JP7468265B2

JP7468265B2 - ケーブル

Info

Publication number: JP7468265B2
Application number: JP2020154344A
Authority: JP
Inventors: 得天黄; 佳典塚本; 正則小林; 真至森山; 宏史福里
Original assignee: Proterial Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2040-09-15
Also published as: US11923104B2; US20220084724A1; CN114188076A; JP2022048495A

Description

本発明は、ケーブルに関する。

工場等における生産性向上対策として、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。産業用ロボットに使用されるケーブルとして、産業用ロボットの可動部に配線される可動部用ケーブルと、産業用ロボットと制御機器等とを接続する固定部用ケーブルと、がある。このうち固定部用ケーブルとして用いられるケーブルとしては、工場等における外部ノイズへの対策として、ケーブルコアの周囲にシールド層を設けたケーブルが用いられている。シールド層としては、銅または銅合金からなる金属素線を編み組みしてなる編組シールドが広く用いられている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特開２０１４－７１９７４号公報

ところで、上述の固定部用ケーブルとして用いられるケーブルは、工場等において産業用ロボットと制御機器等とを接続するため、ケーブル長が長尺（例えば２５ｍ～５０ｍ程度）になる。また、近年ではケーブルに内蔵する電線数も例えば４０本以上と増えてきており、ケーブル外径が例えば２０ｍｍ以上と大きくなることが多い。

そのため、銅または銅合金からなる金属素線を編み組みしてなる編組シールドをシールド層として用いたケーブルでは、ケーブルの重さが非常に重く（例えば、ケーブル内の銅量全体の３０％程度がシールド層の銅量となることもある）なってしまう。そのため、ケーブルの配線作業や運搬作業を行う作業者への負担が大きくなってしまい、作業への安全確保にも注意が必要になる。

また、銅または銅合金からなる金属素線を編み組みしてなる編組シールドをシールド層として用いたケーブルでは、シールド層の剛性（ケーブルを曲げたときに、直線状に戻ろうとする復元力）が大きいために、ケーブルを小さい曲げ半径で曲げにくいということもある。そのため、例えばケーブルの配線作業時に、ケーブルを配線スペースに合わせた所望の形状に曲げて配線しにくく、また、例えば運搬作業時に、ケーブルを収納ケース等へコンパクトに収納して運搬することも困難となってしまう等、ケーブルの取扱い性が悪くなってしまう。

この問題を解決するため、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属素線を編み組みしてなる編組シールドをシールド層に用いることが考えられる。しかし、この場合、ケーブルが軽量になるものの、ケーブルを曲げた際に金属素線同士の擦れによる金属素線の摩耗が発生しやすくなり、金属素線に断線が発生しやすくなってしまう。シールド層を構成する金属素線に断線が発生してしまうと、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、軽量化が可能であり、配線しやすく、かつ、ケーブルを曲げてもシールド層を構成する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本以上の電線を有するケーブルコアと、前記ケーブルコアの周囲を覆うシールド層と、前記シールド層の周囲を覆うシースと、を備え、前記シールド層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複数本の第１金属素線と、銅または銅合金からなる複数本の第２金属素線とが交差するように編み組みされた編組シールドからなる、ケーブルを提供する。

本発明によれば、軽量化が可能であり、配線しやすく、かつ、ケーブルを曲げてもシールド層を構成する金属素線に断線が発生しにくいケーブルを提供できる。

（ａ）は、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り、（ｂ）はシールド層の模式図である。

［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（ａ）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り、図１（ｂ）はシールド層の模式図である。ケーブル１は、例えば、工場等において産業用ロボットと制御機器等とを接続する固定部用ケーブルとして用いられるものである。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、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の周囲を覆うシールド層５と、シールド層５の周囲を覆うシース６と、を備えている。

電線２は、導体２１と、導体２１の周囲を覆う絶縁体２２と、を有している。導体２１は、複数本の金属素線を撚り合わせた撚線導体からなる。本実施の形態では、外径が０．２６ｍｍのすずめっき軟銅線で構成される金属素線を３７本集合撚りして導体２１を構成した。導体２１の撚りピッチは、例えば２９ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。また、導体２１の外径は約１．８ｍｍであり、導体サイズは１５ＡＷＧである。なお、導体２１の外径、および導体サイズは、これに限定されないが、複数本の電線２のそれぞれにおいて、導体２１の外径や導体サイズは同じであることがよい。

絶縁体２２としては、ポリ塩化ビニル樹脂組成物からなるものを用いた。絶縁体２２の厚さは、例えば０．５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であり、絶縁体２２の外径（電線２の外径）は、２．９ｍｍ以上３．１ｍｍ以下である。

