JP2022131189A - ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し屈曲されても、シールド層を構成する複数本の金属素線に断線が発生しにくいケーブルを提供する。【解決手段】ケーブル１は、１本以上の電線２を含むケーブルコア３と、ケーブルコア３の周囲を被覆するように設けられ、繊維からなる複数本の糸状体が螺旋状に巻き付けられてなるクッション層５と、クッション層５の周囲を被覆するように設けられ、複数本の金属素線で構成されたシールド層６と、シールド層６の周囲を被覆するシース７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブルに関する。

工場等における生産性を向上させるため、人協型ロボットや小型多関節ロボット等の産業用ロボットの普及が拡大している。このような産業用ロボットの可動部（屈曲や捻回がなされれる部分）等に配線されるケーブルとして、例えば、複数本の絶縁電線を撚り合わせたケーブルコアの周囲に、複数本の金属素線を編み組みした編組シールド（シールド層）と、シースとを順次設けたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－７９５７４号公報

しかしながら、上述の従来のケーブルでは、産業用ロボット等の可動に伴い繰り返し屈曲されると、シールド層の金属素線に乱れが生じてしまい、さらに屈曲を繰り返すことで金属素線に断線が発生してしまうという課題があった。シールド層を構成する金属素線に断線が発生すると、シールド層としての機能が低下してしまう。

そこで、本発明は、繰り返し屈曲されても、シールド層を構成する複数本の金属素線に断線が発生しにくい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、１本以上の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ように設けられ、繊維からなる複数本の糸状体が螺旋状に巻き付けられてなるクッション層と、前記クッション層の周囲を被覆するように設けられ、複数本の金属素線で構成されたシールド層と、前記シールド層の周囲を被覆するシースと、を備え、ケーブルを提供する。

本発明によれば、繰り返し屈曲されても、編組シールドを構成する複数本の金属素線に断線が発生しにくいケーブルを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る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。

図１は、本実施の形態に係る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１に示すケーブル１は、例えば、産業用のロボット等において可動部や揺動部をまたいで配線されるケーブルであり、繰り返し屈曲される用途（特に、Ｕ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作がなされる場所）に用いられるものである。

ケーブル１は、１本以上の電線２を有するケーブルコア３と、ケーブルコア３の周囲を覆うように設けられ、金属素線によって構成されたシールド層６と、シールド層６の周囲を覆うように設けられたシース７と、を備えている。本実施の形態に係るケーブル１では、ケーブルコア３とシールド層６との間に、ケーブル１を繰り返し屈曲させたときにシールド層６を構成する金属素線の断線を抑制するためのクッション層（断線抑制層）５が設けられている。クッション層５の詳細については後述する。

ケーブルコア３を構成する電線２は、導体２１と、導体２１の周囲を覆うように設けられた絶縁体２２と、を有している。導体２１は、すずめっき軟銅線等からなる金属素線を撚り合わせた撚線導体からなる。撚線導体は、金属素線を撚り合わせた子撚線をさらに複数本撚り合わせた複合撚線から構成されてもよい。また、撚線導体は、長手方向に垂直な断面が円形状に圧縮された圧縮導体から構成されてもよい。導体２１が圧縮導体から構成されていると、Ｕ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作がなされる場所にケーブル１が配置された場合であっても、１ＧＨｚ以上の高周波帯域で信号伝送することに有効である。絶縁体２２としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはフッ素樹脂からなるものを用いることができる。絶縁体２２は、発泡絶縁体から構成されてもよい。また、絶縁体２２は、複数の絶縁層が積層された積層構造から構成されてもよい。

本実施の形態では、ケーブル中心にスフ糸（ステープルファイバー糸）等の繊維からなる線状体で構成される介在８を設け、その介在８の周囲に複数本（ここでは６本）の電線２を撚り合わせてケーブルコア３を構成している。ただし、これに限らず、例えば、ケーブル中心に、繊維からなる線状体の介在８に代えて、樹脂等からなる線状体やテンションメンバ等を設けても良い。また、ケーブルコア３を構成する電線２の本数も図示のものに限定されず、例えば１本の電線２でケーブルコア３が構成されていてもよい。この場合、ケーブル１は同軸ケーブルとなる。また、ケーブルコア３は、例えば２本以上の電線２を撚り合わせしてなる撚線を他の電線２と撚り合わせて構成されていてもよい。

