JP5402748B2 - 産業用ロボットの回転関節用配線装置 - Google Patents

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、電力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、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。

ところが、上述のＦＰＣを用いた回転関節用配線装置では、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り、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、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。

その対策として、ＦＰＣを用いた回転関節用配線装置において上記断線を検出できるようにしておくことが必要となってくる。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ＦＰＣ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、ＦＰＣ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。この断線予検知の技術として、特許文献２に示される技術がある。この技術は、ＦＰＣの電力供給用・信号送受用配線群といった主導電線群の外側にこれらより強度の弱い検出用導電線を平行に配設するものである。

ここで、ＦＦＣとＦＰＣとの相違について概略的に説明すると、ＦＦＣは、平型導体を平板状の絶縁フィルムで挟み込んで熱融着したものであり、又、ＦＰＣは、絶縁フィルムにプリントにより導電線を形成しあるいは絶縁フィルムに銅箔を張り合わせてエッチングにより導電線を形成し、さらに絶縁フィルムをラミネートしたものであり、ＦＦＣより柔軟でかなり薄肉である。

特開２００６−８２６８６号公報 特開２００８−１５２８７号公報

上記特許文献２の技術では、液晶表示装置において、１枚の広い配線板本体に電力供給用・信号送受用の主導電線群を配列すると共に、検出用導電線をこれら主導電線群とは離れた位置の外側（前記配線板本体の端部に近い位置）に配列している。そして、この特許文献２においては、配線板本体の端部から近い順に応力がかかりやすくて、その端部に近い検出用導電線が最初に切れるから、主導電線の断線をかなり早い段階で予知するというものである。

しかしながら、上記特許文献２の技術では、配線板本体自体の端部から中央方向への経年的疲労度合に大きな違いがあり、検出用導電線が切れたとしても、主導電線はまだまだ疲労が少なく、断線予知が早すぎるという問題がある。さらに、この特許文献２のＦＰＣは、単に回路同士を接続するために用いられているにすぎず、湾曲変形が高速度で繰り返されるわけでもなく、この特許文献２の技術を、湾曲変形が高速で繰り返される回転関節用配線装置にそのまま適用したとしても、検出用導電線の切断時期と電力供給用・信号送受用配線などの主導電線の断線時期との関係が把握できず、場合によっては、検出用導電線の切断時期が主導電線の断線時期よりさらに早まってしまうおそれもあり、実用上採用できない。

又、特許文献２で使用するＦＰＣは、一枚の広い平板状の配線板本体に電力供給用・信号送受用配線といった主導電線群と検出用導電線とを平行に並べた広いシート状の構成であるため、帯状のＦＰＣを使用する比較的薄型の現行の回転関節用配線装置をそのまま使用できず、どうしてもそのまま使用するならば装置全体を設計変更しなければならないといった問題もある。

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、装置内配線としてフレキシブルプリント配線板に使用することでロボットの高速動作に良好に追随でき、しかも、この高速動作に伴うフレキシブルプリント配線板の繰り返し曲げにより発生する主導電線の断線を適時のタイミングで把握できる共に、現行の装置の構成部品をそのまま使用可能であり、さらには、フレキシブルプリント配線板の製造工程も変更せずに済む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。

請求項１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、柔軟な絶縁樹脂性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て帯状に構成され、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フレキシブルプリント配線板と、前記主フレキシブルプリント配線板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同一厚みで且つ幅が同等の検査用導電線を形成して帯状に構成され、前記主フレキシブルプリント配線板の前記反転部の内側に円弧状の反転部を有して当該主フレキシブルプリント配線板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検査用フレキシブルプリント配線板とを備えたところに特徴を有する。

この請求項１によれば、検査用フレキシブルプリント配線板は、その板本体が、主フレキシブルプリント配線板の板本体と同じ材質及び同じ形状をなし、且つ検査用導電線も主導電線と同一材質であって、検査用フレキシブルプリント配線板の検査用導電線の幅が主フレキシブルプリント配線板の主導電線と同等であるため、材質及び大きさによる疲労条件がほとんど同じであり、さらに当該検査用フレキシブルプリント配線板が主フレキシブルプリント配線板と厚み方向で並ぶように設けられるので動作条件も同じであるから、検査用フレキシブルプリント配線板は主フレキシブルプリント配線板とほとんど同じ動作による疲労劣化条件となる。ただし、請求項１によれば、検査用フレキシブルプリント配線板の反転部の位置が主フレキシブルプリント配線板の反転部より内側であることで、検査用フレキシブルプリント配線板の前記反転部での曲率半径が主フレキシブルプリント配線板のそれより板厚分必然的に小さくなり、検査用フレキシブルプリント配線板のほうが主フレキシブルプリント配線板よりも、繰り返し曲げによる疲労度がやや大きくなる。この結果、検査用フレキシブルプリント配線板の劣化速度が僅かに早めとなる。これにより、主フレキシブルプリント配線板の主導電線にマイクロクラックによる断線が発生する直前のタイミングで、検査用フレキシブルプリント配線板の検査用導電線にマイクロクラックによる断線が発生する。このこれにより、ロボットの高速動作に伴う主フレキシブルプリント配線板の繰り返し曲げにより発生する断線を適時のタイミングで把握できる。

