JP2017056541A

JP2017056541A - 線条体保持機構

Info

Publication number: JP2017056541A
Application number: JP2015186126A
Authority: JP
Inventors: 竹内　弘; Hiroshi Takeuchi; 弘竹内
Original assignee: Junkosha Co Ltd
Current assignee: Junkosha Co Ltd
Priority date: 2015-09-20
Filing date: 2015-09-20
Publication date: 2017-03-23

Abstract

【課題】ロボットなどに線条体を配索する際に、線条体に負荷をかけずに線条体の配置を制限し、線条体にかかる摩擦、摩耗を、グリスなどを用いずに抑制することが可能な、線条体保持具による線条体保持機構を提供すること。【解決手段】線条体保持具は、装置に線条体保持具を固定するための固定部材と、線条体を挿通して保持するための管状の高分子成形体で構成される保持部材を備え、前記保持部材の内表面における平均硬度Ｄａと前記線条体表面の平均硬度Ｄｂの差（Ｄａ−Ｄｂ）が０以下であり、前記保持部材の内表面の表面粗さＲａと前記線条体表面の表面粗さＲｂの差（Ｒａ-Ｒｂ）の絶対値が０．６μｍ以下とした。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットなどに設けられる線条体を配索する方法に関する。

産業用ロボットにおいて、ロボットアームの先端に取り付けられた作業ツールへ信号や電気エネルギー、エア等を供給するために、ロボットの基盤部から先端の作業ツールへ、１本または複数本の電線やチューブなどを束ねた線条体が配索される。近年、製造ラインのオートメーション化として需要が増えているのは、省スペース、省電力であり、三次元的な部品の取り付け作業が可能な、小型多関節ロボットである。小型多関節ロボットには、筺体の小型化により、限られた空間で線条体を配索する必要があり、線条体が筺体から張り出して周辺機器と干渉する恐れがあるという問題があった。これを解決するために、特許文献1には、線条体を相互に撚り合わせて剛性を持たせ、板状部材との摩擦力により線条体の張り出しを制御する方法が開示されている。また、特許文献２には、線条体のガイドとしてコイルスプリングによりなる筒状ガイドの中にケーブルを挿通し、コイルスプリングの機能によって、ケーブルの余分な弛みや曲がりを発生させないという技術が開示されている。上述した従来の方法で問題となるのは、線条体と、板状部材、固定具、ロボット筺体との摩擦である。固定具には金属が使用されることが多く、とくに可動部においては線条体と金属の接触部分で、摩擦により線条体に負荷がかかって断線したり、線条体が摩耗することによって短絡するといった問題が起こりやすい。

特開２０１１−２２４６８９号公報特開２０１４−４６４４３号公報

上述した従来の方法では、可動部の動作時に、線条体に張力がかからないように余長を持たせたり、線条体と固定具にグリスを塗布して摩擦を抑える対策をする必要があった。しかしながら、グリスの塗布を頻繁に行う必要があり、また、グリスが汚染源となるため、医療関連の製造品や、半導体関連の製造品の製造装置などクリーンクラスの高い環境で使用することができないという課題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、ロボットなどに線条体を配索する際に、線条体に負荷をかけずに線条体の配置を制限し、グリスなどを用いずに、線条体にかかる摩擦、摩耗を抑制することが可能な、線条体保持機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、装置に配索された線条体と該線条体の配索位置の範囲を制限するための線条体保持具による線条体保持機構であって、前記線条体保持具は、前記装置に前記線条体保持具を固定するための固定部材と前記線条体を挿通して保持するための保持部材とを備え、前記保持部材は、管状の高分子成形体で構成され、前記保持部材の内表面における平均硬度Ｄａと前記線条体表面の平均硬度Ｄｂの差（Ｄａ−Ｄｂ）が０以下であり、前記保持部材の内表面の表面粗さＲａと前記線条体表面の表面粗さＲｂの差（Ｒａ-Ｒｂ）の絶対値が０．６μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の保持具に使用される保持部材は、軸方向に対する径方向の圧縮応力の比が、１.３以上であることを特徴とする。

本発明の線条体保持具によれば、ロボットアームなどに配索した線条体を、アームの動きに追従するように無理なく位置を制限して筺体との接触摩擦を低減し、さらに、線条体にグリスなどを塗布しなくても線条体に過度の負荷がかかることなく、線条体の摩擦による破断や、摩耗による短絡を効果的に抑制することができる。

