JP7848906B2 - Laminated structure, cable, tube, and method for manufacturing the laminated structure - Google Patents
Laminated structure, cable, tube, and method for manufacturing the laminated structureInfo
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Description
本発明は、積層構造体、ケーブル、チューブ及び積層構造体の製造方法に関する。 This invention relates to a laminated structure, a cable, a tube, and a method for manufacturing a laminated structure.
従来、微粒子を含むシリコーンゴムからなり、シースを覆うように設けられた被膜を備えた医療機器用ケーブルが知られている(特許文献1参照)。シリコーンゴムは、従来シースの材料として一般的に用いられてきたポリ塩化ビニル(PVC)と比較して、時間の経過に伴う変色がほとんどないなどの優位点があるが、表面の滑り性が低い傾向にある。 Conventionally, medical device cables are known that consist of a silicone rubber coating containing fine particles, which is applied to cover the sheath (see Patent Document 1). Silicone rubber has advantages over conventional sheath materials, such as minimal discoloration over time, but it tends to have lower surface slipperiness.
特許文献1に記載のケーブルの被膜は微粒子を含むシリコーンゴムからなるため、その表面には、微粒子に由来する凹凸が形成されている。この凹凸により、被膜と他の部材とが接触したときに接触面積を小さくすることができ、被膜表面の滑り性、すなわちケーブルの滑り性を高めることができる。 The cable sheath described in Patent Document 1 is made of silicone rubber containing fine particles, and therefore its surface has irregularities caused by these fine particles. These irregularities reduce the contact area when the sheath comes into contact with other components, thereby improving the slipperiness of the sheath surface, and thus the slipperiness of the cable.
近年、医療機器用ケーブルの殺菌方法として、簡便、安価、かつ確実に殺菌することができる、UV-C光の照射による殺菌方法が注目されているが、UV-C光の照射による殺菌を実施するためには、ケーブルのUV-C光への耐性が問題となる。シリコーンゴムからなるシースを備えたケーブルも、UV-C光の照射を繰り返すと、シースが劣化するのでケーブルを曲げるなどの応力が作用するとシースにクラックが入ることが確認されている。 In recent years, UV-C light irradiation has attracted attention as a simple, inexpensive, and reliable method for sterilizing medical device cables. However, the resistance of the cable to UV-C light is a problem for implementing UV-C light sterilization. Even cables with silicone rubber sheaths will deteriorate with repeated UV-C light irradiation, and it has been confirmed that cracks will form in the sheath when subjected to stress such as bending the cable.
本発明の目的は、シリコーンゴムを母材とする積層構造体であって、UV-C光への耐性に優れる積層構造体、並びにその積層構造体からなる絶縁体を備えたケーブル、チューブ及び積層構造体の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a laminated structure made of silicone rubber, which exhibits excellent resistance to UV-C light, as well as a cable, tube, and method for manufacturing the laminated structure, which include an insulator made from the laminated structure.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、シリコーンゴムを母材とし、第1のTiO2微粒子を含む第1の層と、前記第1の層上に積層された、シリコーンゴムを母材とし、第2のTiO2微粒子を含む第2の層と、を備え、前記第1の層のTi濃度が0.35質量%以上3.0質量%以下であり、前記第2の層のTi濃度が1.0質量%以上4.4質量%以下である、積層構造体を提供する。
また本発明は、上記課題を解決することを目的として、シリコーンゴムを母材とし、第1のTiO2微粒子を含む第1の層と、前記第1の層上に積層された、シリコーンゴムを母材とし、第2のTiO2微粒子を含む第2の層と、を備える積層構造体の製造方法であって、Ti濃度が0.35質量%以上3.0質量%以下となる前記第1のTiO2微粒子を含む前記第1の層を準備する工程と、前記第1の層上に、前記第2の微粒子を含むシリコーンゴムコーティング溶液を塗布して塗膜を製膜する工程と、前記塗膜を硬化させてTi濃度が1.0質量%以上4.4質量%以下となる前記第2のTiO2微粒子を含む前記第2の層を形成する工程と、を有する、積層構造体の製造方法を提供する。
The present invention aims to solve the above problems and provides a laminated structure comprising a first layer made of silicone rubber and containing first TiO2 fine particles, and a second layer laminated on the first layer, made of silicone rubber and containing second TiO2 fine particles, wherein the Ti concentration of the first layer is 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less, and the Ti concentration of the second layer is 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less.
Furthermore, the present invention aims to solve the above problems and provides a method for manufacturing a laminated structure comprising: a first layer made of silicone rubber and containing first TiO2 fine particles; and a second layer laminated on the first layer and made of silicone rubber and containing second TiO2 fine particles, the method comprising: preparing the first layer containing the first TiO2 fine particles having a Ti concentration of 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less; applying a silicone rubber coating solution containing the second fine particles onto the first layer to form a coating film; and curing the coating film to form the second layer containing the second TiO2 fine particles having a Ti concentration of 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less.
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、上記の積層構造体からなる絶縁体を備えたケーブル又はチューブ、あるいは積層構造体の製造方法を提供する。 Furthermore, the present invention aims to solve the above problems by providing a cable or tube equipped with an insulator made of the above-described laminated structure, or a method for manufacturing the laminated structure.
本発明によれば、シリコーンゴムを母材とする積層構造体であって、UV-C光への耐性に優れる積層構造体、並びにその積層構造体からなる絶縁体を備えたケーブル、チューブ及び積層構造体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a laminated structure made of silicone rubber as a base material, which exhibits excellent resistance to UV-C light, as well as a cable, tube, and method for manufacturing the laminated structure, which include an insulator made from the laminated structure.
〔第1の実施の形態〕
(積層構造体の構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る積層構造体1の垂直断面図である。積層構造体1は、シリコーンゴムを母材101とし、酸化チタン(TiO2)微粒子102を含む第1の層10と、第1の層10上に積層された、シリコーンゴムを母材111とし、酸化チタン(TiO2)微粒子113を含む第2の層11とを備える。
[First Embodiment]
(Structure of the laminated structure)
Figure 1 is a vertical cross-sectional view of a laminated structure 1 according to a first embodiment of the present invention. The laminated structure 1 comprises a first layer 10 having silicone rubber as the base material 101 and containing titanium oxide ( TiO2 ) fine particles 102, and a second layer 11 laminated on the first layer 10, having silicone rubber as the base material 111 and containing titanium oxide ( TiO2 ) fine particles 113.
第1の層10と第2の層11の母材であるシリコーンゴムは、シリコーン樹脂の一種である。シリコーンゴムは、従来、医療用途に使用されるケーブルやチューブの材料として一般的に用いられているポリ塩化ビニルと比較して紫外線(UV-A光、UV-B光)に対する耐性が高い。 The silicone rubber that forms the base material of the first layer 10 and the second layer 11 is a type of silicone resin. Compared to polyvinyl chloride, which is commonly used as a material for cables and tubes in medical applications, silicone rubber has higher resistance to ultraviolet light (UV-A and UV-B).
積層構造体1は、その用途に応じて様々な形態をとり得る。例えば、ケーブルやチューブの絶縁体に用いられる場合は管状に成形され、高紫外線耐性の恒温室ハウス用シートや殺菌室などからの紫外線漏れを遮蔽するための紫外線遮蔽シート(紫外線遮蔽カーテン)などに用いられる場合はシート状に成形される。 The laminated structure 1 can take various forms depending on its application. For example, when used as an insulator for cables and tubes, it is formed into a tubular shape, and when used as a sheet for applications such as high-UV-resistant constant-temperature greenhouse sheets or UV-shielding sheets (UV-shielding curtains) to block UV leakage from sterilization rooms, it is formed into a sheet shape.
(第2の層の構成)
第2の層11の母材111であるシリコーンゴムとしては、例えば、付加反応型のシリコーンゴムコーティング剤又は縮合反応型のシリコーンゴムコーティング剤を用いることができる。特に、シリコーンゴムを母材とする第1の層10との密着性及び耐摩耗性の観点から、付加反応型のシリコーンゴムコーティング剤を用いることが好ましい。
(Structure of the second layer)
As the silicone rubber that forms the base material 111 of the second layer 11, for example, an addition-reaction type silicone rubber coating agent or a condensation-reaction type silicone rubber coating agent can be used. In particular, from the viewpoint of adhesion to the first layer 10, which has silicone rubber as the base material, and abrasion resistance, it is preferable to use an addition-reaction type silicone rubber coating agent.
第2の層11によって積層構造体1の表面の良好な滑り性及び所定の拭き取り耐性を得るためには、第2の層11の厚さが3μm以上であることが好ましい。また、第2の層11は第1の層10の両面に積層されていてもよい。なお、第2の層11の厚さの上限は特に制限されるものではないが、生産性、高可撓性及び高屈曲性の観点から100μm以下であることが好ましい。 To obtain good slipperiness and predetermined wiping resistance on the surface of the laminated structure 1 by the second layer 11, it is preferable that the thickness of the second layer 11 be 3 μm or more. Furthermore, the second layer 11 may be laminated on both sides of the first layer 10. While there is no particular upper limit to the thickness of the second layer 11, it is preferable that it be 100 μm or less from the viewpoint of productivity, high flexibility, and high bendability.
第2の層11に含まれるTiO2微粒子113は、UV-C光を吸収及び/又は散乱により遮蔽することができる。ここで、UV-C光は、200~280nmの波長域の紫外光である。TiO2微粒子113がUV-C光を遮蔽することにより、シリコーンゴムからなる母材111のUV-C光による劣化を抑えることができる。TiO2微粒子113を構成するTiO2は、アナターゼ型、ルチル型、又はブルッカイト型のいずれであってもよく、2つ以上の混合物であってもよい。また、酸化チタンには、ニオブ酸化物を添加して、安定性を持たせるようにしてもよい。 The TiO2 fine particles 113 contained in the second layer 11 can shield against UV-C light by absorption and/or scattering. Here, UV-C light is ultraviolet light in the wavelength range of 200 to 280 nm. By shielding against UV-C light, the TiO2 fine particles 113 can suppress the degradation of the silicone rubber matrix material 111 due to UV-C light. The TiO2 constituting the TiO2 fine particles 113 may be of the anatase type, rutile type, or brookite type, or a mixture of two or more types. In addition, niobium oxide may be added to the titanium dioxide to improve its stability.
また、第2の層11は、図1に示されるように、第2の層11の表面に凹凸を付与するための微粒子112を含むことが好ましい。表面に凹凸があると、表面が平坦な場合と比較して、第2の層11が接触物と接触したときの接触面積が小さくなり、滑り性が高くなる。 Furthermore, it is preferable that the second layer 11 contains fine particles 112 to create irregularities on its surface, as shown in Figure 1. When the surface is irregular, the contact area between the second layer 11 and the object it contacts is reduced compared to a flat surface, resulting in improved slipperiness.
微粒子112は、例えば、シリコーンレジン微粒子、シリコーンゴム微粒子、及びシリカ微粒子のうちの少なくとも1つを含む。反応基(例えば、メチル基)の数がシリコーンゴムよりも少ないシリコーンレジンは、シリコーンゴムよりも硬度が高く、反応基を有しないシリカは、さらに硬度が高い。また、密度についても、シリカが最も高く、シリコーンレジンが次に高く、シリコーンゴムが最も低い。 The fine particles 112 include, for example, at least one of silicone resin fine particles, silicone rubber fine particles, and silica fine particles. Silicone resin, which has fewer reactive groups (e.g., methyl groups) than silicone rubber, has higher hardness than silicone rubber, and silica, which has no reactive groups, has even higher hardness. Furthermore, in terms of density, silica has the highest density, followed by silicone resin, and then silicone rubber.
