JP2006032060A - 断線検知機能付ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 検知線の断線が、ケーブルの屈曲箇所によらず、或る一定の屈曲疲労で安定、一律に起こる断線検知機能付ケーブルを提供する。
【解決手段】 絶縁線１４を複数本用いて、同心撚り構造とした繰り返し曲げ変形が加えられる断線検知機能付ケーブル１において、撚り中心の絶縁線を検知線１４ａとし、その検知線１４ａの屈曲寿命を他の絶縁線１４よりも短くした断線検知機能付ケーブル１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、屈曲運動が加わるケーブルに係り、特にそのケーブルの断線を予測可能な断線検知機能付ケーブルに関するものである。

従来、ロボットや自動車などの機器可動部に使用されるケーブルは、ケーブルに繰り返し屈曲運動が加わることにより、機器動作中などにケーブル中の線心が断線することも多く、このようなケーブルの断線を防ぐために、線心を撚り線構造としたケーブルが多数提案されている。

しかしながら、このような撚り線構造のケーブルにおいても、繰り返し屈曲運動が加わることによる断線を完全に無くすことは難しく、この線心の断線をいち早く予測することが必要となっている。

従来技術として、ケーブルに他の線心よりも屈曲寿命の短い検知線を入れ、その検知線の断線により、そのケーブルの屈曲寿命を予知する方法が提案されている。

検知線の構造としては、絶縁体の材質を他の線心と異なるものにしたものがある（特許文献１、２）。

導体の導体素線径を他の線心と異なるものにしたものもある（特許文献３）。

また、素線材料を他の線心と異なるものにしたものもある（特許文献４、５、６）。

また、素線数を他の線心と異なるものにしたものもある（特許文献７、８）。

図４に示したように従来技術の断線検知機能付ケーブル４１は、導体６１及び絶縁体６２よりなる複数本の線心（絶縁線）６４と、導体６１とは導体素線径の異なる導体６１ａ及び絶縁体６２ａよりなる断線を検知するための検知線６４ａとから構成され、この検知線６４ａと線心６４とを撚り合わせて、撚り合わせた６本の線心６４及び１本の検知線６４ａの外側をシース６６で覆った構造である。

しかし、断線検知機能付ケーブル４１は、この検知線６４ａの位置については、言及されていない。

実開平６−５４１４２号公報 実開平６−５４１４１号公報 実開平６−５４１３７号公報 実開平６−５４１４３号公報 実開平６−５４１３８号公報 実開平６−５４１３９号公報 実開平６−５４１３５号公報 実開平６−５４１３６号公報

しかしながら、従来技術では検知線６４ａとしてケーブル外周の線心を用いた場合、多数の線心６４が撚ってあるケーブルでは、屈曲部での屈曲方向に対する線心の位置関係により、線心６４ごとの屈曲寿命に差が生じる場合がある。そのため、検知線６４ａが屈曲部で屈曲方向に対してどの位置にあるかで、その検知線６４ａの屈曲寿命が変わってくる。

線心６４が撚ってある場合、屈曲部での検知線６４ａを所望の位置に調整することは、非常に困難である。

その場合、その検知線６４ａの位置により屈曲寿命が大きく変わり、検知線６４ａよりも先に断線する線心６４が発生したり、また、検知線６４ａが他の線心６４よりもかなり早い段階で断線してしまう恐れがあるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、検知線の断線が、ケーブルの屈曲箇所によらず、或る一定の屈曲疲労の条件で一律に起こる断線検知機能付ケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、絶縁線を複数本用いて、同心撚り構造とした繰り返し曲げ変形が加えられる断線検知機能付ケーブルにおいて、撚り中心の絶縁線を検知線とし、その検知線の屈曲寿命を他の絶縁線の屈曲寿命よりも短くした断線検知機能付ケーブルである。

第２の発明は、撚り中心の検知線の導体の導体素線径を、他の絶縁線の導体の導体素線径よりも太く形成し、検知線を、上記繰り返し曲げ変形によって他の絶縁線よりも早く断線するようにしたものである。

