JP6268845B2 - ロボットの回転関節用配線装置およびロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの回転関節用配線装置およびロボットに関する。

相対的に回転する２つの部材から構成される回転関節を１つまたは複数備えるロボットが広く用いられている。ロボットには、電力の供給や信号の送受信のための各種配線が設けられるが、ロボットの回転関節には、関節の回転に追随可能な配線装置が用いられる。

ロボットの回転関節用の配線装置の小型化や回転追随性の向上を図るために、比較的柔軟で薄肉な帯状のフレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣと呼ぶ）を厚さ方向に沿って複数重ねたフレキシブルプリント配線板アセンブリ（以下、ＦＰＣアセンブリと呼ぶ）を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この配線装置は、回転関節を構成する第１の部材に連結される筐体と、筐体との間に環状の案内空間が確保された状態で回転関節を構成する第２の部材に連結され、第２の部材の第１の部材に対する相対的な回転に伴い筐体に対して相対的に回転するリール部材とを備える。また、この配線装置に用いられるＦＰＣアセンブリには、折り返しの前後で厚さ方向が反転し、かつ、長さ方向が略９０度変わるように折り返された２つの折返し部が形成され、２つの折返し部に挟まれた中央部は上記案内空間内に収容され、第１の折返し部はリール部材に保持されてリール部材と共に動き、第２の折返し部は筐体に形成された２つの壁体の間に保持されて筐体と共に動く。

特開２０１１−１９４４９６号公報

上記従来の配線装置では、筐体に形成された２つの壁体の内の内側の壁体の縁が、ＦＰＣアセンブリの第２の折返し部に対向する状態となる場合があった。ＦＰＣアセンブリの第２の折返し部は、中央部と比較して厚さが２倍である。そのため、ＦＰＣアセンブリの中央部ではなく第２の折返し部が上記壁体の縁に対向する状態となると、回転関節の回転動作に伴い第２の折返し部と上記壁体の縁とが干渉して、最内側（回転関節の軸に近い側）に位置するＦＰＣにマイクロクラックが発生して断線を起こすおそれがあった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ロボットの回転関節用配線装置に用いられるＦＰＣにマイクロクラックが発生することを抑制することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の一適用例によれば、第１の部材と、前記第１の部材に対して所定の軸を中心に相対的に回転可能な第２の部材と、から構成されるロボットの回転関節に適用可能な配線装置が提供される。この配線装置は、前記第１の部材に連結される略円筒形状の筐体本体部を有する筐体と、前記筐体との間に前記軸を中心とする環状の案内空間が確保された状態で前記第２の部材に連結され、前記第２の部材の前記第１の部材に対する相対的な回転に伴い前記筐体に対して相対的に回転するリール部材と、厚さ方向に沿って互いに重ねられた複数の帯状のフレキシブルプリント配線板により構成されるフレキシブルプリント配線板アセンブリと、を備え、前記フレキシブルプリント配線板アセンブリは、折り返しの前後で厚さ方向が反転し、かつ、長さ方向が略９０度変わるように折り返された第１および第２の折返し部を有し、前記フレキシブルプリント配線板アセンブリにおける前記第１および第２の折返し部に挟まれた中央部は、前記案内空間内で延伸し、所定の位置で延伸方向を反転させて前記案内空間内で延伸するように、前記案内空間内に収容され、前記第１の折返し部は、前記リール部材に保持されて前記リール部材と共に動き、前記第２の折返し部は、前記筐体と共に動き、前記筐体本体部の内周面には、前記内周面から前記軸に向かう方向に突出し、前記案内空間における前記フレキシブルプリント配線板アセンブリの前記軸と平行な方向に沿った動きを制限する凸部が形成されていることを特徴とする。

