JP2010257687A - Coiled electric wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、医療分野においてインプラントに使用され、あるいは小型ロボット分野において狭小のスペースで使用される極細のコイル状電線に関する。 The present invention relates to an extremely fine coiled electric wire used for an implant in the medical field or used in a small space in a small robot field.
例えば、心臓に周期的な電気刺激を与えて心拍動を起こさせるペースメーカに用いられる電線や、手足の動きを補助する小型ロボットに用いられる電線は、配線部位の動作に合わせて伸縮可能であることは勿論、低抵抗かつ高張力であることが要求される。この理由は、低抵抗でないとバッテリに接続されたときに発熱ロスが大きくてバッテリ等が短寿命となるおそれがあり、高張力でないと引張りや曲げの繰り返しにより断線するおそれがあり、結局、電線等の耐久性が低下する要因となるからである。 For example, wires used in pacemakers that cause heartbeats by applying periodic electrical stimulation to the heart, and wires used in small robots that assist the movement of limbs, can be expanded and contracted according to the movement of the wiring site. Of course, low resistance and high tension are required. The reason for this is that if the resistance is not low, the heat loss will be large when connected to the battery and the battery will have a short life.If the tension is not high, there is a risk of disconnection due to repeated pulling and bending. This is because the durability such as the above becomes a factor of lowering.
このような電線として、特許文献1には、複数本の電線(以下、基線という)を並列配置してコイル状に形成したコイル状電線が開示されている。基線は、銀や銅等でなる中心材の外周にステンレスやコバルト基合金等でなる外部材が一体化されたクラッド構造体と、このクラッド構造体の外周を被覆するフッ素樹脂等でなる絶縁コーティング層とで構成されている。このような基線を複数本並列配置してコイル状に形成しているので伸縮可能となり、中心材を銀や銅等で形成しているので低抵抗となり、外部材をステンレスやコバルト基合金等で形成しているので高張力となる。これにより、コイル状電線等の耐久性を高めることができるというものである。 As such an electric wire, Patent Document 1 discloses a coiled electric wire in which a plurality of electric wires (hereinafter referred to as a base line) are arranged in parallel to form a coil shape. The base line is a clad structure in which an outer member made of stainless steel or a cobalt base alloy or the like is integrated on the outer periphery of a central material made of silver, copper, or the like, and an insulating coating made of fluororesin that covers the outer periphery of the clad structure It consists of layers. Since a plurality of such base lines are arranged in parallel and formed into a coil shape, it can be expanded and contracted, and since the center material is formed of silver, copper, etc., the resistance is low, and the outer member is made of stainless steel, cobalt base alloy, etc. Since it is formed, it becomes high tension. Thereby, durability, such as a coil-shaped electric wire, can be improved.
しかし、近年、特に生体内で使用するコイル状電線の分野では、バッテリの寿命、電線の耐久性の観点から、より低抵抗、高耐久性のものが要求されていた。 However, in recent years, particularly in the field of coiled electric wires used in vivo, those with lower resistance and higher durability have been required from the viewpoint of battery life and electric wire durability.
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、従来のコイル状電線よりもはるかに低抵抗、高耐久性となるコイル状電線を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the above subjects, The objective is to provide the coiled electric wire which becomes much low resistance and high durability rather than the conventional coiled electric wire.
上記目的達成のため、本発明のコイル状電線では、複数本の基線を並設してコイル状に形成したコイル状電線であって、前記基線が、高張力バネ材で成る中心材と、該中心材の外周に撚り合わされた低電気抵抗率材で成る複数本の外部材と、該外部材の外周に設けられた外被とを有することを特徴としている。 To achieve the above object, the coiled electric wire of the present invention is a coiled electric wire formed in a coil shape by arranging a plurality of base lines, wherein the base line is a central member made of a high-tension spring material, It is characterized by having a plurality of outer members made of a low electrical resistivity material twisted around the outer periphery of the central member, and a jacket provided on the outer periphery of the outer member.
