JP2009259659A - 金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】複数本のケーブルを一定の軌道上を移動する動作をさせるときに、ケーブルベア（登録商標）を必要とせず、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しても、ケーブルがケーブル自身の強度で水平に維持できる金属製フレキシブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルを提供する。
【解決手段】複数本のケーブル間を接続して平型構造ケーブルにし、この平型構造ケーブルの構成の一部として金属製フレキシブルチューブを、少なく共２本以上、ケーブルの長さ方向に配置することによって、ケーブル自身がケーブルベアの機能を有するため、ケーブルベアを用いなくても良くなる。
【選択図】図１

Description

従来は工作機械の移動部分や走行型ロボット等の配線に使用される一定の軌道上を移動する動作をさせるときに大掛かりな装置のケーブルベアを使用してきたが、本発明はその金属製フレキシブルチューブをケーブルの長手方向に縦添えに配置することにより、ケーブルベアを必要としない金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルに関する。

図４（Ａ）に示すように、ケーブル３´を一定の軌道上を移動する動作をさせるときに、ケーブルベア２´が利用される。このケーブルベア２´は図４（Ｂ）に示すように、固定側の基準点から振り分けに可動し、可動範囲を「ストローク」としている。ケーブル３´は図４（Ａ）に示すようにケーブル同士の干渉を避けるため、ケーブルベア２´内にケーブルを水平に並べた時、十分な間隔が確保できるように配線されるか、または図４（Ｃ）に示すようにケーブルベア内に仕切り板４´を設けて配線される。

このケーブルベアを利用することによって下記の点が問題になる。
(１) ケーブルベア内でケーブルがクロスするような布設をすると、曲げＲ部で相互に押しつぶされ、動作時の遊びがなくなり断線に至るので、ケーブルベア内断面積に対するケーブル断面積の占有率を４０％以下にしなければならず、構成全体が大型化する。
(２) ケーブルベアに対してケーブルを弛ませて配線した場合や、ケーブルに張力を加えたまま配線すると、ケーブルベアの内壁とケーブルとの間の摩擦でケーブルのシースが削られ発塵する。最近ではクリーンルーム内で使用されるケースが多くあり、粉塵が問題になる。
(３) ケーブルのよじりを取り除いてから配線しないと、ケーブルが一定の軌道上を移動する動作中に、ケーブルに蛇行・座屈が発生するため、配線する前にケーブルを水平に放置するまたは吊り下げる等の処置をしてよじりを取り除く処置が必要になる。
(４) ケーブルの重量でケーブルベアを水平に維持できない場合には、図４（Ｄ）に示すようにサポートローラー５´が必要になり装置が複雑になる。
(５) ケーブルベアが可動する時に騒音が発生する。
(６) ケーブルベアの余分なコストが発生する。
上記課題を解決するために、図５に示すようなケーブルを並列配置するとともに、一体的かつ平型に固着したケーブルが知られているが、このケーブルはケーブル自身の重量でケーブルを水平に維持できない、または初期には水平に維持できたとしても、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しているうちに、ケーブルが疲労するために水平を維持する強度を失い、一定の軌道上を移動する動作ができなくなるという問題が生じる。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、ケーブルベアを必要とせず、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しても、ケーブルがケーブル自身の弾性強度で水平に維持できる金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルの提供を目的とする。

