CN113223757A

CN113223757A - 对绞电缆以及多芯电缆

Info

Publication number: CN113223757A
Application number: CN202010622332.9A
Authority: CN
Inventors: 黄得天; 小林正则; 塚本佳典; 森山真至; 荒井才志
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-08-06
Also published as: JP2021114432A; JP7334629B2

Abstract

本发明提供提高了耐扭转性的对绞电缆以及多芯电缆。本发明的对绞电缆(1)是将具有导体(21)和被覆导体(21)的绝缘体(22)的绝缘电线(2)绞合而成的对绞电缆(1)，导体(21)是将由铜合金线形成的线材集合捻绞而构成的，其导体截面积为0.4mm²以下，线材的外径为0.05mm以下。

Description

对绞电缆以及多芯电缆

技术领域

本发明涉及对绞电缆以及多芯电缆

背景技术

以往，已知有将一对绝缘电线绞合而成的对绞电缆(例如，参照专利文献1。)。作为对绞电缆，例如有作为介入产业用机器人的可动部、扭转部的配线而使用的电缆。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-259654号公报

发明内容

发明所要解决的课题

近年来，产业用机器人的小型化不断发展，此外，用于以高速进行复杂工序的人机协作型产业用机器人的开发正在推进。对于小型的产业用机器人，与大型的产业用机器人相比，存在扭转长度变短且扭转角度变大的倾向，要求即使在这样严格的扭转条件下也不易断线的耐扭转性高的对绞电缆。

因此，本发明的目的在于提供一种提高了耐扭转性的对绞电缆以及多芯电缆。

用于解决课题的方法

本发明以解决上述课题为目的，提供一种对绞电缆，其为将具有导体和被覆该导体的绝缘体的绝缘电线绞合而成的对绞电缆，所述导体是将由铜合金线形成的线材集合捻绞而构成，其导体截面积为0.4mm²以下，所述线材的外径为0.05mm以下。

此外，本发明以解决上述课题为目的，提供一种多芯电缆，其具备将多个所述对绞电缆绞合而成的集合体、以及被覆所述集合体的护套。

发明效果

根据本发明，能够提供提高了耐扭转性的对绞电缆以及多芯电缆。

附图说明

图1(a)和图1(b)是表示本发明的一个实施方式所涉及的对绞电缆的图，图1(a)是表示与长度方向垂直的截面的截面图，图1(b)是侧视图。

图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的多芯电缆的与长度方向垂直的截面的截面图。

图3是表示本发明的一个变形例所涉及的多芯电缆的与长度方向垂直的截面的截面图。

图4是说明扭转试验的图。

符号说明

1…对绞电缆，2…绝缘电线，10…多芯电缆，11…集合体，12…按压卷绕。带，13…屏蔽层，14…护套，21…导体，22…绝缘体。

具体实施方式

[实施方式]

下面，根据附图来说明本发明的实施方式。

图1(a)和图1(b)是表示本实施方式所涉及的对绞电缆的图，图1(a)是表示与长度方向垂直的截面的截面图，图1(b)是侧视图。

如图1(a)、(b)所示，对绞电缆1是将具有导体21和被覆导体21的绝缘体22的一对绝缘电线2绞合而构成的。对绞电缆1例如作为介入小型的人机协作型产业用机器人中的扭转部(或者可动部)的配线而使用。

(导体21)

绝缘电线2的导体21是将多根线材集合捻绞而构成的。在本实施方式中，作为导体21的线材，可使用含锡铜合金线、包含预定量的锡和铟的铜合金线、或包含预定量的银的铜合金线等铜合金线。需要说明的是，在本实施方式中，作为线材，不使用由于反复施加扭转而容易产生疲劳断裂的软铜线。作为用于线材的铜合金线，为了提高耐扭转性，可以使用伸长率为5％以上、拉伸强度为340MPa以上的铜合金线。从提高耐扭转性的观点出发，线材的伸长率优选尽可能大，更优选为10％以上。