即ち、本発明者は、中心材を高張力バネ材とし、外周に低電気抵抗率材を撚り合わせることで、コイル状電線が従来のコイル状電線よりもはるかに低抵抗となることを見い出した。さらに、外部材は中心材と分離されており、更に複数本の外部材が中心材の外周に螺旋状に巻回されているので、基線の屈曲時や伸縮時には外部材は中心材に引っ張られることなく単独で屈曲および伸縮する。したがって、外部材の断線を防止することができる。即ち、従来のコイル状電線よりもはるかに高耐久性となる。中心材としては、2000MPa以上の高張力バネ材、外部材としては、2.1Ω・cm以下の低電気抵抗率材を使用することが望ましい。 That is, the present inventor has found that the coiled wire has a much lower resistance than the conventional coiled wire by using a high tension spring material as the center material and twisting a low electrical resistivity material on the outer periphery. . Furthermore, since the outer member is separated from the central member, and a plurality of outer members are spirally wound around the outer periphery of the central member, the outer member is pulled by the central member when the base line is bent or stretched. It bends and stretches alone without any problems. Therefore, disconnection of the outer member can be prevented. That is, it becomes much more durable than the conventional coiled electric wire. It is desirable to use a high tension spring material of 2000 MPa or more as the central material and a low electrical resistivity material of 2.1 Ω · cm or less as the outer member.
以下に説明する実施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く、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の成立に必須であるとは限らない。 The embodiments described below do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential for the establishment of the present invention.
図1は、本発明の実施形態に係るコイル状電線を電線軸と直交する方向から見た平面図、図2は、図1のコイル状電線の基線を電線軸方向から見た拡大図である。このコイル状電線1は、4本の基線21〜24を並べたものを、更に螺旋状(コイル状)に巻いた構成となっている。コイル状電線1は、医療分野においてインプラントに使用され、あるいは小型ロボット分野において狭小のスペースで使用される。インプラント分野では、電線が細径であり(例えば0.28mmの外径)、柔軟性が求められる。
FIG. 1 is a plan view of a coiled electric wire according to an embodiment of the present invention as viewed from a direction orthogonal to the electric wire axis, and FIG. 2 is an enlarged view of the base line of the coiled electric wire of FIG. . This coiled electric wire 1 has a configuration in which four
各基線21〜24は、高張力バネ材で成る中心材11と、該中心材11の外周に撚り合わされた低電気抵抗率材で成る複数本の外部材12と、該外部材12の外周に設けられた外被13とを有する。中心材11としては、2000MPa以上の張力を有する高張力バネ材であれば良く、例えばマルテンサイト系のステンレス鋼(例えばSUS304)やピアノ線等の高炭素鋼が使用可能である。外部材12としては、2.1Ω・cm以下の電気抵抗率を有する低電気抵抗率材であれば良く、例えば銀メッキ銀入り銅合金や銅等が使用可能である。外被13としては、耐摩耗性材であれば良く、例えば母材としてエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等に、充填材として10μm以下の粒子径を有し、母材よりも動摩擦係数が小さい微小粒状のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、微小粒状の鱗状黒鉛、微小粒状のアラミド樹脂等を充填した複合材が使用可能である。
Each of the
このような構成のコイル状電線1は、従来のコイル状電線よりもはるかに低抵抗となる。さらに、コイル状電線1は、従来のコイル状電線のように中心材と外部材とが一体化されたクラッド構造体ではなく、外部材12は中心材11と分離された構造であり、更に複数本の外部材12が中心材11の外周に螺旋状に巻回されている。このため、基線21〜24の屈曲時や伸縮時には外部材12は中心材11に引っ張られることなく単独で屈曲および伸縮するので、外部材12の断線を防止することができる。即ち、コイル状電線1は、従来のコイル状電線よりもはるかに高耐久性となる。そして、中心材11と外部材12は個々に独立しているため、必要とする張力や電気抵抗率を有する最適な材料を選択することができ、材料選択肢の幅を広げることができる。
The coiled electric wire 1 having such a configuration has a much lower resistance than a conventional coiled electric wire. Further, the coiled electric wire 1 is not a clad structure in which the central member and the outer member are integrated as in the conventional coiled electric wire, and the
また、外被13は母材がフッ素樹脂であるため、薄肉であっても、生体適合性、耐摩耗性、耐薬品性および耐油性に優れているが、更に、充填材自体の摩擦係数が低く潤滑性に優れているので、耐摩耗性を更に向上させることができる。また、母材の肉厚を50μm以下としても、充填材の粒子径は10μm以下であるため、充填材は母材を突き抜けることなく母材中に埋め込まれるので、ピンホールの発生を抑えて絶縁破壊を防止することができる。即ち、基線2同士の摩擦による摩耗によって絶縁破壊が発生することを防止することができる。
Moreover, since the base material of the
次に、実施例として本実施形態のコイル状電線1を作製し、張力測定および電気抵抗率測定を行ったので該測定結果について説明する。 Next, since the coiled electric wire 1 of this embodiment was produced as an example and the tension measurement and the electrical resistivity measurement were performed, the measurement results will be described.
