(57)【要約】【課題】本発明の課題は、耐捻回性及び耐屈曲性に優れる絶縁電線を提供することにある。【解決手段】導体の周囲に、絶縁層を被覆した絶縁電線であって、絶縁層は複数の層が積層されて構成されているとともに、絶縁層のうち、少なくとも一層の曲げ弾性率と、他層の曲げ弾性率の差が２５０ＭＰａ以上であることを特徴とする 【選択図】    図１
2020126841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体の周囲に、絶縁層を被覆した絶縁電線であって、前記絶縁層は複数の層が積層されて構成されているとともに、
前記絶縁層のうち、少なくとも一層の曲げ弾性率と、他層の曲げ弾性率の差が２５０ＭＰａ以上であることを特徴とする絶縁電線。
【請求項２】
前記絶縁層の少なくとも一層はふっ素ゴムを含有する混合物、かつ、他層はふっ素樹脂からなることを特徴とする、
請求項１に記載の絶縁電線。
【請求項３】
前記絶縁層の少なくとも一層は、ふっ素樹脂とふっ素ゴムの混合物、かつ、他層はＥＴＦＥからなることを特徴とする、
請求項１または２に記載の絶縁電線。
【請求項４】
前記絶縁層の少なくとも一層の硬度と、他層の硬度の差がショアＤ１５以上であることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁電線。
【請求項５】
前記絶縁層の曲げ弾性率が、前記絶縁層のうち、最も曲げ弾性率が高い材質を用いた、外径及び肉厚が等しい単層構造の絶縁層と比較して、７０％以上かつ１００％より小さいことを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の絶縁電線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットやヒューマノイド等の各種サービスロボット、半導体装置等の可動部に好適に用いられる絶縁電線に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用ロボット等の可動部に用いられる絶縁電線においては、耐捻回性及び耐屈曲性のさらなる向上が求められている。また、ロボットの小型化に伴う省スペース化に伴い、絶縁電線の細線化及び柔軟性向上も求められている。
【０００３】
柔軟性の向上を目的とした絶縁電線としては、例えば、特許文献１のように、ふっ素樹脂とふっ素ゴムとの複合体を絶縁層として有する構造が挙げられる。上記の構造は、耐熱性、柔軟性及び耐捻回性に優れるが、耐屈曲性に懸念がある。
【０００４】
ふっ素樹脂単体を絶縁層とした絶縁電線も公知である。上記の構造は、耐屈曲性に優れるが、耐捻回性に懸念がある。
【０００５】
また、絶縁層を多層構造にすることで、絶縁電線に多様な特性を付与する方法も、公知技術として知られている。
特許文献２では、ふっ素ゴム混和物の外周に、ふっ素樹脂を被覆した、二層電線が記載されている。上記の構造は、機械的強度、耐熱性、耐油性、加工性等に優れることが、特許文献２において記載されている。
【０００６】
従前より、多様な特性が付与された絶縁電線が提案されているが、耐捻回性及び耐屈曲性の向上を目的とした、多層構造の電線は提案されておらず、切望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２４０４８号公報
【特許文献２】特開２００９−９７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、耐捻回性及び耐屈曲性に優れる絶縁電線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１０】
（１）導体の周囲に、絶縁層を被覆した絶縁電線であって、絶縁層は複数の層が積層されて構成されているとともに、絶縁層のうち、少なくとも一層の曲げ弾性率と、他層の曲げ弾性率の差が２５０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
