JP7040431B2 - ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、ケーブルに関する。

近年、工場等で用いられる産業用ロボットとして、水平方向にアームが動作するスカラロボット（水平多関節ロボット）が広く用いられてきている。スカラロボットでは、アームの先端部から基端部にわたって、可動部越しにアーチ状に屈曲した状態でケーブルが設けられることが多い。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特許第４９７９０７５号公報

上述のスカラロボット等では、アームが高速動作すると、当該動作によってアーチ状に配策されたケーブルが揺動する。アームの高速動作が繰り返し行われることに伴い、ケーブルが高速度で繰り返し揺動することになる。揺動するケーブルには、当該ケーブルの揺動する方向に対して応力が加わるが、ケーブルが当該応力に耐えられなくなって大きく振られてしまい、ケーブルがアームの高速動作に追従して揺動しなくなるという課題や、応力が集中するケーブルの端末部分にてケーブルの断線が発生しやすいという課題がある。

ケーブルの端末部分の断線を抑制するために、端末部分のケーブルの周囲を被覆するブッシュを大きくすることも考えられるが、この場合、ブッシュを配置するスペースを確保する必要があり設計上の制約事項が生じてしまうことや、アームの高速動作に対してケーブルが追従するときのしなやかなケーブルの動きが低下するおそれがある。

そこで、本発明は、可動部越しにアーチ状に配線された場合であっても、可動部の高速動作で生じる揺動によって振られにくく断線が発生しにくいケーブルを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、ケーブル中心を中心軸として前記ケーブル中心の周囲に螺旋状に撚り合わされた複数の電線と、前記複数の電線の周囲を一括して覆うように設けられたシースと、を備え、前記複数の電線は、電源線と、信号線と、を含み、前記電源線は、中心部に配置された介在の周囲に複数の絶縁電線が撚り合わされた集合体と、前記集合体の周囲に設けられた第１内部シースと、を有し、前記信号線は、介在の周囲に複数の対撚線が撚り合わされた対撚線集合体と、前記対撚線集合体の周囲に設けられたシールド層と、前記シールド層の周囲に設けられた第２内部シースと、を有する、ケーブルを提供する。

本発明によれば、可動部越しにアーチ状に配線された場合であっても、可動部の高速動作で生じる揺動によって振られにくく断線が発生しにくいケーブルを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係るケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。ケーブル１は、例えば、スカラロボット等の産業用ロボットにおいて、アームの関節等の可動部越しにアーチ状に屈曲した状態で配置されるものである。

図１に示すように、ケーブル１は、ケーブル中心を中心軸として前記ケーブル中心の周囲に螺旋状に撚り合わされた複数の電線３と、複数の電線３の周囲を一括して覆うように設けられたシース４と、を備えている。

複数の電線３は、電源供給用の電源線５と、信号伝送用の信号線６と、を含んでいる。ここでは、複数の電線３として、２本の電源線５と１本の信号線６とを有する場合について説明するが、電源線５や信号線６の本数はこれに限定されず、電源線５や信号線６以外の電線３を含んでもよい。

電源線５は、銅等の電気良導体からなる素線（例えば、０．１２ｍｍ以下の外径を有する素線）を撚り合わせた撚線導体５１ａの外周にＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂からなる絶縁体５１ｂを被覆した複数の絶縁電線５１と、これら複数の絶縁電線５１を撚り合わせた集合体５２の外周に螺旋状に巻き回された押さえ巻きテープ５３と、押さえ巻きテープ５３の外周に設けられ、集合体５２を一括して被覆する第１内部シース５４と、を有している。押さえ巻きテープ５３としては、紙テープや不織布からなるテープ等を用いることができる。第１内部シース５４としては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂からなるもの等を用いることができる。

本実施の形態では、電源線５の中心部に介在５５を設け、その介在５５の周囲に５本の絶縁電線５１を螺旋状に巻き付け、さらにその外周に１０本の絶縁電線５１を螺旋状に巻き付けることで、合計１５本の絶縁電線５１を用いて集合体５２を構成した。なお、集合体５２を構成する絶縁電線５１の数はこれに限定されない。介在５５としては、例えば、紐や紙、不織布等からなる糸状体や帯状体を用いることもできる。ここでは、介在５５としてスフ糸を用いた。介在５５は、電源線５の径方向内側に設けられた５本の絶縁電線５１の間に存在する隙間を充満するように設けられている。

