JP2012051045A - 産業用ロボットの回転関節用配線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの高速動作に良好に追随しつつ主配線の断線についての事前検出ができ、しかも断線原因の解明に有効に寄与できるようにする。
【解決手段】主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３は、ＦＰＣから構成されている。断線事前検出用配線１４−３は主配線１４−１、１４−２と厚み方向で並ぶように設けられ、主配線１４−１、１４−２よりも僅かに早く断線するように設定されている。さらにこの断線事前検出用配線１４−３は反転部Ｔでの位置が主配線１４−１、１４−２より外側としている。この結果、主配線１４−１、１４−２に発生したマイクロクラックが該断線事前検出用配線１４−３に拡大された形態で現出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットの回転関節によって結合された２部材間での配線に用いられる産業用ロボットの回転関節用配線装置に関する。

産業用ロボットでは回転型関節部分に、電源送信用あるいは信号送受用の回転関節用配線装置を備えており、最近、この回転関節用配線装置として、車のハンドル部分に使用される配線装置である比較的薄型のスパイラルケーブル装置（特許文献１）を転用して回転関節用配線装置の小型化を図ることが行われている。この場合、当該車両用のスパイラルケーブル装置では本来フレキシブルフラットケーブル（以下ＦＦＣという）を用いているため、高速動作性に乏しく、これを柔軟性が高くしかも薄肉なフレキシブルプリント配線板（以下ＦＰＣという）に代えることで、産業用ロボット用の回転関節用配線装置として高速回転追随性を持たせるようにし、もって、高速動作性が得られるロボットを実現できた。

ここで、上述のＦＰＣを用いた産業用ロボットの回転関節用配線装置について本発明者が考えた概略構成を参考例として図１４〜図１６示す。この図１４〜図１６に示す回転関節用配線装置１０１は回転関節部分の一方の部材（一方のアーム）１０２と他方の部材（他方のアーム）１０３とからなる関節に組み込まれている。この回転関節用配線装置１０１は、配線ケース１０４内に帯状の長尺なＦＰＣからなる主配線１０５ａ、１０５ｂを収容してなる。なお、この主配線１０５ａ、１０５ｂのうちの一方は電源供給用配線であり、他方は信号送受用配線であるが、一つの主配線が電源供給用配線及び信号送受用配線を含む構成としても良いし、主配線としては電源供給用配線のみであっても、あるいは信号送受用配線のみであっても良い。

回転関節用配線装置１０１は中空円形状の配線ケース１０４を備えており、この配線ケース１０４は、円筒状の筐体１０６と、これと相対回転が可能なリール１０７とから構成され、内部に環状の案内部１０８を有する。

前記配線ケース１０４内には、前記案内部１０８の周方向に沿って移動可能に収容された摺動補助器１０９が設けられている。この摺動補助器１０９には複数のローラ１１０が回転自在に支持されている。前記配線ケース１０４の筐体１０６は前記他方の部材１０３に連結され、前記リール１０７は前記一方の部材１０２に連結されている。

そして前記主配線１０５ａ、１０５ｂは、帯状の柔軟な絶縁樹脂製の板本体に電源供給用あるいは信号送受用の導電線を形成して構成されている。そしてこの主配線１０５ａ、１０５ｂを、厚み方向で合わせた状態で前記複数のローラ１１０のうちの一つのローラ１１０で巻き方向をほぼ円弧状に反転させた反転部が途中に形成された状態で前記案内部１０８内に収容されている。そして、これら主配線１０５ａ、１０５ｂの一端部１０５ａｉ、１０５ｂｉが前記リール１０７の相対回転中心部を通して一方の部材１０２内部へ導出され、他端部１０５ａｔ、１０５ｂｔが前記筐体１０６に連結された後に前記他方の部材１０３内部へと導出されている。なお、上記反転部は符号Ｔを付している。

上記構成において、図１５の状態から、他方の部材１０３が一方の部材１０２に対して相対回転し、これに伴い、筐体１０６がリール１０７に対して矢印Ｌで示す方向に相対回転すると、主配線１０５ａ、１０５ｂは、摺動補助器１０９の外側部分においては、筐体１０６の内面から離れて摺動補助器１０９に巻き付き、且つ、反転部Ｔで摺動補助器１０９を引っ張るようになって当該摺動補助器１０９を矢印Ｌ方向に回転させるようになる。

一方、他方の部材１０３が一方の部材１０２に対して相対回転し、これに伴い、筐体１０６がリール１０７に対して図１６に矢印Ｍで示す方向に相対回転すると、主配線１０５ａ、１０５ｂは、摺動補助器１０９の内側ではリール１０７が中心部に有する芯部材１０７ａに巻き付けられ、摺動補助器１０９の外側では当該摺動補助器１０９から巻き戻されるように動作する。

ところで、上述のＦＰＣからなる主配線１０５ａ、１０５ｂを用いた回転関節用配線装置１０１では、高速回転追随性には優れているものの、強度がＦＦＣの場合よりも若干劣る。このため、常に高速動作により繰り返し曲げ動作がなされている状況では、上記主配線１０５ａ、１０５ｂにおいてＦＰＣのプリント配線で構成される導電線にマイクロクラックが発生してＦＦＣの場合よりも早期に断線を起こすおそれがある。

