ケーブルおよびワイヤの選定基準

今日のケーブルおよびワイヤの設計は、単なる部品の選定にとどまらない、はるかに広範なものになっています。その核心にあるのは、システム全体を包括的に捉える考え方であり、設置形態（静的または動的）、電気的および機械的ストレス、さらに費用対効果や持続可能性を総合的に考慮するものです。このアプローチを無視すると、故障、エネルギー損失、そして不必要にコスト増のリスクが生じます。

電化の推進、データ伝送量の増加、そして持続可能性への圧力が高まる中、ケーブルは急速に重要な構成要素となっています。故障、性能、寿命を決定づけるのは、もはやデータシートに記載されたパラメータだけではありません。システムレベルでの検討が不足していると、メーカーによる最新の技術革新を十分に活用できなくなる恐れもあります。LAPP、Igus、HELUKABEL、Beldenといった有名企業は、こうした状況に応じてビジネスモデルを調整し、現在の技術トレンドを考慮しつつ、ケーブルやワイヤをシステム全体の不可欠な構成要素として位置づけています。

新たな応用分野、新たな要件

ケーブルやワイヤに影響を与える重要な動向の1つは、生産やイントラロジスティクスから充電インフラに至るまで、産業用アプリケーションにおいて電化が進んでいることです。その結果、通電容量、耐熱性、および耐用年数に対する要件が大幅に高まっています。同時に、産業用直流送電網や高出力充電および駆動コンセプトなどにおいて、直流（DC）用途の重要性も増しています。

もう1つのトレンドは機能の集約化です。今日、ケーブルは、多くの場合、ハイブリッドケーブルにおける電力とデータの複合伝送を含め、複数の機能を同時に果たしています。さらに、設置の簡素化とシステム可用性の向上に対する要求も高まっています。

動的なアプリケーションにおいても、要件が高まっています。速度の向上、加速力の増大、曲げ半径の縮小、および移動距離の延長により、可動システムにおけるケーブル設計の要求はますます厳しくなっています。同時に、データ転送量の多い高機能なデータ集中型ケーブルの割合も増え続けています。産業用EthernetやPROFINETなどのバスシステムは、すでにケーブルキャリアシステムに広く導入されています。

また、持続可能性もますます重要視されるようになっています。より多くのユーザーや購入者が、長寿命、CO₂ 排出量の透明性、そしてリサイクル材料を使用したケーブルを意識的に求めています。したがって、ケーブルや電線はもはや規格への適合性だけで評価されるのではなく、システム全体の効率性と持続可能性への貢献度も評価の対象となっています。

適切なケーブルの選定には、設置形態（静的または動的）、導体の断面積、曲げサイクル数、撚り線か単線か、絶縁材料、および被覆材料など、複数の基準を考慮する必要があります。EMC特性、電圧タイプ（AC/DC）、およびデータ伝送要件も、意思決定プロセスに組み込む必要があります。各パラメータを個別に検討するのではなく、システム全体を包括的に捉える視点が不可欠です。

ケーブル選定におけるよくある間違い

LAPPの専門家によると、最もよくある落とし穴の1つは、開発プロセスにおいてケーブルの選定が後回しにされてしまうことです。多くの場合、ライフサイクル全体にわたる実際の使用条件を考慮せずに、規格で許容される最小の断面積が選ばれてしまいます。これは深刻な結果を招く可能性があります。

最初からリスクを回避するためには、一貫してアプリケーションの観点から設計することが必要です。重要な検討事項としては、実際の電流負荷はどれくらいか、システムの稼働時間はどれくらいか、ケーブルにはどの程度の柔軟性が求められるか、どのような環境条件が継続的に作用するか、などが挙げられます。技術的かつ経済的に妥当な決定を下すためには、エネルギー損失や温度上昇についても評価する必要があります。

