JP2024082669A - 複合ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】機械的ストレスへの耐久性が高い細径の複合ケーブルを提供する。【解決手段】複合ケーブル１は、第１乃至第３の電線２１～２３と、第１乃至第３の電線２１～２３の周囲に螺旋状に横巻きされた複数のシールド素線４０からなるシールド層４とを備える。複数のシールド素線４０のそれぞれは、素線径Ｄ４０が０．０３５ｍｍ以下であり、破断伸びが４．０％以下である。また、シールド素線４０は、引張強度が７００ＭＰａ以上である。シールド層４の内径Ｄ４は、０．６５ｍｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電線の周囲に螺旋状に横巻きされた複数のシールド素線からなるシールド層を備えた複合ケーブルに関する。

従来、複数の電線の周囲に横巻きされた複数のシールド素線からなるシールド層を備えた複合ケーブルが、様々な用途に用いられている。例えば特許文献１には、ＵＳＢインターフェース用のケーブルとして好適に用いられる多心ケーブルが記載されている。この多心ケーブルは、複数本の電線が撚り合わされた集合体と、集合体の外側で複数の銅合金からなる金属素線が螺旋状に横巻きされたシールド層と、シールド層の外側を覆う外被とを備えている。外被の外径は、３．５ｍｍ～６ｍｍである。各々の金属素線は、外径が０．０３ｍｍ～０．０９ｍｍであり、引張強さが３２０ＭＰａ以上４５０ＭＰａ以下、かつ破断伸びが１０％以上１５％以下である。そして、この金属素線の特性により、耐捻回性が向上するとされている。

特開２０１９－０６１７７６号公報

例えば内視鏡等に用いられる医療用のカテーテルケーブルでは、低侵襲性の観点から、最外径が例えば１．０ｍｍ以下の極細の複合ケーブルの要請がある。本発明者らは、このような細径の複合ケーブルでは、シールド層を構成する素線に従来とは異なる特性を有するものを用いることで機械的ストレスへの耐久性を高めることができることを見出し、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、機械的ストレスへの耐久性が高い細径の複合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、複数の電線と、前記複数の電線の周囲に螺旋状に横巻きされた複数のシールド素線からなるシールド層とを備え、前記複数のシールド素線のそれぞれは、素線径が０．０３５ｍｍ以下であり、破断伸びが４．０％以下である、複合ケーブルを提供する。

本発明によれば、機械的ストレスへの耐久性が高い細径の複合ケーブルを提供することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る複合ケーブルの断面図である。 複合ケーブルの端部を段剥ぎした状態を示す説明図である。 屈曲試験の概念図である。 捻回試験の概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係る複合ケーブルの断面図である。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る複合ケーブル１の断面図である。図２は、複合ケーブル１の端部を段剥ぎした状態を示す説明図である。複合ケーブル１は、例えば人体内に挿入される医療用ケーブルであり、より具体的にはプローブケーブル、カテーテルケーブル、又は内視鏡ケーブルとして用いられる。

複合ケーブル１は、第１乃至第３の電線２１～２３を撚り合わせてなる集合体２と、集合体２の周囲に螺旋状に巻き付けられたテープ部材３と、集合体２及びテープ部材３の周囲に螺旋状に横巻きされた複数のシールド素線４０からなるシールド層４と、シールド層４の外周を被覆するシース５を有している。図２に示すように、第１乃至第３の電線２１～２３の撚り方向と複数のシールド素線４０の巻き方向とは同じである。また、テープ部材３の巻き付け方向も、第１乃至第３の電線２１～２３の撚り方向と同じである。図２では、これらの撚り方向及び巻き方向を矢印Ａで示している。

シース５は、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂からなり、シールド層４の外周に押出成形により成形されている。テープ部材３としては、第１乃至第３の電線２１～２３や複数のシールド素線４０に対して滑りやすく摩擦係数が小さいものを用いることが望ましく、例えば不織布や紙、あるいはポリイミド、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂からなる帯状のものを用いることができる。ただし、テープ部材３を省略してもよい。

複合ケーブル１の外径Ｄ_１は、低侵襲性を向上させて被検者等への負担を軽減するため、１．０ｍｍ以下であることが望ましく、０．５ｍｍ以下であることがより望ましい。本実施の形態では、シールド層４の内径Ｄ_４（シールド下径）が０．６５ｍｍ以下であり、シールド素線４０の素線径Ｄ_４０が０．０３５ｍｍ以下である。

