JP2009193760A - 複合ケーブルおよびそれを備えたモータ制御装置並びにロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 電力線ケーブルとセンサ信号線ケーブルを個別に設置することなく、大電流を流すための電力線ケーブルと信号伝送用のケーブルを組合せることで、ケーブルの配線領域を削減してシステムの小形化を実現することが可能な複合ケーブルおよびそれを備えたモータ制御装置並びにロボットを提供する。
【解決手段】 複数の制御機器と電動機間の配線を接続するケーブルにおいて、電力線ケーブルを構成する複数の導体（３１）と、前記電力線の周囲を被覆する絶縁体（３２）と、前記絶縁体（３２）の周囲をスパイラル状に覆うように巻回すると共に、センサ信号線およびセンサ用電源線を配線パターン化してなるフレキシブルプリント基板（３３）と、前記フレキシブルプリント基板（３３）の外側を被覆するための絶縁外被（３４）と、を備えた複合ケーブルを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＦＡ機器、ロボット等の複数のモータを制御するシステム、例えばモータ制御装置等で利用される電力供給および信号伝送用ケーブルを一体化した複合ケーブルおよびそれを備えたモータ制御装置並びにロボットに関する。

従来、ＦＡ機器、ロボット等の複数のモータを制御するシステムでは、システムの小形化にともないケーブルの省配線化や細線化等が求められている。一般的に、フレキシブルプリント基板の屈曲性を生かして小形ケーブルへ適用することが考えられるが、このようなフレキシブルプリント基板は、例えば図５に示すようになっている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、第１従来技術を示すフレキシブルプリント基板の斜視図である。
図５において、フレキシブルプリント基板１００は、２つのコネクタ端子部１００ａ、１００ｂを接続するフレキシブルプリント基板接続部１００ｃの配線パターン１００ｄを、回転軸１０１と曲げ方向Ａに対して斜めに配線する構成になっている。フレキシブルプリント基板接続部１００ｃを、Ｕ字状またはロール状に屈曲させたとき、配線パターン１００ｄは回転軸１０１と曲げ方向Ａに対して斜めになり、ねじれた軌道をとるので、屈曲率を小さくすることができ、クラックを防止できる。

また、第２従来技術として、ケーブル部を有したフレキシブルプリント基板がある（例えば、特許文献２参照）。
図６は、第２従来技術を示すケーブル部を有したフレキシブルプリント基板の構成を示す説明図であって、（ａ）は実装前の平面図、（ｂ）は実装状態の側面図である。
図６において、フレキシブルプリント基板１１０は、部品実装部１１１、１１２と、この部品実装部１１１、１１２に連なるケーブル部１１３とから構成されており、前記ケーブル部１１３における部品実装部寄りの部分に、剛性抑制部（Ｘ１）を設けることで、ケーブル部の応力が剛性抑制部に集約できてケーブル部全体に及ぶことがなくなる。この結果、ケーブル部が予定部の屈曲をすること、およびそれに起因して生じ得る不具合を防止することができる。

さらに、第３従来技術として、電力線ケーブルとセンサ信号線ケーブルを個別に設置したシステムは例えば、図７、図８のようになっている。
図７は、第３従来技術による電力線ケーブルとセンサ信号線ケーブルを個別に設置したシステムに関連し、（ａ）はその電力線ケーブルの断面図、（ｂ）はそのセンサ信号線ケーブルの断面図、図８は、図７の各ケーブルを個別に設置したシステムの構成を示す説明図である。
図７（ａ）に示すように、電力線ケーブル１０は複数の導体３１と絶縁外被３４から構成されており、各導体３１は流す電流値などによりその外径が決定されている。これは図７（ｂ）に示されるように、複数の導体３１´と絶縁外被３４´から構成されるセンサ信号線ケーブル１１においても同様である。また、図８に示すように、制御機器１と電動機２０との間には電力線ケーブル１０が接続されており、このケーブル１０を介して制御機器から電動機へ電力を供給している。さらに、制御機器１と電動機２０に設置されたセンサ（エンコーダ）２１との間には信号線ケーブル１１が接続されており、このケーブル１１を介して制御機器１からセンサ２１へセンサ電源を供給し、逆にセンサ信号を制御機器へ伝送している。
特開２００２−１７１０３３（明細書第６頁、第１図） 特開２００３−１０１１６５（明細書第４頁、第１図）