第３の発明は、上記絶縁線及び上記検知線は、導体及び絶縁体よりなる線心を２本対撚りした対撚り線で形成されるものである。

第４の発明は、上記検知線の屈曲寿命は、所定の信号を検知線に伝送させ、この信号の伝送状態を監視し、信号の伝送が不可能になったときに検知線の断線検知により検知するものである。

本発明によれば、検知線の断線がケーブルの屈曲箇所によらず、或る一定の屈曲疲労で安定して起こり、この検知線の断線により線心の断線を予測可能な断線検知機能付ケーブルを得られる。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施の形態を示す断線検知機能付ケーブル１の断面図である。

図示したように、導体１１の外周に絶縁体１２を被覆して絶縁線１４を形成し、絶縁線１４とは導体素線径の異なる導体１１ａの外周に絶縁体１２ａを被覆して断線検知のための検知線１４ａを形成する。

この検知線１４ａを撚り中心にして、検知線１４ａの外周に６本の絶縁線１４を配して撚り合わせ、検知線１４ａ及び絶縁線１４を撚り合わせた外側をシース１６で覆うことで、断線検知機能付ケーブル１が形成される。

このような絶縁線１４を複数本用いて同心撚り構造とした断線検知機能付ケーブル１において、撚り中心に位置する絶縁線である検知線１４ａの導体１１ａの導体素線径は、絶縁線１４の導体１１の導体素線径よりも太くしてある。この導体素線径を太くしたことにより、繰り返し曲げ変形が加えられたときに、検知線１４ａは６本の絶縁線１４よりも早く断線するような屈曲寿命に設定されている。

検知線１４ａを撚り中心とすることにより、断線検知機能付ケーブル１の外周の絶縁線１４の有する各々の屈曲寿命と異なり、撚り中心にある検知線１４ａの有する屈曲寿命はその屈曲方向に依存しない。このため、この撚り中心にある検知線１４ａは、検知線１４ａ単心で同一の屈曲半径で屈曲した場合の屈曲寿命と同等の屈曲寿命を有する。

この撚り中心に設けられる検知線１４ａの導体１１ａの導体素線径が、仮に他の絶縁線１４の導体１１の導体素線径と等しい場合には、繰り返し曲げ変形が加えられたとき外周にある絶縁線１４は、その屈曲方向の位置により絶縁線１４の屈曲寿命は大きく変わるが、検知線１４ａは一定の屈曲寿命となる。

そこで、繰り返し曲げ変形が加えられたときに外周の絶縁線１４の中で、最も屈曲寿命の短くなる絶縁線１４よりも更に検知線１４ａの屈曲寿命を短く設定し、その検知線１４ａの断線を検知することで、絶縁線１４の断線の寿命を予測することができる。

このように、断線検知機能付ケーブル１が繰り返し曲げ変形を受け、検知線１４ａが絶縁線１４より先に断線するようにその検知線１４ａの屈曲寿命を設定することで断線検知機能付ケーブル１の断線を予測することができる。

屈曲変形により生じる導体１１、１１ａの歪と絶縁線１４及び検知線１４ａの屈曲寿命との間には相関関係があるため、屈曲実験よりその相関関係を導くことが可能である。

断線検知機能付ケーブル１に使用する絶縁線１４の導体素線径と検知線１４ａの導体素線径とを均しくして屈曲試験を行って、屈曲寿命評価を行う。

次に、ケーブルの外周の線心の屈曲寿命と、その屈曲試験での撚り中心の線心の屈曲半径（曲げ半径）を求め、屈曲試験により求めた絶縁線１４の屈曲回数よりも少ない屈曲回数で撚り中心の検知線１４ａが断線するように相関関係により導体素線径を求める。

ここで一般的に屈曲により生じる歪εと導体素線径Ｄ２などとの関係は、次式で表される。

ε＝Ｄ２／（２Ｒ＋Ｄ１） ・・・・・・（１）
Ｒ：曲げ半径
Ｄ１：絶縁線外径
Ｄ２：導体素線径
また、この屈曲試験により導き出した歪εと屈曲寿命との関係を、図３のマスタカーブにより示す。