第１乃至第３の電線２１～２３は、複合ケーブル１の中心軸線Ｃ_１を囲むように配置されている。本実施の形態では、第１の電線２１及び第２の電線２２が同軸線であり、第３の電線２３が単純線である。第１の電線２１及び第２の電線２２は、複数の銅合金線を撚り合わせてなる内部導体２１１，２２１と、内部導体２１１，２２１を覆う絶縁体２１２，２２２と、絶縁体２１２，２２２の外周に配置された外部導体２１３，２２３と、外部導体２１３，２２３の外周を覆うジャケット２１４，２２４とを有している。第３の電線２３は、複数の銅合金線を撚り合わせてなる内部導体２３１と、内部導体２３１を覆う絶縁体２３２とを有している。

第１の電線２１及び第２の電線２２は、例えば信号を伝送するために用いられ、第３の電線２３は、例えば複合ケーブル１と共に人体内に挿入される電子部品へ動作電源を供給するために用いられる。シールド層４は、電気的に接地され、複合ケーブル１の外部から集合体２へ侵入する電磁波、及び集合体２から外部へ放射される電磁波を抑制する。

第１の電線２１の外径、第２の電線２２の外径、及び第３の電線２３の外径は、一例として０．１５ｍｍである。シールド層４の内径Ｄ_４は、一例として０．３５ｍｍであり、シールド素線４０の素線径Ｄ_４０は、一例として０．０２５ｍｍである。なお、シールド素線４０は、細すぎると強度が低下して破断しやすくなるので、素線径Ｄ_４０は０．０１０ｍｍ以上であるとよい。

シールド素線４０は、銀めっきされた銅合金からなる。一般に、銅合金に含まれる添加元素としては、例えば錫（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、セリウム（Ｃｅ）、マンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）、及びイットリウム（Ｙ）などが挙げられ、これらの添加元素の種類や含有量によって銅合金の特性が変化する。

本実施の形態では、それぞれのシールド素線４０の破断伸びが４．０％以下である。この破断伸びは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（金属材料引張試験方法）に準拠した試験方法により測定されるものであり、試験前の標線間距離をＬ_１とし、破断時の標線間距離をＬ_２としたとき、１００×（Ｌ_１－Ｌ_２）／Ｌ_２の演算式により得られる値である。一本のシールド素線４０の破断伸びのより望ましい範囲は、１．０％以上４．０％以下である。また、それぞれのシールド素線４０の引張強度は、７００ＭＰａ以上である。シールド素線４０の引張強度は、ＪＩＳＣ ３００２（電気用銅線及びアルミニウム線試験方法）に準拠して測定することができる。

このように、本実施の形態では、シールド素線４０として、例えば上記の特許文献１に記載された従来のケーブルのシールド素線よりも伸びにくく強度が高いものを用い、これにより機械的ストレスへの耐久性を高めている。つまり、シールド層４の内径Ｄ_４が例えば０．６５ｍｍ以下であるような極細の複合ケーブル１では、細径のシールド素線４０を用いることが必要である一方、中心軸線Ｃ_１からシールド素線４０までの距離が短いので、複合ケーブル１の捻回時や屈曲時における伸び量が抑えられる。本実施の形態では、この点に着目し、シールド素線４０として伸びにくく強度が高いものを用いることにより、機械的ストレスへの耐久性を高めている。

表１は、シールド素線４０の素線径が０．０２５ｍｍ、破断伸びが３．３％、引張強度が８８０ＭＰａであり、シールド素線４０の本数が３９本でケーブル外径Ｄ_１が０．４６ｍｍである上記の構成の複合ケーブル１（実施例）、シールド素線の素線径が０．０５ｍｍ、破断伸びが１０％、引張強度が３２０ＭＰａであり、シールド素線の本数が６０本でケーブル外径が１．２６ｍｍである複合ケーブル（比較例１）、及びシールド素線の素線径が０．０５ｍｍ、破断伸びが３．３％、引張強度が８８０ＭＰａであり、シールド素線の本数が６０本でケーブル外径が１．２６ｍｍである複合ケーブル（比較例２）について、屈曲試験及び捻回試験を行った際の評価結果を示す表である。屈曲試験及び捻回試験では、合格回数を１５万回とし、合否判定を行った。

