JP2019096567A - 編組シールド付ケーブル - Google Patents

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Abstract

【課題】シールド特性、耐屈曲性および捻回性に優れた編組シールド付ケーブルを提供する。【解決手段】導体2と、導体2の側周を覆うように設けられた絶縁層3と、絶縁層3の側周を覆うように設けられた編組シールド層4と、編組シールド層4の側周を覆うように設けられたシース5とを備え、編組シールド層4は、銅箔糸と金属素線とが交差するように編まれた編組シールドであり、銅箔糸の外径D1が金属素線の外径D2よりも大きい編組シールド付ケーブル1。【選択図】図1

Description

本発明は、編組シールド付ケーブルに関する。
自動車溶接や部品組み立て等を行う製造ラインで利用される産業用ロボット(工作機械)については、信号伝送ケーブル、電源ケーブルあるいはそれらの複合ケーブルが用いられている。この産業用ロボット(工作機械)に用いられるケーブルは、電磁干渉(EMI:Electromagnetic Interference)を抑制する必要があるため、一般的に編組シールド層を有する編組シールド付ケーブルが用いられている(例えば特許文献1、特許文献2)。
特開2011−054398号公報 特開2015−069733号公報
しかし、産業用ロボットに用いられるケーブルは、可動部配線に適用されて繰り返し屈曲・捻回を受けるため、編組シールド層を構成する素線同士の擦れにより摩耗したり、屈曲・捻回疲労により破断しやすい。一般的に編組シールド層は、金属素線、銅箔糸、めっき糸あるいはそれらの組み合わせにより構成されるが、シールド特性を満足しながらも、更に耐屈曲性および捻回性を向上させた編組シールド付ケーブルが望まれている。
本発明は、シールド特性、耐屈曲性および捻回性に優れた編組シールド付ケーブルを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
導体と、
前記導体の側周を覆うように設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の側周を覆うように設けられた編組シールド層と、
前記編組シールド層の側周を覆うように設けられたシースと、を備え、
前記編組シールド層は、銅箔糸と金属素線とが交差するように編まれた編組シールドであり、
前記銅箔糸の外径D1が金属素線の外径D2よりも大きい
編組シールド付ケーブルが提供される。
本発明によれば、シールド特性、耐屈曲性および捻回性に優れた編組シールド付ケーブルを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る編組シールド付ケーブル(同軸ケーブル)の構成例を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る編組シールド層の構成例を模式的に示す概略図である。 屈曲試験の概念図である。 捻回試験の概念図である。 本発明の他の実施形態に係る編組シールド付ケーブル(多心ケーブル)の構成例を模式的に示す断面図である。
<本発明の一実施形態>
以下、本発明の一実施形態に係る編組シールド付ケーブル(同軸ケーブル)について、図面を参照しながら説明する。
(1)同軸ケーブルの使用箇所
先ず、本実施形態に係る同軸ケーブルが使用される箇所について、具体例を挙げて簡単に説明する。
本実施形態に係る同軸ケーブルは、例えば、自動車溶接や部品組み立て等を行う製造ラインで利用される産業用ロボット(工作機械)またはこれに準ずる自動化装置において、カメラセンサの信号伝送用として用いられる。