ケーブルコア３の周囲には、押さえ巻きテープ４が螺旋状に巻き付けられている。押さえ巻きテープ４は、ケーブルコア３の撚りが解けないように保持する保持部材の役割を果たす。押さえ巻きテープ４としては、例えば、紙や不織布等からなるテープや、ＰＥ（ポリエチレン）等からなる樹脂テープを用いることができる。なお、押さえ巻きテープ４は必須ではない。押さえ巻きテープ４がケーブルコア３の周囲に螺旋状に巻き付けられている場合では、押さえ巻きテープ４が巻き付けられていない場合と比較して、ケーブルコア３を構成する複数の電線２の撚りが解けにくくなるため、繰り返しスライド動作によって電線２が断線しにくくなり、また、押さえ巻きテープ４の周囲を被覆するクッション層５での断線検知の精度もよくなる。押さえ巻きテープ４に代えて、例えば、樹脂を被覆したものや綿等からなる糸状体を巻き付けたもので代用可能である。

シールド層６は、外部からのノイズを遮蔽するためのシールド層であり、ケーブルコア３の周囲を覆うように設けられている。本実施の形態では、シールド層６として、例えば、複数本の金属素線を編み組みして構成された編組シールドを用いた。シールド層６を編組シールド（以下、編組シールド６ともいう）により構成することで、ケーブル１の可とう性を向上することができる。本実施の形態では、押さえ巻きテープ４の周囲にクッション層（断線抑制層）５を設け、そのクッション層（断線抑制層）５の周囲に編組シールド６を設けている。なお、クッション層５の詳細については後述する。

ここでは、金属素線を編み組みした編組シールド６をシールド層に用いたが、これに限らず、例えば、金属素線と、スフ糸等の繊維からなる繊維素線とを編み合わせた交織編組シールドを編組シールド６として用いることもできる。また、編組シールド６に用いる金属素線としては、流動パラフィン等の潤滑材が塗布されたものを用いることもできる。これにより、クッション層５との間での摩耗を抑制可能になる。なお、編組シールド６の編組密度は、外部からのノイズを遮蔽する観点から、８５％以上であるとよい。また、ケーブル１の外径を細くするとの観点から、編組シールド６に代えて、複数本の金属素線をクッション層５の周囲に螺旋状に巻き付けして構成された横巻シールドをシールド層６として用いてもよい。横巻シールドを構成する複数本の金属素線は、編組シールド６を構成する金属素線と同じものを用いることができる。横巻シールドは、２層構造としてもよい。この場合、クッション層５側に配置される第１横巻シールドと、第１横巻シールドの周囲に配置される第２横巻シールドとは、互いの巻き付け方向が異なることがよい。第１横巻シールドと第２横巻シールドとが異なる巻き付け方向（逆向き）で巻き付けられていることで、ケーブル１の屈曲時（特に、ケーブル１をＵ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作させたとき）に、シールド層６を構成する金属素線の巻き付け状態を乱れにくくすることができる。

編組シールド６を構成する金属素線としては、例えば、軟銅線や銅合金線を用いることができる。また、軟銅線や銅合金線にはめっきが施されていてもよく、例えば、編組シールド６を構成する金属素線として、すずめっき軟銅線、銀めっき軟銅線、すずめっき銅合金線、銀めっき銅合金線等を用いることができる。さらに、編組シールド６を構成する金属素線としては、糸状体の周囲に銅箔を螺旋状に巻き付けた銅箔糸を用いることも可能である。糸状体の周囲に銅以外の金属（例えば、アルミニウム）で構成される金属箔を螺旋状に巻き付けた金属箔糸としてもよい。編組シールド６は、金属素線として軟銅線や銅合金線を用いた場合、金属素線として銅箔糸を用いた場合に比べて、下地のクッション層がＵ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作がなされたときに、編組シールド６の金属素線がクッション層に接触することによってクッション層が損傷することを低減できる。シールド層６を構成する金属素線の外径は、例えば０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下である。

シース７は、編組シールド６の周囲を被覆しており、編組シールド６やケーブルコア３を保護する役割を果たしている。シース７は、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、フッ素ゴム等からなり、これら樹脂の少なくとも１種を主成分（ベース）とする樹脂組成物からなるものであってもよい。シース７の外径（ケーブル１の外径）としては、例えば、１０ｍｍ以上である。

