CN104885164A - 绝缘电线 - Google Patents

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Abstract

绝缘电线(1)包括：股线导体(11)，该股线导体由绞合在一起的多个金属导体股线(11a)构成，由电绝缘性的绝缘体(12)覆盖，各个金属导体股线(11a)均由具有500MPa以上的拉伸强度和6％以上的延伸率的铜合金制成，并且具有0.12mm以下的股线直径。

Description

绝缘电线
技术领域
本发明涉及一种绝缘电线。
背景技术
传统地，诸如机器人这样的机器具有进行复杂动作的可动部。相应地，由此要求在这样的机器中使用的电线适用于可动部。例如，这样的可动部构造成使得将弯曲半径设定得大，从而减小弯曲应变。对于这样的可动部，使用包括具有良好的高周疲劳性能的金属导体的绝缘电线。已知有益的是：在弯曲应变小并且需要高的挠曲疲劳周期的位置(即，高周区域)，金属导体具有高拉伸强度(物理属性值[MPa])。
为了提高绝缘电线的高挠曲疲劳性能，提出减小在金属导体中使用的股线的直径(参见专利文献1或2)。根据这些文献，通过减小金属导体的股线的直径，能够减小要在金属导体中引起的应变，并且能够提高金属导体的拉伸强度。即，根据这些技术，通过在相同的绝缘电线的弯曲半径的情况下减小金属导体股线内部的弯曲应变，能够提供适用于高周区域的电线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP 2010-18848A
专利文献2：JP 2001-93341A
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在专利文献1或2中描述的绝缘电线可能仅应用于高周区域，并且可能不适用于低周区域。例如，在诸如机器人这样的机器中，需要根据要使用的绝缘电线的挠曲疲劳性能来设计弯曲半径，并且可能需要根据机器要求的挠曲作用耐久数而放大弯曲部。另外，因为在组装期间可以在有限空间中以小半径弯曲绝缘电线，并且可以重复连接器的插入和拔出，所以绝缘电线具有弯曲应变增大的部分。在需要重复以小弯曲半径弯曲绝缘电线以使得增大绝缘电线的弯曲应变的情况下，需要采用适用于低周区域的绝缘电线。如果在增大的弯曲应变被强加于绝缘电线上的情况下使用仅适用于高周区域的绝缘电线，则电线可能不能抵抗弯曲应变，并且可能引起导体损坏等。
已经鉴于上述情况做出了本发明，并且本发明的目的是提供适用于高周区域和低周区域二者的绝缘电线。
解决问题的方案
为了上述目的，根据本发明的绝缘电线具有在下面的(1)中描述的特性。
(1)一种绝缘电线，包括：导电性的金属导体股线或由绞合在一起的多个金属导体股线构成的股线导体，所述金属导体股线或所述股线导体由电绝缘性的绝缘体覆盖，其中，所述金属导体股线均由具有500MPa以上的拉伸强度和6％以上的延伸率的铜合金制成，并且具有0.12mm以下的股线直径。
根据该绝缘电线，具有500MPa以上的拉伸强度和6％以上的延伸率的铜合金用作金属导体股线，并且股线直径是0.12mm以下。由此，能够耐受具有例如R＝20mm以上的大弯曲半径的大约5,000,000次挠曲作用，使得其适用于弯曲应变小并且要求高的挠曲疲劳周期的高周区域。此外，由于金属导体具有6％以上的延伸率，所以还适用于弯曲应变大的低周区域。因此，能够提供一种绝缘电线，该绝缘电线能够分别满足高周区域和低周区域中要求的耐挠曲作用数。
附图说明
图1是图示出根据实施例的绝缘电线的实例的截面图。
图2是示出拉伸强度与延伸率之间的关系的图。
图3是示出根据时效温度而变化的拉伸强度和延伸率的图。
图4(a)和4(b)是示出根据实例和比较实例的经受耐挠曲试验的绝缘电线的构造、并且还示出试验结果的图表。
参考标记列表
1 绝缘电线
11 金属导体
11a 金属导体股线
12 绝缘体
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的优选实施例。图1是图示出根据本发明的实施例的绝缘电线的实例的图。
