KR20230090233A - 케이블 - Google Patents

Abstract

(과제) U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 케이블을 제공한다.
(해결수단) 케이블(1)은, 내부도체(3)와, 내부도체(3)를 피복하는 절연체(4)와, 내부도체(3)의 내주측에 배치되어 내부도체(3)로부터의 힘에 의해 케이블 지름방향으로 변형될 수 있는 쿠션부재(2)를 구비한다. 내부도체(3)는, 복수의 집합연선(321, 331)을 연선하여 이루어지는 도체층(31)을 케이블 지름방향으로 복수층으로 적층하여 이루어진다.

Description

케이블{CABLE}

본 발명은 케이블에 관한 것이다.

종래에, 산업용 로봇 등의 가동부(可動部)에 배선되는 케이블로서 가동부용 케이블(可動部用 cable)이 사용되고 있다. 가동부용 케이블은, 가동부의 동작에 따라 반복적으로 굴곡(屈曲) 또는 비틀려지고, 이에 따라 응력(應力)이 반복하여 발생할 수 있다.

그래서, 특허문헌1에는, 반복적인 굴곡 또는 비틀림에 대한 내구성(耐久性)을 향상시키기 위해 연구된 가동부용 케이블이 개시되어 있다. 특허문헌1에 기재되어 있는 가동부용 케이블은, 항장력체(抗張力體)와, 항장력체의 주위에 연선(撚線)된 복수의 도전선(導電線)으로 이루어지는 도체와, 도체의 주위를 피복하는 절연체를 구비한다. 그리고, 특허문헌1에 기재되어 있는 가동부용 케이블은, 절연체와 도체 사이에 간극을 형성함으로써, 가동부용 케이블의 가요성(可撓性)을 향상시켜서, 반복적인 굴곡 또는 비틀림에 대한 내구성의 향상을 도모하고 있다.

일본국 공개특허 특개2021-51947호 공보

특허문헌1에 기재되어 있는 가동부용 케이블에 있어서는, 굴곡에 대한 내구성을 향상시키는 관점에서 개선의 여지가 있다.

본 발명은, 상기의 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 굴곡에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 쿠션부재(cousion 部材)와, 상기 쿠션부재의 외주측(外周側)에 배치된 내부도체와, 상기 내부도체를 외주측에서 피복하는 절연체(絶緣體)를 구비하고, 상기 쿠션부재는, 상기 내부도체로부터의 힘에 의해 케이블 지름방향으로 변형이 가능하게 구성되어 있고, 상기 내부도체는, 복수의 집합연선을 연선하여 이루어지는 도체층을 케이블 지름방향으로 복수층으로 적층(積層)하여 이루어지는 케이블을 제공한다.

본 발명에 의하면, 굴곡에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 케이블을 제공할 수 있다.

[도1] 실시형태에 관련된 케이블의 길이방향과 직교(直交)하는 단면을 나타내는 도면이다.
[도2] 도1에 있어서의 외부도체에서 내주측(內周側)의 부위를 확대한 도면이다.
[도3] 도2에 있어서 2점쇄선으로 둘러싼 부분을 확대한 도면이다.
[도4] 실험예에 관련된 U자 굴곡시험을 설명하기 위한 도식도이다.

[실시형태]

본 발명의 실시형태에 대해서, 도1 내지 도3를 참조하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시형태는, 본 발명을 실시하는데 있어서의 바람직한 구체적인 예로서 나타내는 것으로서, 기술적으로 바람직한 여러 가지의 기술적 사항을 구체적으로 예시하고 있는 부분도 있지만, 본 발명의 기술적 범위는 이 구체적 양태에 한정되는 것은 아니다.

(가동부용 케이블(1))

도1은, 본 형태에 관련된 케이블인 가동부용 케이블(1)의 길이방향과 직교하는 단면도이다. 도2는, 도1에 있어서의 외부도체(5)로부터 내주측의 부위를 확대한 도면이다.

가동부용 케이블(1)은, 예를 들면, 반도체장치 등을 제조하는 산업용 로봇의 가동부에 배선되는 케이블로서 사용된다. 가동부용 케이블(1)은, 가동부용 케이블(1)을 수용하는 케이블 베어(cable bear)(등록상표) 내에 U자모양으로 굴곡되어서 부설되더라도 좋다. 산업용 로봇이 케이블 베어(등록상표)가 배치된 가동부를 구비하는 경우, 그 가동부는, 예를 들면, 케이블 베어(등록상표)가 U자모양으로 굴곡된 상태로 상기 케이블 베어(등록상표)의 길이방향을 따라 최대 1000만회의 슬라이드 동작이 반복된다. 케이블 베어(등록상표)의 슬라이드 동작을 따라, 케이블 베어(등록상표) 내에 배선된 가동부용 케이블(1)에는 반복적인 U자 굴곡동작이 부여되기 때문에, 가동부용 케이블(1)에는 반복적인 U자 굴곡동작에 대한 내구성이 요구된다. 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡부분의 굴곡반경은, 예를 들면, 가동부용 케이블(1)의 외경의 10배 이상이다. 또한, 가동부용 케이블(1)에 대하여 U자 굴곡동작이 반복하여 부여되어 있는 상태에 있어서, 가동부용 케이블(1) 내에 설치된 내부도체(3)에는, 예를 들어 3000V 이상의 전압이 인가됨과 아울러, 예를 들어 60A 이상의 전류가 통전(通電)된다. 이러한 고전압이 인가됨과 아울러 고전류가 통전되는 가동부용 케이블(1)에 있어서는, 반복적인 U자 굴곡동작이 부여될 경우, 가동부용 케이블(1)을 구성하는 절연체(4)에 대한 부하(負荷)가 커지고, 그 부하에 의해 절연체(4)에 균열 등이 발생하면, 절연체(4)의 절연파괴가 발생되기 쉬워질 우려가 있다. 이상과 같은 사정을 감안하여, 본 형태에 관계한 가동부용 케이블(1)은, U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킴과 아울러 절연체(4)의 절연파괴를 억제할 수 있도록 연구된 것이다. 이후에서 가동부용 케이블(1)의 상세 내용에 대하여 설명한다.