信号線６は、例えばエア注入器の制御など、種々の機器の制御に用いられる制御信号を伝送するものである。信号線６は、信号伝送用の複数の対撚線６１を撚り合わせた対撚線集合体６２と、対撚線集合体６２の周囲に螺旋状に巻き回された押さえ巻きテープ６３と、押さえ巻きテープ５３の周囲を覆うように設けられたシールド層６４と、シールド層６４の外周に設けられ、対撚線集合体６２を一括して被覆する第２内部シース６５と、を有する。

対撚線６１は、銅等の電気導体からなる素線（例えば、０．１２ｍｍ以下の外径を有する素線）を撚り合わせた撚線導体６１１ａの周囲にＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂からなる絶縁体６１１ｂを有する絶縁電線６１１を対撚りして構成されている。ここでは、５本の対撚線６１と介在６６とを撚り合わせて対撚線集合体６２を構成した。なお、対撚線集合体６２を構成する対撚線６１の本数はこれに限定されない。介在６６としては、紐や紙、不織布等からなる糸状体や帯状体を用いることもできる。ここでは、介在６６としてスフ糸を用いた。介在６６は、５本の対撚線６１及びこれらの周囲を覆う押さえ巻きテープ６３の間に存在する隙間を充満するように設けられている。

対撚線集合体６２を構成する複数の対撚線６１のそれぞれは、互いに撚りピッチが異なるように構成されている。これは、対撚線６１間のクロストーク（ノイズ）を抑制するためである。なお、対撚線６１の撚りピッチとは、対撚線６１の周方向において絶縁電線６１１が同じ位置となる地点の、対撚線６１の長手方向に沿った間隔である。

本実施の形態では、各絶縁電線６１１における撚線導体６１１ａの撚り方向と、対撚線６１の撚り方向とが反対方向とされ、かつ、対撚線６１の撚り方向と、対撚線集合体６２の撚り方向とが反対方向とされている。撚線導体６１１ａの撚り方向と、対撚線集合体６２の撚り方向とは同じ方向となる。これは、対撚線６１の撚り方向を、撚線導体６１１ａや対撚線集合体６２の撚り方向と同じ方向とした場合、撚線導体６１１ａを構成する素線に繰り返し同方向の撚りが加わることとなり、屈曲時等に素線が絞り切れてしまうおそれがあるためである。対撚線６１の撚り方向を、撚線導体６１１ａや対撚線集合体６２の撚り方向と反対方向とすることで、素線の断線を抑制し、屈曲に対する耐性を向上することが可能になる。

なお、撚線導体６１１ａの撚り方向とは、絶縁電線６１１の一端側から見たときに、他端側から一端側にかけて素線が回転している方向である。対撚線６１の撚り方向とは、対撚線６１の一端側から見たときに、他端側から一端側にかけて絶縁電線６１１が回転している方向である。また、対撚線集合体６２の撚り方向とは、対撚線集合体６２の一端側から見たときに、他端側から一端側にかけて対撚線６１が回転している方向である。

押さえ巻きテープ６３としては、紙テープや不織布からなるテープ等を用いることができる。シールド層６４は、金属素線を編み込んだ編組シールドからなる。シールド層６４と押さえ巻きテープ６３との間には、シールド層６４を接地する際に用いるドレンワイヤ６７が設けられている。第２内部シース６５としては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂からなるもの等を用いることができる。

３本の電線３、すなわち２本の電源線５及び１本の信号線６は、外径が略同等（例えば、最も太い電線３の外径に対して８０％以上の外径）となるように適宜調整される。なお、各電線３の外径は、第１内部シース５４や第２内部シース６５の厚さ等により調整することができる。

ケーブル１では、空気を通すための１本以上のエアチューブ７を有している。エアチューブ７は、例えば、エア注入器へのエア供給に用いられるものであり、ウレタン樹脂等からなる。エアチューブ７は、その長手方向に沿う中空部７１を有する中空円筒状に形成されており、電線３（電源線５及び信号線６）よりも外径が小さい。ここでは、電線３と同数の３本のエアチューブ７を用いる場合を説明するが、使用するエアチューブ７の本数はこれに限定されない。

３本の電線３と３本のエアチューブ７とは、ケーブル周方向に交互に配置されており、これら３本の電線３と３本のエアチューブ７とが、螺旋状に撚り合されている。撚り合わせの際の偏り等の不具合を抑制するために、電線３とエアチューブ７とは、ケーブル周方向になるべく均等に（等間隔に）配置されていることが望ましい。

