JP2010257688A

JP2010257688A - 電線被覆材

Info

Publication number: JP2010257688A
Application number: JP2009105031A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsumoto; 修松本
Original assignee: Junkosha Co Ltd
Current assignee: Junkosha Co Ltd
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】薄肉状態でも生体適合性、耐摩耗性、耐薬品性および耐油性に優れた電線被覆材を提供すること。
【解決手段】極細電線に被覆される電線被覆材１３，３２は、フッ素樹脂でなる母材に対し、母材よりも動摩擦係数が小さい充填材が配合されている。この電線被覆材によれば、母材がフッ素樹脂であるため、薄肉であっても、生体適合性、耐摩耗性、耐薬品性および耐油性に優れているが、更に充填材自体の摩擦係数が低く潤滑性に優れているので、耐摩耗性を更に向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電線被覆材に関し、例えば医療分野においてインプラントに使用され、あるいは小型ロボット分野において狭小のスペースで使用される極細電線の電線被覆材に関する。

近年、医療分野や小型ロボット分野において使用される装置を小型化するために、この装置に用いられる電線の電線被覆材の薄肉化が図られているが、電線被覆材の薄肉化によって可動部に配線される電線が周囲の部材との摩耗により容易に絶縁破壊しないように、耐摩耗性に優れた電線被覆材が求められている。例えば、特許文献１には、ポリ塩化ビニルに四フッ化エチレンを添加した電線被覆材が開示されている。この電線被覆材によれば、四フッ化エチレンが摩擦係数が低く潤滑性に優れているため、柔軟性を保持した状態で耐摩耗性を向上させることができるというものである。

特開平６−２２３６３１号公報

従来、心臓に周期的な電気刺激を与えて心拍動を起こさせるペースメーカに用いられる電線や、手足の動きを補助する小型ロボットに用いられる電線の電線被覆材は、例えば５０μｍ以下の薄肉であって、生体適合性、耐摩耗性、耐薬品性および耐油性等を有することが要求される。一方、生体適合性等に優れた材料として、フッ素樹脂が知られているが、上述した特許文献１に記載の電線被覆材は、ポリ塩化ビニルを用いたものであるため、これらの分野で要求されている生体適合性等を満たすことが難しかった。

一方、耐薬品性および耐油性に優れたフッ素樹脂の母材にカーボンフィラーの充填材を充填して耐摩耗性を向上させた電線被覆材があるが、カーボンフィラーのサイズが数十μｍと大きいため、薄肉にすると母材を突き抜けて絶縁破壊を起こすという問題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、薄肉状態でも生体適合性、耐摩耗性、耐薬品性および耐油性に優れた電線被覆材を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の電線被覆材では、極細電線に被覆される電線被覆材において、フッ素樹脂でなる母材に対し前記母材よりも動摩擦係数が小さい充填材を配合したことを特徴としている。この電線被覆材によれば、母材がフッ素樹脂であるため、薄肉であっても、生体適合性、耐摩耗性、耐薬品性および耐油性に優れているが、更に充填材自体の摩擦係数が低く潤滑性に優れているので、耐摩耗性を更に向上させることができる。母材としては、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）が好適であり、充填材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、鱗状黒鉛、アラミド樹脂が好適である。

本発明の実施形態に係る電線被覆材を外被として被覆したコイル状電線を電線軸と直交する方向から見た平面図である。図１のコイル状電線の基線を電線軸方向から見た拡大図である。基線の外被の耐摩耗性を試験するための耐摩耗性試験電線を電線軸方向から見た拡大図である。基線の外被の耐摩耗性を試験する耐摩耗性試験装置の構成を示す図である。

以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の成立に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る電線被覆材を外被として被覆したコイル状電線を電線軸と直交する方向から見た平面図、図２は、図１のコイル状電線の基線を電線軸方向から見た拡大図である。このコイル状電線１は、４本の基線２１〜２４を並べたものを、更に螺旋状（コイル状）に巻いた構成となっている。コイル状電線１は、医療分野においてインプラントに使用され、あるいは小型ロボット分野において狭小のスペースで使用される。インプラント分野では、電線が細径であり（例えば０．２８ｍｍの外径）、柔軟性が求められる。

各基線２１〜２４は、高張力バネ材で成る中心材１１と、該中心材１１の外周に撚り合わされた低電気抵抗率材で成る複数本の外部材１２と、該外部材１２の外周に設けられた外被（電線被覆材）１３とを有する。中心材１１としては、２０００ＭＰａ以上の張力を有する高張力バネ材であれば良く、例えばマルテンサイト系のステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）やピアノ線等の高炭素鋼が使用可能である。外部材１２としては、２．1Ω・ｃｍ以下の電気抵抗率を有する低電気抵抗率材であれば良く、例えば銀メッキ銀入り銅合金や銅等が使用可能である。外被１３としては、耐摩耗性材であれば良く、例えば母材としてエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等に、充填材として１０μｍ以下の粒子径を有し、母材よりも動摩擦係数が小さい微小粒状のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、微小粒状の鱗状黒鉛、微小粒状のアラミド樹脂等を充填した複合材が使用可能である。

