JP2007299608A - 断線検知機能付きケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 断線を段階的に予測できるようにすることにより、使用状況に応じてケーブルの交換時期の予測を容易にし、また、断線検知を定期的に行う場合には、段階に応じて検知周期を設定できる断線検知機能付ケーブルを提供する。
【解決手段】 導体１を絶縁体２で被覆した線心４と、断線検知線４ａとを有する断線検知機能付きケーブルにおいて、前記断線検知線４ａは、導体線７ａ、７ｂに絶縁体９を被覆した複数本の素線１１ａ、１１ｂからなり、前記複数本の素線１１ａ、１１ｂは屈曲寿命の異なる２種類以上の素線１１ａ、１１ｂからなるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、屈曲運動が加わる電気ケーブルに係り、特にそのケーブルの断線を予測する断線検知線を有する断線検知機能付きケーブルに関するものである。

ロボットや自動車などの機器可動部に電源線や信号線などの線心を束ねた電気ケーブルが使用されている。機器可動部で使用される電気ケーブルには、繰り返し屈曲運動が加わるので、機器動作中に電気ケーブル内の線心が断線することが多い。

このような電気ケーブルの断線を防ぐために、複数本の導電性の裸素線を撚り合わせて導体とし、それに絶縁体を被覆した線心を用い、可とう性を良くした電気ケーブルが多く提案されている。

しかしながら、線心を撚り線構造とした電気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線心の断線を完全に無くすことは難しいことから、従来、電気ケーブルに他の線心より屈曲寿命の短い断線検知線を入れ、その断線検知線の断線により、そのケーブルの屈曲寿命を予測する方法が考案されている。 断線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（特許文献１および２）、素線の導体の径を他の線心と異なるものにしたもの（特許文献３）、素線の導体材料を他の線心と異なるものにしたもの（特許文献４〜６）、素線数を他の線心と異なるものにしたもの（特許文献７および８）、断線検知線を撚り中心に設け、屈曲寿命が屈曲方向に依存しないようにしたもの（特許文献９）がある。

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 特開２００６−３２０６０号公報

従来技術では断線検知線の屈曲寿命を他の線心より早く断線するようにし、断線検知線が断線した時が電気ケーブルの寿命と判断することになる。しかしながらこの場合、電気ケーブルの寿命を検知できるのは一度だけであり、断線検知線が断線したときに電気ケーブルの使用状況においては電気ケーブルの交換などの対応がすぐにとれない場合が生じる。また、断線検知を定期的に行う場合には、検知周期を適切に設定しないと検知周期中に断線検知線と寿命を予測する対象の線心が共に切れてしまう可能性がある。

そこで本発明の目的は、断線を段階的に予測できるようにすることにより、使用状況に応じてケーブルの交換時期の予測を容易にし、また、断線検知を定期的に行う場合には、段階に応じて検知周期を設定できる断線検知機能付ケーブルを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、導体を絶縁体で被覆した線心と、断線検知線とを有する断線検知機能付きケーブルにおいて、前記断線検知線は、導体線に絶縁体を被覆した複数本の素線からなり、前記複数本の素線は屈曲寿命の異なる２種類以上の素線からなることを特徴とする断線検知機能付きケーブルである。

請求項２の発明は、前記線心は、裸素線を複数本撚り合わせた導体の外周に絶縁体を被覆して形成され、前記断線検知線は、導体線に絶縁体を被覆した素線を複数本撚り合わせたものからなり、断線検知線の素線は、線心の裸素線より屈曲寿命が短く形成される請求項１に記載の断線検知機能付きケーブルである。

請求項３の発明は、前記断線検知線は、導体線の径が異なる２種類以上のエナメル線からなる請求項１又は２に記載の断線検知機能付きケーブルである。

請求項４の発明は、前記断線検知線は、導体線の材質が異なる２種類以上のエナメル線からなる請求項１又は２に記載の断線検知機能付きケーブルである。

請求項５の発明は、前記断線検知線を断線検知機能付きケーブルの中心に配置し、電源線や信号線となる線心を、前記断線検知線の周囲に撚り合わせてなる請求項１〜４いずれかに記載の断線検知機能付きケーブルである。

本発明は、繰り返し曲げ変形が加えられるケーブルにおいて、裸素線を撚り合わせた導体に絶縁体を被覆して線心とし、その線心の裸素線よりも屈曲寿命が短い素線を撚り合わせて検知線として用いるものである。屈曲寿命の異なる素線を組み合わせて検知線を構成しているので、この検知線を段階的に断線させることが可能である。また検知線の素線を個々に絶縁することにより、素線断線による抵抗変化が明確に現れ、より正確な断線検知が可能である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は第１の実施の形態を示したものである。