如上所述，对于对绞电缆1，为了作为小型的产业用机器人的配线而使用，其外径小，例如为1.1mm左右。与此对应，作为导体21，也可使用导体截面积为0.4mm²以下的导体。若导体21的导体截面积变大，则存在构成导体21的线材的根数也增加的倾向。若线材的根数增加，则由于反复扭转，集合捻绞而成的线材的一部分发生捻绞紊乱的可能性变高。也可认为由于发生捻绞紊乱，从而产生导体21的断线、绝缘体的损伤。因此，从抑制因这样的反复扭转而发生捻绞紊乱的观点出发，导体21的导体截面积优选为0.4mm²以下。需要说明的是，虽然为了抑制因反复扭转而发生捻绞紊乱，也可考虑将导体21复合捻绞而构成，但集合捻绞而构成的导体21与复合捻绞而构成的导体21相比，能够降低成本。此外，若导体21的导体截面积过小，则扭转时容易断线，此外，还担心传输特性恶化。因此，导体21的导体截面积优选为至少0.1mm²以上，更优选为0.15mm²以上0.4mm²以下。在本实施方式中，导体21的导体截面积为约0.2mm²。

本发明人等为了在扭转长度例如短至120mm、扭转角度例如大到±360°的非常严格的扭转条件下也提高耐扭转性而进行了深入研究。其结果发现，通过在导体21中使用更细的线材，并增加导体21中使用的线材的根数，从而即使在上述的严格的扭转条件下也能够大幅提高耐扭转性。

即，在本实施方式中，通过将多根更细的线材集合捻绞而构成导体21，从而提高耐扭转性。更具体而言，在本实施方式中，作为用于导体21的线材，使用外径至少为0.05mm以下的线材。以往，外径0.08mm的线材被广泛用于产业用机器人所使用的电缆中，如果要维持与该情况相同的导体截面积，在使用外径0.05mm的线材的情况下，所使用的线材的根数变多。例如，在将导体截面积设为约0.2mm²的情况下，在使用外径0.08mm的线材时，需要40根线材，与此相对，在使用外径0.05mm的线材时，需要100根线材。此外，例如，在将导体截面积设为约0.4mm²的情况下，在使用外径0.08mm的线材时，需要80根线材，但在使用外径0.05mm的线材时，需要200根线材。

若导体21中使用的线材的根数少，则有可能无法获得充分的耐扭转性提高的效果，因此导体21更优选为将100根以上的线材集合捻绞而构成。

(绝缘体22)

绝缘体22以覆盖导体21周围的方式进行被覆。若绝缘体22与导体21密合，则扭转时施加于导体21(构成导体21的线材)的负荷变大，耐扭转性降低，因此绝缘体22可以设置为导体21相对于绝缘体22能够在绝缘电线2的长度方向上移动。更具体而言，绝缘体22可以通过所谓的管挤出而挤出被覆为筒状。通过利用管挤出形成绝缘体22，从而在绝缘体22的内表面与构成导体21的线材之间形成微小的间隙(线材的外径以下的大小的间隙)。

此外，在配线时大多将多根对绞电缆1捆扎而配线，因此在扭转时对绞电缆1的绝缘体22彼此有可能相互摩擦而产生磨损。因此，在本实施方式中，作为绝缘体22，使用耐磨损性高的氟树脂。作为用于绝缘体22的氟树脂，例如能够使用ETFE(四氟乙烯-乙烯共聚物)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)等。需要说明的是，不限于此，在绝缘体22的磨损的影响少的情况下，例如也能够使用由聚乙烯、聚丙烯形成的绝缘体22。绝缘体22的厚度例如为0.2mm以上且0.3mm以下。

(对绞电缆1)

