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公開番号2021027050
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2020152086
出願日20200910
発明の名称ケーブル
出願人日立金属株式会社
代理人特許業務法人平田国際特許事務所
主分類H01B 7/04 20060101AFI20210125BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】従来よりも安価な材料からなる絶縁電線を用いた場合であっても、屈曲や捻回に対する耐性が高い可動部用ケーブルを提供する。
【解決手段】可動部用ケーブル1は、複数本の線状体で構成される介在2と、介在2と接するように設けられた複数本の絶縁電線3と、複数本の絶縁電線3の周囲に設けられた押さえ巻テープ4と、押さえ巻テープ4の周囲に設けられたシース5と、を備え、複数本の絶縁電線3の少なくとも一部は、周方向に隣り合う絶縁電線3同士の間に介在2が入り込んでいることによって絶縁電線3同士が互いに離間するように撚り合わせられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
複数本の線状体で構成される介在と、
前記介在と接するように設けられた複数本の絶縁電線と、
前記複数本の絶縁電線の周囲に設けられた押さえ巻きテープと、
前記押さえ巻きテープの周囲に設けられたシースと、を備え、
前記複数本の絶縁電線の少なくとも一部は、周方向に隣り合う前記絶縁電線同士の間に前記介在が入り込んでいることによって前記絶縁電線同士が互いに離間するように撚り合わせられている、
可動部用ケーブル。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
周方向に隣り合う前記絶縁電線同士と前記絶縁電線同士の周囲に接触して設けられた前記押さえ巻きテープとで囲まれる部分には、前記介在が充填されていない空隙部を有する、
請求項1に記載の可動部用ケーブル。
【請求項3】
前記複数本の絶縁電線は、外径の異なる2種類の絶縁電線が周方向に沿って配置されている、
請求項1または2に記載の可動部用ケーブル。
【請求項4】
前記複数本の絶縁電線は、ケーブル中心に設けられた前記介在の周囲に撚り合わせられた複数本の内層用電線と、前記内層用電線の周囲に設けられた前記介在の周囲に撚り合わせられた複数本の外層用電線と、を有し、
前記複数本の内層用電線と前記複数本の外層用電線との間が前記介在によって離間されており、かつ周方向に隣り合う前記内層用電線同士及び周方向に隣り合う前記外層用電線同士が前記介在によって互いに離間されている、
請求項1または2に記載の可動部用ケーブル。
【請求項5】
前記介在が入りこんでいることによって互いに離間した前記絶縁電線同士の間に存在する前記介在の外面からケーブル中心までの距離L3は、前記絶縁電線の前記介在と接する外面から前記ケーブル中心までの最小距離L1よりも大きく、かつ前記絶縁電線の中心から前記ケーブル中心までの距離L2と同じかそれよりも小さい、
請求項1乃至4の何れか1項に記載の可動部用ケーブル。
【請求項6】
前記絶縁電線は、導体と、前記導体の周囲を覆う絶縁体と、を有し、
前記絶縁体は、ポリプロピレンをベースとする樹脂組成物からなり、
前記シースは、ポリ塩化ビニルをベースとする樹脂組成物からなる、
請求項1乃至5の何れか1項に記載の可動部用ケーブル。
【請求項7】
前記絶縁電線は、導体と、前記導体の周囲を覆う絶縁体と、を有し、
前記導体は、外径が0.12mm以上0.26mm以下の素線を撚り合わせた撚線導体からなる、
請求項1乃至6の何れか1項に記載の可動部用ケーブル。
【請求項8】
前記2種類の絶縁電線は、電源線と、前記電源線よりも外径が小さい信号線と、で構成され、前記信号線が前記介在を挟んで径方向に対向するように配置されている、
請求項3に記載の可動部用ケーブル。
【請求項9】
前記内層用電線は、前記外層用電線よりも外径が小さい、
請求項4に記載の可動部用ケーブル。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、可動部用ケーブルに関する。
続きを表示(約 7,500 文字)【背景技術】
【0002】