また、装置内の主配線及び検査用配線をいずれもフレキシブルプリント配線板により構成したことでロボットの高速動作に良好に追随できる。
さらに、検査用フレキシブルプリント配線板は主フレキシブルプリント配線板の内側に位置するから、この検査用フレキシブルプリント配線板は主フレキシブルプリント配線板の内側で当該主フレキシブルプリント配線板と共に動作するようになり、従って、検査用フレキシブルプリント配線板の動作をガイドする構成（検査用フレキシブルプリント配線板巻き込み防止対策）も必要ではなく、又、主フレキシブルプリント配線板及び検査用フレキシブルプリント配線板は帯状をなして厚み方向で並ぶ形態であり、且つ検査用フレキシブルプリント配線板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と共に、検査用フレキシブルプリント配線板の製造工程も従来の主フレキシブルプリント配線板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。

請求項２のロボットの回転関節用配線装置は、前記検査用導電線を、前記主フレキシブルプリント配線板の前記主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、前記曲率半径以外での、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、断線予知精度がさらに向上する。

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）は反転部における主ＦＰＣ板の曲率半径を示す図、（ｂ）は反転部における検査用ＦＰＣ板の曲率半径を示す図 （ａ）〜（ｃ）はＦＰＣ板の製造過程を時系列的に示す平面図 図１１（ａ）の切断線Ｒ−Ｒに沿う断面図、図１１（ｂ）の切断線Ｓ−Ｓに沿う断面図、図１１（ｃ）の切断線Ｔ−Ｔに沿う断面図 産業用ロボットの斜視図

以下、本発明の第１実施形態を図１ないし図１３に基づいて説明する。図１３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内に帯状の長尺なフレキシブルプリント配線板１４を収容してなる。なお、以下では、フレキシブルプリント配線板１４を、ＦＰＣ板１４と称することとする。

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。

ＦＰＣ板１４は、図３〜図６にも示すように、主フレキシブルプリント配線板１４−１（以下主ＦＰＣ板１４−１という）と、検査用フレキシブルプリント配線板１４−２（以下、検査用ＦＰＣ板１４−２という）と、保護シート１４−０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。これら主ＦＰＣ板１４−１、検査用ＦＰＣ板１４−２及び保護シート１４−０は、一枚のＦＰＣ板１４から構成されている。

これら主ＦＰＣ板１４−１、検査用ＦＰＣ板１４−２及び保護シート１４−０の製造方法について説明すると、図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、例えば２本の電源供給用又は信号送受用の主導電線２７−１と、同数本の検査用導電線２７−２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、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ＦＰＣ板１４−１相当の領域１４−１´と、保護シート１４−０相当の領域１４−０´と、検査用ＦＰＣ板１４−２相当の領域１４−２´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１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示すように、ＦＰＣ板１４における一端部近くから、上記主ＦＰＣ板１４−１相当の領域１４−１´と、保護シート１４−０相当の領域１４−０´と、検査用ＦＰＣ板１４−２相当の領域１４−２´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ＦＰＣ板１４−１と、保護シート１４−０と、検査用ＦＰＣ板１４−２とが形成される。なお、主ＦＰＣ板１４−１の板本体を板本体３０−１と称し、検査用ＦＰＣ板１４−２の板本体を板本体３０−２と称する。前記保護シート１４−０は前記板本体３０の分割された中間板部３０−０のみで構成されている。

そして、図１１（ｃ）及び図１２（ｃ）で示すように、帯状の主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２の一端部を折って、これら保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２を重ねた状態にする。

上記図１２（ｃ）及び図４に示すように、主ＦＰＣ板１４−１の板本体３０−１と検査用ＦＰＣ板１４−２の板本体３０−２とは同一厚みで且つ同一幅であり、さらに、主ＦＰＣ板１４−１の主導電線２７−１の厚み寸法と、検査用ＦＰＣ板１４−２の検査用導電線２７−２の厚み寸法とは同一としており、さらに主ＦＰＣ板１４−１の主導電線２７−１の幅寸法Ｈａ（図４参照）に対して、検査用ＦＰＣ板１４−２の検査用導電線２７−２の幅寸法Ｈａ´（図４参照）は同等に設定されている。