第2の層11が接触物と接触した際の表面の凹凸の変形を抑えるためには、微粒子112の硬度が高いことが好ましい。これは、接触物により第2の層11の表面に押し付け圧力が加わった際に、微粒子112の硬度が高いほど第2の層11の表面の凹凸の変形を抑えることができるためである。これにより、第2の層11の接触物との接触面積の増加を抑え、滑り性を維持することができる。このため、第2の層11が接触物と接触した際の表面の凹凸の変形を抑える観点からは、微粒子112としてシリカ微粒子が最も好ましく、シリコーンレジン微粒子が次に好ましい。 To suppress deformation of the surface irregularities when the second layer 11 comes into contact with an object, it is preferable that the fine particles 112 have high hardness. This is because, when pressure is applied to the surface of the second layer 11 by the object, the higher the hardness of the fine particles 112, the more effectively deformation of the surface irregularities of the second layer 11 can be suppressed. This suppresses the increase in the contact area between the second layer 11 and the object, thus maintaining its slipperiness. Therefore, from the viewpoint of suppressing deformation of the surface irregularities when the second layer 11 comes into contact with an object, silica fine particles are most preferable as the fine particles 112, followed by silicone resin fine particles.
一方で、シリカは上述のように密度が高いため、シリカ微粒子は第2の層11の製造過程において母材となるシリコーンゴムコーティング剤中で沈降しやすく、シリコーンレジン微粒子やシリコーンゴム微粒子と比べて、シリコーンゴムコーティング剤中(第2の層11中)に分散させることが難しい。したがって、シリコーンゴムコーティング剤中(第2の層11中)の分散の均一性を高める観点からは、微粒子112としてシリコーンゴム微粒子が最も好ましく、シリコーンレジン微粒子が次に好ましい。 On the other hand, because silica has a high density as described above, silica fine particles tend to settle in the silicone rubber coating agent that forms the base material during the manufacturing process of the second layer 11, making them more difficult to disperse in the silicone rubber coating agent (in the second layer 11) compared to silicone resin fine particles or silicone rubber fine particles. Therefore, from the viewpoint of improving the uniformity of dispersion in the silicone rubber coating agent (in the second layer 11), silicone rubber fine particles are most preferred as the fine particles 112, followed by silicone resin fine particles.
したがって、第2の層11が接触物と接触した際の滑り性の維持と、シリコーンゴムからなる母材111中の微粒子112の分散の均一性とを両立させるためには、シリコーンレジン微粒子を微粒子112として用いることが好ましい。 Therefore, in order to achieve both the maintenance of slipperiness when the second layer 11 comes into contact with the object and the uniformity of the dispersion of fine particles 112 in the silicone rubber base material 111, it is preferable to use silicone resin fine particles as the fine particles 112.
また、シリコーンレジンとシリカの分子構造における原子間の結合エネルギーは、シリコーンゴムの分子構造における原子間の結合エネルギーよりも高い。このため、シリコーンレジンとシリカは、シリコーンゴムよりもUV-C光に対する耐性が高い。 Furthermore, the interatomic bond energies in the molecular structures of silicone resin and silica are higher than those in the molecular structure of silicone rubber. Therefore, silicone resin and silica have higher resistance to UV-C light than silicone rubber.
例えば、シリコーンゴムに多く含まれるC-H結合は、結合エネルギー(およそ4.27eV)がUV-C光のエネルギー(およそ6.2eV)よりも小さいため、UV-C光の照射により結合が切れるが、シリコーンレジンに多く含まれるSi-O結合は、結合エネルギー(およそ6.52eV)がUV-C光のエネルギーよりも大きいため、UV-C光の照射により結合が切れない。このため、UV-C光に対する耐性の観点からは、シリコーンレジン微粒子又はシリカ微粒子を微粒子112として用いることが好ましい。 For example, the C-H bond, which is abundant in silicone rubber, has a bond energy (approximately 4.27 eV) lower than the energy of UV-C light (approximately 6.2 eV). Therefore, the bond breaks upon irradiation with UV-C light. However, the Si-O bond, which is abundant in silicone resin, has a bond energy (approximately 6.52 eV) higher than the energy of UV-C light. Therefore, the bond does not break upon irradiation with UV-C light. For this reason, from the viewpoint of resistance to UV-C light, it is preferable to use silicone resin fine particles or silica fine particles as the fine particles 112.
微粒子112としての平均粒径は、例えば、1μm以上10μm以下である。また、第2の層11中の微粒子112としての濃度(質量%)は、例えば、10質量%以上60質量%以下である。ここで、本願明細書における「平均粒径」は、レーザー回折散乱法により測定されたものをいう。 The average particle size of the fine particles 112 is, for example, 1 μm to 10 μm. Furthermore, the concentration (mass%) of the fine particles 112 in the second layer 11 is, for example, 10% to 60% by mass. Here, "average particle size" in this specification refers to the particle size measured by laser diffraction scattering.
(第1の層の構成)
第1の層10は、第2の層11を透過したUV-C光による劣化を抑えるため、TiO2微粒子113を含む第2の層11と同様に、UV-C光を吸収及び/又は散乱により遮蔽するためのTiO2微粒子102を含む。
(Structure of the first layer)
The first layer 10 contains TiO2 fine particles 102 for shielding UV-C light by absorption and/or scattering, similar to the second layer 11 which contains TiO2 fine particles 113, in order to suppress degradation caused by UV- C light transmitted through the second layer 11.
上述のように、母材101はシリコーンゴムからなるが、第1の層10をシース材料として用いる場合には、各種架橋剤、架橋触媒、老化防止剤、可塑剤、滑剤、充填剤、難燃剤、安定剤、着色剤等の一般的な配合剤が添加されたシリコーンゴムを母材101として用いてもよい。 As described above, the base material 101 is made of silicone rubber. However, when the first layer 10 is used as a sheath material, silicone rubber to which various crosslinking agents, crosslinking catalysts, anti-aging agents, plasticizers, lubricants, fillers, flame retardants, stabilizers, colorants, and other common compounding agents may be added may be used as the base material 101.
(TiO2微粒子)
図2は、TiO2微粒子102を含む第1の層10のTi濃度と、TiO2微粒子113を含む第2の層11のTi濃度の好ましい範囲を示すグラフである。
( TiO2 fine particles)
Figure 2 is a graph showing the preferred range of Ti concentration in the first layer 10 containing TiO2 fine particles 102 and the preferred range of Ti concentration in the second layer 11 containing TiO2 fine particles 113.
図2に示されるように、第1の層10中のTi濃度は、0.35質量%以上3.0質量%以下であることが好ましい。第1の層10が、Ti濃度が0.35質量%以上となる濃度のTiO2微粒子102を含むことにより、積層構造体1を絶縁体(シース及びその被膜)として備えるケーブルにUV-C光を照射した後で、“JIS K6251(1994)”に規定される引張試験を実施したときに測定される破断点伸度を高い数値で維持することができる。この引張試験の具体的な方法については後述する。 As shown in Figure 2, the Ti concentration in the first layer 10 is preferably 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less. By including TiO2 fine particles 102 in the first layer 10 at a concentration of 0.35% by mass or more, the elongation at the breaking point measured when a tensile test specified in "JIS K6251 (1994)" is performed after irradiating a cable equipped with the laminated structure 1 as an insulator (sheath and its coating) with UV-C light can be maintained at a high value. The specific method of this tensile test will be described later.
一方で、第1の層10が、Ti濃度が3.0質量%を超える濃度のTiO2微粒子102を含むと、第1の層10が硬くなるため、積層構造体1の可撓性が低くなり引き裂き強度が低下する。このため、第1の層10をケーブルやチューブの絶縁体に用いた場合のケーブルやチューブの取扱い性を考えると、第1の層10中のTi濃度は3.0質量%以下であることが好ましい。 On the other hand, if the first layer 10 contains TiO2 fine particles 102 with a Ti concentration exceeding 3.0 mass%, the first layer 10 becomes hard, reducing the flexibility of the laminated structure 1 and decreasing its tear strength. For this reason, considering the handling of cables and tubes when the first layer 10 is used as an insulator for cables and tubes, it is preferable that the Ti concentration in the first layer 10 be 3.0 mass% or less.
また、図2に示されるように、第2の層11中のTi濃度は、1.0質量%以上4.4質量%以下であることが好ましい。第2の層11が、Ti濃度が1.0質量%以上となる濃度のTiO2微粒子113を含むことにより、1404J/cm2のUV-C光を照射した後の45~50%引張相当の曲げ試験による、第1の層10に到達するような積層構造体1の表面におけるクラックの発生を抑えることができる。なお、曲げ試験の方法及びクラックの有無の観察方法については後述する。 Furthermore, as shown in Figure 2, the Ti concentration in the second layer 11 is preferably 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less. By including TiO2 fine particles 113 in the second layer 11 with a Ti concentration of 1.0% by mass or more, it is possible to suppress the occurrence of cracks on the surface of the laminated structure 1 that reach the first layer 10, as measured by a bending test equivalent to 45-50% tensile strength after irradiation with 1404 J/cm² of UV-C light. The method of the bending test and the method of observing the presence or absence of cracks will be described later.
一方で、第2の層11が、Ti濃度が4.4質量%を超えるような濃度のTiO2微粒子を含む場合、第2の層11の表面荒れが大きくなる。表面荒れが大きくなると、汚れや細菌が付着し易く、また、除去し難くなる。また、第2の層11がシリコーンレジン微粒子などの微粒子112を含む場合は、Ti濃度が4.4質量%を超えるような濃度のTiO2微粒子を含むと、シリコーンゴムからなる母材111と微粒子112との密着性が低下して、微粒子112が脱落し易くなり、第2の層11の表面の滑り性が低下する。このため、第2の層11中のTi濃度は、4.4質量%以下であることが好ましい。 On the other hand, if the second layer 11 contains TiO2 fine particles at a concentration exceeding 4.4% by mass, the surface roughness of the second layer 11 increases. Increased surface roughness makes it easier for dirt and bacteria to adhere and harder to remove. Furthermore, if the second layer 11 contains fine particles 112 such as silicone resin fine particles, and contains TiO2 fine particles at a concentration exceeding 4.4% by mass, the adhesion between the silicone rubber base material 111 and the fine particles 112 decreases, making the fine particles 112 more likely to fall off, and reducing the slipperiness of the surface of the second layer 11. For this reason, it is preferable that the Ti concentration in the second layer 11 be 4.4% by mass or less.
また、図2に示されるように、第2の層11に含まれるTiO2微粒子113の濃度が、第1の層10に含まれるTiO2微粒子102の濃度よりも高い、すなわち、第2の層11のTi濃度が第1の層10のTi濃度よりも高いことが好ましい。第2の層11中のTiO2微粒子113の濃度を第1の層10中のTiO2微粒子102の濃度よりも高くすることにより、第2の層11中でUV-C光を効果的に吸収及び/又は散乱し、第1の層10のUV-C光による劣化を抑え、積層構造体1の可撓性や引き裂き強度の低下を抑えることができる。 Furthermore, as shown in Figure 2, it is preferable that the concentration of TiO₂ fine particles 113 in the second layer 11 is higher than the concentration of TiO₂ fine particles 102 in the first layer 10, that is, that the Ti concentration in the second layer 11 is higher than the Ti concentration in the first layer 10. By making the concentration of TiO₂ fine particles 113 in the second layer 11 higher than the concentration of TiO₂ fine particles 102 in the first layer 10, UV-C light is effectively absorbed and/or scattered in the second layer 11, thereby suppressing degradation of the first layer 10 by UV-C light and preventing a decrease in the flexibility and tear strength of the laminated structure 1.
なお、第1の層10中のTiは、いずれもTiO2微粒子102に含まれるものであり、第2の層11中のTiは、いずれもTiO2微粒子113に含まれるものである。第1の層10中のTi濃度及び第2の層11中のTi濃度は、走査電子顕微鏡(SEM)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDS)を用いて、横125μm×縦95μmの測定領域での平均値として求められる。 Furthermore, the Ti in the first layer 10 is all contained in the TiO2 fine particles 102, and the Ti in the second layer 11 is all contained in the TiO2 fine particles 113. The Ti concentrations in the first layer 10 and the second layer 11 are determined as the average values over a measurement area of 125 μm x 95 μm using an energy-dispersive X-ray analyzer (EDS) mounted on a scanning electron microscope (SEM).