本発明は、上述した技術的な問題を解決するために、平型構造ケーブルの構成の一部として、少なく共２本以上、ケーブルの長さ方向に金属製のフレキシブルチューブ３を配置した構造のケーブルである。ここで使用されるフレキシブルチューブは、通常、電線ケーブルの固定部と可動部とを接続する保護管または誘導管として使用されている、または光ファイバーケーブルの保護管として使用されている可撓性を有する金属製のフレキシブルチューブが使用される。本発明の金属製フレキシブルチューブ３は、板材をコの字状態で噛み合わせた構造により螺旋管形状が維持されているので、板材の噛み合い部分に遊び(余地部分)があり、この遊び部分によりフレキシブル性が発現できる。この板材の噛み合い構造によって、伸縮性・柔軟性・屈曲性が異なる。ここで、本発明の金属製フレキブルチューブ３は、図１（Ｄ）に示す一重山タイプと呼ばれるフレキシブルチューブ３Ａで、８〜１０％程度、図２（Ａ）に示すセミインターロックタイプ３Ｂで、５％前後、図２（Ｂ）に示すインターロックタイプ３Ｃでは３％前後伸びる。本発明の金属製フレキブルチューブ３は、この３種類をいうが、これらのフレキシブルチューブの中で一重山タイプ３Ａが図１（Ｄ）に示すようにアコーデオン効果を発現できる構造になっているため、伸縮性・柔軟性・屈曲性が最も優れ、最も好ましい結果を示したが、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すようにセミインターロックタイプ３Ｂやインターロックタイプ３Ｃも本発明に使用可能である。従って、動作時の平型構造ケーブルにかかる張力、曲げ半径、平型構造ケーブルの重量に留意し、フレキシブルチューブの外径、板材質・厚さ、最小湾曲半径を適宜選定し、前記フレキシブルチューブをケーブルの構成材の一部として、ケーブルの長手方向に縦添えすることによって、水平な一定の軌道上を移動する平型構造ケーブルが可能となる。また、可動時の曲げに伴う応力を均一に分散できることによって、応力の集中点の発生を防げることにより屈曲寿命を最大限に生かすことができる。

本発明によると、金属製のフレキシブルチューブを縦添えに配置した複数本からなる平型構造ケーブルは、ケーブル自体がケーブルベアの機能を有するためケーブルベアを必要とせず、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しても水平を維持することができる。しかも移動端を移動させることによって追従して変化するケーブルの屈曲部分に生じる曲げ応力を均一に分散できることによって、応力の集中点の発生を防ぐことができ、屈曲耐久性も向上させることができる。従って、本発明の平型構造ケーブルを使用することによって装置全体の構成が小型・簡略化される他、粉塵・騒音・断線の危険性を軽減することができる。なお、実施例１〜実施例４で金属製フレキシブルチューブを配置する位置を述べたが、この位置に限るものではないことはいうまでもない。

以下、図１に基づき本発明を具体的に説明する。

図１は本発明の金属製フレキブルチューブ３として、最も効果のあった一重山フレキシブルチューブ３Ａを用いた場合の金属製フレキシブル入りケーブルベアレス平型構造ケーブル１Ａの断面図である。平型構造ケーブルは複数本の丸ケーブルを押出し成形ダイに送り込みながら、それらのケーブルのまわりにポリ塩化ビニル（以下、塩ビという）等のシース７Ｂを押出し成形しても良いし、丸型ケーブルを一平面に配置した状態で丸型ケーブル間を接着剤８で接続して平型構造ケーブルにしても良い。図１（Ａ）は６本の電源線を集合してシースを施した表１の構成の丸ケーブル（電源用）２Ａの２本と信号伝送用の対撚り電線４本を集合してシースを施した表１の構成の丸ケーブル（信号用）２Ｂの２本と図１（Ａ）の塩ビ等の合成樹脂で被覆された一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａの２本からからなり、前記一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａを両端に配置すると共に、一体的かつ平状に押出成形によりシース７Ｂを施した４心平型構造ケーブルである。ここで、丸ケーブル（電源用）２Ａと２Ｂ（信号用）の構成表を以下の表１に示す。