屈曲試験は、図３に示すように、試験対象のケーブル１０の下端に荷重Ｗ＝１００ｇｆの錘を吊り下げ、ケーブル１０の左右に湾曲した形の曲げジグ１００を配置した状態で、曲げジグ１００に沿って左右方向に向けて所定の屈曲角Ｘの曲げを加えるようにケーブル１０を動かすことで行った。屈曲速度は３０回／分とし、屈曲回数は左右方向への１往復を１回としてケーブル１０の屈曲を繰り返し、適宜回ごとにケーブル１０の両端間でのシールド層の抵抗値を測定した。そして、屈曲試験中に測定した抵抗値が屈曲試験前の抵抗値（初期の抵抗値）に対して２０％増加したときにシールド層が破断したものとみなし、そのときの屈曲回数を屈曲試験寿命とした。実施例については、屈曲角Ｘを９０°、曲げ半径Ｒを７．５ｍｍとした。比較例１及び比較例２については、屈曲角Ｘを９０°、曲げ半径Ｒを５．０ｍｍとした。

捻回試験では、図４に示すように、試験対象のケーブル１０の一箇所を回転しない固定チャック１０１に取り付け、それより鉛直方向上側に所定の捻回長Ｌだけ隔てた別の箇所を回転チャック１０２に取り付け、ケーブル１０の下端に荷重Ｗ＝１５０ｇｆの錘を吊り下げる。この状態で回転チャック１０２を回転させることにより、ケーブル１０の固定チャック１０１と回転チャック１０２との間の部分に対して±１８０度の捻りを加える。回転チャック１０２は、まず＋１８０度回転して元に戻し、－１８０度回転して元に戻すというように、矢印１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの順に動かして１サイクルとする。捻回速度は、３０回／分とし、捻回回数は各方向への１往復を１回としてカウントした。そして、ケーブル１０の捻回を繰り返して適宜回ごとにケーブル１０の両端間でシールド層の抵抗値を測定し、捻回試験中に測定した抵抗値が捻回試験前の抵抗値（初期の抵抗値）に対して２０％増加したときにシールド層が破断したものとみなし、そのときの捻回回数を捻回試験寿命とした。捻回長Ｌは、実施例については２００ｍｍとし、比較例１及び比較例２については１８０ｍｍとした。

この試験結果における比較例１と比較例２との比較から明らかなように、ケーブル外径が１．２６ｍｍの複合ケーブルでは、引張強度が低く破断伸びが大きい軟質銅合金からなるシールド素線を用いることにより屈曲耐久性及び捻回耐久性が向上するが、実施例と比較例２との比較から明らかなように、引張強度が高く破断伸びが小さい硬質銅合金からなるシールド素線でも、ケーブル外径が１．０ｍｍ以下の細い複合ケーブルに用いれば、十分な屈曲耐久性及び捻回耐久性を得ることができる。

（第１の実施の形態の効果）
以上説明した実施の形態によれば、素線径が０．０３５ｍｍ以下で、破断伸びが４．０％以下、引張強度が７００ＭＰａ以上である複数のシールド素線４０を用いてシールド層４を構成することにより、機械的ストレスへの耐久性が高い細径の複合ケーブル１を提供することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る複合ケーブル１Ａの断面図である。複合ケーブル１Ａは、第１の実施の形態に係る複合ケーブル１と同様、例えば人体内に挿入される医療用ケーブルとして用いられる。

複合ケーブル１Ａは、第１乃至第６の電線６１～６６を撚り合わせてなる集合体６と、集合体２の周囲に螺旋状に巻き付けられたテープ部材７と、集合体６及びテープ部材７の周囲に螺旋状に横巻きされた複数のシールド素線８０からなるシールド層８と、シールド層４の外周を被覆するシース９を有している。テープ部材７及びシース９の材質等は、第１の実施の形態のテープ部材３及びシース５と同様である。第１乃至第６の電線６１～６６の撚り方向、複数のシールド素線８０の巻き方向、及びテープ部材７の巻き方向は、互いに同じである。

本実施の形態では、一例として、ケーブル外径Ｄ_１０が０．７４ｍｍ、シールド層８の内径Ｄ_８（シールド下径）が０．６１ｍｍ、シールド素線８０の素線径Ｄ_８０が０．０２５ｍｍである。シールド層８に含まれるシールド素線８０の本数は７２本である。