このような箇所に用いられる同軸ケーブルは、産業用ロボット等の構造や製造ラインのライン長に応じて、5m〜50mといった様々な長さのものが存在し得る。そのため、同軸ケーブルに対しては、信号伝送を確実に行うことができ、しかも長距離の信号伝送にも対応できるように、優れた電気特性を有していることが求められる。具体的には、同軸ケーブルは、静電容量が小さく、特性インピーダンスが高く、信号の減衰量が小さいことが求められる。
その一方で、カメラセンサが産業用ロボット等の可動部に設置される場合もあることから、同軸ケーブルに対しては、可動部配線用に適したものであること、すなわち繰り返し屈曲や捻回を受ける条件下(例えば、ケーブル外径の3倍程度の曲げ半径での屈曲やケーブル外径の20倍程度の捻回長での捻回)であっても例えば40万〜60万回以上の高寿命化(耐屈曲・捻回)を満たすことが求められる。
つまり、本実施形態に係る同軸ケーブルに対しては、長距離伝送に適した電気特性と、耐屈曲性・捻回性とを兼ね備えることが求められている。この要求に応えるために、本実施形態に係る同軸ケーブルは、以下に述べるように構成されている。
(2)同軸ケーブルの概略構成
図1は、本実施形態に係る同軸ケーブルの構成例を模式的に示す断面図である。
(全体構成)
図1に示すように、本実施形態で例に挙げて説明する同軸ケーブル1は、大別すると、導体(内部導体)2と、導体2の側周を覆うように設けられた絶縁層3と、絶縁層3の側周を覆うように設けられた編組シールド層(外部導体)4と、編組シールド層4の側周を覆うように設けられたシース5と、を備えて構成されている。
(導体)
導体2としては、例えば銅線または銅合金の素線を複数本撚り合せてなる集合撚り線を用いる。具体的には、長距離信号伝送、耐屈曲かつ耐捻回に対応できるように、直径が0.05mm〜0.08mmであり、伸びが5%以上、引張強度330MPa以上である素線からなる集合撚り線を用いることが考えられる。このような素線の具体例として、Cu−0.3mass%SnやCu−0.2mass%In―0.2mass%Sn等が挙げられる。
(絶縁層)
絶縁層3は、導体2を囲繞するように、絶縁性を有した樹脂材料によって形成された層である。この絶縁層は、同軸ケーブル1の良好な電気特性を担保するために、誘電率がより低くなる、発泡度30%以上50%以下となる発泡絶縁樹脂層(例えば、発泡ポリプロピレンまたは照射架橋発泡ポリエチレン)で形成されている。
なお、同軸ケーブル1を曲げや捻じったときに生じるひずみによって、発泡絶縁樹脂層からなる絶縁層3が破断する等のダメージを受ける虞がある。そのようなダメージ防ぐ補強のために、発泡絶縁樹脂層の外周にこれと同じ樹脂材料を用いて充実押出層を形成しても良い。この充実押出層が発泡絶縁樹脂層の表面に現れる発泡の孔を埋めると共に、発泡絶縁樹脂層と一体化(接着)して補強する。この充実押出層は、例えば、伸び300%以上、引張強さが25MPa以上、誘電率2.5以下であることが好ましい。
発泡絶縁樹脂とその外周の充実押出層の形成材料の組み合わせとしては、例えば、発泡ポリプロピレンと非発泡ポリプロピレン、または照射架橋発泡ポリエチレンと照射架橋ポリエチレンの組み合わせを用いることが考えられる。
さらに、発泡絶縁樹脂層の内周(すなわち導体2の外周)に、誘電率が低い非発泡樹脂材料を用いてチューブ押出しにより形成しても良い。このような非発泡樹脂層が導体2の外周にチューブ押出しにより非充実に形成されているので、導体2は非発泡樹脂層とは独立して動くことができ、同軸ケーブル1の耐屈曲性や捻回性が向上する。
上記非発泡樹脂層の形成材料としては、例えば、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)(ε=2.1)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)(ε=2.1)等を用いることが考えられる。
(編組シールド層)
編組シールド層4は、伝送信号の漏えいや外部からの飛来ノイズ対策として設けられた層である。
