JP2016095955A - ケーブル固定構造、及びケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】従来のケーブルの並列固定方法は、長さ方向の一部にだけ固定部を設けるのには不向きな方法が多く、固定できたとしても強度が不十分で、曲げ部や分岐部の近傍で使用するには好ましくないことも多い。これを改善したケーブル固定構造を提供する。
【解決手段】ケーブルの最外層を補強部材で覆って融着固定する。この時、補強部材と最外層とは融着するが、最外層間では融着が起こらないよう融着し、適切な融着強度を得つつ、熱によるケーブルへの悪影響も低減させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主にケーブルに使用される固定構造に関する。

産業用ロボットなどの稼働部などにおいて、リボンケーブル、ベアケーブルなどと称される、複数本のケーブルを並列固定したものが広く使用されている。並列固定の方法としては、熱融着による方法、接着による方法などが知られている。

熱融着による方法としては、ケーブル間に熱風を当てて融着する方法（特許文献１）や、ケーブルを型で加熱プレスする方法（特許文献２）などが知られている。
一方、接着固定する方法としては接着剤として紫外線硬化塗料を使用して接合する方法（特許文献３）などが知られている。

ところで、従来使用されているケーブルの並列固定方法は、各ケーブルが伸びた状態で連続的に給線し、長さ方向の全体に渡って固定することを想定した物が殆どであり、長さ方向の一部分のみを固定したりするには不向きであることが多い。
特許文献２に記載の製造装置では、ケーブルを間欠的に固定することができるが、これも各ケーブルが伸びた状態で連続的に給線して固定することを想定したものであり、ケーブルが曲がった状態で固定するは不向きな方法である。

特に、図１のように、並列したケーブルによって形成される平面に沿って曲げた部分を有する形状のケーブルを得たくても、この形状は外側のケーブルを長く、内側のケーブルを短くする必要があるため、ケーブルの長さ方向の全体に渡って固定されたケーブルではこの形状を得ることができず、曲げた形状とした後にケーブル間を固定することも、先述の通り困難である。

また、従来の加熱融着による固定方法は、ケーブルに使用される材料によっては熱影響が大きく、ケーブル特性に悪影響を及ぼす可能性も存在する。

特許文献３に記載の接着剤塗布による固定方法を使用すれば、熱影響を抑えつつ、曲げた後にケーブル間を固定することが可能だが、接着固定では使用環境によっては固定強度が不十分なことがある。特に固定部の近傍でケーブルが分岐し、分岐部に引張応力が働くような環境で使用される際、固定部が破壊されてしまう可能性が高い。

また、上記の課題を解決する方法の一例として、本願の出願人が既に出願している特願２０１３−１４９９６９号がある。

特開昭５４−０３７２８３ 特開昭５５−０９００１７ 特開平７−１４４３７ 特願２０１３−１４９９６９

本発明の課題は、ケーブルの並列固定構造に関して、長さ方向の一部にだけ固定部を設けるのに適し、ケーブルへの熱影響を抑え、ケーブルの曲げ部や分岐部の近傍で使用されるのが好ましいケーブル固定構造を提供することにある。

発明者は鋭意工夫を重ねた結果、ケーブルの固定が必要な箇所に補強部材を設け、補強部材とケーブルの最外層を融着層を融着する一方で、最外層同士は融着しないようケーブルを固定することで、従来の問題を解消できることを究明した。

本発明によって提供されるケーブル固定構造は、ケーブルの固定部において、並列した複数本のケーブルの少なくとも一面を覆うように補強部材が設けられ、隣り合う該ケーブルの最外層は融着されることなく、補強部材と最外層との間が互いに融着していることを特徴とする。

