JP5402755B2 - 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ロボットの回転関節用配線装置に関する。

産業用のロボットは、ベースに複数のアームを回転関節によって順次結合して構成され、アームの先端である手首部には、通常、ハンドなどのエンドエフェクタが装着される。このような産業用のロボットでは、アームやエンドエフェクタなどの駆動源をなすモータに電源を供給したり、モータとロボットコントローラとの間で制御用信号を送受したりするケーブルが配線される。この場合の配線方式として、ケーブルをベースやアームの内部に通す内部配線方式と、ロボットの外面に沿って配線する外部配線方式とがある。

上記の２つの配線方式のいずれを採用するにせよ、回転関節部分では、相対回転する２つの部材（ベースとアーム、アームとアーム、アームと手首部など）の相対回転を阻害しないような配線構造とする必要がある。これに対して、２つの部材の相対回転をケーブルの捩れによって吸収する構成が従来より知られている。

しかし、上記構成の場合、ケーブルが断線し易いという問題や、ケーブルを断線し難くするためには回転関節用配線装置が大型化するという問題等があった。これらの問題を解消するために、本出願人は、フレキシブルプリント配線板を用いてロボットの回転関節用配線装置を構成する場合に、フレキシブルプリント配線板の早期摩耗を防止する構造を発明し、先に出願している（特願２０１０−１８５８０）。この構成によれば、フレキシブルプリント配線板が絡まったり、早期摩耗することがないから、長期にわたって使用することができる。

特開平１１−１９５８５０号公報 特開２００８−７１７１９号公報

さて、フレキシブルプリント配線板の端部には、接続用のコネクタ（接続端子）を手着している。このコネクタの大きさ（特には、幅寸法の大きさ）は、スリム（幅狭）な帯状のフレキシブルプリント配線板の本体の幅寸法よりも大きいため、フレキシブルプリント配線板の端部の形状は、上記コネクタの形状に合わせて幅広に形成することになる。この場合、フレキシブルプリント配線板の中間部分はスリム（幅狭）な帯状であることから、フレキシブルプリント配線板の端部の形状はほぼＴ字状となる。このような両端部がＴ字状のフレキシブルプリント配線板を製造する場合、フレキシブルプリント配線板の大きなシートから上記した両端部がＴ字状のフレキシブルプリント配線板を打ち抜き加工して製造している。しかし、このような製造方法の場合、フレキシブルプリント配線板を打ち抜き加工する際に、材料ロスが大きいという不具合があった。尚、特許文献１、２には、複雑な形状（具体的には、幅広の部分と幅狭な部分が混在した形状や、横方向に直角に突出する部分が存在する形状）のフレキシブルプリント配線板が記載されている。このような複雑な形状のフレキシブルプリント配線板を製造する場合も、フレキシブルプリント配線板の大きなシートから上記した各形状のフレキシブルプリント配線板を打ち抜き加工して製造しなければならないので、やはり材料ロスが大きいという不具合がある。

そこで、本発明の目的は、ロボットの回転関節用配線装置に組み込むフレキシブルプリント配線板を製造する際に、材料ロスを極力小さくすることができる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記載の発明においては、長尺な帯状、且つ、一端部から他端部まで幅寸法が一定の形状の折曲前フレキシブルプリント配線板に対して、その一端部近くから他端部まで前記折曲前フレキシブルプリント配線板を幅方向に２つ以上に均等に分割する１本以上の切れ目を入れることにより形成された、一端部が繋がった複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板を備え、前記複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板を、その繋がっている部分に近い部分で折り曲げることにより、前記複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板が互いに重なるように配置して、フレキシブルプリント配線板を構成した。この構成によれば、折曲前フレキシブルプリント配線板は細長い長方形の帯状になるので、このフレキシブルプリント配線板を、大きなシートのフレキシブルプリント配線板から打ち抜き加工する際に、材料ロスはほとんど無くなる。また、上記構成によれば、複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板を折り曲げて重ね合わせる際に、複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板の一端部が繋がっているから、一端部が繋がった状態で折り曲げ作業を実行できることから、その繋がった部分が位置合わせの目印（作業補助用）となり、位置合わせが行いやすく折り曲げ作業が容易になる。