（２）絶縁層の少なくとも一層はふっ素ゴムを含有する混合物、かつ、他層はふっ素樹脂からなることが好ましい。
（３）絶縁層の少なくとも一層は、ふっ素樹脂とふっ素ゴムの混合物、かつ、他層はＥＴＦＥからなることが好ましい。
（４）絶縁層の少なくとも一層の硬度と、他層の硬度の差がショアＤ１５以上であることが好ましい。
（５）絶縁層の曲げ弾性率が、絶縁層のうち、最も曲げ弾性率が高い材質を用いた、外径及び肉厚が等しい単層構造の絶縁層と比較して、７０％以上かつ１００％より小さいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下に記載する優れた効果が期待できる。
【００１２】
（１）導体の周囲に、絶縁層を被覆した絶縁電線であって、絶縁層は複数の層が積層されて構成されているとともに、絶縁層のうち、少なくとも一層の曲げ弾性率と、他層の曲げ弾性率の差が２５０ＭＰａ以上であると、曲げ弾性率が異なることにより捻回及び屈曲にかかる負荷が各層間で緩衝され、導体や絶縁体への局所的な負荷が軽減されることから、絶縁電線の耐捻回性及び耐屈曲性が向上する。
（２）絶縁層の少なくとも一層はふっ素ゴムを含有する混合物、かつ、他層はふっ素樹脂からなる場合、ふっ素ゴムを含有する混合物の層の効果により、絶縁電線は、耐捻回性及び機械的強度、耐熱性、耐油性、加工性等に優れる。さらに、ふっ素樹脂からなる層の効果により、絶縁電線は、耐屈曲性及び耐熱性、耐薬品性、低摩擦性、非粘着性、耐候性、難燃性等にも優れる。
（３）絶縁層の少なくとも一層の硬度と、他層の硬度の差がショアＤ１５以上である場合、特に捻回にかかる負荷が各層間で緩衝され、導体や絶縁体自体への局所的な負荷が軽減されることから、絶縁電線の耐捻回性が向上する。
（４）絶縁層の曲げ弾性率が、絶縁層のうち、最も曲げ弾性率が高い材質を用いた、外径及び肉厚が等しい単層構造の絶縁層と比較して、７０％以上かつ１００％より小さい場合、絶縁層全体の曲げ弾性率の値が低下するため、絶縁電線の耐捻回性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明における絶縁電線の一例を示す断面図を示す
【図２】本発明における屈曲試験方法を表す概略図を示す
【図３】本発明における絶縁層の曲げ弾性率の評価方法を表す概略図を示す
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の絶縁電線の一例として、基本構成について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１の絶縁電線１は、中心より順に、導体２、絶縁層３で構成される。
図１においては、絶縁層３は、第一絶縁層３ａと第二絶縁層３ｂの二層構造となっている。
【００１６】
本発明では、導体２の周囲に、絶縁層３を被覆した絶縁電線１であって、絶縁層３は複数の層が積層されて構成されていることを特徴とする。絶縁層３を多層構造にすることで、絶縁電線１に多様な特性を付与することが可能である。
絶縁層３は、三層以上でもよいが、二層構造であることが好ましい。絶縁電線１の細線化及び製造の簡易性等で優れる。
【００１７】
さらに、本発明では、絶縁層３のうち、少なくとも一層の曲げ弾性率と、他層の曲げ弾性率の差が２５０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
曲げ弾性率が異なることにより、捻回及び屈曲にかかる負荷が各層間で緩衝され、導体や絶縁体自体への局所的な負荷が軽減されることから、絶縁電線１の耐捻回性及び耐屈曲性が大きく向上する。少なくとも一層の曲げ弾性率と、他層の曲げ弾性率の差が３００ＭＰａ以上であることが、より好ましく、３５０ＭＰａ以上であることが、さらに好ましい。
【００１８】
各層における曲げ弾性率の値は、特に限定されないが、絶縁層３の少なくとも一層は、曲げ弾性率が３００〜１２００ＭＰａであることが好ましい。絶縁電線１の耐捻回性及び耐屈曲性が向上する。より好ましくは、３００〜１０００ＭＰａであり、さらに好ましくは、３００〜９００ＭＰａである。
