(57)【要約】【課題】電圧ケーブルを備えたロボットアームにおいて、柔軟性向上および断線防止の少なくとも一方を実現できる電圧ケーブルを提供する。【解決手段】ロボットアームは、複数のアーム部材１６，１８と、先端アーム１８の内部に設けられ、受電部２６を備えるスプレーガン２８と、受電部２６に高電圧を供給する電圧発生装置２４と、電圧発生装置２４で発生した電圧を受電部２６に供給する電圧ケーブル３０と、を有する。電圧ケーブル３０は、絶縁性材料からなる管体と、管体内部に充填される導電性液体を有する。【選択図】図４
2006007152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧発生部で発生した電圧を、電圧発生部から離間した位置に設けられた受電部に供給する電圧ケーブルであって、
絶縁性材料からなる管体と、
管体内部に充填された導電性液体と、
を有することを特徴とする電圧ケーブル。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧ケーブルであって、
受電部は、電圧発生部に対して相対移動し、
電圧ケーブルは、電圧発生部および受電部それぞれに接続されることを特徴とする電圧ケーブル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電圧ケーブルであって、さらに、
管体の両端に設けられ、導電性液体を管体内部に密封するシール部を有することを特徴とする電圧ケーブル。
【請求項４】
請求項３に記載の電圧ケーブルであって、さらに、
管体の両端に設けられ、電圧発生部および受電部それぞれ接続するコネクタ部を有し、
シール部は、導電性材料からなり、少なくとも一部が導電性液体に、他の一部がコネクタ部に接触し、
コネクタ部は、シール部を介して導電性液体と電気的に接続されることを特徴とする電圧ケーブル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電圧ケーブルであって、
管体は、ポリエステルからなることを特徴とする電圧ケーブル。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電圧ケーブルであって、
管体は、フッ素系樹脂からなることを特徴とする電圧ケーブル。
【請求項７】
アーム部材と、
アーム部材の一部に設けられた受電部と、
受電部と離間した位置に設けられた電圧発生部と、
電圧発生部で発生した電圧を受電部に供給する電圧ケーブルと、
を有するロボットアームであって、
電圧ケーブルは、
絶縁性材料からなる管体と、
管体内部に充填された導電性液体と、
を有することを特徴とするロボットアーム。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットアームであって、
電圧ケーブルは、アーム部材の内部に挿通されることを特徴とするロボットアーム。
【請求項９】
請求項８に記載のロボットアームであって、
アーム部材は、電圧ケーブルの挿通範囲において１以上の関節を有することを特徴とするロボットアーム。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載のロボットアームと、
アーム部材を駆動する駆動手段と、
アーム部材の一部に設けられ、受電部で受電した電圧によって塗料を帯電するとともに、これを噴射する塗装機と、
を有することを特徴とする塗装用ロボット。
【請求項１１】
請求項１０に記載の塗装用ロボットを備える塗装システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧発生部で発生した電圧を、電圧発生部から離間した位置に設けられた受電部に供給する電圧ケーブル、電圧ケーブルを備えたロボットアーム、塗装ロボット、塗装システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な加工にロボットが用いられている。その一例として、静電塗装用ロボットが挙げられる（例えば、特許文献１など）。これは、ロボットアームの先端にスプレーガンを取り付け、ロボットアームを駆動しながら、塗料を噴射することにより被加工物に塗装を施すものである。このとき、塗料を負に帯電させるために、スプレーガンには、電圧ケーブルを介して電圧発生装置から高電圧が供給される。
【０００３】
電圧発生装置は、通常、スプレーガンから若干離れた位置（例えば、ロボットアームの内部や基端部など）に設けられている。そのため、この電圧発生装置とスプレーガンとを接続する電圧ケーブルは、ロボットアームのアーム内部に挿通されることが多い。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−９０８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ロボットアームは、塗装位置に応じて様々な姿勢をとる必要があり、高速かつ精密に駆動する。その際、アームの内部に挿通された電圧ケーブルも、アームの動きに応じて、柔軟に動けることが必要である。