ケーブルコア３は、ケーブル中心に配置された中心介在７の周囲に、複数本の電線２を螺旋状に撚り合わせて構成されている。本実施の形態では、例えば図１（ａ）に示すように、中心介在７の周囲に８本の電線２を撚り合わせて第１層とし、その第１層の周囲にさらに１４本の電線２を撚り合わせて第２層とし、その第２層の周囲にさらに２０本の電線２を撚り合わせて第３層として、電線２を３層に撚り合わせて構成されたケーブルコア３を用いることができる。このとき、ケーブルコア３を構成する電線２の本数は、合計で４２本である。各層の電線２は、同じ方向に撚り合わされている。ケーブルコア３の外径は、約２２ｍｍ～２３ｍｍである。なお、ここではケーブルコア３を構成する電線２の本数を４２本としたが、ケーブルコア３を構成する電線２の本数はこれに限定されず、１本以上であればよい。ケーブルコア３がケーブル中心に配置された１本の電線２（中心介在７が無い）で構成される場合、ケーブル１は、同軸ケーブルとなる。

中心介在７は、複数本の繊維状体（糸状体）を束ねて構成されている。本実施の形態では、１０番（１０ｓ／１）のスフ糸を５０本束ねて中心介在７とした。なお、中心介在７を構成する糸状体の材質や本数は、これに限定されるものではない。中心介在７は、ケーブル中心のみに配置されており、各層の電線２同士の間や、電線２と押さえ巻きテープ４との間には配置されていない。また、中心介在７は、ケーブルコア３の第１層を構成する電線２同士の間（第１層において周方向に隣り合う電線２の間）に入り込むように配置されている。

ケーブルコア３の周囲には、押さえ巻きテープ４が螺旋状に巻き回されている。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役割を果たすものであり、その幅方向における一部が重なるように、ケーブルコア３の周囲に螺旋状に巻き付けられている。押さえ巻きテープ４の巻き付け方向は、ケーブルコア３の撚り方向と同じ方向とされる。なお、押さえ巻きテープ４の巻き付け方向とは、ケーブル１の他端から一端にかけて、押さえ巻きテープ４が回転している方向である。また、ケーブルコア３の撚り方向とは、ケーブル１の他端から一端にかけて、電線２が回転している方向である。押さえ巻きテープ４としては、紙や不織布からなるテープ、あるいはポリエチレン等の樹脂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は必須ではなく、例えば、ケーブルコア３が１本の電線２で構成される場合、ケーブルコア３の撚りを保持する役割を果たす押さえ巻きテープ４は省略可能である。

シールド層５は、押さえ巻きテープ４の周囲を覆うように設けられている。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を保護するためのものであり、シールド層５の周囲を覆うように設けられている。本実施の形態では、ポリ塩化ビニル樹脂組成物からなるシース６を用いた。シース６の厚さは、１．１ｍｍ以上１．３ｍｍ以下であり、シース６の外径（ケーブル１の外径）は、約２６ｍｍである。

（シールド層５）
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るケーブル１では、シールド層５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複数本の第１金属素線５１と、銅または銅合金からなる複数本の第２金属素線５２とを用い、第１金属素線５１と第２金属素線５２とが交差するように編み組みした編組シールドからなる。

これにより、銅または銅合金からなる金属素線のみで構成された編組シールドと比較して、シールド層５を軽量にすることができる。また、シールド層５が低耐力のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第２金属素線５２を含むことで、シールド層５が柔らかくなり、ケーブル１を曲げやすくなる。また、シールド層５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属素線のみで構成された編組シールドと比較して、ケーブル１を曲げた際に、金属素線同士が擦れることによる金属素線の断線が発生しにくくなる。これは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属素線同士を編組した編組シールドよりも、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第１金属素線５１と銅または銅合金からなる第２金属素線５２とを編組した編組シールドの方が、金属素線同士が擦れた際にそれらが互いに滑りやすく、摩耗が生じにくいためである。

また、ケーブル１の端末を基板等に接続する際に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属素線のみで構成された編組シールドは、半田付けにより接続をすることが困難であった。これに対して、本実施の形態では、シールド層５に銅または銅合金からなる第２金属素線５２が含まれているため、半田付けによる接続を容易に行うことが可能である。

さらに、ケーブル１の端末加工を行う際には、ケーブル１の端末にてシールド層５を露出させ、露出させたシールド層５（編組シールド）を専用の工具等を用いてほぐし、ほぐしてばらばらになった金属素線５１，５２をケーブルコア３から分岐させるように束ねて基板等に接続する場合がある。この場合、束ねた金属素線５１，５２を加締めて接続したり、半田付けにより接続したりすることで、シールド層５の基板等への接続が行われる。本実施の形態では、シールド層５が低耐力のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第１金属素線５１を含んでいるため、銅のみの編組シールドと比べてシールド層５をほぐす作業を容易に行うことができる。さらに、ほぐした金属素線５１，５２を束ねる際にも、第１金属素線５１が形状を保持する役割を果たすので、所望の形状に金属素線５１，５２を束ねやすい。なお、金属素線５１，５２を束ねる際には、第１金属素線５１を中心としてその周囲に第２金属素線５１を螺旋状に巻くように束ねることで、半田付けによる接続を容易に行うことができる。