曲げ弾性率が大きいと反発性が大きいため、耐屈曲性の改善に寄与する。一方、曲げ弾性率が小さいと柔軟性に優れ、耐捻回性に優れる。本願発明に示す多層構造を有する絶縁電線では、耐捻回性に優れる層と、耐屈曲性に優れる層との相乗効果により、両特性が改善される。
【００１９】
絶縁層３の曲げ弾性率とは、どのくらいの曲げ応力に耐えられるかを示す指標であり、「ＡＳＴＭ  Ｄ７９０」に基づく。
測定サンプルは、絶縁電線１から導体２を除き、径方向の断面がチューブ状となっている絶縁層３を用いる。絶縁層３の長さは、０．１ｍである。
曲げ潰れ剛性測定器にて３点曲げ試験を行い、曲げ荷重[Ｎ]及び曲げたわみ[ｍｍ]を測定する。圧縮部形状は直径０．９ｍｍの円筒状、支持間距離は４５ｍｍ、支持部材形状は直径０．９ｍｍの円筒状、押込み速度は５００ｍｍ／分である。
得られた曲げ荷重−曲げたわみ曲線の直線部の初期勾配より、「ＡＳＴＭ  Ｄ７９０」等に記載のある接線法を用いて、曲げ弾性率を算出する。
各層における曲げ弾性率は、径方向の断面がチューブ状となっている、外径及び肉厚が等しい単層構造の絶縁層を用いて測定する。その他の測定方法は、上記の絶縁層３の曲げ弾性率の測定方法と同一である。
【００２０】
絶縁層３の少なくとも一層の硬度と、他層の硬度の差がショアＤ１５以上であることが好ましい。捻回及び屈曲にかかる負荷が各層間で緩衝され、絶縁電線１の耐捻回性及び耐屈曲性が大きく向上する。少なくとも一層の硬度と、他層の硬度の差がショアＤ２０以上であることが、より好ましく、ショアＤ２５以上であることが、さらに好ましい。
各層における硬度の値は、特に限定されないが、絶縁層３の少なくとも一層は、硬度がショアＤ４５〜８０であることが好ましい。絶縁電線１の耐捻回性が向上する。より好ましくは、ショアＤ４５〜７０であり、さらに好ましくは、ショアＤ４５〜６５である。
【００２１】
絶縁電線１の耐捻回性には、絶縁層３の硬度や曲げ弾性率等が影響している。絶縁電線１に捻りの力が加わる際に、導体２に捻りの力が加わる前に、絶縁層３が捻りの力を吸収するため、硬度が低い材質、及び曲げ弾性率が低い材質が、耐捻回性に優れると考えられる。
絶縁層３の少なくとも一層に、他層と硬度及び曲げ弾性率が異なる材質を用いると、耐捻回性に優れる材質の層が、より多くの捻りの力を吸収するため、絶縁電線１の耐捻回性を向上させることが出来る。
【００２２】
絶縁電線１の耐屈曲性には、絶縁層３の曲げ弾性率等が影響している。絶縁電線１を屈曲させた際に、絶縁層３が元の状態に戻ろうとする反発性が大きい程、絶縁電線１は耐屈曲性に優れるため、曲げ弾性率が高い材質が、耐屈曲性に優れると考えられる。
絶縁層３の少なくとも一層に、他層と硬度及び曲げ弾性率が異なる材質を用いると、耐屈曲性に優れる材質の層が、より大きい反発性を有するため、絶縁電線１の耐屈曲性を向上させることが出来る。
【００２３】
絶縁層３の少なくとも一層に、他層と硬度及び曲げ弾性率が異なる材質を用いると、耐捻回性に優れる層と、耐屈曲性に優れる層との相乗効果により、絶縁電線１の耐捻回性及び耐屈曲性が向上する。
【００２４】
絶縁層３の少なくとも一層はふっ素ゴムを含有する混合物、かつ、他層はふっ素樹脂からなることが好ましい。絶縁層３の少なくとも一層は、ふっ素ゴムを含有する混合物からなるため、絶縁電線１は耐捻回性及び機械的強度、耐熱性、耐油性、加工性等に優れる。
ふっ素ゴムの他に含有される材質は、特に限定されない。例えば、ふっ素樹脂、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル等の各種樹脂や、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ブタジエンゴム等の各種ゴム材料が挙げられる。混合物の耐熱性、耐薬品性、低摩擦性等の観点においては、好ましくはふっ素樹脂である。
【００２５】