【０００６】
しかしながら、従来の電圧ケーブルは、銅線などの導電性金属線に絶縁体を被膜したものが用いられており、柔軟性に乏しかった。特に、高電圧を供給する場合は、大径の導電性金属線を用いることが多かったが、柔軟性が低く、ロボットアームの動きに追従できない場合があった。また、ロボットアームの動きによって、電圧ケーブルには、ねじれ応力や引張応力が断続的に加わる。そのため、ロボットアームの駆動を繰り返し行ううちに、電圧ケーブルに断線が生じる場合もあった。
【０００７】
そこで、本発明では、より柔軟に動くことができる電圧ケーブル、および、これを用いたロボットアーム、塗装ロボット、塗装システムを提供することを目的とする。本発明の他の目的は、断線の生じない電圧ケーブル、ロボットアーム、塗装ロボット、塗装システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電圧ケーブルは、電圧発生部で発生した電圧を、電圧発生部から離間した位置に設けられた受電部に供給する電圧ケーブルであって、絶縁性材料からなる管体と、管体内部に充填された導電性液体と、を有することを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、受電部は、電圧発生部に対して相対移動し、電圧ケーブルは、電圧発生部および受電部それぞれに接続される。別の好適な態様では、管体の両端に設けられ、導電性液体を管体内部に密封するシール部を有する。望ましくは、管体の両端に設けられ、電圧発生部および受電部それぞれ接続するコネクタ部を有し、シール部は、導電性材料からなり、少なくとも一部が導電性液体に、他の一部がコネクタ部に接触し、コネクタ部は、シール部を介して導電性液体と電気的に接続される。別の好適な態様では、管体は、ポリエステルからなる。別の好適な態様では、管体は、フッ素系樹脂からなる。
【００１０】
他の本発明であるロボットアームは、アーム部材と、アーム部材の一部に設けられた受電部と、受電部と離間した位置に設けられた電圧発生部と、電圧発生部で発生した電圧を受電部に供給する電圧ケーブルと、を有するロボットアームであって、電圧ケーブルは、絶縁性材料からなる管体と、管体内部に充填された導電性液体と、を有することを特徴とする。
【００１１】
好適な態様では、電圧ケーブルは、アーム部材の内部に挿通されることを特徴とする。別の好適な態様では、アーム部材は、電圧ケーブルの挿通範囲において１以上の関節を有する。
【００１２】
他の本発明である塗装ロボットは、上述のロボットアームと、アーム部材を駆動する駆動手段と、アーム部材の一部に設けられ、受電部で受電した電圧によって塗料を帯電するとともに、これを噴射する塗装機と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電圧ケーブルの芯線として金属ではなく液体を用いるため、柔軟性をより向上できる。本発明の他の効果として、電圧ケーブルの芯線として疲労破壊が生じない液体を用いるため、断線を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）に本発明の実施の形態である電圧ケーブル３０の概念図を、図１（Ｂ）に図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ端面図を示す。この電圧ケーブル３０は、電圧発生装置２４から発生した電圧を、電圧発生装置２４から離間した位置に設けられた受電部２６に供給するケーブルである。この電圧ケーブルは、特に、受電部２６が電圧発生装置２４に対して相対的に移動する場合に好適で、受電部２６が相対移動しても、その動きに追従でき得るケーブルである。
【００１５】
電圧ケーブル３０は、管体３４と、管体３４の内部に充填された導電性液体３６から構成される。管体３４は、絶縁性材料からなり、供給する電圧に十分耐えうる耐電圧性も備える。また、受電部２６の相対移動に追従でき得る程度の可撓性を備えている。この管体３４の材料としては、例えば、ポリエステルやフッ素系樹脂などを用いることができる。これらの材料は耐溶剤性に優れるとともに、高い耐電圧性も備えている。特に、ポリエステルは、これらの長所に加えて、高い可撓性も備えているため、より好適に用いることができる。
【００１６】