図2は、本実施形態に係る同軸ケーブルにおける編組シールド層の構成例を模式的に示す説明図である。本実施形態では、図2に示すように、複数本の銅箔糸からなる第1斜め持ちユニット4aと、複数本の金属素線からなる第2斜め持ちユニット4bとが交差するように編組した編組シールドである。
すなわち、複数本の銅箔糸からなる第1斜め持ちユニット4aを一方向(例えば、時計方向)に、複数本の金属素線からなる第2線斜め持ちユニット4bを反対方向(例えば、反時計方向)に螺旋状に巻いて、第1斜め持ちユニット4aと第2斜め持ちユニット4bとが交差するように編んで編組シールドが構成されている。
銅箔糸は、ポリエステル等の中心糸に銅箔を巻き付けたものであるから、銅あるいは銅合金からなる金属素線と比較して、耐屈曲や捻回性に優れるものの、導体抵抗が高い。そこで、第1斜め持ちユニット4aと第2斜め持ちユニット4bとで編組シールドを構成することにより、同軸ケーブル1の耐屈曲や捻回性を向上させつつ、編組シールド層4の導体抵抗を下げることができる。したがって、同軸ケーブル1が長尺であっても、DC往復抵抗の規格を満足しつつ、耐屈曲性や捻回性を向上させることができる。
また、銅箔糸は、金属素線と比較して、軟らかい。第1斜め持ちユニット4aと第2斜め持ちユニット4bとを交差させたことにより、同軸ケーブル1を屈曲や捻回させたときに、交差箇所において、第1斜め持ちユニット4aが第2斜め持ちユニット4bのクッション材となり、金属素線のキンクを防ぐことができる。したがって、同軸ケーブル1の耐屈曲性や捻回性を向上させることができる。
さらに、本実施の形態においては、銅箔糸として、金属素線よりも太いサイズの銅箔糸を使用している。これにより、金属素線の周囲に金属素線が動くことができる空間が生まれ、そして同軸ケーブル1に印加された応力が、柔軟性や可撓性に優れた第1斜め持ちユニット4aにより作用するため、同軸ケーブル1の耐屈曲や捻回性を向上させることができる。
銅箔糸の直径をD1、金属素線の直径をD2としたとき、D1/D2比の値は1.2〜2.5であることが好ましい。1.2未満の場合は耐屈曲や捻回性を向上させる効果が小さく、また2.5を超えると編組シールド導体抵抗値が大きくなり好ましくない。
第1斜め持ちユニット4aと第2斜め持ちユニット4bの各持ち数と打ち数、および巻き付けピッチは同軸ケーブルの外形寸法に応じて適宜選定される。
さらに第1斜め持ちユニット4aが占める面積と、第2斜め持ちユニット4bが占める面積との比率が40〜60%となるように構成されていることが好ましい。
第1斜め持ちユニット4aが占める面積Aと、第2斜め持ちユニット4bが占める面積Bとの比率A/(A+B)は、40〜60%が好ましく、特に約50%が好ましい。比率が40%未満であると、金属素線の比率が大きくなって編組シールド層の抵抗が低くなりノイズ特性が良くなるが、耐屈曲寿命が悪くなる。また、比率が60%を超えると、銅箔糸の比率が大きくなって編組シールド層の耐屈曲寿命は良くなるが、編組シールド層の抵抗が大きくなってノイズ特性が悪くなってしまう。比率が約50%であると、耐屈曲寿命と抵抗のバランスが一番良くなる。
(シース)
また図1において、シース5は、同軸ケーブル1の最外層を構成する外皮となる層である。シース5の形成材料としては、例えば、同軸ケーブル1を外力から保護できるように、ポリ塩化ビニル(PVC)樹脂、ポリウレタン(PU)樹脂等を用いることが考えられる。
(4)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、銅箔糸からなる第1斜め持ちユニット4aと金属素線からなる第2斜め持ちユニット4bとを交差するように編んだ編組シールド4を、銅箔糸の直径を金属素線の直径よりも大きくして構成したことにより、シールド特性、耐屈曲性および捻回性に優れた同軸ケーブルを得ることができる。
<本発明の他の実施形態>
以下、本発明の他の実施形態に係る編組シールド付ケーブル(多心ケーブル)について、図面を参照しながら説明する。