この場合、突然に断線が起こってからでは対処に時間がかかったり、急に生産が止まってしまうため、予め断線（マイクロクラック）が起こりそうな状況を予検知できるようにすることが肝要である。そうかといって、断線発生予検知がかなり早期のうちになされてしまうと、ＦＰＣをまだまだ実使用上問題なく使用できる状態であるにもかかわらず、無駄にロボットの稼働が停止されたり、無駄に主配線１０５ａ、１０５ｂの交換あるいは補修・点検をしてしまうといった問題が出る。

そこで、主配線１０５ａ、１０５ｂにおける電力供給線や信号線といった導電線の断線を、当該断線が起きる直前に検出できるようにすることを考えた。
つまり、図１７に示すように、上記主配線１０５ａ、１０５ｂと同じ材質でほぼ同じ大きさのＦＰＣにより断線事前検出用配線１１１を、これら主配線１０５ａ、１０５ｂと重ね合わせた状態に設けることを考えた。この場合、断線事前検出用配線１１１と前記主配線１０５ａ、１０５ｂとはほぼ同じ動作をするから、劣化度合いもほぼ同じとなる。従って、断線事前検出用配線１１１の導電線の幅寸法を主配線１０５ａ、１０５ｂの導電線より僅かに小さくしたり導電線厚みを僅かに薄くするなどの設計をすれば、主配線１０５ａ、１０５ｂの導電線に断線が発生する直前で当該断線事前検出用配線１１１の導電線に断線が発生するから、この方式は断線事前検知に有効である。

このように、ＦＰＣ製の主配線１０５ａ、１０５ｂに加えて同じくＦＰＣ製の断線事前検出用配線１１１を設けて主配線１０５ａ、１０５ｂの断線直前検出ができることで、ロボットが不意に稼働停止となる不具合を防止できるものであるが、さらなるロボットの稼働時間の延長や稼働率の向上を図るためには、断線そのものの発生時期を遅らせる、あるいは発生頻度を減少させる必要があり、そのためには断線そのものの発生原因を調査可能として断線の改善につなげることが要求される。

ここで、断線の原因は、ＦＰＣの導電線に前述したように複数のマイクロクラックが発生し、そのマイクロクラックが大きくなって断線に至ると考えられている。とはいうものの、その断線の原因については未だ未解明の部分が多く、上記マイクロクラックの発生原因も、主配線の材質にあるのか、あるいはロボットの構成にあるのか、不明であることが多く、この点でも断線原因の解明に有効な対策あるいは構成が要望されている。

特開２００６−８２６８６号公報

上述したように、産業用ロボットの回転関節用配線装置においては、電源供給線又は信号線などの主配線をフレキシブルプリント配線板から構成し且つ断線事前検出のために同じくフレキシブルプリント配線板からなる断線事前検出用配線を用いる構成とすれば、産業用ロボットの高速動作を可能にしつつ主配線の断線も事前に検出できることが判ったが、さらに、当該産業用ロボットの稼働時間延長などのために断線原因の解明に有効な対策が要求される。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、主配線及び断線事前検出用配線としてフレキシブルプリント配線板を使用することで、ロボットの高速動作に良好に追随しつつ主配線の断線についての事前検出ができ、しかも、断線原因の解明に有効に寄与できる産業用ロボットの回転関節用配線装置を提供することにある。

本発明は次の点に着目してなされている。本発明者は、断線事前検出用配線１１１を前掲の図１７に加え、図１８、図１９で示すように、主配線１０５ａ、１０５ｂに対して、並べ方を違えて配設してみた。この場合、前記図１７では、断線事前検出用配線１１１をその反転部が主配線１０５ａ、１０５ｂの反転部に対して最内側となるように配置し、図１８では、断線事前検出用配線１１１をその反転部が主配線１０５ａ及び主配線１０５ｂの各反転部の間となるように配置し、図１９では断線事前検出用配線１１１をその反転部が主配線１０５ａ、１０５ｂの反転部に対して最外側となるように配置した。そして、断線事前検出用配線１１１の導電線の両端部を断線検出回路（これは単にテスターなどでも良い）に接続し、産業用ロボットを実際に連続稼働して断線テストを行った。

そして、各配置構成の場合において、勿論ながら断線事前検出用配線１１１が先に断線するが、この断線した時点で、各配線１１１、１０５ａ、１０５ｂの状態を観察してみた。すると、図１８〜図１９のいずれの場合でも、各配線の反転部でマイクロクラックの発生が確認された。

さらに、検証すると、図１７〜図１９のいずれの配置形態においても、最内側の配線では、図２０（ａ）に示すように、マイクロクラック（符号ｍで示す）の発生領域が狭く、これに対して中間の配線、最外側の配線ではその順に広く（図２０（ｂ）、（ｃ）参照）、さらにマイクロクラックの模様の大きさについても、これら図２０（ａ）〜（ｃ）に示すように、最内側の配線に比べて最外側の配線のほうが大きい（若干拡大された形態となっている）ことが判った。つまり、同材質でほぼ同じ大きさのＦＰＣからなる配線を複数並べた場合、反転部での半径がやや大きい最外側での配線では、前記半径が大きい分だけ動作範囲が拡大し、マイクロクラックが拡大された形態で当該最外側の配線の導電線に現出する。なお、この図２０（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｆａはフレキシブルプリント配線板本体、Ｆｂは導電線を示す。