請求項２記載の発明によれば、フレキシブルプリント配線板のうちの一端部が繋がった複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板は、折り曲げ方を調節することにより、前記ほぼ円弧状に反転させた反転部における最も内側の短冊状のフレキシブルプリント配線板の長さ寸法が最も短く構成され、以下外側の短冊状のフレキシブルプリント配線板の長さ寸法が順次長くなるように構成され、前記複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板の他端部を揃えて固定することにより、前記フレキシブルプリント配線板の前記ほぼ円弧状に反転させた反転部において、最も内側に位置するフレキシブルプリント配線板の曲率半径が最も小さくなり、中央に位置するフレキシブルプリント配線板の曲率半径が上記内側のそれよりも少し大きくなり、最も外側に位置するフレキシブルプリント配線板の曲率半径が上記中央のそれよりも更に少し大きくなる構成、即ち、前記反転部において、内側に位置するフレキシブルプリント配線板から外側に位置するフレキシブルプリント配線板が離れて互いの間に隙間が形成される構成を容易に得ることができる。

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 ＦＰＣ板の拡大断面図 複数枚のＦＰＣ板の重なり形態を示す断面図 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 保護柱の作用を説明するための拡大断面図 折り曲げる前のフレキシブルプリント配線板の平面図 折り曲げる前のフレキシブルプリント配線板に切れ目を入れたものの平面図 折り曲げる前のフレキシブルプリント配線板に切れ目と折れ目線を入れたものの平面図 フレキシブルプリント配線板を折り曲げる工程を示す図（その１） フレキシブルプリント配線板を折り曲げる工程を示す図（その２） フレキシブルプリント配線板を折り曲げる工程を示す図（その３） 産業用ロボットの斜視図 本発明の第２実施形態を示す図１３相当図 図１５相当図 図１６相当図 本発明の第３実施形態を示すフレキシブルプリント配線板の斜視図

以下、本発明の第１実施形態を図１ないし図１７に基づいて説明する。図１７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を収納してなる。尚、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路（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、案内路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の案内路２２にスライド可能に嵌合するようにして配線ケース１３内に収納されている。そして、回転板２４の突部２４ａが案内路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６にも示すように、複数枚重ねられて配線ケース１３内に収容されている。これらＦＰＣ板１４は、いずれも図４（ａ）および（ｂ）に示すように、複数本の導電線２７を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２８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２９を接着剤３０により接着してなる基本構成を有している。導電線２７は、電源線または信号線として使用される。この場合、ＦＰＣ板１４としては、図４（ａ）に示すように導電線２７が電源線２７−１として使用される電源用ＦＰＣ板１４−１と、図４（ｂ）に示すように信号線２７−２としてされる信号用ＦＰＣ板１４−２の２種類用意されている。これら、電源線２７−１と信号線２７−２は、厚さについては同一で、線幅については信号線２７−２の方が電源線２７−１よりも狭くなっている。また、信号線２７−２の本数については、図４（ｂ）では、４本図示しているが、もっと多数本形成するように構成しても良い。

そして、本実施形態では、電源用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、およびエンドエフェクタに電源を供給するためのもの、信号用ＦＰＣ板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信号を送受するため、および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。

複数枚のＦＰＣ板１４としては、電源用ＦＰＣ板１４−１および信号用ＦＰＣ板１４−２がそれぞれ所要枚数使用されている。例えば３枚のＦＰＣ板１４を重ね合わせる場合、１枚の信号用ＦＰＣ板１４−２を２枚の電源用ＦＰＣ板１４−１で挟むように重ね合わせる（図５参照）。このような構成の３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を製造する方法について、図１１ないし図１６を参照して説明する。