〔第2の実施の形態〕
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態に係る積層構造体1からなる絶縁体を備えたケーブル又はチューブである。以下、その一例として、医療用の超音波プローブケーブルに用いられるケーブルについて説明する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention is a cable or tube equipped with an insulator made of a laminated structure 1 according to the first embodiment. Hereinafter, as an example, a cable used in medical ultrasound probe cables will be described.
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る超音波プローブケーブル2の構成を模式的に示す平面図である。超音波プローブケーブル2においては、図3に示されるように、ケーブル20の一端部に、この一端部を保護するブーツ31を介して、超音波プローブ32が取り付けられている。一方、ケーブル20の他端部には、超音波撮像装置の本体部と接続されるコネクタ33が取り付けられている。 Figure 3 is a schematic plan view showing the configuration of an ultrasonic probe cable 2 according to a second embodiment of the present invention. In the ultrasonic probe cable 2, as shown in Figure 3, an ultrasonic probe 32 is attached to one end of the cable 20 via a boot 31 that protects this end. Meanwhile, a connector 33, which connects to the main body of an ultrasonic imaging device, is attached to the other end of the cable 20.
図4(a)は、超音波プローブケーブル2のケーブル20の径方向の断面図である。ケーブル20の内部には、例えば、複数の同軸ケーブルに代表される電線21が収納されており、この複数の電線21を覆うように編組シールドなどのシールド22が設けられている。そして、シールド22を覆うようにシース23が設けられている。さらに、ケーブル20においては、上述したシース23の周囲を覆い、かつ、シース23と密着する被膜24が形成されている。 Figure 4(a) is a radial cross-sectional view of the cable 20 of the ultrasonic probe cable 2. Inside the cable 20, for example, multiple coaxial cables (electric wires 21) are housed, and a shield 22, such as a braided shield, is provided to cover these multiple electric wires 21. A sheath 23 is provided to cover the shield 22. Furthermore, a coating 24 is formed on the cable 20, covering the periphery of the sheath 23 and closely adhering to it.
図4(b)は、図3に記載の切断線A-Aで切断された超音波プローブケーブル2の径方向の断面図である。ブーツ31は、図4(b)に示されるように、被膜24上に接着層34を介して被膜24を覆うように取り付けられる。接着層34は、例えば、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤から形成される。また、ブーツ31は、例えば、PVC、シリコーンゴム、クロロプレンゴム等で形成されてもよく、第1の層10と同様に、UV-C光を遮蔽するためのTiO2微粒子102や有機系紫外線吸収剤を含むことが好ましい。 Figure 4(b) is a radial cross-sectional view of the ultrasonic probe cable 2 cut along the cutting line A-A shown in Figure 3. The boot 31 is attached to the coating 24 via an adhesive layer 34, as shown in Figure 4(b), so as to cover the coating 24. The adhesive layer 34 is formed from, for example, a silicone adhesive or an epoxy adhesive. The boot 31 may also be made of, for example, PVC, silicone rubber, chloroprene rubber, etc., and preferably contains TiO2 fine particles 102 or an organic ultraviolet absorber to shield against UV-C light, similar to the first layer 10.
ケーブル20のシース23と被膜24は、それぞれ積層構造体1の第1の層10と第2の層11からなる。すなわち、ケーブル20において、シース23及び被膜24として積層構造体1が用いられている。なお、シース23中のTiO2微粒子102と、被膜24中の微粒子112及びTiO2微粒子113の図示は省略する。 The sheath 23 and coating 24 of the cable 20 consist of the first layer 10 and the second layer 11 of the laminated structure 1, respectively. In other words, the laminated structure 1 is used as the sheath 23 and coating 24 in the cable 20. Note that the TiO2 fine particles 102 in the sheath 23 and the fine particles 112 and TiO2 fine particles 113 in the coating 24 are not shown in the illustration.
UV-C光への耐性に優れる積層構造体1をケーブル20の絶縁体(シース23と被膜24)として用いているため、ケーブル20はUV-C光への耐性に優れる。また、積層構造体1の第2の層11が微粒子112を含む場合には、ケーブル20は表面の滑り性に優れ、シース23の表面のべたつきに起因する引っ掛かりを抑制することができる。被膜24の厚さは、例えば、3μm以上100μm以下である。 Because the laminated structure 1, which has excellent resistance to UV-C light, is used as the insulator (sheath 23 and coating 24) of the cable 20, the cable 20 has excellent resistance to UV-C light. Furthermore, when the second layer 11 of the laminated structure 1 contains fine particles 112, the cable 20 has excellent surface slipperiness, which can suppress snagging caused by stickiness on the surface of the sheath 23. The thickness of the coating 24 is, for example, 3 μm to 100 μm.
また、第1の層10が、Ti濃度が0.35質量%以上3.0質量%以下となる濃度のTiO2微粒子102を含み、第2の層11が、Ti濃度が1.0質量%以上4.4質量%以下となる濃度のTiO2微粒子113を含む場合、ケーブル20の絶縁体(シース23と被膜24)の1404J/cm2のUV-C光を照射した後の引張試験により測定される破断点伸度が250%以上となり、かつ、1404J/cm2のUV-C光を照射した後の45~50%引張相当の曲げ試験による、第2の層11の表面におけるクラックの発生を抑えることができる。TiO2微粒子102を含まない第2の層11を有する積層構造体1において、UV-C光を未照射時の破断点伸度が250%以上であること(図7(b)参照)から、1404J/cm2のUV-C光を照射した後であっても破断点伸度が250%以上となることを目標に定めた。 Furthermore, if the first layer 10 contains TiO2 fine particles 102 with a Ti concentration of 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less, and the second layer 11 contains TiO2 fine particles 113 with a Ti concentration of 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less, the elongation at the breaking point measured by a tensile test after irradiation of the insulator (sheath 23 and coating 24) of the cable 20 with 1404 J/ cm² of UV-C light will be 250% or more, and the occurrence of cracks on the surface of the second layer 11 by a bending test equivalent to 45-50% tensile strength after irradiation with 1404 J/ cm² of UV-C light can be suppressed. In the laminated structure 1 having a second layer 11 that does not contain TiO2 fine particles 102, the elongation at the breaking point before irradiation with UV-C light is 250% or more (see Figure 7(b)). Therefore, the goal was set to achieve an elongation at the breaking point of 250% or more even after irradiation with 1404 J/ cm² of UV-C light.
また、第1の層10が、Ti濃度が0.35質量%以上3.0質量%以下となる濃度のTiO2微粒子102を含み、第2の層11が、Ti濃度が1.0質量%以上4.4質量%以下となる濃度のTiO2微粒子113を含む場合、ケーブル20の絶縁体(シース23と被膜24)の2808J/cm2のUV-C光を照射した後の引張試験により測定される破断点伸度が150%以上となり、かつ、2808J/cm2のUV-C光を照射した後の45~50%引張相当の曲げ試験による、第2の層11の表面におけるクラックの発生を抑えることができる。一般的なゴム材料に求められる破断点伸度が、150%以上であることから、2808J/cm2のUV-C光を照射した後であっても破断点伸度が150%以上となることを目標に別途定めた。 Furthermore, if the first layer 10 contains TiO2 fine particles 102 with a Ti concentration of 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less, and the second layer 11 contains TiO2 fine particles 113 with a Ti concentration of 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less, the elongation at the breaking point measured by a tensile test after irradiation of the insulator (sheath 23 and coating 24) of the cable 20 with 2808 J/ cm² of UV-C light will be 150% or more, and the occurrence of cracks on the surface of the second layer 11 by a bending test equivalent to 45-50% tensile strength after irradiation with 2808 J/ cm² of UV-C light can be suppressed. Since the elongation at the breaking point required for general rubber materials is 150% or more, a target of 150% or more elongation at the breaking point even after irradiation with 2808 J/ cm² of UV-C light was separately set.
第1の層10に含まれるTiO2微粒子の濃度が高くなると、第1の層10の可撓性や引裂き強度が低下するおそれがある。そのため、第2の層11に含まれるTiO2微粒子の濃度を高くして、第2の層11においてUV-C光を遮蔽することが好ましい。第2の層11に含まれるTiO2微粒子113の濃度が、第1の層10に含まれるTiO2微粒子102の濃度よりも高い場合、第1の層10のUV-C光による劣化を抑え、ケーブル20の絶縁体(シース23と被膜24)の可撓性や引き裂き強度の低下を抑えることができる。 If the concentration of TiO2 fine particles in the first layer 10 increases, the flexibility and tear strength of the first layer 10 may decrease. Therefore, it is preferable to increase the concentration of TiO2 fine particles in the second layer 11 to shield the second layer 11 from UV-C light. When the concentration of TiO2 fine particles 113 in the second layer 11 is higher than the concentration of TiO2 fine particles 102 in the first layer 10, degradation of the first layer 10 due to UV-C light can be suppressed, and the decrease in flexibility and tear strength of the insulator (sheath 23 and coating 24) of the cable 20 can be suppressed.
次に、本実施の形態における超音波プローブケーブル2の製造方法の一例について説明する。まず、複数本(例えば100本以上)の電線21を一括に束ねる。そして、束ねた複数本の電線21を覆うようにシールド22を形成する。 Next, an example of a manufacturing method for the ultrasonic probe cable 2 in this embodiment will be described. First, multiple (for example, 100 or more) electric wires 21 are bundled together. Then, a shield 22 is formed to cover the bundled multiple electric wires 21.
続いて、シールド22を覆うように、積層構造体1の第1の層10と第2の層11を順に形成し、シース23と被膜24を形成する。シース23は、例えば、押出機を用いる押出成形によって形成される。被膜24は、例えば、ディッピング法やスプレー塗布法やロール塗布法などによって形成される。ディッピング法では、シース23まで形成された超音波プローブケーブル2を液状の被膜材中を通して引き上げることにより、シース23の表面に被膜24を形成する。このディッピング法は、形成される被膜24の膜厚の均一性において、スプレー塗布法やロール塗布法に比べて優れている。 Next, the first layer 10 and the second layer 11 of the laminated structure 1 are formed sequentially to cover the shield 22, thereby forming the sheath 23 and the coating 24. The sheath 23 is formed, for example, by extrusion molding using an extruder. The coating 24 is formed, for example, by dipping, spray coating, or roll coating. In the dipping method, the ultrasonic probe cable 2, which has been formed up to the sheath 23, is pulled up through a liquid coating material, thereby forming the coating 24 on the surface of the sheath 23. This dipping method is superior to the spray coating and roll coating methods in terms of the uniformity of the film thickness of the formed coating 24.
ディッピング法で使用される液状のコーティング剤は、微粒子112とTiO2微粒子113を含む液状のシリコーンゴムであり、有機溶媒を含む。この液状のコーティング剤に含まれる微粒子112とTiO2微粒子113の含有量を調整することにより、被膜24に含まれる微粒子112とTiO2微粒子113の含有量を制御することができる。有機溶媒としては、例えばトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶剤、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンなどの脂肪族炭化水素系溶剤などを、単独あるいは2種以上混合して用いることができる。また例えば、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類やアセトンを用いることができる。 The liquid coating agent used in the dipping method is a liquid silicone rubber containing fine particles 112 and TiO2 fine particles 113, and contains an organic solvent. By adjusting the content of fine particles 112 and TiO2 fine particles 113 contained in this liquid coating agent, the content of fine particles 112 and TiO2 fine particles 113 contained in the coating film 24 can be controlled. As the organic solvent, for example, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, or aliphatic hydrocarbon solvents such as n-hexane, n-heptane, n-octane, isooctane, nonane, decane, undecane, and dodecane can be used alone or in mixtures of two or more. In addition, for example, alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol, or acetone can be used.
また、以下に、積層構造体1からなる絶縁体を備えたケーブル又はチューブの他の一例として、カテーテルなどの医療用途に使用されるチューブ(中空管)の構成について説明する。 Furthermore, as another example of a cable or tube equipped with an insulator made of a laminated structure 1, the configuration of a tube (hollow tube) used in medical applications such as catheters will be described below.