上述から分かるように、断線原因の解明のためにマイクロクラックのデータを収集し解析するには、断線事前検出用配線１１１を最外側に配置すれば、この断線事前検出用配線１１１に現出するマイクロクラックが、その内側に位置する主配線のマイクロクラックより拡大されている分だけ、より細かい部分も顕著に見ることが可能となり、断線の原因解明に極めて有利であることが判った。

このような調査に基づいてなされた請求項１の発明の産業用ロボットの回転関節用配線装置は、ロボットの関節部分の一方の部材に連結される円形状の筐体及び当該筐体と相対回転可能で前記ロボットの前記一方の部材と相対回転する他方の部材に連結される円形状のリールとを組み合わせてなり内部に環状の案内部を形成した中空円形状の配線ケースと、前記案内部内に該案内部の周方向に沿って移動可能に収容されると共に、周方向に複数のローラが回転可能に配置された摺動補助器と、柔軟な絶縁樹脂製の板本体に電源供給用又は信号送受用の主導電線を形成した帯状のフレキシブルプリント配線板から構成され、前記複数のローラのうちの一つのローラで巻き方向をほぼ円弧状に反転させた反転部が途中に形成された状態で前記案内部内に収容され、一端部が前記リールの相対回転中心部に連結され、他端部が前記筐体に連結された主配線と、前記主配線の板本体と同じ材質及び同じ形状の検査用板本体に、前記電源供給用又は信号送受用の主導電線と同材質及び該主導電線より細い形状の検査用導電線を形成した帯状のフレキシブルプリント配線板から構成され、前記主配線の前記反転部の最外側に円弧状の反転部を有して当該主配線と厚み方向に並設されて前記案内部内に収容され、一端部が前記リールの相対回転中心部に連結され、他端部が前記筐体に連結された断線事前検出用配線とを備えたことを特徴とする。

この構成においては、産業用ロボットの高速動作に伴い、主配線及び断線事前検出用配線がそれぞれの反転部で繰り返し曲げられる。装置内主配線及び断線検出用配線としてフレキシブルプリント配線板を使用することで、ロボットの高速動作に良好に追随する。

そして産業用ロボットの稼働時間が長いと、各配線の疲労が進み、ついには、主導電線より細い検査用導電線を備えた断線事前検出用配線が先に断線することとなる。ここで、断線事前検出用配線は、主配線に対して最外側に位置するから、これの内側の主配線よりも、マイクロクラックが拡大して現出し、断線の原因解析のためのデータ収集・解析が容易となり、断線原因の解明に有効に寄与できる。なお、上記主導電線に対して検査用導電線を細くする理由は、断線事前検出用配線が主配線より先に断線するようにするためであり、主導電線の太さに対する検査用導電線の太さの差は、実験などにより適宜決定されるものである。この場合、断線事前検出用配線の断線タイミングを主配線の断線時期より僅かに早くするには、両導電線の太さの差を極めて僅かな差（検査用導電線が僅かに細い）とすると良い。

請求項２の産業用ロボットの回転関節用配線装置は、前記検査用導電線を、前記主配線の前記導電線と幅方向で同位置となるようにしたところに特徴を有する。このようにすれば、検査用導電線と主導電線との劣化条件をさらに同じとすることができ、断線事前検出用配線から収集するデータに主配線の劣化状況を適切に反映させることができる。

本発明の第１実施形態を示すもので、回転関節構造と共に示す回転関節用配線装置の横断面図 外カバーを取り外して図１のＡ−Ａ線の矢印方向から見た取付枠の側面図 回転関節用配線装置の分解斜視図 図８の断面線Ｈ−Ｈに沿う断面図 図８の断面線Ｉ−Ｉに沿う断面図 重ねられた複数枚のＦＰＣ板の部分斜視図 回転関節用配線装置単体の横断面図 回転関節用配線装置単体の縦断面図 図８とは異なる状態で示す回転関節用配線装置単体の縦断面図 （ａ）〜（ｃ）はＦＰＣ板の製造過程を時系列的に示す平面図 図１０（ａ）の切断線Ｒ−Ｒに沿う断面図、図１０（ｂ）の切断線Ｓ−Ｓに沿う断面図、図１０（ｃ）の切断線Ｔ−Ｔに沿う断面図 産業用ロボットの斜視図 （ａ）は最内側の主配線でのマイクロクラック発生状況を示す図、（ｂ）は中間の主配線でのマイクロクラック発生状況を示す図、（ｃ）は最外側の断線事前検出用配線でのマイクロクラック発生状況を示す図 参考例を示す図１相当図 図８相当図 図９相当図 断線事前検出用配線を最内側に用いた参考例を示す図８相当図 断線事前検出用配線を中間に用いた参考例を示す図８相当図 断線事前検出用配線を最外側に用いた参考例を示す図８相当図 マイクロクラックの発生状況を示す参考例であり、（ａ）は最内側の配線でのマイクロクラック発生状況を示す図、（ｂ）は中間の配線でのマイクロクラック発生状況を示す図、（ｃ）は最外側の配線でのマイクロクラック発生状況を示す図