そして、本実施形態では、主ＦＰＣ板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、又は、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。

保護シート１４−０及び主ＦＰＣ板１４−１と、検査用ＦＰＣ板１４−２とでは、図３に示すように、端部側の長さが異なり、保護シート１４−０及び主ＦＰＣ板１４−１のほうが、検査用ＦＰＣ板１４−２よりも長尺となっている。そして、保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２は、一端部近くの部分１４ｉでほぼ９０°に折曲され、また、主ＦＰＣ板１４−１は他端部近くの部分１４ｊでもほぼ９０°に折曲され、さらに検査用ＦＰＣ板１４−２の他端部近くの部分１４ｋもほぼ９０°に折曲されている。なお、保護シート１４−０は上記部分１４ｋ手前で切断されて検査用導電線２７−２に接着されている。

保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２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、検査用ＦＰＣ板１４−２の他端部である前記折曲部分１４ｊ、保護シート１４−０及び主ＦＰＣ板１４−１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、保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２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、検査用ＦＰＣ板１４−２の前記折曲部分１４ｊはスリット１５ａ内に挿入され、保護シート１４−０及び主ＦＰＣ板１４−１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ＦＰＣ板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ＦＰＣ板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ＦＰＣ板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保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１、検査用ＦＰＣ板１４−２が位置して反転している。従って、この反転部Ｔにおいて、図１０に示すように、検査用ＦＰＣ板１４−２の曲率半径ｒ２が主ＦＰＣ板１４−１の曲率半径ｒ１よりほぼ板厚分（これは一般的に数μｍ〜数百μｍ）だけ僅かに小さくなっている。

ＦＰＣ板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を有している。このＦＰＣ板１４の延長部１４ａ，１４ｂ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、主導電線２７−１及び検査用導電線２７−２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ＦＰＣ板１４の他端部のうち、スリット１５ａに保持された検査用ＦＰＣ板１４−２の他端部の延長部１４ｂには、検査用導電線２７−２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ＦＰＣ板１４−１の他端部の延長部１４ｃには、主導電線２７−１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ＦＰＣ板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、保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２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、保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２は互いに摺動可能になっている。このＦＰＣ板１４における保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２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において内側に位置する検査用ＦＰＣ板１４−２から外側に位置する保護シート１４−０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２７−２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２７−２が切れると、この検査回路によって検査用導電線２７−２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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板１４のうち摺動補助器２３の外側にある部分（保護シート１４−０）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、ＦＰＣ板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、保護シート１４−０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、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板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、保護シート１４−０、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２は、ほぼ同様に動作する。

この場合、検査用ＦＰＣ板１４−２は、主ＦＰＣ板１４−１の内側に位置するから、この主ＦＰＣ板１４−１の動作と共に該検査用ＦＰＣ板１４−２が動作する。
又、この主ＦＰＣ板１４−１の外側に保護シート１４−０が位置することによって、この主ＦＰＣ板１４−１の保護も図られる。

そして、主ＦＰＣ板１４−１と検査用ＦＰＣ板１４−２とでは、構成部材の材質や大きさが同じであるから、反転部Ｔにおいては、検査用ＦＰＣ板１４−２の曲率半径ｒ２と主ＦＰＣ板１４−１の曲率半径ｒ１との差が、これら主ＦＰＣ板１４−１と検査用ＦＰＣ板１４−２との疲労の差となる。この場合、検査用ＦＰＣ板１４−２の曲率半径ｒ２が主ＦＰＣ板１４−１の曲率半径ｒ１に対して板厚分僅かに小さいから、主ＦＰＣ板１４−１に対して検査用ＦＰＣ板１４−２のほうが僅かに早く疲労してゆき、検査用ＦＰＣ板１４−２の検査用導電線２７−２におけるマイクロクラック発生タイミングが主ＦＰＣ板１４−１の主導電線２７−１よりも僅かに早いものとなる。

そして、検査用導電線２７−２が切れると、図示しない検査回路によって検査用導電線２７−２の切断が検知され、図示しない報知器により報知される。これにより主ＦＰＣ板１４−１の主導電線２７−１の疲労切断を直前で予知できる。

