JP2023044086A - ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】シースが薄く細径であり、かつ、繰り返し捻回によってシースに亀裂が生じにくいケーブルを提供する。【解決手段】ケーブル１は、複数本の電線２を撚り合わせたケーブルコア３と、ケーブルコア３の周囲を覆うように設けられ、金属素線を螺旋状に巻きつけた横巻きシールドからなるシールド層５と、シールド層５の周囲を覆うように設けられたシース６と、を備え、シース６の外径が２．０ｍｍ以下であり、シース６の厚さが０．２０ｍｍ未満であり、シールド層５を構成する金属素線の外径が、シース６の厚さの１／２倍以上１倍以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブルに関する。

従来のケーブルとして、例えば、複数の信号線と電源線とが撚り合わせされたケーブルコア（集合コア）と、ケーブルコアの周囲に螺旋状に配置されたテープ部材と、テープ部材の周囲に配置されたシールド層と、シールド層の周囲に配置されたシース（シース）と、を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１４３０１５号公報

ところで、小型の産業用ロボットの内部配線や、内視鏡等の医療用途に用いられるケーブルにおいては、狭いスペースにケーブルを配置する必要があるため、ケーブル外径の細径化が求められており、例えば、ケーブル外径を２．０ｍｍ以下とすることが求められている。しかし、ケーブル外径を小さくするために、ケーブル最外層に設けられるシースを薄く（例えば厚さ０．２０ｍｍ未満に）すると、ケーブルに屈曲や捻回を繰り返し加えた際に、シースに亀裂が生じることがあった。

そこで、本発明は、シースが薄く細径であり、かつ、繰り返し捻回によってシースに亀裂が生じ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、複数本の電線を撚り合わせたケーブルコアと、前記ケーブルコアの周囲を覆うように設けられ、金属素線を螺旋状に巻きつけた横巻きシールドからなるシールド層と、前記シールド層の周囲を覆うように設けられたシースと、を備え、前記シースの外径が２．０ｍｍ以下であり、前記シースの厚さが０．２０ｍｍ未満であり、前記シールド層を構成する前記金属素線の外径が、前記シースの厚さの１／２倍以上１倍以下である、ケーブルを提供する。

本発明によれば、シースが薄く細径であり、かつ、繰り返し捻回によってシースに亀裂が生じ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。 屈曲試験を説明する図である。 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ケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。ケーブル１は、例えば、小型の産業用ロボットの内部配線や、内視鏡等の医療用のケーブルとして用いられ、繰り返し屈曲と捻回が加えられる用途に用いられる。

ケーブル１は、複数本の電線２を撚り合わせたケーブルコア３と、ケーブルコア３の周囲を覆うように設けられ、金属素線を螺旋状に巻きつけた横巻きシールドからなるシールド層５と、シールド層５の周囲を覆うように設けられたシース６と、を備えている。

（電線２）
ケーブルコア３を構成する複数本の電線２は、複数本の第１電線２１と、複数本の第１電線２１の周囲を囲うように設けられた複数本の第２電線２２と、を含んでいる。

第１電線２１は、導体２１１と、導体２１１の周囲を覆うように設けられた絶縁体２１２と、を有する絶縁電線からなる。本実施の形態では、第１電線２１は、電源供給用の電源線として用いられている。なお、図１に示すケーブル１では、４本の第１電線２１のみをケーブル中心に対して略同一円周上に配置させた構造としているが、これに限定されない。例えば、ケーブル１は、複数本の第１電線２１と信号伝送用の信号線（例えば第２電線２２のような同軸ケーブル）とを、ケーブル中心に対して略同一円周上に配置させた構造としてもよい。この場合、信号線は、第１電線２１と同等の外径を有することがよい。これにより、電源線としての第１電線２１と信号線とを同一円周上に配置させた構造で、ケーブル１の外径を細径化することができる。