本発明のケーブル固定構造にあっては、以下に記載した優れた効果が期待できる。

（１）ケーブルの長さ方向の所望する位置だけに固定部を設けるのに適した構造である。

（２）このため、ケーブルを曲げた状態で固定部を設けることが可能であり、並列したケーブルによって形成される平面に沿った曲げ部を有するケーブルの製造が容易に行える。

（３）加えて、ケーブルの最外層同士は融着しないようケーブルが固定されるため、ケーブルへの熱影響は最小限に抑えられる。

（４）さらに、従来の固定方法と比較して極めて高い引張強度を得ることができ、固定部の近傍で長尺部材が分岐した状態での使用にも十分耐えうる。

並列したケーブルを、並列したケーブルによって形成される平面に沿って曲げた様子である。 本発明のケーブル固定構造の基本的態様である。 本発明のケーブル固定構造の態様の一種である。 本発明のケーブル固定構造において、自立部材を設けた場合の構造である。 本発明のケーブル固定構造において、自立部材を設けた場合の構造の一種である。 本発明のケーブル固定構造において、融着層を設けた場合の構造である。 本発明のケーブル固定構造を得る方法の一例である。 ケーブル固定構造の引張強度の測定方法である。 本発明のケーブル固定構造を得る方法の他の例である。 本発明のケーブル固定構造において、異なる外径を有するケーブルを組み合わせた場合の構造である。 本発明のケーブル固定構造を使用したケーブルの例である。

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２において、１はケーブル、２はケーブルを構成する信号線、３はケーブルのシース、４は補強部材であり、５が本発明のケーブル固定構造（固定部）である。図２はケーブル１が５本、各ケーブル１を構成する信号線２が２本の場合を示しているが、ケーブル１は複数本であれば本数は限定されず、信号線２の本数、配列は適宜選択すれば良い。また、後述するようにケーブル１は信号線を含まないチューブなどであっても良い。
図２においては、シース３がケーブルの最外層となる。

本願発明におけるケーブル１とは、電線、同軸ケーブル、光ファイバなどの信号線２を必要に応じてシールド層などで覆い、シース３で一括被覆した一般的なケーブルに限定されるものではなく、導体線をシースで被覆したのみの公知の電線、導体線を誘電体、シールド層、シースで覆った公知の同軸ケーブル、光ファイバをシースで被覆した公知の光ファイバケーブル、エアーや液体を輸送する公知の単層もしくは多層チューブも含むものとする。なお、単層チューブの際はその単層を、多層チューブの際は最外層をケーブル１におけるシース３と見なす。

本発明で特徴的なことは、複数本のケーブル１の固定部５においてケーブル１の少なくとも一面を覆うように補強部材４が設けられており、補強部材４と各ケーブル１の最外層とが互いに融着されている一方、隣り合うケーブルの最外層は互いに融着されていないことである。

ケーブル１の長さ方向の所望する場所のみに補強部材４を設け、最外層と融着させることで、ケーブル１の必要な箇所のみを並列固定させることができる。さらに、本発明においては、ケーブル１の最外層同士は融着させないままとし、最外層と補強部材４の間での融着のみによって各ケーブル１を並列固定するのも特徴である。

これは最外層同士が融着するまで加熱を行うと、最外層（シース３）内の信号線２に熱影響が発生し、ケーブル特性に悪影響が発生する可能性があるためである。特に、熱に弱いプラスチック製光ファイバを信号線２として使用している際には、プラスチック製光ファイバ自体が溶けてケーブルとしての機能を失う可能性が極めて高いため、最外層と補強部材４とが十分に融着する程度の加熱に留めることがより重要となる。

図２はケーブル１の下面のみに補強部材４を設けたが、図３に示したように、ケーブル１の全周を覆うように補強部材４を設けても良い。ケーブル１の全周を補強部材４で覆うことで、固定部５の強度が上昇する。

本発明においては、最外層と補強部材４の間での融着によって固定強度を得る必要があるため、最外層と補強部材４が強固に融着する構成とするのが好ましい。
強固に融着するためには、最外層と補強部材４とが相溶性の材料であることが好ましい。相溶性であるとは、互いに同一の材料である、もしくは化学的構成が類似していることにより、融解した際に互いに混ざり合いやすいことを指す。最外層と補強部材４とが相溶性であることで、融着時に互いに混ざり合い、より強固な融着を得ることができる。