本実施の形態では、アルミニウムからなる第１金属素線５１として、例えば純アルミニウムからなるアルミニウム線を用いることができる。また、アルミニウム合金からなる第１金属素線５１としては、例えばマグネシウム、鉄、ジルコニウム、ニッケル、マンガン、亜鉛、コバルト、チタン等のうちの１種以上の金属元素が所定の含有量で含有されたアルミニウム合金線を用いることができる。また、銅からなる第２金属素線５２として、軟銅線の表面にすずめっきが設けられたすずめっき軟銅線を用いることができる。また、銅合金からなる第２金属素線５２としては、例えばマグネシウム、錫、インジウム、銀、ニッケル、亜鉛等のうちの１種以上の金属元素が所定の含有量で含有された銅合金線を用いることができる。なお、上述した軟銅線には、タフピッチ銅や無酸素銅などを用いることができる。また、本実施の形態では、金属素線同士が擦れることによる断線をより抑制するために、第２金属素線５２の表面（例えば、すずめっき軟銅線の表面）に潤滑油として流動パラフィンを付与することがよい。

また、本実施の形態では、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第１金属素線５１（例えば、純アルミニウム線）の断面積は、銅または銅合金からなる第２金属素線５２（例えば、すずめっき軟銅線）の断面積よりも大きくされる。これにより、両金属素線５１，５２が交差する部分において、第１金属素線５１と第２金属素線５２との間に隙間ができやすくなり、ケーブル１を曲げた際の金属素線同士の擦れによる断線がより抑制可能になる。また、第１金属素線５１の断面積を第２金属素線５２の断面積よりも大きくすることで、外径の差から第１金属素線５１と第２金属素線５２とを目視で区別しやすくなる。その結果、端末加工の際に第１金属素線５１と第２金属素線５２との境界（段差）を容易に視認できるようになり、当該境界（段差）に工具等を差し込んで編組シールドをほぐす作業が容易になる。なお、第１金属素線５１の断面積とは、第１金属素線５１の長手方向に垂直な断面の面積であり、また第２金属素線５２の断面積とは、第２金属素線５２の長手方向に垂直な断面の面積である。

より具体的には、ケーブル長手方向に垂直な断面視で、第１金属素線５１の断面積は、第２金属素線５２の断面積の１．５倍以上２．０倍以下とされる。第１金属素線５１の断面積を、第２金属素線５２の断面積の１．５倍以上とすることで、銅と比べて導電率の低いアルミニウム（またはアルミニウム合金）からなる第１金属素線５１を用いる場合であっても、シールド層５の抵抗増加を抑制して、シールド効果の低下を抑制することができる。また、第１金属素線５１の断面積を、第２金属素線５２の断面積の２．０倍以下とすることで、素線外径の差が大きくなりすぎることを抑制し、編組シールドを製造する際に両金属素線５１，５２の長さの差が大きくなり過ぎて編組シールドにうねりや歪みが生じてしまうことを抑制できる。編組シールドにうねりや歪みが生じると、製造過程でうねりや歪みが生じた箇所に傷が付いてしまいやすく、断線が生じるおそれがある。第１金属素線５１の断面積を、第２金属素線５２の断面積の２．０倍以下に抑えることで、このような製造過程における損傷を抑制可能である。本実施の形態では、例えば第２金属素線５２として、外径０．１２ｍｍ（断面積約０．０１１ｍｍ^２）のすずめっき軟銅線を用い、第１金属素線５１として、外径０．１５ｍｍ以上０．１７ｍｍ以下（断面積約０．０１８ｍｍ^２以上約０．０２３ｍｍ^２以下）の純アルミニウム線を用いることができる。

第１金属素線５１及び第２金属素線５２としては、曲げやすい軟質材を用いることが望ましい。より具体的には、第１金属素線５１は、引張強さが９０ＭＰａ以上、伸び率が１０％以上、導電率が６０％以上であるとよい。また、第２金属素線５２は、引張強さが２００ＭＰａ以上、伸び率が１０％以上、導電率が９８％以上であるとよい。これにより、ケーブル１を曲げた際の引張応力による金属素線５１，５２の断線を抑制し、かつ、ケーブル１の曲げやすさを維持することが可能になる。