本発明の線条体固定具を用いた線条体配索のイメージ図である。固定部に用いる本発明の実施形態の一例を示す図である。可動部に用いる本発明の実施形態の一例を示す図である。可動部に用いる本発明の実施形態の他の一例を示す図である。

以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の成立に必須であるとは限らない。

図１は本発明の線条体保持具を用いた実施形態の一例を示すイメージ図である。線条体保持具１は、保持部材２と固定部材３からなる。線条体保持具１に挿通した線条体４は、基盤側コネクタ５からロボットアーム先端の作業ツール側コネクタ６まで配索される。本発明の線条体保持具は、可動部の配索に用いるものと、可動部が動くことにより線条体が揺動して筺体と接触しないように線条体の動きを制限する、固定部に用いるものとがある。図２は、固定部に用いる線条体保持具の一例である。図３、図４は、可動部に用いる線条体保持具の一例である。

図２〜４に示すように、本実施形態の線条体保持具１は、保持部材２と固定部材３からなる。固定部材３は、保持部材２と一体であっても、分離可能なものであってもよい。１本または複数本の、電線、チューブまたはファイバーなどを束にした線条体４は、保持部材２に挿通され、保持部材２は、固定部材３によってロボットのアームまたは筺体などに固定される。線条体４が揺動した時の線条体４への過度の張力と摩擦による負荷を低減するために、保持部材２は、内部で線条体４が移動可能な、間隙を有することが好ましい。ただし、本発明の保持部材２は、内面の摩擦が非常に小さいため、線条体の各線の断面積の合計に対して、保持部材２の筒内部の断面積が５％程度大きければ十分な効果が得られる。固定部材３は、ロボットアームまたは筺体などに固定して保持部材２の揺動を制限できればよく、図２、図３のように固定したい部分が平面である場合は、保持部材２を挟み込む形状の固定部材３を用いることができる。また、図４のように、板状の固定部材３を貫通する穴に、保持部材２を挿通し、保持部材２と固定部材３が動かないように間隙をＯリング３ａなどで埋めてもよい。板状の、固定部材３を用いずに、ロボット筺体などの穴に直接保持部材２を固定することも可能である。

保持部材２は、保持部材２の内表面における平均硬度Ｄａと線条体４表面の平均硬度Ｄｂの差（Ｄａ−Ｄｂ）が０以下であり、保持部材２の内表面の表面粗さＲａと線条体４表面の表面粗さＲｂの差（Ｒａ-Ｒｂ）の絶対値が０．６μｍ以下であることが好ましい。それにより、線条体４と保持部材２の接触点の摩擦、摩耗が低減され、線条体４への負荷によって発生する線条体４の断線、摩耗による短絡などを防ぐことができる。

保持部材２と線条体４との摩擦・摩耗に影響する因子は、表面の材料の硬さ、表面粗さ、接触圧（応力）、材料の分子間力（表面エネルギー）などがあげられる。摩擦力Ｆは、下式（１）で表わされる。
Ｆ＝μＮ・・・（１）
ただし、μは摩擦係数であり、Ｎは垂直抗力である。
線条体４と比較して保持部材２の平均硬度が小さい場合、線状体４が搖動、屈曲したときに、保持部材２は、線条体４の接触の応力を吸収する。また、保持部材２の内表面における平均硬度Ｄａと線条体４表面の平均硬度Ｄｂの差（Ｄａ−Ｄｂ）が０以下である場合、線条体４と保持部材２との表面粗さの差が０．６μｍより大きいとき、線状体４と保持部材２の表面が接触した状態で動くときに、凸部同士が変形あるいは削られながら相対運動するため、摩擦力が大きくなる。保持部材２の内表面の表面粗さＲａと線条体４表面の表面粗さＲｂの差（Ｒａ-Ｒｂ）の絶対値は０．６μｍ以下であることが好ましい。

