JP2020042896A - ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブル内に配設された導体の断線の検知精度を向上することが可能なケーブルを提供すること。【解決手段】本発明に係るケーブル１は、導体１３の半断線を検知する半断線検知機構を備えるケーブル１であって、半断線検知機構は、温度変化により変形する熱変形部材１１と、検知した半断線を通知する通知部１６と、を備え、導体１３の半断線が生じると、熱変形部材１１が変形し、熱変形部材１１の変形によって通知部１６が作動する。【選択図】図４

Description

本発明は、ケーブルに関する。

ケーブルの内部に複数の導体を備える多芯線のケーブルは、屈曲等により半断線や断線が生じることがある。特許文献１には、ケーブル本体内にロボット駆動・制御用の導体と、当該導体よりも耐久性の低い別の導体とを設けた、ロボット用ケーブルが開示されている。特許文献１によれば、耐久性の低い導体が先に断線することによりロボット駆動用の導線の断線時期が予知できるとされている。

特開昭６３−０２６９０７号公報

特許文献１において、耐久性の低い導線は、他の導線に対して機械的に捩ることで形成されている。しかしながら当該手法では、ケーブルの配置や使い方によって各導線にかかる負担が一様ではではないため、耐久性の低い導線が先に断線するとは限らず、断線を検知する精度が低いという問題があった。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、導体の断線の検知精度を向上することが可能なケーブルを提供するものである。

本発明に係るケーブルは、導体の半断線を検知する半断線検知機構を備えるケーブルであって、前記半断線検知機構は、温度変化により変形する熱変形部材と、検知した半断線を通知する通知部と、を備え、前記導体の半断線が生じると、前記熱変形部材が変形し、当該熱変形部材の変形によって通知部が作動する。

本発明に係るケーブルでは、導体の半断線が生じると、当該半断線部分の抵抗値が上がって発熱する。当該発熱により熱変形部材が変形することにより、通知部が作動する。

本発明によれば、導体の断線の検知精度を向上することが可能なケーブルを提供することができる。

実施の形態１に係るケーブルの正常状態を示す概略正面断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。 実施の形態１に係るケーブルが半断線を検知し通知する一連の流れを示すフローチャートである。 図４は、実施の形態１に係るケーブルが半断線した状態を示す概略正面断面図である。 実施の形態２に係るケーブルの正常状態を示す概略正面断面図である。 実施の形態２に係るケーブルが半断線を検知し通知する一連の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係るケーブルが半断線した状態を示す概略正面断面図である。 実施の形態５に係るケーブルのロボットへの応用例を示した概略図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、図１〜図２、図４〜図５及び図７に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。本発明においては、ケーブルの軸方向をｘ軸とし、ｘ軸に垂直な面をｙ−ｚ平面とする。

本明細書における「半断線」とは、導体の抵抗値が上昇することをいう。抵抗値の上昇は、例えば、ケーブルの屈曲等により生じる、導体ののびや、微細な亀裂などに起因する。半断線が生じると、当該半断線部分の抵抗値が上がることにより、発熱量が増大する。

＜実施の形態１＞
以下、図１〜図４を参照し、実施の形態１に係るケーブルについて説明する。
図１は、実施の形態１に係るケーブルの正常状態を示す概略正面断面図である。ケーブルの「正常状態」とは、ケーブルが備える導体に半断線が生じておらず、導通している状態である。本実施の形態におけるケーブル１は、ケーブルにコネクタを備えるハーネスケーブルである。

図１に示すように、半断線通知機構を備えるケーブル１は、中心から順に、熱変形部材１１導体１３および絶縁体１４を備え、更に必要に応じて、熱変形部材１１と絶縁体１４との間に配置されるアウターワイヤー１２や、導体１３を被覆する被膜（不図示）などの他の構成を備えていてもよい。ケーブル１の両端はコネクタ１５を備える。ケーブル使用時に導体１３はコネクタ１５を介して、不図示のロボット制御・駆動回路などを構成する。コネクタ１５の一端は、半断線の発生を通知する通知部１６を備える。このうち、熱変形部材１１及び通知部１６が半断線通知機構として機能する。
なお、図１の例では、絶縁体１４とコネクタ１５は接続されていないが、絶縁体１４とコネクタ１５は一体化したものであってもよい。