如图1所示，根据该实施例的绝缘电线1具有由电绝缘性的绝缘体12覆盖的股线导体11。股线导体11由绞合在一起的多个(在图1所示的实例中是19个)金属导体股线11a构成，并且截面积是例如0.08sq(AWG28)。在该实施例中，金属导体股线11a由铜合金，更具体地，由诸如Cu-Cr、Cu-Cr-Zr、Cu-Cr-Zn、Cu-Co-P、Cu-Ni-P和Cu-Fe-P合金这样的可沉积硬化的铜合金制成。股线导体11可以仅由一个金属导体股线11a以不绞合方式构成。并且，股线导体11不限于由绞合在一起的19个金属导体股线11a构成的股线导体。例如，股线导体11可以由绞合在一起的30个金属导体股线11a构成，从而具有0.13sq(AWG26)的截面积，或可以由绞合在一起的不同数量的金属导体股线11a构成。在图1所示的实例中，绝缘体12是聚氯乙烯树脂组合物(或聚烯烃树脂组合物)。然而，绝缘体12不限于此。
在金属导体股线11a中，各种金属的配合率如下。当金属导体股线11a是Cu-Cr-Zr铜合金时，该合金包括0.50～1.50质量％的Cr，0.05～0.15质量％的Zr，和0.10～0.20％的Sn，其余是Cu。当股线导体11是Cu-Co-P铜合金时，该合金包括0.20～0.30重量％的Co，0.07～0.12重量％的P，0.02～0.05重量％的Ni，0.08～0.12重量％的Sn，和0.01～0.04％的Zn，其余是Cu。
根据该实施例的绝缘电线1适用于高周区域和低周区域二者。具体地，根据该实施例的绝缘电线1能够以涉及小的弯曲应变的R＝20mm以上的弯曲半径进行5,000,000次以上的挠曲作用(即，适用于高周区域)，并且能够以涉及大的弯曲应变的R＝0.5mm的弯曲半径进行数十次以上的挠曲作用(即，适用于低周区域)。下面将进行详细描述。
首先，为了提供适用于高周区域的绝缘电线，高拉伸强度对于金属导体11是有益的。在该实施例中，通过使用上述的金属导体11，能够达到500MPa以上的拉伸强度，以使得绝缘电线适用于高周区域。
图2是示出拉伸强度与延伸率之间的关系的图。在图2中，用于纵坐标的符号S表示拉伸强度[MPa]，并且用于横坐标的符号E表示延伸率[％]。
如图2所示，由符号A指示的软铜的拉伸强度根据延伸率变化，但是大致稍高于200MPa。相比之下，由符号C指示的在工业机器人电缆中使用的铜合金的拉伸强度以及由符号B表示的上述可沉积硬化的铜合金的拉伸强度均根据延伸率而变化，并且具有拉伸强度是500MPa以上的区域。因此，在工业机器人电缆中使用的铜合金和可沉积硬化的铜合金适用于高周区域。
为了提供适用于低周区域的绝缘电线，金属导体11具有高的延伸百分比是有益的。在该实施例中，通过使用上述金属导体11，能够实现6％以上的延伸率，使得其适用于低周区域。
如图2所示，由符号C指示的在工业机器人电缆中使用的铜合金具有最大大约3％的延伸率。即，该铜合金不能实现6％以上的延伸率，使得其不适用于低周区域。相比之下，上述金属导体11能够实现6％以上的延伸率，使得其适用于低周区域。根据由JIS-Z-2241(金属材料的拉伸试验方法)规定的拉伸试验机测量的试验力N判定拉伸强度，并且根据由其规定的延伸仪测量的标记点之间的距离来判定延伸率。
为了在高周区域中使用，在涉及小的弯曲应变的R＝20mm以上的弯曲半径处要求高的挠曲特性。即，在该实施例中，需要设定各个金属导体股线11a的直径，使得以R＝20mm的弯曲半径满足高的挠曲特性。作为努力研究的结果，发明人已经发现：鉴于金属导体股线11a的应变随着其直径减小而变小的趋势，股线直径需要是0.12mm以下，以使得形成金属导体11的铜合金满足R＝20mm的弯曲半径的高的挠曲特性。由此，能够以R＝20mm以上的大的弯曲半径抵抗大约5,000,000次的挠曲作用。
如上所述，在根据该实施例的金属导体11中，使用了具有500MPa以上的拉伸强度和6％以上的延伸率的铜合金，并且股线直径是0.12mm以下。
期望的是：除了满足上述条件之外，金属导体11还具有小于15％的延伸率。在延伸率与拉伸强度之间存在相关性，并且延伸率的改变导致拉伸强度的改变。因此，当延伸率是15％以上时，具有65％IACS(国际退火铜标准)以上的导电率的铜系可沉积硬化合金不能维持500MPa的拉伸强度。此外，期望其拉伸强度小于650MPa。这是因为当拉伸强度是650MPa以上时，铜系合金不能维持6％的延伸率。
