JP2021114432A

JP2021114432A - 対撚りケーブル及び多心ケーブル

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Publication number: JP2021114432A
Application number: JP2020007243A
Authority: JP
Inventors: 得天黄; Tokuten Ko; 正則小林; Masanori Kobayashi; 佳典塚本; Yoshinori Tsukamoto; 真至森山; Shinji Moriyama; 才志荒井; Saishi Arai
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: JP7334629B2; CN113223757A

Abstract

【課題】耐捻回性を向上した対撚りケーブル及び多心ケーブルを提供する。【解決手段】導体２１と導体２１を被覆している絶縁体２２とを有する絶縁電線２を撚り合わせた対撚りケーブル１であって、導体２１は、銅合金線からなる素線を集合撚りして構成され、その導体断面積が０．４ｍｍ２以下であり、素線の外径が０．０５ｍｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、対撚りケーブル及び多心ケーブルに関する。

従来、一対の絶縁電線を撚り合わせた対撚りケーブルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。対撚りケーブルとして、例えば、産業用ロボットの可動部や捻回部を介した配線として用いられるものがある。

特開平９−２５９６５４号公報

近年、産業用ロボットの小型化が進んでおり、また複雑な工程を高速で行う人間協同型の産業用ロボットの開発が進んでいる。小型の産業用ロボットでは、大型の産業用ロボットと比較して捻回長が短く、かつ捻回角度が大きくなる傾向があり、このような厳しい捻回条件においても、断線しにくい耐捻回性の高い対撚りケーブルが要求されている。

そこで、本発明は、耐捻回性を向上した対撚りケーブル及び多心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、導体と該導体を被覆している絶縁体とを有する絶縁電線を撚り合わせた対撚りケーブルであって、前記導体は、銅合金線からなる素線を集合撚りして構成され、その導体断面積が０．４ｍｍ^２以下であり、前記素線の外径が０．０５ｍｍ以下である、対撚りケーブルを提供する。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、前記対撚りケーブルを複数撚り合わせた集合体と、前記集合体を被覆しているシースと、を備えた、多心ケーブルを提供する。

本発明によれば、耐捻回性を向上した対撚りケーブル及び多心ケーブルを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る対撚りケーブルを示す図であり、（ａ）は長手方向に垂直な断面を示す断面図、（ｂ）は側面図である。本発明の一実施の形態に係る多心ケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。本発明の一変形例に係る多心ケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。捻回試験を説明する図である。

［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。

図１は、本実施の形態に係る対撚りケーブルを示す図であり、（ａ）は長手方向に垂直な断面を示す断面図、（ｂ）は側面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、対撚りケーブル１は、導体２１と導体２１を被覆している絶縁体２２とを有する一対の絶縁電線２を撚り合わせて構成されている。対撚りケーブル１は、例えば、小型の人間協同型の産業用ロボットにおける捻回部（あるいは可動部）を介した配線として用いられるものである。

（導体２１）
絶縁電線２の導体２１は、複数の素線を集合撚りして構成されている。本実施の形態では、導体２１の素線としては、錫入り銅合金線、錫とインジウムとを所定量含む銅合金線、あるいは銀を所定量含む銅合金線等の銅合金線が用いられる。なお、本実施の形態では、素線として、繰り返し捻回が加えられることにより疲労破断が生じやすい軟銅線を用いない。素線に用いる銅合金線としては、耐捻回性を高めるため、伸びが５％以上であり、引張強さが３４０ＭＰａ以上である銅合金線を用いるとよい。耐捻回性を高めるという観点から、素線の伸びはできるだけ大きいことが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。