また補強部材４は多層構造とすることが好ましい。これは、最外層との相溶性を有する補強部材４の材料が必ずしも、柔軟性などその他の特性に優れたものであるとは限らないためである。例えば、固定部５に柔軟性が必要な場合は、補強部材４を２層構造とし、最外層と接する層（以下、溶融層と呼ぶ）は、最外層との相溶性が高い材料の層とし、もう１つの層は、溶融層と同種の材料としつつ、より柔軟性に富んだ組成の材料とすることで、強固な融着と柔軟性を両立することができる。溶融層以外の層は、柔軟性に限らず、必要な特性を有する材料を適宜選択すればよい。

補強部材４を多層構造とする際は、溶融層の融点を、ケーブルの最外層の融点より低いものとすることが好ましい。
この構成とすることで、加熱融着を行う際、最外層の融解が開始する前に補強部材４の溶融層が融解するため、ケーブル１に熱影響が発生する前に融着を完了することができる。なお、溶融層以外の層の融点は、溶融層の融点より高いものにしておくと、融着後の外観変化を最小限に留めることができて好ましい。
なお、本発明における融点は、その材料が融解して液体となる温度のみを指すものではなく、融着が可能な程度に材料が軟化する温度も、便宜上融点として扱う。

また、補強部材４を多層構造として、溶融層の融点をケーブル１の最外層の融点より低いものとした場合、ケーブル１の長さ方向における固定部５の端部において、溶融層が固定部５の端部から飛び出す構成を取るのが好ましい。
この構成を取ることで、固定部５の端部から補強部材４が剥がれにくくなる。

溶融層を固定部５の端部から飛び出させるには、補強部材４を加熱して溶融層が軟化した際に、補強部材４に圧力をかけて溶融層を飛び出させればよい。

補強部材４は、ケーブル１への熱影響軽減と取扱いの観点から、薄膜状のものが好ましい。薄膜状とは、補強部材４の長さ、幅、及びケーブル１の外径と比較してその厚さが十分に小さい形状のことを指し、いわゆるシート状のもの、テープ状のものなどが挙げられる。補強部材４を薄膜状とすることで、ケーブル１の最外層と補強部材４の接触面を素早く加熱することができ、短時間で融着が完了するため、ケーブル１への熱影響を最小限に留めることができる。加えて、補強部材４を設けても厚さの変化が少ないため、ケーブル１を使用する場面において、補強部材４が他の物体に干渉することも防ぐことができる。

薄膜状補強部材４を使用する際は、固定強度と融着の作業性の観点で、厚さが１００〜２０００μｍの範囲にあるのが好ましい。薄膜状補強部材４を適切な厚さとすることで、最外層と補強部材４の接触面を素早く加熱できると共に、融着後の固定強度も確保することができる。

また、本発明においては必要に応じて、ケーブル１の最外層と接触するように、固定部５に自立部材６を設けた構成を取っても良い。
この自立部材６は原則として、ケーブル１及び補強部材４よりも剛性の高い材料が使用される。剛性が高い自立部材６を設けることによって、固定部５においてケーブル１が折れ曲がりにくくなり、固定部５を空中に浮かせて使用する際などに不用意に変形することを抑制できる。

固定部５へ自立部材６を設けた態様の１つとして、図４を示す。
図４ではケーブル１の片面を補強部材４で覆い、もう片面は自立部材６でケーブル１を覆った構成である。
自立部材６は補強部材４と同様、ケーブル１の最外層と融着可能な構成とし、自立部材６を設けたケーブル面において、ケーブル１の最外層と自立部材６が融着される。また、ケーブル１の幅方向の端部では、自立部材６と補強部材４とがそれぞれ互いに融着される。

固定部５へ自立部材６を設けた別態様の１つとして、図５を示す。
図５は、ケーブル１の片面に自立部材６を設け、ケーブル１と自立部材６の両方を覆うように補強部材４を設けた構成である。
この構成の場合は、ケーブル１の最外層と自立部材６の間を融着しなくても自立部材６を固定部５に設けることができるため、自立部材６を融着に不向きな材料とする必要がある場合に好適である。