（クッション層５）
クッション層５は、ケーブルコア３とシールド層６との間（より詳細には、押さえ巻きテープ４とシールド層６との間）に設けられており、ケーブル１の屈曲時（特に、ケーブル１をＵ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作させたとき）に、屈曲させた部分のケーブルコア３によりシールド層６に付与される側圧を緩和する役割を果たす。クッション層５によりシールド層６に付与される側圧を緩和することで、ケーブル１が繰り返し屈曲した際（特に、ケーブル１をＵ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作させた際）に、シールド層６を構成する金属素線の編み組みが乱れることを抑制することができるため、金属素線同士が摩耗しにくくなり、金属素線同士の摩耗による金属素線の断線を抑制することが可能になる。なお、クッション層５の厚さは、ケーブル１の屈曲時にケーブルコア３からシールド層６に付与される側圧を緩和し、シールド層６を構成する金属素線の断線を抑制することが可能な厚さであればよい。

クッション層５としては、繊維からなる複数本の糸状体（スフ糸等の繊維糸）が螺旋状に巻き付けられて構成される。すなわち、クッション層５は、複数本の糸状体が並列に配置されるように、ケーブルコア３または押さえ巻きテープ４の周囲に螺旋状に巻き付けられた横巻層で構成される。クッション層５を横巻層で構成した場合、ケーブル１が繰り返し屈曲した際に糸状体のずれや重なりが発生して（巻き付け状態が乱れて）、断線検知層の形状の崩れが発生し、ケーブル１の屈曲時にケーブルコア３からシールド層６に付与される側圧を緩和する機能を果たせなくなることがないように、複数本の糸状体を小さい巻きピッチで横巻きするとよい。複数本の糸状体を螺旋状に巻き付けする際の巻きピッチは、例えば、ケーブルコア３を構成する複数本の電線２の撚りピッチよりも小さい巻きピッチにするとよい。

クッション層５は、ケーブル１の屈曲時（特に、ケーブル１をＵ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作させたとき）に、屈曲させた部分のケーブルコア３によりシールド層６に付与される側圧を緩和するクッション層としての役割を果たす。

クッション層５によりシールド層６に付与される側圧を緩和することで、ケーブル１が繰り返し屈曲した際（特に、ケーブル１をＵ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作させた際）に、シールド層６を構成する金属素線が乱れる（例えば、編組シールド６を構成する金属素線の編み組みが乱れる）ことを抑制することができる。そのため、金属素線同士が摩耗しにくくなり、金属素線同士の摩耗による金属素線の断線を抑制することが可能になる。なお、クッション層５の厚さは、ケーブル１の屈曲時にケーブルコア３からシールド層６に付与される側圧を緩和し、シールド層６を構成する金属素線の断線を抑制することが可能な厚さであればよい。

例えば、押さえ巻きテープ４として、クッション性の高いテープ材を用いる（クッション層５を設けずに押さえ巻きテープ４とシールド層６とを接触させる構成とする）ことも考えられるが、この場合、テープ材はシールド層６の動きに追従しにくいために、ケーブル１が繰り返し屈曲した際にテープ材とシールド層６との間で擦れが生じてしまう。また、この際、テープ材の段差部分で擦れが生じることで、シールド層６の金属素線に乱れが発生し、金属素線が断線してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、繊維からなる複数本の糸状体を螺旋状に巻き付けて構成された横巻層をクッション層５に用いた。このようなクッション層５を設けることで、ケーブル１が繰り返し屈曲したときに、シールド層６の動きにクッション層５が追従しやすくなり、シールド層６とクッション層５間での擦れ（滑り）を最小限として、シールド層６の金属素線の摩耗を抑制することが可能になる。本実施の形態では、クッション層５を構成する糸状体として、スフ糸を用いた。ただし、これに限らず、クッション層５を構成する糸状体５１は、編組シールド６を構成する金属素線の断線を抑制する材質からなるものであればよく、例えば、ナイロン糸や綿糸等を用いることも可能である。