第１電線２１の導体２１１は、複数本の素線によって構成される。導体２１１は、例えば複数本の素線を撚り合わせた撚線導体からなる。導体２１１に用いる素線としては、例えば外径０．０１ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下と細径のものを用いることが望ましい。また、導体２１１に用いる素線は、細径としても強度を維持できるように、Ｃｕ－Ａｇ合金等の銅合金線からなるものを用いるとよい。導体２１１の外径は、０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であるとよい。絶縁体２１２としては、薄肉で形成可能なＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂を用いるとよい。

第２電線２２は、内部導体２２１と、内部導体２２１の周囲を覆うように設けられた内部絶縁体２２２と、内部絶縁体２２２の周囲を覆うように設けられた外部導体２２３と、外部導体２２３の周囲を覆うように設けられた外部絶縁体２２４と、を有する同軸線からなる。本実施の形態では、第２電線２２は、信号伝送用の信号線として用いられる。すなわち、ケーブル１は、複数本の電源線としての第１電線２１と、複数本の信号線としての第２電線２２とを備えた複合ケーブルである。なお、図１に示すケーブル１では、８本の第２電線２２のみをケーブル中心に対して略同一円周上に配置させた構造としているが、これに限定されない。例えば、ケーブル１は、複数本の第２電線２２と電源供給用の電源線（例えば第１電線２１のような絶縁電線）とを、ケーブル中心に対して略同一円周上に配置させた構造としてもよい。この場合、電源線は、第２電線２２と同等の外径を有することがよい。電源線と第２電線２２とが同等の外径を有することにより、信号線としての第２電線２２と電源線とをケーブル中心に対して略同一円周上に配置させた構造において、ケーブル１の内部の余分な隙間を低減することができるため、ケーブル１の外径を細径化することができる。

第２電線２２の内部導体２２１は、複数本の素線を撚り合わせた撚線導体からなる。また、外部導体２２３は、素線を内部絶縁体２２２の周囲に螺旋状に巻きつけた横巻きシールドからなる。内部導体２２１及び外部導体２２３に用いる素線としては、例えば外径０．０１ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下と細径のものを用いることが望ましい。また、内部導体２２１及び外部導体２２３は、細径としても強度を維持できるように、Ｃｕ－Ａｇ合金、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｉｎ合金等の銅合金線からなるものを用いるとよい。内部絶縁体２２２及び外部絶縁体２２４としては、薄肉で形成可能なＰＦＡ等のフッ素樹脂を用いるとよい。外部絶縁体２２４がフッ素樹脂からなると、電線２１と電線２２との接触による摩耗を低減することができる。

（ケーブルコア３）
ケーブルコア３は、複数本（ここでは４本）の第１電線２１を撚り合わせた内層部３１と、内層部３１の周囲に複数本（ここでは８本）の第２電線２２を撚り合わせた外層部３２と、を有している。本実施の形態では、ケーブルコア３に含まれる電線２の本数は合計で１２本である。ただし、ケーブルコア３に含まれる電線２の本数（第１電線２１の本数や第２電線２２の本数）はこれに限定されず、例えば、合計で８本以上１６本以下であるとよい。第２電線２２の本数は、第１電線２１の本数よりも多くするとよい。より具体的には、第２電線２２の本数は、第１電線２１の本数の２倍以上３倍以下とするとよい。これにより、隣り合う複数本の第２電線２２同士、隣り合う複数本の第１電線２１同士、および隣り合う複数本の第２電線２２と複数本の第１電線２１とが、互いに接触するように配置されるようになる。そのため、ケーブル１では、第２電線２２が第１電線２２よりも外径が大きい場合に、ケーブルコア３内の余分なスペースを無くすことができ、ケーブル１を細径化することができる。

外径の小さい第１電線２１を内層部３１に、外径の大きい第２電線２２を外層部３２に配置する構造とすることで、ケーブル１の細径化が可能になり、また耐屈曲性や耐捻回性の向上も図ることができる。なお、例えば、外径の大きい第２電線２２を内層部３１に、外径の小さい第１電線２１を外層部３２に配置する構造とすると、屈曲時や捻回時に外径の小さい第１電線２１に応力が集中して断線が発生しやすくなり、また、各電線２間（特に第１電線２１同士の間）に無駄なスペースが大きくなり、ケーブル１全体の大径化につながってしまう。