まず、上記３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１は、図１１に示すような一枚のＦＰＣ板（折曲前フレキシブルプリント配線板）５１から構成されている。このＦＰＣ板５１の形状は、長尺な帯状、且つ、一端部から他端部まで幅寸法が一定の形状である。上記ＦＰＣ板５１には、上記３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１にそれぞれ相当する領域５１−１、５１−２、５１−３が形成されている。

次に、図１２に示すように、ＦＰＣ板５１における一端部（図１２中の上端部）近くから、上記電源用ＦＰＣ板１４−１相当の領域５１−１と、電源用ＦＰＣ板１４−１相当の領域５１−３との境界に切れ目５１ａを入れ、電源用ＦＰＣ板１４−１相当の領域５１−３と信号用ＦＰＣ板１４−２相当の領域５１−２との境界に切れ目５１ｂを入れ、いわゆる暖簾のような形状に加工する。これにより、電源用ＦＰＣ板１４−１と、信号用ＦＰＣ板１４−２と、電源用ＦＰＣ板１４−１とが形成される。これら電源用ＦＰＣ板１４−１、信号用ＦＰＣ板１４−２、および、電源用ＦＰＣ板１４−１は、それぞれ帯状で且つ同一幅の短冊状である。

この後、図１６に示すように、左右両側の信号用ＦＰＣ板１４−２と電源用ＦＰＣ板１４−１の各一端部を折り曲げることにより、電源用ＦＰＣ板１４−１、信号用ＦＰＣ板１４−２、および、電源用ＦＰＣ板１４−１を重ねた状態にする。以下、この重ね方について、詳述する。

まず、図１３に示すように、左右両側の信号用ＦＰＣ板１４−２と電源用ＦＰＣ板１４−１の各一端部に、折り易くするために、折れ目線５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆを入れる。続いて、図１４に示すように、左側の信号用ＦＰＣ板１４−２を折れ目線５１ｃに沿って折り曲げ、右方へ延ばす。そして、図１５に示すように、上記折り曲げた信号用ＦＰＣ板１４−２を折れ目線５１ｄに沿って折ることにより、電源用ＦＰＣ板１４−１の上に重ねる。

次いで、右側の電源用ＦＰＣ板１４−１を折れ目線５１ｅに沿って折り曲げ、左方へ延ばす。この後、図１６に示すように、上記折り曲げた電源用ＦＰＣ板１４−１を折れ目線５１ｆに沿って折り曲げることにより、信号用ＦＰＣ板１４−２（および電源用ＦＰＣ板１４−１）の上に重ねる。これにより、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ね合わせたＦＰＣ板１４が製造される。

電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１と、信号用ＦＰＣ板１４−２とでは、図３に示すように、他端部側の長さが異なり、信号用ＦＰＣ板１４−２の方が、電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１よりも長尺となっている。そして、電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１、信号用ＦＰＣ板１４−２は、一端部側の部分１４ｄでほぼ直角に図３中上方に折り曲げられ、上方に延びる延長部１４ａが形成されている。

また、電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１は他端部側の部分１４ｅでほぼ直角に図３中下方に折り曲げられ、下方に延びる延長部１４ｂが形成されている。さらに、信号用ＦＰＣ板１４−２の他端部側の部分１４ｆもほぼ直角に図３中下方に折り曲げられ、下方に延びる延長部１４ｃが形成されている。

そして、電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１、信号用ＦＰＣ板１４−２の一端部である前記折曲部分１４ｄ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、電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１の他端部である前記折曲部分１４ｅ、信号用ＦＰＣ板１４−２の他端部である前記折曲部分１４ｆは筐体１５に連結されている。