自立部材６を最外層や補強部材４と融着して使用する際は、強固に融着できるよう、自立部材６の材料を最外層、補強部材４に対して相溶性の材料とすることが好ましい。
また、固定部５の不用意な変形を抑制できる効果が得られるなら、自立部材６はケーブル１及び補強部材４よりも剛性の高い材料に限定されない。

以上は、シース３をケーブルの最外層として述べたが、図６に示したように、シース３の外周に別途融着層７を設け、融着層７を最外層として構成しても良い。
これは補強部材４を多層構造とするのと同様、柔軟性などシース３に要求される特性を満たそうとした結果、シース３が融着に適した材料でなくなった場合、融着層７を別途設けることで、ケーブル１の最外層を融着に適したものとすることができる。

最外層と補強部材４の融着には、特許文献２に記載された公知の加熱プレス用の型と同様の断面形状を有する融着金型８を使用するのが好ましい。所定の長さの融着金型８を使用することで、ケーブル１の長さ方向の所望する位置のみに所定の長さの固定部５を形成することができる。
融着方法は融着金型８を使用した方法に限定されず、利用可能な方法を適宜選択すれば良い。

上述のように、本発明はケーブル１の長さ方向の所望する位置に固定部５を形成することができるため、ケーブル１を所望する形状に変形させた後に固定部５を形成するのに好ましく利用できる。
例えば、図１に示すように、並列した複数本のケーブル１を、並列したケーブルによって形成される面に沿って曲げた形状とする場合は、ケーブルを曲げた後、曲げ部９の近傍に固定部５を設ければ良い。
なお、本発明で言う固定部５の近傍とは、曲げ部９のような特定の形状を維持する効果、あるいは次段落に述べるようなケーブルの引裂きを防止する効果といった、固定部５の存在によってケーブルに発生する好影響が及ぶ範囲のことを指す。

さらに、本発明のケーブル固定構造は、その近傍でケーブル１が分岐して使用される場合にも好適である。
後述するように、本発明のケーブル固定構造（固定部５）は高い引張強度を有するため、分岐したケーブルが引張られて固定部５が裂けるような力が掛かっても、従来のケーブル固定構造と比較して高い耐久性を有する。

［実施例１］
本発明のケーブル固定構造の実施例として、図３に示した固定部５を得る方法について述べる。

複数本の信号線２上に融点が１６０〜１７０℃の範囲にあるポリウレタン製のシース３を押出し、外径を８ｍｍとしたケーブル１を５本用意した。

５本のケーブル１を並列させた後、長さ方向の途中を１０ｃｍに渡って補強部材４で覆われるように、補強部材４を融着して固定部５を設ける。補強部材４として厚さ５００μｍの薄膜状で、２層構造となっているポリウレタンシートを使用した。このポリウレタンシート４のシース３と接する側の層は厚さ２００μｍ、融点が１１５〜１２０℃の範囲にある、柔軟性の高いポリウレタン層となっており、もう１層は厚さ３００μｍ、融点が１４０〜１５０℃の範囲にあり、機械的強度の高い熱可塑性ポリウレタン層となっている。

ケーブル１に補強部材４を融着する方法の一例を図７に示す。ケーブル形状に合わせて作成した融着金型８ａにポリウレタンシート４を敷き（図７（ａ））、ケーブル１がポリウレタンシート４に、ポリウレタンシート４が融着金型８ａに密着するよう５本のケーブル１を配置し（図７（ｂ））、上から融着金型８ｂを押当て１３０℃で加熱融着を行った（図７（ｃ））。この時、最も融点の低いポリウレタンシート４のポリウレタン層が最初に融解して、ケーブルの最外層であるシース３に固定される。加熱温度はポリウレタン層のみが融解する温度であり、シース３と熱可塑性ポリウレタン層が融解することなく融着を終えることができる。

シース３同士の融着が起こらないようにシース３とポリウレタンシート４の融着を行うため、シース３によって覆われたケーブル１への熱影響は極めて少なく、融着によるケーブル１への悪影響は抑えられる。