図３は、（１）式で曲げ半径Ｒを変えたときの各歪εと、屈曲寿命の関係を示し、縦軸は絶縁線に掛かる歪ε（歪εの対数をとったＬｏｇεで表す）を示し、横軸は絶縁線の導体が断線したときの屈曲回数Ｎすなわち屈曲寿命（屈曲寿命Ｎの対数をとったＬｏｇＮで表す）を示したものである。

検知線１４ａの導体素線径の設定は、断線検知機能付ケーブル１の絶縁線１４の導体素線径とその断線検知機能付ケーブル１に繰り返し加えられる屈曲の曲げ半径Ｒとが既知であるため、図３に示したマスタカーブをあらかじめ作成して絶縁線１４の屈曲寿命Ｎを求め、その屈曲寿命Ｎより十分に短い屈曲寿命Ｎを決定すると共に、歪εを求め、その歪εより上記（１）式を基にして検知線１４ａの導体素線径Ｄ２を決定する。

断線検知機能付ケーブル１の撚り中心に設けた検知線１４ａの断線の検知には、検知線１４ａの信号の送受信状態や検知線１４ａの導体抵抗を常時検知するようにし、検知線１４ａにおける信号の伝送状態（送受信の有無）や検知線１４ａの導体抵抗の増加を監視して、信号の伝送が不可能になったときに検知線１４ａの断線検知により断線検知機能付ケーブル１の屈曲寿命を検知する。

これにより、ロボット、自動車などの使用者に対して断線検知機能付ケーブル１の断線を報知し、検知線１４ａ以外の本来使用されている絶縁線１４の断線前における断線検知機能付ケーブル１の交換を促すことができ、断線によるロボット、自動車などの急停止や誤動作を未然に防止できる。

既に説明したように検知線１４ａの導体１１ａの導体素線径は、絶縁線１４の導体１１の導体素線径とは異なるため、導体１１の外周に被覆した絶縁体１２の厚さと導体１１ａの外周に被覆した絶縁体１２ａの厚さとが等しい場合には、検知線１４ａの絶縁体１２ａの外径と絶縁線１４の絶縁体１２の外径とは異なり、結果として従来の断線検知機能付ケーブルとは外径が異なる場合が出てくる。

断線検知機能付ケーブル１の外径を従来の断線検知機能付ケーブルと同じ外径にするためには、検知線１４ａの導体素線径を決定、変更する際に検知線１４ａの絶縁体１２ａの厚さも（１）式との関係を考慮した上で、絶縁線１４の絶縁線外径と同じになるように調整するとよい。

ここで、本実施の形態では、絶縁線１４及び検知線１４ａの本数は計７本としたがこの本数に限らず、異なる導体素線径の検知線１４ａを撚り中心に有する構造であれば、絶縁線１４の本数は問わない。

また、絶縁線１４を形成する導体１１の材料と、検知線１４ａを形成する導体１１ａの材料とは、同じ導電性材料を用いるとよく、絶縁線１４を形成する絶縁体１２の材料と、検知線１４ａを形成する絶縁体１２ａの材料とは、同じ絶縁性材料を用いるとよい。

図２は、本発明に係る断線検知機能付ケーブルの第２の実施の形態を示す断面図である。

図示したように、導体１１の外周に絶縁体１２を被覆して線心２４を形成し、この線心２４を２本撚り合わせて対撚りとし、この対撚りの外周をシールド１３で覆って、対撚り線１５を形成する。

同様に、対撚り線１５とは導体素線径の異なる導体１１ｂの外周に絶縁体１２ｂを被覆した線心２４ｂを形成し、この線心２４ｂを２本撚り合わせて対撚りとし、この対撚りの外周をシールド１３ｂで覆って、検知線１５ｂを形成する。

この検知線１５ｂを撚り中心にして、検知線１５ｂの外周に６本の対撚り線１５を配して計７本を撚り合わせ、検知線１５ｂ及び対撚り線１５を撚り合わせた外側をシース１６で覆うことで、断線検知機能付ケーブル２１が形成される。