本発明の一形態によれば、第１の部材と、前記第１の部材に対して所定の軸を中心に相対的に回転可能な第２の部材と、から構成されるロボットの回転関節に適用可能な配線装置が提供される。この配線装置は、前記第１の部材に連結される略円筒形状の筐体本体部と、前記筐体本体部に着脱可能であり、前記軸に直交する方向に沿って対向する２つの壁体を有するキャップ部と、を有する筐体と、前記筐体との間に前記軸を中心とする環状の案内空間が確保された状態で前記第２の部材に連結され、前記第２の部材の前記第１の部材に対する相対的な回転に伴い前記筐体に対して相対的に回転するリール部材と、前記案内空間内に前記軸を中心に回転可能に収容され、前記軸に平行な方向に延伸した複数のローラが前記軸を中心とした円弧上に並んで配置された摺動補助部材と、厚さ方向に沿って互いに重ねられた複数の帯状のフレキシブルプリント配線板により構成されるフレキシブルプリント配線板アセンブリと、を備え、前記フレキシブルプリント配線板アセンブリは、折り返しの前後で厚さ方向が反転し、かつ、長さ方向が略９０度変わるように折り返された第１および第２の折返し部を有し、前記フレキシブルプリント配線板アセンブリにおける前記第１および第２の折返し部に挟まれた中央部は、前記案内空間における前記複数のローラより内側を延伸し、所定の位置で延伸方向を反転させて前記案内空間における前記複数のローラより外側を延伸するように、前記案内空間内に収容され、前記第１の折返し部は、前記リール部材に保持されて前記リール部材と共に動き、前記第２の折返し部は、前記キャップ部における前記２つの壁体の内の内側の壁体の縁が前記第２の折返し部ではなく前記中央部に対向する状態で、前記２つの壁体の間に保持されて前記筐体と共に動き、前記フレキシブルプリント配線板アセンブリを構成する複数の前記フレキシブルプリント配線板は、少なくとも前記内側の壁体の前記縁に対向する位置において、互いに固定されていないことを特徴とする。この形態の配線装置によれば、キャップ部の内側壁体の縁が、比較的厚い第２の折返し部ではなく比較的薄い中央部に対向しているため、フレキシブルプリント配線板と内側壁体の縁との干渉が起こりにくくなり、フレキシブルプリント配線板におけるマイクロクラックの発生を抑制することができる。また、この形態の配線装置によれば、少なくとも内側壁体の縁に対向する位置において、複数のフレキシブルプリント配線板は互いに固定されていないため、あるフレキシブルプリント配線板に作用する応力は他のフレキシブルプリント配線板に伝わらず、仮にフレキシブルプリント配線板と内側壁体の縁との干渉が起こっても、当該干渉するフレキシブルプリント配線板に作用する応力の増大を抑制することができ、フレキシブルプリント配線板におけるマイクロクラックの発生をより確実に抑制することができる。

上記配線装置において、前記キャップ部は、前記軸に平行な方向に沿った前記キャップ部に対する前記フレキシブルプリント配線板アセンブリの動きを制限する制限部を有するとしてもよい。この形態の配線装置によれば、上記軸と平行な方向に沿ったキャップ部に対するフレキシブルプリント配線板アセンブリの余分な動きが制限されて、フレキシブルプリント配線板におけるマイクロクラックの発生をより確実に抑制することができると共に、キャップ部へのフレキシブルプリント配線板アセンブリの組み付けの際にフレキシブルプリント配線板アセンブリの脱落が防止され、組み付け性を向上させることができる。

上記配線装置において、前記制限部は、前記キャップ部の前記２つの壁体の内の外側の壁体から前記軸の方向に向かって突出する凸部であるとしてもよい。この形態の配線装置によれば、凸部によって上記軸に平行な方向に沿ったキャップ部に対するフレキシブルプリント配線板アセンブリの動きを制限することができる。

上記配線装置において、前記筐体の内周面には、前記内周面から前記軸に向かう方向に突出する凸部が形成されているとしてもよい。この形態の配線装置によれば、凸部によっても上記軸と平行な方向に沿ったキャップ部に対するフレキシブルプリント配線板アセンブリの余分な動きが制限され、フレキシブルプリント配線板におけるマイクロクラックの発生をより確実に抑制することができる。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

本発明は、ロボットの回転関節用配線装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、本発明は、そのような配線装置を備えるロボット等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態におけるロボット１０の概略構成を示す説明図である。 ロボット１０の回転関節の断面構成を示す説明図である。 配線装置１２の分解斜視図である。 配線装置１２の斜視図である。 配線装置１２の動作を示す説明図である。 配線装置１２の動作を示す説明図である。 キャップ部１５ａの詳細構成を示す説明図である。 キャップ部１５ａの詳細構成を示す説明図である。 キャップ部１５ａの詳細構成を示す説明図である。 キャップ部１５ａの詳細構成を示す説明図である。 キャップ部１５ａの詳細構成を示す説明図である。 キャップ部１５ａとＦＰＣアセンブリ１４との関係を示す説明図である。 キャップ部１５ａとＦＰＣアセンブリ１４との関係を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．ロボットの構成：
図１は、本発明の実施形態におけるロボット１０の概略構成を示す説明図である。本実施形態におけるロボット１０は、６軸の垂直多関節型の産業用ロボットである。