ロボット等の可動部に使用される可動部用ケーブルとして、複数本の絶縁電線をシースで覆ったものがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、同じ外径(同じ寸法仕様)のコア同士が互いに接触する状態で撚り合わせられた構造の可動部用ケーブルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5307981号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
可動部用ケーブルでは、繰り返し屈曲や捻回が付与されるために、屈曲や捻回に対する耐性が高いこと、すなわち、屈曲や捻回を繰り返し付与しても絶縁電線が断線しにくいことが望まれる。
【0005】
そこで、本発明は、屈曲や捻回に対する耐性が高い可動部用ケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、複数本の線状体で構成される介在と、 前記介在と接するように設けられた複数本の絶縁電線と、前記複数本の絶縁電線の周囲に設けられた押さえ巻きテープと、前記押さえ巻きテープの周囲に設けられたシースと、を備え、前記複数本の絶縁電線の少なくとも一部は、周方向に隣り合う前記絶縁電線同士の間に前記介在が入り込んでいることによって前記絶縁電線同士が互いに離間するように撚り合わせられている、可動部用ケーブルを提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、屈曲や捻回に対する耐性が高い可動部用ケーブルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明の一実施の形態に係る可動部用ケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。
(a),(b)は、絶縁電線同士の接触について説明するための説明図である。
本発明の一変形例に係る可動部用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。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[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。
【0010】
図1は、本実施の形態に係る可動部用ケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。可動部用ケーブル1は、例えば、ロボットアーム等の産業用ロボットの可動部用の配線として用いられるものである。
【0011】
図1に示すように、可動部用ケーブル1は、中心介在2と、中心介在2の周囲に設けられた複数本の絶縁電線3と、複数本の絶縁電線3の周囲に設けられたシース5と、を備えている。
【0012】
可動部用の配線として用いられる可動部用ケーブル1では、屈曲や捻回に対する耐性(以下、単に耐屈曲性という)に優れることが要求される。従来、絶縁電線3の絶縁体32として耐摩耗性に優れたフッ樹脂を用いたり、絶縁電線3の導体31として非常に細い(例えば外径が0.08mm以下の)素線を用いた撚線導体を用いたりして、耐屈曲性の向上を図っていた。しかし、フッ素樹脂は高価であり、導体31に非常に細い素線を用いることもコストアップに繋がっていた。すなわち、可動部用ケーブルでは、従来よりも安価なものとすることも望まれる。
【0013】
より安価な可動部用ケーブルとするためには、従来よりも安価な材料からなる絶縁電線を使用することが考えられる。例えば、絶縁電線を構成する導体に従来の素線(例えば、0.08mmの外径)よりも外径の大きい素線(例えば、0.12mmの外径の素線)を適用して素線の本数を半分程度に減らすことにより、これまでと断面積が同じで材料コストや製造コストを低減した導体にすることが考えられる。また、絶縁電線を構成する絶縁体に、フッ素樹脂や熱可塑性ポリエステルエラストマーなどを主成分とする樹脂組成物よりも安価で汎用性の高い樹脂組成物(例えば、ポリプロピレン樹脂を主成分とする樹脂組成物など)を適用することが考えられる。