断線検知機能付ケーブル１の検知線１４ａの導体素線径を設定する場合と同様に、あらかじめ寿命評価用のケーブルにより屈曲寿命を測定し、導体１１、１１ｂが受ける歪と屈曲寿命との（１）式、図３に示す相関と同様の相関により、他の対撚り線１５よりも屈曲寿命が短くなるように撚り中心の検知線１５ｂの導体素線径を決定する。

対撚り線１５を形成する導体１１の材料と、検知線１５ｂを形成する導体１１ｂの材料とは、同じ導電性材料を用いるとよく、対撚り線１５を形成する絶縁体１２の材料と、検知線１５ｂを形成する絶縁体１２ｂの材料とは、同じ絶縁性材料を用いるとよい。

このような構造である断線検知機能付ケーブル２１も、あらかじめ対撚り線１５のみで構成される寿命評価用のケーブルを用いて屈曲寿命を測定し、図３及び（１）式と同様の屈曲寿命と歪との相関により対撚り線１５よりも屈曲寿命が短くなるように中心の対撚り線である検知線１５ｂの導体素線径を設定し、その導体素線径の設定された検知線１５ｂを断線検知機能付ケーブル２１の中心に設け、この検知線１５ｂを断線検知用の線として用いることができる。

このため断線機能付ケーブル２１も、図１に示した断線検知機能付ケーブル１と同様に対撚り線１５よりも屈曲寿命の短い検知線１５ｂの断線により、対撚り線１５の屈曲寿命を予測することができる。

以上説明したように断線検知機能付きケーブルは、外部から繰り返し曲げ変形が加えられた際に、検知線の導体素線径が太いため検知線が最初に断線し、この検知線の断線の導通の有無を検知することで、絶縁線（若しくは、対撚り線）の断線をあらかじめ予測し、断線検知機能付きケーブルの交換等を早めに行うことができる。

この検知線は、導体の歪と屈曲寿命との間に図３に示す相関関係があることがあらかじめ行われた屈曲寿命の実験により分かっており、また、導体の歪と検知線の寸法との間に（１）式に示す関係があることが分かっていることから、図３及び（１）式を用いて所望の屈曲寿命となるように設定することができる。

また検知線は、撚り中心に設けてその外周に同心円状に絶縁線（若しくは、対撚り線）を配するように製造することが容易である。したがって、従来のように検知線の位置により屈曲寿命が大きく変わることがなくなり、検知線よりも先に断線する絶縁線、対撚り線が発生したり、また、検知線が他の絶縁線、対撚り線よりもかなり早い段階で断線してしまうという問題を解消し、或る一定の屈曲疲労で安定して検知線の断線が生じる。

なお、検知線の屈曲寿命は、検知線の導体素線径により設定したが、これに限らず、検知線の材質、材料、構成する素線数などを絶縁線とは異ならせて、検知線の屈曲寿命を設定することでもよい。

次に実施例１を説明する。

断線検知機能付ケーブル１は、導体１１及び絶縁体１２よりなる６本の絶縁線１４が断線検知のための検知線１４ａを撚り中心に撚ってあり、その外側をシース１６で覆った構造である。

絶縁線１４の導体素線径はφ０．０８ｍｍ、絶縁線外径Ｄ１はφ５ｍｍである。

検知線１４ａの導体素線径の調整にあたっては、あらかじめ全ての絶縁線１４及び検知線１４ａの導体素線径がφ０．０８ｍｍと同一である他は、断線検知機能付ケーブル１と同じ構造である単心ケーブルを線心とする寿命評価用のケーブルを用いて、断線検知機能付ケーブル１の撚り中心の線心（すなわち、検知線１４ａ）以外の絶縁線１４の屈曲寿命を評価した。

具体的には、寿命評価用のケーブルにより屈曲半径４０ｍｍで繰り返し屈曲試験を行ったところ、４２万回の屈曲寿命であった。

そこで、この導体素線径φ０．０８ｍｍの絶縁線１４の屈曲寿命４２万回に対して、検知線１４ａの屈曲寿命を３０万回になるように設定し、単心ケーブルの実験により導き出した図３のマスタカーブ及び（１）式により、検知線１４ａの導体素線径Ｄ２をφ０．１３ｍｍとした。