도1에 나타내는 바와 같이, 가동부용 케이블(1)은, 내주측으로부터 차례로 쿠션부재(2), 내부도체(3), 절연체(4), 외부도체(5), 테이프(6), 재킷(7), 실드층(shield 層)(8) 및 시스(sheath)(9)를 구비한다. 이후에서 케이블 길이방향이라고 할 때는 가동부용 케이블(1)의 길이방향을 의미하고, 케이블 지름방향이라고 할 때는 가동부용 케이블(1)의 지름방향을 의미하는 것으로 한다.

쿠션부재(2)는, 케이블 길이방향으로 장척(長尺)의 선재(線材)로서, 내부도체(3)로부터의 힘을 받아서 변형이 가능하게 구성되어 있다. 예를 들면, 가동부용 케이블(1)이 U자 굴곡동작했을 때에, 쿠션부재(2)가 내부도체(3)로부터의 힘에 눌려서 케이블 지름방향으로 변형된다. 이에 따라, 가동부용 케이블(1)이 U자 굴곡동작했을 때에 내부도체(3) 또는 절연체(4)에 대하여 응력이 집중되기 어려워지기 때문에, 내부도체(3)의 단선(斷線)이나 절연체(4)의 균열 등이 발생되기 어려워진다. 그 때문에, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킴과 아울러 절연체(4)의 절연파괴를 억제할 수 있다. 본 형태에 있어서, 쿠션부재(2)는 복수의 스프사(스테이플 파이버(staple fiber)絲)로 이루어진다. 각 스프사는, 예를 들어 10∼60번수(番手)의 단사(單絲)로 구성할 수 있다. 쿠션부재(2)는 이들 스프사를 묶거나 연선하거나 하여 구성된다. 이 때, 단사로 이루어지는 스프사를 다수 묶거나 또는 연선하는 것으로 쿠션부재(2)를 구성하더라도 좋고, 한 쌍의 스프사를 연선한 페어실(pair 絲)을 다수 묶거나 또는 연선하는 것으로 쿠션부재(2)를 구성하더라도 좋다. 한 쌍의 스프사를 연선한 페어실을 다수 묶거나 또는 연선하는 것으로 쿠션부재(2)를 구성하면, 상기한 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시키는 작용효과가 얻어지기 쉽다. 예를 들면, 10번수, 20번수, 40번수 및 60번수 중의 어느 하나로 이루어지는 스프사 2개 연선한 페어실에 의해 쿠션부재(2)를 구성하면 좋다. 또한, 쿠션부재(2)를 구성하는 스프사로서는, 예를 들어 신장(伸張)이 10% 이상인 것이 좋다. 스프사의 신장은 JIS L 1095에 의거하는 시험방법에 의해 측정될 수 있다.

쿠션부재(2)는 내부도체(3)의 내주측의 공간을 채우도록 배치된다. 즉, 쿠션부재(2)는, 도1에 나타나 있는 바와 같이 내부도체(3)를 구성하는 집합연선(321)의 내면의 전부에 접촉하도록 배치되고, 또한 이웃하는 집합연선(321)끼리 접촉하는 부분에 형성되는 오목한 곳에도 간극이 없게 배치되어 있다. 또한, 가동부용 케이블(1)이 U자 굴곡동작할 때, 쿠션부재(2)는 내부도체(3)의 내주측 공간의 변형을 추종하여 케이블 지름방향으로 변형된다. 쿠션부재(2)는, 상기한 케이블 지름방향에 대한 변형에 있어서도 내부도체(3)의 내주측의 공간을 충만하도록 배치되어 있는 것이 좋다. 이에 따라, 상기한 U자 굴곡동작에 대한 내구성의 향상효과가 얻어지기 쉬워진다. 쿠션부재(2)는, 가는 스프사를 다수 구비하는 것이 쿠션부재(2)의 쿠션 성능의 향상의 관점에서 바람직하다. 본 형태에 있어서는, 쿠션부재(2)의 스프사의 수(數)는 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 소선(30)의 수보다 많다. 이에 따라, 쿠션부재(2)의 쿠션 성능을 향상시키는 효과가 얻어지기 쉬워진다. 또한, 쿠션부재(2)는 스프사 이외의 섬유 등을 사용하는 것도 가능하지만, 쿠션 성능의 향상의 관점에서는 스프사를 사용하는 것이 바람직하다.