对绞电缆1通过将一对绝缘电线2绞合而构成。在本实施方式中，两根绝缘电线2中的导体21的捻绞方向与将绝缘电线2绞合时的捻绞方向(以下，称为对绞电缆1的捻绞方向)设为相反方向。例如，在使导体21的捻绞方向与对绞电缆1的捻绞方向为相同方向的情况下，在向与该捻绞方向相同的方向施加扭转时，导体21有可能以被绞断的方式发生断线。如本实施方式那样，通过将导体21的捻绞方向与对绞电缆1的捻绞方向设为相反方向，能够降低扭转时施加于导体21的负荷，能够提高耐扭转性。需要说明的是，导体21的捻绞方向是从导体21的一端观察时，线材从另一端侧向一端侧旋转的方向。此外，所谓对绞电缆1的捻绞方向是指，在从对绞电缆1的一端观察时，绝缘电线2从另一端侧向一端侧旋转的方向。

此外，在对绞电缆1中，将绝缘电线2绞合时的捻绞间距(以下，称为对绞电缆1的捻绞间距)P设为大于导体21的捻绞间距。在本实施方式中，将导体21的捻绞间距设为10mm以上12mm以下，将对绞电缆1的捻绞间距设为22mm左右。需要说明的是，导体21的捻绞间距是指，任意线材的周向位置为相同的长度方向位置沿着导体21的长度方向的间隔。此外，对绞电缆1的捻绞间距P是指，任意绝缘电线2的周向位置为相同的长度方向位置沿着对绞电缆1的长度方向的间隔。

更具体而言，对绞电缆1的捻绞间距P优选设为绝缘电线2的外径的20倍以上。例如，在绝缘电线2的外径为1.1mm的情况下，对绞电缆1的捻绞间距P优选设为22mm以上。由此，能够抑制捻绞间距P过小而在将对绞电缆1扭转时导体21以被绞断的方式发生断线。需要说明的是，导体21的捻绞间距优选为导体21的外径的17倍以上20倍以下。由此，即使在扭转长度短、扭转角度大的扭转条件下进行扭转的情况下，导体21也不易断线。

(多芯电缆)

图2是表示本实施方式所涉及的多芯电缆的与长度方向垂直的截面的截面图。如图2所示，多芯电缆10具备将多个对绞电缆1绞合而成的集合体11、以螺旋状卷绕于集合体11周围的按压卷绕带12、以覆盖按压卷绕带12周围的方式设置的屏蔽层13、以及被覆屏蔽层13周围的护套14。

在此，将3根(3对)对绞电缆1绞合而构成集合体11，但构成集合体11的对绞电缆1的根数并不限定于此。为了抑制线对之间的串扰，优选构成为各对绞电缆1的捻绞间距P不同。

为了抑制在对多芯电缆10施加扭转时发生断线，对绞电缆1的捻绞方向与集合体11的捻绞方向优选设为相反方向。需要说明的是，集合体11的捻绞方向是指，在从集合体11的一端观察时，对绞电缆1从另一端侧向一端侧旋转的方向。

此外，为了抑制扭转时施加于各对绞电缆1的负荷，集合体11的捻绞间距优选大于对绞电缆1的捻绞间距P。更具体而言，集合体11的捻绞间距优选设为对绞电缆1的外径(绝缘电线2的外径的2倍)的25倍以上30倍以下。需要说明的是，集合体11的捻绞间距是指，任意对绞电缆1的周向位置为相同的长度方向位置沿着集合体11的长度方向的间隔。

按压卷绕带12用于维持集合体11的形状，例如可以使用纸、无纺布、或者由树脂形成的带状的构件。

屏蔽层13用于屏蔽来自外部的噪声，例如构成为在按压卷绕带12的周围设置编织金属编织物而成的编织屏蔽，或者将在树脂带的一个面设置由铜、铝等形成的金属层而得的金属带卷绕成螺旋状，或者并用编织屏蔽和金属带。此外，在使用编织屏蔽作为屏蔽层13的情况下，也可以编织铜箔丝来构成编织屏蔽。

