导线的制作方法

文档序号:16150355发布日期:2018-12-05 17:28阅读:448来源:国知局
本申请主张日本专利申请2017-065172号的优先权,并通过引用的方式加入本申请说明书的记载中。本发明涉及导线,更详细而言,涉及具备导体与覆盖该导体的筒状包覆材料并且截面形状为圆形的导线。
背景技术
以往,作为用于传递电能的手段,广泛使用电线。其中,称为导线的小尺寸的线材作为用于传递弱电、电信号的手段大多用于电气、电子设备等。一般的导线的截面形状为圆形,在中心部配置有由单根软铜线构成的导体、多根软铜线捆扎而成的导体。而且,在这种电线中,通过由电绝缘性优异的聚合物制成的圆筒状的包覆材料覆盖上述导体。然而,在医疗等用途中,研究出利用将碳纤维作为导体的导线的发明(参照下述专利文献1、2)。专利文献1:日本实开昭63-167612号公报专利文献2:日本特开平9-131328号公报导线一般以卷绕于线轴等的方式被出售,从线轴抽取并在规定长度切断来使用。另外,在使用导线时,一般实施如下工序(以下也称为“剥离工序”),即,通过电动刀、剥皮器在端部将包覆材料除去使导体露出。在一般的剥离工序中,例如在使导体露出20mm时,首先,在距离导线的端部20mm的位置在包覆材料开设切口。此时,以不伤到导体的方式,从导线的外周面以不到达导体的深度在包覆材料开设切口。因此,开设有切口的位置成为包覆材料的薄皮残留在导体上的状态。接下来,抓住从切口至导线的端部为止的应除去的包覆材料,沿导线的长度方向牵拉,将上述薄皮切断从端部的导体上除去包覆材料。此时,导体可能会和应除去的包覆材料一起从导线被拔出。技术实现要素:本发明人发现:将碳纤维用作导体的导线比将软铜线用作导体的导线在剥离工序中更容易引起导体拔脱的问题。然而,到目前为止,没有着眼于该问题的事例,针对该问题没有采取具体对策。因此,本发明的课题在于解决该问题。即,本发明的课题在于提供虽然将碳纤维用作导体但在剥离工序等中仍不易拔出导体的导线。鉴于上述目的,本发明人进行了深入研究,结果发现通过将导体形成为带状从而导体的拔出阻力增大,由此完成本发明。为了解决上述课题,本发明提供一种导线,其截面形状为圆形,并具备由多根碳纤维构成的带状导体与覆盖该带状导体的筒状的包覆材料。附图说明图1是表示x射线拍摄装置的结构的简图。图2是表示剥离工序前的导线的样子的简要立体图。图3是表示剥离工序后的导线的样子的简要立体图。图4是表示导线的带状导体的简要立体图。具体实施方式说明本发明的导线的实施方式。本发明的导线的用途不特别限定,以下举例说明在x射线拍摄装置的x射线照射部与x射线接收部之间使用的导线。首先,参照附图说明x射线拍摄装置与本实施方式的导线的使用方法。如图1所示,本实施方式的x射线拍摄装置100具有对被检体a照射x射线的x射线照射部110和接收从该x射线照射部110照射出的x射线的x射线接收部120。x射线拍摄装置100构成为,在x射线照射部110与x射线接收部120之间配置被检体a,使从x射线照射部110照射出的x射线通过被检体a到达x射线接收部120而能够拍摄被检体a的内部的状态。另外,x射线拍摄装置100具备安装在被检体a的传感器130和用于传递通过该传感器130获得的信息的信号线140。该信号线140在长度方向上的一个端部与上述传感器130连接,该信号线140在长度方向上的另一个端部与接收从上述传感器130发出的信号的接收器(未图示)连接。即,为了将安装在被检体a的传感器130与接收器之间电连接,上述信号线140和被检体a一起在接收x射线照射的环境下使用。此时,因为存在信号线140位于x射线图像的拍摄范围内的情况,所以优选信号线140为尽可能不阻碍x射线透射的材质。由此,该信号线140并非采用铜线、铝线等金属线,而是采用碳纤维作为导体的构成材料。此外,作为成为x射线拍摄的对象的被检体a,在本实施方式中,例举人类、宠物等动物、一般的工业产品等。本实施方式中的导线适合用于上述那种信号线140。