本実施の形態では、ケーブル中心（ケーブル長手方向に垂直な断面における中心部分）に抗張力繊維７を配置しており、この抗張力繊維７の周囲に複数本の第１電線２１を撚り合わせて内層部３１を構成している。抗張力繊維７としては、例えば、アラミド繊維からなるものを用いることができる。これにより、本実施の形態では、スフやジュート等の糸状の介在をケーブル中心に配置した構造に比べて、ケーブル１を細径化しやすくなる。

（テープ部材４）
ケーブル１は、ケーブルコア３の周囲に螺旋状に巻きつけられたテープ部材４を備えている。テープ部材４は、ケーブルコア３の撚りが解けないように保持する役割を果たす。テープ部材４としては、例えば、ポリイミド等の樹脂からなる樹脂テープ等を用いることができる。

（シース６）
テープ部材４の周囲を覆うようにシールド層５が設けられており、そのシールド層５の周囲を覆うようにシース６が設けられている。シールド層５の詳細については、後述する。

シース６は、シールド層５やケーブルコア３を保護する役割を果たす。ケーブル１の細径化のため、シース６の厚さはできるだけ薄いことが望ましく、０．２０ｍｍ未満とされる。より望ましくは、シース６の厚さは、０．０６ｍｍ以上０．１６ｍｍ未満であるとよい。シース６の厚さが０．０６ｍｍ以上であることで、シース６の強度を確保して繰り返し屈曲・捻回した際にシース６に亀裂が生じることを抑制可能となる。また、シース６の厚さが０．１６ｍｍ未満であることで、ケーブル１の大径化を抑制できる。なお、本発明において、「シース６の厚さ」とは、図１に示すケーブル１の長手方向の任意箇所の断面において、ＪＩＳＣ３００５に規定する試験方法によって求められるシース６の厚さの平均値を意味する。

シース６の外径、すなわちケーブル１の最大外径（以下、シース６の最大外径ともいう）は、２．０ｍｍ以下である。より好ましくは、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。これにより、非常に狭いスペースにもケーブル１を配線可能となる。シース６としては、上記したシース６の厚さに形成可能なＰＦＡ等のフッ素樹脂を用いるとよい。なお、本発明において、「ケーブル１の最大外径」とは、ケーブル１の長手方向において外径が最も大きい特定の一か所を意味するものではなく、図１に示すケーブル１の長手方向の任意箇所の断面において、シース６の外径が最大となる部分のケーブル１の外径を意味する。ケーブル１の外径は、ＪＩＳＣ３００５に規定する試験方法に基づいて求めることができる。

なお、本実施の形態ではシース６を１層構成としているが、シース６を内層と外層とからなる２層構成としてもよい。この場合、内層は放熱性を高める層になっているとよく、例えば、放熱フィラーをベース樹脂（フッ素樹脂）に含有させた樹脂組成物からなるとよい。

また、ケーブル１は、シース６の外面の所定位置に、円周方向に沿って凹凸を有することがよい。例えば図１に示すように、ケーブル１の外面には、円周方向の所定位置に凹部６１を有することがよい。ケーブル１では、このような凹凸を有することにより、シース６の外面がケーブル円周方向に沿って平滑に湾曲している場合（すなわち、ケーブル長手方向に垂直な断面におけるシース６の外形が円形状である場合）に比べて、省スペースな配線部分への配線がしやすくなる。