同样期望的是：各个金属导体股线11a的直径是0.05mm以上。这是因为：没有至少0.05mm的直径，由于拉丝应变的蓄积，拉丝变得困难。为了具有比0.05mm小的直径，需要在拉丝期间进行固溶热处理，以释放蓄积的应变。然而，并不容易对1mm以下的电线进行固溶热处理。
通过改变对导体材料进行时效处理的温度，能够在一定程度上调节拉伸强度和延伸率。图3是示出根据时效温度变化的拉伸强度和延伸率的图。在图3中，用于纵坐标的符号S表示拉伸强度[MPa]，并且用于横坐标的符号E表示延伸率[％]。
如图3所示，通过降低时效温度，根据该实施例的铜合金的拉伸强度变高。相比之下，通过降低时效温度，根据该实施例的铜合金的延伸率趋向于变小。因此，通过改变时效温度，能够制造具有适当特性的铜合金。
接着，将描述根据该实施例的绝缘电线1的耐挠曲试验的结果。图4(a)和4(b)是示出根据实例和比较实例的经受耐挠曲试验的绝缘电线的构造、并且还示出试验结果的图表。
首先，实例1中的金属导体股线的直径是0.08mm，如图4(a)和图4(b)所示。作为铜合金，使用了Cu-Co-P铜合金。具体地，Cu-Co-P铜合金包括0.20～0.30重量％的Co，0.07～0.12重量％的P，0.02～0.05重量％的Ni，0.08～0.12重量％的Sn，和0.01～0.04％的Zn，其余是Cu。
实例1中的金属导体股线的数量是19，并且由19个绞合股线构成的导体具有0.40mm的外径。在实例1中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.88mm。
在实例2中，金属导体股线的直径是0.03mm。作为铜合金，使用了与实例1中相同的铜合金。实例2的金属导体股线的数量是61，并且由61个绞合股线构成的导体具有0.39mm的外径。在实例2中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.87mm。
在实例3中，金属导体股线的直径是0.05mm。作为铜合金，使用了与实例1中相同的铜合金。实例3的金属导体股线的数量是37，并且由37个绞合股线构成的导体具有0.45mm的外径。在实例3中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.93mm。
在实例4中，金属导体股线的直径是0.10mm。作为铜合金，使用了与实例1中相同的铜合金。实例4中的金属导体股线的数量是19，并且由19个绞合股线构成的导体具有0.50mm的外径。在实例4中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.98mm。
在实例5中，金属导体股线的直径是0.12mm。作为铜合金，使用了与实例1中相同的铜合金。实例5中的金属导体股线的数量是7，并且由7个绞合股线构成的导体具有0.36mm的外径。在实例5中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.84mm。
在比较实例1中，金属导体股线的直径是0.03mm，并且将软铜用作其材料。比较实例1中的金属导体股线的数量是61，并且由61个绞合股线构成的导体具有0.39mm的外径。在比较实例1中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.87mm。
在比较实例2中，金属导体股线的直径是0.05mm，并且将软铜用作其材料。比较实例2中的金属导体股线的数量是37，并且由37个绞合股线构成的导体具有0.45mm的外径。在比较实例2中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.93mm。
在比较实例3中，金属导体股线的直径是0.08mm，并且将软铜用作其材料。比较实例3中的金属导体股线的数量是19，并且由19个绞合股线构成的导体具有0.40mm的外径。在比较实例3中，将具有0.24mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.88mm。
