JP2021051947A - 絶縁電線及びそれを用いた可動部用ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】耐屈曲性及び耐捻回性に優れた絶縁電線及びそれを用いた可動部用ケーブルを提供する。【解決手段】絶縁電線１は、導体２と、導体２の周囲を被覆する絶縁体３と、を備え、導体２は、抗張力体２１の周囲に複数の導電線２２を撚り合わせて構成され、周方向に隣り合う２つの導電線２２と絶縁体３の内周面との間に隙間４を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線及びそれを用いた可動部用ケーブルに関する。

従来、自動車生産ラインや半導体チップなどの生産設備に用いられる産業用ロボット等の可動部の配線に、可動部用ケーブルが用いられている。

このような可動部用ケーブルに用いる絶縁電線として、抗張力体の周囲に金属素線を撚り合わせた導体と、導体の周囲を被覆する絶縁体と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。抗張力体の周囲に金属素線を撚り合わせた導体を用いることで、可動部用ケーブルの屈曲や捻回の際の応力が金属素線にかかりにくくなり、耐屈曲性及び耐捻回性が向上する。

特許第２６８３４４６号公報

近年、産業用ロボットでは小型化、多軸化が進んでおり、これに伴い可動部用ケーブルにおいても、屈曲時の曲げ半径が小さく、捻回長が短くなる傾向がある。そのため、従来のように絶縁電線の導体に抗張力体を用いるのみでは、屈曲時あるいは捻回時の応力を緩和できずに素線が断線してしまうおそれがあり、より耐屈曲性及び耐捻回性を高めることが望まれる。

そこで、本発明は、耐屈曲性及び耐捻回性に優れた絶縁電線及びそれを用いた可動部用ケーブルを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、導体と、前記導体の周囲を被覆する絶縁体と、を備え、前記導体は、抗張力体の周囲に複数の導電線を撚り合わせて構成され、周方向に隣り合う２つの前記導電線と前記絶縁体の内周面との間に隙間を有する、絶縁電線を提供する。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、前記絶縁電線を含むケーブルコアと、前記ケーブルコアの周囲を被覆するシースと、を備えた、可動部用ケーブルを提供する。

本発明によれば、耐屈曲性及び耐捻回性に優れた絶縁電線及びそれを用いた可動部用ケーブルを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る絶縁電線の長手方向に垂直な断面を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一変形例に係る絶縁電線の長手方向に垂直な断面を示す断面図である。 図１の絶縁電線を用いた可動部用ケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（絶縁電線）
図１は、本実施の形態に係る絶縁電線の長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図１に示すように、絶縁電線１は、導体２と、導体２の周囲を被覆する絶縁体３と、を備えている。

導体２は、抗張力体２１の周囲に複数の導電線２２を撚り合わせて構成されている。抗張力体２１は、絶縁電線１の長手方向に垂直な断面視における中心位置に配置されている。抗張力体２１としては、耐捻回性及び耐屈曲性に富むアラミド繊維またはカーボン繊維等の抗張力繊維を用いることができる。抗張力体２１は、複数本の抗張力繊維が束ねられていたり、あるいは撚り合わされていたりすることによって構成されているとよい。このとき、複数本の抗張力繊維は、導電線２２に用いる金属素線２２ａよりも外径が小さいとよい。

抗張力体２１の周囲には、複数の導電線２２が螺旋状に縒り合されている。本実施の形態では、導電線２２は、単線の金属素線２２ａからなる。導電線２２に用いる金属素線２２ａとしては、銅やアルミニウム等からなるものを用いることができ、例えば軟銅線、すずめっき軟銅線、銅合金線などを用いることができる。ここでは、抗張力体２１の周囲に６本の導電線２２を撚り合わせた場合を示しているが、導電線２２の本数はこれに限定されない。各導電線２２は、互いに接触しており、電気的に接続されている。なお、周方向に隣り合う導電線２２の全てが互いに接触している必要はなく、一部が離間して配置されていてもよい。

抗張力体２１は、弾性体からなることが好ましい。抗張力体２１を弾性体で構成することで、導電線２２の撚りが締まる方向に捻回が加えられたときに、抗張力体２１が縮径されるようにつぶれて導電線２２への応力が緩和される。また、捻回が解除されたときに抗張力体２１が復元され絶縁電線１が捻回前の形状に戻るようになる。