ところが、従来技術には以下の問題があった。
（１）第１従来技術によるフレキシブル基板では、配線パターンに流せる電流がパターン厚みやパターン幅で決まっており、大電流を流す必要のある電力線用には利用することができない。
（２）第２従来技術によるケーブル部を有するフレキシブル基板については、本ケーブルとはリジッドフレキシブル基板のことであり、一般的なメタルケーブル(電線)のことではない。このため、前記同様に大電流を流す必要のある電力線用には利用することができない。
（３）第３従来技術に示されるように、電力線ケーブルとセンサ信号線ケーブルを個別に設置すると、システムとしてのケーブル配線領域を確保しなければならず、複数の電動機を利用したシステムでは、さらにケーブル配線領域が増大する。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電力線ケーブルとセンサ信号線ケーブルを個別に設置することなく、大電流を流すための電力線ケーブルと信号伝送用のケーブルを組合せることで、ケーブルの配線領域を削減してシステムの小形化を実現することが可能な複合ケーブルおよびそれを備えたモータ制御装置並びにロボットを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１の複合ケーブルに係る発明は、複数の制御機器と電動機間の配線を接続するケーブルにおいて、電力線ケーブルを構成する複数の導体と、前記電力線の周囲を被覆する絶縁体と、前記絶縁体の周囲をスパイラル状に覆うように巻回すると共に、センサ信号線およびセンサ用電源線を配線パターン化してなるフレキシブルプリント基板と、前記フレキシブルプリント基板の外側を被覆するための絶縁外被と、を備えたことを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の複合ケーブルにおいて、前記フレキシブルプリント基板にＧＮＤベタを含む多層構造にしたことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１に記載の複合ケーブルにおいて、前記フレキシブルプリント基板と前記絶縁体との間に金属網を備えたことを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１に記載の複合ケーブルにおいて、前記フレキシブルプリント基板と前記絶縁外被との間に金属網を備えたことを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１〜４までの何れか1項に記載の複合ケーブルにおいて、前記フレキシブルプリント基板の信号配線パターンを特性インピーダンス整合していることを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項１〜５までの何れか1項に記載の複合ケーブルを用いて、複数の制御機器と電動機間を接続したモータ制御装置を特徴としている。
請求項７の発明は、請求項６に記載のモータ制御装置を備えたロボットを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、フレキシブルプリント基板のみでは大電流を流すことはできないが、電力供給用のメタルケーブルが併設されているため、電動機などの電力供給に利用できる。また、フレキシブルプリント基板をスパイラル状にした中心部の空き領域にメタルケーブルを配置しているため、システムの配線領域の有効利用となると共に、配線領域の削減につながり、小形化することができる。さらに、フレキシブルプリント基板は、柔軟性を有しているため、メタルケーブルと組み合わせても十分な耐屈曲性を確保することができる。
また、信号線用としてフレキシブルプリント基板を利用することは、メタルケーブルを設置するのと比較して、軽量な複合ケーブルとすることができる。
本複合ケーブルを、電動機を駆動するシステムに適用した場合を考えると、電動機と制御機器との接続、あるいは電動機の交換時に、電力用ケーブルとセンサ信号用ケーブルが一体となっていることにより、交換作業が速やかに行なえるため保守性が向上する。
請求項２に記載の発明によると、フレキシブルプリント基板を、ＧＮＤベタを含む多層基板とすることで、配線パターンにセンサ信号線などを配線している場合、外来ノイズからの影響を低減でき安定した信頼性の高い信号伝送が可能となる。
請求項３に記載の発明によると、フレキシブルプリント基板の内側に配置された金属網により配線パターンにセンサ信号線などを配線している場合、メタルケーブルに配線された電動機用電力線からのノイズの影響を低減でき安定した信頼性の高い信号伝送が可能となる。
請求項４に記載の発明によると、フレキシブルプリント基板の外側に配置された金属網により配線パターンにセンサ信号線などを配線している場合、外来ノイズの影響を低減でき安定した信頼性の高い信号伝送が可能となる。
請求項５に記載の発明によると、フレキシブルプリント基板上の配線パターンについて特性インピーダンス整合することで、高速信号線に対応することが可能となり、安定した信頼性の高い信号伝送ができる。
請求項６に記載の発明によると、請求項１〜５記載の複合ケーブルの効果を有するモータ制御装置を得ることができる。
請求項７に記載の発明によると、請求項６記載のモータ制御装置の効果を有するロボットを得ることができる。