この点において、導体断面積をわずかに大きくすることで、抵抗損失の低減や発熱の抑制を通じて、経済的メリットが得られる場合があります。システムの耐用年数を考えれば、その追加投資は多くの場合、元が取れることになります。逆に、ケーブルの断面積が小さすぎると、短期的にはコストを削減できるかもしれませんが、長期的にはエネルギー損失や運用コストの増加につながます。

もう1つの問題としては、実績のあるソリューションを新しい応用分野にそのまま適用してしまうことが挙げられます。たとえば、ACアプリケーションでの経験が、適切な検証なしにDCシステムに適用されることがあります。早い段階からアプリケーションに特化した設計を行うことで、このような誤りを防ぐことができます。

LAPP製品の特徴は、単独で検討されることがないという点です。特に高性能アプリケーションでは、ケーブルとコネクタの組み合わせにより、より安定した長期的な接続が可能になります。この体系的な理解によって、電気的、機械的、および熱的な要件をより適切に統合することができ、柔軟性の高い電源ケーブルやデータケーブルの開発に役立っています。

具体的な例としては、zeroCM技術を統合したモータ接続ケーブルÖLFLEX FD Servo（図1-左）が挙げられます。その革新的な設計により漏れ電流を低減しています。もう1つの革新的な製品は、ツイストペア1対のみ備えた、シングルペアEthernetケーブルETHERLINE T1 FD（図1-右）です。現場レベルに至るまでシームレスなネットワークインフラを実現します。

図1：LAPPのÖLFLEX FD Servo（左）とETHERLINE T1 FD（右）のケーブルの例。（画像提供：LAPP）

特別な課題：ケーブルキャリア内でのケーブルの動き

Igusの専門家が説明するように、ケーブルキャリアシステムに適したケーブルの選定は特に複雑です。ケーブルキャリア中での連続的な動きを想定して設計されたケーブルは、特定の標準化された要件は存在しません。標準規格は、太陽光発電システム用ケーブルのように、明確に定義された限定的な用途に対してのみ策定されるものです。しかし、ケーブルキャリアの場合、用途のシナリオが多岐にわたるため、単一の統一規格では対応できません。また、ケーブルキャリア用途向けの「万能」ケーブルというものは存在しません。

顧客は、直接比較することが難しい、いわゆる「chainflex対応」製品の幅広い選択肢の中から適切なものを選択するという課題に直面しています。

よくある間違いとして、被覆材料の選定を誤ることが挙げられます。PURが一般的にケーブルキャリアに最適な被覆材料であるという誤解が広く見受けられます。PURは油や潤滑剤を多用する現場では優れた選択肢ですが、連続動作用に特別に配合されたPVCコンパウンドと比較すると、乾燥した用途では摩耗が著しく高くなる傾向があります。

経済的な側面もあります。原材料として、PURは高品質なPVC製品に比べて約3倍～4倍のコストがかかります。したがって、ここでの判断ミスは、技術的な問題だけでなく、不必要なコストも招く可能性があります。被覆の材料の選択は、常に具体的な用途に合わせて行うべきです。PURは油分の多い環境に最適ですが、油分が少ない、あるいは全くない環境では、PVCの方がより優れており、コスト効率の高い選択肢となる場合が多いのです。

もう1つの見過ごされがちな問題は、検証可能なテスト結果のないケーブルを選んでしまうことです。データシートには「最大500万サイクル」の耐用年数が記載されているかもしれませんが、そのような記述は明確さに欠けています。どのような条件でテストが行われたのでしょうか。ケーブルキャリア内での可動用途は多岐にわたり、ケーブル性能はすべての条件で均一ではありません。したがって、信頼性が高く、透明性の高い耐用年数データが不可欠です。

