JP2019204591A - 耐捻回ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上させた耐捻回ケーブルを提供する。【解決手段】複数の電線が撚り合されてなる集合体と、前記集合体の外周を覆うテープ部材と、前記テープ部材で覆われた前記集合体を被覆するシース部材とを備え、前記シース部材の引張降伏応力が３．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、且つ、前記集合体の撚り合せ方向と前記テープ部材の巻き付け方向とが同方向である。【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、スカラロボット等に使用される耐捻回ケーブルに関する。

従来より、複数の電線が撚り合されてなる集合体を有するケーブルが知られている（たとえば、特許文献１参照）。このようなケーブルは、産業用ロボット、建設設備、車両など、多種多様な用途に用いられる。

特開２０１７−０５９３１９号公報

ところで、上述のケーブルにおいては、集合体と集合体を被覆するテープが互いに逆方向に巻きつけられていることが一般的であり、ケーブルの曲がり癖を抑制し耐屈曲性が安定するという利点がある。しかしながら、集合体とテープの巻方向が逆方向の場合、ケーブルが捻回された際に集合体の層撚りとテープの締まる方向、緩まる方向がそれぞれ異なる。

このようなケーブルを、たとえば、スカラロボットに用いた場合、耐久性に問題が生じるおそれがあった。具体的には、まず、スカラロボットの動作に伴ってケーブルが折り曲げられ捻回された場合、応力集中部分に皺が発生する。この皺は、集合体とテープの巻方向が逆方向であることにより、ケーブル内に空間が生じ、図６に示すように、応力集中部分にシースが落ち込むことで発生するものである。皺がケーブル内部を圧迫し続ければ、図７に示すように、電線が内部疲労を起こし、ケーブルの早期断線に繋がるという問題があった。

さらに、シース部材の引張降伏応力が低ければ、応力集中部分が塑性域に達し、シース部材もまた破断してしまう。
本発明により、以上の問題点を克服する耐久性を向上させた耐捻回ケーブルを提供する。

［１］ 複数の電線が撚り合されてなる集合体と、
前記集合体の外周を覆うテープ部材と、
前記テープ部材で覆われた前記集合体を被覆するシース部材と
を備え、
前記シース部材の引張降伏応力が３．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、
且つ、前記集合体の撚り合せ方向と前記テープ部材の巻き付け方向とが同方向であることを特徴とする耐捻回ケーブル。
このように、集合体の撚り合せ方向とテープ部材の巻き付け方向を同方向とすることで、耐捻回ケーブルが捻回された場合において応力集中部分に皺が発生することを防止することができ、捻回によって生じる電線の内部疲労を抑制することができる。また、シース部材の引張降伏応力を３．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることにより、耐捻回ケーブルが捻回された際にシース部材が破断することを防止できる。したがって、捻回時に破断し難く高度の耐久性を有する耐捻回ケーブルを提供することができる。

［２］ 前記シース部材の断面方向の厚みは０．８ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、前記電線は複数の線心を層状に撚り合せてなることを特徴とする［１］の耐捻回ケーブル。
このようなシース厚とすることにより、破断し難くかつ捻回動作を妨げない弾力を有するシース部材を提供できる。

［３］ 前記シース部材は、塩化ビニル樹脂で形成されていることを特徴とする［１］または［２］の耐捻回ケーブル。
これにより、シース部材の引張降伏応力が高くすることができる。

［４］ 前記電線は複数の線心を層状に撚り合せてなることを特徴とする［１］〜［３］の何れかに記載の耐捻回ケーブル。
このように、複数の線心を層状に撚り合せて電線を形成することにより、電線の耐久性を高くすることができる。

［５］ 該耐捻回ケーブルの内部中心に中心介在を備え、
複数の前記電線は、前記中心介在の周囲に撚り合せてなることを特徴とする［１］〜［４］の何れかに記載の耐捻回ケーブル。
これにより、捻回された場合に潰れにくい耐捻回ケーブルを作成することができる。