上述のように、対撚りケーブル１は、小型の産業用ロボットの配線として用いられるために、その外径が小さく、例えば１．１ｍｍ程度である。これに対応し、導体２１としても、導体断面積が０．４ｍｍ^２以下のものが用いられる。導体２１の導体断面積が大きくなると、導体２１を構成する素線の本数も増える傾向にある。素線の本数が増えると、繰り返し捻回によって集合撚りされた素線の一部に撚り乱れが発生してしまう可能性が高くなる。撚り乱れの発生によって、導体２１の断線や絶縁体の損傷が発生することも考えられる。そのため、このような繰り返し捻回による撚り乱れの発生を抑制する観点から、導体２１の導体断面積は、０．４ｍｍ^２以下とすることが好ましい。なお、繰り返し捻回による撚り乱れの発生を抑制するために、導体２１を複合撚りして構成することも考えられるが、集合撚りして構成される導体２１の方が複合撚りして構成される導体２１と比べて、コストを低くすることができる。また、導体２１の導体断面積が小さすぎると捻回時に断線し易くなり、また伝送特性の悪化も懸念される。そのため、導体２１の導体断面積は少なくとも０．１ｍｍ^２以上、より好ましくは０．１５ｍｍ^２以上０．４ｍｍ^２以下であることが好ましい。本実施の形態では、導体２１の導体断面積を約０．２ｍｍ^２とした。

本発明者らは、捻回長が例えば１２０ｍｍと短く、捻回角度が例えば±３６０°と大きい非常に厳しい捻回条件においても、耐捻回性を向上させるべく鋭意検討を行った。その結果、導体２１により細い素線を用い、導体２１に使用する素線の本数を増やすことで、上述の厳しい捻回条件においても耐捻回性を大きく向上できることを見出した。

すなわち、本実施の形態では、より細い素線を多数集合撚りして導体２１を構成することにより、耐捻回性を向上している。より具体的には、本実施の形態では、導体２１に用いる素線として、外径が少なくとも０．０５ｍｍ以下のものを用いる。従来、外径０．０８ｍｍの素線が産業用ロボットに使用されるケーブルに広く用いられているが、この場合と同じ導体断面積を維持するとなると、外径０．０５ｍｍの素線を用いた場合には使用する素線の本数は多くなる。例えば、導体断面積を約０．２ｍｍ^２とする場合、外径０．０８ｍｍの素線を用いる場合には４０本の素線が必要になるが、これに対して、外径０．０５ｍｍの素線を用いる場合には１００本の素線が必要になる。また、例えば、導体断面積を約０．４ｍｍ^２とする場合、外径０．０８ｍｍの素線を用いる場合には８０本の素線が必要になるが、外径０．０５ｍｍの素線を用いる場合には２００本の素線が必要になる。

導体２１に使用する素線の本数が少ないと十分な耐捻回性向上の効果が得られない可能性があるため、導体２１は、素線を１００本以上集合撚りして構成されることがより望ましい。

（絶縁体２２）
絶縁体２２は、導体２１の周囲を覆うように被覆されている。絶縁体２２と導体２１とが密着していると、捻回時に導体２１（導体２１を構成する素線）にかかる負荷が大きくなり耐捻回性が低下してしまうため、絶縁体２２は、絶縁体２２に対して導体２１が絶縁電線２の長手方向に移動可能となるように設けられているとよい。より具体的には、絶縁体２２は、所謂チューブ押出によって筒状に押出被覆されるとよい。絶縁体２２をチューブ押出により形成することで、絶縁体２２の内面と導体２１を構成する素線との間には、微小な隙間（素線の外径以下の大きさの隙間）が形成される。

また、配線時には複数の対撚りケーブル１が束ねて配線されることが多いため、捻回時に対撚りケーブル１の絶縁体２２同士が擦れ合って摩耗が生じるおそれがある。そこで、本実施の形態では、絶縁体２２として、耐摩耗性が高いフッ素樹脂を用いている。絶縁体２２に用いるフッ素樹脂としては、例えば、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＦＥＰ（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）、ＰＦＡ（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）等を用いることができる。なお、これに限らず、絶縁体２２の摩耗の影響が少ない場合には、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンからなる絶縁体２２を用いることも可能である。絶縁体２２の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。

（対撚りケーブル１）
対撚りケーブル１は、一対の絶縁電線２を撚り合わせて構成されている。本実施の形態では、両絶縁電線２における導体２１の撚り方向と、絶縁電線２を撚り合わせる際の撚り方向（以下、対撚りケーブル１の撚り方向という）とが逆方向とされる。例えば、導体２１の撚り方向と対撚りケーブル１の撚り方向とを同方向とした場合、その撚り方向と同じ方向に捻回が加えられたときに、導体２１が絞り切られるように断線が生じるおそれがある。本実施の形態のように、導体２１の撚り方向と対撚りケーブル１の撚り方向とを逆方向とすることで、捻回時に導体２１にかかる負荷を低減し、耐捻回性を向上することが可能になる。なお、導体２１の撚り方向とは、導体２１の一端から見たときに、他端側から一端側にかけて素線が回転している方向である。また、対撚りケーブル１の撚り方向とは、対撚りケーブル１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２が回転している方向である。

