JP7121928B2 - 絶縁電線及び多芯ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、絶縁電線及び多芯ケーブルに関する。

産業用のロボット等の電気配線に使用される多芯ケーブル（以下、ロボットケーブルということがある）は、ロボットの動きに追随して、所定の回数以上に亘って繰り返して曲げる動作（以下、「繰り返し曲げ」ともいう。）を受ける。そのため、多芯ケーブル内に収容されている絶縁電線には、その繰り返し曲げに耐える優れた耐屈曲性が要求される。また、多芯ケーブルが繰り返し曲げを受けた際には、ケーブル内に収容された複数本の絶縁電線同士が擦れ、絶縁電線の絶縁被覆表面が摩耗する虞がある。この絶縁被覆表面の摩耗は、二本の絶縁電線を対撚した対撚線をケーブル内に含むときに、対撚線同士が局部的に接触して激しく擦れるため顕著である。このように、産業用ロボットの配線に使用される絶縁電線には、耐屈曲性と絶縁被覆の耐摩耗性が要求されるため、絶縁被覆にフッ素樹脂を用いることが多い。

一方、フッ素樹脂は引張り強さが高いため硬く、フッ素樹脂を被覆した絶縁電線は柔軟性に劣る。そこで、絶縁電線の柔軟性を改善するため、内側に柔らかい樹脂、その外側にフッ素樹脂の２層構造の被覆を設けた絶縁電線が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特許文献１に記載の絶縁電線は、導体周上に、エチレン－極性モノマー共重合体を主体とした組成物からなる第一層が被覆され、該第一層の外周に放射線架橋性フッ素樹脂からなる第二層が被覆され、上記第一層と上記第二層とが、接着処理を施されることなく接着しているとともに、上記第一層及び上記第二層がともに架橋されている構成を備えている。

特許文献２に記載の絶縁電線は、導体の周囲が少なくとも内側絶縁層とその外側の外側絶縁層の２層の絶縁層により被覆されている絶縁電線であって、前記内側絶縁層がＥＶＡ、ＥＥＡ、ＥＢＡ等のオレフィン系樹脂を含有し、前記外側絶縁層がフッ素樹脂を含有する構成を備えている。

特許文献３に記載の絶縁電線は、導体周上に、アクリルゴムを含有する組成物からなる第一層が被覆され、該第一層の外周にフッ素樹脂からなる第二層が被覆され、上記第一層と上記第二層とが密着している構成を備えている。

特開２０１０－２８４８９５号公報 特開２０１３－２２５４０５号公報 特開２００９－２７２１００号公報

しかしながら、上記の特許文献１から３に記載の絶縁電線は、いずれも自動車、電機・電子機器等に使用されることを想定しており、過酷な繰り返し曲げを受けるロボットケーブルに使用することは想定されていない。特に、複数本の絶縁電線をケーブルコアに含む多芯ケーブルが小さな曲げ半径で曲げられて配置される場合であっても、繰り返し曲げに耐えることが望まれる。

本発明は、耐摩耗性を維持しつつ耐屈曲性及び柔軟性に優れた絶縁電線及びそれをケーブルコアに含む多芯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、下記の［１］～［４］の絶縁電線、及び［５］、［６］の多芯ケーブルを提供する。

［１］導体と密着して前記導体の外周を被覆する内層と、前記内層の外周を被覆する外層とを備え、前記内層は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）により形成されており、前記外層は、エチレン四フッ化エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）により形成されており、前記内層の厚さは、前記外層の厚さよりも大きく、前記内層と前記外層との間には、前記内層の厚さ及び前記外層の厚さよりも小さい厚さの空気層を有する、絶縁電線。
［２］前記外層は、前記内層に対して非接着に設けられている、前記［１］に記載の絶縁電線。
［３］前記外層を形成する前記エチレン四フッ化エチレン共重合樹脂は、２０ｇ／１０ｍｉｎ以上の流動性（ＭＦＲ）を有する、前記［１］又は［２］に記載の絶縁電線。
［４］前記外層は、前記内層の厚さの１／４以上、１／２以下の厚さを有する、前記［１］から［３］のいずれか１つに記載の絶縁電線。
［５］前記［１］から［４］のいずれか１つに記載の複数の絶縁電線を含むケーブルコアと、前記ケーブルコアの外周に設けられたシースと、を備える多芯ケーブル。
［６］前記ケーブルコアが２本の前記絶縁電線を対撚りした対撚線を含む、前記［５］に記載の多芯ケーブル。