［６］ 前記中心介在は樹脂チューブであることを特徴とする［５］の耐捻回ケーブル。
これにより、絶縁性、伸縮性に富んだ介在を提供することができる。

［７］ 該耐捻回ケーブルは、スカラロボットに使用されるロボットケーブルであることを特徴とする［１］〜［６］の何れかに記載の耐捻回ケーブル。

［８］ 前記耐捻回ケーブルは前記スカラロボットの可動部に接続され、前記可動部の可動範囲は時計回り及び反時計回りにそれぞれ１２０°以上３００°以下であることを特徴とする［７］の耐捻回ケーブル。

［９］ 前記テープ部材は、不織布、紙、樹脂のいずれかで形成されていることを特徴とする［１］〜［８］の何れかの耐捻回ケーブル。

本発明の耐捻回ケーブルによれば、耐久性を向上させることができる。

実施の形態に係る耐捻回ケーブルの概略断面図である。 実施の形態に係る耐捻回ケーブルの分解斜視図である。 実施の形態に係る耐捻回ケーブルを用いたスカラロボットの概略図である。 実施の形態に係る耐捻回ケーブルを用いて行った捻回試験の状況を示す図である。 実施の形態に係るシース部材の応力−歪曲線を示す図である。 従来のケーブルを捻回しシースに皺が発生した状態を示す写真である。 従来のケーブルにおいて電線が内部疲労を起こした状態を示す写真である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る耐捻回ケーブルについて説明する。図１は、実施の形態に係る耐捻回ケーブルの概略断面図である。この概略断面図は、耐捻回ケーブル１が捻れずかつ変形していない状態で軸方向と直交する方向に切断した切断面を示している。ここで、図１に示すように、耐捻回ケーブル１には、集合体２とシース部材８が含まれている。

集合体２は、複数の電線３、介在４、および撚り紐６を撚り合せて構成されており、集合体２の外周は、不織布、紙、または樹脂等で形成されたテープ部材１０で覆われている。テープ部材１０は、耐捻回ケーブル１の捻回時に集合体２とシース部材８の間の摩擦を低減するためのものである。電線３もまた複数の線心３ａを層状に撚り合せたものであり、外周が、絶縁性を有するシールド３ｂで被覆されている。なお、シールド３ｂの外周は摩擦を低減する内シース部材でさらに被覆されている。線心３ａは、導体の外周に絶縁体を被覆した絶縁被覆線である。

また、図２に示すように、テープ部材１０は、集合体２を構成する電線３の撚り合せ方向と同方向に螺旋状に巻き付けられている。これにより、耐捻回ケーブル１が捻回された場合においてテープ部材１０を集合体２の撚り方向に追従させることができる。このため、耐捻回ケーブル１内に空間が生じて応力集中部分にシース部材８が落ち込まないようにすることができ、図６に示す従来のケーブルのように、応力集中部分に皺が発生することを防止することができる。

介在４は、耐捻回ケーブル１の内部に配置された難燃性の樹脂チューブであり、内部に空洞４ａを備えている。介在４を構成する樹脂としては、たとえば、塩化ビニルやポリウレタン等が用いられる。また、耐捻回ケーブル１の中心には、中心介在４´が配置されている。複数の電線３および複数の他の介在４は、この中心介在４´の周囲に層状に撚り合わせて配置されている。これにより、耐捻回ケーブル１が捻回された場合に潰れにくくすることができる。

撚り紐６は、集合体２、介在４、および中心介在４´の間の空間を埋める部材であり、たとえば、オレフィン系樹脂製の線材を撚り合わせて形成されている。
シース部材８は、耐捻回ケーブル１の外周を成す樹脂チューブであり、塩化ビニル樹脂で形成されている。テープ部材１０で覆われた集合体２は、このシース部材８により被覆されている。シース部材８の断面方向の厚みは０．８ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、シース部材８の引張降伏応力は、３．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。このように、シース部材８の引張降伏応力を３．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることにより、耐捻回ケーブル１が捻回された際に、応力集中部分が塑性域に達しないようにし、シース部材８の破断を防止することができる。また、シース部材８の厚みを０．８ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることにより、破断し難くかつ捻回動作を妨げない弾力を有するようにすることができる。