また、保持部材２は、軸方向に対する径方向の圧縮応力の比が、１.３以上であることが好ましい。圧縮応力の比は、下式（２）で求める。

圧縮応力比＝（径方向の圧縮応力σｔ）/（軸方向の圧縮応力σｍ）・・・（２）

可動部において線条体４が摺動するとき、線条体４を挿通している保持部材２は、線条体４の屈曲に合わせて屈曲する。保持部材２は、屈曲部分の内側では圧縮し、屈曲部分の外側では伸長することで屈曲を容易にし、線条体４の動作を妨げない。さらに、保持部材２が、軸方向に対する径方向の圧縮応力の比が、１.３以上、つまり、軸方向に対する圧縮応力よりも径方向に対する圧縮応力が高いことによって、屈曲したときに、径方向のつぶれよりも軸方向の圧縮・伸長が主で起こり、保持部材２の内部の空間がつぶれることを抑制する。保持部材２のつぶれが抑制されることで、線条体４が屈曲したときでも線条体４と保持部材２との間隙が保たれ、線条体４と保持部材２との摩擦を低減できる。また、保持部材２に伸長のみが可能な材料を用いた場合は、屈曲時には屈曲部分の外側のみが伸びて屈曲する。そのため、保持部材２に挿通した線条体４は、屈曲部分の外側にあたる部分のみの擦れが大きくなり、早く摩耗してしまう。これに対し本発明では、保持部材２が圧縮と伸長両方の動きで屈曲するため、挿通した線条体４の摩擦・摩耗を低減することができる。

保持部材２を構成する高分子は、分子間力が小さく、自己潤滑性を有するものが特に好ましい。自己潤滑性を有する高分子として、高密度ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどがあげられるが、中でも特に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は本発明の保持部材に好適な特性を持つ。ＰＴＦＥは、その分子構造から表面形状を平滑にすることが可能で、分子間力が小さい。分子間力が小さいため、物体と接触させて相対運動すると、簡単にＰＴＦＥ表面の分子間のせん断破壊が起こり、摩擦によって相手材に移着する性質を持つ。相手材へ移着することで、接触表面は、分子間力が小さいＰＴＦＥ同士の接触となり、相手材を選ばず低摩擦である。高密度ポリエチレンなども同様の特性を有するが、とくにＰＴＦＥは、多孔体を形成するときの製造方法や多孔化の程度によって、硬度、伸び、長手方向と径方向の圧縮特性などを自在に調節可能である。少なくともＰＴＦＥを含む高分子を用いて、本発明の特徴を有する筒状体で保持部材２を構成することにより、線状体４の摩擦による負荷、線状体４の摩耗を低減できる。

保持部材２を固定する固定部材３は、金属、または高分子で構成してもよい。また、固定部材３と保持部材２とを融着、一体成型するなどして一体化してもよいし、別体であってもよい。

（硬度の測定）

硬度は、ＪＩＳＫ７２１５‐１９９６に準拠して、デュロメータを用いて測定した。保持部材は、切開したものを試験片として保持部材内面側を測定面とした。試験片が密着するように重ねて固定して硬度を測定し、１０回測定を行ってばらつきがないことを確認して、その平均値を求めた。ケーブルは、その最外層について１０回測定を行って、ばらつきがないことを確認してその平均値を求めた。

（表面粗さＲａの測定）

レーザーテック株式会社製コンフォーカル顕微鏡（ＯＰＴＥＬＩＣＳＨ１２００）を使用し、表面形状を計測した。得られた表面形状の任意の位置から１５０μｍの評価長さをとり、二次関数で曲率補正を行って表面粗さＲａを計測した。実表面の断面形状から断面曲線を作成するときのカットオフ値を０．００２５ｍｍ、断面曲線から粗さ曲線を作成するときのカットオフ値を０．０８ｍｍとした。これにより、導体、ケーブルの撚り等による表面のうねりを除去して微視的な表面粗さを観測した。計測は、ＪＩＳＢ０６０１に基づいた。

（圧縮応力の測定）

保持部材となる筒体を、筒体の外表面・内表面に対して垂直な面で長さ１０ｍｍにカットし試料を作成した。試料は、２３℃±２℃の標準状態に３０分以上静置した後に測定に用いた。プレートに試料を載せ、試料上部から垂直に圧子を押し込み反発力を測定し、圧縮応力とした。測定は、圧子が試料に接触して荷重がかかり始めた位置を基準点とし、軸方向の圧縮応力の測定の場合は、軸方向の筒体の長さの１０％、つまり１ｍｍ押し込んだときの反発力を測定し、径方向の場合は、筒体の外径の１０％押し込んだときの反発力を測定した。圧子の押し込み速度は、０．０１８ｍｍ／ｓｅｃとした。圧縮応力比は、先述の式（２）に基づいて算出した。

（保持部材の成形）

実施例１〜６

ＰＴＦＥファインパウダー（ポリフロンＰＴＦＥＦ１０４、ダイキン工業社製）と、押出助剤（ＣＬ３１７＃２山一化学工業社製）とを所定量ブレンドした後、予備成形を行った。その後、予備成形体を押出機に入れ、二次成形し、ラム速度を調整して成形した。その後、乾燥処理を行い、４００℃に設定した焼成炉において引取速度を所定の速度に調整して焼成を行った。ＰＴＦＥの成形体について、硬度、圧縮特性は、押出助剤、押出圧力、焼成温度、延伸率を操作して所望の特性に調整した。

