JP2015079574A - 耐捻回性ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、ケーブルの耐捻回性を向上させることができ、これによりケーブルの断線を抑制してケーブルの寿命を向上させることができる耐捻回性ケーブルを提供することである。【解決手段】 シールド層を有するケーブル、特には、複数本の電線等を撚り合わせた構成からなるコア線材、該コア線材上に、テープ層、シールド層、外層等からなる多芯撚りケーブルにおいて、該シールド層の編組構成の持ち数が、編組の打ちであるＳ方向とＺ方向で異なることを特徴とする耐捻回ケーブル。さらに、該シールド層の編組構成のうち、持ち数が少ない方の打ち方向が、該コア線材の撚り方向と逆であることを特徴とする。【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば産業用ロボットのアーム等の捻回頻度が高い可動部で使用するのに適した耐捻回性ケーブルに関する。

産業用ロボットのアーム等の捻回頻度が高い可動部に使用されるケーブルでは、ケーブル上の捻回箇所に、局所的に負荷が集中することにより発生する疲労断線の問題がある。疲労断線により、電気抵抗や電気損失の増加、遮蔽効果の低下等の問題が発生し、また、アース短絡となれば大変危険である。

断線を防止する手法として、特許文献１では、複数の素線を撚り合わせて構成した導体９を用いて、中心層を構成する導体９の周りに複数の導体９を全層同方向に撚り合わせるか、或いは、中心層を構成する導体９と共に複数の導体９を全て同方向に撚り合わせることにより構成した可とう性導体１と、可とう性導体１の上方において複数の金属素線と非金属素線を交織編組することにより構成した遮蔽層５とを備えてなる、耐捻回性ケーブルがある。
複数の素線の撚り合わせる方向を統一することにより、ケーブルが捻回したときは、そのように撚り合わせられた複数の導体が、ケーブルの捻回方向により「撚りが緩む方向」に動作するか「撚りが絞まる方向」に動作するかどちらか一方の動作となり、「撚りが緩む方向」と「撚りが絞まる方向」の両方に動作とならないため、これら複数の導体が干渉して強く擦れ合うことが緩和され、この結果、これらの導体の断線を抑制することができる、としている。
また、複数の金属素線と非金属素線を交織編組することにより構成した遮蔽層を採用することにより、金属素線のみ編組した場合と比較して、遮蔽層を構成する金属素線の金属素線同士の擦れによる断線を抑制することが記されている。
しかし、特許文献１では、非金属素線を用いることで、電磁波に対する遮蔽性が悪化するという問題が発生する。

その他の先行技術として、編組素線として、高張力金属やアラミド繊維等の高張力繊維を用いる事例も多数見られるが、これらは、一般的な編組素線である銅線等と比較して高価であり、製造コストが上がるという問題がある。

特開２０１１−００９０９７

本発明の課題は、耐捻回性に優れ、かつ、遮蔽性及びコスト性に優れる耐捻回性ケーブルを提供することにある。

本発明者は、鋭意工夫を重ねた結果、従来技術のようにシールド層の編組素線の材質を変更することなく、シールド層の構成を工夫することにより、従来の問題を解消することを究明した。

本発明によって提供される耐捻回性ケーブルは、シールド層を有するケーブル、特には、複数本の電線等を撚り合わせた構成からなるコア線材の上に、シールド層、外層等を施した多芯撚りケーブルにおいて、シールド層の編組構成のうち持ち数が、編組の打ち方向でそれぞれ異なることを特徴とする（図２（ａ））。
ここで持ち数とは、何本の素線を束ねているかを示すものである。編組とは、規定の持ち数で束ねた素線束を、コア線材に対して、それぞれ異なる方向（Ｓ方向とＺ方向という（図１））に交互に織り合わせたものである。束ねられた素線束の１本１本は、編組後には並列に並んだ状態となる。
また、規定の持ち数で束ねた素線束を何束織り合わせたかを示すものが、打ち数と呼ばれる。一般的な編組は、Ｓ方向とＺ方向それぞれの持ち数は同じであり、例えば持ち数４本、打ち数１６（１６打）の編組であれば、４本の素線束を８つずつＳ方向とＺ方向に交互に織り合わせられる（図２（ｂ））。

本発明ではさらに、シールド層の編組構成の打ち方向のうち、持ち数が少ない方が、コア線材の撚り方向と逆であることが特徴である。これは、コア線材の撚り方向とケーブルの捻回方向が異なる場合、編組素線の撚り方向のうちコア線材の撚り方向と異なる方が、素線への負荷が大きくなるため、素線数を減らすことで、電気抵抗の増加等の断線の影響を抑える効果がある。表１に、捻回におけるシールド層への影響をまとめる。

また、シールド層の編組構成のうち、編組の打ち方向のいずれか一方の材質、あるいは、編組素線の少なくとも一部の材質が、高張力金属線であることで、材料コストを抑えつつ、より良い耐捻回性を得ることができる。