導体２の周囲を被覆する絶縁体３は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂等を主成分とする樹脂組成物で構成されるとよい。

本実施の形態に係る絶縁電線１では、周方向に隣り合う２つの導電線２２と絶縁体３の内周面との間に、隙間４を有している。すなわち、絶縁電線１では、周方向に隣り合う導電線２２の間の谷間部分が、絶縁体３により埋められておらず、当該谷間部分が空気層となって隙間４が形成されている。絶縁体３を非充実押出成形（チューブ押出成形）により形成することで、隙間４を形成することができる。絶縁体３は、なるべく導電線２２を径方向内方に押し付けないように設けられていることが望ましく、導電線２２と絶縁体３とが長手方向に相対移動可能となるように設けられていることが望ましい。周方向に隣り合う２つの導電線２２と絶縁体３との間に設けられた隙間４の大きさは、各導電線２２の断面積よりも小さい断面積であることがよい。隙間４の大きさは、絶縁電線１の長手方向に垂直な断面を、例えば、光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いて観察し、観察して得られた断面写真から隙間４の断面積を算出することができる。また、「導電線２２と絶縁体３とが長手方向に相対移動可能」とは、絶縁電線１を直線状にした状態で、絶縁体３の端部から導体２の端部をケーブル長手方向へ引き抜いたときに、導電体２２を絶縁体３から引き抜くことができることを意味している。なお、絶縁体３から導体２を引き抜くときには、抗張力体２１も導電体２２と一緒に動いてもよい。

周方向に隣り合う導電線２２と絶縁体３との間に隙間４を設けることで、絶縁体３内で導電線２２が動きやすくなり、屈曲時や捻回時に導電線２２が適宜隙間４へと移動して、導電線２２にかかる応力を緩和することが可能になり、耐屈曲性及び耐捻回性が向上する。例えば、導電線２２の撚りが緩む方向に絶縁電線１が捻回されると、導電線２２は外側に広がろうとするが、隙間４がないと導電線２２の逃げ場がなくなり、導電線２２に座屈が発生するおそれが生じる。本実施の形態のように隙間４を有することで、導電線２２の撚りが緩む方向に絶縁電線１が捻回された場合であっても、導電線２２が隙間４に逃げて、導電線２２が座屈しにくくなる。また、絶縁体３内で導電線２２が動きやすくなることで、絶縁電線１の可とう性も向上する。

導電線２２の撚りが緩む方向に絶縁電線１が捻回された場合の導電線２２の座屈をより抑制するためには、導電線２２の撚り合わせピッチを適切に調整し、捻回時における導電線２２の広がり具合を調整することが望まれる。具体的には、導電線２２の撚り合わせピッチは、導体２の外径の２０倍以上２５倍以下にするとよい。導電線２２の撚り合わせピッチを導体２の外径の２０倍以上とすることで、捻回時の導電線２２の広がりを抑えて耐捻回性を抑制できる。また、導電線２２の撚り合わせピッチを導体２の外径の２５倍以下とすることで、屈曲時に導電線２２にかかる応力を緩和して耐屈曲性を向上できる。なお、導電線２２の撚り合わせピッチとは、任意の導電線２２の周方向位置が同じ位置となる箇所の絶縁電線１の長手方向に沿った間隔である。また、導体２の外径は、例えば、１ｍｍ程度である。

（変形例）
本実施の形態では、全ての導電線２２が絶縁体３の内面に接触している場合を示したが、屈曲時や捻回時に導電線２２にかかる応力をより抑えるために、図２（ａ）に示すように、周方向における少なくとも一部において、絶縁体３と導電線２２とを径方向に離間させ、絶縁体３と導電線２２との間に隙間５を形成してもよい。これにより、絶縁体３内で導電線２２がより動きやすくなり、耐屈曲性及び耐捻回性がより向上する。また、絶縁体３内で導電線２２が動きやすくなることで、絶縁電線３の可とう性もさらに向上する。

また、本実施の形態では、導電線２２が単線の金属素線からなる場合について説明したが、図２（ｂ）に示すように、導電線２２が、複数の金属素線２２ａを撚り合わせた子撚線２２ｂから構成されていてもよい。子撚線２２ｂは、複数の金属素線２２ａを集合撚りして構成される。これにより、絶縁体３内で金属素線２２ａがより動きやすくなり、耐屈曲性及び耐捻回性がより向上する。また、絶縁体３内で金属素線２２ａが動きやすくなることで、絶縁電線３の可とう性もさらに向上する。