（シールド層５）
シールド層５は、テープ部材４の周囲に金属素線を螺旋状に巻きつけて構成された横巻きシールドからなる。なお、例えば、金属素線を編み組みした編組シールドでシールド層５を構成した場合、特に細径の金属素線を用いる場合には、ケーブル１の繰り返し屈曲により金属素線同士が擦れて金属素線の断線が発生しやすくなる。これに対して、本実施の形態のようにシールド層５を横巻きシールドで構成することで、ケーブル１の屈曲時における金属素線同士の擦れを抑制することができ、耐屈曲性を向上できる。また、シールド層５を編組シールドで構成した場合、金属素線の重なりの影響によりシールド層５が厚くなりケーブル１が大径となってしまうが、本実施の形態のようにシールド層５を横巻きシールドで構成することで、金属素線の重なりを抑制してシールド層５を薄くし、ケーブル１を細径に維持できる。

上述のように、従来のケーブルでは、細径化のため（すなわち、シースの最大外径を２．０ｍｍ以下とするため）にケーブルの最外層に設けられるシースを厚さ０．２０ｍｍ未満と薄くすると、ケーブルに屈曲や捻回を繰り返し加えた際に、シースに亀裂が生じることがあった。本発明者らが検討したところ、ケーブルを繰り返し捻回させた際に、ケーブル長手方向の一部分においてシールド層にうねりが生じ、そのうねった部分においてシールド層を構成する金属素線に断線が生じてしまうことが分かった。そして、そのシールド層における断線部分と当該断線部分に接しているシースとが捻回によって擦れ、シースが摩耗することで、シースに亀裂が生じてしまうことが分かった。本発明者らは、このようなシールド層におけるうねりの発生が、捻回の際に、シールド層を構成する複数本の金属素線の外径が所定の外径を有する場合に、当該シールド層がテープ部材と共にケーブルコア側（図１では、周方向に隣り合う第２電線２２間の谷間）へ落ち込み、テープ部材とシースとの間に隙間が生じること等に起因することを見出し、本発明を成すに至った。

そこで、本実施の形態に係るケーブル１では、シースの最大外径を２．０ｍｍ以下とする場合において、シールド層５に用いる金属素線の外径を、シース６の厚さの１／２倍以上１倍以下とした。金属素線の外径をシース６の厚さの１／２倍以上とすることで、金属素線の剛性が低くなりすぎることを抑制でき、ケーブル１の捻回を繰り返した際に、金属素線がテープ部材４と共にケーブルコア３側（周方向に隣り合う第２電線２２間の谷間）に落ち込んでテープ部材４とシース６との間に隙間が生じてしまうことが抑制される。その結果、シールド層５にうねりが発生することを抑制でき、うねりに起因するシールド層５の断線の発生を抑制することが可能になると共に、シールド層５の断線部分との擦れによるシース６の亀裂発生を抑制することが可能になる。また、金属素線の外径をシース６の厚さの１／２倍以上とすることで、金属素線の強度が低下して断線が発生しやすくなるといった不具合も抑制できる。なお、本発明において、「金属素線の外径」とは、シールド層５を構成する金属素線の直径をＪＩＳＣ３００２に規定する試験方法によって測定したときの平均値を意味する。

また、例えば金属素線の外径がシース６の厚さの１倍を超える場合、金属素線の剛性が大きくなるため、一方向に捻回して金属素線が伸びた後、他方向に捻回したときに金属素線の伸びを吸収できずにキンクが発生してしまい、金属素線に断線が発生するおそれが生じてしまう。本実施の形態のように、金属素線の外径をシース６の厚さの１倍未満とすることで、このような金属素線の断線の発生を抑制して、シールド層５の断線部分との擦れによるシース６の亀裂発生も抑制可能になる。

本実施の形態のようにケーブル１の最大外径（すなわち、シース６の最大外径）を２．０ｍｍ以下とする場合、上記のようにシース６の厚さは０．０６ｍｍ以上０．１６ｍｍ未満であることが望ましいといえる。よって、これに対応して、シールド層５に用いる金属素線の外径は、０．０３ｍｍ以上０．１６ｍｍ未満であることが望ましいといえる。