このような構成のコイル状電線１は、従来のコイル状電線よりもはるかに低抵抗となる。さらに、コイル状電線１は、従来のコイル状電線のように中心材と外部材とが一体化されたクラッド構造体ではなく、外部材１２は中心材１１と分離された構造であり、更に複数本の外部材１２が中心材１１の外周に螺旋状に巻回されている。このため、基線２１〜２４の屈曲時や伸縮時には外部材１２は中心材１１に引っ張られることなく単独で屈曲および伸縮するので、外部材１２の断線を防止することができる。即ち、コイル状電線１は、従来のコイル状電線よりもはるかに高耐久性となる。そして、中心材１１と外部材１２は個々に独立しているため、必要とする張力や電気抵抗率を有する最適な材料を選択することができ、材料選択肢の幅を広げることができる。

また、外被１３は母材がフッ素樹脂であるため、薄肉であっても、生体適合性、耐摩耗性、耐薬品性および耐油性に優れているが、更に、充填材自体の摩擦係数が低く潤滑性に優れているので、耐摩耗性を更に向上させることができる。また、母材の肉厚を５０μｍ以下としても、充填材の粒子径は１０μｍ以下であるため、充填材は母材を突き抜けることなく母材中に埋め込まれるので、ピンホールの発生を抑えて絶縁破壊を防止することができる。即ち、基線２同士の摩擦による摩耗によって絶縁破壊が発生することを防止することができる。

次に、実施例として本実施形態のコイル状電線１を作製し、張力測定および電気抵抗率測定を行ったので該測定結果について説明する。

ここで、張力測定および電気抵抗率測定に使用した実施例のコイル状電線１は、以下のようにして作製されている。中心材１１として外径０．０６ｍｍのＳＵＳ３０４のステンレス線を用意し、この中心材１１の外周に外部材１２として外径０．０３ｍｍの銀メッキ銀入り銅合金の合金線を９本撚り合わせ、その外周に平均粒子径が０．１μｍ〜０．５μｍのＰＴＦＥを３ｗｔ％充填したＥＴＦＥを２０μｍ押出し被覆して基線２とし、作成した基線２を４本並べて螺旋巻きし、最終的に外径Ｄが０．６２ｍｍのコイル状電線１とする。

このコイル状電線１に使用される金属部分（中心材１１に外部材１２を巻いたもの）の電気抵抗率は室温２０°Ｃで２．６μΩ・ｃｍ以下となり、引張り強さは１２１０ＭＰａ以上となる。これに対し従来のＤＦＴワイヤでは、電気抵抗率が室温２０°Ｃで４．２μΩ・ｃｍとなり、引張り強さは１０９１ＭＰａとなる。したがって、コイル状電線１の金属部分は、従来のＤＦＴワイヤよりも電気抵抗率で３８％以上低減し、引張り強さで１０％以上向上する。よって、コイル状電線１は、従来のコイル状電線よりも低抵抗、高張力（高耐久性）となる。

次に、実施例として本実施形態のコイル状電線１に使用可能な材料で成る外被１３および比較例として従来のコイル状電線に使用された材料で成る外被の耐摩耗性試験を行ったので図３および図４を参照して耐摩耗性試験電線および耐摩耗性試験装置を説明してから試験結果について説明する。

図３に示すように、耐摩耗性試験に使用した耐摩耗性試験電線３０は、外径０．０３ｍｍの錫メッキ錫入り銅合金の合金線３１を７本撚り合わせ、その電線を７本撚り合わせ、該電線束の外周に押出機により外被３２を厚さ４５μｍで被覆した構成となっている。実施例の外被３２の材料は、母材としてのＥＴＦＥに、充填材として粒子径０．２μｍのＰＴＦＥ、粒子径３μｍの鱗状黒鉛、粒子径５μｍのアラミド樹脂のうちからいずれか１つを充填した複合材である。

ここで、母材に充填する充填材の充填量は、ＰＴＦＥで３ｗｔ％以下、鱗状黒鉛で５ｗｔ％以下、アラミド樹脂で１ｗｔ％以下であればよい。この理由は、例えばピンホールの試験のために５００Ｖのスパーク電圧をかけてスパークが発生しないときの充填量が、ＰＴＦＥで３ｗｔ％以下、鱗状黒鉛で５ｗｔ％以下、アラミド樹脂で１ｗｔ％以下となったからである。なお、スパークの実験で用いた電線は、外径０．１６ｍｍの錫メッキ錫入り銅合金の合金線に、上記の充填材を充填したＥＴＦＥで厚さ２０μｍの外被を形成したものである。