また、対撚りケーブル１では、絶縁電線２を撚り合わせる際の撚りピッチ（以下、対撚りケーブル１の撚りピッチという）Ｐが、導体２１の撚りピッチよりも大きくされる。本実施の形態では、導体２１の撚りピッチを１０ｍｍ以上１２ｍｍ以下とし、対撚りケーブル１の撚りピッチを２２ｍｍ程度とした。なお、導体２１の撚りピッチとは、任意の素線の周方向位置が同じとなる長手方向位置の導体２１の長手方向に沿った間隔である。また、対撚りケーブル１の撚りピッチＰとは、任意の絶縁電線２の周方向位置が同じとなる長手方向位置の対撚りケーブル１の長手方向に沿った間隔である。

より具体的には、対撚りケーブル１の撚りピッチＰは、絶縁電線２の外径の２０倍以上とされことが好ましい。例えば、絶縁電線２の外径が１．１ｍｍである場合、対撚りケーブル１の撚りピッチＰは２２ｍｍ以上とされことが好ましい。これにより、撚りピッチＰが小さ過ぎて対撚りケーブル１を捻回したときに導体２１が絞り切られるように断線してしまうことを抑制できる。なお、導体２１の撚りピッチは、導体２１の外径の１７倍以上２０倍以下であることが好ましい。これにより、捻回長が短く、捻回角度が大きい捻回条件で捻回させた場合であっても、導体２１が断線しにくくなる。

（多心ケーブル）
図２は、本実施の形態に係る多心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２に示すように、多心ケーブル１０は、対撚りケーブル１を複数撚り合わせた集合体１１と、集合体１１の周囲に螺旋状に巻き付けら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の周囲を被覆しているシース１４と、を備えている。

ここでは、３本（３対）の対撚りケーブル１を撚り合わせて集合体１１を構成しているが、集合体１１を構成する対撚りケーブル１の本数はこれに限定されない。対間のクロストークを抑制するため、各対撚りケーブル１の撚りピッチＰは異なるように構成されることが望ましい。

多心ケーブル１０に捻回が加えられた際に断線が発生することを抑制するために、対撚りケーブル１の撚り方向と、集合体１１の撚り方向とは逆方向とすることが望ましい。なお、集合体１１の撚り方向とは、集合体１１の一端から見たときに、他端側から一端側にかけて対撚りケーブル１が回転している方向である。

また、捻回時に各対撚りケーブル１にかかる負荷を抑制するために、集合体１１の撚りピッチは、対撚りケーブル１の撚りピッチＰよりも大きくすることが望ましい。より具体的には、集合体１１の撚りピッチは、対撚りケーブル１の外径（絶縁電線２の外径の２倍）の２５倍以上３０倍以下とすることが望ましい。なお、集合体１１の撚りピッチとは、任意の対撚りケーブル１の周方向位置が同じとなる長手方向位置の集合体１１の長手方向に沿った間隔である。

押さえ巻きテープ１２は、集合体１１の形状を維持するためのものであり、例えば、紙や不織布、あるいは樹脂からなるテープ状の部材を用いることができる。

シールド層１３は、外部からのノイズを遮蔽するためのものであり、例えば、押さえ巻きテープ１２の周囲に金属編組を編み合わせた編組シールドを設けたり、樹脂テープの一方の面に銅やアルミニウム等からなる金属層を設けた金属テープをらせん状に巻き付けたり、あるいは、編組シールドと金属テープとを併用して構成される。また、シールド層１３として編組シールドを用いる場合、銅箔糸を編み合わせて編組シールドを構成してもよい。