如图2、图3、图4所示,本实施方式中的导线1是截面形状为圆形的导线,具备由多根碳纤维构成的带状导体以及覆盖该带状导体的筒状的包覆材料。构成上述带状导体的上述多根碳纤维在上述带状导体的长度方向对齐。即,上述多根碳纤维以沿上述带状导体的长度方向延伸且相互并行的方式配置而构成上述导体。该导线1的上述包覆材料20呈圆筒状,并且具有圆形的中空部,该中空部成为与在截面形状中划分上述包覆材料20的外周缘的圆形大致同心的圆,并且该中空部小于上述包覆材料20的外周缘。本实施方式中的导线具有宽度大于包覆材料20的中空部的直径(d(mm))的较宽的带状导体10。因此,该带状导体在自然状态下的形状呈带状,以卷成圆形的状态配置在包覆材料20的中空部。上述包覆材料20的中空部的直径(d)通过求出中空部的面积(s1(mm2))并且计算与该面积(s1)具有相同面积的圆的直径而求出。另外,中空部的面积(s1)能够通过在沿导线的长度方向随机选择出的多个位置,沿与长度方向dl正交的平面切断导线,用显微镜等放大截面并进行图像拍摄,针对拍摄出的各图像,求出中空部的面积,对该面积进行算术平均而求出。中空部的面积(s1)例如能够通过利用带ccd照相机的显微镜拍摄截面的图像,对该图像进行二值化处理等,强调中空部的轮廓而求出。此时,中空部的面积(s1)原则上通过利用图像解析软件自动提取面积来求出。此外,在不易自动提取面积时,也可以从中空部的轮廓形状中提取长径与短径,通过计算求出这种具有长径与短径的椭圆形的面积。上述带状导体10的宽度(w)能够通过在随机选择出的多个位置测定该带状导体10的与长度方向dl正交的方向的尺寸,计算算术平均值而求出。此外,在上述带状导体10习惯性地在自然状态下卷曲时,该带状导体10的宽度(w)能够通过将该带状导体10夹于2片滑动玻璃等来测定。即,上述带状导体10的宽度(w)能够通过较轻地施加负载以使该带状导体10成为平坦的状态来测定。如图2、图3所示,本实施方式的导线1通过在端部除去包覆材料20而形成带状导体10露出的导体露出部1a(剥离工序),使用该导体露出部1a与上述传感器130等电连接。此时,以在从端部分离了规定长度的内侧环绕该导线1这种形式,在导线1设置切口x。之后,从上述切口x至导线1的端部为止的部分作为包覆材料的不要部分20a被除去,由此形成导体露出部1a。以将该不要部分20a抓住并沿导线1的长度方向牵拉的形式,除去该不要部分20a。使用剥皮器等除去该不要部分20a。如上述所述,本实施方式的导线1中的上述带状导体10以卷成圆形的状态配置在包覆材料20的中空部。因此,该带状导体10通过要恢复成卷成圆形之前的状态的恢复力,能够使摩擦力作用于其与包覆材料20的内壁面之间。因此,在本实施方式的导线1中,在通过剥皮器等实施剥离工序时,在上述带状导体10产生拔出阻力,能够抑制以意想不到的形式拔出该带状导体10的情况。在本实施方式的导线1中,由于上述带状导体10以卷成圆形的状态配置在包覆材料中,所以构成该带状导体10的碳纤维彼此的紧贴性优异,对降低该带状导体10的电阻值也有效。为了使降低这种带状导体10的电阻值的效果更明显,优选使包覆材料20的中空部存在更多碳纤维。更具体而言,在本实施方式的导线1中,将沿与长度方向正交的平面切断包覆材料20而得到的截面中的中空部的面积设为s1(mm2),将上述多根碳纤维占据上述中空部的面积设为s2(mm2),此时,优选由下述式(1)表示的填充率(%)为60%以上且95%以下。更加优选该填充率(%)为65%以上且90%以下。填充率(%)=(s2/s1)×100%…(1)多根碳纤维占据上述中空部的面积(s2(mm2)通过求出1根碳纤维的截面积与用于带状导体的碳纤维的根数并对它们求积来求出。碳纤维的截面积能够通过利用扫描式电子显微镜(sem)拍摄碳纤维的截面并根据拍摄出的图像使用图像解析软件自动提取碳纤维的截面的面积的方法来求出。