在比较实例4中，金属导体股线的直径是0.16mm，并且将与实例1中相同的铜合金用作材料。比较实例4中的金属导体股线的数量是7，并且由7个绞合股线构成的导体具有0.48mm的外径。在比较实例4中，将具有0.20mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是0.88mm。
在比较实例5中，金属导体股线的直径是0.20mm，并且将与实例1中相同的铜合金用作材料。比较实例5中的金属导体股线的数量是7，并且由7个绞合股线构成的导体具有0.60mm的外径。在比较实例5中，将具有0.20mm厚度的PVC(聚氯乙烯)用作绝缘体。绝缘体的完成外径是1.00mm。
关于以上的实例1至5以及比较实例1至5进行的耐挠曲试验的结果如图4所示。在耐挠曲试验中，将具有给定长度的绝缘电线沿着具有20mm的弯曲半径的卷芯在一个方向上从直线状态弯曲，并且然后返回到直线状态，并且这种弯曲和伸直操作作为一次作用，重复这种弯曲和伸直操作。计数导致金属导体股线损坏的挠曲作用的次数。
如图4(a)和图4(b)所示，根据实例1的绝缘电线的挠曲作用的次数达到21,562,300。根据实例2至5的绝缘电线的挠曲作用的次数分别是821,625,692、140,512,405、12,702,254和6,574,460。
相比之下，根据比较实例1至5的绝缘电线的挠曲作用的次数分别是32,480,908、7,950,137、2,145,365、1,862,672和680,637。
如上所示，各个实例1至5中的挠曲作用的次数超过5,000,000，从而发现其适用于高周区域。此外，由于根据实例的绝缘电线的导体具有6％以上的延伸率，所以这些绝缘电线还适用于低周区域。
另一方面，相对于各个比较实例3至5，挠曲作用的次数少于5,000,000，从而发现其不适用于高周区域。相对于比较实例1和2，挠曲作用的次数超过5,000,000。然而，实验结果示出股线直径受限于0.05mm以下，并且该比较实例的绝缘电线具有绝缘电线受限于超细股线的问题。此外，具有相同的股线直径的绝缘电线之间的比较(比较实例1与实例2之间的比较以及比较实例2与实例3之间的比较)揭示了：在挠曲作用的次数上，比较实例远次于实例2和3。
如上所述，根据该实施例的绝缘电线1，将具有500MPa以上的拉伸强度和6％以上的延伸率的铜合金用作金属导体11，并且单个股线的直径是0.12mm以下。由此，能够抵抗具有例如R＝20mm以上的大曲率半径的大约5,000,000次挠曲作用，使得其适用于弯曲应变小并且要求高的挠曲疲劳周期的高周区域。此外，由于金属导体具有6％以上的延伸率，所以绝缘电线还适用于弯曲应变大的低周区域。因此，能够提供绝缘电线1，该绝缘电线1能够分别满足高周区域和低周区域中要求的抵抗挠曲作用的次数。
虽然以上已经基于本发明的实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例，并且可以在不背离本发明的主旨的情况下对本发明做出修改。
下面是根据该实施例的绝缘电线的概要。
(1)根据实施例的绝缘电线1是一种绝缘电线，包括：导电性的金属导体股线11a或由绞合在一起的多个金属导体股线11a构成的绞合导体11，金属导体股线11a或绞合导体11由电绝缘性的绝缘体12覆盖，其中，各个金属导体股线11a均由具有500MPa以上的拉伸强度和6％以上的延伸率的铜合金制成，并且具有0.12mm以下的股线直径。
本申请基于2012年12月26日提交的日本专利申请No.2012-283148，该专利申请的内容通过引用并入此处。
工业实用性
根据该实施例的绝缘电线的有用之处在于：能够提供适用于高周区域和低周区域的绝缘电线。

Claims (1)

1.一种绝缘电线，包括：导电性的金属导体股线或由绞合在一起的多个金属导体股线构成的股线导体，所述金属导体股线或所述股线导体由电绝缘性的绝缘体覆盖，
其中，具有500MPa以上的拉伸强度和6％以上的延伸率的铜合金用作所述金属导体股线，并且股线直径是0.12mm以下。
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