JP6207252B2 - 高屈曲電線 - Google Patents

Description

本発明は、高屈曲電線に関する。詳細には、本発明は、繰り返し屈曲する環境下でも高い耐久性を有する高屈曲電線に関する。

車両のサスペンションなどに接続される電線や、ロボットアームなどで使用される駆動用電線は、動きが激しい部位に使用されることから、外力による強制的な屈曲を伴う。このため、これらの電線においては、高い屈曲耐久性が求められる。

電線の屈曲耐久性を向上させるために、従来、複数の導体素線を撚り合わせた撚線と、隣り合う撚線同士の間に設けられた細径介在物とからなる撚線導体を有するケーブルが開示されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、導体の周囲に配置される被覆に、アルミナ、シリカ、シリカアルミネート、ゼオライトを含有させることにより可撓性を持たせた絶縁線が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−１８５４５号公報 特開２０１０−１７７１８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のケーブルでは、素線同士の磨耗を防ぐために素線間に細径介在物を挿入することから、製造コストが上昇するという問題があった。さらに素線間に細径介在物を挿入するため、ケーブル全体の断面積が増大し、狭く細い空間での回路形成が困難となる恐れがあった。また、特許文献２の絶縁線の被覆は無機酸化物を主成分としているため、屈曲耐久性が不十分だという問題があった。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、コストの上昇及び電線の肥大化を抑制しつつも屈曲耐久性を向上させた高屈曲電線を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る高屈曲電線は、導体と、導体を被覆する絶縁体層とを備え、導体と絶縁体層との間に液体の潤滑剤が介在しており、潤滑剤はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有し、潤滑剤は−４０〜８０℃で液体状態であることを要旨とする。

本発明の第２の態様に係る高屈曲電線は、第１の態様の高屈曲電線に関し、導体は複数の素線が集合してなる撚り線であり、潤滑剤は導体と絶縁体層との間及び隣接する素線の間に介在することを要旨とする。

本発明の第３の態様に係る高屈曲電線は、第１又は第２の態様の高屈曲電線に関し、潤滑剤の沸点は１５０℃以上であることを要旨とする。

本発明の高屈曲電線は、導体と絶縁体層との間に液体の潤滑剤が介在している。そのため、導体と絶縁体層との間の滑りを良好にし、屈曲性を高めることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る高屈曲電線を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る高屈曲電線を示す断面図である。 屈曲耐久試験を行う装置を説明するための概略図である。 屈曲耐久試験の結果を示すグラフである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る高屈曲電線について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

本実施形態に係る高屈曲電線１０は、図１に示すように、導体１と、導体１を被覆する絶縁体層２とを備える。

導体１としては、１本の素線で構成された単線を用いてもよく、複数の素線を撚り合わせて構成された撚り線を用いてもよい。撚り線も、１本又は数本の素線を中心とし、その周囲に素線を同心状に撚り合わせた同心撚り線；複数の素線を一括して同方向に撚り合わせた集合撚り線；複数の集合撚り線を、同心状に撚り合わせた複合撚り線のいずれも使用することができる。

導体１の直径及び導体１を構成する各素線の直径も特に限定されない。さらに、導体１の材料も特に限定されず、例えば銅、銅合金及びアルミニウム、アルミニウム合金等の公知の導電性金属材料を用いることができる。また、導体１の表面にはめっきを施してもよく、例えば錫めっき、銀めっき、ニッケルめっきを施してもよい。

導体１の外周を被覆する絶縁体層２は、導体１に対する電気絶縁性を確保できるならば、材料及び厚さは特に限定されない。絶縁体層２を構成する樹脂材料としては、例えば、塩化ビニル、耐熱塩化ビニル、架橋塩化ビニル、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、発泡ポリエチレン、架橋発泡ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（ナイロン）、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−四フッ化エチレン共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴムを用いることができる。これらの材料は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。

さらに、本実施形態の高屈曲電線１０は、導体１と絶縁体層２との間に潤滑剤３が介在している。潤滑剤３は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有することが好ましい。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤は、高屈曲電線の通常の使用温度で液体である。そのため、導体１と絶縁体層２との間にこのような液体の潤滑剤３の層を設けることにより、導体１と絶縁体層２との間の滑りをよくし、摩擦力を低減させることができる。その結果、導体１は電線の屈曲時に歪みが緩和する方向へ移動することができるようになるため、屈曲性を向上させることが可能となる。

なお、潤滑剤３は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分として含有することが好ましい。つまり、潤滑剤３において、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つが５０重量％以上含有されていることが好ましく、８０重量％以上含有されていることが好ましい。なお、潤滑剤３は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つのみから成るものであってもよい。