本発明の断線検知機能付きケーブル８は、図１（ａ）に示すように中央の断線検知線４ａの周囲に６本の線心４を撚り合わせ、その外周をシース６で覆った構造である。

線心４は、複数本の裸素線を撚り合わせた導体１の外周に合成樹脂からなる絶縁体２を押し出し被覆して形成される。

断線検知線４ａは、図１（ｂ）に示すように、導体線７に絶縁体９を被覆した複数本のエナメル線などからなる素線１１を撚り合わせて形成されると共に、複数本の素線１１の屈曲寿命が異なるように、例えば径の相違する少なくとも２種類以上の導体線７ａ，７ｂで形成される。

図１（ｂ）の形態において、断線検知線４ａは、異なる線径の２種の導体線７ａ、７ｂに絶縁体９を被覆したエナメル線などからなる素線１１ａ、１１ｂを撚り合わせて構成され、本例にあっては、素線１１ａ内の導体線７ａの線径を、素線１１ｂ内の導体線７ｂの線径より細くし、素線１１ａの屈曲寿命を、素線１１ｂの屈曲寿命より長く形成した例を示した。

この素線１１ａ、１１ｂの導体線７ａ、７ｂの線径の設定は、線心４の裸素線の線径よりやや大きな径とし、ケーブル８を屈曲したときに、その線心４の裸素線の屈曲寿命回数に対して、少ない屈曲回数で素線１１ａ、１１ｂの全てが切断するように設定され、また図には示していないが、各素線１１ａ、１１ｂの抵抗値を測定できるようにされ、屈曲により素線１１ａ、１１ｂが断線したとき、その各素線１１ａ、１１ｂの抵抗値変化が分かるようになっている。すなわち、各素線１１ａ、１１ｂは、エナメル線などからなり、導体線７ａ、７ｂが絶縁体９によって互いに絶縁されているため、素線１１ａ、１１ｂが１本１本切断しても、導体線７ａ、７ｂは相互に絶縁されているため、それぞれの抵抗値を測定することができる。

このように本発明においては、断線検知線４ａ内の導体線７を絶縁体９により個々に絶縁することにより、素線１１ａ、１１ｂの断線による抵抗変化が明確に現れ、より正確な断線検知が可能となる。このような断線検知線４ａにおいて、素線１１ａ、１１ｂ内の導体７ａ、７ｂの径が異なる素線１１ａ、１１ｂを組み合わせることにより、屈曲寿命を異ならせて、段階的に断線させることが可能である。

例えば、断線検知線４ａではない裸素線を撚り合わせた導体１を絶縁体２で被覆した線心４の屈曲寿命を１００万回とした場合、断線検知線４ａには、屈曲寿命が９０万回の素線１１ａと、７０万回の素線１１ｂをそれぞれ断面積が等しくなるように組み合わせる。この場合７０万回で断線検知線４ａの抵抗は約１００％上昇し、その後９０万回で断線検知線４ａは断線する。従来技術の断線検知線では９０万回で断線することになる。

また素線１１内の導体線７の直径が同一であっても、素線１１内の導体線７の材質が異なる場合は屈曲寿命が異なる。そのため図３に示すように、導体線７の材質が異なる素線１１ｃ、１１ｄを組み合わせることによっても同様の効果が得られる。

このように段階的にケーブルの寿命を予測できるようにすることにより、使用状況に応じてケーブル交換の対処などをすることが可能となる。また、断線検知を定期的に行う場合には、抵抗値が１００％上昇したら、検知周期を短くするなどの対応を取ることが可能となる。

本発明の効果を従来技術と比較して図２に示す。

横軸は屈曲回数（万回）、縦軸は抵抗増加率（％）である。従来技術の断線検知線では図２の曲線ｘに示すように電気ケーブルの寿命を検知できるのは一度だけであるが、本発明の断線検知線４ａでは曲線ａに示すように段階的にケーブルの寿命を予測することが可能である。

実施例１
図１に示した素線１１ａ、１１ｂにエナメル線を用い、断線検知線４ａの素線構成は、導体線径０．０８５ｍｍである軟銅製のエナメル線（素線１１ａ）が１０本と、導体線径０．０９ｍｍである軟銅製のエナメル線（素線１１ｂ）が９本となっている。また線心４は導体線径０．０８ｍｍの軟銅線の裸素線を、断線検知線４ａ内の導体の断面積と同等になるように撚り合わせ、絶縁体２で被覆したものである。

ケーブルを曲率２０ｍｍで左右屈曲試験に供した場合、導体線径０．０９ｍｍのエナメル線（素線１１ｂ）は３２万回で切れ始め３５万回で全て断線した。導体線径０．０８５ｍｍのエナメル線（素線１１ａ）は３９万回から切れ始め４２万回で全て断線した。導体線径０．０８ｍｍの軟銅線の裸素線を撚り合わせ、絶縁体２で被覆してなる線心４は４５万回から切れ始め、４８万回で完全に断線した。