ロボット１０は、工場等の設置場所（サイト）の水平面に固定されるベース部２と、鉛直方向の第１の軸を中心に旋回可能にベース部２に支持されたショルダ部３と、水平方向の第２の軸を中心に旋回可能にショルダ部３に下端が支持された下アーム４と、水平方向の第３の軸を中心に旋回可能に下アーム４の先端に支持された後上アーム５と、上記第３の軸に直交する第４の軸を中心に捻り回転可能に後上アーム５に支持された前上アーム６と、上記第４の軸に直交する第５の軸を中心に旋回可能に前上アーム６の先端に支持された手首７と、上記第５の軸に直交する第６の軸を中心に捻り回転可能に手首７に支持されたフランジ８とを備えている。フランジ８には、例えばワークを把持するためのハンドといったエンドエフェクタが取り付け可能である。なお、エンドエフェクタとして、ハンド以外のもの（例えば視覚検査用のカメラ）も取り付け可能である。

図２は、後上アーム５と前上アーム６とで構成される回転関節の断面構成を示している。以降の説明では、後上アーム５と前上アーム６とで構成される回転関節の回転軸ＲＡに沿って、前上アーム６が位置する側を先端側と呼び、後上アーム５が位置する側を基端側と呼ぶ。図２に示すように、後上アーム５は、アーム基枠３１が外カバー３２によって覆われた構成を有している。後上アーム５のアーム基枠３１の先端側には、軸穴３１ａが形成されている。また、前上アーム６は、アーム基枠３３を有している。前上アーム６のアーム基枠３３の基端側には、筒状の軸部３３ａが設けられている。前上アーム６のアーム基枠３３の軸部３３ａは、後上アーム５のアーム基枠３１の軸穴３１ａに嵌合された状態で、クロスローラベアリング１１によって軸穴３１ａに対して相対的に回転可能となっている。前上アーム６は、このような回転関節構造によって、後上アーム５に対して回転軸ＲＡを中心に回転可能に支持されている。ロボット１０における他の回転関節の構造も同様である。

ロボット１０の各回転関節は、アクチュエータとしてのサーボモータ（図示しない）により駆動される。ロボット１０の内部には、サーボモータやエンドエフェクタに電源を供給する電源線や、サーボモータやエンドエフェクタとロボットコントローラ（図示しない）との間で制御信号を送受信するための信号線が設けられている。このようなロボット１０の内部の配線には、各回転関節における高速回転運動に追随可能であることが求められる。そのため、本実施形態のロボット１０では、各回転関節における配線のために、図２から図４に示す回転関節用配線装置（以下、配線装置とも呼ぶ）１２が用いられる。図２から図４には、後上アーム５と前上アーム６とで構成される回転関節に用いられる配線装置１２の構成を示しているが、他の回転関節に用いられる配線装置の構成も同様である。図２には、配線装置１２の断面構成を示しており、図３は、配線装置１２の分解斜視図であり、図４は、配線装置１２の斜視図である。各図において、配線装置１２の構成の理解を容易にするために、配線装置１２の構成の一部の図示を適宜省略している。

図２から図４に示すように、配線装置１２は、配線ケース１３と、配線ケース１３内に一部が収容されたフレキシブルプリント配線板アセンブリ１４とを備えている。図３および図４に示すように、フレキシブルプリント配線板アセンブリ１４は、複数の帯状のフレキシブルプリント配線板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ、フレキシブルプリント回路基板とも呼ばれる）１４−１ないし１４−８が厚さ方向に沿って重ねられたものである。以降の説明では、フレキシブルプリント配線板をＦＰＣと呼び、フレキシブルプリント配線板アセンブリをＦＰＣアセンブリと呼ぶ。ＦＰＣ１４−１ないし１４−８は、電源供給用または信号送受用の導電線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）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）を接着剤により接着した基本構成を有しており、比較的柔軟で薄肉である。ＦＰＣアセンブリ１４を構成する各ＦＰＣ１４−１から１４−８は、互いに接着等によって固定されていない。すなわち、各ＦＰＣ１４−１から１４−８は互いに摺動可能となっている。

図２および図３に示すように、配線ケース１３は、筐体１５と、芯部材１７と、円板部材１８とから構成されている。筐体１５と芯部材１７と円板部材１８とは、樹脂材料により形成されている。