碳纤维的截面积能够通过从用于上述带状导体的碳纤维之中随机选择出多根碳纤维,对该多根碳纤维分别求出截面积,计算获得的多个截面积的数据的算术平均值,由此碳纤维的截面积作为该算术平均值被求出。为了使碳纤维彼此的紧贴性更进一步优异,优选上述带状导体10在被施加了扭绞的状态下配置在包覆材料中。本实施方式中的导线1例如能够使用在前端部安装有十字头的挤压机等来制成。十字头具备供带状导体插通的管接头、和用于在上述带状导体通过该管接头之后将包覆材料包覆在上述带状导体之上的塑模。若要不扭绞上述带状导体10地使其通过管接头,则该带状导体10以沿长度方向形成折痕的形式被折叠成两折或三折以上在管接头通过。这样的话,担心在上述带状导体10通过管接头之后,该带状导体10发挥过度的恢复力,对包覆材料产生从内侧朝外按压的力,制成的导线1并不具有接近正圆的截面形状,在外表面具有凹凸。因此,为了容易制造成品形状优异的导线1,也优选对上述带状导体施加有扭绞。优选对上述带状导体10施加的“扭绞”的间距超过5mm且不足50mm。更加优选该扭绞间距为10mm以上且40mm以下。该扭绞间距例如能够通过在尽可能保持带状导体10位于包覆材料中的状态下从导线1中取出带状导体10并测定该带状导体10在恒定长度的扭绞次数而求出。具体而言,在对1m的带状导体10施加有x次扭绞时,扭绞间距为“1000/x”(mm)。本实施方式的导线1的粗细等不特别限定,在用于x射线拍摄装置100等时,从x射线的透射性的观点看,优选以直径2mm以下的粗细使用。更加优选导线1的粗细为1.5mm以下,进一步优选为1.2mm以下,特别优选为1.0mm以下。此外,担心不易制造直径过细的导线1,并且单位长度的电阻也变大。因此,更加优选导线1的粗细为0.2mm以上,进一步优选为0.3mm以上,特别优选为0.5mm以上。成为上述带状导体10的收容部的上述包覆材料20的中空部占据导线1的比例较高有利于导线1的小尺寸化,但若要以过高的比例设置中空部,则包覆材料20的厚度变薄,担心根据情况会在包覆材料20产生破损。由此,优选中空部的面积(s1(mm2))占据导线1的截面积的比例为25%以上且80%以下。在上述带状导体10中,宽度(w)与厚度(t)之比(扁平倍率)较高有利于提高拔出阻力。由此,优选该带状导体10的扁平倍率(w/t)为5倍以上,更加优选为8倍以上,特别优选为10倍以上。但是,若要过度提高该带状导体10的扁平倍率,则该带状导体10的厚度相应变薄,对变形的恢复力可能会变小。由此,优选该带状导体10的扁平倍率(w/t)为30倍以下,更加优选为25倍以下,特别优选为20倍以下。作为构成上述带状导体10的碳纤维,例如能够采用将丙烯酸纤维作为原始材料的pan系碳纤维、使用了沥青的沥青系碳纤维。作为本实施方式的上述带状导体10,能够采用通过上浆剂等将碳纤维束成带状的带状导体。优选碳纤维的粗细为1μm以上且20μm以下。更加优选碳纤维的粗细为2μm以上且15μm以下,特别优选3μm以上且10μm以下。碳纤维的粗细、上述带状导体的厚度(t)例如能够通过千分尺等求出。碳纤维的粗细、上述带状导体的厚度(t)通常作为随机选择出的多个位置处的测定值的算术平均值被求出。碳纤维的粗细原则上通过利用千分尺进行测定而求出,但是,例如,在碳纤维的粗细利用千分尺进行测定的话过细时、在截面形状从圆形偏离而认为通过千分尺进行测定不适合时,也可以如上述那样通过sem图像等求出碳纤维的截面积,将与该截面积具有相同面积的圆的直径视为碳纤维的粗细。另外,上述带状导体的厚度(t)原则上也通过利用千分尺进行测定而求出,但是,例如,在仅宽度方向的1个位置或者多个位置厚度极厚时(能够看出局部突出时)等、利用千分尺进行测定不适合时,与测定碳纤维的粗细相同,也可以根据显微镜图像等求出带状导体的截面积,将该截面积除以带状导体的宽度得到的值视为该带状导体的厚度。上述带状导体10的厚度(t)通常为50μm以上且500μm以下,优选为60μm以上且300μm以下,特别优选为70μm以上且200μm以下。