具体的には、電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１、信号用ＦＰＣ板１４−２の前記折曲部分１４ｄ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、電源用ＦＰＣ板１４−１、１４−１の前記折曲部分１４ｅはスリット１５ａ内に挿入され、信号用ＦＰＣ板１４−２の前記折曲部分１４ｆ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Ｕ字状に折り返えされた状態になっている。そして、このＵ字状に折り返えされた部分Ｔ（ほぼ円弧状の反転部、以下、折り返し部分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。

また、図３に示すように、ＦＰＣ板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、ＦＰＣ板１４の導電線２７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の他端部の延長部１４ｂ、１４ｃのうち、スリット１５ａに保持された短尺な電源用ＦＰＣ板１４−１の他端部の延長部１４ｂには、接続端子３４が取着され、深溝１５ｂの先端部に保持された長尺な信号用ＦＰＣ板１４−２の他端部の延長部１４ｂには、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に保持された短尺な電源用ＦＰＣ板１４−１の延長部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、深溝１５ｂの先端部に保持された長尺な信号用ＦＰＣ板１４−２の延長部位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、３枚のＦＰＣ板１４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、互いに摺動可能になっている。このＦＰＣ板１４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字状の折り返し部分Ｔにおいて内側に位置するＦＰＣ板１４から外側に位置するＦＰＣ板１４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、折り返し部分Ｔにおいて外側に位置するＦＰＣ板１４ほど長く定められている。

回転関節用配線装置１２は以上のように構成されている。ここで、この回転関節用配線装置１２の組み立て手順の一例を説明する。まず、作業台上に第１の円板１７を載せ、筐体１５を第１の円板１７上に、円形嵌合突部１７ａに嵌合させるようにして載せる。次に、摺動補助器２３の回転板２４の突部２４ａを第１の円板１７の案内路２２に嵌め込むようにして摺動補助器２３を筐体１５内に収納する。

その後、前述したようにして製造された３枚のＦＰＣ板１４の一端部を止め具２１の差し込み溝２１ａに差し込んだ上で、当該止め具２１を芯部材１６の保持溝１６ａに嵌着する。次いで、ＦＰＣ板１４を、摺動補助器２３の内側において芯部材１６の周りに所要回数緩く巻き、続いて、ＦＰＣ板１４を摺動補助器２３の両端間の開口部に通して当該摺動補助器２３の内側から外側へと出し、そして、折り返して摺動補助器２３の外側に、内側と巻き方向を逆にして所要回数巻く。

次に、ＦＰＣ板１４のうち、短尺な電源用ＦＰＣ板１４−１の他端部の延長部１４ｂを筐体１５のスリット１５ａ内に外周側から入れると共に、長尺な信号用ＦＰＣ板１４−２の他端部の延長部１４ｃを、深溝１５ｂの先端部の内側に、筐体１５の外周側の開放口から入れる。そして、短尺な電源用ＦＰＣ板１４−１の他端部から長尺な信号用ＦＰＣ板１４−２の他端部に至る部分をスリット１５ａおよび深溝１５ｂ内に上方から挿入する。これにより、短尺な電源用ＦＰＣ板１４−１および長尺な信号用ＦＰＣ板１４−２の延長部１４ｂ、１４ｃがそれぞれスリット１５ａおよび深溝１５ｂの先端部から第１の円板１７側に導出された状態にする。

次に、第２の円板１８を、そのスリット１８ｂ内に芯部材１６から上向きに導出されている延長部１４ａを外周側から中心側に向けて挿入するようにしながら、筐体１５の上に配置して環状嵌合リブ１８ａを筐体１５の外周に嵌合する。最後に、第２の円板１８をねじ１９によって芯部材１６に固定する。以上により、回転関節用配線装置１２が組み立てられる。

さて、ＦＰＣ板１４を収納した配線ケース１３は、図１に示すように、筐体１５を金属製の保持筒３６に取り付けた上で、筐体１５およびリール２０の相対回転の中心を、手首７および前上アーム６の相対回転の中心に一致させるようにして回転関節部分に配置されている。そして、保持筒３６のフランジ３６ａが例えば手首７の軸部７ａにねじ３７によって固定されている。これにより、筐体１５が保持筒３６を介して手首７（ロボットの相対回転する一方の部材）に固定される。