上述したようにして構成された耐捻回ケーブル１は、図３に示すように、主にロボットケーブルとしてスカラロボット２０に使用される。スカラロボット２０は、基台２２、第１アーム２４、第２アーム２６を備えている。耐捻回ケーブル１の一方の端部は、基台２２に固定され、他方の端部は、第２アーム２６（可動部）に固定されている。また、第１アーム２４は、第１軸Ｊ１回りに回動可能なように基台２２に固定され、第２アーム２６は、第２軸Ｊ２回りに回動可能なように第１アーム２４に固定されている。

ここで、第１軸Ｊ１における基台２２に対する第１アーム２４の回動角度は±１２０°である。ここで、＋１２０°とは、基台２２に対する第１アーム２４の基準位置を０°としたときに、時計回りに１２０°回動させた状態を意味し、−１２０°とは、反時計回りに１２０°回動させた状態を意味する。また、第２軸Ｊ２における第１アーム２４に対する第２アーム２６の回動角度は±１８０°である。この場合においても、＋１８０°とは、第１アーム２４に対する第２アーム２６の基準位置を０°としたときに、時計回りに１８０°回動させた状態を意味し、−１８０°とは、反時計回りに１８０°回動させた状態を意味する。このため、基台２２に対する第２アーム２６の回動角度は時計回り及び反時計回りにそれぞれ３００°以下（±３００°以下）となる。

この実施の形態に係る耐捻回ケーブル１によれば、集合体２の撚り合せ方向とテープ部材１０の巻き付け方向を同方向とすることで、耐捻回ケーブル１が捻回された場合において応力集中部分に皺が発生することを防止することができ、捻回によって生じる電線の内部疲労を抑制することができる。また、シース部材８の引張降伏応力を３．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることにより、耐捻回ケーブル１が捻回された際にシース部材８が破断することを防止できる。よって、捻回時に破断し難く高度の耐久性を有する耐捻回ケーブル１を提供することができる。

また、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば電線３を構成する線心３ａを、同軸線、対撚線、シールド付き対撚線のいずれかで形成してもよい。または、線心３ａを、絶縁被覆線、同軸線、対撚線、およびシールド付対撚線の中の２種類以上を組み合わせて形成してもよい。

＜実施例１＞
次に、本実施の形態に係る耐捻回ケーブル１、他のケーブル（従来品）を用いて行ったテープ部材の巻き付け方向に関する実験について説明する。ここで、耐捻回ケーブル１が集合体２の撚り合せ方向とテープ部材１０の巻き付けを同方向としたものであるのに対し、他のケーブルは、集合体の撚り合せ方向とテープ部材の巻き付けを逆方向としたものである。実施例１における実験は、テープ部材の巻き付け方向、および捩り角度とケーブル内に発生する空間の関係について観察したものである。

まず、実験において、試験者は、図４に示すように、捻回試験機３０を用意して各試料をセットした。ここで、固定アーム３２への固定箇所と回転部３４への固定箇所の間の固定間距離Ｌは、０．５ｍである。実験においては、表１に示すように、試料が捻回試験機３０にセットされた状態で回転部を＋方向−方向に回転させた。

実験の結果、他のケーブルでは、両方向（時計回り、反時計回り）とも９０°回動させるまではケーブル内に空間の発生が見られなかったが、９０°を超える角度回動させるとケーブル内に空間が発生した。一方、本実施の形態に係る耐捻回ケーブル１では、両方向とも４００°回動させるまで耐捻回ケーブル１内に空間の発生が見られなかった。すなわち、集合体２の撚り合せ方向とテープ部材１０の巻き付けを同方向とすることで耐捻回ケーブル１の耐久性が向上することがわかった。

＜実施例２＞
実施例２においては、シース部材の引張降伏応力に関する実験を行った。実験においては、表２に示すように、本実施の形態に係るシース部材８の他、シース部材Ａ、シース部材Ｂ、シース部材Ｃを用いた。ここで、本実施の形態に係るシース部材８は、比較例に係るシース部材Ａよりも高い摺動性を有するポリ塩化ビニルで形成されている。また、比較例に係るシース部材Ｃは、シース部材Ｂよりも滑性に富んだポリウレタンで形成されている。