以上説明のように、本発明の複合ケーブルによれば、現行ケーブルと同等の信号特性を確保しつつ、耐屈曲性に優れた、外来ノイズからの影響を低減でき安定した信頼性の高い信号伝送が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す複合ケーブルであって、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、本発明の複合ケーブルは、電力線ケーブルとして利用される複数の導体３１を中心部に配置し、その周囲に絶縁体３２にて覆う構成となっており、一方、センサ信号線およびセンサ用電源線をフレキシブルプリント基板３３による配線パターンとして構成するようになっている。このセンサ信号線およびセンサ用電源線を配線パターン化してなるフレキシブルプリント基板３３を絶縁体３２にて覆われた電力線ケーブルの周囲にスパイラル状に巻き、その外周に絶縁外被３４にて覆ったものとなっている。
図１からわかるように、本発明は従来技術に対して、電力線ケーブルの外周にフレキシブルプリント基板を配置した点で基本的に異なっているため、従来のようにセンサ信号線ケーブルを別途準備する必要がなくなりケーブル配線領域の削減につながっている。
また、フレキシブルプリント基板は、片面基板、両面基板、多層基板などの構成が考えられるが、両面基板や多層基板にてＧＮＤベタ層を設置することで、外来からのノイズの影響を低減することができると共に、配線パターンの特性インピーダンス整合も可能となる。

図４は、本発明の複合ケーブルを利用したシステムの構成図である。
制御機器１と電動機２０およびセンサ２１間は、１本の複合ケーブル３０にて接続されており、図８に示す従来のシステム構成図と比較してケーブルの配線領域の削減につながっていることがわかる。

図２は、本発明の第２実施例を示す複合ケーブルの正断面図である。
第２実施例の複合ケーブルが第１実施例と異なる点は、絶縁体３２とフレキシブルプリント基板３３の間に金属網３５を配置した構成となっている点である。この金属網３５により、導体にて電力が供給される電力線からの放射ノイズをシールドする効果があり、フレキシブルプリント基板３３上のセンサ信号などの信頼性を向上させることができる。

図３は、本発明の第３実施例を示す複合ケーブルの正断面図である。
第３実施例の複合ケーブルが第２実施例と異なる点は、絶縁外被３４とフレキシブルプリント基板３３の間に金属網３６を配置した構成となっている点である。この金属網により、外来からのノイズをシールドする効果があり、フレキシブルプリント基板上のセンサ信号などの信頼性を向上させることができる。

本発明の複合ケーブルにより、複数の制御機器と電動機間のケーブルの配線領域を削減することで、該複合ケーブルを用いたモータ制御装置等のシステム全体の小形化を実現することができるため、例えば、該複合ケーブル付きのモータ制御装置を備えた超小形のロボットシステムを実現することができる。

本発明の第１実施例を示す複合ケーブルであって、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 本発明の第２実施例を示す複合ケーブルの正断面図である。 本発明の第３実施例を示す複合ケーブルの正断面図である。 本発明の複合ケーブルを利用したシステムの構成図である。 第１従来技術を示すフレキシブルプリント基板の斜視図である。 第２従来技術を示すケーブル部を有したフレキシブルプリント基板の構成を示す説明図であって、（ａ）は実装前の平面図、（ｂ）は実装状態の側面図である。 第３従来技術による電力線ケーブルとセンサ信号線ケーブルを個別に設置したシステムに関連し、（ａ）はその電力線ケーブルの断面図、（ｂ）はそのセンサ信号線ケーブルの断面図である。 図７の各ケーブルを個別に設置したシステムの構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 制御機器
１０ 電力線ケーブル
１１ センサ信号線ケーブル
２０ 電動機
２１ センサ
３０ 複合ケーブル
３１ 導体
３２ 絶縁体
３３ フレキシブルプリント基板
３４ 絶縁外被
３５ 金属網
３６ 金属網

Claims (7)

1. 複数の制御機器と電動機間の配線を接続するケーブルにおいて、
   電力線ケーブルを構成する複数の導体（３１）と、
   前記電力線の周囲を被覆する絶縁体（３２）と、
   前記絶縁体（３２）の周囲をスパイラル状に覆うように巻回すると共に、センサ信号線およびセンサ用電源線を配線パターン化してなるフレキシブルプリント基板（３３）と、
   前記フレキシブルプリント基板（３３）の外側を被覆するための絶縁外被（３４）と、
   を備えたことを特徴とする複合ケーブル。
2. 前記フレキシブルプリント基板（３３）にＧＮＤベタを含む多層構造にしたことを特徴とする請求項１に記載の複合ケーブル。
3. 前記フレキシブルプリント基板（３３）と前記絶縁体（３２）との間に金属網（３５）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の複合ケーブル。
4. 前記フレキシブルプリント基板（３３）と前記絶縁外被（３４）との間に金属網（３６）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の複合ケーブル。
5. 前記フレキシブルプリント基板（３３）の信号配線パターンを特性インピーダンス整合していることを特徴とする請求項１〜４までの何れか1項に記載の複合ケーブル。
6. 請求項１〜５までの何れか1項に記載の複合ケーブルを用いて、複数の制御機器と電動機間を接続したことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項６に記載のモータ制御装置を備えたことを特徴とするロボット。

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