JP2014127345A

JP2014127345A - 絶縁電線

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Publication number: JP2014127345A
Application number: JP2012283148A
Authority: JP
Inventors: Taketo KUMADA; 健人熊田; Kazuhiro Ogushi; 和弘大串
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Also published as: CN104885164A; WO2014103750A1; EP2924696A4; US20150294758A1; EP2924696A1

Abstract

【課題】高サイクル領域及び低サイクル領域の双方に適用することが可能な絶縁電線を提供する。
【解決手段】絶縁電線１は、導電性の金属導体素線１１ａ、又は複数本の金属導体素線１１ａが撚られてなる撚線導体１１上に絶縁性の絶縁部材１２を被覆したものであって、金属導体素線１１ａは、引張強さが５００ＭＰａ以上、且つ、伸び率が６％以上である銅合金が用いられると共に、素線径が０．１２ｍｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線に関する。

従来、ロボットなどの機器は複雑な動きをする可動部を有している。このため、このような機器に用いられる電線についても可動部に適するものが必要となる。このような可動部では、例えば曲げ歪みを小さくするために曲げ半径を大きく設計するなどの工夫がなされており、高サイクル疲労特性の優れた金属導体を用いた絶縁電線が使用される。ここで、曲げ歪みが小さく高い屈曲疲労サイクルを要求される箇所（高サイクル領域）では金属導体の引張強さ(物性値[ＭＰａ])が高いことが有利であると知られている。

また、絶縁電線の高屈曲疲労特性の改善策として、金属導体に用いられる素線を細径化することが提案されている（例えば特許文献１又は２参照）。これらによれば、金属導体素線を細径化することにより、金属導体に加わる歪みを小さくすることができ、且つ、金属導体の引張強度を高めることができる。すなわち、これらの技術では、同一の絶縁電線の曲げ半径においても、金属導体素線内部で生じる曲げ歪みを小さくして高サイクル領域にシフトさせた電線を提供できることとなる。

特開２０１０−１８８４８号公報特開２００１−９３３４１号公報

しかし、特許文献１又は２に記載の絶縁電線では、高サイクル領域にしか適用することができず低サイクル領域には適さない可能性がある。例えば、ロボットなどの機器においては、使用する絶縁電線の屈曲疲労特性に合わせた曲げ半径の設計が必要となり、機器の屈曲耐久回数の要求値に応じて曲げ部を大きくしなければならい場合がある。また、組み付けの際に狭いスペースにおいて絶縁電線を小さい半径で曲げ、コネクタを繰り返し挿抜する可能性があるため、絶縁電線に加わる曲げ歪みが大きくなる箇所も存在する。このように絶縁電線を小さい曲げ半径で繰り返し屈曲する必要がある場合において、高サイクル領域のみに適した絶縁電線を使用していたとしても、電線が曲げ歪みに耐えられず、導体破損などを引き起こしてしまう可能性がある。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、高サイクル領域及び低サイクル領域の双方に適用することが可能な絶縁電線を提供することにある。

本発明の絶縁電線は、導電性の金属導体素線、又は複数本の金属導体素線が撚られてなる撚線導体上に絶縁性の絶縁部材を被覆した絶縁電線であって、金属導体素線は、引張強さが５００ＭＰａ以上、且つ、伸び率が６％以上である銅合金が用いられると共に、素線径が０．１２ｍｍ以下であることを特徴とする。

この絶縁電線によれば、金属導体の引張強さが５００ＭＰａ以上であり、且つ、伸び率が６％以上である銅合金が用いられると共に、素線径が０．１２ｍｍ以下である。このため、例えばＲ＝２０ｍｍ以上の大きな屈曲に対して耐屈曲回数が５００万回程度を実現することができ、曲げ歪みが小さく高い屈曲疲労サイクルを要求される高サイクル領域において適用することができる。また、金属導体の伸び率が６％以上であるため、曲げ歪みが大きい低サイクル領域においても適用することができる。従って、高サイクル領域及び低サイクル領域の双方について要求される屈曲耐久回数に適合することが可能な絶縁電線を提供することができる。

本発明によれば、高サイクル領域及び低サイクル領域の双方に適用することが可能な絶縁電線を提供することができる。

本発明の実施形態に係る絶縁電線の一例を示す概略図である。引張強度と伸び率との関係を示すグラフである。時効処理の温度によって変化する引張強度及び伸び率を示すグラフである。耐屈曲試験に用いられる実施例及び比較例に係る絶縁電線の構成、並びに実験結果を示す図表である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る絶縁電線の一例を示す概略図である。