筐体１５は、両面が開放された略円筒形状の筐体本体部１５ｂと、筐体本体部１５ｂに着脱可能なキャップ部１５ａとを備える。キャップ部１５ａは、筐体本体部１５ｂに形成された切り欠き部１５ｅを埋めるように、筐体本体部１５ｂに装着される。キャップ部１５ａは、回転軸ＲＡに直交する方向に沿って対向する２つの壁体（内側壁体５３および外側壁体５２）を有する（図２参照）。キャップ部１５ａの構成については、後に詳述する。筐体本体部１５ｂの内周面の比較的先端側には、回転軸ＲＡに向かう方向に突出する凸部１５ｃが形成されている。凸部１５ｃは、筐体本体部１５ｂの内周面と回転軸ＲＡに直交する仮想平面との交線（円）に沿って連続的に形成されている。また、筐体本体部１５ｂの基端側縁には、他の部分より内径の大きい略円筒形状の拡径部１５ｄが形成されている。

芯部材１７は、輪状の大径輪部１７ｂと、大径輪部１７ｂより径の小さい輪状の小径輪部１７ｃと、大径輪部１７ｂの内周縁と小径輪部１７ｃの外周縁とを連結する略円筒形状の側壁部１７ａとから構成されている。側壁部１７ａには、基端側に開口するスリット１７ｄが形成されている。また、小径輪部１７ｃには、複数の開口１７ｅが形成されており、回転軸ＲＡに平行な方向に沿って各開口１７ｅと対向する側壁部１７ａの位置には、回転軸ＲＡに向かう方向に突出する凸部１７ｆが形成されている。

円板部材１８は、中央に孔が形成された略円板形状の部材である。円板部材１８における芯部材１７の各開口１７ｅに対応する位置には、先端側へと突出する凸部１８ａが形成されている。各凸部１８ａには、芯部材１７の側壁部１７ａに設けられた凸部１７ｆと係合するための開口１８ｂが形成されている。

図２および図４に示すように、芯部材１７は、小径輪部１７ｃが基端側に位置し大径輪部１７ｂが先端側に位置する姿勢で、略円筒形状の筐体１５の内側に収容される。このとき、芯部材１７の大径輪部１７ｂの外縁が筐体本体部１５ｂの内周面に形成された凸部１５ｃと干渉することによって、芯部材１７の基端側への移動が制限される。また、図２に示すように、円板部材１８は、芯部材１７の小径輪部１７ｃの基端側に載置される。このとき、円板部材１８の凸部１８ａが芯部材１７の小径輪部１７ｃに形成された開口１７ｅに挿入され、凸部１８ａに形成された開口１８ｂ内に芯部材１７の凸部１７ｆが係合する。これにより、円板部材１８は芯部材１７に固定される。この互いに固定された芯部材１７および円板部材１８は、請求項におけるリール部材に相当する。円板部材１８の直径は、筐体１５の拡径部１５ｄの内径より小さく、かつ、筐体１５の他の部分の内径より大きい。そのため、円板部材１８の外縁が筐体１５と干渉することによって、円板部材１８および芯部材１７（リール部材）の先端側への移動が制限される。このようにして、筐体１５と円板部材１８および芯部材１７（リール部材）とが組み立てられ、配線ケース１３として構成される。配線ケース１３において、芯部材１７の側壁部１７ａの外周面と筐体１５の内周面との間に、回転軸ＲＡを中心とする環状の案内空間ＧＳが確保される。

図２に示すように、筐体１５は、中継部材３５およびネジ３６，３７を介して、前上アーム６（アーム基枠３３）に固定されている。一方、芯部材１７は、中継部材３９およびネジ１９，３８，４１を介して、後上アーム５（アーム基枠３１および外カバー３２）に固定されている。そのため、前上アーム６が後上アーム５に対して回転軸ＲＡを中心に相対的に回転すると、前上アーム６に固定された筐体１５は、後上アーム５に固定された芯部材１７（および芯部材１７に固定された円板部材１８）に対して回転軸ＲＡを中心に相対的に回転する。この回転の際にも、筐体１５と芯部材１７および円板部材１８との間には、環状の案内空間ＧＳが確保される。なお、前上アーム６は、請求項における第１の部材に相当し、後上アーム５は、請求項における第２の部材に相当する。

図２から図４に示すように、筐体１５、芯部材１７および円板部材１８で構成される配線ケース１３の案内空間ＧＳ内には、摺動補助部材２３が収容されている。摺動補助部材２３は、輪状の回転板２４と、回転板２４の基端側表面から回転軸ＲＡに平行な方向に延伸した複数のローラ２５および１つの保護柱２６とを備えている。回転板２４は、芯部材１７の大径輪部１７ｂの基端側表面上を、回転軸ＲＡを中心に回転可能である。また、複数のローラ２５は、回転軸ＲＡを中心とした円弧上に並んで配置されている。各ローラ２５は、回転軸ＲＡに平行な軸を中心に自転可能である。