シース１４は、集合体１１やシールド層１３を保護するためのものであり、例えばポリエチレン等の絶縁性の樹脂からなる。図２では示していないが、各対撚りケーブル１それぞれを覆うように、内部シースやシールド層を設けてもよい。ただし、この場合、多心ケーブル１０の外径が大きくなるため、多心ケーブル１０を細径に維持するためには、本実施の形態のように、核対撚りケーブル１に個別に内部シースやシールド層を設けないことが望ましい。

なお、本実施の形態では、集合体１１の周囲に、押さえ巻きテープ１２、シールド層１３、及びシース１４を設けた場合について説明したが、図３に示のように、押さえ巻きテープ１２、シールド層１３、及びシース１４を省略し、集合体１１のみで多心ケーブル１０を構成してもよい。すなわち、多心ケーブル１０は、複数本の対撚りケーブル１が集合撚りされているだけの構造であってもよい。この場合、捻回や屈曲を行う部分の周囲を覆うように、保護部材（例えば、熱収縮チューブや樹脂テープなど）を設けることが望ましい。

（捻回試験）
実施例として図１の対撚りケーブル１を作製し、その耐捻回性を評価するために捻回試験を行った。実施例では、外径０．０５ｍｍの錫入り銅合金からなる素線を１００本集合撚りして外径０．５８ｍｍ（導体断面積０．２０ｍｍ^２）の導体２１を形成し、導体２１の周囲にＥＴＦＥをチューブ押出により押出被覆して絶縁体２２を形成した一対の絶縁電線２を用い、一対の絶縁電線２を撚り合わせて対撚りケーブル１を構成した。また、導体２１の撚り方向と対撚りケーブル１の撚り方向とを逆方向にした。

捻回試験では、図４に示すように、対撚りケーブル１の一端部を固定部３１にて固定し、固定部３１から所定の捻回長Ｌの位置に設けた捻回部３２を所定の捻回角度で捻回することを繰り返し、初期の導体抵抗に対する導体抵抗の上昇率が２０％を超えた時点で断線が生じたと判断した。５００万回以上でも断線しない場合を合格、５００万回未満で断線した場合を不合格とした。ここでは、小型の産業用ロボットへの適用を考慮して、捻回長Ｌを１２０ｍｍとすると共に、捻回角度を±３６０度とし、＋３６０度から−３６０度までの捻回を１サイクルとして６０サイクル／ｍｉｎの捻回速度で捻回試験を行った。実施例の対撚りケーブル１の諸元及び捻回試験の結果を併せて表１に示す。

なお、導体抵抗の測定は、捻回部３２側に配置される対撚りケーブル１の先端を電気的に接続するように結線し、固定部３１側に配置される対撚りケーブル１の先端に所定の電圧を一定で印加する。捻回試験を行う前の状態で測定した導体抵抗を初期の導体抵抗とした。また、固定部３１側に配置される対撚りケーブル１の先端に所定の電圧を一定で印加した状態で捻回試験を行い、捻回試験中に測定した導体抵抗を用いて、初期の導体抵抗に対する導体抵抗の上昇率を算出した。

また、外径０．０８ｍｍの素線を４０本集合撚りして導体（導体断面積０．２０ｍｍ^２）を構成した以外は実施例の対撚りケーブル１と同じ構成の比較例の対撚りケーブルを作製し、同様に捻回試験を行った。比較例の対撚りケーブルの諸元及び捻回試験の結果を併せて表１に示す。

表１に示すように、比較例の対撚りケーブルでは１３０万回で断線が生じた（初期の導体抵抗に対する導体抵抗の上昇率が２０％を超えた）。これに対して実施例の対撚りケーブル１では、５００万回の捻回で断線が生じず、さらに５００万回捻回した時点での導体抵抗の上昇率は１％以下と、比較例に対して耐捻回性が大幅に向上していることが確認された。

（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対撚りケーブル１では、導体２１が、銅合金線からなる素線を集合撚りして構成され、その導体断面積が０．４ｍｍ^２以下であり、素線の外径が０．０５ｍｍ以下である。

このように構成することで、捻回長が短く、かつ捻回角度が大きいといった厳しい捻回条件においても、断線しにくい耐捻回性の高い対撚りケーブル１を実現でき、小型の産業用ロボットの捻回部を介した配線に好適な対撚りケーブル１を実現できる。また、捻回長が比較的長く捻回角度が比較的小さい場合には、従来と比較してより寿命を長くすることが可能になる。さらに、細径の素線を多数集合撚りして導体２１を構成しているため、対撚りケーブル１を曲げやすくなる。