以下、本発明の一実施形態を図１ないし図１３に基づいて説明する。図１２に示す産業用ロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型のものとして構成され、床に設置されるベース２と、このベース２に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部３と、このショルダ部３に上下方向に旋回可能に支持された下アーム４と、この下アーム４に上下方向に旋回可能に支持された後上アーム５と、この後上アーム５に捻り回転可能に支持された前上アーム６と、この前上アーム６に上下方向に旋回可能に支持された手首７と、この手首７に捻り回転可能に支持されたフランジ８とを備えている。そして、アーム先端であるフランジ８には、ハンドなどのエンドエフェクト（図示せず）が取り付けられるようになっている。

エンドエフェクタとしては、ハンドの他に、視覚検査装置のカメラなどが考えられる。視覚検査装置とは、ワークの所望の検査ポイントをカメラで撮影してその撮影画像情報をロボットコントローラに送信し、ロボットコントローラが受信した撮影画像信号をディスプレイに表示するというもので、ディスプレイに表示された撮影画像を目で見て組立や加工などの良否を検査するものである。

上記のショルダ部３はベース２に、下アーム４はショルダ部３に、後上アーム５は下アーム４に、前上アーム６は後上アーム５に、手首７は前上アーム６に、フランジ８は手首７に、それぞれ回転関節によって回転可能に支持されている。図１は、これら各部の回転関節構造のうち、手首７の前上アーム６に対する回転関節構造を示している。この図１において、前上アーム６は、アーム基枠９を複数の外カバー１０により覆って構成されている。この前上アーム６のアーム基枠９の先端部分には、軸穴９ａが形成されている。これに対し、手首７側には筒状の軸部７ａが突設されている。この軸部７ａは、前上アーム６のアーム基枠９の軸穴９ａに嵌合され、クロスローラベアリング１１により相対回転可能に支持されている。手首７はこのような回転関節構造によって前上アーム６に上下方向に旋回可能に支持されているが、ショルダ部３、下アーム４、後上アーム５、前上アーム６、フランジ８といった他のロボット要素の回転関節も同様の構造である。

上記の旋回可能或は捻り回転可能なロボット要素であるショルダ部３、下アーム４、後上アーム５、前上アーム６、手首７、フランジ８は、それぞれアクチュエータ、例えばサーボモータ（図示せず）を駆動源としている。これらのサーボモータに電源を供給したり、或は、ロボットコントローラからサーボモータの駆動回路に制御信号を送信したり、サーボモータのロータリエンコーダからロボットコントローラに回転検知信号を送信したりするために、ベース２から先端の手首７に至るまでのロボット内部には、ケーブル（図示せず）が通されている。

フランジ８に取り付けられるエンドエフェクタがハンドであれば、当該ハンドのアクチュエータであるサーボモータに電源を供給したり、ハンドのサーボモータとロボットコントローラとの間で制御信号や回転検知信号を送受したりするためのケーブルがロボット内部に通される。エンドエフェクタが視覚検査装置のカメラである場合には、カメラに電源を供給したり、カメラの撮影画像信号をロボットコントローラに送信したりするためのケーブルがロボット内部に通される。

このロボット内部にケーブルを通す配線のうち、回転関節部分を通す配線には、図１〜図３、図７に示す回転関節用配線装置１２が用いられる。この図１〜図３、図７の回転関節用配線装置１２は一方の部材に相当する前上アーム６と他方の部材に相当する手首７の回転関節のものであるが、他の回転関節に用いられる配線装置も同様の構成のものである。回転関節用配線装置１２は、配線ケース１３内に帯状の長尺な配線１４を収容してなる。

回転関節用配線装置１２の配線ケース１３は、透明プラスチック製の両面が開放された円筒状の筐体１５と、中心部に円形の芯部材１６を一体に有した透明プラスチック製の第１の円板１７と、同じく透明プラスチック製の第２の円板１８とから構成されている。

第１の円板１７および第２の円板１８は、筐体１５の両側の開放面を塞ぐためのもので、第１の円板１７は、筐体１５の内側に嵌合する円形嵌合突部１７ａを有し、第２の円板１８は、筐体１５の外側に嵌合する環状嵌合リブ１８ａを有している。第２の円板１８は、第１の円板１７の芯部材１６に図７に示すねじ１９によって固定されて第１の円板１７と一体化される。この一体化された第１の円板１７と第２の円板１８とは、中心に芯部材１６を有したリール２０を構成する。

第１の円板１７と第２の円板１８を一体化してリール２０を構成する際、円形嵌合突部１７ａを筐体１５の内側に嵌合すると共に環状嵌合リブ１８ａを筐体１５の外側に嵌合するようにして、第１の円板１７と第２の円板１８との間に筐体１５を挟むように配する。このとき、筐体１５と第１の円板１７、第２の円板１８との間には若干の隙間が形成されるようになっており、これにより、筐体１５とリール２０とが相対回転可能に組み立てられ、配線ケース１３として構成される。