【0014】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、従来よりも外径の大きい素線を適用して素線の本数を減らした場合では、外径の小さい素線を適用して素線の本数が多い場合に比べて、繰り返し屈曲や捻回に対する耐性が低下してしまうことがある。また、絶縁体にフッ素樹脂や熱可塑性ポリエステルエラストマーなどを主成分とする樹脂組成物よりも安価で汎用性の高い樹脂を適用した場合では、絶縁体が摩耗しやすくなるため、繰り返し屈曲や捻回に対する耐性が低下してしまうことがある。
【0015】
そこで、本発明者らは、従来よりも安価な材料を用いた絶縁電線に対して繰り返し屈曲や捻回が与えられた際に絶縁電線3が断線するメカニズムについて改めて検討を行った。その結果、屈曲や捻回による絶縁電線3同士の擦れが、絶縁電線3の断線に非常に大きな影響を与えていることを見出した。さらに検討を進めたところ、絶縁電線3同士を離間させて屈曲時等に互いに擦れないように絶縁電線3同士の間に介在を配置しておけば、比較的耐摩耗性の低いポリプロピレン等の樹脂を絶縁体32に用いたり、あるいは比較的太い(例えば外径が0.12mm以上)の素線を導体31に用いたりしても、従来と同等の良好な耐屈曲性を実現できることを見出し、本発明に至った。
【0016】
すなわち、本実施の形態に係る可動部用ケーブル1は、シース5内において複数本の絶縁電線3が、介在によって互いに離間するように撚り合わせられているものである。これにより、絶縁電線3の絶縁体32にフッ素樹脂等の高価な樹脂を用いたり、導体31に非常に細い素線を用いたりすることなく、低コストに耐屈曲性が高い可動部用ケーブル1を実現することが可能になる。以下、可動部用ケーブル1の各部の詳細について説明する。なお、隣り合う絶縁電線3同士が介在によって互いに離間していることや離間する距離については、例えば、光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いて観察することができる。
【0017】
(中心介在2)
中心介在2は、屈曲時に応力が集中するケーブル中心に配置されている。例えば、ケーブル中心に絶縁電線3を配置すると、当該絶縁電線3に応力が集中して断線等の不具合が生じやすくなるおそれがある。また、中心介在2は、絶縁電線3を撚り合わせる際の心材としての役割を果たしている。中心介在2の充填量を増やすことで、中心介在2全体の外径を大きくし、絶縁電線3同士を離間させることができる。つまり、本実施の形態では、中心介在2の充填量を十分に多くすることで、その周囲に配置される絶縁電線3を互いに離間させている。
【0018】
中心介在2は、中心介在2と絶縁電線3とが接触する部分において絶縁体32の外面が摩耗しにくくできるもので構成されているとよい。また、中心介在2は、絶縁電線3の外径よりも小さい複数本の線状体で構成されているとよい。なお、中心介在2は、複数本の絶縁電線3と同じ撚り方向で複数本の線状体が撚り合わせられていてもよい。さらに、中心介在2は、繰り返し曲げを行ったときに、絶縁電線3が周方向に動くことができ、かつ、絶縁電線3同士が接触しにくくすることができるような弾性をもつものが好ましい。さらにまた、中心介在2は、可動部用ケーブル1を繰り返し曲げたときに絶縁電線3に加わる応力を吸収するようなクッション性をもつものが好ましい。なお、複数本の線状体は、隣り合う絶縁電線3同士が離間する部分に入り込みやすく、上述した弾性やクッション性を得られやすくするために、絶縁電線3同士が離間する部分の大きさ(隣り合う一方の絶縁電線3の外面から他方の絶縁電線3の外面までの直線距離の最小値)よりも小さい外径であるとよい。中心介在2を構成する複数本の線状体としては、例えば、スフ糸(ステープルファイバー糸)等の繊維で構成される糸状体を用いることができる。なお、中心介在2に用いる線状体は、スフ糸等の繊維で構成される糸状体に限らず、例えば、樹脂等を押出して構成される紐や和紙等の紙、不織布等で構成されるものも用いることができる。また、中心介在2として線状体に限らず、例えば帯状のものを用いることもできる。中心介在2は、これらの線状体の中でも糸状体を用いた場合に、上述した弾性やクッション性がより得られやすい。
【0019】
(絶縁電線3)
絶縁電線3は、導体31と、導体31の周囲を覆う絶縁体32と、を有している。本実施の形態では、複数本の絶縁電線3は、外径の異なる複数種類の絶縁電線を含んでいる。図2では、電源供給用の電源線33を8本有すると共に、電源線33よりも外径が小さい信号伝送用の信号線34を2本有しており、合計10本の絶縁電線3を有している。ただし、絶縁電線3の本数はこれに限定されるものではない。また、外径の異なる3種類以上の絶縁電線3を有していてもよい。また、全ての絶縁電線3が同じ外径であってもよい。