図１（Ｂ）は図１（Ａ）平型構造ケーブルに使用した丸型ケーブル（Ａ）と（Ｂ）および一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａの各々２本の合計６本の相互間を接続するために、接着剤８を用いて並列に配置したケーブルである。図４（Ｂ）に示すように、平型構造ケーブルの片端を固定し、他端を移動させながらケーブルを一定軌道上動かそうとした場合、ケーブルの屈曲部分は他端の移動に追従して変化する。この時のケーブルの曲げ半径をＲとし、図１（Ｄ）に示すフレキシブルチューブ３Ａの半径をｒとした場合、フレキシブルチューブ３Ａの伸びは（ｒ／Ｒ）×１００（％）となる。従って、動作状態のケーブルの曲げ半径Ｒとフレキシブルチューブ３Ａの半径ｒから、フレキシブルチューブ３Ａの伸びを算出し、その伸びで繰り返し伸縮が可能なフレキシブルチューブ３Ａを選定すれば良い。例えば、ケーブルの曲げ半径５０ｍｍ、フレキシブルチューブ３Ａの半径を２．５ｍｍとすれば５％以上で伸縮するフレキシブルチューブ３Ａを選定すれば良い。このようにして選定したフレキシブルチューブ３Ａを用いて、一定の軌道上を移動する動作をする平型構造ケーブルにかかる張力、曲げ半径、平型構造ケーブルの重量に留意し、その平型構造ケーブルに合ったフレキシブルチューブ３Ａの外径、板材の材質・厚さ、最小湾曲半径を適宜選定することによって水平な一定の一定の軌道上を移動する平型構造ケーブルが可能となる。この平型構造ケーブルはケーブル自身がケーブルベアの機能を有するため、ケーブルベアを用いなくとも良くなる。また、フレキシブルチューブ３Ａの最小湾曲半径を適宜選定することによって、ケーブルの動作時の曲げ半径を任意に調整することが可能になる。

図１（Ａ）は 本発明の第１実施例である４心平型構造ケーブルの断面図である。この平型構造ケーブルは丸ケーブル（２Ａ）２本と丸ケーブル（２Ｂ）の２本と塩ビ４が被覆された図１（Ａ）の一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａの２本からなり、前記一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａを両端に並列配置するとともに、押出し成形により一体的かつ平状にした幅３１．６ｍｍ、厚さ６．１ｍｍの４心平型構造ケーブルである。このケーブルの構成を表２に示す。

この平型構造ケーブルに用いた金属製フレキシブルチューブ３Ａは図１（Ｄ）に示す外径４．７ｍｍφ、板材質ステンレス、厚さ０．２ｍｍ、最小湾曲半径５０ｍｍφ、伸縮可能な伸びが９％の一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａに塩ビ４を被覆して外径５．１ｍｍφにしたものを用いた。平型構造ケーブルを構成する丸ケーブル（２Ａ）は表１に示すように撚り導体（６０本／０．０８ｍｍφ）の外周にポリエステル絶縁体を被覆し、この絶縁心線６本を撚り合わせ、その外周上に和紙テープ、シースを順次施し、外径５．１ｍｍφにした電源用のケーブルである。平型構造ケーブルを構成する丸ケーブル（２Ｂ）は表１に示すような撚り導体（４０本／０．０８ｍｍφ）の外周にポリエステル絶縁体を被覆し、この絶縁心線２本を対撚りし、さらに４対を撚り合わせ、その外周上に和紙テープ、シースを順次施し、外径５．１ｍｍφにした８心の信号伝送用のケーブルである。この平型構造ケーブルをケーブルベア使用時と同様な一定の軌道上を移動する動作をさせるため、図３（Ａ）に示すＵ字折り返し試験を行った。試験方法は、完成品から約２ｍの試料を取り、これを図３（Ａ）のＵ字折り返し試験装置に、ケーブルのＵ字形の曲げ半径がフレキシブルチューブの最小湾曲半径と同じにすることにより、ケーブルの上下がほぼ平行になるように取り付け、折り返し速度を６０回／分の速さ、移動距離１ｍで動作させたとき、導体断線までの折り返し回数、ケーブルの平行度の維持状態、ケーブルシースの擦り切れの有無の評価を行った。ケーブルの平行度の維持状態の評価は、折り返し移動試験後に固定端の真上に移動端を位置させたときのＵ字形のケーブルの平行部分の上下間の最大高さと最小高さの差の変化量から求めた。(最大高さは移動端の高さであり、最小高さはケーブルが撓んだ状態の最下部の高さ)。評価結果を表４に示す。