ここで、張力測定および電気抵抗率測定に使用した実施例のコイル状電線1は、以下のようにして作製されている。中心材11として外径0.06mmのSUS304のステンレス線を用意し、この中心材11の外周に外部材12として外径0.03mmの銀メッキ銀入り銅合金の合金線を9本撚り合わせ、その外周に平均粒子径が0.1μm〜0.5μmのPTFEを3wt%充填したETFEを20μm押出し被覆して基線2とし、作成した基線2を4本並べて螺旋巻きし、最終的に外径Dが0.62mmのコイル状電線1とする。
Here, the coiled electric wire 1 of the Example used for tension measurement and electrical resistivity measurement is produced as follows. A stainless steel wire of SUS304 having an outer diameter of 0.06 mm is prepared as the
このコイル状電線1に使用される金属部分(中心材11に外部材12を巻いたもの)の電気抵抗率は室温20°Cで2.6μΩ・cm以下となり、引張り強さは1210MPa以上となる。これに対し従来のDFTワイヤでは、電気抵抗率が室温20°Cで4.2μΩ・cmとなり、引張り強さは1091MPaとなる。したがって、コイル状電線1の金属部分は、従来のDFTワイヤよりも電気抵抗率で38%以上低減し、引張り強さで10%以上向上する。よって、コイル状電線1は、従来のコイル状電線よりも低抵抗、高張力(高耐久性)となる。
The electrical resistivity of the metal portion used for the coiled electric wire 1 (the
次に、実施例として本実施形態のコイル状電線1に使用可能な材料で成る外被13および比較例として従来のコイル状電線に使用された材料で成る外被の耐摩耗性試験を行ったので図3および図4を参照して耐摩耗性試験電線および耐摩耗性試験装置を説明してから試験結果について説明する。
Next, an abrasion resistance test was performed on the
図3に示すように、耐摩耗性試験に使用した耐摩耗性試験電線30は、外径0.03mmの錫メッキ錫入り銅合金の合金線31を7本撚り合わせ、その電線を7本撚り合わせ、該電線束の外周に押出機により外被32を厚さ45μmで被覆した構成となっている。実施例の外被32の材料は、母材としてのETFEに、充填材として粒子径0.2μmのPTFE、粒子径3μmの鱗状黒鉛、粒子径5μmのアラミド樹脂のうちからいずれか1つを充填した複合材である。
As shown in FIG. 3, the abrasion resistance test
ここで、母材に充填する充填材の充填量は、PTFEで3wt%以下、鱗状黒鉛で5wt%以下、アラミド樹脂で1wt%以下であればよい。この理由は、例えばピンホールの試験のために500Vのスパーク電圧をかけてスパークが発生しないときの充填量が、PTFEで3wt%以下、鱗状黒鉛で5wt%以下、アラミド樹脂で1wt%以下となったからである。なお、スパークの実験で用いた電線は、外径0.16mmの錫メッキ錫入り銅合金の合金線に、上記の充填材を充填したETFEで厚さ20μmの外被を形成したものである。 Here, the filling amount of the filler to be filled in the base material may be 3 wt% or less for PTFE, 5 wt% or less for scaly graphite, and 1 wt% or less for aramid resin. This is because, for example, when a spark voltage of 500 V is applied for a pinhole test and the spark is not generated, the filling amount is 3 wt% or less for PTFE, 5 wt% or less for scaly graphite, and 1 wt% or less for aramid resin. This is because the. In addition, the electric wire used in the spark experiment was formed by forming an outer sheath with a thickness of 20 μm with ETFE filled with the above filler on an alloy wire of a tin-plated tin-containing copper alloy having an outer diameter of 0.16 mm.