具有上述那种厚度的带状导体10的宽度(w)通常为0.8mm以上且3mm以下,优选为0.9mm以上且2.5mm以下,更加优选为1mm以上且2mm以下。构成上述带状导体10的碳纤维的根数通常为1000根以上且24000根以下。此外,构成上述带状导体10的碳纤维彼此在粗细、材质上无需共同。因此,在该带状导体10中,pan系碳纤维与沥青系碳纤维也可以混合存在,粗细不同的碳纤维也可以混合存在。覆盖该带状导体10的上述包覆材料20的材质等不特别限定,能够由与用于形成一般导线的包覆材料的材质相同的聚合物组成物形成。优选本实施方式的包覆材料20是具有1×1012ω·cm以上的体积电阻率的电绝缘性的聚合物组成物。对于作为该聚合物组成物的主要成分被含有在聚合物组成物中的聚合物,例举聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚酯、聚酰胺、丙烯酸系聚合物、聚氨酯系热塑性弹性体、苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃系热塑性弹性体等热塑性聚合物、硅酮橡胶、聚氨酯橡胶等热固化性聚合物。上述包覆材料20能够通过将含有上述那样的聚合物的聚合物组成物熔融混炼并将熔融混炼物包覆于上述带状导体的方法来形成,并且能够通过一般的挤压法来形成。这里,若通过含有聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚酰胺等的结晶聚合物的聚合物组成物形成包覆材料20,则通过包覆后的结晶化所伴随的收缩,能够提高填充率(%)。另一方面,若通过将结晶性聚合物作为主要成分的聚合物组成物形成包覆材料20,则该导线在剥离工序时在聚合物组成物产生缩颈,容易形成从包覆材料20的切口朝向导体露出部1a延伸的线状物。也可以考虑使聚合物组成物含有无机填料而降低牵拉破坏时标称应变,防止剥离工序中的缩颈,但是,如果考虑x射线透射性,则优选尽可能降低用于形成包覆材料20的聚合物组成物的无机填料的含量。由此,优选本实施方式的聚合物组成物将非晶性聚合物作为主要成分,并且使无机物的含量为5质量%以下。在非晶性聚合物之中,聚氯乙烯容易根据塑化剂的含量调整机械特性,从使包覆材料20发挥适度的牵拉破坏时标称应变方面看适宜。作为含有聚氯乙烯的聚合物组合物所含有的上述塑化剂,例举邻苯二甲酸酯塑化剂、己二酸酯塑化剂、壬二酸酯塑化剂、癸二酸酯塑化剂、马来酸酯塑化剂、富马酸酯塑化剂、偏苯三酸酯塑化剂、均苯四甲酸酯塑化剂、衣康酸酯塑化剂、柠檬酸酯塑化剂、聚酯塑化剂等酯类化合物。优选聚合物组合物所含有的塑化剂为邻苯二甲酸酯塑化剂或偏苯三酸酯塑化剂。作为邻苯二甲酸酯塑化剂,例举邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁基己酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二辛酯(或者邻苯二甲酸二(2-己基己基)酯)、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二(十一烷基)酯、邻苯二甲酸二(十三烷基)酯、邻苯二甲酸二月桂酯、邻苯二甲酸二环己酯、对苯二甲酸二辛酯等。作为偏苯三酸酯塑化剂,例如存在偏苯三酸三(2-乙基己基)酯、偏苯三酸三(正辛基)酯、偏苯三酸三(异壬基)酯等。其中,举出邻苯二甲酸二(十一烷基)酯、邻苯二甲酸二(十三烷基)酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯、偏苯三酸三(2-乙基己基)酯、偏苯三酸三(正辛基)酯、偏苯三酸三(异壬基)酯等。也可以使上述聚合物组成物还含有抗氧化剂、抗老化剂、稳定剂、耐候剂等之类的功能性药品、各种着色剂。在利用含有聚氯乙烯的聚合物组成物形成包覆材料20时,挤压后的收缩无法期待成为利用含有结晶性聚合物的聚合物组成物形成包覆材料20的情况那种程度。