(1)多心ケーブルの使用箇所
本実施形態に係る多心ケーブルも、例えば、自動車溶接や部品組み立て等を行う製造ラインで利用される産業用ロボット(工作機械)またはこれに準ずる自動化装置において、信号伝送用あるいは電源線として用いられる。このような箇所に用いられる多心ケーブルは、産業用ロボット等の構造や製造ラインのライン長に応じて、5m〜50mといった様々な長さのものが存在し得る。
その一方で、多心ケーブルは産業用ロボット等の可動部に設置される場合もあることから、多心ケーブルに対しては、可動部配線用に適したものであること、すなわち繰り返し屈曲や捻回を受ける条件下(例えば、ケーブル外径の3倍程度の曲げ半径での屈曲やケーブル外径の20倍程度の捻回長での捻回)であっても例えば50万回以上の高寿命化(耐屈曲・捻回)を満たすことが求められる。
つまり、本実施形態に係る多心ケーブルに対しても、耐屈曲性・捻回性を備えることが求められている。この要求に応えるために、本実施形態に係る多心ケーブルは、以下に述べるように構成されている。
(2)多心ケーブルの概略構成
図5は、本実施形態に係る多心ケーブルの構成例を模式的に示す断面図である。
(全体構成)
図5に示すように、本実施形態で例に挙げて説明する多心ケーブル60は、大別すると、ケーブルコアとなる複数本の絶縁電線61と、それらの側周を覆うように設けられた編組シールド層64と、編組シールド層64の側周を覆うように設けられたシース65と、を備えて構成されている。
(導体)
導体62としては、例えば銅線または銅合金の素線を複数本撚り合せてなる集合撚り線を用いる。具体的には、長距離信号伝送、耐屈曲かつ耐捻回に対応できるように、直径が0.05mm〜0.08mmであり、伸びが5%以上、引張強度330MPa以上である素線からなる集合撚り線を用いることが考えられる。このような素線の具体例として、Cu−0.3mass%SnやCu−0.2mass%In−0.2mass%Sn等が挙げられる。
(絶縁層)
絶縁層63は、導体62を囲繞するように、絶縁性を有した樹脂材料によって形成された層である。この絶縁層は、例えば、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)等のフッ素樹脂で形成されている。
(絶縁電線および対撚線)
絶縁電線61は、導体62と、導体62の側周を覆うように設けられた絶縁層63からなる。絶縁電線61は、これを2本撚り合わせて対撚線とされ、図5においては、3つの対撚線が更に撚り合された状態のケーブルコアが示されている。一般的に、各対撚線は、絶縁電線61の撚りピッチがそれぞれ異なるように構成されている。
(編組シールド層)
編組シールド層64は、同軸ケーブルの実施形態で説明済みであり、ここでは説明を省略する。
(シース)
シース65は、同軸ケーブルの実施形態で説明済みであり、ここでは説明を省略する。
(4)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、銅箔糸からなる第1斜め持ちユニット4aと金属素線からなる第2斜め持ちユニット4bとを交差するように編んだ編組シールド層64を、銅箔糸の直径を金属素線の直径よりも大きくして構成したことにより、シールド特性、耐屈曲性および捻回性に優れた多心ケーブルを得ることができる。
<本発明の更に他の実施形態>
以上に、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例の内容に限定されるものではない。
(同軸ケーブルの実施例1−1)