なお、実験において、測定試験機には、テンシロン万能試験機（オリエンテック社製 型式：ＲＴＥ−１２１０）を用いた。実験の適用規格は、ＪＩＳ Ｋ ７１６１−１による。また、各シース部材の引張速度は、５００ｍｍ／分であり、試験片としては、ダンベル状に打ち抜いた３ｍｍ幅のものを用いた。測定試験機の両引張部分であるチャック間の距離は４０ｍｍである。

図５に示すグラフは、上述の引張降伏応力における各シース部材の応力−歪曲線を示している。このグラフに示される４本の直線は、各シース部材の応力−歪曲線の接線である。この接線が応力−歪曲線と接している範囲が各シース部材の弾性範囲となる。また、接線が応力−歪曲線から離れる点が降伏点であり、各シース部材の弾性範囲と塑性範囲との境界となる。

ここで、本実施の形態に係るシース部材８の降伏点における引張降伏応力は、表２に示すように、７．１ＭＰａである。また、シース部材Ａの降伏点における引張降伏応力は、４．４ＭＰａである。シース部材Ｂの降伏点における引張降伏応力は、３．４ＭＰａである。シース部材Ｃの降伏点における引張降伏応力は、２．９ＭＰａである。

この実験によれば、本実施の形態に係るシース部材８やシース部材Ａのような塩ビ系の試料の方がシース部材Ｂやシース部材Ｃのようなウレタン系の試料よりも引張降伏応力が高く、応力を掛けても塑性域に達しにくいことがわかる。したがって、塩ビ系の素材で形成されたシース部材を用いることにより、ケーブルの耐久性を向上させることができる。さらに、シース部材Ａよりも摺動性の高いポリ塩化ビニルを用いた本実施の形態に係るシース部材８であればより降伏点における引張降伏応力を高くすることができ、伸縮性に富んだシース部材を提供することができる。

１ 耐捻回ケーブル
２ 集合体
３ 電線
３ａ 線心
３ｂ シールド
４ 介在
４´ 中心介在
４ａ 空洞
６ 撚り紐
８ シース部材
１０ テープ部材
２０ スカラロボット
２２ 基台
２４ 第１アーム
２６ 第２アーム
３０ 捻回試験機
３２ 固定アーム
３４ 回転部
Ｊ１ 第１軸
Ｊ２ 第２軸
Ｌ 固定間距離

Claims (9)

1. 複数の電線が撚り合されてなる集合体と、
   前記集合体の外周を覆うテープ部材と、
   前記テープ部材で覆われた前記集合体を被覆するシース部材と
   を備え、
   前記シース部材の引張降伏応力が３．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、
   且つ、前記集合体の撚り合せ方向と前記テープ部材の巻き付け方向とが同方向であることを特徴とする耐捻回ケーブル。
2. 前記シース部材の断面方向の厚みは０．８ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐捻回ケーブル。
3. 前記シース部材は、ポリ塩化ビニルで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の耐捻回ケーブル。
4. 前記電線は複数の線心を層状に撚り合せてなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の耐捻回ケーブル。
5. 該耐捻回ケーブルの内部中心に中心介在を備え、
   複数の前記電線は、前記中心介在の周囲に撚り合せてなることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の耐捻回ケーブル。
6. 前記中心介在は樹脂チューブであることを特徴とする請求項５に記載の耐捻回ケーブル。
7. 該耐捻回ケーブルは、スカラロボットに使用されるロボットケーブルであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の耐捻回ケーブル。
8. 前記耐捻回ケーブルは前記スカラロボットの可動部に接続され、前記可動部の可動範囲は時計回り及び反時計回りにそれぞれ１２０°以上３００°以下であることを特徴とする請求項７に記載の耐捻回ケーブル。
9. 前記テープ部材は、不織布、紙、樹脂のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の耐捻回ケーブル。