因此,为了实现提高带状导体在中空部的填充率,优选在形成包覆材料20时,实施充实地挤压。作为使用挤压机在线材包覆聚合物的方法,一般为使用了十字头的方法,针对该方法的具体方式,根据十字头中的塑模与管接头的位置关系大致分为充实挤压与管挤压。其中,在充实挤压中,在十字头中,使插通有上述带状导体10的管接头的前端位于比塑模的出口更靠上游侧实施包覆。因此,在充实挤压中,在通过塑模之前的树脂压力较高的状态下被熔融混炼后的聚合物组成物包覆在上述带状导体之上。导线1通过充实挤压制成,能够使上述带状导体10的碳纤维彼此紧贴,能够实现降低导体电阻。此外,在充实挤压中,在从管接头的前端至塑模的出口为止之间,树脂压力作用于该带状导体10,由此与带状导体10的外表面的凹凸对应的包覆材料20的凹凸形状形成于内壁面。在只是简单地将碳纤维束成圆形的导体中,不易在导体表面形成碳纤维的粗细以上的凹部,但在本实施方式中,因为使用了带状导体10,所以能够沿该带状导体10的宽度方向端部形成具有与该带状导体10的厚度相当的深度的条槽10a。而且,由于对本实施方式的带状导体10施加有扭绞,该条槽10a能够沿该带状导体10的外周形成为螺旋状。在本实施方式中,通过聚合物组成物朝向该条槽10a啮入,能够更进一步提高该带状导体10的拔出阻力。如以上所述,本实施方式的导线容易进行剥离工序,并且还能期待降低导体电阻的效果。此外,在本实施方式中,例示出将导线利用于x射线透射用途的情况,但本发明的导线的用途不限定于上述例示。另外,在上述例示中,例示出仅具有1根带状导体的导线,但本发明的导线也可以具备2根以上的带状导体。即,本发明完全不限定于上述例示。实施例接下来,举出实施例进一步详细说明本发明,但本发明不限定于上述实施例。准备了带状导体,该带状导体使用约3000根、粗细约为7μm的碳纤维制成,该带状导体的厚度约为0.1mm、宽度约为1.5mm(扁平倍率约为15倍)。除此之外,作为用于形成包覆材料的聚合物组成物,准备了将聚氯乙烯作为主要成分的聚合物组成物。向在前端安装有十字头的挤压机供给聚合物组成物,通过挤压机将聚合物组成物熔融混炼,并且使上述带状导体插通于十字头的管接头。使挤压机的螺杆旋转速度恒定,将熔融混炼物向十字头供给,并通过在该十字头安装的塑模排出。另外,在比该塑模的出口更靠上游侧,且在塑模的中心部,固定上述管接头以使前端定位,将插通于该管接头的带状导体以恒定的速度拉出,制成成品外径约为1mm、截面形状为圆形的导线。此外,导线具有在导线的截面中的形状是直径约为0.5mm的圆形的中空部,导线成为在该中空部填充有碳纤维的状态。作为向十字头供给的带状导体,准备未施加有扭绞(扭绞间距无限大)、扭绞间距30mm、50mm、75mm的四种带状导体,使用它们制成导线,对制成的各个导线分别测定碳纤维(cf)的填充率(在中空部中碳纤维占据的面积比例)、每米导线的电阻值(导体电阻),并且对外观进行测定,感官评价出在包覆材料的表面是否能够看见凹凸。结果如下表所示。此外,针对使用了各导体的导线的制成,分别各实施10次,针对碳纤维的填充率(%)以及导线的电阻值(ω/m),根据制成的每根导线进行测定,实施了每种导体共计10次的测定。10次的测定结果的平均值如下表所示。[表1]#1#2#3#4带状导体的扭绞间距(mm)30mm50mm75mm无限大制成(挤压)方法充实挤压充实挤压充实挤压充实挤压外观(有无凹凸)无无无有中空部截面积(mm2)0.15~0.170.15~0.160.15~0.190.14~0.17向中空部的cf填充率(%)70.97467.576.5电阻值(ω/m)126.1130130.3128.7针对上述导线,确认到在剥离工序时不易拔出带状导体。另外,根据上述结果,对带状导体施加有扭绞有利于使导线具有优异的外观。附图标记说明:1…导线;10…带状导体;20…包覆材料。当前第1页12
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