実際に、撚り中心の検知線１４ａの導体素線径Ｄ２をφ０．１３ｍｍとして、その他の絶縁線１４の導体素線径をφ０．０８ｍｍとした断線検知機能付ケーブル１で屈曲試験を行ったところ、検知線１４ａは屈曲回数３２万回で断線し、その後他の絶縁線１４の６本の内１本が３９万回で断線した。

断線検知機能付ケーブル２１は、導体１１および絶縁体１２よりなる線心２４が対撚りとなっており、その外周をシールド１３で覆って対撚り線１５とし、検知線１５ｂを撚り中心として、検知線１５ｂの外周に対撚り線１５を撚り、その外側をシース１６で覆った構造のケーブルである。

あらかじめ、屈曲寿命を測定し、歪と屈曲寿命の相関式により対撚り線１５よりも屈曲寿命が短くなるように撚り中心の対撚り線の導体素線径を調整し、その線を検知線１５ｂとして用いる。

具体的には、寿命評価用のケーブルにより導体素線径Ｄ２φ０．０８ｍｍ、絶縁線外径Ｄ１φ１２ｍｍ、屈曲半径４０ｍｍで繰り返し屈曲試験を行ったところ、２４万回の屈曲寿命であった。

そこで、この導体素線径Ｄ２φ０．０８ｍｍの対撚り線１５の屈曲寿命２４万回に対して、検知線１５ｂの屈曲寿命を２０万回になるように設定し、単心ケーブルの実験により導き出したマスタカーブ及び（１）式と同様の相関式により、導体素線径Ｄ２をφ０．１８ｍｍとした。

実際に、撚り中心の検知線１５ｂの導体素線径Ｄ２をφ０．１８ｍｍとして、その他の対撚り線１５の導体素線径をφ０．０８ｍｍとした断線検知機能付ケーブル２１で屈曲試験を行ったところ、検知線１５ｂは屈曲回数１９万回で断線し、その後他の対撚り線１５の６本の内１本が２６万回で断線した。

本発明の第１の実施の形態である断線検知機能付ケーブルを示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態である断線検知機能付ケーブルを示す断面図である。 本発明において、断線検知機能付ケーブルにかかる歪と屈曲寿命の関係を示す図である。 従来の断線検知機能付ケーブルを示す断面図である。

符号の説明

１ 断線検知機能付ケーブル
１１ 導体
１１ａ 導体
１１ｂ 導体
１２ 絶縁体
１２ａ 絶縁体
１２ｂ 絶縁体
１３ シールド
１３ｂ シールド
１４ 絶縁線
１４ａ 検知線
１５ 対撚り線
１５ｂ 検知線
２１ 断線検知機能付ケーブル
２４ 線心
２４ｂ 線心

Claims (4)

1. 絶縁線を複数本用いて、同心撚り構造とした繰り返し曲げ変形が加えられる断線検知機能付ケーブルにおいて、撚り中心の絶縁線を検知線とし、その検知線の屈曲寿命を他の絶縁線の屈曲寿命よりも短くしたことを特徴とする断線検知機能付ケーブル。
2. 撚り中心の検知線の導体の導体素線径を、他の絶縁線の導体の導体素線径よりも太く形成し、検知線を、上記繰り返し曲げ変形によって他の絶縁線よりも早く断線するようにした請求項１記載の断線検知機能付ケーブル。
3. 上記絶縁線及び上記検知線は、導体及び絶縁体よりなる線心を２本対撚りした対撚り線で形成される請求項１または２記載の断線検知機能付ケーブル。
4. 上記検知線の屈曲寿命は、所定の信号を検知線に伝送させ、この信号の伝送状態を監視し、信号の伝送が不可能になったときに検知線の断線検知により検知する請求項１〜３いずれか記載の断線検知機能付ケーブル。
   

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