図３に示すように、ＦＰＣアセンブリ１４は、２つの折返し部（第１の折返し部１４ｂおよび第２の折返し部１４ｄ）を有する。２つの折返し部１４ｂ、１４ｄのそれぞれは、折返し部の前後で、ＦＰＣアセンブリ１４の厚さ方向が反転し、かつ、長さ方向が略９０度変わるように折り返された部分である。ＦＰＣアセンブリ１４において、２つの折返し部１４ｂ、１４ｄに挟まれた部分を中央部１４ｃと呼び、第１の折返し部１４ｂを挟んで中央部１４ｃと隣接する部分を第１の周縁部１４ａと呼び、第２の折返し部１４ｄを挟んで中央部１４ｃと隣接する部分を第２の周縁部１４ｅと呼ぶ。折返し部１４ｂ、１４ｄは、折り返されていることから、他の部分（中央部１４ｃ、第１の周縁部１４ａ、第２の周縁部１４ｅ）と比較して厚さが略２倍である。第１の周縁部１４ａにおける第１の折返し部１４ｂ側とは反対側の端部には、接続端子４３が設けられており、第２の周縁部１４ｅにおける第２の折返し部１４ｄ側とは反対側の端部には、接続端子４４が設けられている。

図２および図４に示すように、ＦＰＣアセンブリ１４の第１の折返し部１４ｂは、芯部材１７のスリット１７ｄ内に挿入されて保持される。ＦＰＣアセンブリ１４の第２の折返し部１４ｄは、筐体１５のキャップ部１５ａの外側壁体５２と内側壁体５３との間に挿入されて保持される。また、ＦＰＣアセンブリ１４の中央部１４ｃは、厚さ方向が回転軸ＲＡに略直交した姿勢で、配線ケース１３内に形成された案内空間ＧＳ内に収容される。具体的には、中央部１４ｃは、芯部材１７のスリット１７ｄ内に保持された第１の折返し部１４ｂとの境界部分から、案内空間ＧＳにおける各ローラ２５よりも内側の位置を回転軸ＲＡを中心とした円弧状に延伸し、保護柱２６の手前の位置で巻き方向が反転されて案内空間ＧＳにおける各ローラ２５よりも外側の位置を円弧状に延伸し、筐体１５のキャップ部１５ａの外側壁体５２と内側壁体５３との間に保持された第２の折返し部１４ｄとの境界部分に至るような姿勢である。すなわち、中央部１４ｃは、二重の円弧状の姿勢で案内空間ＧＳ内に収容されている。なお、中央部１４ｃにおける巻き方向が反転された部分を反転部Ｔと呼ぶ。

ＦＰＣアセンブリ１４の第１の周縁部１４ａは、配線ケース１３から後上アーム５の方向に延伸している。第１の周縁部１４ａの先端に設けられた接続端子４３は、後上アーム５の図示しない接続端子に接続される。同様に、ＦＰＣアセンブリ１４の第２の周縁部１４ｅは、配線ケース１３から前上アーム６の方向に延伸している。第２の周縁部１４ｅの先端に設けられた接続端子４４は、前上アーム６の図示しない接続端子に接続される。これにより、後上アーム５における各種配線と前上アーム６における各種配線とが、ＦＰＣアセンブリ１４を介して接続される。

Ａ−２．配線装置の動作：
上記構成を有する配線装置１２の動作について説明する。図５および図６は、配線装置１２の動作を示す説明図である。図５および図６には、配線装置１２（ただし円板部材１８が取り付けられていない状態）の基端側から見た平面構成を示している。図５に示す状態から、後上アーム５の前上アーム６に対する相対回転に伴い後上アーム５に固定された芯部材１７が筐体１５に対して図５の矢印方向に相対回転すると、図６に示す状態になる。反対に、図６に示す状態から、芯部材１７が筐体１５に対して図６の矢印方向に相対回転すると、図５に示す状態になる。