配線ケース１３の中心部に位置する芯部材１６には、円弧状の保持溝１６ａが形成されており、この保持溝１６ａ内に止め具２１が嵌着されている。一方、筐体１５には、その内周面から外周面に向かって円弧を描くようにしてスリット１５ａが形成されている。また、筐体１５には、スリット１５ａから一方向に向かって反対側にまで延びる深溝１５ｂが形成されており、この深溝１５ｂの先端部は、外周側の側面部が筐体１５の外周面において外方に開放されていると共に、底面部も筐体１５の端面において外方に開放されている。

第１の円板１７の内面（配線ケース１３の内面を構成する側の面）には、芯部材１６と同心に大小径の異なる２本の環状リブ１７ｂ，１７ｃが形成されており、この２本の環状リブ１７ｂ，１７ｃに挟まれた環状の溝状部分を案内部２２としている。また、第１の円板１７の内面には、芯部材１６から放射状に延びる放射状リブ１７ｄが複数本形成されている。なお、放射状リブ１７ｄは、案内部２２内には形成されていない。

配線ケース１３内には、摺動補助器２３が配設されている。摺動補助器２３は、有端環状に形成されたプラスチック製の回転板２４を基台としている。この回転板２４の表裏両面のうち、一方の面には、突部２４ａが突設されている。また、回転板２４の他方の面には、複数本の支持軸２４ｂが回転板２４の円弧に沿って一列に整列した状態で立設されており、この支持軸２４ｂにローラ２５が回転自在に支持されている。このとき、ローラ２５の外径寸法を回転板２４の幅寸法よりも大きくしておくことにより、ローラ２５が回転板２４の内外両周縁から外方に出っ張るようにしている。

更に、回転板２４の支持軸２４ｂが立設された面の一端近くには、他端に向く側の面を円弧凹面２６ａとした保護柱２６が立設されている。この保護柱２６は、その幅が回転板２４の幅よりも狭く、例えば回転板２４の幅の半分程度に定められて回転板２４の外周縁側に偏った位置に設けられている。ここで、回転板２４の両端のうち、保護柱２６が立設された一端とは反対側の他端にはローラ２５が位置し、当該ローラ２５は回転板２４の他端よりも外方に出っ張っている。

このように回転板２４に複数個のローラ２５を配列してなる摺動補助器２３は、図７に拡大して示すように、回転板２４の突部２４ａを第１の円板１７の案内部２２にスライド可能に嵌合するようにして配線ケース１３内に収容されている。そして、回転板２４の突部２４ａが案内部２２にスライド可能に嵌合されることにより、摺動補助器２３は、芯部材１６の周りで当該芯部材１６を中心に回転運動可能になっている。

配線１４は、図３〜図６にも示すように、主配線１４−１、１４−２と、断線事前検出用配線１４−３とを厚み方向で並設した構成であり、配線ケース１３内に収容されている。前記主配線１４−１は例えば電源供給用の主配線であり、又、前記主配線１４−２は信号送受用の主配線である。又、断線事前検出用配線１４−３は、後述するが、主配線１４−１、１４−２よりも僅かに早く断線するように構成されている。これら主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３は一枚のフレキシブルプリント配線板から構成されている。

これら主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３の製造方法について説明すると、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、例えば２本の電源供給用の主導電線２７−１と、同じく２本の信号送受用の主導電線２７−２と、同じく２本の検査用導電線２７−３とを平行に形成したプラスチックフィルム、例えばポリイミドフィルム２８ａに、絶縁被覆のためのプラスチックフィルム（絶縁樹脂）、例えばポリイミドフィルム２８ｂを接着剤２９により接着してなる基本構成を有している。このとき、主配線１４−１、１４−２相当の領域１４−１´、１４−２´と、断線事前検出用配線１４−３相当の領域１４−３´とが形成される。

ここで前記ポリイミドフィルム２８ａ、２８ｂ及び接着材２９は板本体３０を構成している。
次に図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように、配線１４における一端部近くから、上記主配線１４−１、１４−２相当の領域１４−１´、１４−２´と、断線事前検出用配線１４−３相当の領域１４−３´との各境界に切れ目１４ｈ、１４ｈを入れ、これにより夫々帯状で同一幅の主配線１４−１、１４−２と、断線事前検出用配線１４−３とが形成される。なお、一方の主配線１４−１の板本体を板本体３０−１と称し、他方の主配１４−２の板本体を板本体３０−２と称し、断線事前検出用配線１４−３の板本体を板本体３０−３と称する。

そして、図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）で示すように、帯状の主配線１４−１及び断線事前検出用配線１４−３の一端部を折って、これら主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３を重ねた状態にする。

ここで、前記断線事前検出用配線１４−３は主配線１４−１、１４−２より僅かに早く断線するように設定されている。例えば、上記図１１（ｃ）及び図４に示すように、主配線１４−１、１４−２の各板本体３０−１、板本体３０−２と断線事前検出用配線１４−３の板本体３０−３とを同一厚みで且つ同一幅とし、さらに、主配線１４−１、１４−２の主導電線２７−１、２７−２の厚み寸法と、断線事前検出用配線１４−３の検査用導電線２７−３の厚み寸法とは同一としており、これに対して、断線事前検出用配線１４−３の検査用導電線２７−３の幅寸法Ｈａ´（図４参照）を、主配線１４−１、１４−２の主導電線２７−１、２７−２の幅寸法Ｈａ（図４参照）に対して、僅かに短く設定されている。