本発明によると、耐摩耗性を維持しつつ耐屈曲性及び柔軟性に優れた絶縁電線及びそれをケーブルコアに含む多芯ケーブルを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る多芯ケーブルの構造の一例を示す横断面図である。 図１に示す多芯ケーブルの絶縁電線を拡大して示す横断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る多芯ケーブルの構造の一例を示す横断面図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の絶縁電線及び多芯ケーブルの寸法比と一致するものではない。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、多芯ケーブル１は、複数本の絶縁電線２を含むケーブルコア４と、このケーブルコア４の周囲に巻き付けられた押さえ巻６と、この押さえ巻６の外周に設けられたシールド層７と、このシールド層７の外周に設けられたシース８とを備える。なお、絶縁電線２の周囲の隙間には、その隙間を埋めるために、例えば、アラミド繊維、スフ糸等を含む介在物を設けてもよい。

図１は、絶縁電線２の本数を４本とする例を示している。なお、絶縁電線２の本数は、４本に限定されるものではなく、１本、２本、３本又は５本以上でもよい。また、好ましくは、絶縁電線２の本数は、５０本以下である。また、ケーブルコア４は、絶縁電線２の他に、例えば同軸ケーブル等の他の電線やケーブルを含んでもよい。

（絶縁電線２）
図２は、図１に示す多芯ケーブル１の絶縁電線２を拡大して示す横断面図である。図１及び図２に示すように、絶縁電線２は、複数本の素線２１１を含んで構成される導体層２１（図１及び図２の破線参照）と、導体層２１の外周を被覆する絶縁体を含む絶縁被覆層２２とを備える。なお、図１及び図２の破線は、導体層２１を説明するために便宜上付したものであり、実際の多芯ケーブル１上に実体として存在する境界面を示すものではない。また、導体層２１は、導体の一例である。

絶縁被覆層２２の厚さ（図２の「Ｌ₃」参照）は、好ましくは、０．５０ｍｍ以下であり、例えば、約０．２５ｍｍとすることができる。以下の説明では、絶縁被覆層２２が０．２５ｍｍの厚さ（Ｌ₃）を有する多芯ケーブル１を例に挙げて説明する。

〔導体層２１〕
導体層２１は、複数本の素線２１１を撚り合わせた撚り線を含んで構成される。素線２１１の本数は、図１で示す本数に特に限定されるものではないが、例えば、３０本や６０本とすることが好ましい。

各素線２１１は、細径であることが好ましい。各素線２１１の直径（図２の「ｄ」参照）は、例えば、約０．０８ｍｍとすることができる。また、素線２１１には、例えば、軟銅線を用いることができる。軟銅線には、銀めっき等のめっきが施されていてもよい。

なお、素線２１１の直径ｄを０．０８ｍｍとし、本数を６０本とする場合（すなわち、２３ＡＷＧ（American Wire Gauge）の場合）、導体層２１の直径（図２の「φ」）は、約０．７２ｍｍとなる。この場合、導体層２１の縦断面積（すなわち、破線で囲む円形の面積）は、約０．３０ｍｍ²となる。

〔絶縁被覆層２２〕
絶縁被覆層２２は、導体層２１の外周を被覆する内層２２１と、内層２２１の外周を被覆する外層２２３とを備える。そして、絶縁被覆層２２は、内層２２１の厚さが外層２２３の厚さよりも大きい。また、内層２２１と外層２２３との間に、内層２２１の厚さ（図２の「Ｌ₁」参照）及び外層２２３の厚さ（図２の「Ｌ₂」参照）に比して微小な厚さの空気層２２２を設けてもよい。詳細は後述する。