実施例７、比較例１、２

ポリウレタン樹脂を用いて、押出機でチューブを押出成形して、線条体保持具の保持部材とした。

比較例３

ポリ塩化ビニル樹脂を用いて、通常の押出機でチューブを押出成形して、線条体保持具の保持部材とした。

（線条体の作成）

実施例１、４〜７、比較例３

保持部材へ挿通する線条体として、最外層をＥＴＦＥで被覆した電線をより合わせたものを用意した。

実施例２、比較例１

実施例１、４〜７、比較例３と同様にして、最外層をポリウレタン樹脂で被覆した電線をより合わせたものを用意した。

実施例３、比較例２

（線条体の摩耗試験）

成形した保持部材を１００ｍｍでカットし、線条体を挿通して摺動試験機で摺動させ、摩耗の状態を確認した。線条体を挿通した保持部材を試験機に固定し、線条体の片端を試験機のアーム先端に固定した。線条体のもう片端には、線条体に適度な張力をかけるために重りを取り付けた。重りの重量は、２４０ｇとした。保持部材を固定した箇所を支点に、アーム先端が円弧を描くように、１分間に４０回、１８０度往復させた。支点部分の、線条体を挿通した保持部材の曲げ半径は、３２ｍｍとした。１００万回動作後に保持部材を取り外し、線条体の摩耗の状態を確認した。摩耗の程度の判断は、摩耗試験後の線条体の最外層の肉厚が、摩耗によって減少した割合で判断した。ケーブルの摩耗部分の肉厚を測定し、摩耗試験前の肉厚と比較して、肉厚の減少割合を算出した。各測定結果を、表１に示す。

表１に示すように、比較例１は、表面粗さの差（Ｒａ−Ｒｂ）は０．６μｍ以下だったが、平均硬度の差（Ｄａ−Ｄｂ）が０より大きく、摩耗が大きかった。比較例２は、平均硬度の差（Ｄａ−Ｄｂ）が０より大きく、表面粗さの差（Ｒａ−Ｒｂ）も０．６μｍより大きく、摩耗が大きかった。比較例３は、平均硬度の差（Ｄａ−Ｄｂ）は０以下だったが、表面粗さＲｂの差（Ｒａ-Ｒｂ）の絶対値が０．６μｍより大きく、摩耗が大きい結果となった。これに対し、実施例１〜７は、いずれも線条体保持部材の内表面平均硬度Ｄａとケーブル外層表面平均硬度Ｄｂの差（Ｄａ−Ｄｂ）が０以下であり、前記保持部材の内表面の表面粗さＲａと前記線条体表面の表面粗さＲｂの差（Ｒａ-Ｒｂ）の絶対値が０．６μｍ以下であり、ケーブルの摩耗が低減されていることが確認された。このように、本発明の特徴を備える線条体保持具は、摩擦が少ない結果となり、摩耗の抑制効果が十分に得られた。

本発明は、ロボットの線条体の配索だけではなく、あらゆる用途の配線、配管に利用可能である。

１、線条体保持具、２、保持部材、３、固定部材、４、線条体、５、基盤側コネクタ６、作業ツール側コネクタ、７、ロボット側固定部

Claims

装置に配索された線条体と該線条体の配索位置の範囲を制限するための線条体保持具による線条体保持機構であって、
前記線条体保持具は、前記装置に前記線条体保持具を固定するための固定部材と前記線
条体を挿通して保持するための保持部材とを備え、
前記保持部材は、管状の高分子成形体で構成され、
前記保持部材の内表面における平均硬度Ｄａと前記線条体表面の平均硬度Ｄｂの差（Ｄａ−Ｄｂ）が０以下であり、
前記保持部材の内表面の表面粗さＲａと前記線条体表面の表面粗さＲｂの差（Ｒａ-Ｒｂ）の絶対値が０．６μｍ以下であることを特徴とする、線条体保持具による線条体保持機構。
前記保持部材は、軸方向に対する径方向の圧縮応力の比が、１.３以上であることを特徴とする請求項１に記載の線条体保持具による線条体保持機構。
前記保持部材を構成する高分子は、少なくともポリテトラフルオロエチレンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の線条体保持具による線条体保持機構。
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