（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（２１）と該導体（２１）を被覆している絶縁体（２２）とを有する絶縁電線（２）を撚り合わせた対撚りケーブル（１）であって、前記導体（２１）は、銅合金線からなる素線を集合撚りして構成され、その導体断面積が０．４ｍｍ^２以下であり、前記素線の外径が０．０５ｍｍ以下である、対撚りケーブル（１）。

［２］前記導体（２１）は、前記素線を１００本以上集合撚りして構成されている、［１］に記載の対撚りケーブル（１）。

［３］前記導体（２１）の撚り方向と、前記絶縁電線（２）を撚り合わせる際の撚り方向とが逆方向である、［１］または［２］に記載の対撚りケーブル（１）。

［４］前記絶縁電線（２）を撚り合わせる際の撚りピッチが、前記絶縁電線（２）の外径の２０倍以上である、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の対撚りケーブル（１）。

［５］前記絶縁体（２２）が、フッ素樹脂からなる、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の対撚りケーブル（１）。

［６］前記絶縁体（２２）は、前記絶縁体（２２）に対して前記導体（２１）が前記絶縁電線（２）の長手方向に移動可能にとなるように設けられている、［１］乃至［５］の何れか１項に記載の対撚りケーブル（１）。

［７］前記素線は、伸びが５％以上であり、引張強さが３４０ＭＰａ以上である、［１］乃至［６］の何れか１項に記載の対撚りケーブル（１）。

［８］［１］乃至［７］の何れか１項に記載の対撚りケーブル（１）を複数撚り合わせた集合体（１１）を備えた、多心ケーブル（１０）。

［９］前記対撚りケーブル（１）において前記絶縁電線（２）を撚り合わせる際の撚り方向と、前記集合体（１１）の撚り方向とが逆方向である、［８］に記載の多心ケーブル（１０）。

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。

また、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、一例として外径０．０５ｍｍの素線を１００本集合撚りして導体２１を構成したが、素線の外径や本数はこれに限定されない。耐捻回性をさらに向上させる必要がある場合には、より細径の素線をより多い本数用いればよく、例えば、外径０．０３ｍｍ以下の素線を２８０本以上集合撚りして導体２１を構成することで、さらなる耐捻回性の向上が図れる。

１…対撚りケーブル
２…絶縁電線
１０…多心ケーブル
１１…集合体
１２…押さえ巻きテープ
１３…シールド層
１４…シース
２１…導体
２２…絶縁体

Claims

導体と該導体を被覆している絶縁体とを有する絶縁電線を撚り合わせた対撚りケーブルであって、
前記導体は、銅合金線からなる素線を集合撚りして構成され、その導体断面積が０．４ｍｍ^２以下であり、
前記素線の外径が０．０５ｍｍ以下である、
対撚りケーブル。
前記導体は、前記素線を１００本以上集合撚りして構成されている、
請求項１に記載の対撚りケーブル。
前記導体の撚り方向と、前記絶縁電線を撚り合わせる際の撚り方向とが逆方向である、
請求項１または２に記載の対撚りケーブル。
前記絶縁電線を撚り合わせる際の撚りピッチが、前記絶縁電線の外径の２０倍以上である、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の対撚りケーブル。
前記絶縁体が、フッ素樹脂からなる、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の対撚りケーブル。
前記絶縁体は、前記絶縁体に対して前記導体が前記絶縁電線の長手方向に移動可能に設けられている、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の対撚りケーブル。
前記素線は、伸びが５％以上であり、引張強さが３４０ＭＰａ以上である、
請求項１乃至６の何れか１項に記載の対撚りケーブル。
請求項１乃至７の何れか１項に記載の対撚りケーブルを複数撚り合わせた集合体を備えた、
多心ケーブル。
前記対撚りケーブルにおいて前記絶縁電線を撚り合わせる際の撚り方向と、前記集合体の撚り方向とが逆方向である、
請求項８に記載の多心ケーブル。