図４に示すように、耐摩耗性試験に使用した耐摩耗性試験装置４０（東洋精機製作所製）は、試験台４１、ビーズ針４２、可動部４３および導通検出回路４４を備えている。試験台４１上には、耐摩耗性試験電線３０が直線状態で載置されるようになっている。ビーズ針４２は、導電性金属により円柱棒状に形成されている。可動部４３は、導電性金属で作製されており、試験台４１の上方にて垂直往復直線移動可能であって水平往復直線移動可能なように配置されている。そして、可動部４３の下部には、ビーズ針４２が軸を水平方向であって水平往復直線移動方向と直交する方向を向くようにして取り付けられている。導通検出回路４４は、試験電線３０の合金線３１と可動部４３とに電気的に接続されて両者の導通を検出するようになっている。

このような構成の耐摩耗性試験装置４０により耐摩耗性試験を行う際は、試験台４１上に耐摩耗性試験電線３０を載置固定する。即ち、耐摩耗性試験電線３０の合金線３１が外径１．０ｍｍのビーズ針４２の軸と直交する方向に延在するように、かつ耐摩耗性試験電線３０の外被３２がビーズ針４２の中央部と当接可能なように固定する。そして、１Ｎの可動部４３を下降させてビーズ針４２の中央部を試験台４１上の耐摩耗性試験電線３０の外被３２に当接させる。この状態で、可動部４３を１０ｍｍのストロークで６０回／分の速度で水平往復動させてビーズ針４２の中央部を耐摩耗性試験電線３０の外被３２上で摺動させ、導通検出回路４４で導通が検出されるまでの往復回数を測定する。なお、試験電線３０のサンプル数は、各１０本とした。

試験結果としては、比較例のＰＦＡのみの外被３２の場合は平均３４回、ＥＴＦＥのみの外被３２の場合は平均１６２回であったのに対し、実施例の３ｗｔ％のＰＴＦＥの外被３２の場合は平均５９４８回、５ｗｔ％の鱗状黒鉛の外被３２の場合は平均１２３３回、１ｗｔ％のアラミド樹脂の外被３２の場合は平均２２４５回となった。ＰＦＡのみの外被３２の場合およびＥＴＦＥのみの外被３２の場合と比較して、３ｗｔ％のＰＴＦＥの外被３２の場合は１７４．９倍および３６．７倍、５ｗｔ％の鱗状黒鉛の外被３２の場合は３６．３倍回および７．６倍、１ｗｔ％のアラミド樹脂の外被３２の場合は６６．０倍および１３．８倍と耐摩耗性を向上させることができ、特に３ｗｔ％のＰＴＦＥの外被３２の場合に大幅に向上させることができた。

なお、充填材としてのＰＴＦＥに関しては、更に実験を行った結果、平均粒径が０．１μｍ〜０．５μｍ、充填量が２ｗｔ％〜５ｗｔ％において、耐摩耗性を大幅に向上させることができた。充填量が２ｗｔ％未満の場合は、耐摩耗性が不足するからであり、充填量が５ｗｔ％を超える場合は、絶縁破壊が発生し易くなるからである。また、母材としてのＥＴＦＥに関しては、充填材を充填したときに、流動性（ＭＦＲ（ＭｅｌｔＦｌｏｗＲａｔｅ））が５ｇ／１０ｍｉｎ〜３５ｇ／１０ｍｉｎあれば良い。

上述した実施形態では、コイル状電線１の基線２は４本並設した構成としたが、基線２を２本〜１０本並設、更には１０本以上並設したコイル状電線としても良い。また、外部材１２は９本撚り合わせたが、中心材１１の周囲に撚り合わせ可能であれば外部材１２の撚りあわせ本数は特に限定されるものではない。

本発明の電線被覆材は、耐摩耗性に優れているため、特に可動部を有する機器に好適である。

１コイル状電線、２、２１〜２４基線、１１中心材、１２外部材、１３、３２外被、３０耐摩耗性試験電線、３１合金線、４０耐摩耗性試験装置、４１試験台、４２ビーズ針、４３可動部、４４導通検出回路

Claims

極細電線に被覆される電線被覆材において、
フッ素樹脂でなる母材に対し前記母材よりも動摩擦係数が小さい充填材を配合したことを特徴とする電線被覆材。
前記母材は、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体でなり、前記充填材は、ポリテトラフルオロエチレン、鱗状黒鉛、アラミド樹脂のうちから選択される何れか１つであることを特徴とする請求項１に記載の電線被覆材。