JPH0935541A - ロボット用電線及びそれを用いたロボット用ケ−ブル - Google Patents

ロボット用電線及びそれを用いたロボット用ケ−ブル

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JPH0935541A
JPH0935541A JP7204069A JP20406995A JPH0935541A JP H0935541 A JPH0935541 A JP H0935541A JP 7204069 A JP7204069 A JP 7204069A JP 20406995 A JP20406995 A JP 20406995A JP H0935541 A JPH0935541 A JP H0935541A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性が要求される可動用電線及びケ−ブル
において、導電性を損なうことなく寿命を従来のものよ
りも飛躍的に向上させること。 【解決手段】 破断までの塑性歪みの蓄積のない金属繊
維強化銅複合材料を用いて線材を形成し、これを素線と
して撚り合わせて絶縁体で被覆し、さらに外部被覆する
ことで、高導電性と高屈曲性を有したロボット用電線及
びケ−ブルが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットに使用
される可動用電線及びケ−ブルで、特に高導電性・高耐
久性を要求されるものに関する。
【0002】
【従来技術】従来のロボット用ケ−ブルの導体において
は、主としてタフピッチ軟銅線が用いられてきていた。
典型的なロボット用ケ−ブルの構成を図1に示す。タフ
ピッチ軟銅線の導体で細線を形成し、裸素線として撚り
合わせて絶縁体で被覆し、それらを集合してさらに絶縁
体で外部被覆してロボット用可動ケ−ブルとしている。
【0003】従来のケ−ブルの導体にあって特に耐久性
が要求される場合は、耐久性をタフピッチ軟銅線の5倍
程度に向上させたSn入り銅合金などの、いわゆる「高
耐久性合金」が用いられてきている。
【0004】しかし図2に示すように、一般に導電率と
引っ張り強さは相反する性質であるため、銅合金中に他
の金属を添加すれば引っ張り強さは増すが、その分導電
率は低下することになる。例えば純銅の導電率は100
%IACS(国際軟銅標準)で、銀に次いで高い導電性
を示すが、引っ張り強さは40kg/mm2以下であ
る。代表的なバネ用ベリリウム銅の引っ張り強さは10
0kg/mm2以上と強いが導電率は30%IACS以
下である。
【0005】上述したSn入り銅合金は、すでにトロリ
−線などにも使用されているものであるが、Sn添加と
ともに機械的強度は増すものの、導電性が低下する。
0.3%Sn入り銅合金の導電率は70%IACSであ
るが、強度を上げるために0.6%までSnを添加する
と、導電性は50〜60%IACSまで低下してしま
う。当然のことながら、導電率が低下すればジュ−ル熱
の発生を抑制するため線を太くせざるをえないが、これ
ではケ−ブルの細線化、軽量化に逆行することになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の課題を解決すべくなされたもので、導電性を損
なうことなく、従来用いられてきたロボット用電線及び
ケ−ブルよりもその寿命を飛躍的に向上させるものであ
る。具体的には、ジュ−ル熱の発生が許容できる70%
IACS以上の導電率を保持し、ケ−ブルが破断するま
での屈曲サイクル数が従来のケ−ブルの数十倍であるこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究の結果、破断までの塑性伸びがゼ
ロに近い高導電性・高強度銅合金を用いたロボット可動
用電線及びケ−ブルを開発するに至った。すなわち、本
発明のロボット可動用電線及びケ−ブルにおいては、そ
の導体の変形領域を弾性領域に抑え込み、塑性領域には
踏み込ませないことを特徴とするものである。例えてい
うならば本発明での導体はゴムのように変形し、塑性歪
みの蓄積は生じないため、塑性歪みによる疲労破壊は起
こらず、寿命は主に機械的要因以外によるものとなる。
【0008】ここで、ケ−ブルの寿命とは、当該導体が
破断するまでの繰り返し屈曲のサイクル数で定義するこ
ととする。通常、ロボット用ケ−ブルの屈曲試験には左
右屈曲試験、U字屈曲試験、単純振動試験、移動U字試
験、捻回試験等がある。図3(a)には左右屈曲試験、
図3(b)にはU字屈曲試験の概略を示す。
【0009】ロボット用ケ−ブルでは耐久性が要求され
るものの、機械的強度を向上させようとすると導電性が
低下してしまい、ジュ−ル熱の発生を来すという問題点
があった。従来の考え方は、繰り返し変形による応力の
蓄積を緩和させるため、破断までの塑性伸びが大きい銅
合金を用いて導体としてきた。ところが、破断までの塑
性伸びが大きい銅合金は、必然的に機械的強度が低下す
るものである。さらに蓄積する繰り返し歪みを塑性変形
で緩和しきれず、正味の歪みが残留して疲労破壊に至
る。これがケ−ブルの寿命を決定してしまうものであ
る。
【0010】便宜上、金属材料では(永久)塑性歪みが
0.2%の応力(これを耐力いう)を以て、降伏点とし
ている。すなわちこの降伏点を越えると実質的に塑性領
域に入ると見なしている。ロボット用ケ−ブルでの屈曲
では、塑性歪みが1%以上にも及ぶ。例えば典型的な高
耐久性合金であるSn入り銅合金を導体とすると、その
変形は塑性領域に入ると考えられる。従って図4に示す
ように、繰り返し変形とともに塑性歪みが蓄積してい
き、ついには材料の疲労限界を越えて破壊に至る。
【0011】他方、本発明のように「実質的に破断まで
の塑性伸びがゼロ」である導体の場合は、繰り返し変形
に対しても、依然として弾性領域内にあり、したがって
塑性歪みの蓄積は起こらない。このため電線及びケ−ブ