熱変形部材１１は、半断線した導体の発熱による加熱で変形可能な部材である。本実施の形態では導電性の部材である。熱変形部材１１としては、例えば、熱膨張率の異なる２枚の金属を貼り合わせたバイメタルや、その他の金属類などが挙げられる。熱変形部材１１は熱変形前の状態で、導体１３と並列して配置可能な、ワイヤー状（円柱状）であることが好ましい。熱変形部材１１は、加熱により軸方向に収縮又は伸長するものが好ましい。本実施の形態１において、熱変形部材１１は軸方向に収縮する。
軸方向に収縮するものとして、例えば、「バイオメタル（登録商標）」（トキ・コーポレーション株式会社製）を用いることができる。バイオメタル（登録商標）は、約７０℃前後の加熱により収縮するため、半断線した導体の発熱により変形可能である。バイオメタル（登録商標）の原料は、Ｔｉ−Ｎｉ系の形状記憶合金である。

図１に示すように、熱変形部材１１の一端１１ａは絶縁体１４に固定されている。一方、熱変形部材１１の他端１１ｂは、加熱による収縮が生じた際に、軸方向（ｘ軸正方向）に摺動可能な状態で電極１６ａと接触している。

必要に応じて熱変形部材１１と絶縁体１４との間にアウターワイヤー１２を配置してもよい。当該アウターワイヤー１２は、熱変形部材１１の変形時における摺動性を確保するために配置されるものであり、熱変形部材１１との摩擦の小さいものが用いられる。アウターワイヤー１２は、例えば、熱変形部材１１との接触面に螺旋状に巻いた金属線を配置したもの等が挙げられる。当該金属線によれば、熱変形部材１１との摩擦を低減できると共に、ケーブル１の曲げに対応可能な柔軟性を有する。

導体１３は導電性を有する導線であり、ケーブル１内の軸方向に配設されている。導体１３は少なくとも１つあればよく、図１の例のように複数の導体１３を配設してもよい。導体１３は、ケーブル１両端に配置されたコネクタ１５を介して他の部材と電気的に接続可能に配置されている。導体１３の材質は、導線として公知の材質であればよく、通常金属であり、例えば、銅線やスズめっき線等である。また、各導体１３はそれぞれ絶縁性の保護被膜によって保護されていてもよい（不図示）。

絶縁体１４はチューブ状の外部被膜（シース）であり、導体１３等を保護する。絶縁体１４の材質は、耐久性と、曲げに対応可能な柔軟性を有するものが好ましい。当該材質としては、例えば、ゴム、クロロプレンゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、又はテフロン（登録商標）等である。本実施の形態ではチューブ状のシースを用いているが、これに限定されない。導体１３を保護できればよく、例えば、絶縁テープ等を用いてもよい。

ここで、一旦図２を参照し、熱変形部材１１、アウターワイヤー１２、導体１３及び絶縁体１４の位置関係について説明する。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。図２に示すように、ケーブル１の熱変形部材１１は中央に位置し、アウターワイヤー１２によって覆われている。アウターワイヤー１２のさらに外側に導体１３が配設されており、図２では例として４本配設されている。導体１３の数は、所望のケーブルの種類により、適宜変更可能である。複数の導体１３を覆うように、絶縁体１４が配設されている。図２に示すように、絶縁体１４は、熱変形部材１１、アウターワイヤー１２及び導体１３を保護している。

以下、再び図１を参照し、コネクタ１５及び通知部１６について説明する。
図１に示すように、コネクタ１５はケーブル１と各種機器等とを接続するための部品であり、本実施の形態では、コネクタ１５はケーブル１のｘ軸正側および負側の両方に配設されている。本実施の形態では、ｘ軸負側のコネクタ１５が半断線の発生を通知する通知部１６を備える。