以上のように、本実施形態の回転関節用配線装置１２によれば、検査用ＦＰＣ板１４−２は、その板本体３０−２が、主ＦＰＣ板１４−１の板本体３０−１と同じ材質及び同じ大きさをなし、且つ検査用導電線２７−２も主導電線２７−１も同じ材質及び大きさであり、さらに検査用ＦＰＣ板１４−２の検査用導電線２７−２の幅が主ＦＰＣ板１４−１の主導電線２７−１と同等であることで材質固及び大きさによる疲労条件が同じであり、さらに当該検査用ＦＰＣ板１４−２が主ＦＰＣ板１４−１と厚み方向で並ぶように設けられるので動作条件も同じであるから、検査用ＦＰＣ板１４−２は主ＦＰＣ板１４−１とほとんど同じ劣化条件となる。

ただし、検査用ＦＰＣ板１４−２の反転部Ｔでの位置が主ＦＰＣ板１４−１の反転部Ｔより内側であることで、検査用ＦＰＣ板１４−２の曲率半径ｒ２が主ＦＰＣ板１４−１の曲率半径ｒ１より必然的に僅かに小さくなり、検査用ＦＰＣ板１４−２のほうが主ＦＰＣ板１４−１よりも、繰り返し曲げによる疲労度がやや大きくなる。この結果、検査用ＦＰＣ板１４−２の劣化速度が僅かに早めとなる。これにより、主ＦＰＣ板１４−１の主導電線２７−１にマイクロクラックが発生する直前のタイミングで、検査用ＦＰＣ板１４−２の検査用導電線２７−２にマイクロクラックが発生する。従って、ロボットの高速動作に伴う主ＦＰＣ板１４−１の疲労によるマイクロクラックつまり断線の発生時期を適時のタイミングで把握できる。

また、主配線及び検査用配線をいずれもＦＰＣにより構成したことでロボットの高速動作に良好に追随できる。
さらに、検査用ＦＰＣ板１４−２は主ＦＰＣ板１４−１の内側に位置するから、この検査用ＦＰＣ板１４−２は主ＦＰＣ板１４−１の内側で当該主ＦＰＣ板１４−１と共に動作するようになり、従って、検査用ＦＰＣ板１４−２の動作をガイドする構成（検査用フレキシブルプリント配線板巻き込み防止対策）も必要ではない。

又、主ＦＰＣ板１４−１及び検査用ＦＰＣ板１４−２は帯状をなして厚み方向で並ぶ形態であり、且つ検査用ＦＰＣ板１４−２一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と共に、検査用ＦＰＣ板１４−２の製造工程も従来の主ＦＰＣ板１４−１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。

さらに、この主ＦＰＣ板１４−１と検査用ＦＰＣ板１４−２とは一枚のＦＰＣ板１４を製造するときに同時に製作できるから、製造工程が増加することもない。そして、この一枚のＦＰＣ板１４を製造するときに保護シート１４−０も同時に製造するから、該保護シート１４−０の製造工程も増加せずに済む。

そして、このように簡単に製造できた保護シート１４−０により主ＦＰＣ板１４−１を保護することができる。
又、本実施形態によれば、検査用導電線２７−２を、主導電線２７−１と、幅方向で同位置となるようにしたから、前記曲率半径以外での、検査用導電線２７−２と主導電線２７−１との疲労劣化条件をさらに同じとすることができ、断線予知精度がさらに向上する。

なお、上記実施形態では、検査用導電線２７−２の幅寸法を主導電線２７−１の幅寸法と同等としたことで、検査用導電線２７−２の切断時期を主導電線２７−１の切断時期にさらに近接できたが、検査用導電線２７−２の切断時期と主ＦＰＣ板１４−１の切断時期とを若干離したほうが良い場合には、検査用導電線２７−２の幅寸法を主導電線２７−１の幅寸法より若干小さく（ほぼ同等）しても良い。又、主ＦＰＣ板１４−１の枚数は一枚に限られず、複数枚でも良い。

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、１４−０は保護シート、１４−１は主フレキシブルプリント配線板、１４−２は検査用フレキシブルプリント配線板、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、２６ａは円弧凹面、３３〜３５は接続端子を示す。

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、
   柔軟な絶縁樹脂性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て帯状に構成され、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フレキシブルプリント配線板と、
   前記主フレキシブルプリント配線板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同一厚みで且つ幅が同等の検査用導電線を形成して帯状に構成され、前記主フレキシブルプリント配線板の前記反転部の内側に円弧状の反転部を有して当該主フレキシブルプリント配線板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検査用フレキシブルプリント配線板と
   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、前記主フレキシブルプリント配線板の前記主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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