本実施形態に係る絶縁電線１は、図１に示すように、撚線導体１１上に絶縁性の絶縁部材１２を被覆したものである。撚線導体１１は、導電性の複数本（具体的には１９本）の金属導体素線１１ａが撚られて構成され、断面積が例えば０．０８ｓｑ（ＡＷＧ２８）となっている。本実施形態において金属導体素線１１は、銅合金によって製造されており、具体的にＣｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ系及び、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系などの析出強化型の銅合金から製造されている。なお、撚線導体１１は、１本の金属導体素線１１ａのみを撚り合わせずに構成されていてもよいし、１９本の金属導体素線１１ａを撚り合わせたものに限らず例えば３０本の金属導体素線１１ａを撚り合わせて断面積を０．１３ｓｑ（ＡＷＧ２６）としたものであってもよいし、他の本数の金属導体素線１１ａを撚り合わせたものであってもよい。また、絶縁部材１２は、ポリ塩化ビニル系樹脂組成物（あるいはポリオレフィン系樹脂組成物）であるが、特にこれに限られるものではない。

このような金属導体素線１１ａにおいて、各金属の配合率は以下のようになっている。すなわち、金属導体素線１１ａがＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系の銅合金である場合、Ｃｒが０．５０〜１．５０質量％であり、Ｚｒが０．０５〜０．１５質量％であり、Ｓｎが０．１０〜０．２０質量％であり、残部がＣｕである。また、導体部１１がＣｕ−Ｃｏ−Ｐ系の銅合金である場合、Ｃｏが０．２０〜０．３０質量％であり、Ｐが０．０７〜０．１２質量％であり、Ｎｉが０．０２〜０．０５である。さらに、Ｓｎが０．０８〜０．１２質量％であり、Ｚｎが０．０１〜０．０４質量％であり、残部がＣｕである。

ここで、本実施形態に係る絶縁電線１は、高サイクル領域及び低サイクル領域の双方において適用可能である。具体的に本実施形態に係る絶縁電線１は、曲げＲ＝２０ｍｍ以上の小さな曲げ歪みにおいて屈曲回数が５００万回以上を達成すると共に（高サイクル領域に適用）、曲げＲ＝０．５ｍｍの大きな曲げ歪みにおいて屈曲回数が数十回以上達成するものである（低サイクル領域に適用）。以下、詳細に説明する。

まず、高サイクル領域に適用可能な絶縁電線を提供するにあたっては、金属導体１１の引張強度が高いことが有利である。本実施形態では上記金属導体１１を用いることにより、引張強度５００ＭＰａ以上を達成することができ、高サイクル領域に適用可能である。

図２は、引張強度と伸び率との関係を示すグラフである。なお、図２において縦軸は引張強度〔ＭＰａ〕を示し、横軸は伸び率〔％〕を示している。

図２に示すように、軟銅の引張強度は伸び率によって異なるが、概ね２００ＭＰａ強程度である。これに対して、産業用のロボットケーブルとして使用される銅合金、及び、上記した析出強化型の銅合金の引張強度については、伸び率によって異なるが、引張強度が５００ＭＰａ以上となる領域が存在する。従って、産業用のロボットケーブルとして使用される銅合金、及び、上記した析出強化型の銅合金は、高サイクル領域に適用可能といえる。

また、低サイクル領域に適用可能な絶縁電線を提供するにあたっては、金属導体１１の伸び率が高いことが有利である。本実施形態では上記金属導体１１を用いることにより、伸び率６％以上を達成することができ、低サイクル領域に適用可能である。

図２に示すように、産業用のロボットケーブルとして使用される銅合金は、伸び率３％程度で最大である。このため、伸び率６％以上を達成できず、低サイクル領域に適用することができない。これに対して、上記金属導体１１は、伸び率６％以上を達成でき、低サイクル領域に適用可能といえる。なお、引張強さは、ＪＩＳ−Ｚ−２２４１に規定される引張試験機を用いて測定した試験力（Ｎ）から求められ、伸び率は、同様の伸び計を用いて測定した標点間の長さから求められる。

なお、高サイクル領域では曲げＲ＝２０ｍｍ以上の小さな曲げ歪みにおいて高い屈曲性が要求される。このため、本実施形態においてはＲ＝２０ｍｍの曲げにおいて高い屈曲性を満たすように金属導体素線１１ａの径を設定することが必要である。そして、本件発明者らが鋭意検討を重ねた結果、金属導体素線１１ａの径が小さくなるほど、歪みは小さくなる傾向にあることから、金属導体１１に使用される銅合金がＲ＝２０ｍｍの曲げにおいて高い屈曲性を満たすためには、素線径が０．１２ｍｍ以下である必要があることを見出した。これにより、Ｒ＝２０ｍｍ以上の大きな屈曲に対して耐屈曲回数が５００万回程度を実現することができる。