（１）内層２２１
内層２２１は、絶縁電線２の柔軟性を向上させる役割を担う層である。絶縁電線２の柔軟性が向上することにより、結果的に多芯ケーブル１の柔軟性も向上する。そのため、内層２２１を形成する材料には、繰り返し曲げに対する耐性（すなわち、割れにくい）を有するやわらかい材料を用いることが好ましい。具体的には、内層２２１を形成する材料には、所定の値以下の引張強さを有する材料を用いることが好ましい。

また、内層２２１を形成する材料には、例えば、薄い厚さ（例えば、約０．４ｍｍ以下の厚さ）で押出方式等の被覆成形による加工がし易い材料を用いることが好ましい。さらに、多芯ケーブル１が所定の温度（例えば、定格温度）に耐えられる耐熱性を有するために、内層２２１を形成する材料には、所定の温度以上の耐熱性を有する材料を用いることが好ましい。好ましくは、定格温度は、８０℃以上である。なお、本実施の形態では、定格温度を１０５℃とした。

以上を鑑みて検討した結果、発明者らは、内層２２１を形成する材料には、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）（融点約１７０℃、引張強さ３５ＭＰａ以下）が最適であるとの知見を得た。なお、ＰＶＣは、電線やケーブルの被覆材料として一般的なものを用いることができるが、２００％以上の伸び率を有するものを用いるのがより好ましい。また、ＰＶＣの引張強さは、後述する外層２２３を形成する材料の引張強さの１／２以下であることが好ましい。このようなＰＶＣであれば、繰り返し曲げに対する耐性があり内層２２１として好適である。

内層２２１は、好ましくは、絶縁被覆層２２の厚さの２／３以上の厚さを有する。具体的には、内層２２１の厚さＬ₁は、好ましくは、０．４ｍｍ以内、より好ましくは、約０．１８ｍｍとすることができる。

内層２２１は、例えば、充実押出方式により、導体層２１と密着するように導体層２１の外周を被覆する。具体的には、内層２２１は、導体層２１を構成する素線２１１のうち最外側に配置された複数本の素線２１１Ａの外周面２１１Ａａとそれぞれ密着するように、導体層２１の外周を被覆する。最外側に配置された複数本の素線２１１Ａのうち、隣接する素線２１１Ａ間に存在する隙間（図２の「Ｓ」参照）は、内層２２１を形成するＰＶＣで充填されていることが好ましい。

（２）外層２２３
外層２２３は、多芯ケーブル１が所定の回数（例えば、１０００万回）以上に亘って繰り返し曲げを受けたとしても不具合が生じないようにするために、絶縁電線２の耐屈曲性及び耐摩耗性を満足させる役割を担う層である。そのため、外層２２３を形成する材料には、耐屈曲性及び耐摩耗性の高い材料を用いることが好ましい。

また、外層２２３は、後述するように、押出方式により内層２２１の外側を被覆する。そのため、外層２２３を形成する材料には、内層２２１の融点よりも大きすぎない融点を有する材料を用いることが好ましい。

以上を鑑みて検討した結果、発明者らは、外層２２３を形成する材料には、フッ素系樹脂の一つであるＥＴＦＥ（エチレン四フッ化エチレン共重合樹脂）（融点約２７０℃、引張強さ５０ＭＰａ以上）が最適であるとの知見を得た。ＥＴＦＥであれば、絶縁電線２に要求される耐屈曲性及び耐摩耗性を満足させることができる。ＥＴＦＥは、好ましくは、１５０％以上の伸び率を有する。また、ＥＴＦＥは、好ましくは、１５０℃以上の耐熱性を有する。

さらに、ＥＴＦＥは、好ましくは、ＭＦＲ（Melt Flow Rate；流動性）が２０ｇ／１０ｍｉｎ以上の値を有するものを用いるのが好ましい。ここで、ＭＦＲは、対象とする材料の流れやすさを示す指標であり、１０分当たりに押し出される樹脂の量を示す。所定値以上のＭＦＲを有するＥＴＦＥを用いることによって、外層２２３を薄く加工することができるようになる（例えば、０．１ｍｍ以内）。