上述のように潤滑剤３は液体であることから、導体１が撚り線からなる場合、図１に示すように、液体の潤滑剤３は、導体１と絶縁体層２との間だけでなく、撚り線を構成する各素線の間にも浸透する。そのため、素線同士間の滑りも良好となり、素線間の摩擦力を低減させることが可能となる。つまり、潤滑剤が介在していない場合は屈曲時に素線同士が強い面圧で接触しつつ擦れるため、摩耗断線を引き起こす。しかし、本実施形態のように、隣接する素線の間に液体の潤滑剤を介在させることによって、屈曲時に素線同士が強い面圧で接触したとしても、摩耗断線を抑制することが可能となる。

上述のように、本実施形態では潤滑剤３がポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有している場合には、導体１と絶縁体層２との間の摩擦力を低減することができる。ただ、高屈曲電線を車両に用いる場合、車両の使用環境温度は通常−４０〜８０℃であることから、潤滑剤３も−４０〜８０℃の範囲で液体状態であることが好ましい。そのため、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤もこの温度範囲で液体であるものを使用することが好ましい。このようなポリエチレングリコールとしては、数平均分子量が２００〜３００のものを用いることが好ましく、ポリプロピレングリコールとしては、数平均分子量が８００以下のものを用いることが好ましい。また、フッ素系潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレンを含有する潤滑剤を用いることが好ましい。さらに、フッ素系潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレンに加え、フッ素系不活性液及びフッ素系潤滑油を含有する潤滑剤を用いることも好ましい。

なお、導体と絶縁体層との間の潤滑剤としてパラフィンオイルやグリスを使用した場合、低温領域で固体又は半固体状態になる。その結果、導体を構成する素線同士間の潤滑性が損なわれる恐れがあるため、−４０〜８０℃の使用温度領域で、十分な屈曲性が得られない可能性がある。また、潤滑剤としてシリコーン油を使用した場合、低分子シロキサンの存在により導通不良を引き起こす可能性がある。つまり、電線の使用過程で低分子シロキサンが酸化分解され、二酸化ケイ素が生成することにより、導通不良となる恐れがある。

これに対し、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤は、使用温度領域で液体状態を維持でき、さらに非導電性物質の生成による導通不良の恐れも少ない。そのため、本実施形態の潤滑剤の構成成分として特に適している。

潤滑剤３の塗布量は、導体１の周囲に付着し、導体１と絶縁体層２との間の滑りを良好にできる量ならば特に限定されない。また、導体１として撚り線を用いた場合、潤滑剤３の塗布量は、導体１と絶縁体層２との間の滑り及び導体１を構成する素線同士の間の滑りを良好にできる量ならば特に限定されない。

なお、本実施形態における絶縁体層２は、図１に示すように、絶縁体層を構成する樹脂を導体の隙間まで入り込ませる充実押出により形成してもよい。また、図２に示す高屈曲電線１１のように、略円管状の絶縁体層２の内部に導体１を配置するチューブ押出により形成してもよい。いずれの絶縁体層２を使用した場合でも、液体の潤滑剤３を用いることにより、導体１と絶縁体層２との間の滑りを良好にすることが可能となる。

本実施形態の絶縁体層２は、上記材料に加えて種々の添加剤を配合することが可能である。添加剤としては、酸化防止剤、金属不活性剤、老化防止剤、滑剤、充填剤、補強剤、紫外線吸収剤、安定剤、可塑剤、顔料、染料、着色剤、帯電防止剤、発泡剤等が挙げられる。

本実施形態に係る高屈曲電線１０を作成する方法は特に限定されないが、例えば押出成形法により作成することができる。具体的には、絶縁体層２を構成する樹脂材料が十分に溶融する温度に設定された押出機に、当該樹脂材料及び必要に応じて添加剤を投入する。そして、樹脂材料等はスクリューにより溶融及び混練され、一定量がブレーカープレートを経由してクロスヘッドに供給される。溶融した樹脂材料等は、ディストリビューターによりニップルの円周上へ流れ込み、ダイスにより導体の外周上に被覆された状態で押し出されることにより、導体１の外周が絶縁体層２で被覆された高屈曲電線１０を得ることができる。

そして、ニップル及びダイスに導体１が挿入される前に、導体１に潤滑剤３を塗布することにより、導体１と絶縁体層２との間に潤滑剤３を介在させることが可能となる。導体１に潤滑剤３を塗布する方法としては特に限定されないが、例えばダイスに導体１が挿入される前に、噴霧により塗布してもよい。また、潤滑剤をコーティング槽に保持させた状態で、導体１をコーティング槽に通過させることにより塗布してもよい。なお、必要に応じて、導体１に塗布された潤滑剤を乾燥させてもよい。さらに、導体１に塗布された過剰な潤滑剤を空気流にて除去してもよい。