クッション層５を構成する糸状体としてスフ糸を用いる場合、スフ糸の種類は、１０番手～６０番手の単糸、または２個撚糸からなるとよい。好ましくは、スフ糸としては、１０番手，２０番手，４０番手，６０番手の２個撚糸、あるいは、１０番手，２０番手の単糸を用いるとよい。また、クッション層５を構成する糸状体５１は、糸状体５１の断線を抑制するという観点から、引張強さが２．５Ｎ以上であり、伸びが１０％以上であることが望ましい。引張強さ及び伸びは、ＪＩＳ Ｌ １０９５（２０１０）の９．５．１項に準拠する試験方法によって求めることができる。このようなスフ糸を糸状体として用いることにより、シールド層６とクッション層５間での擦れ（滑り）を最小限として、シールド層６の金属素線の摩耗を抑制しやすくすることができる。

なお、クッション層５は、ケーブル１の繰り返し屈曲時に編組シールド６の動きに完全に追従せずに、クッション層５とシールド層６（シールド層）との間にはわずかな滑りが発生することがよい。例えば、クッション層５を構成する繊維糸（糸状体）とシールド層６を構成する金属素線とが引っ掛かる等してクッション層５に対するシールド層６の滑りが阻害されると、繊維糸や金属素線に負荷がかかり、これによって金属素線の断線等の不具合が生じるおそれがある。そこで、本実施の形態では、クッション層５におけるケーブル長手方向に対する糸状体のなす角度を、シールド層６におけるケーブル長手方向に対する金属素線とのなす角度よりも小さくすることがよい。これにより、糸状体に金属素線が引っ掛かりにくくなり、クッション層５に対するシールド層６の滑りが向上される。クッション層５におけるケーブル長手方向に対する糸状体のなす角度は、例えば、１５度以上３０度以下である。また、シールド層６におけるケーブル長手方向に対する金属素線のなす角度は、例えば、３５度以上６０度以下である。

また、クッション層５は、繊維からなる複数本の糸状体が巻き付けられた状態での密度（すなわち、横巻密度）が低すぎると、糸状体に金属素線が引っ掛かりやすくなるおそれがある。そのため、クッション層５の密度（横巻密度）は、９０％以上であることが望ましい。また、クッション層５は、その表面の凹凸を少なくして略平滑な状態とし、クッション層５に対するシールド層６の滑りをより向上することがよい。さらに、クッション層５は、横巻層が１層である場合に限らず、横巻層が２層以上の積層構造としてもよい。横巻層が２層以上であるクッション層５では、各横巻層を構成する複数本の糸状体の巻き付け方向が各層で交互に逆方向となることがよい。クッション層５を２層以上の横巻層とし、巻き付け方向が各層で交互に異なることで、ケーブル１が繰り返し屈曲した際（特に、ケーブル１をＵ字状に屈曲させた状態で繰り返しスライド動作させた際）に、クッション層５に隙間ができにくくなる。そのため、ケーブル１が繰り返し屈曲した際に、シールド層６を構成する金属素線が乱れる（例えば、編組シールド６を構成する金属素線の編み組みが乱れる）ことを抑制する効果を高めることができる。そのため、クッション層５を１層の横巻層とした場合と比較して、金属素線同士が摩耗しにくく、金属素線同士の摩耗による金属素線の断線を抑制することが可能になる。また、クッション層５が２層以上の横巻層で構成される場合、ケーブル径方向に沿って積層された複数の横巻層において、隣接する２つの横巻層のうち、外層側の横巻層を構成する複数本の糸状体の巻きピッチは、内層側の横巻層を構成する複数本の糸状体の巻きピッチと同じか、それよりも小さいことがよい。これにより、クッション層５が上述した繰り返し屈曲によって乱れにくくなる。そのため、上述した金属素線同士の摩耗による金属素線の断線を抑制しやすくなる。

なお、本実施の形態では、クッション層５とシールド層６とが直接接触しているが、クッション層５とシールド層６との間に別部材が存在してもよい。例えば、クッション層５の周囲に樹脂テープ等のテープ部材を巻き付け、その周囲にシールド層６を設けるように構成してもよい。

（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ケーブル１では、ケーブルコア３とシールド層６との間に設けられたクッション層５を備え、クッション層５は、繊維からなる複数本の糸状体が螺旋状に巻き付けられて横巻きされた横巻層からなる。