この表４から５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。

図１（Ｂ）は本発明の第２の実施例である４心平型構造ケーブルの断面図である。本実施例の平型構造ケーブルは丸ケーブル（２Ａ）の２本と丸ケーブル（２Ｂ）の２本と実施例１で用いた塩ビ４が被覆された図１（Ｄ）の一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａの２本からなり、前記一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａを両端に並列配置するとともに、各丸ケーブルとフレキシブルチューブ相互間を接続するために接着剤８を用いて一体的かつ平状にした幅３０．６ｍｍ、厚さ５．１ｍｍの４心平型構造のケーブルである。このケーブルの構成を表２に示す。この平型構造ケーブルについて実施例１と同様にＵ字折り返し試験を行った。評価結果を表４に示す。この表４から５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。

図１（Ｃ）は本発明の第３実施例である６心平型構造ケーブルの断面図である。本実施例は実施例１における丸ケーブル（２Ｂ）を２本から４本に増やし、実施例１で用いた一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａが塩ビ４で被覆されていないこと以外は実施例１と同じ６心平型構造ケーブルである。このケーブルの構成を表２に示す。この平型構造ケーブルについて実施例１と同様にＵ字折り返し試験を行った。評価結果を表４に示す。この表４から５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。

図１（Ｄ）は本発明の第４実施例である４心平型構造ケーブルの断面図である。本実施例の平型構造ケーブルは丸ケーブル（２Ａ）の内部の中心に塩ビ４の被覆のない金属製フレキシブルチューブ３Ａをケーブルの長手方向に縦添えし、丸ケーブル（２Ａ）を両端に並列配置するとともに、各丸ケーブル相互間を接続するために接着剤８を用いて一体的かつ平状にした幅２０．４ｍｍ、厚さ５．１ｍｍの４心平型構造ケーブルである。このケーブルの構成を表２に示す。この丸ケーブル（２Ａ）の内部に用いた金属製フレキシブルチューブ３は外径１．１５ｍｍφ、板材質ステンレス、厚さ０．１２ｍｍ、最小湾曲半径４５ｍｍ、伸縮可能な伸びが８％の一重山タイプフレキシブルチューブ３Ａを用いた。この平型構造ケーブルについて実施例１と同様にＵ字折り返し試験を行った。評価結果を表４に示す。この表４から５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。

比較例

本発明の効果を従来技術と対比するために、従来技術により比較例１〜４のケーブルを作成し、実施例と同様な評価を行った。

比較例１〜３は、実施例１〜３に各々対応した平型構造ケーブルから金属製フレキシブルチューブ３を取り除いた平型構造ケーブルである。ケーブル構成は表３に示す。

この平型構造ケーブルを各々の実施例と同様な条件でＵ字折り返し試験を行った。評価試験結果を表４に示す。表４からいずれの平型構造ケーブルも、初期の段階からケーブルの重量でケーブル自身を水平に維持できないため、(最大高さー最小高さ)の差が４０ｍｍ〜５０ｍｍになる。また、折り返し回数が１００万回の時点では、ケーブルが疲労するため、平行を維持する強度を全く失い、図３（Ｂ）に示すようにＵ字形のケーブルの上部分が下部分に接触する状態になる。また、導体断線までの折り返し回数は１００〜１３０万回であり、実施例に比べて低い屈曲寿命になる。これはケーブルが可動時の曲げに伴う応力を均一に分散できないために、応力の集中点を発生させ屈曲耐久性を短くしていると考えられる。比較例４は丸ケーブル（２Ａ）２本と丸ケーブル（２Ｂ）２本の４本を各々分離した状態のまま、実施例１と同様に丸ケーブル（２Ａ）２本を両端に配置してケーブルベア内に４本並列布設してＵ字折り返し試験を行った。ケーブルベアは曲げ部の直径１００ｍｍφ、内側高さ１６ｍｍ、内側幅５０ｍｍの寸法（占有率約１０％）のものを用いて移動速度、移動距離は実施例と同じ条件で評価を行った。評価結果を表４に示す。表４から本比較例は導体断線までの繰り返し回数は実施例と同レベルであるが、ケーブルベアがケーブルベアの重量で自身を水平に維持できないため、初期のケーブルの平行度については(最大高さー最小高さ)の差が１５ｍｍになり実施例より劣る。また、ケーブルベアの内壁とケーブルとの間の摩擦でケーブルのシースに擦り切れが発生している。