케이블 길이방향과 직교하는 가동부용 케이블(1)의 단면에 있어서, 내주측의 도체층(31)에 둘러싸인 영역(즉, 쿠션부재(2)가 배치되어 있는 영역)의 면적은 내부도체(3)를 구성하는 후술하는 각 집합연선(321, 331)의 단면적보다 크다. 즉, 쿠션부재(2)의 단면적은 각 집합연선(321, 331)의 단면적보다 크다. 이에 따라, 가동부용 케이블(1)이 U자 굴곡동작을 반복했을 때의 쿠션부재(2)의 쿠션 성능을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 쿠션부재(2) 및 집합연선(321, 331)의 단면적은, 예를 들면, 가동부용 케이블(1)의 길이방향과 직교하는 단면을, 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 쿠션부재(2) 및 내부도체(3)의 모두가 들어가는 배율로 촬영하고, 얻어진 SEM 화상을 화상해석함으로써 구할 수 있다.

내부도체(3)는, 복수의 집합연선(321, 331)을 나선상으로 연선한 도체층(31)을 케이블 지름방향으로 2층으로 적층하여 이루어진다. 이후에서, 쿠션부재(2)에 접해서 배치되는 내주측의 도체층(31)을 내주측 도체층(32)이라 하고, 절연체(4)의 내면에 접해서 배치되는 외주측의 도체층(31)을 외주측 도체층(33)이라 하고, 이들을 특별히 구별하지 않는 경우에는 간단하게 도체층(31)이라고 한다. 또한, 내부도체(3)는 도체층(31)을 3층 이상으로 적층하여 구성되어 있더라도 좋다.

내주측 도체층(32)은 6개의 집합연선(321)을 쿠션부재(2)의 외주부(外周部)에 연선하여 이루어진다. 외주측 도체층(33)은 12개의 집합연선(331)을 내주측 도체층(32)의 외주부에 연선하여 이루어진다. 또한, 내주측 도체층(32)을 구성하는 집합연선(321)의 수 및 외주측 도체층(33)을 구성하는 집합연선(331)의 수는 상기의 것에 한정되지 않는다. 내주측 도체층(32)을 구성하는 집합연선(321)의 수는, 외주측 도체층(33)을 구성하는 집합연선(331)의 수보다 적게 하는 것이 좋다.

여기에서, 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 각각의 꼬임방향을 자선꼬임방향(子線撚方向)이라 하고, 내주측 도체층(32)에 있어서 복수의 집합연선(321)을 연선하는 방향 및 외주측 도체층(33)에 있어서 복수의 집합연선(331)을 연선하는 방향을 모선꼬임방향(母線撚方向)이라고 한다. 도2에 있어서는, 각 도체층(31)의 모선꼬임방향을 각 도체층(31) 위에 1점쇄선의 화살표로 나타내고 있다. 또한, 내주측 도체층(32)을 구성하는 각 집합연선(321)의 자선꼬임방향을 하나의 집합연선(321) 위에 파선의 화살표로 나타내고 있다. 또한, 외주측 도체층(33)을 구성하는 각 집합연선(331)의 자선꼬임방향을 하나의 집합연선(331) 위에 파선의 화살표로 나타내고 있다. 본 형태에 있어서, 내주측 도체층(32)의 모선꼬임방향과 외주측 도체층(33)의 모선꼬임방향은 서로 동일한 방향이다. 또한, 내주측 도체층(32) 및 외주측 도체층(33)의 각각에 있어서, 자선꼬임방향과 모선꼬임방향은 반대방향이다. 또한, 도1 및 도2에 나타나 있는 바와 같이 내부도체(3)는, 소정의 위치에 배치된 이웃하는 2개의 집합연선(321)과, 그들의 외주에 배치된 이웃하는 2개의 집합연선(331)으로 둘러싸이는 부분에 간극을 구비한 상태로 내주측 도체층(32) 및 외주측 도체층(33)의 각각이 모선꼬임되어 있는 것이 좋다. 또한, 내부도체(3)는, 이웃하는 2개의 집합연선(331)과 절연체(4)로 둘러싸이는 부분에 간극(S)을 구비하는 상태로 모선꼬임되어 있는 것이 좋다. 이에 따라, 가동부용 케이블(1)이 U자 굴곡동작되었을 때에, 쿠션부재(2)의 케이블 지름방향으로의 변형을 따라 집합연선(321, 331)이 간극으로 밀려나도록 변형될 수 있다. 그 때문에, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.