上述のように主導電線２７−１、２７−２及び検査用導電線２７−３の厚みを同一とし、検査用導電線２７−３の幅寸法を主導電線２７−１、２７−２の幅寸法より小さくすることにより断線事前検出用配線１４−３を主配線１４−１、１４−２より先に断線させる方式は、同一の厚みの導電線をプラスチックフィルムに複数同時にプリントすることに好適するＦＰＣの製造方法に合致するものである。

ただし、断線事前検出用配線１４−３が早めに断線するやり方については、検査用導電線２７−３の厚みを主導電線２７−１、２７−２の厚みより薄くすることを除外するものではない。つまり、上記主導電線２７−１、２７−２の太さに対して検査用導電線２７−３を僅かに細くすることで、断線事前検出用配線１４−３の断線タイミングが主配線１４−１、１４−２の断線時期より僅かに早くなるように設定すると良い。そして、検査用導電線２７−３の太さ（細さ）は、断線事前検出用配線１４−３の断線タイミングが最適となるように、実験などにより自ずと最適な太さに設定されるものである。

そして、本実施形態では、主配線１４−１は、手首７やフランジ８のアクチュエータ（駆動源）であるサーボモータに電源を供給するためであり、又、主配線１４−２は上記サーボモータとロボットコントローラとの間で、あるいはエンドエフェクタとロボットコントローラとの間で信号を送受するためのものとして用いられている。

主配線１４−１、１４−２と、断線事前検出用配線１４−３とでは、図３に示すように、端部側の長さが異なり、主配線１４−１、１４−２のほうが、断線事前検出用配線１４−３よりも長尺となっている。そして、これら主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３は、一端部近くの部分１４ｉでほぼ９０°に折曲され、また、断線事前検出用配線１４−３は他端部近くの部分１４ｊでもほぼ９０°に折曲され、さらに主配線１４−１、１４−２の他端部近くの部分１４ｋもほぼ９０°に折曲されている。

前記主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３の一端部である前記折曲部分１４ｉは、リール２０の相対回転中心部である芯部材１６に連結され、又、断線事前検出用配線１４−３の他端部である前記折曲部分１４ｊ、主配線１４−１、１４−２の他端部である前記折曲部分１４ｋは筐体１５に連結されている。

具体的には、前記主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３の前記折曲部分１４ｉについては、芯部材１６に嵌着された止め具２１の差し込み溝２１ａ内に挿入保持されている。一方、断線事前検出用配線１４−３の前記折曲部分１４ｊはスリット１５ａ内に挿入され、主配線１４−１、１４−２の前記折曲部分１４ｋは、当該スリット１５ａに連続する深溝１５ｂ内にその全体にわたって挿入され、スリット１５ａの外周側の開放口および深溝１５ｂの先端部の外周側の開放口を塞ぐようにして筐体１５に固定された押え具３１および３２によって夫々押えられている。

このようにして両端部が芯部材１６および筐体１５に連結された配線１４は、図８にも示すように、配線ケース１３内において、途中部分が摺動補助器２３の両端間の開口部に通され、そして、摺動補助器２３の内側に位置する部分が芯部材１６の外周に所要回数巻かれ、摺動補助器２３の外側に位置する部分が摺動補助器２３の内側での巻き方向と逆の巻き方向になるよう所要回数巻かれている。このように摺動補助器２３の内外両側において巻き方向が異なる配線１４は、摺動補助器２３の両端間の開口部分において円弧状に反転された状態になっている。そして、この円弧状に反転された部分Ｔ（以下、反転部Ｔという。）の内側には、前述した回転板２４の他端に設けられたローラ２５が位置している。

そして、前記配線１４は、上記反転部Ｔにおいて、その反転外側から内側へ順に前記断線事前検出用配線１４−３、他方の主配線１４−２、一方の主配線１４−１が位置して反転している。

配線１４は、図３に示すように、両端部に互いに逆方向に直角に延びる延長部１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有している。この配線１４の延長部１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、芯部材１６に連結された一端部の延長部１４ａの先端部には、主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３の各一端部に接続された接続端子３３が取着されている。また、筐体１５に連結された配線１４の他端部のうち、スリット１５ａに保持された断線事前検出用配線１４−３の他端部の延長部１４ｂには、検査用導電線２７−３の他端部に接続された接続端子３４が取着され、深溝１５ｂに保持された主配線１４−１、１４−２の他端部の延長部１４ｃには、これら主配線１４−１、１４−２の主導電線２７−１、２７−２の他端部に接続された接続端子３５が取着されている。

そして、芯部材１６に保持された配線１４の延長部１４ａは、第２の円板１８にその外周から中心部にかけて直線状に形成されたスリット１８ｂを通して配線ケース１３の外方へ導出されている。また、筐体１５のスリット１５ａに保持された延長部１４ｂは、スリット１５ａのうち第１の円板１７による閉鎖から除かれた部分を通して配線ケース１３の外方へと導出され、他の延長部１４ｃは、当該深溝１５ｂの先端部の底面部側（第１の円板１７側）の開放口から配線ケース１３の外方へと導出されている。