芯部材１７が筐体１５に対して相対回転すると、芯部材１７のスリット１７ｄと筐体１５のキャップ部１５ａとの相対位置関係が変化する。上述したように、芯部材１７のスリット１７ｄにはＦＰＣアセンブリ１４の第１の折返し部１４ｂが保持されており、筐体１５のキャップ部１５ａにはＦＰＣアセンブリ１４の第２の折返し部１４ｄが保持されている。そのため、スリット１７ｄとキャップ部１５ａとの相対位置関係が変化すると、それに対応して、ＦＰＣアセンブリ１４の第１の折返し部１４ｂと第２の折返し部１４ｄとの相対位置関係が変化する。このＦＰＣアセンブリ１４の第１の折返し部１４ｂと第２の折返し部１４ｄとの相対位置関係の変化は、図５および図６に示すように、中央部１４ｃの案内空間ＧＳ内での姿勢変化によって吸収される。この中央部１４ｃの姿勢変化は、ローラ２５の自転や、摺動補助部材２３自体の回転によって補助（促進）される。以上のような配線装置１２の動作により、ロボット１０の内部の配線は、各回転関節における回転運動に追随することができる。

Ａ−３．筐体のキャップ部の構成およびＦＰＣアセンブリとの位置関係：
上述した筐体１５のキャップ部１５ａの詳細構成およびキャップ部１５ａとＦＰＣアセンブリ１４との関係について説明する。図７から図１１は、キャップ部１５ａの詳細構成を示す説明図である。図７には、キャップ部１５ａの正面構成（キャップ部１５ａを挟んで回転軸ＲＡとは反対側から見た構成）を示しており、図８には、キャップ部１５ａの背面構成（回転軸ＲＡの側から見た構成）を示しており、図９には、キャップ部１５ａの右側面構成を示しており、図１０には、キャップ部１５ａの左側面構成を示しており、図１１には、先端側から見たキャップ部１５ａの平面構成を示している。

上述したように、キャップ部１５ａは、筐体本体部１５ｂに装着された状態で回転軸ＲＡに直交する方向に沿って対向する２つの壁体（内側壁体５３および外側壁体５２）を有している。内側壁体５３および外側壁体５２は、キャップ部１５ａの基端側に位置する底板５１から先端側に向かって延伸するように形成されている。外側壁体５２の先端側縁には、回転軸ＲＡの方向に向かって突出する凸部５７が形成されている。また、正面から見てキャップ部１５ａの左右端には、筐体本体部１５ｂへの装着・固定のためのガイド部５４が形成されている。キャップ部１５ａは、ガイド部５４が筐体本体部１５ｂに形成された溝に係合した状態で筐体本体部１５ｂの切り欠き部１５ｅの位置にスライド挿入され、ガイド部５４の凸部が筐体本体部１５ｂに形成された穴に係合することによって筐体本体部１５ｂに固定される。

図１２および図１３は、キャップ部１５ａとＦＰＣアセンブリ１４との位置関係を示す説明図である。図１２および図１３は、それぞれ、図７および図８にＦＰＣアセンブリ１４の位置を加筆した図である。上述したように、ＦＰＣアセンブリ１４の第２の折返し部１４ｄは、キャップ部１５ａの外側壁体５２と内側壁体５３との間に挿入されて保持される。ここで、図１３に示すように、第２の折返し部１４ｄは、内側壁体５３に覆われており、内側壁体５３の縁５３ａには対向していない。内側壁体５３の縁５３ａは、第２の折返し部１４ｄではなく、中央部１４ｃに対向している。また、凸部５７は、回転軸ＲＡに平行な方向に沿って、ＦＰＣアセンブリ１４の中央部１４ｃと隙間を介して対向している。

配線装置１２の回転動作に伴い、ＦＰＣアセンブリ１４を構成するＦＰＣの内、最も内側（回転軸ＲＡに近い側）に位置するＦＰＣは内側壁体５３の縁５３ａに干渉（接触）する場合がある。このような干渉は、ＦＰＣにマイクロクラックが発生する原因となる。本実施形態の配線装置１２では、内側壁体５３の縁５３ａは、ＦＰＣアセンブリ１４において比較的薄い中央部１４ｃに対向しているため、比較的厚い第２の折返し部１４ｄに対向している場合と比較して、ＦＰＣと内側壁体５３の縁５３ａとの干渉が起こりにくくなり、ＦＰＣにおけるマイクロクラックの発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態の配線装置１２では、ＦＰＣアセンブリ１４を構成する各ＦＰＣは、互いに固定されておらず摺動可能になっている。そのため、あるＦＰＣに作用する応力は他のＦＰＣに伝わらないため、仮にＦＰＣと内側壁体５３の縁５３ａとの干渉が起こっても、当該干渉するＦＰＣに作用する応力の増大を抑制することができ、ＦＰＣにおけるマイクロクラックの発生をより確実に抑制することができる。