（可動部用ケーブル）
次に、絶縁電線１を用いた可動部用ケーブルについて説明する。図３は、図１の絶縁電線１を用いた可動部用ケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。

図３に示すように、可動部用ケーブル１０は、本実施の形態に係る絶縁電線１を含むケーブルコア１１と、ケーブルコア１１の周囲に螺旋状に巻きまわされた押さえ巻きテープ１２と、押さえ巻きテープ１２の周囲を覆うように設けられたシールド層１３と、シールド層１３の周囲を被覆するシース１４と、を備えている。

本実施の形態では、４本の絶縁電線１を、介在１５と共に撚り合わせてケーブルコア１１を構成している。なお、ケーブルコア１１に用いる絶縁電線１の本数はこれに限定されない。介在１５は、複数の絶縁電線１の周囲に充填されており、可動部用ケーブル１０の外径を円形状にする役割と、絶縁電線１間に介在して絶縁電線１同士の擦れを抑制し、可動部用ケーブル１０の可とう性を向上させる役割とを果たしている。介在１５としては、例えば、天然繊維、プラスチック繊維、プラスチック紐等を用いることができる。

ケーブルコア１１における絶縁電線１の撚り合わせピッチは、ケーブルコア１１の外径の９倍以上１２倍以下であるとよい。絶縁電線１の撚り合わせピッチをケーブルコア１１の外径の９倍以上とすることで、撚りが緩む方向にケーブルコア１１を捻回した際の絶縁電線１の広がりを抑えて耐捻回性を抑制できる。また、絶縁電線１の撚り合わせピッチをケーブルコア１１の外径の１２倍以下とすることで、屈曲時に絶縁電線１にかかる応力を緩和して耐屈曲性を向上できる。なお、絶縁電線１の撚り合わせピッチとは、任意の絶縁電線１の周方向位置が同じ位置となる箇所のケーブルコア１１の長手方向に沿った間隔である。

また、ケーブルコア１１における絶縁電線１の撚り方向は、絶縁電線１における導電線２２の撚り方向と同じ方向とすることが望ましい。これにより、可動部用ケーブル１０を曲げやすくなり、可動部用ケーブル１０の可とう性の向上が図れる。なお、絶縁電線１の撚り方向とは、ケーブルコア１１の一端から見たときに、他端側から一端側にかけて絶縁電線１が回転している方向である。また、導電線２２の撚り方向とは、絶縁電線１の一端から見たときに、他端側から一端側にかけて導電線２２が回転している方向である。

押さえ巻きテープ１２は、絶縁電線１を撚り合わせた状態で保持するバインダの役割を果たし、ケーブルコア１１の外周に螺旋状に巻き付けられている。押さえ巻きテープ１２としては、天然繊維やプラスチック等からなるテープを用いることができ、例えば和紙や不織布からなるテープを用いることができる。

シールド層１３としては、複数の金属素線を編み組みした編組シールドを用いることができる。編組シールドに用いる金属素線としては、銅やアルミニウム等からなるものを用いることができ、例えば軟銅線、すずめっき軟銅線、銅合金線などを用いることができる。

シース１４は、ケーブルコア１１やシールド層１３を外傷から保護するためのものであり、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物で構成されるとよい。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る絶縁電線１では、導体２が、抗張力体２１の周囲に複数の導電線２２を撚り合わせて構成されており、周方向に隣り合う導電線２２と絶縁体３との間に隙間４を有している。

このように構成することで、屈曲時や捻回時に導電線２２が隙間４に逃げて導電線２２にかかる応力を緩和することが可能となり、耐屈曲性及び耐捻回性を向上することが可能になる。本実施の形態に係る絶縁電線１を用いて可動部用ケーブル１０を構成することで、可動部用ケーブル１０の耐屈曲性及び耐捻回性を向上することが可能になり、例えば１００ｍｍといった短い捻回長でも断線が発生しにくい可動部用ケーブル１０を実現できる。すなわち、本実施の形態によれば、屈曲時の曲げ半径が小さく、捻回長が短い小型産業用ロボットの可動部にも適用可能な耐屈曲性及び耐捻回性に優れた可動部用ケーブル１０を実現できる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］導体（２）と、前記導体（２）の周囲を被覆する絶縁体（３）と、を備え、前記導体（２）は、抗張力体（２１）の周囲に複数の導電線（２２）を撚り合わせて構成され、周方向に隣り合う２つの前記導電線（２２）と前記絶縁体（３）の内周面との間に隙間（４）を有する、絶縁電線（１）。