図5(a)~(c)は、それぞれ本発明の第2の実施の形態に係る医療用チューブの径方向の断面図である。図5(a)に示される医療用チューブ40aは、チューブ本体41の外表面41aに外側被膜42を備える。図5(b)に示される医療用チューブ40bは、チューブ本体41の内表面41bに内側被膜43を備える。図5(c)に示される医療用チューブ40cは、チューブ本体41の外表面41aと内表面41bにそれぞれ外側被膜42と内側被膜43を備える。 Figures 5(a) to 5(c) are radial cross-sectional views of medical tubes according to the second embodiment of the present invention. The medical tube 40a shown in Figure 5(a) has an outer coating 42 on the outer surface 41a of the tube body 41. The medical tube 40b shown in Figure 5(b) has an inner coating 43 on the inner surface 41b of the tube body 41. The medical tube 40c shown in Figure 5(c) has an outer coating 42 and an inner coating 43 on the outer surface 41a and inner surface 41b of the tube body 41, respectively.
医療用チューブ40a、40b、40cに例示されるように、本実施の形態に係るチューブは、チューブ本体41と、チューブ本体41の外表面41aを覆う外側被膜42、チューブ本体41の内表面41bを覆う内側被膜43、又は外側被膜42と内側被膜43の両方を備える。 As illustrated by medical tubes 40a, 40b, and 40c, the tube according to this embodiment comprises a tube body 41, an outer coating 42 covering the outer surface 41a of the tube body 41, an inner coating 43 covering the inner surface 41b of the tube body 41, or both the outer coating 42 and the inner coating 43.
医療用チューブ40a、40b、40cのチューブ本体41は、積層構造体1の第1の層10からなり、外側被膜42及び内側被膜43は積層構造体1の第2の層11からなる。このため、医療用チューブ40a、40b、40cは、上述の超音波プローブケーブル2のケーブル20と同様に、UV-C光への耐性に優れる。 The tube body 41 of the medical tubes 40a, 40b, and 40c consists of the first layer 10 of the laminated structure 1, while the outer coating 42 and inner coating 43 consist of the second layer 11 of the laminated structure 1. Therefore, the medical tubes 40a, 40b, and 40c exhibit excellent resistance to UV-C light, similar to the cable 20 of the ultrasonic probe cable 2 described above.
また、積層構造体1の第2の層11が微粒子112を含む場合には、内表面や外表面の滑り性に優れるため、例えば、カテーテル等の医療用チューブなどのように、チューブ内に器具を挿入して使用する場合に、器具のスムーズな挿抜が可能となる。その他、本実施の形態に係るチューブは、内視鏡手術器用チューブセット、超音波手術器用チューブセット、血液分析器用チューブ、酸素濃縮器内配管、人工透析血液回路、人工心肺回路、気管内チューブなどに用いることができる。 Furthermore, when the second layer 11 of the laminated structure 1 contains fine particles 112, the inner and outer surfaces exhibit excellent lubricity. Therefore, when using the tube in applications such as medical tubes like catheters, where instruments are inserted into the tube, smooth insertion and removal of the instruments becomes possible. In addition, the tube according to this embodiment can be used in endoscopic surgical instrument tube sets, ultrasonic surgical instrument tube sets, blood analyzer tubes, oxygen concentrator piping, hemodialysis blood circuits, cardiopulmonary bypass circuits, endotracheal tubes, and the like.
(実施の形態の効果)
上記第1の実施の形態によれば、UV-C光への耐性に優れる積層構造体1を提供することができる。また、上記第2の実施の形態によれば、積層構造体1を絶縁体に用いることにより、UV-C光への耐性に優れる超音波プローブケーブル2や医療用チューブ40a、40b、40cを提供することができる。
(Effects of the embodiment)
According to the first embodiment described above, a laminated structure 1 with excellent resistance to UV-C light can be provided. Furthermore, according to the second embodiment described above, by using the laminated structure 1 as an insulator, an ultrasonic probe cable 2 and medical tubes 40a, 40b, and 40c with excellent resistance to UV-C light can be provided.
(積層構造体1の作製)
積層構造体1の第2の層11におけるUV-C光の遮蔽効果を検証するための4種の試料(試料A1~A4とする)を作製した。まず、直径約0.25mmの同軸ケーブル200本を撚り合わせたものを編組線で覆い、ケーブルコアを作製した。続いて、押出機を用いて、ケーブルコアの外周にシース材料を5m/分の速度で押出被覆し、積層構造体1の第1の層10としての厚さ0.8mmのシース23を形成した(ケーブル外径約8mm)。ここで、試料A1のシース材料には、一般に用いられているPVCを用いた。また、試料A2~A4のシース材料には、チタン酸化物入りのカラーバッチ(信越化学工業株式会社製の「KE-color-W」と「KE-174-U」を混合したもの)を用いた。走査電子顕微鏡(SEM)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDS)により分析(横125μm×縦95μmの測定領域での平均値)したTi濃度が0.12質量%となるように混合した。ここまでの工程により、積層構造体1の第2の層11としての被膜24を有しない試料A1、A2が作製された。
(Fabrication of laminated structure 1)
Four samples (referred to as samples A1 to A4) were prepared to verify the UV-C light shielding effect of the second layer 11 of the laminated structure 1. First, 200 coaxial cables with a diameter of approximately 0.25 mm were twisted together and covered with braided wire to create a cable core. Next, using an extruder, sheath material was extruded onto the outer circumference of the cable core at a speed of 5 m/min to form a sheath 23 with a thickness of 0.8 mm as the first layer 10 of the laminated structure 1 (cable outer diameter approximately 8 mm). Here, PVC, which is commonly used, was used as the sheath material for sample A1. For samples A2 to A4, a titanium oxide-containing color batch (a mixture of "KE-color-W" and "KE-174-U" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used as the sheath material. The Ti concentration was analyzed using an energy-dispersive X-ray analyzer (EDS) mounted on a scanning electron microscope (SEM) (average value over a measurement area of 125 μm x 95 μm) and mixed to a value of 0.12 mass%. Through these steps, samples A1 and A2 were prepared, which do not have the coating 24 as the second layer 11 of the laminated structure 1.
続いて、試料A3の被膜24を形成するための材料を調製した。母材111となるゴム成分として、付加反応型シリコーンゴムコーティング剤(商品名:SILMARK-TM、信越化学工業株式会社製)を準備した。また、微粒子112として、平均粒径が5μmのシリコーンレジン微粒子(商品名:X-52-1621、信越化学工業株式会社製)を準備した。このゴム成分100質量部に対して、シリコーンレジン微粒子を120質量部、粘度調整用の溶媒としてトルエンを600質量部、架橋剤(商品名:CAT-TM、信越化学工業株式会社製)8質量部、硬化触媒(商品名:CAT-PL-2、信越化学工業株式会社製)0.3質量部を混合し、被膜24に対する微粒子112の割合が55質量%となるコーティング溶液を調製した。なお、上記の被膜24中の微粒子112の含量は、コーティング剤がほぼ質量減少無しに硬化するもの(配合質量比とほぼ等価である)と仮定して、算出した。 Next, materials for forming the coating 24 on sample A3 were prepared. An addition-reaction type silicone rubber coating agent (product name: SILMARK-TM, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was prepared as the rubber component for the base material 111. In addition, silicone resin microparticles with an average particle size of 5 μm (product name: X-52-1621, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) were prepared as the fine particles 112. 100 parts by mass of this rubber component were mixed with 120 parts by mass of silicone resin microparticles, 600 parts by mass of toluene as a solvent for viscosity adjustment, 8 parts by mass of a crosslinking agent (product name: CAT-TM, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and 0.3 parts by mass of a curing catalyst (product name: CAT-PL-2, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) to prepare a coating solution in which the ratio of fine particles 112 to the coating 24 was 55% by mass. The content of fine particles 112 in the above-mentioned coating 24 was calculated assuming that the coating agent hardens with almost no mass loss (approximately equivalent to the blending mass ratio).
続いて、ケーブルコア上に設けられたシース23の表面を洗浄した。その後、ケーブルコアにシース23が設けられたものを、ディップコーティング法により、上記コーティング溶液に浸漬させて、シース表面にシリコーンゴムからなる塗膜を製膜した。その後、塗膜に150℃の温度で十分に乾燥・硬化処理を施すことで、表面に凹凸を有する被膜24を形成した。得られた試料A3の被膜24の膜厚は15μmであった。以上の工程により、試料A3が作製された。 Next, the surface of the sheath 23, which was mounted on the cable core, was cleaned. Then, the cable core with the sheath 23 mounted was immersed in the coating solution using a dip coating method to form a silicone rubber coating on the sheath surface. Afterward, the coating was thoroughly dried and cured at a temperature of 150°C to form a coating 24 with an uneven surface. The thickness of the coating 24 on the obtained sample A3 was 15 μm. Sample A3 was prepared through the above steps.
次に、試料A4の被膜24を形成するための材料を調製した。試料A4の被膜24のために、試料A3の被膜24に用いたものと同じ母材111となるゴム成分及び微粒子112としてのシリコーンレジン微粒子に加えて、TiO2微粒子113として、平均粒径が250nmのアナターゼ型のTiO2微粒子を準備した。そして、ゴム成分100質量部に対して、シリコーンレジン微粒子を120質量部、TiO2微粒子、粘度調整用の溶媒としてトルエンを600質量部、架橋剤(商品名:CAT-TM、信越化学工業株式会社製)8質量部、硬化触媒(商品名:CAT-PL-2、信越化学工業株式会社製)0.3質量部を混合し、被膜24に対する微粒子112の割合が55質量%、被膜24に対するTiO2微粒子113の割合が所定濃度となるコーティング溶液を調製した。なお、TiO2微粒子113であるTiO2微粒子の濃度は、走査電子顕微鏡(SEM)に搭載されたエネルギー分散型X線分析装置(EDS)により求められる被膜24中(横125μm×縦95μmの測定領域での平均値)のチタンの濃度が0.6質量%となるように、調整を行った。また、上記の被膜24中の微粒子112の含量は、コーティング剤がほぼ質量減少無しに硬化するもの(配合質量比とほぼ等価である)と仮定して、算出した。 Next, materials for forming the coating 24 of sample A4 were prepared. For the coating 24 of sample A4, in addition to the rubber component that serves as the base material 111 and the silicone resin fine particles 112 that were used for the coating 24 of sample A3, anatase-type TiO2 fine particles 113 with an average particle size of 250 nm were prepared. Then, 120 parts by mass of silicone resin fine particles, TiO2 fine particles, 600 parts by mass of toluene as a solvent for viscosity adjustment, 8 parts by mass of a crosslinking agent (product name: CAT-TM, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and 0.3 parts by mass of a curing catalyst (product name: CAT-PL- 2 , manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) were mixed with 100 parts by mass of the rubber component to prepare a coating solution in which the ratio of fine particles 112 to the coating 24 was 55% by mass and the ratio of TiO2 fine particles 113 to the coating 24 was a predetermined concentration. The concentration of TiO2 fine particles 113 was adjusted so that the titanium concentration in the coating 24 (average value in a measurement area of 125 μm x 95 μm) determined by an energy-dispersive X-ray analyzer (EDS) mounted on a scanning electron microscope (SEM) was 0.6 mass%. The content of fine particles 112 in the coating 24 was calculated assuming that the coating agent hardens with almost no mass loss (approximately equivalent to the blending mass ratio).
続いて、試料A3の被膜24と同様に、シース23の表面の洗浄、ディップコーティング法による塗膜の製膜、及び塗膜の乾燥・硬化処理を実施して、表面に凹凸を有する被膜24を形成した。得られた試料A4の被膜24の膜厚は15μmであった。以上の工程により、試料A4が作製された。 Next, similar to the coating 24 of sample A3, the surface of the sheath 23 was cleaned, a coating film was formed by the dip coating method, and the coating film was dried and cured to form a coating 24 with an uneven surface. The thickness of the coating 24 of the obtained sample A4 was 15 μm. Sample A4 was prepared through the above steps.