筐体１５が手首７の軸部７ａに固定された配線ケース１３は、前上アーム６のアーム基枠９にねじ３８によって固定された取り付け枠３９の筒状収納部３９ａ内に収納されている。この筒状収納部３９ａは両端開放型で、一端部に、例えばＴ型の連結枠３９ｂが形成されており、この連結枠３９ｂが第２の円板１８を通して芯部材１６にねじ４０によって固定されている。これにより、リール２０が連結枠３９ｂを介して前上アーム６（ロボットの相対回転する他方の部材）に固定される。なお、連結枠３９ｂには、第２の円板１８のスリット１８ｂから外方に導出されたＦＰＣ板１４の延長部１４ａを通すためのスリット３９ｃが形成されている。そして、前記外カバー１０が取り付け枠３９を覆うようにしてアーム基枠９および取り付け枠３９に複数本のねじ４１によって固定されている。

配線ケース１３の第２の円板１８から導出されたＦＰＣ板１４の一方の延長部１４ａの接続端子３３は、前上アーム６内の所定部位に固定され、この接続端子３３に前上アーム６内に配線された図示しないケーブルが接続端子を介して接続される。また、配線ケース１３の筐体１５から第１の円板１７側に導出された２つの他方の延長部１４ｂ、１４ｃの接続端子３４、３５は、手首７内の所定部位に固定され、この接続端子３３に手首７内に配線された図示しないケーブルが接続端子を介して接続される。

以上のようにして前上アーム６内に配線されたケーブルと、手首７内に配線されたケーブルとが回転関節用配線装置１２を介して接続される。
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内への収納前の状態、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の折り返し部分Ｔでは、やはり真っ直ぐの状態に戻ろうとするために、折り返し部分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折り返し部分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、折り返し部分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折り返し部分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、折り返し部分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、折り返し部分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、折り返し部分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が折り返し部分Ｔ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。

このような構成の本実施形態においては、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を、図１１に示すような一枚のＦＰＣ板５１から構成した。具体的には、ＦＰＣ板５１における一端部（図１２中の上端部）近くから、上記電源用ＦＰＣ板１４−１相当の領域５１−１と、信号用ＦＰＣ板１４−２相当の領域５１−２と、電源用ＦＰＣ板１４−１相当の領域５１−３との各境界に切れ目５１ａ、５１ｂを入れ、いわゆる暖簾のような形状に加工した後、左右両側の信号用ＦＰＣ板１４−２と電源用ＦＰＣ板１４−１の各一端部を折り曲げることによって、電源用ＦＰＣ板１４−１、信号用ＦＰＣ板１４−２、および、電源用ＦＰＣ板１４−１を重ねた状態にした。この構成によれば、一枚の細長い長方形状のＦＰＣ板５１を、ＦＰＣ板の大きなシートから打ち抜き加工する（切り出す）だけであるから、従来構成（両端部にＴ字型部分が存在する細長い帯状のフレキシブルプリント配線板）とは異なり、材料ロスがほとんどなくなる。特に、上記実施形態では、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ねるに際して、一端部で繋がった状態の短冊状の３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１のうちの両側の２枚のＦＰＣ板１４−２、１４−１を折り曲げて重ねるだけであるから、繋がった部分が位置合わせの目印（作業補助用）となり、位置合わせが行い易く、且つ、折り曲げ作業が容易になるため、取扱性および作業性が向上する。

また、上記実施形態においては、一端部で繋がった状態の短冊状の３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１のうちの両側の２枚のＦＰＣ板１４−２、１４−１を折り曲げて重ねるので、２枚のＦＰＣ板１４−２、１４−１の折り曲げ後の長さ寸法は、折り曲げた分だけ短くなる。換言すると、２枚のＦＰＣ板１４−２、１４−１については、各長さ寸法を、折り曲げることにより細かく調節することができる。