以上より、本実施形態に係る金属導体１１は、引張強度が５００ＭＰａ以上、且つ、伸び率が６％以上である銅合金が用いられると共に、素線径が０．１２ｍｍ以下である。

なお、上記条件に加えて金属導体１１は、伸び率は１５％未満であることが望ましい。伸び率と引張強さとは相関があり、伸び率を変化させると引張強さも変化してしまう。このような事情から、銅を基本とした導電率６５％ＩＡＣＳ以上の析出強化型の合金の場合、伸び率が１５％以上となると、もはや引張強さ５００ＭＰａを維持できなくなってしまうからである。さらに、引張強さは６５０ＭＰａ未満であることが望ましい。銅を基本とした合金の場合、引張強さが６５０ＭＰａ以上となると、もはや伸び率６％を維持できなくなってしまうからである。

さらに、金属導体素線１１ａの径は、０．０５ｍｍ以上であることが望ましい。少なくとも０．０５ｍｍ以上の径が無ければ、伸線加工歪みの蓄積により伸線加工が困難となってしまうからである。これ以下の径にするには伸線加工の中途に溶体化処理を実施して、蓄積された歪みを開放しなければならないが、１ｍｍ以下の線材を溶体化処理するのは容易ではない。

なお、引張強度及び伸び率については、導体材料の時効処理の温度を変化させることにより、ある程度調整可能である。図３は、時効処理の温度によって変化する引張強度及び伸び率を示すグラフである。なお、図３において縦軸は引張強度〔ＭＰａ〕を示し、横軸は伸び率〔％〕を示している。

図３に示すように、時効処理の温度を低下させることにより、本実施形態に係る銅合金は引張強度が高くなる。これに対して、本実施形態に係る銅合金は、時効処理の温度を低下させることにより、伸び率が小さくなる傾向にある。このため、銅合金については時効処理の温度を変化させることで、適切な特性を示すように製造可能である。

次に、本実施形態に係る絶縁電線１の耐屈曲試験の実験結果について説明する。図４は、耐屈曲試験に用いられる実施例及び比較例に係る絶縁電線の構成、並びに実験結果を示す図表である。

図４に示すように、まず、実施例１において金属導体素線の径は０．０８ｍｍとした。また、銅合金としては、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｐ系の銅合金を使用した。具体的に、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｐ系の銅合金は、Ｃｏが０．２０〜０．３０質量％であり、Ｐが０．０７〜０．１２質量％であり、Ｎｉが０．０２〜０．０５である。さらに、Ｓｎが０．０８〜０．１２質量％であり、Ｚｎが０．０１〜０．０４質量％であり、残部がＣｕである。

また、実施例１において金属導体素線の本数は１９本であり、１９本の撚線により構成される導体の外径は０．４０ｍｍであった。さらに、実施例１において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．８８ｍｍであった。

また、実施例２において金属導体素線の径は０．０３ｍｍとした。また、銅合金としては、実施例１と同じものを用いた。さらに、実施例２において金属導体素線の本数は６１本であり、６１本の撚線により構成される導体の外径は０．３９ｍｍであった。さらに、実施例２において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．８７ｍｍであった。

実施例３において金属導体素線の径は０．０５ｍｍとした。また、銅合金としては、実施例１と同じものを用いた。さらに、実施例３において金属導体素線の本数は３７本であり、３７本の撚線により構成される導体の外径は０．４５ｍｍであった。さらに、実施例３において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．９３ｍｍであった。

実施例４において金属導体素線の径は０．１０ｍｍとした。また、銅合金としては、実施例１と同じものを用いた。さらに、実施例４において金属導体素線の本数は１９本であり、１９本の撚線により構成される導体の外径は０．５０ｍｍであった。さらに、実施例４において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．９８ｍｍであった。

実施例５において金属導体素線の径は０．１２ｍｍとした。また、銅合金としては、実施例１と同じものを用いた。さらに、実施例５において金属導体素線の本数は７本であり、７本の撚線により構成される導体の外径は０．３６ｍｍであった。さらに、実施例５において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．８４ｍｍであった。