(UV-C光への耐性の検証)
積層構造体1のUV-C光への耐性を検証するため、UV-C光照射前後の試料A1~A4の引張試験を実施した。まず、上記の方法で作製したケーブル状の試料A1~A4のシース23(試料A3、A4においては被膜24で覆われたシース23)に長さ方向に沿った切れ目を入れて、シース23内の内容物を除去し、シース23を開いた。そして、開いたシース23を6号ダンベルで打ち抜いてダンベル試験片(厚さ0.8mm)を作製した。ここで、試料A1、A2、A3、A4のシース23(試料A3、A4においては被膜24で覆われたシース23)から形成されたダンベル試験片をそれぞれ試料B1、B2、B3、B4とする。以下の表1に、試料B1~B4の構成を示す。
(Verification of resistance to UV-C light)
To verify the resistance of the laminated structure 1 to UV-C light, tensile tests were performed on samples A1 to A4 before and after UV-C light irradiation. First, a cut was made along the length of the sheath 23 (in the case of samples A3 and A4, the sheath 23 covered with coating 24) of the cable-shaped samples A1 to A4 prepared by the method described above, and the contents inside the sheath 23 were removed to open the sheath 23. Then, the opened sheath 23 was punched out with a No. 6 dumbbell to prepare dumbbell test pieces (thickness 0.8 mm). Here, the dumbbell test pieces formed from the sheath 23 (in the case of samples A3 and A4, the sheath 23 covered with coating 24) of samples A1, A2, A3, and A4 are designated as samples B1, B2, B3, and B4, respectively. Table 1 below shows the composition of samples B1 to B4.
引張試験は、“JIS K6251(1994)”に規定される試験であり、上記の試料B1~B4に対して、環境温度15~35℃、環境湿度28~65RH%、大気圧の条件で実施した。また、UV-C光照射は、殺菌灯付保管庫(大信工業株式会社DM-5、ランプGL-10)を用いて、庫内温度25~40℃、庫内湿度28~65%、庫内圧力1気圧(大気圧)、波長253.7nm、照度1.3mW/cm2、照射時間100時間と200時間の条件で実施した。照度計は、エムケー・サイエンティフィック製のUVC-254Aを使用した。 The tensile test was conducted according to the "JIS K6251 (1994)" standard, on samples B1 to B4 under ambient temperature conditions of 15 to 35°C, ambient humidity of 28 to 65% RH, and atmospheric pressure. UV-C light irradiation was performed using a storage cabinet equipped with a germicidal lamp (Daishin Kogyo Co., Ltd. DM-5, lamp GL-10) under ambient temperature conditions of 25 to 40°C, ambient humidity of 28 to 65%, ambient pressure of 1 atmosphere (atmospheric pressure), wavelength of 253.7 nm, illuminance of 1.3 mW/ cm² , and irradiation times of 100 hours and 200 hours. An illuminometer, UVC-254A manufactured by MK Scientific, was used.
図6(a)は、試料B1の引張試験の結果を示すグラフである。図6(a)の“未照射”は、UV-C光が照射されていない状態の試料B1を示し、“照射後”は、上記のUV-C光を200時間照射した後の試料B1を示している。図6(a)に示されるように、UV-C光の照射後の方が、照射前よりも強度(基体が破断したときの応力の大きさ)、及び伸びが小さく、試料B1がUV-C光の照射により劣化(破断しやすくなるような変質)することが確認された。また、試料B1はグレー色のPVCであったため、UV-C光の照射により黄色み掛かる変色が生じることが目視で確認できた。なお、伸び100%とは、ダンベル試験片の長さが当初の長さの2倍になったことを示す。 Figure 6(a) is a graph showing the results of the tensile test of sample B1. In Figure 6(a), "Unirradiated" shows sample B1 before UV-C light irradiation, and "After Irradiation" shows sample B1 after 200 hours of UV-C light irradiation. As shown in Figure 6(a), the strength (magnitude of stress at which the substrate breaks) and elongation were lower after UV-C light irradiation than before irradiation, confirming that sample B1 deteriorated (changed to become more prone to breakage) due to UV-C light irradiation. Furthermore, since sample B1 was gray PVC, a yellowish discoloration due to UV-C light irradiation was visually confirmed. Note that 100% elongation indicates that the length of the dumbbell test specimen doubled from its original length.
図6(b)は、試料B2の引張試験の結果を示すグラフである。図6(b)の“未照射”は、UV-C光が照射されていない状態の試料B2を示し、“照射後”は、上記のUV-C光を200時間照射した後の試料B2を示している。図6(b)に示されるように、UV-C光の照射後の方が、照射前よりも強度、及び伸びが小さく、試料B2がUV-C光の照射により劣化(変質)することが確認された。なお、シリコーンゴムからなる試料B2(白色)には、UV-C光の照射による変色は目視で確認されなかった。一方で、図6(a)のグラフと比較すると、PVCよりもシリコーンゴムの方がUV-C光の照射による劣化の度合いが大きいことがわかる。 Figure 6(b) is a graph showing the results of the tensile test of sample B2. In Figure 6(b), "Unirradiated" shows sample B2 before UV-C light irradiation, and "After Irradiation" shows sample B2 after 200 hours of UV-C light irradiation. As shown in Figure 6(b), the strength and elongation were lower after UV-C light irradiation than before irradiation, confirming that sample B2 deteriorated (changed) due to UV-C light irradiation. Note that no discoloration due to UV-C light irradiation was visually observed in sample B2 (white), which is made of silicone rubber. On the other hand, compared with the graph in Figure 6(a), it can be seen that silicone rubber deteriorated more significantly due to UV-C light irradiation than PVC.
なお、試料B2にはUV-C光を吸収するTiO2微粒子が含まれているが、低濃度(シース23中のTi濃度が0.12質量%)であるため、UV-C光に対する耐性にはほとんど影響を及ぼさなかったものと考えられる。また、試料B2は第2の層11に対応する被膜を有しないため、試料B3、B4と比較すると、表面の滑り性に劣る。 Although sample B2 contains TiO2 nanoparticles that absorb UV-C light, the low concentration (Ti concentration in sheath 23 is 0.12 mass%) likely had little effect on its resistance to UV-C light. Furthermore, since sample B2 does not have a coating corresponding to the second layer 11, its surface slipperiness is inferior to that of samples B3 and B4.
図7(a)は、試料B3の引張試験の結果を示すグラフである。図7(a)の“未照射”は、UV-C光が照射されていない状態の試料B3を示し、“照射後”は、上記のUV-C光を200時間照射した後の試料B3を示している。図7(a)に示されるように、UV-C光の照射後の方が、照射前よりも強度、及び伸びが小さく、試料B3がUV-C光の照射により劣化することが確認された。また、試料B3(白色)は、試料B2と同様に、UV-C光の照射による変色は目視で確認されなかった。 Figure 7(a) is a graph showing the results of the tensile test of sample B3. In Figure 7(a), "Unirradiated" shows sample B3 before UV-C light irradiation, and "After Irradiation" shows sample B3 after 200 hours of UV-C light irradiation. As shown in Figure 7(a), the strength and elongation were lower after UV-C light irradiation than before irradiation, confirming that sample B3 deteriorated due to UV-C light irradiation. Furthermore, similar to sample B2, no discoloration due to UV-C light irradiation was visually observed in sample B3 (white).
図7(a)によれば、伸びが50%を超えたあたりで第2の層11に対応する被膜24にクラックが生じている。試料B3の被膜24には、UV-C光に対する耐性に優れる微粒子112としてのシリコーンレジン微粒子が含まれているが、主にこのシリコーンレジン微粒子が存在しない領域のシリコーンゴムが劣化し、クラックが生じたものと考えられる。 As shown in Figure 7(a), cracks appear in the coating 24 corresponding to the second layer 11 when the elongation exceeds approximately 50%. The coating 24 of sample B3 contains silicone resin microparticles 112, which have excellent resistance to UV-C light. It is believed that the cracks occurred mainly in the silicone rubber in areas where these silicone resin microparticles are absent, due to degradation of the silicone rubber.
図7(b)は、試料B4の引張試験の結果を示すグラフである。図7(b)の“未照射”は、UV-C光が照射されていない状態の試料B4を示し、“照射後”は、上記のUV-C光を200時間照射した後の試料B4を示している。図7(b)に示されるように、UV-C光の照射前後で、強度、及び伸びがほぼ等しく、試料B4のUV-C光の照射による劣化が効果的に抑えられていることが確認された。また、試料B4(白色)は、試料B2と同様に、UV-C光の照射による変色は目視で確認されなかった。 Figure 7(b) is a graph showing the results of the tensile test of sample B4. In Figure 7(b), "Unirradiated" shows sample B4 before UV-C light irradiation, and "After Irradiation" shows sample B4 after 200 hours of UV-C light irradiation. As shown in Figure 7(b), the strength and elongation were almost the same before and after UV-C light irradiation, confirming that the degradation of sample B4 due to UV-C light irradiation was effectively suppressed. Furthermore, similar to sample B2, no discoloration due to UV-C light irradiation was visually observed in sample B4 (white).
試料B4の試験結果を試料B3の試験結果と比較すると、第2の層11に対応する被膜に含まれるTiO2微粒子がUV-C光を遮蔽し、劣化が抑えられたことがわかる。 Comparing the test results of sample B4 with those of sample B3, it can be seen that the TiO2 fine particles contained in the coating corresponding to the second layer 11 shielded against UV-C light, thereby suppressing degradation.
図8(a)は、試料B1~B4の、UV-C光の照射時間と基体の破断時の応力との関係を示すグラフである。また、図8(b)は、試料B1~B4の、UV-C光の照射時間と基体の破断時の伸びとの関係を示すグラフである。 Figure 8(a) is a graph showing the relationship between UV-C light irradiation time and the stress at fracture of the substrate for samples B1 to B4. Figure 8(b) is a graph showing the relationship between UV-C light irradiation time and the elongation at fracture of the substrate for samples B1 to B4.
図8(a)、(b)によれば、第2の層11に対応する被膜にTiO2微粒子を含まない試料B3は、UV-C光の照射時間の増加とともに、強度と伸びが低下している。一方で、第2の層11に対応する被膜にTiO2微粒子を含む試料B4は、UV-C光の照射時間が増加しても、強度と伸びに変化がない。また、試料B4は、UV-C光の照射前の伸びは試料B1よりも劣るが、UV-C光を200時間照射した後の伸びは試料B1よりも優れている。これらの結果からも、試料B4の被膜に含まれるTiO2微粒子により、UV-C光による劣化の進行を抑制できることがわかる。 As shown in Figures 8(a) and 8(b), sample B3, which does not contain TiO2 nanoparticles in the coating corresponding to the second layer 11, shows a decrease in strength and elongation with increasing UV-C light irradiation time. On the other hand, sample B4, which contains TiO2 nanoparticles in the coating corresponding to the second layer 11, shows no change in strength and elongation even with increasing UV-C light irradiation time. Furthermore, sample B4's elongation before UV-C light irradiation is inferior to that of sample B1, but its elongation after 200 hours of UV-C light irradiation is superior to that of sample B1. These results also indicate that the TiO2 nanoparticles contained in the coating of sample B4 can suppress the progression of degradation caused by UV-C light.
(積層構造体1の作製)
積層構造体1のUV-C光への耐性を検証するための11種の試料(試料C1~C11とする)を作製した。試料C1~C11は、いずれも第1の層10と第2の層11を備え、第1の層10にTiO2微粒子102を含んでいる。試料C1~C11のうち、試料C1、C6、C9は、第2の層11にTiO2微粒子113を含んでおらず、上記実施例1の試料A3と同様の工程及び材料で製造した。また、C2~C5、C7、C8、C10、C11は、第2の層11にTiO2微粒子113を含んでおり(Ti濃度が1.5質量%又は1.9質量%)、上記実施例1の試料A4と同様の工程及び材料で製造した。以下の表2に、試料C1~C11のシース23及び被膜24の構成を示す。なお、第1の層10(シース23)の厚みは0.8mmであり、第2の層11(被膜24)の厚みは20μmであった。
(Fabrication of laminated structure 1)
Eleven samples (referred to as samples C1 to C11) were prepared to verify the UV-C light resistance of the laminated structure 1. Each of samples C1 to C11 comprises a first layer 10 and a second layer 11, with the first layer 10 containing TiO2 fine particles 102. Of samples C1 to C11, samples C1, C6, and C9 do not contain TiO2 fine particles 113 in the second layer 11 and were manufactured using the same process and materials as sample A3 in Example 1. Samples C2 to C5, C7, C8, C10, and C11 contain TiO2 fine particles 113 in the second layer 11 (Ti concentration of 1.5% by mass or 1.9% by mass) and were manufactured using the same process and materials as sample A4 in Example 1. Table 2 below shows the configuration of the sheath 23 and coating 24 of samples C1 to C11. The thickness of the first layer 10 (sheath 23) was 0.8 mm, and the thickness of the second layer 11 (coating 24) was 20 μm.