本実施例では、24AWG(American wire gauge)相当の50/0.08mmの集合撚り線(直径0.65mm、撚りピッチ約8mm)からなる導体2(内部導体)を、チューブ押出しにより誘電率ε=2.1のFEPからなり厚さが0.15mmの第1絶縁層で被覆して、発泡度が40%となるように発泡させた発泡PPからなり厚さが0.5mmの第2絶縁層で被覆し、さらに、誘電率ε=2.26かつ(非発泡)PPからなり厚さが0.65mmの第3絶縁層で被覆し、外径が3.3mmの絶縁層3を構成した。そして、その絶縁層3を、外径0.11mmの銅箔糸からなる第1斜め持ちユニット4a(持ち数8、打ち数8)と、外径0.08mmの金属素線からなる第2斜め持ちユニット4b(持ち数8、打ち数8)とが交差するようにピッチ26mm(角度23°)で編んだ編組シールド層4(外部導体)で被覆した。さらに編組シールド層4の外周側に、厚さ1.33mmのPVCシース5を配して、外径6.5mmの同軸ケーブル1を構成した。導体2に用いた金属素線および編組シールド層4に用いた金属素線は、Cu−0.3mass%Snの合金であり、表面に錫めっきを施したものである。また、銅箔糸には、ポリエステル糸に銅箔を巻き付けたものを用いた。
(同軸ケーブルの比較例1−1)
第1斜め持ちユニットを外径0.08mmの金属素線からなる第1斜め持ちユニット(持ち数8、打ち数8)とし、シースの厚さを1.38mmとした以外は上記実施例と同じ条件で外径6.5mmの同軸ケーブルを構成した。
(同軸ケーブルの比較例1−2)
第1斜め持ちユニットを外径0.08mmの銅箔糸からなる第1斜め持ちユニット(持ち数8、打ち数8)とし、シースの厚さを1.38mmとした以外は上記実施例と同じ条件で外径6.5mmの同軸ケーブルを構成した。
(多心ケーブルの実施例2−1)
本実施例では、25AWG(American wire gauge)相当の40/0.08mmの集合撚り線(直径0.58mm、撚りピッチ約12mm)からなる導体62を、チューブ押出しにより厚さが0.2mmの絶縁層63で被覆し、外径が0.98mmの絶縁電線61を構成した。その絶縁電線61を、それぞれ撚りピッチ12mm、15mm、18mmで撚り合せた3本の対撚線を準備し、さらにこの3本の対撚線を撚りピッチ23mmで撚り合せてケーブルコアを構成した。そして、そのケーブルコアを、外径0.11mmの銅箔糸と、外径0.08mmの金属素線とが交差するようにピッチ35mm(角度21°)で編んだ編組シールド層64で被覆した。さらに編組シールド層64の外周側に、厚さ1mmのPVCシース65を配して、外径6.5mmの同軸ケーブル61を構成した。導体62に用いた金属素線および編組シールド層64に用いた金属素線は、Cu−0.3mass%Snの合金であり、表面に錫めっきを施したものである。また、銅箔糸には、ポリエステル糸に銅箔を巻き付けたものを用いた。
(多心ケーブルの比較例2−1)
第1斜め持ちユニットを外径0.08mmの金属素線からなる第1斜め持ちユニット(持ち数8、打ち数8)とし、シースの厚さを1.05mmとした以外は上記実施例と同じ条件で外径6.5mmの多心ケーブルを構成した。
(多心ケーブルの比較例2−2)
第1斜め持ちユニットを外径0.08mmの銅箔糸からなる第1斜め持ちユニット(持ち数8、打ち数8)とし、シースの厚さを1.05mmとした以外は上記実施例と同じ条件で外径6.5mmの多心ケーブルを構成した。
(屈曲試験)
上記同軸ケーブルおよび多心ケーブルの各実施例および比較例に対して、屈曲試験を行った。
屈曲試験は、図3に示すように、被試験体であるケーブル40(長さ70cm)の下端に荷重W=5N(500gf)の錘を吊り下げ、ケーブル40の左右に湾曲した形の曲げジグ43を取り付けた状態で、曲げジグ43に沿って左右方向に向けて屈曲角X=±90°の曲げを加えるようにケーブル40を動かすことで行う。屈曲R(曲げ半径)について同軸ケーブルは19mm、多心ケーブルは25mmとした。屈曲速度は30回/分とし、屈曲回数は左右方向への1往復を1回としてカウントした。そして、屈曲を繰り返しながら、ケーブル40の両端から編組シールド層に常時数Vの電圧を加え、電流値が試験開始時に比べて20%低下した時点を断線とみなした。