通知部１６は、導体１３に半断線が発生したことを通知する。通知部１６は、正常状態の熱変形部材１１と接触している電極１６ａ、電源を備える回路１６ｂ及び通知手段１６ｃを備える。図１では、通知手段１６ｃの一例としてＬＥＤ（light emitting diode）を示しているが、通知手段１６ｃはこれに限定されない。通知手段１６ｃとして、例えば、通信入力端子、無線、音等による通知を用いてもよいし、ＬＥＤも含め、これらを併用して用いてもよい。なお、通知手段１６ｃとして通信入力端子を用いた例については、実施形態５にて後述する。

図１に示すように、ケーブル１が正常状態、すなわち導体１３に半断線が生じていない場合は、回路１６ｂは熱変形部材１１を介して電気的に接続された状態である。したがって、ケーブル１の導体１３に半断線が生じていない場合は、通知手段１６ｃのＬＥＤは点灯している。

次に、図３のフローチャート及び図４の断面図を参照し、本実施の形態に係るケーブル１が半断線を検知し通知する一連の流れについて説明する。
図３は、実施の形態１に係るケーブルが半断線を検知し通知する一連の流れを示すフローチャートである。
図４は、実施の形態１に係るケーブルが半断線した状態を示す概略正面断面図である。

図３及び図４に示すように、ケーブル１の導体１３に半断線ＰＤが生じると（ステップＳ１）、導体１３の抵抗値が上がる（ステップＳ２）。
導体１３の抵抗値が上がることによって、当該半断線ＰＤ部分において熱が発生する（ステップＳ３）。図４では、半断線ＰＤ部分から発する熱が伝わる様子を下向きの黒矢印にて示す。

半断線ＰＤ部分において発生した熱が熱変形部材１１へと伝わると、熱変形部材１１の一端１１ａは絶縁体１４に固定されているため、熱変形部材１１が軸方向（ｘ軸正方向、白抜き矢印）に収縮する（ステップＳ４）。
熱変形部材１１の収縮によって、熱変形部材１１は電極１６ａから引き抜かれ、回路１６ｂは物理的な接続と電気的な接続とが遮断され、断線する（ステップＳ５）。その結果、通知手段１６ｃのＬＥＤは消灯する（ステップＳ６）。このように、本実施の形態では、通知手段１６ｃのＬＥＤの消灯によって、半断線ＰＤの発生を知ることができる。

従来、耐久性の低い導体が先に断線することによりロボット駆動用の導線の断線時期が予知できるとされている。耐久性の低い導線は、他の導線に対して機械的に捩ることで形成されている。しかしながら当該手法では、ケーブルの配置や使い方によって各導線にかかる負担が一様ではではないため、耐久性の低い導線が先に断線するとは限らず、断線を検知する精度が低いという問題があった。

本実施の形態では、ケーブルの内部に半断線通知機構として熱変形部材および通知部を備えている。ケーブルの導体の半断線が生じると、当該半断線部分の抵抗値が上がって発熱する。当該発熱により熱変形部材が変形することにより、通知部が作動する。したがって、半断線が生じた時点で断線の予兆を検知することができるため、断線の検知精度を向上させることができる。また、本実施の形態では、半断線を検知するために、テスター、信号発振器または電圧測定器等、本発明の半断線通知機構と比較して大きな装置を取り付ける必要が無く、半断線通知機構をケーブル内に織り込むように配設することが容易である。

＜実施の形態２＞
以下、図５〜図７を参照し、実施の形態２に係るケーブルについて説明する。
図５は、実施の形態２に係るケーブルの正常状態を示す概略正面断面図である。図５に示すように、本実施の形態における半断線通知機構を備えるケーブル２は、中心から順に、熱変形部材２１、アウターワイヤー１２、導体１３および絶縁体１４を備え、ケーブル２の両端はコネクタ２５を備える。コネクタ２５の一端は、半断線の発生を通知する通知部２６を備える。熱変形部材２１は、絶縁部２１ｃを備える。