ふっ素ゴムを含有する混合物における、ふっ素ゴムの含有割合は特に限定されないが、混合物の総重量に対するふっ素ゴム成分の割合は、１０〜５０重量％が好ましく、１０〜３０重量％がより好ましい。ふっ素ゴムが上記割合で含有されていれば、混合物は、耐捻回性や、耐熱性、機械的強度等に優れる。
【００２６】
さらに、絶縁層３の少なくとも一層は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等のふっ素樹脂からなるため、絶縁電線１は耐屈曲性及び耐熱性、耐薬品性、低摩擦性、非粘着性、耐候性、難燃性等にも優れる。より好ましくは、ＥＴＦＥである。絶縁電線１の耐屈曲性が特に優れる。
【００２７】
絶縁層３の曲げ弾性率が、絶縁層３のうち、最も曲げ弾性率が高い材質を用いた、外径及び肉厚が等しい単層構造の絶縁層と比較して、７０％以上かつ１００％より小さいことが好ましい。絶縁層３の曲げ弾性率が１００％よりも小さい場合、絶縁層３全体の曲げ弾性率の値が低下するため、絶縁電線１の耐捻回性が向上する。さらに、絶縁層３の曲げ弾性率が７０％以上である場合、絶縁電線１は耐屈曲性にも優れる。
好ましくは、絶縁層３の曲げ弾性率が、絶縁層３のうち、最も曲げ弾性率が高い材質を用いた、外径及び肉厚が等しい単層構造の絶縁層と比較して、７０〜９５％であり、より好ましくは、７０〜８５％である。
【００２８】
絶縁層３の断面全体における、各層の断面積の割合は特に限定されない。各層の断面積の割合を適宜調整することによって、絶縁電線１は所望の耐捻回性及び耐屈曲性を兼ね備える。
耐捻回性の観点においては、絶縁層３のうち、「最も曲げ弾性率が高い材質を用いた層」の断面積の割合が、８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることが、さらに好ましい。
耐屈曲性の観点においては、絶縁層３のうち、「最も曲げ弾性率が高い材質を用いた層」の断面積の割合が、２０％以上であることが好ましく、４０％以上であることが、さらに好ましい。
【００２９】
内部導体２の材質は、導電性を有する材質であれば特に限定されないが、例えば、銅等の金属線や、あるいは、それらに錫、鉄、亜鉛、ニッケル等を添加した合金線等が素線として用いられる。金属線の表面は、適宜、銀、錫等のメッキが施されてもよい。
内部導体２の構成は、特に限定されないが、屈曲に対する柔軟性等を考慮すると、金属線を複数本束ねて撚ることにより形成される集合撚線構造、または集合撚線を束ねて更に複数本撚って形成される複合撚線構造が好ましい。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の絶縁電線１（図１）について、実施例及び比較例を挙げ、さらに具体的に説明するが、本発明の範囲について、これらに限定されるものではない。
【００３１】
実施例１〜６として、第１絶縁層３ａ、第２絶縁層３ｂを有する絶縁電線１を作成する。
素線径０．０８ｍｍの錫メッキ軟銅線を６０本撚り合わせ、外径が約０．７ｍｍの導体２を形成する。
次いで、導体２の外周に、第１絶縁層３ａとなる材質、及び第２絶縁層３ｂとなる材質を被覆し、第１絶縁層３ａ、及び第２絶縁層３ｂを有する絶縁電線１を得る。
【００３２】
実施例１〜６の具体的な構成は、後掲の表１に示す。硬度はショアＤ硬度である。
【００３３】
実施例１〜６と同じ導体２に、絶縁層３を１層のみ被覆した絶縁電線１’を比較例１、２として作成する。
【００３４】
比較例１、２の具体的な構成は、後掲の表１に示す。実施例１〜６は絶縁層３が２層構造であるのに対し、比較例１、２は絶縁層３が単層構造となる。
【００３５】
実施例及び比較例について、耐屈曲性及び絶縁層の曲げ弾性率の評価を行い、結果を表１に示す。
【００３６】
（耐屈曲性の評価方法）
耐屈曲性の評価方法を表す概略図を、図２に示す。
サンプルの長さは０．７ｍ、曲げ半径Ｒは５ｍｍ、荷重は１００ｇｆである。
図２中の矢印のように、試験サンプルを９０度屈曲させた後、直線状に戻し、次に反対方向に９０度屈曲させ、直線状に戻す。この１サイクルを１回と数える。