撚り合せた３本の電線３と３本のエアチューブ７の周囲には、押さえ巻きテープ８が螺旋状に巻き回されている。押さえ巻きテープ８としては、紙テープや不織布からなるテープ等を用いることができる。押さえ巻きテープ８の外周には、シース４が設けられている。シース４の厚さは、各電線３の第１内部シース５４及び第２内部シース６５の厚さよりも厚いことが好ましく、例えば、１．４ｍｍ～１．８ｍｍ程度とすることができる。

ケーブル１では、全ての電線３が、押さえ巻きテープ８の内周面に接触している。また、周方向に隣り合う電線３及びエアチューブ７は、互いに接触している。

また、本実施の形態では、ケーブル中心に糸状または帯状の介在９を配置し、ケーブル中心に配置した介在９の周囲に、電線３とエアチューブ７と介在９を螺旋状に撚り合わせるようにしている。ケーブル中心には、屈曲による応力が集中しやすいため、ケーブル中心に電線３やエアチューブ７を配置しない構成とすることで、電線３やエアチューブ７の屈曲によるダメージを抑制できると共に、電線３の伝送特性の劣化を抑制できる。

介在９としては、紐や紙、不織布等からなる糸状体や帯状体を用いることもできる。ここでは、介在９としてスフ糸を用いた。介在９は、電線３、エアチューブ７、及びこれらの周囲を覆う押さえ巻きテープ８の間に存在する隙間を充満するように設けられている。

（シース４の説明）
本実施の形態に係るケーブル１では、シース４は、ウレタン樹脂からなる内層シース４１と、内層シース４１の外周に設けられ、内層シース４１を保護する外層シース４２と、を有している。ウレタン樹脂からなる内層シース４１は、ケーブル１に弾性を付与し、ケーブル１を屈曲した際にケーブル１が直線状に戻ろうとする復元力を付与する役割を果たす。また、ウレタン樹脂からなる内層シース４１は耐水性や耐油性が十分でないために、外層シース４２は、この内層シース４１を覆って耐水性や耐油性を付与する役割を果たす。

また、外層シース４２は、内層シース４１の持つ復元力を維持させながら（内層シース４１の持つ復元力を低下させずに）シース４の復元力をさらに向上させるためのものである。ケーブル１に十分な弾性（直線状に戻ろうとする復元力）を付与し、かつケーブル１の大径化を抑制するために、内層シース４１の厚さは、外層シース４２の厚さ以上であるとよい。より好ましくは、内層シース４１の厚さは、外層シース４２の厚さより大きいとよく、さらに好ましくは、外層シース４２の厚さの１．２倍以上であるとよい。

外層シース４２は、内層シース４１の外周に樹脂をチューブ押出にて被覆することにより、内層シース４１の外周に設けられる。なお、可動部の高速動作に追従してケーブル１が動く際、内層シース４１と外層シース４２とが一体になって動くようにするために、外層シース４２は、内層シース４１の表面と接する部分において、内層シース４１と密着していることが好ましい。特に、外層シース４２は、内層シース４１の表面と接する部分において、内層シース４１と一体となるように密着していることが好ましい。これにより、繰り返し屈曲を受けた際に内層シース４１から外層シース４２がはく離してしまうことが抑制される。本実施の形態では、外層シース４２として、内層シース４１に用いるウレタン樹脂と比較的融点が近く、被覆時に内層シース４１と溶け合って密着可能なポリ塩化ビニル樹脂からなるものを用いた。

このような構造のシース４を用いることにより、ケーブル１を屈曲してアーチ状に配置した際に、内層シース４１が直線状に戻ろうとする復元力をシース４の復元力のベースとし、外層シース４２が内層シース４１の復元力を補うように作用するため、ケーブル１の配線形状が保たれるような復元力をシース４に付与させることができる。その結果、ケーブル１をアーム等の可動部越しにアーチ状に配置した場合であっても、可動部の高速動作に追従して揺動するケーブル１の配線形状の変化が抑制され、ケーブル１の揺動する方向に対して加わる応力に耐えることができるため、可動部が高速動作してもケーブル１が振られにくくなる。その結果、ケーブル１が可動部の高速動作に追従して繰り返し揺動することができると共に、ケーブル１の端末部分にかかる応力が抑制され、断線が発生しにくくなる。なお、ケーブル１の振れをより抑制するために、ケーブル１の端末部分において、シース４の端部がスカラロボット等の装置にしっかりと固定されることが望ましい。また、このような構造のシース４を用いることにより、アームの高速動作に対してケーブルが追従するときに、ケーブルのしなやかな動きを実現することができる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るケーブル１では、ケーブル中心を中心軸として前記ケーブル中心の周囲に螺旋状に撚り合わされた複数の電線３と、複数の電線３の周囲を一括して覆うように設けられたシース４と、を備え、シース４は、ウレタン樹脂からなる内層シース４１と、内層シース４１の外周に設けられ、内層シース４１を保護する外層シース４２と、を有している。