シールド層の編組密度については７０％以上である。シールド層の編組構成のうち持ち数が、編組の打ち方向がそれぞれ異なる場合でも、編組密度を７０％にすることで、優れた遮蔽性を保持できる。

本発明の耐捻回性ケーブルにあっては、以下に記載した優れた効果が期待できる。
（１）シールド層の金属編組の打ち方向のうち、持ち数が少ない方が、コアの撚り方向と逆であるため、仮に断線しても電気抵抗値の変化量が小さく、断線による悪影響を最小限に抑えることができる。
（２）シールド層の材質をすべて金属線とすることで、遮蔽効果を保ったまま、耐捻回性を改善することができる。
（３）さらに、シールド層の編組構成のうち、編組の打ち方向のいずれか一方の材質、あるいは、編組素線の少なくとも一部の材質を高張力金属線とすることで、材料コストを抑えつつ、さらに耐捻回性が改善され、長期間安定して使用できる。

撚り方向の定義（概略図）を示す。（ａ）Ｓ方向（ｂ）Ｚ方向 （ａ）本発明の耐捻回性ケーブルにおける編組構成の一例を示す。 （ｂ）従来例１における編組構成の一例を示す。 本発明の耐捻回性ケーブルにおける断面図の一例を示す。 捻回性試験装置の側面図を示す。 遮蔽性試験方法の簡略図を示す。 耐捻回性試験での電気抵抗値の変化量を示す。

以下、本発明の基本的構成を、添付図面を参照しながら説明する。
図３の耐捻回性ケーブル１において、電線（単線または撚り線）２、介在３を中心に電線２を複数本撚り合せたコア線材４、コア線材４の上に、紙テープ５、シールド層６、外層７が同芯円上に施される。

コア線材４の構成は特に限定せず、可撓性を有する撚り構造をしていることを特徴とする。コア線材４内の、導体（図示せず）、電線２の撚り方向は、コア線材４の撚り方向に全て合わせることが好ましい。撚り方向を全て同じにすることで、互いの線間の擦れが緩和され、摩耗を防ぐことができるためである。
コア線材４の構成は特に限定しないが、シールド層を有するケーブルの場合は、シールド層６と同様、編組構成のうち持ち数が編組の打ち方向でそれぞれ異なる構造であってもよい。

コア線材４の上に、適宜紙テープ５のような抑え構造があっても良い。

シールド層６は遮蔽性に優れる編組構造が好適であり、このうち持ち数が、編組の打ち方向でそれぞれ異なる。（図２（ａ））

さらに、打ち方向のうち持ち数が少ない方が、コア線材４の撚り方向と逆である。この場合の持ち数は少ない方が、仮に断線した時の電気抵抗の増加等の影響は小さく抑えられる。
これは、表１に示したように、コア線材４の撚り方向とケーブルの捻回方向が異なる場合、編組素線の撚り方向のうちコア線材４の撚り方向と異なる方が、素線への負荷が大きくなるため、素線数を減らすことで、電気抵抗の増加等の断線の影響を抑える効果があるためである。

材質は、遮蔽性の観点より錫めっき軟銅線、銀めっき軟銅線等の金属線が望ましい。高価ではあるが、錫めっき銅合金線、銀めっき銅合金線等の高張力金属線を使用すると、さらに摩耗による断線を低減することができる。編組の打ち方向のいずれか一方、あるいは、編組素線の少なくとも一部に高張力金属線を用いることで、材料コストを抑えつつ、さらに優れた耐捻回性を得ることができる。

編組角度については特に限定せず、一般的なケーブル仕様とする。
編組密度は７０％以上が好ましい。７０％以下では遮蔽性が悪化し、従来技術の非金属線を一部使用した耐捻回ケーブル１に対する優位性が低くなる。

多芯に限らず単芯ケーブルにおいても、ケーブル捻回時のシールド素線への負荷を考慮し、持ち数が編組の打ち方向でそれぞれ異なる構成や一部に高張力金属線を用いる等、適用できる。

外層７の材質は特に限定しない。肉厚等の寸法についても特に限定せず、一般的にケーブルで使用されるものとする。

本発明の耐捻回ケーブル１の、図３の態様である実施例１を示す。
電線２は、導体径φ０．９ｍｍの錫めっき軟銅線の可撓構成の導体に、フッ素樹脂（ＥＴＦＥ）を厚さ０．２ｍｍ被覆したものである。さらに、介在３を中心に電線２を６本、Ｓ方向に撚り合せ、外径φ３．９ｍｍのコア線材４が得られる。Ｓ方向に撚られたコア線材４の上に、厚み０．０５ｍｍ、幅２０ｍｍの紙テープ５を１／４ラップにより巻き付け、さらにシールド層６を施す。シールド層６の編組構成のうち、素線はφ０．１ｍｍの錫めっき軟銅線、持ち数１２／４（Ｓ方向／Ｚ方向）、打ち数は２４打、編組密度は８０％である。外層７は、塩化ビニルを厚さ０．９ｍｍで施し、外径φ６．２ｍｍの耐捻回性ケーブル１を作製した。

