。圧縮、引張、ねじり試験に対してこの線図が作成される。

−（ 70 ）− 車載用貫通グロメットの開発における CAE の活用

担当部長------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者