図4に示すように、耐摩耗性試験に使用した耐摩耗性試験装置40(東洋精機製作所製)は、試験台41、ビーズ針42、可動部43および導通検出回路44を備えている。試験台41上には、耐摩耗性試験電線30が直線状態で載置されるようになっている。ビーズ針42は、導電性金属により円柱棒状に形成されている。可動部43は、導電性金属で作製されており、試験台41の上方にて垂直往復直線移動可能であって水平往復直線移動可能なように配置されている。そして、可動部43の下部には、ビーズ針42が軸を水平方向であって水平往復直線移動方向と直交する方向を向くようにして取り付けられている。導通検出回路44は、試験電線30の合金線31と可動部43とに電気的に接続されて両者の導通を検出するようになっている。
As shown in FIG. 4, the wear resistance test apparatus 40 (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho) used for the wear resistance test includes a test table 41, a
このような構成の耐摩耗性試験装置40により耐摩耗性試験を行う際は、試験台41上に耐摩耗性試験電線30を載置固定する。即ち、耐摩耗性試験電線30の合金線31が外径1.0mmのビーズ針42の軸と直交する方向に延在するように、かつ耐摩耗性試験電線30の外被32がビーズ針42の中央部と当接可能なように固定する。そして、1Nの可動部43を下降させてビーズ針42の中央部を試験台41上の耐摩耗性試験電線30の外被32に当接させる。この状態で、可動部43を10mmのストロークで60回/分の速度で水平往復動させてビーズ針42の中央部を耐摩耗性試験電線30の外被32上で摺動させ、導通検出回路44で導通が検出されるまでの往復回数を測定する。なお、試験電線30のサンプル数は、各10本とした。
When the abrasion resistance test is performed by the abrasion
試験結果としては、比較例のPFAのみの外被32の場合は平均34回、ETFEのみの外被32の場合は平均162回であったのに対し、実施例の3wt%のPTFEの外被32の場合は平均5948回、5wt%の鱗状黒鉛の外被32の場合は平均1233回、1wt%のアラミド樹脂の外被32の場合は平均2245回となった。PFAのみの外被32の場合およびETFEのみの外被32の場合と比較して、3wt%のPTFEの外被32の場合は174.9倍および36.7倍、5wt%の鱗状黒鉛の外被32の場合は36.3倍回および7.6倍、1wt%のアラミド樹脂の外被32の場合は66.0倍および13.8倍と耐摩耗性を向上させることができ、特に3wt%のPTFEの外被32の場合に大幅に向上させることができた。
As a result of the test, in the case of the PFA-
なお、充填材としてのPTFEに関しては、更に実験を行った結果、平均粒径が0.1μm〜0.5μm、充填量が2wt%〜5wt%において、耐摩耗性を大幅に向上させることができた。充填量が2wt%未満の場合は、耐摩耗性が不足するからであり、充填量が5wt%を超える場合は、絶縁破壊が発生し易くなるからである。また、母材としてのETFEに関しては、充填材を充填したときに、流動性(MFR(Melt Flow Rate))が5g/10min〜35g/10minあれば良い。 In addition, regarding PTFE as a filler, as a result of further experiments, the wear resistance can be significantly improved when the average particle size is 0.1 μm to 0.5 μm and the filling amount is 2 wt% to 5 wt%. It was. This is because the wear resistance is insufficient when the filling amount is less than 2 wt%, and the dielectric breakdown is likely to occur when the filling amount exceeds 5 wt%. Further, regarding ETFE as a base material, it is sufficient that the fluidity (MFR (Melt Flow Rate)) is 5 g / 10 min to 35 g / 10 min when the filler is filled.
上述した実施形態では、コイル状電線1の基線2は4本並設した構成としたが、基線2を2本〜10本並設、更には10本以上並設したコイル状電線としても良い。また、外部材12は9本撚り合わせたが、中心材11の周囲に撚り合わせ可能であれば外部材12の撚りあわせ本数は特に限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the four
本発明のコイル状電線は、極細であるため、例えば、内視鏡のような医療分野、小型携帯コンピュータ、携帯電話等の小型電子機器に適用可能である。 Since the coiled electric wire of the present invention is extremely thin, it can be applied, for example, to medical fields such as endoscopes, small electronic devices such as small portable computers and mobile phones.
1 コイル状電線、2、21〜24 基線、11 中心材、12 外部材、13、32 外被、30 耐摩耗性試験電線、31 合金線、40 耐摩耗性試験装置、41 試験台、42 ビーズ針、43 可動部、44 導通検出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coiled electric wire, 2, 21-24 Base line, 11 Center material, 12 Outer material, 13, 32 Outer sheath, 30 Abrasion resistance test electric wire, 31 Alloy wire, 40 Abrasion resistance test apparatus, 41 Test stand, 42 Beads Needle, 43 Movable part, 44 Continuity detection circuit
Claims (2)
前記基線が、高張力バネ材で成る中心材と、
該中心材の外周に撚り合わされた低電気抵抗率材で成る複数本の外部材と、
該外部材の外周に設けられた外被とを有することを特徴とするコイル状電線。 A coiled electric wire formed in a coil shape by arranging a plurality of base lines,
The base line is a central member made of a high tension spring material,
A plurality of outer members made of a low electrical resistivity material twisted around the outer periphery of the central material;
A coiled electric wire having a jacket provided on an outer periphery of the outer member.
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