クッション層５は、ケーブル１の屈曲時にシールド層６と連動して（追従して）動き、ケーブル１の屈曲時に、ケーブルコア３からシールド層６の金属素線へ付与される応力（側圧）を緩和する。よって、ケーブル１を繰り返し屈曲した際に、シールド層６の金属素線に乱れが生じることを抑制でき、繰り返し屈曲されても、シールド層６を構成する複数本の金属素線に断線が発生しにくいケーブル１を実現できる。すなわち、本実施の形態によれば、耐屈曲性が高く、寿命を大幅に向上した可動部用のケーブル１を実現できる。

また、クッション層５を備えることで、シールド層６がケーブルコア３を損傷してしまうことも抑制可能になる。クッション層５を備えない場合、ケーブル１を繰り返し屈曲しているうちに、シールド層６との摩耗により押さえ巻きテープ４や電線２の絶縁体２２が摩耗してしまうおそれがあるが、クッション層５を備えることで、このような不具合を抑制することも可能になる。

なお、ケーブルコア３が１本の電線２で構成される場合と比べて、ケーブルコア３が複数本の電線２を撚り合わせて構成されている場合の方が、ケーブルコア３の表面の凹凸の影響で編組シールド６への負荷が大きくなると考えられる。本発明は、このような場合、すなわち、ケーブルコア３が複数本の電線２を撚り合わせて構成されている場合に、特に有効である。

（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］１本以上の電線（２）を含むケーブルコア（３）と、前記ケーブルコア（３）の周囲を被覆するように設けられ、繊維からなる複数本の糸状体が螺旋状に巻き付けられてなるクッション層（５）と、前記クッション層（５）の周囲を被覆するように設けられ、複数本の金属素線で構成されるシールド層（６）と、前記シールド層（６）の周囲を被覆するシース（７）と、を備える、ケーブル（１）。

［２］前記クッション層（５）は、前記複数本の線状体の巻きピッチが前記ケーブルコア（３）の撚りピッチよりも小さい、［１］に記載のケーブル（１）。

［３］前記クッション層（５）は、２層以上の積層構造からなり、各層における前記複数本の糸状体の巻き付け方向が交互に逆方向である、［１］または［２］に記載のケーブル（１）。

［４］前記クッション層（５）は、ケーブル長手方向に対する前記糸状体のなす角度が、ケーブル長手方向に対する前記金属素線とのなす角度よりも小さい、［１］乃至［３］の何れか１つに記載のケーブル（１）。

［５］前記クッション層は、密度が９０％以上である、［１］乃至［４］の何れか１つに記載のケーブル（１）。

［６］前記クッション層（５）は、前記糸状体の引張強さが２．５Ｎ以上であり、前記糸状体の伸びが１０％以上である、［１］乃至［５］の何れか１つに記載のケーブル（１）。

［７］前記クッション層（５）を構成する前記糸状体が、スフ糸からなる、［１］乃至［６］の何れか１つに記載のケーブル（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。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。

１…ケーブル
２…電線
２１…導体
２２…絶縁体
３…ケーブルコア
４…押さえ巻きテープ（保持部材）
５…クッション層
６…シールド層
７…シース
８…介在

Claims (7)

1. １本以上の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ように設けられ、繊維からなる複数本の糸状体が螺旋状に巻き付けられてなるクッション層と、
   前記クッション層の周囲を被覆するように設けられ、複数本の金属素線で構成されたシールド層と、
   前記シールド層の周囲を被覆するシースと、を備える、
   ケーブル。
2. 前記クッション層は、前記複数本の線状体の巻きピッチが前記ケーブルコアの撚りピッチよりも小さい、
   請求項１に記載のケーブル。
3. 前記クッション層は、２層以上からなり、各層における前記複数本の糸状体の巻き付け方向が交互に逆方向である、
   請求項１または２に記載のケーブル。
4. 前記クッション層は、ケーブル長手方向に対する前記糸状体のなす角度が、ケーブル長手方向に対する前記金属素線とのなす角度よりも小さい、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のケーブル。
5. 前記クッション層は、密度が９０％以上である、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載のケーブル。
6. 前記クッション層は、前記糸状体の引張強さが２．５Ｎ以上であり、前記糸状体の伸びが１０％以上である、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載のケーブル。
7. 前記クッション層を構成する前記糸状体が、スフ糸からなる、
   請求項１乃至６の何れか１項に記載のケーブル。

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