実施例２は、実施例１の耐捻回性ケーブル１のうち、シールド層６の編組構成は、持ち数１２／４（Ｓ方向／Ｚ方向）、Ｓ方向の材質が錫めっき軟銅線、Ｚ方向の材質が錫めっき銅合金線である。

実施例３は、実施例１の耐捻回性ケーブル１のうち、シールド層６の編組構成は、
編組ピッチを変更して編組密度が７０％である。

引用例１は、実施例１の耐捻回性ケーブル１のうち、シールド層６の編組構成は、持ち数はいずれも８本であり、編組密度は８０％である。

引用例２は、実施例１の耐捻回性ケーブル１のうち、シールド層６の編組構成は、編組ピッチを変更して編組密度が６５％である。

実施例１〜３及び引用例１及び２について、耐捻回性及び遮蔽性についての評価を行った。

耐捻回性の評価方法に関して、捻回性試験装置８の側面図を図４に示す。試験条件は、５００ｇの荷重１１を付けたケーブルの方端を、左右へ４５度ずつ、速度３０回／分の速度で捻回する。捻回部−固定部間の距離９は３００ｍｍとする。左右へ４５度ずつ捻回して１回とし、電気抵抗値の変化量を調べる。

一般的な遮蔽性の測定方法に関して、吸収クランプ法の簡略図を図５に示す。
詳しくは、信号発生機（パルスジェネレータ）１３に両端Ｎ型コネクタを取り付けた測定ケーブル１４を接続し、信号発生機１３の反対側に５０Ω終端コネクタ（Ｎ型）１５を取り付ける。測定ケーブル１４を覆うように吸収クランプ１６を移動させ、周波数毎に信号漏れの最大値を受信機（スペクトルアナライザ）１７にて測定する。
ケーブル長は５ｍ、信号発生機１３の入力信号振幅は２Ｖ、測定周波数は２５ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、２００ＭＨｚとする。

耐捻回性及び遮蔽性についての評価結果を表２に示す。

参考までに、耐捻回性試験での抵抗値の変化量を示したグラフを図６に示す。（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は引用例１の結果である。

表２に示す通り、実施例１では引用例１に比べ、耐捻回性に優れており、シールド層の編組構成のうち持ち数が、編組の打ち方向でそれぞれ異なり、かつ、持ち数が少ない方（Ｚ）が、コア線材の撚り方向（Ｓ）と逆であることによる効果を確認できる。図６（ａ）においても、安定した電気特性を確認できる。

実施例２は、編組構成の打ち方向のうち持ち数が少ない方（Ｚ）の材質に、高張力金属線を用いることで、耐捻回性の更なる改善が確認できる。（図６（ｂ））

実施例３は、編組密度が低めであるため、遮蔽性は、実施例１に比べてやや劣っているが、捻回性は優れている。

引用例１は、一般的な編組構成であるが、図６（ｃ）に示すように、捻回開始から編組素線の断線が発生し、急激に電気抵抗値が上昇する。初期値からの変化量が大きく、１万ｍΩを超えたところで試験を中止した。

引用例２は、本発明の編組構成ではあるが、編組密度が低いため、遮蔽性が著しく悪い。

以上の例は、本発明の一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であり、適宜変更されて供されることは言うまでもない。

１ 耐捻回性ケーブル
２ 電線
３ 介在
４ コア線材
５ 紙テープ
６ シールド層
７ 外層
８ 捻回試験装置
９ 捻回部−固定部間の距離
１０ 捻回部
１１ 荷重
１２ 遮蔽性試験装置
１３ 信号発生器
１４ 測定ケーブル
１５ 終端コネクタ
１６ 吸収クランプ
１７ 受信機

Claims (4)

1. シールド層を有するケーブルにおいて、該シールド層の編組構成の持ち数が、編組の打ち方向であるＳ方向とＺ方向で異なることを特徴とする耐捻回性ケーブル。
2. 複数本の電線等を撚り合わせた構成からなるコア線材、該コア線材上に、シールド層、外層等を施した多芯撚りケーブルにおいて、該シールド層の編組構成のうち、持ち数が少ない方の打ち方向が、該コア線材の撚り方向と逆であることを特徴とする請求項１に記載の耐捻回性ケーブル。
3. 該シールド層の編組構成のうち、編組の打ち方向のいずれか一方の材質、あるいは、編組素線の少なくとも一部の材質が、高張力金属線であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐捻回ケーブル。
4. 該シールド層の編組密度が７０％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の耐捻回ケーブル。