(UV-C光耐性の検証)
積層構造体1のUV-C光への耐性を曲げに対する強度から検証するため、UV-C光照射後の試料C1~C11の45~50%引張相当の曲げ試験を実施した。UV-C光照射は、殺菌灯付保管庫(大信工業株式会社DM-5、ランプGL-10)を用いて、庫内温度25~40℃、庫内湿度28~65%、庫内圧力1気圧(大気圧)、波長253.7nm、照度1.3mW/cm2、照射時間200、300、400、600時間の条件で実施した。照度計は、エムケー・サイエンティフィック製のUVC-254Aを使用した。また、曲げ試験は、上記の試料C1~C11に対して、環境温度15~35℃、環境湿度28~65RH%、大気圧の条件で実施した。
(Verification of UV-C light resistance)
To verify the UV-C light resistance of laminated structure 1 based on its bending strength, bending tests equivalent to 45-50% tensile strength were performed on samples C1-C11 after UV-C light irradiation. UV-C light irradiation was carried out using a storage cabinet equipped with a germicidal lamp (Daishin Kogyo Co., Ltd. DM-5, lamp GL-10) under the following conditions: cabinet temperature 25-40°C, cabinet humidity 28-65%, cabinet pressure 1 atm (atmospheric pressure), wavelength 253.7 nm, illuminance 1.3 mW/ cm² , and irradiation time 200, 300, 400, and 600 hours. An illuminometer UVC-254A manufactured by MK Scientific was used. The bending tests were also carried out on the above samples C1-C11 under the following conditions: ambient temperature 15-35°C, ambient humidity 28-65 RH%, and atmospheric pressure.
図9(a)は、曲げ試験の様子を示す模式図である。シース片50は、試料C1~C11の各々から切り取られた、被膜24に覆われたシース23の一部である。曲げ試験においては、まず、試料C1~C11の各々から長方形のシース片50を切り出し、図9(a)に示されるように、半径が0.5mmの導線(金属線)51に巻き付け、シース片50の重なった部分を両側から挟み込んで固定する(固定具の図示は省略する)。ここで、シース片50は、長さ1mのケーブル状の試料C1~C11を用意し、ケーブル長手方向に沿って等間隔に10箇所から12mm(ケーブル円周方向)×18mm(ケーブル長手方向)となる大きさで切り出した。そして、ケーブル長手方向の辺が導線51の円周方向に沿い、かつ第2の層11が外周側に位置するようにシース片50を導線51に巻き付けた。 Figure 9(a) is a schematic diagram showing the bending test. The sheath pieces 50 are portions of the sheath 23 covered with the coating 24, cut from each of the samples C1 to C11. In the bending test, first, rectangular sheath pieces 50 are cut from each of the samples C1 to C11. As shown in Figure 9(a), they are wrapped around a conductor (metal wire) 51 with a radius of 0.5 mm, and the overlapping portions of the sheath pieces 50 are clamped and secured from both sides (the illustration of the fasteners is omitted). Here, the sheath pieces 50 were prepared from 1 m long cable-like samples C1 to C11, and cut at 10 equally spaced locations along the longitudinal direction of the cable, measuring 12 mm (circumferential direction of the cable) x 18 mm (longitudinal direction of the cable). Then, the sheath pieces 50 were wrapped around the conductor 51 so that the longitudinal side of the cable aligned with the circumferential direction of the conductor 51, and the second layer 11 was located on the outer circumference.
図9(b)は、導線51及び導線51に巻き付けられたシース片50の、導線51の径方向の断面図である。導線51の半径をr、シース片50の厚さをtとすると、図9(b)に示されるように、任意の角度θの範囲におけるシース片50の中立面50aでの長手方向の長さは(r+t/2)・θ、シース片50の外周面50bの長手方向の長さは(r+t)・θとなる。このため、導線51に巻き付けられたシース片50の外周面50bの長手方向の伸び率は、{(r+t)・θ-(r+t/2)・θ}/((r+t/2)・θ)×100=t/(2r+t)×100で表され、導線51の半径rが0.5mm、シース片50の厚さtが0.82mmであることから、およそ45%となる。 Figure 9(b) is a cross-sectional view of the conductor 51 and the sheath piece 50 wrapped around the conductor 51, in the radial direction of the conductor 51. If the radius of the conductor 51 is r and the thickness of the sheath piece 50 is t, then, as shown in Figure 9(b), the longitudinal length of the neutral surface 50a of the sheath piece 50 in any angle θ range is (r + t/2)・θ, and the longitudinal length of the outer circumferential surface 50b of the sheath piece 50 is (r + t)・θ. Therefore, the longitudinal elongation rate of the outer circumferential surface 50b of the sheath piece 50 wrapped around the conductor 51 is expressed as {(r + t)・θ - (r + t/2)・θ} / ((r + t/2)・θ) × 100 = t / (2r + t) × 100. Since the radius r of the conductor 51 is 0.5 mm and the thickness t of the sheath piece 50 is 0.82 mm, this is approximately 45%.
試料C1~C11から切り出されたシース片50に対して曲げ試験を実施した。曲げ試験時(第2の層11に45~50%相当の伸びが作用した状態)のシース片50の表面を光学顕微鏡(キーエンス製、デジタルマイクロスコープ VHX―1000)により50倍の倍率で観察した。その結果、第2の層11にTiO2微粒子を含んでいない試料C1、C6、C9のシース片50については、936J/cm2の照射エネルギー(照度(W/cm2)×照射時間(秒))でUV-C光を照射された試料には表面にクラックが生じていなかったが、1404J/cm2、1872J/cm2、2808J/cm2の照射エネルギーでUV-C光を照射された試料には表面にクラックが生じていた。 Bending tests were performed on sheath pieces 50 cut from samples C1 to C11. The surface of the sheath pieces 50 during the bending test (when the second layer 11 was subjected to elongation equivalent to 45-50%) was observed at 50x magnification using an optical microscope (Keyence Digital Microscope VHX-1000). As a result, for the sheath pieces 50 of samples C1, C6, and C9, which did not contain TiO2 fine particles in the second layer 11, no cracks appeared on the surface of the samples irradiated with UV-C light at an irradiation energy of 936 J/ cm² (illuminance (W/ cm² ) × irradiation time (seconds)), but cracks appeared on the surface of the samples irradiated with UV-C light at irradiation energies of 1404 J/ cm² , 1872 J/ cm² , and 2808 J/ cm² .
一方、第2の層11にTiO2微粒子を含んでいる試料C2~C5、C7、C8、C10、C11から切り出されたシース片50については、936J/cm2、1404J/cm2、1872J/cm2、2808J/cm2の照射エネルギーでUV-C光を照射された試料のいずれの表面にもクラックが生じていなかった。なお、この曲げ試験でいうクラックとは、第2の層11(被膜24)から第1の層10(シース23)にまで到達する凹み部のことをいう。 On the other hand, for the sheath pieces 50 cut from samples C2-C5, C7, C8, C10, and C11, which contain TiO2 fine particles in the second layer 11, no cracks were observed on any of the surfaces of the samples irradiated with UV-C light at irradiation energies of 936 J/ cm² , 1404 J/ cm² , 1872 J/ cm² , and 2808 J/cm². In this bending test, a crack refers to a recess that extends from the second layer 11 (coating 24) to the first layer 10 (sheath 23).
図10(a)、(b)は、2808J/cm2の照射エネルギーでUV-C光を照射された試料C6から切り出されたシース片50の表面と断面のSEM観察像である。図11(a)、(b)は、2808J/cm2の照射エネルギーでUV-C光を照射された試料C7から切り出されたシース片50の表面と断面のSEM観察像である。図10(a)、(b)のSEM観察像においては、第2の層11から第1の層10にまで到達するクラック52が観察される。一方、図11(a)、(b)のSEM観察像において観察される凹み部53は第1の層10にまで到達しておらず、クラックとしてカウントしない。図10(a)、図11(a)は100倍でのSEM観察像であり、図10(b)、図11(b)は1000倍でのSEM観察像である。また、曲げ試験後にシース片50を導線51から取り外し、この取り外されたシース片50のSEM観察像である。 Figures 10(a) and 10(b) show SEM images of the surface and cross-section of a sheath piece 50 cut from sample C6 irradiated with UV-C light at an irradiation energy of 2808 J/ cm² . Figures 11(a) and 11(b) show SEM images of the surface and cross-section of a sheath piece 50 cut from sample C7 irradiated with UV-C light at an irradiation energy of 2808 J/ cm² . In the SEM images of Figures 10(a) and 10(b), a crack 52 extending from the second layer 11 to the first layer 10 is observed. On the other hand, the recessed portion 53 observed in the SEM images of Figures 11(a) and 11(b) does not reach the first layer 10 and is not counted as a crack. Figures 10(a) and 11(a) are SEM images at 100x magnification, and Figures 10(b) and 11(b) are SEM images at 1000x magnification. Furthermore, the sheath piece 50 was removed from the conductor 51 after the bending test, and this is an SEM image of the removed sheath piece 50.
また、積層構造体1がUV-C光への耐性を有するかの判定条件の1つとして、この曲げ試験の結果を用いた。UV-C光を照射された各試料の10箇所からそれぞれシース片50を採取した。これら10個のシース片50の各々に対して上記の曲げ試験を実施し、光学顕微鏡を用いて50倍の観察倍率で1.5mm×4.5mmの領域を観察したときに、クラックが観察されるシース片50の個数を数えた。試料の表面の10箇所の1.5mm×4.5mmの領域を観察したときに、クラックが観察される1.5mm×4.5mmの領域が10箇所中3箇所以下である場合に、積層構造体1はUV-C光への耐性を有すると判定した。 Furthermore, the results of this bending test were used as one of the criteria for determining whether the laminated structure 1 had resistance to UV-C light. Sheath pieces 50 were taken from 10 locations on each sample irradiated with UV-C light. The bending test described above was performed on each of these 10 sheath pieces 50, and the number of sheath pieces 50 in which cracks were observed was counted when a 1.5 mm × 4.5 mm area was observed using an optical microscope at a magnification of 50x. The laminated structure 1 was determined to have resistance to UV-C light if, when observing 10 1.5 mm × 4.5 mm areas on the surface of the sample, 3 or fewer 1.5 mm × 4.5 mm areas showed cracks.
図12は、試料C1~C11から切り出されたシース片50に対して曲げ試験を実施したときの、シース片50の表面の代表的な観察像である。図12の観察像は、光学顕微鏡(キーエンス製、デジタルマイクロスコープ VHX―1000)を用いて50倍の観察倍率で観察した、試料C1~C11から作製されたシース片50の表面の1.5mm×4.5mmの大きさの領域の像である。図12によれば、1404J/cm2、1872J/cm2、2808J/cm2の照射エネルギー(照度(W/cm2)×照射時間(秒))でUV-C光を照射された、第2の層11にTiO2微粒子を含んでいない試料C1、C6、C9のシース片50の表面にクラックが観察される。第2の層11にTiO2微粒子を含んでいる試料C2~C5、C7、C8、C10、C11から切り出されたシース片50については、936J/cm2、1404J/cm2、1872J/cm2、2808J/cm2の照射エネルギーでUV-C光を照射された試料のいずれの表面にもクラックが生じていなかった。 Figure 12 shows typical surface images of sheath pieces 50 cut from samples C1 to C11 when a bending test was performed on them. The images in Figure 12 are of a 1.5 mm × 4.5 mm area on the surface of the sheath pieces 50 made from samples C1 to C11, observed at 50x magnification using an optical microscope (Keyence Digital Microscope VHX-1000 ) . According to Figure 12, cracks are observed on the surface of the sheath pieces 50 of samples C1, C6, and C9, which do not contain TiO2 fine particles in the second layer 11, when irradiated with UV-C light at irradiation energies of 1404 J/ cm² , 1872 J/ cm² , and 2808 J/cm² (illuminance (W/ cm² ) × irradiation time (seconds)). For the sheath pieces 50 cut from samples C2-C5, C7, C8, C10, and C11, which contain TiO2 fine particles in the second layer 11, no cracks were observed on the surface of any of the samples irradiated with UV-C light at irradiation energies of 936 J/ cm² , 1404 J/ cm² , 1872 J/ cm² , and 2808 J /cm².