ここで、主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３は、配線ケース１３内に位置する部分については接着されておらず、つまり、これら主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３は互いに摺動可能になっている。この配線１４における主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３の非接着部分の長さは、図８にも示すように、摺動補助器２３の開放部分でＵ字状の反転部Ｔにおいて内側に主配線１４−１から外側に位置する断線事前検出用配線１４−３まで、夫々が離れて互いの間に隙間が形成されるようにするために、反転部Ｔにおいて外側に位置するものほど長く定められている。

なお、前記２本の検査用導電線２７−３の各両端は図示しない検査回路に接続されており、いずれかの検査用導電線２７−３が切れると、この検査回路によって検査用導電線２７−３の切断が検知され、そして、図示しない報知器により報知されるようになっている。

次に上記構成の作用を説明する。まず、手首７が前上アーム６に対して相対回転せず、停止している状態では、筐体１５とリール２０との間に相対回転はないため、配線１４は、配線ケース１３内への収容前の状態、つまり真っ直ぐの状態に戻ろうとして、図９に示すように、摺動補助器２３の内側の部分では当該摺動補助器２３に接するようになり、摺動補助器２３の外側の部分では筐体１５の内周面に接するようになる。また、配線１４の反転部Ｔでは、やはり真っ直ぐの状態に戻ろうとするために、反転部Ｔのうち摺動補助器２３の内側の部分では、当該摺動補助器２３から離れて芯部材１６に接する状態となる。

この状態から、手首７が前上アーム６に対して相対回転し、これに伴い、筐体１５がリール２０に対して図８に矢印Ｌで示す方向に相対回転すると、当該筐体１５の相対回転方向が、配線１４のうち摺動補助器２３の外側にある部分についての反転部Ｔから他端側（筐体１５への連結端部側）に向かう方向と同じであるため、配線１４のうち摺動補助器２３の外側にある部分が矢印Ｌ方向に引っ張られるようになる。すると、配線１４は、摺動補助器２３の外側部分においては、筐体１５の内面から離れて摺動補助器２３に巻き付き、且つ、反転部Ｔで摺動補助器２３を引っ張るようになって当該摺動補助器２３を矢印Ｌ方向に回転させるようになる。

このとき、摺動補助器２３は筐体１５の回転数のほぼ半分の回転数で回転することから、配線１４は、摺動補助器２３の内側にある部分が芯部材１６から巻き戻されながら次第に摺動補助器２３の外側に繰り出されるようになってローラ２５から次第に離れるようになり、摺動補助器２３の外側にある部分は内側から繰り出された部分を摺動補助器２３に巻き付けながら、つまりローラ２５に接触して該ローラ２５を回転させながら筐体１５と一体的に矢印Ｌ方向に回転してゆく。

このように、筐体１５が矢印Ｌ方向に相対回転する場合には、配線１４は、摺動補助器２３の内側では芯部材１６から巻き戻され、摺動補助器２３の外側では当該摺動補助器２３に巻き付くように動作するのである。

一方、手首７が前上アーム６に対して相対回転し、これに伴い、筐体１５がリール２０に対して図９に矢印Ｍで示す方向に相対回転すると、当該筐体１５の相対回転方向が、配線１４のうち摺動補助器２３の外側にある部分の反転部Ｔから他端側に向かう方向とは反対の方向であるため、配線１４のうち摺動補助器２３の外側にある部分が筐体１５により押されるようになる。

これにより、配線１４のうち摺動補助器２３の外側にある部分（断線事前検出用配線１４−３）が緩んで当該摺動補助器２３から離れ、筐体１５の内面に接した状態となって当該筐体１５と一体的に矢印Ｍ方向に回転するようになる。この回転により、配線１４のうち摺動補助器２３の外側にある部分が停止している摺動補助器２３から巻き戻されるようになると共に、反転部Ｔが摺動補助器２３の一端側のローラ２５から離れて他端側の保護柱２６に当接するようになる。このとき、反転部Ｔが接する保護柱２６の側面は円弧凹面２６ａとなっているから、反転部Ｔが保護柱２６から外れることなく、当該保護柱２６を効率良く押すことができる。

保護柱２６が反転部Ｔ（この場合、断線事前検出用配線１４−３の反転部）から押圧力を受けると、摺動補助器２３が矢印Ｍ方向に回転するようになる。このときの摺動補助器２３の回転数は筐体１５の回転数のほぼ半分となることから、配線１４は、摺動補助器２３の外側では当該摺動補助器２３からの巻き戻しが継続されて当該巻き戻された部分が摺動補助器２３の内側に押入れられるようになり、そして、摺動補助器２３の内側では外側から入れられてくる部分が摺動補助器２３のローラ２５に接触して該ローラ２５を回転させながら芯部材１６の周りに巻かれてゆくようになる。