내주측 도체층(32)은 외주측 도체층(33)보다 케이블 지름방향으로 편평하게 형성되어 있다. 즉, 케이블 길이방향과 직교하는 가동부용 케이블(1)의 단면에 있어서, 내주측 도체층(32)을 구성하는 복수의 집합연선(321) 중에서 케이블 지름방향의 폭이 가장 작은 집합연선(321)의 폭(W1)은, 외주측 도체층(33)을 구성하는 복수의 집합연선(331) 중에서 케이블 지름방향의 폭이 가장 작은 집합연선(331)의 폭(W2)보다 작다. 여기에서, 각 집합연선(321, 331)의 케이블 지름방향의 폭은, 각 집합연선(321, 331)의 최내주단(最內周端) 위치로부터 최외주단(最外周端) 위치까지의 케이블 지름방향의 길이를 의미한다. 또한, 편의상 도1 및 도2에 있어서는, 내주측 도체층(32)을 구성하는 각 집합연선(321)의 형상을 동일한 형상으로 나타냄과 아울러 외주측 도체층(33)을 구성하는 각 집합연선(331)의 형상을 동일한 형상(대칭형상을 포함한다)으로 나타내고 있다. 도1 및 도2에 나타내는 구성의 경우에는, 내주측 도체층(32)을 구성하는 복수의 집합연선(321)의 각각의 케이블 지름방향의 폭은 서로 동일하기 때문에, 폭(W1)은 각 집합연선(321)의 케이블 지름방향의 폭이 된다. 외주측 도체층(33)에 대해서도 동일하다. 그러나, 실제로는 내주측 도체층(32)을 구성하는 복수의 집합연선(321)은 케이블 지름방향의 폭이 서로 다를 것이 예상되고, 이러한 경우, 폭(W1)은 복수의 집합연선(321) 중에서 케이블 지름방향의 폭이 가장 작은 집합연선(321)의 폭이 된다. 폭(W2)에 대해서도 동일하다.

도3은, 도2에 있어서 2점쇄선으로 둘러싼 부분을 확대한 도면이다. 내부도체(3)를 구성하는 집합연선(321, 331)은, 예를 들면, 0.20mm 이하의 직경을 구비하는 가는 소선(30)을 다수 연선하여 이루어진다. 이와 같이, 집합연선(321, 331)을 가늘고 또한 다수의 소선(30)으로 구성함으로써, 예를 들면, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작할 때에, 집합연선(321, 331) 사이의 미소한 간극으로 밀려나도록 각 집합연선(321, 331)이 변형됨으로써, 가동부용 케이블(1) 내에 발생하는 응력이 분산되어진다. 각 집합연선(321, 331)을 구성하는 소선(30)은, 100개 이상이 바람직하고, 150개 이상이 보다 더 바람직하다. 본 형태에 있어서, 내부도체(3)를 구성하는 18개의 집합연선(321, 331)은, 서로 같은 직경의 소선(30)을 서로 동일한 수만큼 구비한다. 집합연선(321, 331)의 소선(30)은, 예를 들어 연동선(軟銅線), 주석도금 연동선, 구리합금선, 알루미늄선, 알루미늄 합금선 등의 도선(導線)(금속선)으로 이루어진다. 집합연선(321)과 집합연선(331)은 서로 다른 금속선으로 구성되어 있더라도 좋다. 예를 들면, 내주측 도체층(32)을 구성하는 복수의 집합연선(321)이 알루미늄선 또는 알루미늄 합금선으로 이루어지는 소선으로 구성되고, 외주측 도체층(33)을 구성하는 복수의 집합연선(331)이 연동선 또는 구리합금선으로 이루어지는 소선으로 구성되더라도 좋다. 집합연선(321)과 집합연선(331)을 서로 다른 금속선으로 구성한 내부도체(3)로 함으로써, 구리의 사용량을 저감할 수 있고, 또한 소경의 케이블(1)로 할 수 있다.

절연체(4)는 내부도체(3)를 외주측에서 덮고 있다. 절연체(4)는, 전기적 절연성을 구비하는 수지(樹脂)를 비중공 압출성형(非中空壓出成形)(튜브 압출성형)에 의해 원통모양으로 형성하여 이루어진다. 절연체(4)를 비중공 압출성형에 의하여 형성함으로써, 외주측 도체층(33)에 있어서 이웃하는 집합연선(331) 상호간의 사이와 절연체(4)로 둘러싸인 간극(S)이 형성된다. 간극(S)이 형성되는 것에 의하여, 쿠션부재(2)의 케이블 지름방향으로의 변형을 따라 절연체(4) 내에서 내부도체(3)의 각 소선(30)이 간극(S)으로 밀리도록 움직이기 쉬워진다. 즉, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대하여, 소선(30)이 적절하게 간극(S)으로 밀리도록 내부도체(3)가 케이블 지름방향으로 변형되기 쉬워진다. 이에 따라, 내부도체(3)에 발생하는 응력을 저감이 가능하게 되는 결과로 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성이 향상된다.

절연체(4)는, 되도록이면 내부도체(3)를 케이블 지름방향으로 가압하지 않도록 설치되어 있는 것이 바람직하고, 절연체(4)와 내부도체(3)가 케이블 길이방향으로 상대적으로 이동할 수 있도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가동부용 케이블(1)을 직선모양으로 한 상태에서, 절연체(4)의 단부(端部)로부터 내부도체(3)의 단부를 케이블 길이방향으로 잡아 당겼을 때에, 내부도체(3)가 절연체(4)에 대하여 케이블 길이방향으로 이동할 수 있으면 좋다.