図１８ないし図２０は、本発明の第２実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第２実施形態では、図１８中の右側の電源用ＦＰＣ板１４−１を、中央の電源用ＦＰＣ板１４−１の上に重ねるように折り曲げるときに、長尺方向の長さ寸法を調節するための専用の折り曲げを行うように構成した。

具体的には、図１８に示すように、右側の電源用ＦＰＣ板１４−１に、重ね合わせ用の折れ目線５１ｅ、５１ｆに加えて、長さ調節用の折れ目線５１ｇ、５１ｈを入れる。そして、左側の信号用ＦＰＣ板１４−２については、図１９に示すように、第１実施形態と同様にして折り曲げて電源用ＦＰＣ板１４−１上に重ね合わせる。

次に、右側の電源用ＦＰＣ板１４−１を折り曲げて重ね合わせるのであるが、まず、長さ寸法を調節するための折り曲げを行う。即ち、図１９において、右側の電源用ＦＰＣ板１４−１を長さ調節用の折れ目線５１ｇに沿って上方へ折り曲げる。続いて、上方へ折り曲げた右側の電源用ＦＰＣ板１４−１を長さ調節用の折れ目線５１ｈに沿って下方へ折り曲げる。これにより、長さ寸法を調節するための折り曲げが完了する。この後は、上記長さ調節用の折り曲げが完了した右側の電源用ＦＰＣ板１４−１について、図２０に示すように、第１実施形態と同様にして折り曲げて信号用ＦＰＣ板１４−２（および電源用ＦＰＣ板１４−１）上に重ね合わせる。

上述した以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２実施形態によれば、図１８中の右側の電源用ＦＰＣ板１４−１について、長さ調節用の折り曲げを行うように構成したので、折り曲げ後の電源用ＦＰＣ板１４−１の長さ寸法を細かく調整することができる。

尚、上記第２実施形態においては、長さ調節用の折り曲げ部位を、図１８中の右側の電源用ＦＰＣ板１４−１における重ね合わせ用の折り曲げ部位の上部に配設するように構成したが、これに代えて、長さ調節用の折り曲げ部位と重ね合わせ用の折り曲げ部位の位置関係を上下逆にしても良い。また、長さ調節用の折り曲げ部位を複数箇所設けるように構成しても良い。更に、図１８中の左側の信号用ＦＰＣ板１４−２に長さ調節用の折り曲げ部位を１箇所または複数箇所設けても良い。更にまた、図１８中の中央の電源用ＦＰＣ板１４−１に長さ調節用の折り曲げ部位を１箇所または複数箇所設けても良い。

また、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
ＦＰＣ板１４のプラスチックフィルムは、ポリイミドに限られず、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などであっても良い。

電源用ＦＰＣ板１４−１と信号用ＦＰＣ板１４−２とで長さを特に異ならせる必要はない。
摺動補助器２３の案内路２２は、第２の円板１８側に形成しても良い。

保護柱２６は、回転板２４の幅全体にわたる幅で形成しても良い。
ＦＰＣ板１４を重ねる枚数は、３枚に限定されるものではなく、２枚であっても良い。この構成の場合、折り曲げる前のＦＰＣ板の幅寸法は、２枚分のＦＰＣ板１４−１、１４−２の幅寸法を加算した寸法となる。また、折り曲げる前のＦＰＣ板に形成する切れ目は、１つとなる。