これら断線検知線４ａの抵抗増加率は、図４の曲線ｂに示すグラフとなった。

このグラフからわかるように、断線検知線４ａの抵抗は３５万回屈曲後に初期値に対して９５％増加している。

このように第１の実施例では断線検知線４ａ以外の線心４が断線する前に２段階で寿命を予測することが可能になり、使用状況に応じてケーブル交換の対処などをすることが可能となる。また、断線検知を定期的に行う場合には、抵抗値が９５％上昇した段階で、検知周期を短くするなどの対応を取ることが可能となる。

実施例２
図３に示した素線１１ｃ、１１ｄにエナメル線を用い、断線検知線４ａの素線構成は、導体線径０．０８５ｍｍで軟銅のエナメル線（素線１１ｃ）が９本と、導体線径０．０８５ｍｍの銅合金(すず０．３％含有)のエナメル線（素線１１ｄ）が１０本となっている。また線心４は導体線径０．０８ｍｍの銅合金線（すず０．３％含有）の裸素線を、断線検知線４ａ内の導体の断面積と同等になるように撚り合わせ、絶縁体２で被覆したものである。なお、銅合金の導電率は軟銅の７０％である。

ケーブルを曲率２０ｍｍで左右屈曲試験に供した場合、導体線径０．０８５ｍｍの軟銅エナメル線（素線１１ｃ）は３９万回から切れ始め４２万回で全て断線した。導体線径０．０８５ｍｍの銅合金エナメル線（素線１１ｄ）は４９万回から切れ始め５２万回で全て断線した。導体線径０．０８ｍｍの銅合金の裸素線を撚り合わせ、絶縁体２を被覆してなる線心４は５９万回から切れ始め６２万回で全て断線した。

これら断線検知線４ａの抵抗増加率は、図５の曲線ｃに示すグラフとなった。

このグラフからわかるように、断線検知線４ａの抵抗値は４２万回屈曲後に初期値に対して７８％増加している。

このように第２の実施例でも断線検知線以外の線心４が断線する前に２段階で寿命を予測することが可能になり、使用状況に応じてケーブル交換の対処などをすることが可能となる。また、断線検知を定期的に行う場合には、抵抗値が７８％上昇した段階で、検知周期を短くするなどの対応を取ることが可能となる。

本ケーブルはロボットや自動車などの可動部に配線されるケーブルとして使用する。可動部に使用されることによりケーブルには屈曲が加わることになる。

検知線には導体抵抗を測定するシステムを取り付け、抵抗値の上昇に応じて使用者に対しケーブルの残り寿命を段階的に報知することが可能である。その結果、電源線や信号線の断線による装置の急停止や誤作動を未然に防止できる。

本発明の断線検知機能付きケーブルの一実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る断線検知線と従来型の断線検知線の屈曲回数と抵抗増加率の関係を示す図である。 本発明の断線検知機能付きケーブルの他の実施の形態を示す断面図である。 本発明において、第１の実施例の断線検知線の屈曲回数と抵抗増加率の関係を示す図である。 本発明において、第２の実施例の断線検知線の屈曲回数と抵抗増加率の関係を示す図である。

符号の説明

１ 導体線
２ 絶縁体
４ 線心
４ａ 断線検知線
７ａ、７ｂ 導体線
９ 絶縁体
１１ａ、１１ｂ 素線

Claims (5)

1. 導体を絶縁体で被覆した線心と、断線検知線とを有する断線検知機能付きケーブルにおいて、前記断線検知線は、導体線に絶縁体を被覆した複数本の素線からなり、前記複数本の素線は屈曲寿命の異なる２種類以上の素線からなることを特徴とする断線検知機能付きケーブル。
2. 前記線心は、裸素線を複数本撚り合わせた導体の外周に絶縁体を被覆して形成され、前記断線検知線は、導体線に絶縁体を被覆した素線を複数本撚り合わせたものからなり、断線検知線の素線は、線心の裸素線より屈曲寿命が短く形成される請求項１に記載の断線検知機能付きケーブル。
3. 前記断線検知線は、導体線の径が異なる２種類以上のエナメル線からなる請求項１又は２に記載の断線検知機能付きケーブル。
4. 前記断線検知線は、導体線の材質が異なる２種類以上のエナメル線からなる請求項１又は２に記載の断線検知機能付きケーブル。
5. 前記断線検知線を断線検知機能付きケーブルの中心に配置し、電源線や信号線となる線心を、前記断線検知線の周囲に撚り合わせてなる請求項１〜４いずれかに記載の断線検知機能付きケーブル。
   

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