护套14用于保护集合体11、屏蔽层13，例如由聚乙烯等绝缘性的树脂形成。虽然在图2中未示出，但也可以以分别覆盖各对绞电缆1的方式设置内部护套、屏蔽层。但是，在该情况下，多芯电缆10的外径变大，因此为了将多芯电缆10维持为细径，优选如本实施方式那样，不在各对绞电缆1中个别设置内部护套、屏蔽层。

需要说明的是，在本实施方式中，对在集合体11的周围设置有按压卷绕带12、屏蔽层13以及护套14的情况进行了说明，但如图3所示，也可以省略按压卷绕带12、屏蔽层13以及护套14，而仅由集合体11构成多芯电缆10。即，多芯电缆10也可以仅是由多根对绞电缆1集合捻绞而成的构造。在该情况下，优选以覆盖进行扭转、弯曲的部分的周围的方式设置保护构件(例如，热收缩管、树脂带等)。

(扭转试验)

作为实施例，制作图1(a)、(b)的对绞电缆1，为了评价其耐扭转性而进行扭转试验。在实施例中，将100根外径0.05mm的由含锡铜合金形成的线材进行集合捻绞，形成外径0.58mm(导体截面积0.20mm²)的导体21，通过管挤出将ETFE挤出被覆在导体21的周围而形成绝缘体22，使用所得的一对绝缘电线2，将一对绝缘电线2捻合而构成对绞电缆1。此外，使导体21的捻绞方向与对绞电缆1的捻绞方向为相反方向。

在扭转试验中，如图4所示，反复进行用固定部31固定对绞电缆1的一端部，并以预定的扭转角度扭转设置在距固定部31为预定的扭转长度L的位置上的扭转部32的操作，在导体电阻相对于初始导体电阻的上升率超过20％的时刻判断为发生了断线。将即使500万次以上也不断线的情况设为合格，将在小于500万次时断线了的情况设为不合格。在此，考虑到应用于小型的产业用机器人，将扭转长度L设为120mm，并且将扭转角度设为±360度，将从+360度到-360度的扭转作为1个循环，以60循环/min的扭转速度进行扭转试验。将实施例的对绞电缆1的各种因素和扭转试验的结果一并示于表1。

需要说明的是，导体电阻的测定如下进行：将配置于扭转部32侧的对绞电缆1的前端以电连接的方式连线，对配置于固定部31侧的对绞电缆1的前端恒定地施加预定的电压。将在进行扭转试验前的状态下测定的导体电阻作为初始导体电阻。此外，在对配置在固定部31侧的对绞电缆1的前端恒定地施加预定的电压的状态下进行扭转试验，使用在扭转试验中测定的导体电阻，算出导体电阻相对于初始导体电阻的上升率。

此外，制作比较例的对绞电缆，其将40根外径0.08mm的线材集合捻绞而构成导体(导体截面积0.20mm²)，除此以外，构成与实施例的对绞电缆1相同，并同样地进行了扭转试验。将比较例的对绞电缆的各种因素和扭转试验的结果一并示于表1。

[表1]

如表1所示，在比较例的对绞电缆中，在130万次时发生了断线(导体电阻相对于初始导体电阻的上升率超过了20％)。与此相对，确认了在实施例的对绞电缆1中，在500万次的扭转中没有发生断线，进一步在扭转了500万次的时刻导体电阻的上升率为1％以下，相对于比较例，耐扭转性大幅提高。

(实施方式的作用及效果)

如以上说明的那样，在本实施方式所涉及的对绞电缆1中，导体21是将由铜合金线形成的线材集合捻绞而构成的，其导体截面积为0.4mm²以下，线材的外径为0.05mm以下。