(捻回試験)
上記同軸ケーブルおよび多心ケーブルの各実施例および比較例に対して、捻回試験を行った。
捻回試験は、図4に示すように、被試験体であるケーブル40(長さ70cm)の一箇所を回転しない固定チャック52に取り付け、それより上部側にケーブル40の外径の約20倍の距離(捻回長L=130mm)だけ隔てた別の箇所を回転チャック54に取り付ける。そして、ケーブル40の下端に荷重W=5N(500gf)の錘を吊り下げておく。この状態で回転チャック54を回転させることにより、ケーブル40の固定チャック52と回転チャック54との間の部分に対して±180度の捻りを加える。回転チャック54は、まず+180度回転して元に戻し、−180度回転して元に戻すというように、矢印50a,50b,50c,50dの順に動かして1サイクル(数えるときは1回)とする。捻回速度は、30回/分とし、捻回回数は各方向への1往復を1回としてカウントした。そして、捻回を繰り返しながら、ケーブル40の両端から編組シールド層に常時数Vの電圧を加え、電流値が試験開始時に比べて20%低下した時点を断線とみなした。
(評価結果)
表1に同軸ケーブルの実施例および比較例の評価結果、表2に多心ケーブルの実施例および比較例の評価結果を示す。
表1に示す通り、屈曲試験の結果、本実施例に係る同軸ケーブルについては、同軸ケーブルへの要求規格である60万回にわたって屈曲させても、編組シールド層の破断が無いことを確認した。
また、捻回試験の結果、本実施例に係る同軸ケーブルについては、同軸ケーブルへの要求規格である240万回にわたって捻回させても、編組シールド層の破断が無いことを確認した。
表2に示す通り、屈曲試験の結果、本実施例に係る多心ケーブルについては、多心ケーブルへの要求規格である60万回にわたって屈曲させても、編組シールド層の破断が無いことを確認した。
また、捻回試験の結果、本実施例に係る多心ケーブルについては、多心ケーブルへの要求規格である200万回にわたって捻回させても、編組シールド層の破断が無いことを確認した。
1…同軸ケーブル、2…導体、3…絶縁層、4…編組シールド層、4a…第1斜め持ちユニット、4b…第2斜め持ちユニット、5…シース

Claims (4)

  1. 導体と、
    前記導体の側周を覆うように設けられた絶縁層と、
    前記絶縁層の側周を覆うように設けられた編組シールド層と、
    前記編組シールド層の側周を覆うように設けられたシースと、を備え、
    前記編組シールド層は、銅箔糸と金属素線とが交差するように編まれた編組シールドであり、
    前記銅箔糸の外径D1が金属素線の外径D2よりも大きい
    編組シールド付ケーブル。
  2. 内部導体と、
    前記内部導体の側周を覆うように設けられた絶縁層と、
    前記絶縁層の側周を覆うように設けられた編組シールド層からなる外部導体と、
    前記外部導体の側周を覆うように設けられたシースと、を備え、
    前記編組シールド層は、銅箔糸と金属素線とが交差するように編まれた編組シールドであり、
    前記銅箔糸の外径D1が金属素線の外径D2よりも大きい
    編組シールド付ケーブル。
  3. 導体上に絶縁層が被覆された絶縁電線を複数本有するケーブルコアと、
    前記ケーブルコアの側周を覆う編組シールド層と、
    前記編組シールド層の側周を覆うように設けられたシースと、を備え、
    前記編組シールド層は、銅箔糸と金属素線とが交差するように編まれた編組シールドであり、
    前記銅箔糸の外径D1が金属素線の外径D2よりも大きい
    編組シールド付ケーブル。
  4. 前記外径D1と外径D2の比D1/D2の値が1.2以上、2.5以下の範囲内にある
    請求項1乃至3のいずれかに記載の編組シールド付ケーブル。
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