【0020】
長手方向に垂直な断面(横断面)において、2本の信号線34は、中心介在2を挟んで径方向に対向するように配置されており、周方向における2本の信号線34の間に、それぞれ4本ずつの電源線33が配置されている。これら10本の絶縁電線3は、中心介在2の外周に沿って中心介在2に接触しながら並ぶように配置されており、周方向に隣り合う絶縁電線3同士の間に中心介在2が入り込んでいることによって隣り合う絶縁電線3同士が互いに離間するように設けられている。つまり、電源線33と信号線34とは中心介在2によって周方向に離間され互いに接触しないようにされ、また、電源線33同士も周方向に離間され互いに接触しないようにされる。各絶縁電線3を離間させる距離(隣り合う一方の絶縁電線3の外面から他方の絶縁電線3の外面までの直線距離の最小値)については、使用時(可動部用ケーブル1に屈曲あるいは捻回が加えられたとき)に絶縁電線3同士が接触しない程度の距離とすればよく、0.1mm以上0.3mm以下とすればよい。なお、絶縁電線3を離間させる距離は、介在の充填量によって適宜調整することができる。
【0021】
周方向に隣り合う絶縁電線3同士と当該絶縁電線3同士の周囲に接触して設けられた部材(例えば、押さえ巻テープ4あるいは押さえ巻テープ4が設けられていない場合はシース5)との間は、中心介在2が充填されていない空隙部7となっている。空隙部7を有することにより、周方向に隣り合う絶縁電線3同士が離間する程度に中心介在2の充填量を多くしても、絶縁電線3が動きやすくなり、可動部用ケーブル1も硬くなりにくいため、可動部用ケーブル1を繰り返し屈曲や捻回した際に、絶縁電線3に負荷がかかりにくくなる。その結果、絶縁電線3が断線しにくくなる。
【0022】
ケーブル中心C1から絶縁電線3の介在(中心介在2)と接する外面までの最少距離を距離L1とし、ケーブル中心C1から絶縁電線3の中心C2までの距離を距離L2とし、ケーブル中心C1から絶縁電線3同士の間に存在する介在(中心介在2)の外面までの距離を距離L3とする。可動部用ケーブル1では、距離L3は、距離L1よりも大きく、かつ、距離L2と同じかそれよりも小さい。ここで、距離L2は、距離L1に絶縁電線3の半径rを加えた値と等しいことから、距離L3は、以下の関係を満たすように絶縁電線3同士の間に入り込んでいることがよい。
(距離L1)<(距離L3)≦(距離L1+r)
【0023】
さらに、絶縁電線3同士が接触して擦れてしまうことを防止しやすくすることと、可動部用ケーブル1を曲げたときの可動部用ケーブル1の曲げ易さを効率よく得る観点からは、距離L3は、以下の関係を満たすことがより好ましい。
(距離L1+r/3)<(距離L3)<(距離L1+r)
【0024】
なお、全ての絶縁電線3が互いに離間されていることが好ましいが、図2(a)において破線で囲った部分に示されるように、絶縁電線3同士が周方向において接触している部分があってもよい。より具体的には、任意の絶縁電線3において、周方向に隣り合う両側の2つの絶縁電線3のうち、少なくとも一方の絶縁電線3が、中心介在2によって離間されている構成であればよい。可動部用ケーブル1を繰り返し曲げた際に、絶縁電線3同士が接触していない方向に移動することができるため、絶縁電線3同士が擦れにくくなり、絶縁電線3が断線しにくくなるためである。図2(b)において破線で囲った部分に示されるように、任意の絶縁電線3が、周方向に隣り合う2つの絶縁電線3で挟まれるように接触している場合、可動部用ケーブル1を繰り返し曲げた際に、絶縁電線3同士が常に接触している状態になるため、絶縁電線3同士が擦れて断線し易くなる。また、介在は、少なくとも、可動部用ケーブル1の長手方向の繰り返し屈曲や捻回が行われる部分の横断面において、図1〜2、あるいは後述する図3に示すように配置されていることがよい。すなわち、周方向に隣り合う両側の2つの絶縁電線3のうち、少なくとも一方の絶縁電線3が離間するように、介在が隣り合う絶縁電線3同士の間に配置されている横断面が、少なくとも、可動部用ケーブル1の繰り返し屈曲や捻回が行われる部分に、長手方向に沿って連続して存在するとよい。より好ましくは、上述した横断面が可動部用ケーブル1の長手方向の全長にわたって連続して存在することがよい。