また、本実施形態の配線装置１２では、筐体１５のキャップ部１５ａの外側壁体５２に回転軸ＲＡの方向に向かって突出する凸部５７が形成されているため、回転軸ＲＡと平行な方向に沿ったキャップ部１５ａに対するＦＰＣアセンブリ１４の余分な動きが制限されて、ＦＰＣにおけるマイクロクラックの発生をより確実に抑制することができると共に、キャップ部１５ａへのＦＰＣアセンブリ１４の組み付けの際にＦＰＣアセンブリ１４の脱落が防止され、組み付け性を向上させることができる。なお、凸部５７は、請求項における制限部に相当する。

また、本実施形態の配線装置１２では、筐体１５の内周面に、回転軸ＲＡに向かう方向に突出する凸部１５ｃが形成されているため、この凸部１５ｃによっても回転軸ＲＡと平行な方向に沿ったキャップ部１５ａに対するＦＰＣアセンブリ１４の余分な動きが制限されて、ＦＰＣにおけるマイクロクラックの発生をより確実に抑制することができる。

本実施形態の配線装置１２を用いて耐久試験を行った結果、ＩＳＯに規定されたロボットの耐久性の目標値を大きく上回る回数の回転動作実行後にもＦＰＣアセンブリ１４にマイクロクラックが発生しないことを確認した。

なお、例えば自動車のステアリング構造にはフレキシブルフラットケーブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ、以下、ＦＦＣと呼ぶ）を用いた配線装置が用いられる場合があるが、自動車のステアリングの使用態様（回転速度やトルク、回転動作頻度等）や要求される耐久性は、ロボットの回転関節の使用態様や要求耐久性と大きく異なる。また、ＦＦＣ自体もＦＰＣとはその性質（柔軟性、厚さ、軽さ、表面性状（例えば滑りやすさ）等）が大きく異なる。そのため、ＦＦＣを用いた自動車のステアリング構造に用いられる配線装置は、ロボットの回転関節に適用できるものではない。本願の発明者は、ロボットの回転関節の上記特性を考慮して、ＦＰＣを用いた上述の配線装置を発明したものである。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態におけるロボット１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、配線装置１２は、６軸の垂直多関節型の産業用ロボット１０に適用されているが、上記実施形態の配線装置１２は、７軸以上または５軸以下の垂直多関節型や、単関節型、水平型といった他の形式のロボットの回転関節にも適用可能である。

上記実施形態における配線装置１２の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ＦＰＣアセンブリ１４は、８枚のＦＰＣから構成されているが、ＦＰＣアセンブリ１４が２−７枚、あるいは、９枚以上のＦＰＣから構成されるとしてもよい。また、ＦＰＣアセンブリ１４が、第１の折返し部１４ｂおよび第２の折返し部１４ｄの他に折返し部を有するとしてもよい。また、上記実施形態では、芯部材１７と円板部材１８とからリール部材が構成されるとしているが、リール部材は単一の部材から構成されるとしてもよい。また、上記実施形態では、筐体１５と芯部材１７と円板部材１８とは、樹脂材料により形成されているとしているが、これらの一部または全部が金属等の他の材料により形成されているとしてもよい。また、上記実施形態では、ＦＰＣアセンブリ１４を構成する各ＦＰＣは互いに接着等によって固定されていないとしているが、必ずしも全長にわたって非固定である必要はなく、少なくともキャップ部１５ａの内側壁体５３の縁５３ａに対向する位置において非固定であれば、ＦＰＣと内側壁体５３の縁５３ａとの干渉が起こっても当該干渉するＦＰＣに作用する応力の増大を抑制することができ、ＦＰＣにおけるマイクロクラックの発生を抑制することができる。

また、上記実施形態では、回転軸ＲＡに平行な方向に沿ったキャップ部１５ａに対するＦＰＣアセンブリ１４の動きを制限する構成として、外側壁体５２に凸部５７が形成されているが、他の構成によって上記制限が実現されるとしてもよい。例えば、内側壁体５３の表面から回転軸ＲＡとは反対の方向に向かって突出する凸部を形成することによって上記制限を実現することも可能である。