なお、押出成形時において、ダイスから押し出され導体１の周囲に付着する、絶縁体層２を形成する溶融樹脂の温度は１５０℃以上となる。そのため、導体１に塗布された潤滑剤が高温の溶融樹脂により揮発してしまうと、潤滑剤の塗布量が不十分となる恐れがある。そのため、潤滑剤の沸点は１５０℃以上であることが好ましい。潤滑剤の沸点が１５０℃以上であることにより、押出成形時の揮発を防止し、十分な塗布量を得ることが可能となる。ただ、押出成形時における潤滑剤の揮発が抑制できる、又は潤滑剤の一部が揮発したとしても導体１の周囲に十分な量の潤滑剤を残存させることが可能ならば、潤滑剤の沸点は１５０℃未満であってもよい。

このように本実施形態の高屈曲電線は、導体と絶縁体層との間に潤滑剤が介在しており、さらに当該潤滑剤はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有することを要旨とする。そのため、潤滑剤が液体状態を維持することから、導体と絶縁体層との間の滑りを良好にし、屈曲性を高めることが可能となる。さらに、導体として撚り線を用いた場合でも、素線間に潤滑剤が介在することで、摩耗断線を抑制することが可能となる。

以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［試料の作成］
実施例の試料として、導体にフッ素系潤滑剤を塗布した電線を作成し、比較例の試料として、導体にフッ素系潤滑剤を塗布していない電線を作成した。

具体的には、実施例では、まずフッ素系潤滑剤をコーティング槽に保持させた状態で導体をコーティング槽に通過させることにより、導体の周囲にフッ素系潤滑剤を塗布した。次に、潤滑剤が塗布された導体を乾燥した後、導体の周囲に絶縁体層を押出成形することにより、実施例の電線を作成した。比較例では、導体にフッ素系潤滑剤を塗布せず、導体の周囲に絶縁体層を押出成形することにより電線を作成した。

なお、実施例及び比較例では、導体の材料として軟銅を用い、絶縁体層の材料としてポリプロピレンを用いて、ＩＳＯ規格に準拠した品名ＨＦＳＳ ２ｆの電線を作成した。つまり、実施例及び比較例の電線において、導体の素線は３７本であり、素線の直径は０．２６ｍｍであり、導体の外径は１．８５ｍｍであり、絶縁体層の厚さは０．３５ｍｍであった。また、フッ素系潤滑剤としては、フッ素系不活性液を７５〜８５質量％、フッ素系潤滑油を１５〜２０質量％、ポリテトラフルオロエチレンを１〜５質量％含有する潤滑剤を使用した。

［評価］
上述のようにして得られた実施例及び比較例の電線に対し、図３に示す装置を用いて、ＩＥＣ（国際電気標準会議）６０２２７−２に概ね準拠した屈曲耐久試験を行った。ただ、ＩＥＣ６０２２７−２に規定の試験方法の一部を次のように変更した。

屈曲耐久試験では、図３に示すように、実施例及び比較例の電線３０の下端に重り３１を取り付けて負荷をかけ、さらに電線３０に曲げを与えるための曲面を有する第１治具３２，第２治具３３で電線３０の中央部を挟持した。この際、左側の第１治具３２の曲率半径Ｒ_１は２０（ｍｍ）とし、右側の第２治具３３の曲率半径Ｒ_２は１２．５（ｍｍ）とした。

ここで、第１治具３２，第２治具３３より上部の電線３０を左向きに３０度屈曲させた位置から、右向きに９０度屈曲させ、さらに左向きに３０度屈曲させた位置に戻すというサイクルを１回とした。そして、電線３０に対してこのサイクルを繰り返し、導体が断線したときの屈曲回数を調べた。なお、屈曲耐久試験のサンプル数は６とした。屈曲耐久試験の結果を図４に示す。

図４に示すように、実施例の電線における屈曲回数の平均値は５１９２９回であり、屈曲回数の最大値は６０１８９回であり、最小値は４３９３８回であった。これに対し、比較例の電線における屈曲回数の平均値は３０４４４回であり、屈曲回数の最大値は３７１０７回であり、最小値は２５７４６回であった。このように、導体と絶縁体層との間に液体の潤滑剤を用いた場合には、導体と絶縁体層との間及び素線間の潤滑性が良好となるため、摩擦力が低減し、屈曲耐久性が著しく向上することが分かる。

以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 導体
２ 絶縁体層
３ 潤滑剤
１０，１１ 高屈曲電線

Claims (3)

1. 導体と、
   前記導体を被覆する絶縁体層と、
   を備え、
   前記導体と絶縁体層との間に液体の潤滑剤が介在しており、前記潤滑剤はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びフッ素系潤滑剤からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有し、前記潤滑剤は−４０〜８０℃で液体状態であることを特徴とする高屈曲電線。
2. 前記導体は、複数の素線が集合してなる撚り線であり、
   前記潤滑剤は、前記導体と絶縁体層との間、及び隣接する素線の間に介在することを特徴とする請求項１に記載の高屈曲電線。
3. 前記潤滑剤の沸点は１５０℃以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高屈曲電線。

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