ルの耐久性を著しく向上させることが可能となる。
【0012】それではロボットの動作による導体の変形
領域を、その弾性領域に抑え込むには、どのような導体
であればよいかを詳細に調べた結果、従来の高導電性・
高強度銅合金では困難で、強加工した繊維強化銅マトリ
ックス複合材料が有用であることを見い出した。
【0013】ここでの「強加工」とは、塑性伸びが実質
的にゼロあるいはゼロに近い状態に至らしめる加工のこ
とである。上述のように便宜上0.2%塑性歪みのとこ
ろで弾性領域と塑性領域の区分(降伏点)となるので、
「強加工」とは伸びを0.2%塑性歪み以下に抑えたも
のと言ってよい。具体的にはインゴットを溝ロ−ル加工
や線引き加工によって線材とする工程で、全体の断面減
少率を99.99%以上とする加工をいうことにする。
【0014】また、「繊維強化銅マトリックス複合材
料」とは、銅母相の中に繊維を介在させて強化させた複
合材料のことであり、次の文献に最近の研究成果が特集
されている。 METALLRGICAL TANSACTIONS
vol.24A(1993)
【0015】この複合材料の利点は、高導電性は電流が
銅マトリックス中を流れることで確保でき、かつ機械的
強度は繊維強化で確保できることである。それ故、図2
に示すような経験則を打ち破る、従来には存在しなかっ
た「高導電性・高強度銅合金」の開発が可能となった。
【0016】上記の文献でも紹介されているが、「繊維
強化銅マトリックス複合材料」の中で、最近特に注目さ
れているのは「その場(in situ)金属繊維強化
銅マトリックス複合材料」である。一例を挙げると、銅
とニオブのように、たがいにほとんど固溶し合わない成
分を、通常の金属加工工程と同様に鋳造し、該インゴッ
トを熱間および/あるいは冷間加工により線や板にする
もので、詳細に関しては次の文献に記載されている。 J.Bevk et al.:J.Appl.Phy
s.vol.49(1978)6031
【0017】銅−ニオブの場合、鋳造時にニオブの樹枝
状晶が析出し、これがその後の圧下率(断面減少率)9
9.9〜99.99%以上の強加工により、「その場
(insitu)」で繊維状に引き伸ばされ、これが銅
マトリックスと相互作用して、マトリックスを強化す
る。最近では次の文献にAg、Cr等の繊維強化銅マト
リックス複合材料の例も報告されているが、工業的に応
用された例に関する報告は見られない。 Y.Sakai et al.:Appl.Phys.
Lett.,vol.59(1991)2965 T.Takeuchi et al.:J.Less−
Common Metals,vol. 157(19
90)25
【0018】また、同様な複合材料ですでに抵抗溶接電
極材として実用化されている「粒子強化銅マトリックス
複合材料」では粒子による電子散乱が大きく、繊維強化
銅マトリックス複合材料に比較して導電率が低い。ま
た、「粒子強化銅マトリックス複合材料」では、塑性伸
びを実質的にゼロあるいはゼロに近い材料にするために
は、粒子成分を多く含むことで硬くてもろくなって屈曲
性が低下し、したがって本目的のために「粒子強化銅マ
トリックス複合材料」を応用することはできない。
【0019】
【実施例】以下、実施例にしたがって本発明を具体的に
説明する。
【0020】
【実施例1】実施例として、「その場(in sit
u)」作製した24%Ag繊維強化銅マトリックス複合
材料を用いた線材を使用した。素線の直径は0.08m
mφで、塑性伸びは測定感度内ではゼロである。四端子
法により測定した導電率は80%IACSである。この
素線20本を、200デニ−ルのアラミド繊維を芯材と
して、ピッチ5.5mmで右撚りに集合し、公称断面積
0.1mm2の導体を作製し、厚さ0.2mmのポリエ
チレンで押し出し被覆してケ−ブルを製造した。これを
図3(a)に示す左右屈曲試験により電線の寿命を測定
した。曲げ半径は5mm、荷重100g、スピ−ド30
回/分の条件のもとで試験を実施した。
【0021】
【比較例1】比較例として、素線に0.3%Sn入り銅
合金を用いたロボット用電線を実施例と同様に作製し、
全く同様の条件のもとで左右屈曲試験を実施した。測定
結果は図5の通りであり、本発明は従来品と比較して一
桁以上の寿命があることがわかる。
【0022】
【発明の効果】本発明によるロボット用電線及びケ−ブ
ルは、従来品では困難であった高導電性と高屈曲性を満
足するものであり、ロボット等の可動用に使用される電
線及びケ−ブルの寿命を大幅に向上させることができ
る。また、ロボット用電線及びケ−ブルだけでなく、高
導電性と高屈曲性を要求される産業分野に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】典型的なロボット用ケ−ブルの構成図である。
【図2】金属材料における引っ張り強さと導電率の相関
図である。
【図3】耐久性試験方法の例を示す図である。
【図4】本発明における材料設計を示す図である。
【図5】ケ−ブルの寿命の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
1 シ−ス 2 絶縁体 3 導体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 破断までの塑性伸び0.2%以下の繊維
    強化銅マトリックス複合導体を用いた高導電性・高耐久
    性を特徴とするロボット用電線
  2. 【請求項2】 破断までの塑性伸びが実質的にゼロであ
    り、導電率が70%IACS以上であることを特徴とす
    る導体を用いた請求項1記載のロボット用電線
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のロボット用電線を
    用いたことを特徴とするロボット用ケ−ブル
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