試験前の導体の抵抗値と比較して、測定値が５％以上変化した際の屈曲回数の平均値を表１に記載する。
【００３７】
（絶縁層の曲げ弾性率の評価方法）
絶縁層の曲げ弾性率の評価方法を表す概略図を、図３に示す。
サンプルは、絶縁電線１、１’から導体２を除き、径方向の断面がチューブ状となっている絶縁層３である。サンプルの長さは０．１ｍである。
図３に示すように、曲げ潰れ剛性測定器にて３点曲げ試験を行い、曲げ荷重[Ｎ]及び曲げたわみ[ｍｍ]を測定する。圧縮部形状は直径０．９ｍｍの円筒状、支持間距離は４５ｍｍ、支持部材形状は直径０．９ｍｍの円筒状、押込み速度は５００ｍｍ／分である。
得られた曲げ荷重−曲げたわみ曲線の直線部の初期勾配より、「ＡＳＴＭ  Ｄ７９０」等に記載のある接線法を用いて、曲げ弾性率を算出する。曲げ弾性率Ｅ［ＭＰａ］は、下記の式によって算出する。
Ｅ＝Ｌ３ｍ／４ｂｄ３
ここで、Ｌ：サンプルの支持間距離［ｍｍ］、ｍ：曲げ荷重−曲げたわみ曲線の直線部の初期勾配[Ｎ／ｍｍ]、ｂ：サンプルの長さ[ｍｍ]、ｄ：サンプルの高さ(外径)[ｍｍ]である。
実施例１、２における、第１絶縁層、及び第２絶縁層の曲げ弾性率は、径方向の断面がチューブ状となっている、外径及び肉厚が等しい単層構造の絶縁層を用いて測定する。その他の測定方法は、上記の絶縁層３の曲げ弾性率の測定方法と同一である。
【００３８】
【表１】
2020126841.tif 000003
【００３９】
耐屈曲性において、実施例１〜６は、全て比較例１より高い値を示す。これは、耐屈曲性に優れる材質であるＥＴＦＥの影響によって、絶縁層が「ふっ素樹脂とふっ素ゴムの混合物」の単層構造である比較例１よりも、実施例１，２の屈曲特性が向上していることを示す。
また、実施例１と実施例２において、耐屈曲性の差は見られず、第１絶縁層と第２絶縁層の内外層を入れ替える影響は小さいと考えられる。
【００４０】
曲げ弾性率において、実施例１〜６は、全て比較例２より低い値を示す。これは、耐捻回性及び柔軟性に優れる材質である「ふっ素樹脂とふっ素ゴムの混合物」の影響によって、絶縁層がＥＴＦＥの単層構造である比較例２よりも、実施例１、２の曲げ弾性率の値が低下していることを示す。すなわち、実施例１、２の柔軟性及び耐捻回性が、比較例２よりも向上することを示す。
また、実施例２は、実施例１より曲げ弾性率の値は低い。これは、実施例２の方が、絶縁層全体における「ふっ素樹脂とふっ素ゴムの混合物」の割合が高いためであると考えられる。
実施例１、２においては、第１絶縁層と第２絶縁層の肉厚は同じであり、第２絶縁層は第１絶縁層の外周に位置する。そのため、絶縁層の断面全体における第２絶縁層の断面積の割合は、５０％を超える。
したがって、実施例２は、耐捻回性及び柔軟性に優れる「ふっ素樹脂とふっ素ゴムの混合物」の断面積の割合が、絶縁層の断面全体において５０％を超えるため、実施例１より曲げ弾性率の値は低いと考えられる。
【００４１】
実施例４、５は、他の実施例と比較して、耐屈曲性に優れる。これは、耐屈曲性に優れる材質であるＥＴＦＥを用いた層の断面積の割合が、実施例４、５においては、７０％以上と高いためであると考えられる。
【００４２】
以上より、本願発明である実施例は、いずれも耐捻回性及び耐屈曲性に優れる。さらに、絶縁層の断面全体における、各層の断面積の割合を調整することによって、所望の耐捻回性及び耐屈曲性を兼ね備える。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、産業用ロボットやヒューマノイド等の各種サービスロボット、半導体装置等の可動部に用いられる絶縁電線等において有用であるが、用途は限定されない。
【符号の説明】
【００４４】
１            絶縁電線
２            内部導体
３            絶縁層
３ａ          第一絶縁層
３ｂ          第二絶縁層
【図１】
2020126841.tif 000004
【図２】
2020126841.tif 000005
【図３】
2020126841.tif 000006