シールド層５に用いる金属素線としては、伸びが５％以上で、かつ引張強度が３５０ＭＰａ以上の銅合金線からなるものを用いるとよい。金属素線の伸び，引張強度は、ＪＩＳＺ２２４１に規定する試験方法によって求められる破断伸び，引張強さを意味する。なお、本発明者らが検討したところ、伸びが大きすぎると強度が下がり耐屈曲性が低下することが判明したため、シールド層５に用いる金属素線の伸びは１０％以下であることがより望ましい。本実施の形態では、外径が０．０３ｍｍ以下の非常に細い金属素線を用いるため、不純物が多く含まれると、その不純物を起点として断線が発生しやすくなる。そのため、シールド層５に用いる金属素線としては、銅の純度が９９．９９％以上の銅合金線を用いることがより望ましい。さらに、シールド層５に用いる金属素線は、導電率が８５％以上ＩＡＣＳ以上であることがより望ましい。これにより、放熱性を向上させることができる。このような条件を満たす銅合金として、例えば、９９．９９％以上の純銅に２％の銀を含ませ半硬質の状態とした銅合金を用いることができる。

（屈曲試験及び捻回試験の結果）
本発明者らは、図１のケーブル１を試作し、屈曲試験及び捻回試験を行った。屈曲試験は、図２に示すように、試料となるケーブル１の下端に荷重Ｗ＝１００ｇｆの錘を吊り下げ、ケーブル１の左右に湾曲した形の曲げジグ８０を取り付けた状態で、曲げジグ８０に沿って左右方向に向けて屈曲角度±９０°以上±１５０°以下の曲げを加えるようにケーブル１を屈曲させる。屈曲半径（曲げ半径）Ｒは、ケーブル１の外径（外径：約１．６ｍｍ）の７．５倍以下とし、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回としてカウントする。そして、ケーブル１の屈曲を繰り返し、適宜回ごとにシース６の外観を観察し、シース６に亀裂が発生しているかどうか確認し、１０万回以上屈曲を繰り返してもシース６に亀裂が発生しなければ合格とする。

試作したケーブル１に対して、上記した試験条件で屈曲試験を行ったところ、１０万回屈曲を行っても、ケーブル１のシース６に亀裂が生じなかった。

捻回試験では、図３に示すように、捻回試験では、ケーブル１の一端部を固定部８２にて固定し、固定部８２から所定の捻回長Ｌの位置に設けた捻回部８１を所定の捻回角度で捻回することを繰り返す。捻回角度は±１８０°以上±２７０°以下とし、捻回長Ｌはケーブル１の外径（外径：約１．６ｍｍ）の１５０倍以下とする。また、捻回速度は、３０回／ｍｉｎとする。そして、ケーブル１の捻回を繰り返し、適宜回ごとにシース６の外観を観察し、シース６に亀裂が発生しているかどうか確認し、１０万回以上捻回を繰り返してもシース６に亀裂が発生しなければ合格とする。

試作したケーブル１に対して、上記した試験条件で捻回試験を行ったところ、１０万回捻回を行っても、ケーブル１のシース６に亀裂が生じなかった。このように、本実施の形態に係るケーブル１は、屈曲試験と捻回試験の両方に合格し、耐屈曲性と耐捻回性に優れていることが確認できた。

（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ケーブル１では、横巻きシールドからなるシールド層５を構成する金属素線の外径を、シース６の厚さの１／２倍以上１倍以下としている。これにより、シース６の最大外径を２．０ｍｍ以下とケーブル外径を細くし、シース６の厚さを０．２０ｍｍ未満と薄くした場合でも、繰り返し捻回によってシールド層５に断線が生じることを抑制して、当該断線部分との擦れによるシース６の亀裂の発生を抑制することが可能になる。すなわち、本実施の形態によれば、シース６が薄く細径であり、かつ、繰り返し捻回によってシース６に亀裂が生じにくいケーブル１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］複数本の電線（２）を撚り合わせたケーブルコア（３）と、前記ケーブルコア（３）の周囲を覆うように設けられ、金属素線を螺旋状に巻きつけた横巻きシールドからなるシールド層（５）と、前記シールド層（５）の周囲を覆うように設けられたシース（６）と、を備え、前記シース（６）の外径が２．０ｍｍ以下であり、前記シース（６）の厚さが０．２０ｍｍ未満であり、前記シールド層（５）を構成する前記金属素線の外径が、前記シース（６）の厚さの１／２倍以上１倍以下である、ケーブル（１）。