上述の実施の形態１では、正常状態において、通知部１６の電極１６ａと熱変形部材１１とが接触していたことに対し、実施の形態２においては、通知部２６の電極２６ａは、熱変形部材２１の絶縁部２１ｃを狭持しており、電極２６ａには、不図示のばねなどによりケーブル２の中心方向への力をかけている。換言すると、電極２６ａ同士の間に絶縁部２１ｃが挿入された状態であり、絶縁部２１ｃが引き抜かれると、電極２６ａ同士は導通する形状である。上記以外の構成は、実施の形態１と同様である。

具体的には、図５に示すように、ケーブル２が正常状態、すなわち導体１３に半断線が生じていない場合は、電極２６ａは絶縁部２１ｃを狭持しているため、回路２６ｂは絶縁部２１ｃによって電気的に切断された状態である。したがって、ケーブル２に半断線が生じていない場合は、回路２６ｂは電気的に遮断され、通知手段２６ｃのＬＥＤが消灯した状態である。

次に、図６のフローチャート及び図７の断面図を参照し、本実施の形態に係るケーブル２が半断線を検知し通知する一連の流れについて説明する。
図６は、実施の形態２に係るケーブルが半断線を検知し通知する一連の流れを示すフローチャートである。
図７は、実施の形態２に係るケーブルが半断線した状態を示す概略正面断面図である。

図６及び図７に示すように、ケーブル２の導体１３に半断線ＰＤが生じると（ステップＳ１）、導体１３の抵抗値が上がる（ステップＳ２）。
導体１３の抵抗値が上がることによって、当該半断線ＰＤ部分において熱が発生する（ステップＳ３）。図７では、発熱が伝わる様子を下向きの黒矢印にて示す。

半断線ＰＤ部分において発生した熱が熱変形部材２１へと伝わると、熱変形部材２１の一端１１ａは固定されているため、熱変形部材２１が軸方向（ｘ軸正方向、白抜き矢印）に収縮する摺動が生じる（ステップＳ４）。
熱変形部材２１の収縮により、絶縁部２１ｃは電極２６ａから引き抜かれ、電極２６ａが互いに電気的に接続し、回路２６ｂが導通する（ステップＳ５）。その結果、通知手段２６ｃＬＥＤは点灯する（ステップＳ６）。このように、本実施の形態では、通知手段２６ｃのＬＥＤの点灯によって、半断線ＰＤの発生を知ることができる。

以下、実施の形態３及び４について説明する。実施の形態１及び２では、熱変形部材として、加熱により軸方向に収縮するものを用いたが、実施の形態３及び４では、加熱により軸方向に伸長するものを用いる。なお、軸方向に伸長するものとしては、公知のバイメタルを用いることができる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態の正常状態を実施の形態１と比較して説明する。本実施の形態では、熱変形部材として、加熱により軸方向に伸長する部材を用いる。当該熱変形部材は、正常状態において、図４の例に示されるように電極とは接続しない状態で配置されている。その他の点は実施の形態１と同様である。
本実施の形態では、半断線した導線の発熱により、熱変形部材が軸方向に（ｘ軸負方向）伸長して導電性部材が電極間に挿入されて電気的に接続されることにより、通知部が作動する。

＜実施の形態４＞
本実施の形態の正常状態を実施の形態２と比較して説明する。本実施の形態では、熱変形部として、加熱により軸方向に伸長する部材であって、電極側の末端に絶縁体が配置されたものを用いる。当該熱変形部材は、正常状態において、図７の例に示されるように電極とは接続しない状態で配置されており、ばねなどにより中心方向に力を受けた２つの電極が電気的に接続された状態で配置されている。その他の点は実施の形態２と同様である。
本実施の形態では、判断線した導線の発熱により、熱変形部材が軸方向に（ｘ軸負方向）伸長して絶縁体が電極間に挿入されて電気的に遮断されることにより、通知部が作動する。