このようなシース４を有することで、ケーブル１に弾性（直線状に戻ろうとする復元力）を付与することができ、ケーブル１を屈曲してアーチ状に配置した際に、ケーブル１が直線状に戻ろうとする力によってケーブル１の形状を維持することが可能になる。その結果、スカラロボット等においてアーム等の可動部越しにアーチ状に配線された場合に、可動部を高速動作させた場合であっても、それによって生じる揺動に対して振られにくく断線が発生しにくいケーブル１を実現できる。

なお、例えば、ケーブル外径を大きくして端末部分の断線を抑制することも考えられるが、この場合、ケーブルの質量が大きくなり、アーム等の高速動作に追従しにくくなる。本実施の形態によれば、外径や質量を大きくすることなく、断線しにくいケーブル１を実現可能であり、高速動作への追従性が高い。
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］ケーブル中心を中心軸として前記ケーブル中心の周囲に螺旋状に撚り合わされた複数の電線（３）と、前記複数の電線（３）の周囲を一括して覆うように設けられたシース（４）と、を備え、前記シース（４）は、ウレタン樹脂からなる内層シース（４１）と、前記内層シース（４１）の外周に設けられ、前記内層シース（４１）を保護する外層シース（５２）と、を有する、ケーブル（１）。

［２］前記内層シース（４１）と前記外層シース（４２）とが密着している、［１］に記載のケーブル（１）。

［３］前記外層シース（５２）が、ポリ塩化ビニル樹脂からなる、［１］または［２］に記載のケーブル（１）。

［４］前記内層シース（４１）の厚さが、前記外層シース（４２）の厚さ以上である、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のケーブル（１）。

［５］空気を通すための１本以上のエアチューブ（７）を有し、前記複数の電線（３）と前記エアチューブ（７）とが撚り合されている、［１］乃至［４］の何れか１項に記載のケーブル（１）。

［６］前記電線（３）は、糸状または帯状の介在（９）の周囲に螺旋状に撚り合わされている、［１］乃至［５］の何れか１項に記載のケーブル（１）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の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い。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１…ケーブル
３…電線
４…シース
４１…内層シース
４２…外層シース
５…電源線
５１…絶縁電線
５２…集合体
５４…第１内部シース
６…信号線
６１…対撚線
６２…対撚線集合体
６５…第２内部シース
７…エアチューブ
７１…中空部

Claims (8)

1. ケーブル中心を中心軸として前記ケーブル中心の周囲に螺旋状に撚り合わされた複数の電線と、
   前記複数の電線の周囲を一括して覆うように設けられたシースと、を備え、
   前記複数の電線は、電源線と、信号線と、を含み、
   前記電源線は、中心部に配置された介在の周囲に複数の絶縁電線が撚り合わされた集合体と、前記集合体の周囲に設けられた第１内部シースと、を有し、
   前記信号線は、介在の周囲に複数の対撚線が撚り合わされた対撚線集合体と、前記対撚線集合体の周囲に設けられたシールド層と、前記シールド層の周囲に設けられた第２内部シースと、を有する、
   ケーブル。
2. 前記信号線は、前記複数の対撚線の撚り方向と、前記対撚線集合体の撚り方向とが反対方向である、
   請求項１に記載のケーブル。
3. 前記第１内部シースおよび前記第２内部シースは、ポリ塩化ビニル樹脂からなる、
   請求項１または２に記載のケーブル。
4. 前記シースの厚さは、前記第１内部シースおよび前記第２内部シースのそれぞれの厚さより大きい、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のケーブル。
5. 空気を通すための１本以上のエアチューブを有する、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載のケーブル。
6. 前記複数の絶縁電線は、撚線導体の周囲にフッ素樹脂からなる絶縁体が設けられている、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載のケーブル。
7. 前記複数の対撚線は、撚線導体の周囲にフッ素樹脂からなる絶縁体が設けられている絶縁電線を対撚りして構成される、
   請求項１乃至６の何れか１項に記載のケーブル。
8. 前記シースは、ウレタン樹脂からなる内層シースと、前記内層シースの外周に設けられ、前記内層シースを保護する外層シースと、を有する、
   請求項１乃至７の何れか１項に記載のケーブル。

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