［２］前記ケーブルコア（３）を構成する前記複数本の電線（２）は、複数本の第１電線（２１）と、前記第１電線（２１）よりも外径が大きい複数本の第２電線（２２）と、を含み、前記ケーブルコア（３）は、前記複数本の第１電線（２１）を撚り合わせた内層部（３１）と、前記内層部（３１）の周囲に前記複数本の第２電線（２２）を撚り合わせた外層部（３２）と、を有する、［１］に記載のケーブル（１）。

［３］前記第１電線（２１）は、導体（２１１）と、前記導体（２１１）の周囲を覆うように設けられた絶縁体（２２２）と、を有する絶縁電線からなり、前記第２電線（２２）は、内部導体（２２１）と、前記内部導体（２２１）の周囲を覆うように設けられた内部絶縁体（２２２）と、前記内部絶縁体（２２２）の周囲を覆うように設けられた外部導体（２２３）と、前記外部導体（２２３）の周囲を覆うように設けられた外部絶縁体（２２４）と、を有する同軸線からなる、［２］に記載のケーブル（１）。

［４］前記シールド層（５）に用いる金属素線は、銅の純度が９９．９９％以上である銅合金線からなり、伸びが５％以上で、かつ引張強度が３５０ＭＰａ以上である、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のケーブル（１）。

［５］前記シース（６）は、その外面が周方向に沿って凹凸を有する、［１］乃至［４］の何れか１項に記載のケーブル（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…第１電線
２１１…導体
２１２…絶縁体
２２…第２電線
２２１…内部導体
２２２…内部絶縁体
２２３…外部導体
２２４…外部絶縁体
３…ケーブルコア
３１…内層部
３２…外層部
４…テープ部材
５…シールド層
６…シース
７…抗張力繊維

Claims (5)

1. 複数本の電線を撚り合わせたケーブルコアと、
   前記ケーブルコアの周囲を覆うように設けられ、金属素線を螺旋状に巻きつけた横巻きシールドからなるシールド層と、
   前記シールド層の周囲を覆うように設けられたシースと、を備え、
   前記シースの外径が２．０ｍｍ以下であり、
   前記シースの厚さが０．２０ｍｍ未満であり、
   前記シールド層を構成する前記金属素線の外径が、前記シースの厚さの１／２倍以上１倍以下である、
   ケーブル。
2. 前記ケーブルコアを構成する前記複数本の電線は、複数本の第１電線と、前記第１電線よりも外径が大きい複数本の第２電線と、を含み、
   前記ケーブルコアは、前記複数本の第１電線を撚り合わせた内層部と、前記内層部の周囲に前記複数本の第２電線を撚り合わせた外層部と、を有する、
   請求項１に記載のケーブル。
3. 前記第１電線は、導体と、前記導体の周囲を覆うように設けられた絶縁体と、を有する絶縁電線からなり、
   前記第２電線は、内部導体と、前記内部導体の周囲を覆うように設けられた内部絶縁体と、前記内部絶縁体の周囲を覆うように設けられた外部導体と、前記外部導体の周囲を覆うように設けられた外部絶縁体と、を有する同軸線からなる、
   請求項２に記載のケーブル。
4. 前記シールド層に用いる金属素線は、銅の純度が９９．９９％以上である銅合金線からなり、伸びが５％以上で、かつ引張強度が３５０ＭＰａ以上である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のケーブル。
5. 前記シースは、その外面が周方向に沿って凹凸を有する、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載のケーブル。

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