＜実施の形態５＞
以下、図８を参照し、実施の形態５について説明する。
図８は、実施の形態５に係るケーブルのロボットへの応用例を示した概略図である。図８に示すように、ロボット１００は、中継ボックス１１１と中継ボックス１１２との間にケーブルａを備える。また、ロボット１００は、中継ボックス１１２とロボット制御盤１１３との間にケーブルｂを備える。ケーブルａ及びケーブルｂは、実施の形態１〜４のいずれかのケーブルのうち、通知部の通知手段をＬＥＤから通信入力端子に変更したものである。

中継ボックス１１１と中継ボックス１１２との間のケーブルａにおいて半断線が生じた場合、中継ボックス１１１内に配設された通信入力端子に、半断線が生じたという信号が入力される。同様に、中継ボックス１１２とロボット制御盤１１３との間のケーブルｂにおいて半断線が生じた場合、中継ボックス１１２内に配設された通信入力端子に、半断線が生じたという信号が入力される。ロボット１００の使用者は、中継ボックス１１１及び中継ボックス１１２の各通信入力端子に入力された信号を、ロボット制御盤１１３でモニターし、確認することができる。

実施の形態１のケーブルを用いる場合、正常状態では回路が導通しているため、通信入力端子から入力された信号が常に返ってきている状態である。一方、半断線が生じると、熱変形部材が変形し、回路は導通しなくなるため、通信入力端子から入力された信号が返ってこなくなり、ケーブル内で半断線が生じたことが分かる。

実施の形態２のケーブルを用いる場合、正常状態では回路が導通していないため、通信入力端子からは信号の授受は生じない。一方、半断線が生じると、熱変形部材が変形し、回路が導通するようになるため、通信入力端子から入力された信号が返るようになり、ケーブル内で半断線が生じたことが分かる。

さらに、本実施の形態では、通信入力端子に加え、通信手段として例えば、ＬＥＤや音等を併用することも可能である。例として、ＬＥＤを併用した場合について説明する。ロボットの使用者は、ロボット制御盤１１３に半断線が生じたという信号を受けた場合、中継ボックス１１１又は１１２を開け、内部のＬＥＤが点灯しているか消灯しているか確認する。つまり、半断線が生じた際に、信号とＬＥＤとによるダブルチェックを行うことができるため、より確実に半断線の有無を確認することができる。なお、中継ボックス１１１及び１１２の材質は、防水、防塵の観点から金属製のものが好ましいが、ロボットを動作させる環境によっては、一部や全体をアクリル板等で透明として、外部からＬＥＤが見えるような構成とすることもできる。

ロボットでは、ロボットの制御のために、複数のケーブルを使用する場合が多い。このような場合、従来は、断線をモニターするために、複数のケーブルを経た状態で電圧値の変化の測定や信号の計測を行っており、複数のケーブルのうちどのケーブルに断線が生じたか、一度の測定で特定することは困難であった。これに対し、本実施の形態では、中継ボックスごとに断線通知機構を有するケーブルを配設している。したがって、本実施の形態に係る断線通知機構を有するケーブルを用いることによって、どのケーブルにおいて断線が生じたか特定することが容易となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、２、ａ、ｂ ケーブル
１１、２１ 熱変形部材
１１ａ、２１ａ 一端
１１ｂ 他端
１２ アウターワイヤー
１３ 導体
１４ 絶縁体
１５、２５ コネクタ
１６、２６ 通知部
１６ａ、２６ａ 電極
１６ｂ、２６ｂ 回路
１６ｃ、２６ｃ 通知手段
２１ｃ 絶縁部
１００ ロボット
１１１、１１２ 中継ボックス
１１３ ロボット制御盤

Claims (1)

1. 導体の半断線を検知する半断線検知機構を備えるケーブルであって、
   前記半断線検知機構は、
   温度変化により変形する熱変形部材と、
   検知した半断線を通知する通知部と、を備え、
   前記導体の半断線が生じると、前記熱変形部材が変形し、当該熱変形部材の変形によって通知部が作動する、
   ケーブル。

Images