본 형태에 있어서 절연체(4)는 불소수지로 이루어진다. 그리고, 도2에 나타내는 바와 같이, 절연체(4)의 두께(T)는, 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 직경보다 작다. 여기에서 말하는 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 직경이란, 모선꼬임되기 전(前)의 대략 원모양으로 연선된 집합연선(321, 331)(즉, 편평화되어 있지 않은 집합연선(321, 331))에 있어서의 외접원(外接圓)의 직경이다. 집합연선(321, 331)의 직경은, 집합연선(321, 331)을 구성하는 소선(30)의 직경 및 수에 의거하여 이론적으로 산출할 수도 있고, 모선꼬임 전의 집합연선(321, 331) 단체(單體)의 직경을 직접 측정해서 얻을 수도 있다. 본 형태에 있어서, 절연체(4)의 두께(T)는, 내주측 도체층(32)을 구성하는 복수의 집합연선(321)의 상기의 폭(W1)과, 외주측 도체층(33)을 구성하는 복수의 집합연선(331)의 상기의 폭(W2)의 각각보다 작다. 또한, 절연체(4)의 두께(T)는 재킷(7)의 두께 및 시스(9)의 두께의 각각보다 작다. 특히, 본 형태에 있어서, 절연체(4)의 두께(T)는, 재킷(7)의 두께의 반 정도 및 시스(9)의 두께의 반 정도의 각각보다 작다. 이에 따라, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.

외부도체(5)는 절연체(4)의 외주부(外周部)를 덮고 있다. 외부도체(5)는, 절연체(4)의 외주부에 복수의 집합연선(51)을 가로로 감아서 이루어진다. 도2에 있어서, 외부도체(5)의 가로로 감는 방향을 복수의 집합연선(51) 위에 1점쇄선의 화살표로 나타내고 있고, 외부도체(5)의 각 집합연선(51)의 꼬임방향을 1개의 집합연선(51) 위에 파선의 화살표로 나타내고 있다. 외부도체(5)의 가로로 감는 방향은 내주측 도체층(32)의 모선꼬임방향 및 외주측 도체층(33)의 모선꼬임방향과 동일하다. 또한, 외부도체(5)를 구성하는 각 집합연선(51)의 꼬임방향은, 외부도체(5)의 가로로 감는 방향과 동일방향으로서, 내주측 도체층(32)을 구성하는 집합연선(321)의 자선꼬임방향 및 외주측 도체층(33)을 구성하는 집합연선(331)의 자선꼬임방향과 반대방향이다.

외부도체(5)를 구성하는 집합연선(51)의 수는 내부도체(3)를 구성하는 집합연선(321, 331)의 합계수(본 형태에 있어서는 18개)와 동일하다. 또한, 외부도체(5)를 구성하는 각 집합연선(51)의 소선(50)의 직경 및 수는, 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 소선(30)의 직경 및 수와 동일하다. 그리고, 케이블 길이방향과 직교하는 가동부용 케이블(1)의 단면에 있어서, 외부도체(5)의 단면적은 내부도체(3)의 단면적과 동등하다. 또한, 설계값에 있어서, 외부도체(5)의 단면적과 내부도체(3)의 단면적이 동일하지만, 제조오차 등에 의해 이들이 약간 다른 경우에도, 외부도체(5)의 단면적은 내부도체(3)의 단면적과 동등하다고 한다. 일례로서, 내부도체(3)가 외부전원의 정극(正極)에 접속되고, 외부도체(5)가 외부전원의 부극(負極)에 접속되는 경우 등에 있어서, 내부도체(3)와 외부도체(5)의 전기저항값을 동일하게 하는 것이 바람직하다. 외부도체(5)의 집합연선(51)의 소선(50)은, 예를 들어 연동선, 주석도금 연동선, 구리합금선 등의 도선으로 이루어진다.

테이프(6)는 외부도체(5)의 외주에 나선상으로 가로로 감겨져 있다. 테이프(6)로서는, 예를 들어 종이 테이프, 수지 테이프 등을 사용할 수 있다. 테이프(6)는, 외부도체(5)를 절연체(4)의 외주부에 감은 후에 외부도체(5)의 가로로 감기가 풀리는 것을 억제하는 역할을 구비한다.

재킷(7)은 테이프(6)을 외주측에서 덮고 있다. 재킷(7)은, 예를 들어 PVC(폴리염화비닐) 등의 전기적 절연성을 구비하는 수지를 원통모양으로 형성하여 이루어진다.

실드층(8)은 재킷(7)을 외주측에서 덮고 있다. 본 형태에 있어서, 실드층(8)은 복수의 소선을 편조(編組)한 편조실드(編組 shield)로 이루어진다. 실드층(8)에 사용되는 소선은, 연동선, 주석도금 연동선, 구리합금선 등의 도선으로 이루어진다. 외부도체(5)의 외주측에 추가로 실드층(8)을 설치함으로써, 외부로부터의 전자기 노이즈(電磁氣 noise)에 대한 실드 특성을 높일 수 있다. 또한, 실드층(8)은, 편조실드가 아니라, 예를 들어 외부도체(5)와 같이 복수의 집합연선을 나선상으로 가로로 감은 것이더라도 좋다.

시스(9)는 실드층(8)을 외주측에서 덮고 있다. 시스(9)는, 예를 들어 PVC 등의 전기적 절연성을 구비하는 수지를 원통모양으로 형성하여 이루어진다.