また、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ねる場合に、第１実施形態では、中央の電源用ＦＰＣ板１４−１の上に左側の信号用ＦＰＣ板１４−２を先に折り曲げて重ね、その後、右側の電源用ＦＰＣ板１４−１を折り曲げて重ねるように構成したが、右側の電源用ＦＰＣ板１４−１を先に折り曲げて重ね、その後、左側の信号用ＦＰＣ板１４−２を折り曲げて重ねるように構成しても良い。更に、中央の電源用ＦＰＣ板１４−１の一方の面上に左右両側の信号用ＦＰＣ板１４−２と電源用ＦＰＣ板１４−１を折り曲げて重ねるように構成したが、これに代えて、中央の電源用ＦＰＣ板１４−１の一方の面上に左側（または右側）の信号用ＦＰＣ板１４−２を折り曲げて重ね、中央の電源用ＦＰＣ板１４−１の他方の面上に右側（または左側）の電源用ＦＰＣ板１４−１を折り曲げて重ねるように構成しても良い。

更に、上記各実施形態では、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ねる構成としたが、これに限られるものではなく、このように３枚重ねたＦＰＣ板１４を複数重ねることにより、６枚以上のＦＰＣ板１４−１、１４−２を重ねる構成としても良い。また、４枚重ねた構成が必要な場合には、上記３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ねた構成に通常の１枚のＦＰＣ板１４を重ねるように構成しても良い。また、５枚重ねた構成が必要な場合には、上記３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ねた構成に通常の１枚のＦＰＣ板１４を２枚重ねるように構成しても良いし、上記３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ねた構成に、２枚のＦＰＣ板１４を重ねた構成を重ねるように構成しても良い。尚、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１の重ね合わせ方（および折り曲げ方）、上記した各重ね合わせ方（および折り曲げ方）以外の重ね合わせ方（および折り曲げ方）でも良い。また、電源用ＦＰＣ板１４−１および信号用ＦＰＣ板１４−２の重ね合わせ方および重ね合わせ枚数等については、種々様々の重ね合わせ方および重ね合わせ枚数を必要に応じて採用することが好ましい。

また、上記各実施形態においては、図１６または図２０に示すように、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１を重ね合わせて、３層のＦＰＣ板１４を形成するように構成したが、このとき、左右両側のＦＰＣ板１４−２とＦＰＣ板１４−１の一端部側を折り曲げたので、折り曲げたＦＰＣ板１４−２、１４−１の長さ寸法は、中央のＦＰＣ板１４−１の長さ寸法よりも短くなる。この場合、左右両側のＦＰＣ板１４−２およびＦＰＣ板１４−１の折り曲げ方（折り曲げ代の長さや回数等）を調節することにより、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１の長さ寸法を異ならせることが可能である。

そこで、例えば、中央（図１６中の最も奥側）のＦＰＣ板１４−１の長さ寸法を最も長くし、左側（図１６中の真中）のＦＰＣ板１４−２の長さ寸法を中とし、右側（図１６中の最も手前側）のＦＰＣ板１４−２の長さ寸法を最も短くした上で、これら重ね合わせた３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１の長さの異なる他端部を揃えて固定すると共に、ＦＰＣ板１４全体を円弧状に曲げる。すると、重ね合わせた３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１の一端部が繋がっていると共に、他端部の長さが異なるため、図２１に示す第３実施形態のように、Ｕ字状の折り返し部分Ｔ’ において、自動的に、内側に位置するＦＰＣ板１４−１から外側に位置するＦＰＣ板１４−２、１４−１が離れて互いの間に隙間が形成されるようになる。

即ち、最も内側に位置するＦＰＣ板１４−１の曲率半径が最も小さくなり、中央に位置するＦＰＣ板１４−２の曲率半径が上記内側のそれよりも少し大きくなり、最も外側に位置するＦＰＣ板１４−１の曲率半径が上記中央のそれよりも更に少し大きくなる構成を自動的に得ることができる。