また、比較例１において金属導体素線の径は０．０３ｍｍとし、材料に軟銅を用いた。さらに、比較例１において金属導体素線の本数は６１本であり、６１本の撚線により構成される導体の外径は０．３９ｍｍであった。さらに、比較例１において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．８７ｍｍであった。

比較例２において金属導体素線の径は０．０５ｍｍとし、材料に軟銅を用いた。さらに、比較例２において金属導体素線の本数は３７本であり、３７本の撚線により構成される導体の外径は０．４５ｍｍであった。さらに、比較例２において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．９３ｍｍであった。

比較例３において金属導体素線の径は０．０８ｍｍとし、材料に軟銅を用いた。さらに、比較例３において金属導体素線の本数は１９本であり、１９本の撚線により構成される導体の外径は０．４０ｍｍであった。さらに、比較例３において絶縁部材には、厚さ０．２４ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．８８ｍｍであった。

比較例４において金属導体素線の径は０．１６ｍｍとし、材料には実施例１と同じ銅合金を用いた。さらに、比較例４において金属導体素線の本数は７本であり、７本の撚線により構成される導体の外径は０．４８ｍｍであった。さらに、比較例４において絶縁部材には、厚さ０．２０ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は０．８８ｍｍであった。

比較例５において金属導体素線の径は０．２０ｍｍとし、材料には実施例１と同じ銅合金を用いた。さらに、比較例５において金属導体素線の本数は７本であり、７本の撚線により構成される導体の外径は０．６０ｍｍであった。さらに、比較例５において絶縁部材には、厚さ０．２０ｍｍのＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。また、絶縁部材の仕上外径は１．００ｍｍであった。

以上、実施例１〜５及び比較例１〜５について、耐屈曲試験を行った結果、図４に示すようになった。なお、耐屈曲試験では、所定長の絶縁電線を真っ直ぐに伸ばした状態から、一方向へ曲げ半径２０ｍｍを有するマンドレルに沿わせて曲げ、再び真っ直ぐに戻す動作までを１回として繰り返し、金属導体素線が断線したときの曲げ回数を測定した。

図６に示すように、実施例１に係る絶縁電線は、曲げ回数が２１６５万２３００回に達した。また、実施例２〜５に係る絶縁電線は、それぞれ曲げ回数が８億２１６２万５６９２回、１億４０５１万２４０５回、１２７０万２２５４回、６５７万４４６０回となった。

これに対して、比較例１〜５に係る絶縁電線は、それぞれ曲げ回数が３２４８万９０８回、７９５万１３７回、２１４万５３６５回、１８６万２６７２回、６８万６３７回となった。

以上のように、実施例１〜５については、いずれも曲げ回数が５００万回を超えており、高サイクル領域に適することが分かった。さらに、実施例に係る絶縁電線の導体は、伸び率６％以上であるため、低サイクル領域にも適するものである。

一方、比較例３〜５については、いずれも曲げ回数が５００万回を下回った。このため、高サイクル領域に適しないことが分かった。さらに、比較例１，２については、曲げ回数が５００万回を超えているが、実験結果からすると、その素線径は０．０５ｍｍ以下に限られることとなり、金属導体素線は極細線に限られてしまうという問題があることがわかった。また、同じ素線径において比較すると（比較例１と実施例２、比較例２と実施例３との比較）、曲げ回数は、実施例２，３に対してはるかに及ばないことがわかった。

このようにして、本実施形態に係る絶縁電線１は、金属導体１１の引張強さが５００ＭＰａ以上であり、且つ、伸び率が６％以上である銅合金が用いられると共に、素線径が０．１２ｍｍ以下である。このため、例えばＲ＝２０ｍｍ以上の大きな屈曲に対して耐屈曲回数が５００万回程度を実現することができ、曲げ歪みが小さく高い屈曲疲労サイクルを要求される高サイクル領域において適用することができる。また、導体の伸び率が６％以上であるため、曲げ歪みが大きい低サイクル領域においても適用することができる。従って、高サイクル領域及び低サイクル領域の双方について要求される屈曲耐久回数に適合することが可能な絶縁電線１を提供することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

１…絶縁電線
１１…金属導体
１１ａ…金属導体素線
１２…被覆部材

Claims

導電性の金属導体素線、又は複数本の金属導体素線が撚られてなる撚線導体上に絶縁性の絶縁部材を被覆した絶縁電線であって、
前記金属導体素線は、引張強さが５００ＭＰａ以上、且つ、伸び率が６％以上である銅合金が用いられると共に、素線径が０．１２ｍｍ以下である
ことを特徴とする絶縁電線。