シールド層５を構成する編組シールドの打ち数は、例えば１６打ち、あるいは２４打ちである。１６打ちの場合、８打ちが第１金属素線５１のみで構成され、残りの８打ちが第２金属素線５２のみで構成される。持ち数は、第１金属素線５１と第２金属素線５２の両者で同じとされる。すなわち、シールド層５で使用される第１金属素線５１の本数と第２金属素線５２の本数は、同じ本数とされる。

第１金属素線５１と第２金属素線５２の本数が同じであり、また、第１金属素線５１の断面積が第２金属素線５２の断面積よりも大きいため、シールド層５においては、第１金属素線５１全体の断面積の割合が、第２金属素線５２全体の断面積の割合よりも大きくなる。より具体的には、ケーブル長手方向に垂直な断面視で、シールド層５全体の断面積に対する第１金属素線５１の断面積の合計の割合は、５５％以上６５％以下であるとよい。同様に、ケーブル長手方向に垂直な断面視で、シールド層５全体の断面積に対する第２金属素線５２の断面積の合計の割合は、３５％以上４５％以下であるとよい。換言すれば、ケーブル長手方向に垂直な断面視で、複数本の第１金属素線５１のそれぞれの断面積を合計した断面積Ｓ１と複数本の第２金属素線５２のそれぞれの断面積を合計した断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は、１．２２（５５／４５）以上１．８６（６５／３５）以下とするとよい。これにより、シールド層５全体を柔らかくしケーブル１を曲げやすくなると共に、シールド層５を所望の形状に成形加工した際にその形状を保持し易くなり、ケーブル１の端末加工が容易になる。

（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、シールド層５が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複数本の第１金属素線５１と、銅または銅合金からなる複数本の第２金属素線５２とを用い、第１金属素線５１と第２金属素線５２とが交差するように編み組みした編組シールドからなる。このようなシールド層５を備えることで、軽量化が可能であり、配線しやすく、かつ、ケーブル１を曲げてもシールド層５を構成する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。

（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）を有するケーブルコア（３）と、前記ケーブルコア（３）の周囲を覆うシールド層（５）と、前記シールド層（５）の周囲を覆うシース（６）と、を備え、前記シールド層（５）は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複数本の第１金属素線（５１）と、銅または銅合金からなる複数本の第２金属素線（５２）とが交差するように編み組みされた編組シールドからなる、ケーブル（１）。

［２］前記第１金属素線（５１）の断面積が、前記第２金属素線（５２）の断面積よりも大きい、［１］に記載のケーブル（１）。

［３］前記第１金属素線（５１）の断面積が、前記第２金属素線（５２）の断面積の１．５倍以上２．０倍以下である、［２］に記載のケーブル（１）。

［４］前記シールド層（５）の断面積のうち、前記第１金属素線（５１）の断面積の合計の割合が、前記第２金属素線（５２）の断面積の合計の割合よりも大きい、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のケーブル（１）。

［５］前記第１金属素線（５１）は、軟質材からなり、引張強さが９０ＭＰａ以上、伸び率が１０％以上、導電率が６０％以上である、［１］乃至［４］の何れか１項に記載のケーブル（１）。

［６］前記第２金属素線（５２）は、軟質材からなり、引張強さが２００ＭＰａ以上、伸び率が１０％以上、導電率が９８％以上である、［１］乃至［５］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
３…ケーブルコア
４…押さえ巻きテープ
５…シールド層
６…シース
５１…第１金属素線
５２…第２金属素線

Claims

１本以上の電線を有するケーブルコアと、
前記ケーブルコアの周囲に設けられたシースと、を備え、
前記ケーブルコアと前記シースとの間に、前記ケーブルコアの周囲に螺旋状に巻き付けられた押さえ巻きテープ、及び前記押さえ巻きテープの周囲を覆うシールド層を有し、
前記シールド層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複数本の第１金属素線と、銅または銅合金からなる複数本の第２金属素線とが交差するように編み組みされた編組シールドからなり、
ケーブル長手方向に垂直な断面視で、前記複数本の第１金属素線のそれぞれの断面積を合計した断面積Ｓ１と前記複数本の第２金属素線のそれぞれの断面積を合計した断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は、１．２２以上１．８６以下である、
ケーブル。
前記第１金属素線の断面積は、前記第２金属素線の断面積よりも大きい、
請求項１に記載のケーブル。
前記第１金属素線の断面積は、前記第２金属素線の断面積の１．５倍以上２．０倍以下である、
請求項２に記載のケーブル。
前記第１金属素線は、軟質材からなり、引張強さが９０ＭＰａ以上、伸び率が１０％以上、導電率が６０％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。
前記第２金属素線は、軟質材からなり、引張強さが２００ＭＰａ以上、伸び率が１０％以上、導電率が９８％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。