具体的には、ＥＴＦＥには、以下の材料を用いることができる。
・ダイキン工業株式会社製「ＥＰ５０６」
・旭硝子株式会社（ＡＧＣガラス（通称社名））製「フルオンＣ－８８ＡＸＭ」

外層２２３は、好ましくは、内層２２１の厚さＬ₁の１／４以上１／２以下の厚さを有する。また、外層２２３は、好ましくは、絶縁被覆層２２の厚さ（Ｌ₃）の１／３以下の厚さＬ₂を有する。具体的には、外層２２３の厚さＬ₂は、より好ましくは、０．１ｍｍ以内、さらに好ましくは、約０．０７ｍｍとすることができる。このように、外層２２３を薄くすることによって、多芯ケーブル１の細径化を図るとともに、加工時の外層２２３の温度の上昇を抑制して加工時の内層２２１の劣化を抑制することができる。

外層２２３は、例えば、チューブ押出方式により、内層２２１の外周を被覆する。なお、内層２２１の外周面と外層２２３の内周面とは、密着していないことが好ましい。すなわち、外層２２３は、内層２２１に対して非接着に設けられていることが好ましい。換言すれば、内層２２１と外層２２３との間には、各層の厚さと比較して微小な厚さを有する空気層２２２が含まれていることが好ましい。

（その他の構成）
押さえ巻６は、例えば、ポリエステル等を含む樹脂テープを用いる。押さえ巻６は、和紙でもよい。シールド層７は、例えば、導線を編組して形成される。なお、シールド層７は、導体付きテープを巻き付けたものでもよい。

シース８は、特に限定はされないが、例えば、ＰＶＣ、ＰＥ（ポリエチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂）等の材料を用いて形成される。また、シース８は、単層で構成してもよく、また、多層で構成してもよい。

（第１の実施の形態の作用及び効果）
本発明の実施の形態によれば、導体層２１と密着するように導体層２１の外周を被覆するポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）により形成された内層２２１と、エチレン四フッ化エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）により形成された内層２２１の外周を被覆する外層２２３とを備え、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなる内層２２１の厚さがエチレン四フッ化エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）からなる外層２２３の厚さよりも大きいことにより、耐摩耗性を維持しつつ耐屈曲性及び柔軟性に優れた絶縁電線及びそれをケーブルコアに含む多芯ケーブルを提供することができる。

具体的には、内層２２１を柔らかい材料であるポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で外層２２３の厚さよりも大きく形成することにより多芯ケーブル１の柔軟性を向上させるとともに、外層２２３を耐屈曲性及び耐摩耗性の高い材料であるエチレン四フッ化エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）で内層２２１の厚さよりも小さく形成することによって、絶縁電線２の耐摩耗性を満足させることができる。また、外層２２３を内層２２１と非接触で設けることにより、内層２２１と外層２２３との間に生じる微小な隙間によって、内層２２１が曲がりやすくなるためさらに耐屈曲性を満足させることができる。なお、このような絶縁電線２をケーブルコアに含む多芯ケーブル１は、柔軟性が向上する。柔軟性が向上した一例として、発明者らは、本発明の実施の形態に係る多芯ケーブル１により、曲げ半径を約６Ｄから約３Ｄに小さくすることができたことを確認した。なお、Ｄは、多芯ケーブル１の自己径を示す。

このように多芯ケーブル１の柔軟性が向上する（すなわち、曲げ半径を小さくできる）ことで、例えば、可動ケーブルベア（登録商標）（不図示）内に多芯ケーブル１を配置したときに、シース８と走行するケーブルベア（登録商標）の内壁との衝突や擦れを低減（すなわちシース８の損傷や粉塵の発生を抑制）することができる。すなわち、複数本の絶縁電線２をケーブルコアに含む多芯ケーブル１が小さな曲げ半径で曲げられて配置される場合であっても、繰り返し曲げに耐えることができる。