２…ベース部
３…ショルダ部
４…下アーム
５…後上アーム
６…前上アーム
７…手首
８…フランジ
１０…ロボット
１１…クロスローラベアリング
１２…配線装置
１３…配線ケース
１４…フレキシブルプリント配線板アセンブリ
１４ａ…第１の周縁部
１４ｂ…第１の折返し部
１４ｃ…中央部
１４ｄ…第２の折返し部
１４ｅ…第２の周縁部
１５…筐体
１５ａ…キャップ部
１５ｂ…筐体本体部
１５ｃ…凸部
１５ｄ…拡径部
１５ｅ…切り欠き部
１７…芯部材
１７ａ…側壁部
１７ｂ…大径輪部
１７ｃ…小径輪部
１７ｄ…スリット
１７ｅ…開口
１７ｆ…凸部
１８…円板部材
１８ａ…凸部
１８ｂ…開口
１９…ネジ
２３…摺動補助部材
２４…回転板
２５…ローラ
２６…保護柱
３１…アーム基枠
３１ａ…軸穴
３２…外カバー
３３…アーム基枠
３３ａ…軸部
３５…中継部材
３６…ネジ
３９…中継部材
４３…接続端子
４４…接続端子
５１…底板
５２…外側壁体
５３…内側壁体
５３ａ…縁
５４…ガイド部
５７…凸部
Ｔ…反転部
ＲＡ…回転軸
ＧＳ…案内空間

Claims (5)

1. 第１の部材と、前記第１の部材に対して所定の軸を中心に相対的に回転可能な第２の部材と、から構成されるロボットの回転関節に適用可能な配線装置であって、
   前記第１の部材に連結される略円筒形状の筐体本体部を有する筐体と、
   前記筐体との間に前記軸を中心とする環状の案内空間が確保された状態で前記第２の部材に連結され、前記第２の部材の前記第１の部材に対する相対的な回転に伴い前記筐体に対して相対的に回転するリール部材と、
   厚さ方向に沿って互いに重ねられた複数の帯状のフレキシブルプリント配線板により構成されるフレキシブルプリント配線板アセンブリと、を備え、
   前記フレキシブルプリント配線板アセンブリは、折り返しの前後で厚さ方向が反転し、かつ、長さ方向が略９０度変わるように折り返された第１および第２の折返し部を有し、
   前記フレキシブルプリント配線板アセンブリにおける前記第１および第２の折返し部に挟まれた中央部は、前記案内空間内で延伸し、所定の位置で延伸方向を反転させて前記案内空間内で延伸するように、前記案内空間内に収容され、
   前記第１の折返し部は、前記リール部材に保持されて前記リール部材と共に動き、
   前記第２の折返し部は、前記筐体と共に動き、
   前記筐体本体部の内周面には、前記内周面から前記軸に向かう方向に突出し、前記案内空間における前記フレキシブルプリント配線板アセンブリの前記軸と平行な方向に沿った動きを制限する凸部が形成されている、
   配線装置。
2. 請求項１に記載の配線装置であって、
   前記案内空間内に前記軸を中心に回転可能に収容され、前記軸に平行な方向に延伸した複数のローラが前記軸を中心とした円弧上に並んで配置された摺動補助部材を備え、
   前記筐体は、前記筐体本体部に着脱可能であり、前記軸に直交する方向に沿って対向する２つの壁体を有するキャップ部、を有し、
   前記フレキシブルプリント配線板アセンブリにおける前記第１および第２の折返し部に挟まれた中央部は、前記案内空間における前記複数のローラより内側を延伸し、所定の位置で延伸方向を反転させて前記案内空間における前記複数のローラより外側を延伸するように、前記案内空間内に収容され、
   前記第２の折返し部は、前記キャップ部における前記２つの壁体の内の内側の壁体の縁が前記第２の折返し部ではなく前記中央部に対向する状態で、前記２つの壁体の間に保持されて前記筐体と共に動き、
   前記フレキシブルプリント配線板アセンブリを構成する複数の前記フレキシブルプリント配線板は、少なくとも前記内側の壁体の前記縁に対向する位置において、互いに固定されていないことを特徴とする、配線装置。
3. 請求項２に記載の配線装置であって、
   前記キャップ部は、前記軸に平行な方向に沿った前記キャップ部に対する前記フレキシブルプリント配線板アセンブリの動きを制限する制限部を有することを特徴とする、配線装置。
4. 請求項３に記載の配線装置であって、
   前記制限部は、前記キャップ部の前記２つの壁体の内の外側の壁体から前記軸の方向に向かって突出する凸部であることを特徴とする、配線装置。
5. 前記第１の部材と、
   前記第２の部材と、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の配線装置と、を備えることを特徴とする、ロボット。

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