通过这样构成，能够实现即使在扭转长度短且扭转角度大这样的严格的扭转条件下也不易断线的耐扭转性高的对绞电缆1，能够实现适合于介入小型产业用机器人的扭转部中的配线的对绞电缆1。此外，在扭转长度较长、扭转角度较小的情况下，与以往相比能够延长寿命。进而，由于将多个细径的线材集合捻绞而构成导体21，因此容易将对绞电缆1弯曲。

(实施方式的汇总)

接下来，对于从以上说明的实施方式所掌握的技术思想，引用实施方式中的附图标记等进行记载。但是，以下记载中的各附图标记等并不将权利要求书中的构成要素限定于实施方式中具体示出的构件等。

[1]一种对绞电缆1，其是将具有导体21和被覆该导体21的绝缘体22的绝缘电线2绞合而成的对绞电缆1，所述导体21是将由铜合金线形成的线材集合捻绞而构成的，其导体截面积为0.4mm²以下，所述线材的外径为0.05mm以下。

[2]根据[1]所述的对绞电缆1，其中，所述导体21是将100根以上的所述线材集合捻绞而构成的。

[3]根据[1]或[2]所述的对绞电缆1，其中，所述导体21的捻绞方向与将所述绝缘电线2绞合时的捻绞方向为相反方向。

[4]根据[1]至[3]中任一项所述的对绞电缆1，其中，将所述绝缘电线2绞合时的捻绞间距为所述绝缘电线2的外径的20倍以上。

[5]根据[1]至[4]中任一项所述的对绞电缆1，其中，所述绝缘体22由氟树脂形成。

[6]根据[1]至[5]中任一项所述的对绞电缆1，其中，所述绝缘体22设置为所述导体21相对于所述绝缘体22能够在所述绝缘电线2的长度方向上移动。

[7]根据[1]至[6]中任一项所述的对绞电缆1，其中，所述线材的伸长率为5％以上，拉伸强度为340MPa以上。

[8]一种多芯电缆10，具备将多个[1]至[7]中任一项所述的对绞电缆1绞合而成的集合体11。

[9]根据[8]所述的多芯电缆10，其中，在所述对绞电缆1中将所述绝缘电线2绞合时的捻绞方向与所述集合体11的捻绞方向为相反方向。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是上述记载的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。此外，应当留意，实施方式中说明的所有特征组合并不一定是用于解决发明课题的手段所必须的。

此外，本发明能够在不脱离其宗旨的范围内适当变形而实施。例如，在上述实施方式中，作为一例，将100根外径0.05mm的线材集合捻绞而构成了导体21，但线材的外径、根数并不限定于此。在需要进一步提高耐扭转性的情况下，使用更多根数的直径更细的线材即可，例如，通过将280根以上的外径0.03mm以下的线材进行集合捻绞而构成导体21，能够实现进一步提高耐扭转性。

Claims

1.一种对绞电缆，其是将具有导体和被覆该导体的绝缘体的绝缘电线绞合而成的对绞电缆，

所述导体是将由铜合金线形成的线材集合捻绞而构成的，其导体截面积为0.4mm²以下，

所述线材的外径为0.05mm以下。

2.根据权利要求1所述的对绞电缆，所述导体是将100根以上的所述线材集合捻绞而构成的。

3.根据权利要求1或2所述的对绞电缆，所述导体的捻绞方向与将所述绝缘电线绞合时的捻绞方向为相反方向。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的对绞电缆，将所述绝缘电线绞合时的捻绞间距为所述绝缘电线的外径的20倍以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的对绞电缆，所述绝缘体由氟树脂形成。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的对绞电缆，所述绝缘体设置为所述导体相对于所述绝缘体能够在所述绝缘电线的长度方向上移动。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的对绞电缆，所述线材的伸长率为5％以上，拉伸强度为340MPa以上。

8.一种多芯电缆，具备将多个权利要求1～7中任一项所述的对绞电缆绞合而成的集合体。

9.根据权利要求8所述的多芯电缆，在所述对绞电缆中将所述绝缘电线绞合时的捻绞方向与所述集合体的捻绞方向为相反方向。