片面へのポリウレタンシート４の融着が完了したら（図７（ｄ））、もう片面にも同様の方法でポリウレタンシート４を融着し、不要な部分を除去して固定部５の形成が完了する。

続いて、上述の方法、構成で形成した固定部５の引張強度を測定した。測定方法を図８に示す。

固定部５を形成し、ケーブル長４０ｍｍにカットしたものを評価サンプルとした。
比較例として、引用文献３に記載された接着による固定方法を使用して、評価サンプルと同等の構成のものを準備した。

サンプルの上端と下端を引張試験機のチャック１０で固定し、引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎにて上下方向に引張り、固定部５が破断した時の値を引張強度とし、引張強度が２４０Ｎ以上のものを合格とした。なお、引張強度が２４０Ｎ以上という条件は、部分的に固定するのに不向きな特許文献１に記載の融着方法で、同等の評価サンプルを作成した際に得られる値である。

測定結果を表１に示す。比較例では大半のサンプルの引張強度が２００Ｎ以下であるのに対し、本願発明では２４０Ｎ以上という高い引張強度を安定して得られることが確認できた。

以上、薄膜状補強部材であるポリウレタンシート４を２枚使用して片面ずつケーブル１に融着する方法について述べたが、薄膜状補強部材を使用する際の融着方法はこれに限定されるものでない。
例えば、図９（ａ）に示すように、１枚の薄膜状補強部材４でケーブル１をＵ字状に覆って融着する方法や、図９（ｂ）に示したような、１枚の薄膜状補強部材４でケーブル１を一周するように覆って融着する方法を使用しても良い。図３の方法で薄膜状補強部材４を融着した際にはケーブル１の両側に薄膜状補強部材４同士が融着された部分が発生するが、図９（ａ）の方法の場合は薄膜状補強部材４同士が融着された部分がケーブル１の片側のみに発生、図９（ｂ）の方法の場合には発生しないため、薄膜状補強部材４同士が融着された部分が周囲の物体に干渉する際に有効な方法である。

また、以上述べた例は、ケーブル１の外径が全て等しい場合であるが、本発明は一部のケーブル１の外径が異なる場合、あるいはケーブル１の外径が全て異なる場合など、異なる外径を有するケーブル１を組み合わせたものに固定部５を設けても良い。異なる外径を有するケーブル１を組み合わせる際には、図１０（ａ）に示したように、隣り合う各ケーブル１の最外層が固定部５の片面において同一平面となるよう固定部５を形成する方法と、図１０（ｂ）に示したように、隣り合う各ケーブル１の中心を一致させるように固定部５を形成する方法がある。

［実施例２］
続いて、本発明のケーブル固定構造を使用したケーブルの実施例として、図１１を示す。以下、図１１の形状のケーブルを得る方法について述べる。

複数本の信号線２上に融点が１３０〜１４０℃の範囲にあるポリ塩化ビニル製のシース３を押出し、外径を８ｍｍとしたケーブル１を６本用意した。各ケーブル１のシース３上に、融着層７として融点が１５０〜１６０℃の範囲にあるポリウレタンを押出し、外径を９ｍｍとした。

融着層７を設けた５本のケーブル１を並列させた後、長さ方向の途中を１０ｃｍに渡って補強部材４で覆われるように、補強部材４を融着して固定部５を設ける。補強部材４として厚さ５００μｍの薄膜状で、２層構造となっているポリウレタンシートを使用した。このポリウレタンシート４の融着層７と接する側の層は厚さ２５０μｍ、融点が１１５〜１２０℃の範囲にあるポリウレタン層となっており、もう１層は厚さ２５０μｍ、融点が１４０〜１５０℃の範囲にある熱可塑性ポリウレタン層となっている。

なお、実施例２に使用するポリウレタンシート４は、実施例１に使用したものと比較して、柔軟性に優れる一方、機械的強度が劣る仕様のものを使用した。

固定方法は図４に示した方法を用い、１５０℃で加熱融着を行った。
この時、最も融点の低いポリウレタンシート４のポリウレタン層が最初に融解して、融着層７に固定される。加熱温度は融着層７、及び熱可塑性ポリウレタン層が融解する可能性のある温度であるが、加熱時間を調整することで、これらの層の融解が始まる前に必要な融着を終えることができる。
また、融着後の固定部５の端部に溶融層飛び出し部１１が形成されるよう、溶融層が軟化した際に融着金型８に圧力をかけ、軟化した溶融層を飛び出させた。