【0025】
導体31は、銅やアルミニウム等からなる複数本の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、導体31に用いる素線として、外径が0.08mmよりも大きいもの、より具体的には外径が0.12mm以上0.26mm以下の素線を用いても、十分な耐屈曲性を実現することができる。なお、導体31に用いる素線として、外径が0.08mm以下(0.05mm以上0.08mm以下)のものを用いることで、耐屈曲性をさらに向上させることも可能である。本実施の形態では、外径が0.12mmの素線を用いた。なお、電源線33と信号線34に用いる素線の外径が異なっていてもよい。また、導体31の外径は、例えば、0.40mm以上3.00mm以下である。特に、導体31の外径を2.00mm以下とした場合は、耐屈曲性を向上させやすい。導体31の断面積は、例えば、0.09mm
2
以上5.50mm
2
以下である。素線は、例えば、すずめっき、亜鉛めっき、銀めっき等が外面に設けられた軟銅線等を用いることができる。
【0026】
また、本実施の形態では、絶縁体32として、安価なポリプロピレンをベース(主成分)とする樹脂組成物からなるものを用いた。なお、絶縁体32としてフッ素樹脂や熱可塑性ポリエステルエラストマーなどをベースとする樹脂組成物からなるものを用いてもよい。ただし、フッ素樹脂や熱可塑性ポリエステルエラストマーなどをベースとする樹脂組成物よりも、ポリプロピレンをベースとする樹脂組成物の方が、安価な点で好ましい。絶縁体32の厚さは、例えば、0.15mm以上0.40mmである。
【0027】
(押さえ巻きテープ4)
複数本の絶縁電線3の周囲には、押さえ巻きテープ4が巻き付けられている。押さえ巻きテープ4は、絶縁電線3の撚りがほどけないように押え込む役割を果たしている。押さえ巻きテープ4としては、例えば、紙テープ、不織布からなるテープ、あるいはPET(ポリエチレンテレフタレート)等からなる樹脂テープを用いることができる。複数本の絶縁電線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は、全ての絶縁電線3に接触しており、絶縁電線3と押さえ巻きテープ4との間に介在は配置されていない。
【0028】
(シース5)
シース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。シース5としては、可動部用ケーブル1を外力から保護できるように、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンをベースとする樹脂組成物からなるもの用いることができる。なお、シース5と押さえ巻きテープ4との間に、ノイズ抑制用の外部導体を設けてもよい。外部導体としては、例えば、銅やアルミニウム等からなる金属素線を編組あるいは横巻きしたもの、又は銅やアルミニウム等からなる金属めっき層を用いることができる。
【0029】
(変形例)
図3に示す可動部用ケーブル1aは、径方向において2層に絶縁電線3を配置したものである。可動部用ケーブル1aでは、複数本の絶縁電線3は、中心介在2の周囲に撚り合わせられた複数本の内層用電線3aを有している。複数本の内層用電線3aは、中心介在2の充填量を十分に多くすることで、周方向に隣り合う内層用電線3a線同士が中心介在2によって互いに離間するように設けられている。
【0030】
また、可動部用ケーブル1aは、内層用電線3aの周囲を覆うように設けられた中間介在6を備えている。中間介在6としては、中心介在2と同じものを用いるとよく、例えば、スフ糸(ステープルファイバー糸)等の糸状体を用いることができる。中間介在6は、図3に示すように、周方向に隣り合う内層用電線3a同士が中心介在2によって離間された部分に空隙がないよう充填されているとよい。このように中間介在6が充填されていることにより、可動部用ケーブル1aを繰り返して屈曲や捻回させたときに、内層用電線3a同士が互いに擦れにくくなるため、内層用電線3aを断線しにくくすることができる。
(【0031】以降は省略されています)

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