なお、例えば、2808J/cm2のエネルギーを照射後の試料C10、C11において、試料長手方向に沿った筋状の模様が観察される。この模様は、シース23には到達しておらず、被膜24のみに現れる凹み部である。すなわち、被膜24の厚みは、凹み部の深さよりも大きい。このような凹み部は、シース23の破断の起点にはならないため、上述のように、クラックとしてカウントしない。なお、筋状の模様が、クラックであるかは、図10(b)、図11(b)に示されるような断面SEM観察像により、この模様がシース23に到達しているか否かで判断することもできる。 For example, in samples C10 and C11 after irradiation with an energy of 2808 J/ cm² , a streaky pattern is observed along the longitudinal direction of the sample. This pattern does not reach the sheath 23 and is a recess that appears only in the coating 24. That is, the thickness of the coating 24 is greater than the depth of the recess. Since such a recess does not become the starting point for fracture of the sheath 23, it is not counted as a crack, as described above. Alternatively, whether a streaky pattern is a crack can be determined by examining the cross-sectional SEM images shown in Figures 10(b) and 11(b) to see if the pattern reaches the sheath 23.
図12の結果より、試料C2~C5、C7、C8、C10、C11については、クラックが観察される1.5mm×4.5mmの領域が10箇所中3箇所以下(具体的には、0箇所(クラック発生無し))であり、これらの試料はUV-C光への耐性を有すると判定した。また、C1、C6、C9については、クラックが観察される1.5mm×4.5mmの領域が10箇所中4箇所以上であり、これらの試料はUV-C光への耐性を有していないと判定した。以上より、積層構造体1のクラックを抑制するためには、第2の層11中のTiO2微粒子の含有量を増やすことが効果的であることが分かった。具体的には、第2の層11中のTi濃度を1.0質量%以上とすることにより、積層構造体1のクラックを抑制できることを確認した。 As shown in Figure 12, for samples C2-C5, C7, C8, C10, and C11, cracks were observed in 3 or fewer out of 10 1.5 mm × 4.5 mm areas (specifically, 0 areas (no cracks)), and these samples were determined to be resistant to UV-C light. On the other hand, for C1, C6, and C9, cracks were observed in 4 or more out of 10 1.5 mm × 4.5 mm areas, and these samples were determined to be resistant to UV-C light. From the above, it was found that increasing the content of TiO2 fine particles in the second layer 11 is effective in suppressing cracks in the laminated structure 1. Specifically, it was confirmed that cracks in the laminated structure 1 can be suppressed by setting the Ti concentration in the second layer 11 to 1.0 mass% or higher.
次に、積層構造体1のUV-C光への耐性を破断点伸度から検証するため、UV-C光照射後の試料C1~C5、C7~C11の引張試験を実施した。UV-C光照射は、殺菌灯付保管庫(大信工業株式会社DM-5、ランプGL-10)を用いて、庫内温度25~40℃、庫内湿度28~65%、庫内圧力1気圧(大気圧)、波長253.7nm、照度1.3mW/cm2、照射時間100、200、300、400、600時間の条件で実施した。 Next, to verify the resistance of the laminated structure 1 to UV-C light from the elongation at the breaking point, tensile tests were performed on samples C1-C5 and C7-C11 after UV-C light irradiation. UV-C light irradiation was carried out using a storage cabinet equipped with a germicidal lamp (Daishin Kogyo Co., Ltd. DM-5, lamp GL-10) under the following conditions: cabinet temperature 25-40°C, cabinet humidity 28-65%, cabinet pressure 1 atm (atmospheric pressure), wavelength 253.7 nm, illuminance 1.3 mW/ cm² , and irradiation time of 100, 200, 300, 400, and 600 hours.
UV-C光の照射後、上記実施例1の試料A1~A4から試料B1~B4を形成する方法と同様の方法により、ケーブル状の試料C1~C5、C7~C11から、ダンベル試験片である試料D1~D5、D7~D11をそれぞれ形成した。試料D1~D5、D7~D11(6号ダンベル試験片)に対する引張試験は、“JIS K6251(1994)”に規定される試験を、上記の試料B1~B4に対して実施したものと同じ方法、条件で実施した。引張試験評価場所の、環境温度は25±3℃、環境湿度は50±10%、大気圧であった。また、標線間距離は20mm、引張速度は500mm/分で破断に至るまで行った。 After irradiation with UV-C light, dumbbell test specimens D1-D5 and D7-D11 were formed from cable-shaped samples C1-C5 and C7-C11 using the same method as in Example 1, where samples B1-B4 were formed from samples A1-A4. Tensile tests were performed on samples D1-D5 and D7-D11 (No. 6 dumbbell test specimens) using the same method and conditions as those used for samples B1-B4, as specified in "JIS K6251 (1994)". The ambient temperature at the tensile test evaluation site was 25±3°C, the ambient humidity was 50±10%, and the pressure was atmospheric. The gauge length was 20 mm, and the tensile speed was 500 mm/min until fracture.
図13(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ試料D1、D3、D4、D7におけるUV-C光の照射エネルギー(照度(W/cm2)×照射時間(秒))と破断点伸度との関係を示すグラフである。また、図14(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ試料D8、D9、D10、D11におけるUV-C光の照射エネルギーと破断点伸度との関係を示すグラフである。下記の表3に、図13(a)、(b)、(c)、(d)と図14(a)、(b)、(c)、(d)のプロット点の数値、すなわち各試料におけるUV-C光の照射エネルギーごとの破断点伸度(%)の値を示す。 Figures 13(a), (b), (c), and (d) are graphs showing the relationship between UV-C light irradiation energy (illuminance (W/ cm² ) × irradiation time (seconds)) and fracture elongation for samples D1, D3, D4, and D7, respectively. Similarly, Figures 14(a), (b), (c), and (d) are graphs showing the relationship between UV-C light irradiation energy and fracture elongation for samples D8, D9, D10, and D11, respectively. Table 3 below shows the numerical values of the plotted points in Figures 13(a), (b), (c), and (d) and Figures 14(a), (b), (c), and (d), i.e., the fracture elongation (%) values for each UV-C light irradiation energy for each sample.
図13(a)~(d)と図14(a)~(d)、表3によれば、試料D1、D3、D4、D7~D11の破断点伸度のうち、試料D7~D11の破断点伸度がUV-C光の照射エネルギーが1404J/cm2であるときでも250%以上であり、試料D7~D11が破断点伸度の観点からのUV-C光への高い耐性を有することがわかる。また、試料D1、D3、D4、D7~D11の破断点伸度のうち、試料D7~D11の破断点伸度がUV-C光の照射エネルギーが1872J/cm2であるときでも200%以上であり、試料D7~D11が破断点伸度の観点からのUV-C光への高い耐性を有することがわかる。さらに、試料D1、D3、D4、D7~D11の破断点伸度のうち、試料D7~D11の破断点伸度がUV-C光の照射エネルギーが2808J/cm2であるときでも150%以上であり、試料D7~D11が破断点伸度の観点からのUV-C光への高い耐性を有することがわかる。 According to Figures 13(a) to (d) and 14(a) to (d), and Table 3, among the fracture elongation of samples D1, D3, D4, and D7 to D11, the fracture elongation of samples D7 to D11 is 250% or more even when the UV-C irradiation energy is 1404 J/ cm² , indicating that samples D7 to D11 have high resistance to UV-C light from the viewpoint of fracture elongation. Furthermore, among the fracture elongation of samples D1, D3, D4, and D7 to D11, the fracture elongation of samples D7 to D11 is 200% or more even when the UV-C irradiation energy is 1872 J/ cm² , indicating that samples D7 to D11 have high resistance to UV-C light from the viewpoint of fracture elongation. Furthermore, among the fracture elongation of samples D1, D3, D4, and D7-D11, the fracture elongation of samples D7-D11 was 150% or more even when the UV-C light irradiation energy was 2808 J/ cm² , indicating that samples D7-D11 have high resistance to UV-C light in terms of fracture elongation.
図13(a)~(d)と図14(a)~(d)、表3の結果から、積層構造体1の破断点伸度を大きくするためには、第1の層10中のTiO2微粒子の含有量を増やすことが効果的であることが分かった。また、図15(a)、(b)に示されるように、第1の層10中のTi濃度(TiO2微粒子の含有量)と破断点伸度との関係(D3、D7、D10の結果、D4、D8、D11の結果)をプロットし、多項式近似を行った。図15(a)は、1404J/cm2のUV-C光を照射した後の結果であり、図15(b)は、2808J/cm2のUV-C光を照射した後の結果である。1404J/cm2のUV-C光を照射した後であっても、破断点伸度が250%以上になるようにするためには、第1の層10中のTi濃度が0.4質量%以上となるようにすればよいことが分かった。また、2808J/cm2のUV-C光を照射した後であっても、破断点伸度が150%以上になるようにするためには、第1の層10中のTi濃度が0.35質量%以上となるようにすればよいことが分かった。 From the results in Figures 13(a) to (d) and 14(a) to (d), and Table 3, it was found that increasing the content of TiO₂ fine particles in the first layer 10 is effective in increasing the elongation at the fracture point of the laminated structure 1. Furthermore, as shown in Figures 15(a) and (b), the relationship between the Ti concentration (content of TiO₂ fine particles) in the first layer 10 and the elongation at the fracture point (results for D3, D7, D10 and D4, D8, D11) was plotted and polynomial approximation was performed. Figure 15(a) shows the results after irradiation with 1404 J/ cm² of UV-C light, and Figure 15(b) shows the results after irradiation with 2808 J/ cm² of UV-C light. It was found that in order to achieve a fracture elongation of 250% or more even after irradiation with 1404 J/ cm² of UV-C light, the Ti concentration in the first layer 10 should be 0.4 mass% or more. Furthermore, it was found that in order to achieve a fracture elongation of 150% or more even after irradiation with 2808 J/ cm² of UV-C light, the Ti concentration in the first layer 10 should be 0.35 mass% or more.
次に、被膜24である第2の層11にTi濃度が1.9質量%となる濃度のTiO2微粒子113を含む試料C11と、試料C11と同様の方法で作製した、第2の層11にTi濃度が4.4質量%となる濃度のTiO2微粒子113を含む試料(試料C12とする)に対して、表面の拭き取り試験を実施した。この拭き取り試験用サンプル作製及び試験は、特許第6723489号と同じ方法で実施した。また、拭き取り試験前後での静止摩擦係数の測定用サンプル作製及び測定も、特許第6723489号と同じ方法で実施した。拭き取り試験場所及び静止摩擦係数測定場所の、環境温度は25±3℃、環境湿度は50±10%、大気圧であった。 Next, a surface wipe test was performed on sample C11, which contains TiO2 fine particles 113 with a Ti concentration of 1.9 mass% in the second layer 11, which is the coating 24, and on a sample (referred to as sample C12) prepared in the same manner as sample C11, which contains TiO2 fine particles 113 with a Ti concentration of 4.4 mass% in the second layer 11. The preparation and testing of the wipe test samples were carried out in the same manner as in Patent No. 6723489. Furthermore, the preparation and measurement of samples for measuring the static friction coefficient before and after the wipe test were also carried out in the same manner as in Patent No. 6723489. The ambient temperature at the wipe test site and the static friction coefficient measurement site was 25±3℃, the ambient humidity was 50±10%, and the pressure was atmospheric pressure.