これによって、図８または図９に示すように、配線ケース１３内に３枚重なったＦＰＣ板１４を収容したときに、摺動補助器２３の開放部分でＦＰＣ板１４のＵ字状の折り返し部分Ｔにおいて内側に位置するＦＰＣ板１４から外側に位置するＦＰＣ板１４が離れて互いの間に隙間が形成される構成を、簡単な構成にて容易に実現することができる。そして、上記したように、３枚のＦＰＣ板１４−１、１４−２、１４−１の各曲率半径を設定した後、図３に示すように、ＦＰＣ板１４の延長部１４ａ、１４ｂ、１４ｃをそれぞれ折り曲げて形成するように構成されている。

図面中、１は産業用ロボット、２はベース、４は下アーム、５は後上アーム、６は前上アーム、７は手首、８はフランジ、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、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は案内路、２３は摺動補助器、２４は回転板、２５はローラ、２６は保護柱、２７は導電線、３３、３４、３５は接続端子、３６は保持筒、３９は取り付け枠、５１はＦＰＣ板を示す。

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、
   複数の導電線を絶縁被覆した長尺な帯状をなすフレキシブルプリント配線板を複数枚重ねて構成され、円弧状に曲げら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フレキシブルプリント配線板と、を備え、
   前記フレキシブルプリント配線板は、長尺な帯状、且つ、一端部から他端部まで幅寸法が一定の形状の折曲前フレキシブルプリント配線板に対して、その一端部近くから他端部まで前記折曲前フレキシブルプリント配線板を幅方向に２つ以上に均等に分割する１本以上の切れ目を入れることにより形成された、一端部が繋がった全長の等しい複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板を備え、前記複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板を、その繋がっている部分に近い部分で折り曲げることにより、前記複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板が互いに重なるように配置されるとともに、前記複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板のうち折り曲げられていないフレキシブルプリント配線板は、円弧状に曲げられたとき曲率半径が最も大きく当該円弧の径方向外側に配置され、折り曲げられているフレキシブルプリント配線板は前記折り曲げられていないフレキシブルプリント配線板よりも曲率半径が小さく当該円弧の径方向内側に配置されることを特徴とするロボットの回転関節用配線装置。
2. 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を備え、
   前記フレキシブルプリント配線板は、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に収容され、
   前記筐体は、円筒状に形成され軸方向の両面が開放され、
   前記リールは、前記筐体の中心部に配置された円形の芯部材と、前記筐体の軸方向の両面を塞ぐように配置されて前記芯部材により互いに一体化された２枚の蓋板とを有し、
   前記摺動補助器は、前記芯部材の周りを取り巻く有端環状をなし前記配線ケース内に前記芯部材を中心に回転可能に配設された回転板を備え、前記複数のローラを前記回転板上に前記芯部材を取り巻くように配列して構成され、
   前記フレキシブルプリント配線板は、一端側が前記芯部材に連結され、前記摺動補助器の内側に位置する部分が当該摺動補助器の内周に沿うように巻かれると共に前記摺動補助器の両端間から当該摺動補助器の外側に導出された部分が前記摺動補助器の外側に当該摺動補助器の内側とは逆巻きとなるように巻かれ、
   前記フレキシブルプリント配線板のうちの一端部が繋がった複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板は、折り曲げ方を調節することにより、前記ほぼ円弧状に反転させた反転部における最も内側の短冊状のフレキシブルプリント配線板の長さ寸法が最も短く構成され、以下外側の短冊状のフレキシブルプリント配線板の長さ寸法が順次長くなるように構成され、
   前記複数の短冊状のフレキシブルプリント配線板の他端部を揃えて固定することにより、前記フレキシブルプリント配線板の前記ほぼ円弧状に反転させた反転部において、最も内側に位置するフレキシブルプリント配線板の曲率半径が最も小さくなり、中央に位置するフレキシブルプリント配線板の曲率半径が上記内側のそれよりも少し大きくなり、最も外側に位置するフレキシブルプリント配線板の曲率半径が上記中央のそれよりも更に少し大きくなるように構成したことを特徴とする請求項１記載のロボットの回転関節用配線装置。

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