このように、筐体１５が矢印Ｍ方向に相対回転する場合には、配線１４は、摺動補助器２３の内側では芯部材１６に巻き付けられ、摺動補助器２３の外側では当該摺動補助器２３から巻き戻されるように動作するのである。

又、このように、筐体１５がリール２０に対して図９に矢印Ｍで示す方向、矢印Ｌ方向へ相対回転する際においては、上述したように、主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３は、ほぼ同様に動作する。

このような実施形態において、産業用ロボット１の高速動作に伴い、主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３がそれぞれの反転部Ｔで繰り返し曲げられるが、前記主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３としてフレキシブルプリント配線板を使用することで、ロボットの高速動作に良好に追随する。

そして当該ロボット１の稼働時間が長いと、各配線１４−１、１４−２、１４−３の疲労が進み、ついには断線事前検出用配線１４−３が先に断線することとなる。
ここで、断線事前検出用配線１４−３は、主配線１４−１、１４−２に対して最外側に位置するから、これの内側の主配線１４−１、１４−２よりも、マイクロクラックが図１３に示すように拡大して現出する。この図１３（ａ）は最内側の主配線１４−１を示し、同図（ｂ）は中間の主配線１４−２を示し、同図（ｃ）は最外側の断線事前検出用配線１４−３を示す。なお、マイクロクラックは符号ｍで示している。

この図１３から分かるように、最外側の断線事前検出用配線１４−３では、マイクロクラックｍが広範囲で且つ大きく現出しており、断線の原因解析のためのデータ収集・解析が容易となり、断線原因の解明に有効に寄与できる。

又、本実施形態によれば、前記断線事前検出用配線１４−３の検査用導電線２７−３を、前記主配線１４−１、１４−２の前記主導電線２７−１、２７−２と幅方向で同位置となるようにしたから、検査用導電線２７−３と主導電線１４−１、１４−２との劣化条件をさらに同じとすることができ、断線事前検出用配線１４−３から収集するデータに主配線１４−１、１４−２の劣化状況を適切に反映させることができる。

又、主配線１４−１、１４−２及び断線事前検出用配線１４−３は帯状をなして厚み方向で並ぶ形態であり、且つ断線事前検出用配線１４−３の一枚を追加する程度で済むため、装置全体の構造を現行構成から変更せずに済む。

又、断線事前検出用配線１４−３の製造工程も主配線１４−１、１４−２と同じ製造工程で済むため、全体の製造工程も殆ど変更せずに済む。
ここで、断線事前検出用配線を主配線の最外側に位置させる構成として、断線事前検出用配線を平面的にみて単に主配線の横に並べて最外側に配置する構成も考えられるが、この構成では、平面的にみたとき断線事前検出用配線が最外側となるのみであって、断線事前検出用配線及び主配線の各導電線におけるマイクロクラック発生状況は同じである。これに対して本発明では、主配線及び断線事前検出用配線が共に厚み方向で並設され且つ途中部が反転し、この反転部での最外側に断線事前検出用配線を位置させる構成としており、これにより主配線に発生するマイクロクラックを、当該断線事前検出用配線で拡大現出させるようにしており、前出の構成とは全く別異であって、本発明は前出構成には無い独自の効果を得る。

図面中、１は産業用ロボット、６は前上アーム、７は手首、９はアーム基枠、１０は外カバー、１２は回転関節用配線装置、１３は配線ケース、１４はフレキシブルプリント配線板、１４−１は主配線、１４−２は主フレキシブルプリント配線板、１４−３は断線事前検出用配線、１５は筐体、１６は芯部材、１７は第１の円板、１８は第２の円板、２０はリール、２２は案内部、２３は摺動補助器、２４は回転板、２５はローラ、２６は保護柱を示す。

Claims (2)

1. ロボットの関節部分の一方の部材に連結される円形状の筐体及び当該筐体と相対回転可能で前記ロボットの前記一方の部材と相対回転する他方の部材に連結される円形状のリールとを組み合わせてなり内部に環状の案内部を形成した中空円形状の配線ケースと、
   前記案内部内に該案内部の周方向に沿って移動可能に収容されると共に、周方向に複数のローラが回転可能に配置された摺動補助器と、
   柔軟な絶縁樹脂製の板本体に電源供給用又は信号送受用の主導電線を形成した帯状のフレキシブルプリント配線板から構成され、前記複数のローラのうちの一つのローラで巻き方向をほぼ円弧状に反転させた反転部が途中に形成された状態で前記案内部内に収容され、一端部が前記リールの相対回転中心部に連結され、他端部が前記筐体に連結された主配線と、
   前記主配線の板本体と同じ材質及び同じ形状の検査用板本体に、前記電源供給用又は信号送受用の主導電線と同材質及び該主導電線より細い形状の検査用導電線を形成した帯状のフレキシブルプリント配線板から構成され、前記主配線の前記反転部の最外側に円弧状の反転部を有して当該主配線と厚み方向に並設されて前記案内部内に収容され、一端部が前記リールの相対回転中心部に連結され、他端部が前記筐体に連結された断線事前検出用配線と
   を備えたことを特徴とする産業用ロボットの回転関節用配線装置。
2. 前記検査用導電線は、前記主配線の前記導電線と幅方向で同位置となることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボットの回転関節用配線装置。

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