融着層７同士の融着が起こらないように融着層７と補強部材４の融着を行うため、融着層７によって覆われたケーブル１への熱影響は極めて少なく、融着によるケーブル１への悪影響は抑えられる。

片面へのポリウレタンシート４の融着が完了したらもう片面にも同様の方法でポリウレタンシート４を融着し、不要な部分を除去して固定部５の形成が完了する。

次に、固定部５の近傍で並列したケーブル１によって形成される面に沿って、複数本のケーブル１を９０°曲げた。この時曲げ部９において、外側のケーブル１が長く、内側のケーブル１が短くなるが、この時点では固定部５以外ではケーブル間の固定がされていないため、曲げ径に応じた長さ調整を容易に行うことができる。

曲げが完了したら、曲げ部９の反対側にも固定部５を先述した方法で形成する。

ケーブル端部の長さを揃え、機器接続用のコネクタ１２を設ける。コネクタ１２は周知のものから接続する機器に応じたものを適宜選択して設ければよい。この時ケーブルの片端は、ケーブル５本をまとめて１つのコネクタ１２を設けるが、もう一端は固定部の近傍でケーブルを２本と３本に分岐させ、それぞれにコネクタ１２を設けて完成となる。

続いて、［実施例２］の場合の固定部５の引張強度を測定した。測定方法は［実施例１］の場合と同様である。

測定結果を表２に示す。
［実施例１］と比較すると、使用したポリウレタンシートの違いによる引張強度の低下が見られるが、固定部の引張強度自体は２４０Ｎ以上という高い値を安定して得られることが確認でき、［実施例２］は引張方向の力が掛かるケーブル分岐部に好適に使用できる。

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ることは言うまでもない。本発明の固定構造は、ケーブルの並列固定を想定したものではあるものの、ケーブル以外、例えば、金属パイプの外周に融着層を設け、必要箇所のみ融着するなど、種々の長尺品に応用することが可能である。

１ ケーブル
２ 信号線
３ シース
４ 補強部材
５ ケーブル固定構造（固定部）
６ 自立部材
７ 融着層
８ 融着金型
９ ケーブル曲げ部
１０ 引張試験機のチャック
１１ 溶融層飛び出し部
１２ コネクタ

Claims (10)

1. 並列した複数本のケーブルを、長さ方向の少なくとも一部において並列状態で固定した構造であって、該複数本のケーブルの固定部において、並列した該複数本のケーブルの少なくとも一面を覆うように補強部材が設けられ、隣り合う該ケーブルの最外層は融着されることなく、該補強部材と該最外層との間が互いに融着していることを特徴とするケーブル固定構造。
2. 該最外層と、該補強部材とが相溶性の材料であることを特徴とする、請求項１に記載のケーブル固定構造。
3. 該補強部材が多層構造であることを特徴とする、請求項１または２に記載のケーブル固定構造。
4. 該多層構造を有する補強部材の、該最外層と接する層の融点が、該最外層の融点よりも低いことを特徴とする、請求項３に記載のケーブル固定構造。
5. 該補強部材が薄膜状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のケーブル固定構造。
6. 該薄膜状補強部材の厚さが１００〜２０００μｍの範囲にある、請求項５に記載のケーブル固定構造。
7. 該複数本のケーブルに接触するよう、自立部材が設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のケーブル固定構造。
8. 該最外層は、該ケーブルのシースの外周に設けられた融着層であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のケーブル固定構造。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の該ケーブル固定構造の近傍で、該並列した複数本のケーブルが曲げられていることを特徴とするケーブル。
10. 請求項１〜８の何れかに記載の該ケーブル固定構造の近傍で、該ケーブルが分岐していることを特徴とするケーブル。