第１乃至第６の電線６１～６６は、複合ケーブル１Ａの中心軸線Ｃ_２を囲むように配置されている。第１乃至第６の電線６１～６６に囲まれた部分には、繊維状の介在６０が配置されている。第１の電線６１、第４の電線６４、及び第５の電線６５は、同軸線であり、第２の電線６２、第３の電線６３、及び第６の電線６６は、単純線である。第１乃至第６の電線６１～６６の外径は、例えば０．１５ｍｍ以上０．２１ｍｍ以下である。

シールド素線８０は、第１の実施の形態と同様、銀めっきされた銅合金からなり、集合体６及びテープ部材７の周囲に螺旋状に横巻きされている。それぞれのシールド素線８０は、破断伸びが３．３％以下であり、引張強度が８８０ＭＰａ以上である。破断伸び及び引張強度の測定方法は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成された複合ケーブル１Ａを対象に行った上記の屈曲試験及び捻回試験では、共に合格回数である１５万回を超える結果が得られた。すなわち、この第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様に、機械的ストレスへの耐久性が高い細径の複合ケーブル１Ａを提供することができる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した第１及び第２の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］複数の電線（２１～２３、６１～６６）と、前記複数の電線（２１～２３、６１～６６）の周囲に螺旋状に横巻きされた複数のシールド素線（４０、８０）からなるシールド層（４、８）とを備え、前記複数のシールド素線（４０、８０）のそれぞれは、素線径（Ｄ_４０、Ｄ_８０）が０．０３５ｍｍ以下であり、破断伸びが４．０％以下である、複合ケーブル（１、１Ａ）。

［２］前記複数のシールド素線（４０、８０）のそれぞれの引張強度が７００ＭＰａ以上である、上記［１］に記載の複合ケーブル（１、１Ａ）。

［３］前記シールド層（４、８）の内径（Ｄ_４、Ｄ_８）が０．６５ｍｍ以下である、上記［１］又は［２］に記載の複合ケーブル（１、１Ａ）。

［４］捻回試験により捻回させたときに前記シールド層（４、８）が破断するまでの捻回回数が１５万回以上である、上記［３］に記載の複合ケーブル（１、１Ａ）。

［５］屈曲試験により屈曲させたときに前記シールド層（４、８）が破断するまでの屈曲回数が１５万回以上である、上記［３］に記載の複合ケーブル（１、１Ａ）。

［６］前記複数の電線（２１～２３、６１～６６）の撚り方向と、前記複数のシールド素線（４０、８０）の巻き方向とが同じである、上記［１］に記載の複合ケーブル（１、１Ａ）。

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限り適宜変形して実施することが可能である。例えば、第１及び第２の実施の形態では、複合ケーブル１，１Ａを医療用ケーブルとして用いる場合について説明したが、複合ケーブル１，１Ａの用途はこれに限らず、細径でかつ高い捻回耐久性及び屈曲耐久性が必要な様々な用途に用いることができる。また、集合体における複数の電線の構成についても、図１及び図５に例示したものに限らず、複合ケーブルの仕様に応じて様々に変形することが可能である。

１，１Ａ…複合ケーブル
２１～２３，６１～６６…電線
４，８…シールド層
４０，８０…シールド素線

Claims (6)

1. 複数の電線と、前記複数の電線の周囲に螺旋状に横巻きされた複数のシールド素線からなるシールド層とを備え、
   前記複数のシールド素線のそれぞれは、素線径が０．０３５ｍｍ以下であり、破断伸びが４．０％以下である、
   複合ケーブル。
2. 前記複数のシールド素線のそれぞれの引張強度が７００ＭＰａ以上である、
   請求項１に記載の複合ケーブル。
3. 前記シールド層の内径が０．６５ｍｍ以下である、
   請求項１又は２に記載の複合ケーブル。
4. 捻回試験により捻回させたときに前記シールド層が破断するまでの捻回回数が１５万回以上である、
   請求項３に記載の複合ケーブル。
5. 屈曲試験により屈曲させたときに前記シールド層が破断するまでの屈曲回数が１５万回以上である、
   請求項３に記載の複合ケーブル。
6. 前記複数の電線の撚り方向と、前記複数のシールド素線の巻き方向とが同じである、
   請求項１に記載の複合ケーブル。
   

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