上記の実施の形態では、絶縁電線２の本数を４本としたが、これに限定されるものではない。なお、本発明は、絶縁電線２の本数が多いほどメリットがある。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る多芯ケーブル１の構造の一例を示す横断面図である。第２の実施の形態に係る多芯ケーブル１は、一対（２本）の絶縁電線２を撚り合わせた対撚線２０を備える点で、第１の実施の形態に係る多芯ケーブル１と相違する。以下、第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略するとともに、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

図３に示すように、ケーブルコア４は、２本の絶縁電線２を一対として互いに撚り合わせて構成した対撚線２０を３本含んで構成されている。なお、対撚線２０の本数は、３本に限定されるものではなく、１本、２本、又は４本以上でもよく、目的に応じて適宜調整することができる。好ましくは、対撚線２０の数は、２５本以下である。

また、絶縁電線２の構成は、上述した第１の実施の形態に係る絶縁電線２と同様の構成を有する。詳細の説明は省略する。なお、図３では、導体層２１として７本の素線２１１を撚り合わせた構成を例に挙げたが、撚り線としての素線２１１の数は、７本に限定されるものではなく、例えば、１９本、３７本等でもよい。

対撚線２０を複数本含むとき、多芯ケーブル１が屈曲すると、撚っていない場合と比較して、隣接する対撚線２０同士が互いに擦れ合い摩耗する虞が大きい。また、対撚線２０と他の絶縁電線２とが互いに擦れ合い摩耗する場合も同様である。そのため、摩耗しにくいＥＴＦＥを絶縁電線２の表面に被覆する。

（第２の実施の形態の作用及び効果）
以上、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、耐摩耗性を維持しつつ耐屈曲性及び柔軟性に優れた絶縁電線及びそれをケーブルコアに含む多芯ケーブルを提供することができる。また、摩耗しにくいＥＴＦＥを絶縁電線２の表面に被覆することによって、多芯ケーブル１が屈曲する際に対撚線２０同士の擦り合いや対撚線２０と絶縁電線２との擦り合いが生じる場合であっても、繰り返し曲げによって絶縁電線２が摩耗することを抑制することができる。

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。

１：多芯ケーブル、２：絶縁電線、４：ケーブルコア、６：押さえ巻、７：シールド層、８：シース、２０：対撚線、２１：導体層、２２：絶縁被覆層、２１１，２１１Ａ：素線、２１１Ａａ：素線の外周面、２２１：内層、２２２：空気層、２２３：外層

Claims (5)

1. 複数本の素線からなる撚り線で構成される導体と、前記導体を被覆する絶縁被覆層と、を備え、
   前記絶縁被覆層は、前記導体に密着して前記導体の外周を被覆する内層と、前記内層の外周を被覆する外層と、を備え、
   前記内層は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）により形成されており、
   前記外層は、エチレン四フッ化エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）により形成されており、
   前記内層の厚さは、前記外層の厚さよりも大きく、
   前記内層は、前記導体の最外側に配置された前記複数本の素線の間に存在する隙間に充填されることによって前記導体の外周に充実に設けられており、
   前記外層は、前記内層と前記外層との間に前記内層の厚さ及び前記外層の厚さよりも小さい厚さの空気層を有することによって前記内層に対して非接着に設けられている、
   絶縁電線。
2. 前記外層を形成する前記エチレン四フッ化エチレン共重合樹脂は、２０ｇ／１０ｍｉｎ以上の流動性（ＭＦＲ）を有し、
   前記内層を形成する前記ポリ塩化ビニルは、前記外層を形成する前記エチレン四フッ化エチレン共重合樹脂の引張強さの１／２以下の引張強さを有する、
   請求項１に記載の絶縁電線。
3. 前記外層は、０．１ｍｍ以下の厚さで前記内層の厚さの１／４以上、１／２以下の厚さを有する、
   請求項１又は２に記載の絶縁電線。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の複数の絶縁電線を含むケーブルコアと、
   前記ケーブルコアの外周に設けられたシースと、
   を備える多芯ケーブル。
5. 前記ケーブルコアが２本の前記絶縁電線を対撚りした対撚線を含む、
   請求項４に記載の多芯ケーブル。

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