(실시형태의 작용 및 효과)

본 형태의 가동부용 케이블(1)은, 내부도체(3)의 내주측에 배치됨과 아울러 내부도체(3)로부터 힘이 가해졌을 때에 케이블 지름방향으로 변형될 수 있는 쿠션부재(2)를 구비한다. 이에 따라, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작 시에, 내부도체(3)가 쿠션부재(2)를 향하여 변형될 수 있어, 내부도체(3)에 발생하는 응력이 저감된다. 그 결과, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 내부도체(3)가 쿠션부재(2)를 향하여 변형되기 쉽게 됨으로써, 절연체(4)에 걸리는 부하도 저감되어 절연체(4)의 절연파괴의 발생을 억제할 수 있다. 예를 들면, 3000V 이상의 전압이 인가됨과 아울러 60A 이상의 전류가 통전되는 상태에서 U자 굴곡동작이 부여되었을 경우이더라도 절연체(4)의 절연파괴의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 내부도체(3)는, 복수의 집합연선(321, 331)을 연선하여 이루어지는 도체층(31)을 케이블 지름방향으로 복수층으로 적층하여 이루어진다. 이에 따라, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작 시에, 각 도체층(31)의 각 집합연선(321, 331)이 한층 더 자유롭게 케이블 지름방향이나 케이블 둘레방향으로 변형되기 쉬워져, 내부도체(3)의 응력이 각 도체층(31)의 각 집합연선(321, 331)으로 분산되어지기 쉬워진다. 그 결과, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작에 대한 내구성을 향상시킬 수 있음과 아울러 절연체(4)에 걸리는 부하를 저감하고, 절연체(4)의 절연파괴 발생을 억제할 수 있다.

또한, 쿠션부재(2)는 복수의 스프사를 구비한다. 스프사로 쿠션부재(2)를 구성함으로써, 다른 섬유(예를 들어 아라미드 섬유, 카본 섬유, 폴리아미드 섬유) 등으로 쿠션부재(2)를 구성했을 경우와 비교하여 현저하게 쿠션부재(2)의 쿠션 성능이 향상된다.

또한, 쿠션부재(2)는 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 소선(30)의 수보다 많은 스프사를 구비한다. 스프사를 많게 하기 위해서는 스프사의 굵기는 가늘게 할 필요가 있다. 본 형태에 있어서는, 10번수∼60번수의 비교적 가는 스프사를 다수 사용함으로써, 쿠션부재(2)의 쿠션 성능을 보다 더 향상시킬 수 있다.

또한, 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)은 100개 이상의 소선(30)을 연선하여 이루어진다. 이와 같이, 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)을 다수의 소선(30)으로 구성함으로써, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작 시에 내부도체(3)가 변형되기 쉬워진다.

또한, 케이블 길이방향과 직교하는 가동부용 케이블(1)의 단면에 있어서, 내주측 도체층(32)을 구성하는 복수의 집합연선(321) 중에서 가장 케이블 지름방향의 폭이 작은 집합연선(321)의 폭(W1)은, 내주측 도체층(32) 이외의 도체층(31)(본 형태에 있어서는 외주측 도체층(33))을 구성하는 복수의 집합연선(331) 중에서 가장 케이블 지름방향의 폭이 작은 집합연선의 폭(W2)보다 작다. 여기에서, 내주측 도체층(32)에는 그 외주측에서 외주측 도체층(33)이 연선되기 때문에, 내주측 도체층(32) 쪽이 외주측 도체층(33)보다 케이블 지름방향의 압력을 받기 쉽다. 따라서, 복수의 도체층(31) 중에서 케이블 지름방향의 압력을 받기 쉬운 내주측 도체층(32)이 다른 도체층(31)에 비하여 편평화됨으로써, 보다 더 압력을 받기 쉬운 내주측 도체층(32)에 발생하는 응력이 효과적으로 완화된다.

또한, 인접하는 도체층(31) 상호간(즉, 내주측 도체층(32) 및 외주측 도체층(33))은, 서로 복수의 집합연선(321, 331)의 꼬임방향(모선꼬임방향)이 동일한 방향이다. 그 때문에, 내주측 도체층(32)을 구성하는 집합연선(321)은 외주측 도체층(33)에 있어서 인접하는 집합연선(331)의 사이로 파고들어가도록 변형되는 것이 가능해짐과 아울러, 외주측 도체층(33)을 구성하는 집합연선(331)은 내주측 도체층(32)에 있어서 인접하는 집합연선(321)의 사이로 파고들어가도록 변형되는 것이 가능해진다. 그 때문에, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작 시에 내부도체(3)가 보다 더 변형되기 쉬워진다.

또한, 절연체(4)의 외주측을 덮는 외부도체(5)를 추가로 구비하고, 외부도체(5)는 복수의 집합연선(51)을 가로로 감아서 이루어진다. 이와 같이, 외부도체(5)를 복수의 집합연선(51)을 가로로 감아서 구성함으로써, 가동부용 케이블(1)의 U자 굴곡동작 시에 외부도체(5)가 변형되기 쉬워진다. 이에 따라, 외부도체(5)에 발생하는 응력을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 외부도체(5)와 내부도체(3)로 둘러싸이는 절연체(4)에 과도한 부담이 걸리는 것을 억제할 수 있고, 절연파괴의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 외부도체(5)에 있어서 복수의 집합연선(51)의 가로로 감는 방향과, 복수의 도체층(31)의 각각에 있어서 복수의 집합연선(321, 331)의 꼬임방향(모선꼬임방향)은 동일한 방향이다. 그 때문에, 가동부용 케이블(1)의 생산성을 향상시키기 쉽다.