［２］周方向における少なくとも一部において、前記絶縁体（３）と前記導電線（２２）とが径方向に離間している、［１］に記載の絶縁電線（１）。

［３］前記抗張力体（２１）は、弾性体からなる、［１］または［２］に記載の絶縁電線（１）。

［４］前記導電線（２２）の撚り合わせピッチが、前記導体（２）の外径の２０倍以上２５倍以下である、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の絶縁電線（１）。

［５］前記導電線（２２）が、複数の金属素線（２２ａ）を撚り合わせた子撚線（２２ｂ）からなる、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の絶縁電線（１）。

［６］［１］乃至［５］の何れか１項に記載の絶縁電線（１）を含むケーブルコア（１１）と、前記ケーブルコア（１１）の周囲を被覆するシース（１４）と、を備えた、可動部用ケーブル（１０）。

［７］前記ケーブルコア（１１）は、複数の前記絶縁電線（１）を撚り合わせて構成されており、前記絶縁電線（１）の撚り合わせピッチが、前記ケーブルコア（１１）の外径の９倍以上１２倍以下である、［６］に記載の可動部用ケーブル（１）。

［８］前記ケーブルコア（１１）は、複数の前記絶縁電線（１）を撚り合わせて構成されており、前記絶縁電線（１）の撚り方向は、前記絶縁電線（１）における前記導電線（２２）の撚り方向と同じ方向である、［６］または［７］に記載の可動部用ケーブル（１）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の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い。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、絶縁電線１を用いて可動部用ケーブル１０を構成する場合について説明したが、絶縁電線１をそのまま可動部用の配線として用いることも可能である。

また、上記実施の形態では、抗張力体２１としてアラミド繊維やカーボン繊維等を用いる場合について説明したが、これに限らず、抗張力体２１として鋼線等の金属線を用いることもできる。これにより、抗張力体２１と導電線２２とをまとめて半田付けすることが可能になり、端末加工が容易になる。

１…絶縁電線
２…導体
２１…抗張力体
２２…導電線
２２ａ…金属素線
２２ｂ…子撚線
３…絶縁体
４，５…隙間
１０…可動部用ケーブル
１１…ケーブルコア
１２…押さえ巻きテープ
１３…シールド層
１４…シース
１５…介在

Claims (8)

1. 導体と、
   前記導体の周囲を被覆する絶縁体と、を備え、
   前記導体は、抗張力体の周囲に複数の導電線を撚り合わせて構成され、
   周方向に隣り合う２つの前記導電線と前記絶縁体の内周面との間に隙間を有する、
   絶縁電線。
2. 周方向における少なくとも一部において、前記絶縁体と前記導電線とが径方向に離間している、
   請求項１に記載の絶縁電線。
3. 前記抗張力体は、弾性体からなる、
   請求項１または２に記載の絶縁電線。
4. 前記導電線の撚り合わせピッチが、前記導体の外径の２０倍以上２５倍以下である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の絶縁電線。
5. 前記導電線が、複数の金属素線を撚り合わせた子撚線からなる、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の絶縁電線。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の絶縁電線を含むケーブルコアと、
   前記ケーブルコアの周囲を被覆するシースと、を備えた、
   可動部用ケーブル。
7. 前記ケーブルコアは、複数の前記絶縁電線を撚り合わせて構成されており、
   前記絶縁電線の撚り合わせピッチが、前記ケーブルコアの外径の９倍以上１２倍以下である、
   請求項６に記載の可動部用ケーブル。
8. 前記ケーブルコアは、複数の前記絶縁電線を撚り合わせて構成されており、
   前記絶縁電線の撚り方向は、前記絶縁電線における前記導電線の撚り方向と同じ方向である、
   請求項６または７に記載の可動部用ケーブル。

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