なお、本発明は、代表的なケーブル構造を例示しており、金属製フレキシブルチューブの位置に限定するものではない。また、ケーブルにシールド材を使用したものでも構わず、設計上、本発明の範囲内で、各種の変形を含むものであることはいうまでもない。

本発明の金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルは、ロボットや工作機械以外に対して、幅広い応用展開が可能となる。

（Ａ）は、本発明の押出し成形による金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルの実施例１、１Ａの断面図、（Ｂ）は、本発明の接着による金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルの実施例２、１Ｂの説明図で、（Ｃ）は、本発明の押出し成形による金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルの実施例３、１Ｃの説明図、（Ｄ）は、本発明の接着による金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブルの実施例４、１Ｄの説明図である。 本発明の実施例で、セミインターロックタイプフレキシブルチューブ３Ｂの説明図、（Ｂ）は、本発明の実施例で、インターロックタイプフレキシブルチューブ３Ｃの説明図である。 （Ａ）は、Ｕ字折り返し試験装置、（Ｂ）は、従来の平型構造ケーブル１´のＵ字折り返し試験後の状態図である。 （Ａ）は、従来のケーブルベア２´内にケーブル３´が並列配置された状態図、（Ｂ）は、従来のケーブルベア２´可動状態図、（Ｃ）は、従来の仕切り版４´を設けたケーブルベア２´内断面図、（Ｄ）は、従来のケーブルベア２´のサポートローラー５´の説明図である。 従来の平型構造ケーブル１´の断面図である。

符号の説明

１Ａ 本発明の押出し成形による金属製フレキブルチューブ入りケーブル
ベアレス平型構造ケーブルの実施例１
１Ｂ 本発明の接着による金属製フレキブルチューブ入りケーブル
ベアレス平型構造ケーブルの実施例２
１Ｃ 本発明の押出し成形による金属製フレキブルチューブ入りケーブル
ベアレス平型構造ケーブルの実施例３
１Ｄ 本発明の接着による金属製フレキブルチューブ入りケーブル
ベアレス平型構造ケーブルの実施例４
２Ａ 丸ケーブル（電源用）
２Ｂ 丸ケーブル（信号用）
３ 金属製フレキシブルチューブ
３Ａ 一重山（アコーディオンタイプ）フレキシブルチューブ
３Ｂ セミインターロックタイプフレキシブルチューブ
３Ｃ インターロックタイプフレキシブルチューブ
４ ポリ塩化ビニル(塩ビ）
５ 導体
６ 絶縁体
７Ａ シース
７Ｂ シース
８ 接着剤
９ 介在
１´ 従来の平型構造ケーブル
２´ ケーブルベア
３´ ケーブル
４´ 仕切り板
５´ サポートローラー

Claims (3)

1. 金属製フレキシブルチューブをケーブルの構成材の一部として、少なく共２本以上、ケーブルの長手方向に縦添えに配置したことを特徴とする金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブル。
2. 平型構造ケーブルを一定の軌道上を移動する動作をさせたときに、平型構造ケーブルの曲げ部に生じる伸びよりも大きな伸びで繰り返し伸縮が可能な金属製フレキシブルチューブを用いたことを特徴とする請求項１に記載の金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブル。
3. 金属製フレキシブルチューブが一重山タイプのフレキシブルチューブであることを特徴とする請求項１から２の内いずれかに記載の金属製フレキブルチューブ入りケーブルベアレス平型構造ケーブル。

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