또한, 가동부용 케이블(1)의 길이방향과 직교하는 단면에 있어서, 외부도체(5)의 단면적은 내부도체(3)의 단면적과 동등하다. 그 때문에, 내부도체(3)와 외부도체(5)의 전기저항값을 동일하게 할 수 있다.

또한, 절연체(4)는 불소수지로 이루어지고, 절연체(4)의 두께(T)는 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 직경보다 작다. 그 때문에, 절연체(4)에 의해 내부도체(3)와 외부도체(5)의 사이의 전기적 절연성을 확보할 수 있음과 아울러, 절연체(4)의 가요성을 향상시킬 수 있음에 따라 가동부용 케이블(1) 전체의 가요성을 향상시킬 수 있다.

위처럼, 본 형태에 의하면 굴곡에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 케이블을 제공할 수 있다.

[실험예]

실시형태에서 설명한 가동부용 케이블과 동일한 구성을 구비하는 시료(100)을 준비하여 U자 굴곡시험을 시행한다. U자 굴곡시험에 있어서는, 도4에 나타내는 바와 같이, 시료(100)의 일단(一端)을 기준부(11)에 고정함과 아울러, 시료(100)의 타단(他端)을 시료(100)의 외경(약20mm)의 약3배의 곡률반경(R)(60mm)으로 U자모양으로 구부려서 슬라이드부(12)에 고정하고, 스트로크 길이(L)가 300mm가 되도록 슬라이드부(12)을 기준부(11)에 대하여 슬라이드 이동시켰다. 시료(100)의 타단을 도시(圖示)한 화살표(A) 방향으로 스트로크 길이(L)만큼 슬라이드 이동시키고, 그 후 화살표(B)의 방향으로 스트로크 길이(L)만큼 슬라이드 이동시키는 1사이클(cycle)을 1회로 하고, 60회/분의 속도로 슬라이드 동작을 750만회 실시했다. 또한, 본 시험 시에 있어서의 시료(100)(가동부용 케이블)의 곡률반경(R)(즉, 시료(100)의 외경의 약3배)은, 가동부용 케이블을 산업용 로봇 등의 용도에서 실제로 사용할 때의 가동부용 케이블의 굴곡부의 곡률반경보다 작은 곡률반경을 상정하고 있다. 즉, 본 실험예의 시험조건은, 실제의 가동부용 케이블로서 장치에 배선될 때의 사용조건보다 엄격한 조건으로 되어 있다.

U자 굴곡시험의 결과, 시료(100)는 750만회의 반복 U자 굴곡동작을 한 경우이더라도 시료(100) 내부에 파단(破斷)은 발생하지 않았다. 즉, 실시형태에서 설명한 구성을 구비하는 가동부용 케이블은, 반복적인 U자 굴곡동작에 대한 내구성이 높은 것을 알았다.

또한, 동일한 U자 굴곡시험을 시료(100)의 굴곡반경이 300mm로 하여 슬라이드 동작을 1000만회 실시한 경우에도, 시료(100) 내부에 파단은 발생하지 않았다.

(실시형태의 정리)

다음에, 이상에서 설명한 실시형태로부터 파악되는 기술사상(技術思想)에 대하여 실시형태에 있어서의 부호 등을 원용(援用)해서 기재한다. 다만, 이하의 기재에 있어서의 각 부호 등은, 특허청구범위에 있어서의 구성요소를 실시형태에 구체적으로 나타낸 부재 등에 한정하는 것은 아니다.

[1]쿠션부재(2)와, 상기 쿠션부재(2)의 외주측에 배치된 내부도체(3)와, 상기 내부도체(3)를 외주측에서 피복하는 절연체(4)를 구비하고, 상기 쿠션부재(2)는, 상기 내부도체(3)로부터의 힘에 의해 케이블 지름방향으로 변형이 가능하게 구성되어 있고, 상기 내부도체(3)는, 복수의 집합연선(321, 331)을 연선하여 이루어지는 도체층(31)을 케이블 지름방향으로 복수층으로 적층하여 이루어지는 케이블(1).

[2]케이블 길이방향과 직교하는 단면에 있어서, 상기 쿠션부재의 단면적은 상기 내부도체를 구성하는 각 집합연선의 단면적보다 큰, [1]에 기재되어 있는 케이블.

[3]상기 쿠션부재(2)는 복수의 스프사를 구비하는, [1] 또는 [2]에 기재되어 있는 케이블(1).

[4]상기 쿠션부재(2)는, 상기 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 소선(30)의 수보다 많은 상기 스프사를 구비하는, [3]에 기재되어 있는 케이블(1).

[5]상기 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)은, 100개 이상의 소선(30)을 연선하여 이루어지는, [1] 내지 [4]중의 어느 하나에 기재되어 있는 케이블(1).

[6]복수층의 상기 도체층(31) 중에서 내주단에 위치하는 것을 내주측 도체층(32)이라고 했을 때, 케이블 길이방향과 직교하는 단면에 있어서, 상기 내주측 도체층(32)을 구성하는 복수의 집합연선(321) 중에서 가장 케이블 지름방향의 폭이 작은 집합연선(321)의 폭(W1)은, 상기 내주측 도체층(32) 이외의 상기 도체층(31)을 구성하는 복수의 집합연선(331) 중에서 가장 케이블 지름방향의 폭이 작은 집합연선(331)의 폭(W2)보다 작은, [1] 내지 [5]중의 어느 하나에 기재되어 있는 케이블(1).