この拭き取り試験では、被膜24の表面に、消毒用アルコールを含むコットンリンターを用いた長繊維不織布(拭き取り方向の長さ50mm)を、2×10-3MPa~4×10-3MPaのズリ応力が働くように当接させて、被膜24の表面を、拭き取る方向の長さ150mm、速さ80回/分~120回/分でふき取ることを2万回繰り返した(往復1万回)。その結果、試料C11、C12の被膜24の静止摩擦係数の試験前後での差(絶対値)は、それぞれ0.019、0.047であり、ともに0.1以下であった。下記の表4に、測定された試料C11、C12の被膜24の静止摩擦係数の値を示す。 In this wiping test, a long-fiber nonwoven fabric (50 mm in length in the wiping direction) made with a cotton linter containing disinfectant alcohol was brought into contact with the surface of the coating 24 so that a shear stress of 2 × 10⁻³ MPa to 4 × 10⁻³ MPa was applied. The surface of the coating 24 was wiped 20,000 times (10,000 back and forth cycles) over a length of 150 mm in the wiping direction at a speed of 80 to 120 times per minute. As a result, the difference (absolute value) of the static friction coefficient of the coating 24 of samples C11 and C12 before and after the test was 0.019 and 0.047, respectively, both of which were less than 0.1. Table 4 below shows the measured values of the static friction coefficient of the coating 24 of samples C11 and C12.
一方で、拭き取り試験前後の試料C11、C12の表面の状態をSEMにより観察したところ、両者に差異が見られた。 On the other hand, when the surface conditions of samples C11 and C12 were observed using SEM before and after the wiping test, differences were found between the two.
図16(a)、(b)は、それぞれ試料C11と試料C12の拭き取り試験前の表面の観察像(1000倍)である。また、図17(a)、(b)は、それぞれ試料C11と試料C12の拭き取り試験後の表面の観察像である。図16(a)、(b)、図17(a)、(b)の観察像に観察される球状粒子とその周りに存在する白いパウダー粒子は、それぞれ微粒子112とTiO2微粒子113である。 Figures 16(a) and 16(b) show the surface observation images (1000x magnification) of sample C11 and sample C12 before the wipe test, respectively. Figures 17(a) and 17(b) show the surface observation images of sample C11 and sample C12 after the wipe test, respectively. The spherical particles and the white powder particles surrounding them observed in the observation images of Figures 16(a) and 17(a) and 17(b) are fine particles 112 and TiO2 fine particles 113, respectively.
図16(a)、(b)に示されるように、空孔は、試料C11の被膜24よりも、試料C10の被膜24の方で多く観察された。また、図17(a)、(b)に示されるように、微粒子112の脱落は、試料C11の被膜24よりも、試料C12の被膜24の方が多かった。これらの結果の大きな原因の1つとして、試料C12の被膜24(第2の層11)中のTiO2微粒子113の濃度が高すぎたためと考えられる。微粒子112の周囲にTiO2微粒子113がより多く存在することになり、シリコーンゴムからなる母材111と微粒子112との接触面積が小さくなり、その結果、密着性が低下したことが、考えられる。拭き取り試験及びSEM観察の結果から、被膜24中のTi濃度の上限値は、4.4質量%であることが確認できた。 As shown in Figures 16(a) and (b), more voids were observed in the coating 24 of sample C10 than in the coating 24 of sample C11. Also, as shown in Figures 17(a) and (b), more fine particles 112 were detached from the coating 24 of sample C12 than from the coating 24 of sample C11. One of the main reasons for these results is thought to be that the concentration of TiO2 fine particles 113 in the coating 24 (second layer 11) of sample C12 was too high. This resulted in a greater presence of TiO2 fine particles 113 around the fine particles 112, reducing the contact area between the silicone rubber base material 111 and the fine particles 112, and consequently reducing adhesion. From the results of the wipe test and SEM observation, it was confirmed that the upper limit of the Ti concentration in the coating 24 is 4.4 mass%.
第1の実施の形態において図2を用いて説明した、TiO2微粒子102を含む第1の層10のTi濃度と、TiO2微粒子113を含む第2の層11のTi濃度の好ましい範囲は、本実施例の試験結果などに基づいて導出されたものである。 The preferred ranges for the Ti concentration of the first layer 10 containing TiO2 fine particles 102 and the Ti concentration of the second layer 11 containing TiO2 fine particles 113, as described with reference to Figure 2 in the first embodiment, were derived based on the test results of this embodiment.
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した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等は、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。
(Summary of the embodiments)
Next, the technical concept understood from the embodiments described above will be described using the reference numerals and other symbols from the embodiments. However, the reference numerals and other symbols in the following description are not limited to the components in the claims that are specifically shown in the embodiments.
[1]シリコーンゴムを母材(101)とし、第1のTiO2微粒子(102)を含む第1の層(10)と、前記第1の層(10)上に積層された、シリコーンゴムを母材(111)とし、第2のTiO2微粒子(113)を含む第2の層(11)と、を備え、前記第1の層(10)のTi濃度が、0.35質量%以上3.0質量%以下であり、前記第2の層(11)のTi濃度が、1.0質量%以上4.4質量%以下であり、前記第2の層(11)のTi濃度が、前記第1の層(10)のTi濃度よりも高く、シリコーンゴムを母材とする絶縁体(10、11)を備えた積層構造体であって、1404J/cm2のUV-C光を照射した後の引張試験により測定される破断点伸度が250%以上であり、前記1404J/cm2のUV-C光を照射した後の45~50%引張相当の曲げ試験時に、光学顕微鏡を用いて50倍の観察倍率で表面の10箇所の1.5mm×4.5mmの領域を観察したときに、クラックが観察される領域が3箇所以下である、積層構造体(1)。 [1] A laminated structure comprising a silicone rubber matrix (101) and a first layer (10) containing first TiO2 fine particles (102), and a second layer (11) laminated on the first layer (10) and comprising a silicone rubber matrix (111) and second TiO2 fine particles (113), wherein the Ti concentration of the first layer (10) is 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less, the Ti concentration of the second layer (11) is 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less, and the Ti concentration of the second layer (11) is higher than the Ti concentration of the first layer (10), wherein the laminated structure comprises an insulator (10, 11) made of silicone rubber, and the elongation at the breaking point measured by a tensile test after irradiation with 1404 J/ cm² of UV-C light is 250% or more, and the 1404 J/cm² A laminated structure (1) in which, when a bending test equivalent to 45-50% tensile strength is performed after irradiation with UV-C light ( 2 ), and 10 1.5 mm × 4.5 mm areas on the surface are observed at 50x magnification using an optical microscope, the number of areas where cracks are observed is 3 or less.
[2]シリコーンゴムを母材(101)とし、第1のTiO2微粒子(102)を含む第1の層(10)と、前記第1の層(10)上に積層された、シリコーンゴムを母材(111)とし、第2のTiO2微粒子(113)を含む第2の層(11)と、を備え、前記第1の層(10)のTi濃度が、0.35質量%以上3.0質量%以下であり、前記第2の層(11)のTi濃度が、1.0質量%以上4.4質量%以下であり、前記第2の層(11)のTi濃度が、前記第1の層(10)のTi濃度よりも高く、シリコーンゴムを母材とする絶縁体(10、11)を備えた積層構造体であって、2808J/cm2のUV-C光を照射した後の引張試験により測定される破断点伸度が150%以上であり、前記2808J/cm2のUV-C光を照射した後の45~50%引張相当の曲げ試験時に、光学顕微鏡を用いて50倍の観察倍率で表面の10箇所の1.5mm×4.5mmの領域を観察したときに、クラックが観察される領域が3箇所以下である、積層構造体(1)。 [2] A laminated structure comprising a silicone rubber matrix (101) and a first layer (10) containing first TiO2 fine particles (102), and a second layer (11) laminated on the first layer (10) and having a silicone rubber matrix (111) and containing second TiO2 fine particles (113), wherein the Ti concentration of the first layer (10) is 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less, the Ti concentration of the second layer (11) is 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less, and the Ti concentration of the second layer (11) is higher than the Ti concentration of the first layer (10), and comprising an insulator (10, 11) having a silicone rubber matrix, wherein the elongation at the breaking point measured by a tensile test after irradiation with 2808 J/ cm² of UV-C light is 150% or more, and the 2808 J/cm² A laminated structure (1) in which, when a bending test equivalent to 45-50% tensile strength is performed after irradiation with UV-C light ( 2 ), and 10 1.5 mm × 4.5 mm areas on the surface are observed at 50x magnification using an optical microscope, the number of areas where cracks are observed is 3 or less.
[5]前記第2の層(11)が、シリコーンレジン微粒子及びシリカ微粒子のうちの少なくとも1つを含む、上記[1]又は[2]に記載の積層構造体(1)。 [5] The laminated structure (1) according to [1] or [2] above, wherein the second layer (11) comprises at least one of silicone resin fine particles and silica fine particles.
[6]上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の積層構造体(1)からなる絶縁体(23、24)を備えた、ケーブル(20)。 [6] A cable (20) comprising insulators (23, 24) made of the laminated structure (1) described in any one of items [1] to [3] above.
[7]上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の積層構造体(1)からなる絶縁体(41、42、43)を備えた、チューブ(40a、40b、40c)。 [7] A tube (40a, 40b, 40c) comprising an insulator (41, 42, 43) made of the laminated structure (1) described in any one of items [1] to [3] above.
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、上記に記載した実施の形態及び実施例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、実施の形態及び実施例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。 The embodiments and examples of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the embodiments and examples described above, and various modifications are possible without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the embodiments and examples described above do not limit the invention as defined in the claims. It should also be noted that not all combinations of features described in the embodiments and examples are necessarily essential for solving the problem of the invention.
1 積層構造体
10 第1の層
101 母材
102 TiO2微粒子
11 第2の層
111 母材
112 微粒子
113 TiO2微粒子
2 超音波プローブケーブル
20 ケーブル
23 シース
24 被膜
40a、40b、40c 医療用チューブ
41 チューブ本体
42 外側被膜
43 内側被膜
1. Laminated structure 10. First layer 101. Base material 102. TiO2 microparticles 11. Second layer 111. Base material 112. Microparticles 113. TiO2 microparticles 2. Ultrasonic probe cable 20. Cable 23. Sheath 24. Coating 40a, 40b, 40c. Medical tube 41. Tube body 42. Outer coating 43. Inner coating
Claims (6)
前記第1の層上に積層された、シリコーンゴムを母材とし、第2のTiO2微粒子を含む第2の層と、
を備え、
前記第1の層のTi濃度が0.35質量%以上3.0質量%以下であり、
前記第2の層のTi濃度が1.0質量%以上4.4質量%以下である、
積層構造体。 A silicone rubber base material, a first layer containing first TiO2 fine particles,
Laminated on the first layer is a second layer made of silicone rubber as the base material and containing second TiO2 fine particles,
Equipped with,
The Ti concentration of the first layer is 0.35% by mass or more and 3.0% by mass or less.
The Ti concentration of the second layer is 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less.
Laminated structure.
請求項1に記載の積層構造体。 The Ti concentration of the second layer is higher than the Ti concentration of the first layer.
The laminated structure according to claim 1.
請求項1又は2に記載の積層構造体。 The second layer comprises at least one of silicone resin fine particles and silica fine particles.
The laminated structure according to claim 1 or 2.
ケーブル。 An insulator comprising a laminated structure according to any one of claims 1 to 3,
cable.
チューブ。 An insulator comprising a laminated structure according to any one of claims 1 to 3,
tube.
前記第1の層上に、前記第2の層のTi濃度が1.0質量%以上4.4質量%以下となるように前記第2のTiO 2 微粒子の含有量が調整されたシリコーンゴムコーティング剤を塗布して塗膜を製膜し、前記塗膜を硬化させて前記第2の層を形成する工程を有する、
積層構造体の製造方法。 A method for manufacturing a laminated structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the first layer and the second layer are formed in order,
The process includes applying a silicone rubber coating agent , the content of which is adjusted so that the Ti concentration of the second layer is 1.0% by mass or more and 4.4% by mass or less, onto the first layer to form a coating film, and then curing the coating film to form the second layer.
A method for manufacturing a laminated structure.
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