30年以上にわたる継続的な研究開発と、ケーブルの設計および材料に関する広範なテストを経て、可動ケーブルの保証された耐用年数を提示することが可能になりました。

同社の主要製品の1つに、極めてスペースが限られた環境における高動的用途向けに設計されたCFCLEANケーブルシリーズ（図2）があります。このシリーズは、軽量かつ小型設計が特長です。具体的には、従来の被覆ケーブルと比較して、重量が30%軽く、直径が35%小さくなっています。実験室でのテストにより、2,000万サイクルの耐用年数が実証されており、メーカーがこれを保証しています。

図2：IgusのCFCLEANシリーズの1例。（画像提供：Igus）

システムアプローチによる複雑さの解消

多くのメーカーが、単なる部品購入から、統合された即戦力となるソリューションへの明確な移行を確認しています。特に機械およびやプラントエンジニアリングの分野では、顧客はインターフェースの削減、調整作業の軽減、そしてプロジェクトおよび運用上のリスク低減を求めています。

HELUKABELは、体系的なアプローチを推奨しています。まず、アプリケーションを静的か動的かを明確に定義し、次に動作プロファイル、曲げ半径、移動距離、および動的特性を分析します。続いて環境条件を評価し、電源、信号、データ伝送に関する電気的要件を定義し、最後に関連規格およびターゲット市場を確認します。この体系的なプロセスにより、コンポーネントのみのアプローチで十分か、それとも統合されたシステムソリューションによって労力とリスクを軽減できるかが、速やかに明らかになります。

設置条件は極めて重要です。曲げ半径を超えたり、ケーブルの配置が不適切であったり、セパレータやストレインリリーフの設計が誤っていたりすると、高品質なドラッグチェーンケーブルであっても損傷を受ける可能性があります。組み立て作業は過小評価されがちですが、シールド接続の不具合、不適切なコネクタの使用、あるいは不十分な組み立て作業は、すぐにEMC問題や故障につながる恐れがあります。

HELUKABELが提供する一貫したシステムソリューションの1つがHELUCHAIN SYSTEM（図3）です。これは、ケーブルキャリア、適合した高屈曲性ケーブル、アクセサリ、およびオプションで事前組み立て済みのすぐに接続可能なバリエーションを統合パッケージに組み合わせたものであり、個別のコンポーネントではなく、調整済みで信頼性の高いソリューションを提供します。

図3：HELUCHAIN SYSTEMのケーブルキャリア、ケーブル、アクセサリの組み合わせの例。（画像提供：HELUKABEL）

ネットワークインフラ

データ転送速度の上昇と産業プラントにおける接続性の拡大に伴い、物理的なネットワークインフラの重要性が高まっています。Beldenは、最新のオートメーションアーキテクチャ向けの産業用Ethernetソリューション（図4）により、この動向に対応しています。TSNメカニズムをサポートするリアルタイム対応スイッチは、過酷な産業環境における決定論的通信を実現します。

図4：Beldenの産業用Ethernetソリューション。（画像提供：Belden）

新しいBeldenの産業用アクセスポイントは、ロボティクス、物流、および自動化アプリケーション向けに、低遅延の決定論的なWi-Fi 7を提供します。5GHz/6GHzデュアルバンド設計、高速ローミング、および統合された診断機能により、異なるシステム間のスムーズな連携が保証されます。したがって、システム思考はケーブルそのものを越え、関連するインフラにまで及びます。

持続可能性（サステイナビリティ）

市場において、持続可能性は、重要性を増しています。ケーブルメーカーは透明性を高め、材料や効率的な製造プロセスに関するドキュメントを提供しています。

しかし、持続可能性における最も重要な要素は依然として耐用年数であることに変わりはありません。システムが信頼性高く稼働する期間が長く、交換サイクルが少なければ少ないほど、経済的および環境的なバランスが良好になります。メーカー各社はまた、バイオベースのプラスチックや部分的にリサイクル可能なプラスチックなど、代替材料の開発にも取り組んでいます。

繰り返しになりますが、持続可能性は個々のケーブルレベルで単独に評価されるべきではなく、システム全体における材料、耐用年数、エネルギー効率の相互作用の中で評価されるべきです。