[7]인접하는 상기 도체층(31)끼리는, 서로 복수의 집합연선(321, 331)의 꼬임방향이 동일한 방향인, [1] 내지 [6]중의 어느 하나에 기재되어 있는 케이블(1).

[8]상기 절연체(4)의 외주측을 덮는 외부도체(5)를 더 구비하고, 상기 외부도체(5)는 복수의 집합연선(51)을 가로로 감아서 이루어지는, [1] 내지 [7]중의 어느 하나에 기재되어 있는 케이블(1).

[9]상기 외부도체(5)에 있어서 복수의 집합연선(51)의 가로로 감는 방향과, 복수의 상기 도체층(31)의 각각에 있어서 복수의 집합연선(321, 331)의 꼬임방향은 동일한 방향인, [8]에 기재되어 있는 케이블(1).

[10]케이블 길이방향과 직교하는 단면에 있어서, 상기 외부도체(5)의 단면적은 상기 내부도체(3)의 단면적과 동등한, [9]에 기재되어 있는 케이블(1).

[11]상기 절연체(4)는 불소수지로 이루어지고, 상기 절연체(4)의 두께(T)는 상기 내부도체(3)를 구성하는 각 집합연선(321, 331)의 직경보다 작은, [1] 내지 [10]중의 어느 하나에 기재되어 있는 케이블(1).

(부기)

이상에서, 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 상기한 실시형태는 특허청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시형태 중에서 설명한 특징의 조합의 모두가 발명의 과제를 해결하기 위한 수단에 필수적이라고는 할 수 없다는 점에 유의해야 한다. 또한, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변형하여 실시할 수 있다.

1… 케이블
2… 쿠션부재
3… 내부도체
30… 소선
31… 도체층
32… 내주측 도체층
33… 외주측 도체층
321… 내주측 도체층의 집합연선
331…외주측 도체층의 집합연선
4… 절연체
5… 외부도체
51… 외부도체의 집합연선
T… 절연체의 두께

Claims (11)

1. 쿠션부재(cusion 部材)와,
   상기 쿠션부재의 외주측(外周側)에 배치된 내부도체와,
   상기 내부도체를 외주측에서 피복하는 절연체(絶緣體)를
   구비하고,
   상기 쿠션부재는, 상기 내부도체로부터의 힘에 의해 케이블 지름방향으로 변형이 가능하게 구성되어 있고,
   상기 내부도체는, 복수의 집합연선을 연선하여 이루어지는 도체층을 케이블 지름방향으로 복수층으로 적층(積層)하여 이루어지는
   케이블.
2. 제1항에 있어서,
   케이블 길이방향과 직교하는 단면에 있어서, 상기 쿠션부재의 단면적은 상기 내부도체를 구성하는 각 집합연선의 단면적보다 큰 케이블.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 쿠션부재는 복수의 스프사(staple fiber 絲)을 구비하는 케이블.
4. 제3항에 있어서,
   상기 쿠션부재는, 상기 내부도체를 구성하는 각 집합연선의 소선(素線)의 수보다 많은 상기 스프사를 구비하는 케이블.
5. 제1항 내지 제4항중의 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 내부도체를 구성하는 각 집합연선은, 100개 이상의 소선을 연선하여 이루어지는 케이블.
6. 제1항 내지 제5항중의 어느 하나의 항에 있어서,
   복수층의 상기 도체층 중에서 내주단(內周端)에 위치하는 것을 내주측 도체층이라고 했을 때,
   케이블 길이방향과 직교하는 단면에 있어서, 상기 내주측 도체층을 구성하는 복수의 집합연선 중에서 가장 케이블 지름방향의 폭이 작은 집합연선의 폭은, 상기 내주측 도체층 이외의 상기 도체층을 구성하는 복수의 집합연선 중에서 가장 케이블 지름방향의 폭이 작은 집합연선의 폭보다 작은 케이블.
7. 제1항 내지 제6항중의 어느 하나의 항에 있어서,
   인접하는 상기 도체층끼리는, 서로 복수의 집합연선의 꼬임방향이 동일한 방향인 케이블.
8. 제1항 내지 제7항중의 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 절연체의 외주측을 덮는 외부도체를 더 구비하고,
   상기 외부도체는 복수의 집합연선을 가로로 감아서 이루어지는
   케이블.
9. 제8항에 있어서,
   상기 외부도체에 있어서 복수의 집합연선의 가로로 감는 방향과, 복수의 상기 도체층의 각각에 있어서 복수의 집합연선의 꼬임방향은
   동일한 방향인 케이블.
10. 제9항에 있어서,
    케이블 길이방향과 직교하는 단면에 있어서, 상기 외부도체의 단면적은 상기 내부도체의 단면적과 동등한 케이블.
11. 제1항 내지 제10항중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 절연체는 불소수지로 이루어지고,
    상기 절연체의 두께는 상기 내부도체를 구성하는 각 집합연선의 직경보다 작은
    케이블.

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