導電性液体３６は、導電性を備えた液体であり、電圧ケーブル３０の芯線として機能する。この導電性液体３６が必要とする導電率は、供給すべき電圧値や電圧ケーブル３０の長さ、管体３４の内径（断面積）などによって異なるが、高電圧、小電流を供給するのであれば、比較的、低い導電率でもよい。導電性液体３６として、例えば、不純物を含んだ水などを用いることができる。不純物としては、水に溶融し、イオン化が可能な物質、例えば、ＮａＣｌなどがある。また、より入手容易な導電性液体３６として、水道水（通常、１００μＳ／ｃｍ〜２００μＳ／ｃｍ程度）も用いることができる。
【００１７】
このように、電圧ケーブル３０の芯線として導電性液体３６を用いることにより、電圧ケーブル３０の柔軟性を向上できる。すなわち、芯線が液体であれば、その収容体である管体３４の形状変形に常に追従でき、電圧ケーブル３０として多様な動きができる。また、液体の芯線であれば、管体３４を湾曲や屈曲させても金属製の芯線のように疲労による破壊が生じることはなく、断線を防止できる。したがって、電圧ケーブル３０の信頼性をより高めることができる。
【００１８】
なお、図２に示すように一つの電圧ケーブル３０に、導電性液体３６が充填された管体３４を複数用いてもよい。図２は、シースである外側管体４８の内部に多数の管体３４および導電性液体３６を収納した電圧ケーブル３０の端面図である。
【００１９】
電圧ケーブル３０の両端には、電圧発生装置２４および受電部２６のそれぞれと接続するコネクタ部（図示せず）が設けられている。コネクタ部は、導電性金属からなり、管体３４内部の導電性液体３６と電気的に接続されている。この電気的接続は、直接的でも間接的でもよい。すなわち、コネクタ部の一端が導電性液体３６と直接、接触してもよいし、導電性液体３６と接触する他の部材と接触して電気的接続を図ってもよい。
【００２０】
また、電圧ケーブル３０の両端にはシール部材（図示せず）も設けられている。シール部材は、単独、または、他の部材と協働して導電性液体３６を管体３４内部に密封する。単独で密封する場合、シール部材の少なくとも一部は、導電性金属から構成される。この導電性金属は、管体３４内部の導電性液体３６およびコネクタ部の両方に接触し、両者の電気的接続を仲介する。また、他の部材、例えば、コネクタ部と協働して導電性液体３６の密封する場合、他の部材が導電性液体３６に直接接触するのであれば、シール部は導電性液体３６と必ずしも直接接触しなくてもよい。その場合は、シール部は、絶縁性材料から構成されてもよい。
【００２１】
次に、この電圧ケーブルの好適な適用事例である静電塗装システム１０について図３を用いて説明する。図３は、静電塗装システム１０の概略構成図である。この静電塗装システム１０は、被加工物２０を載置搬送する搬送台２２と、被加工物２０に対して塗装を施す静電塗装ロボット１１と、を備えている。搬送台２２は、被加工物２０である車体などを載置する台であり、図示しない制御装置からの指示に従って移動できるようになっている。
【００２２】
静電塗装ロボット１１は、複数の関節を備えたロボットアーム１２からなる。ロボットアーム１２は、地面に設置された基台１３に接続された基端アーム１４と、基端アーム１４に接続された中間アーム１６、さらに、中間アーム１６に接続された先端アーム１８に大別される。各アーム１４，１６，１８には、駆動手段としてのモータが複数設けられており、制御装置からの指示に応じてモータが駆動することにより多方向に移動できるようになっている。この移動は、被加工物２０を均一に塗装できるように、高速かつ精密に行われる。特に、先端アーム１８の位置および方向は、後述するスプレーガン（図３においては図示せず）の位置および方向に大きく影響するため、基端アーム１４および中間アーム１６に比べて、より高い高速性、精密性が求められる。
【００２３】
基端アーム１４および中間アーム１６は、いずれも、単一の関節を備えており、基端アーム１４は旋回動作と回転動作が、中間アーム１６は回転動作が可能となっている。ここで、旋回動作はアームの長軸を中心とした旋回動作を指し、回転動作はアームの短軸方向の軸を中心とした回転動作を指す。基端アーム１４および中間アーム１６は、回転動作および旋回動作を行うことで多方向に移動し、先端アーム１８の位置決めを行う。
【００２４】
先端アーム１８は、複数の関節を備えたアームである。各関節には、それぞれ、モータが設けられており、回転動作や旋回動作が可能となっている。この複数の関節の動きにより、先端アーム１８の先端位置や方向を変更できるようになっている。つまり、先端アーム１８は、各関節の動作の組み合わせによって、屈曲動作や捻り動作が可能となっている。
【００２５】
ロボットアーム１２の内部には、スプレーガン２８、高電圧を発生する電圧発生装置２４、および、発生した高電圧をスプレーガン２８の受電部２６に供給する電圧ケーブル３０が設けられている。これについて、図４を用いて説明する。図４は、ロボットアーム１２の内部構成を示す概略図である。
【００２６】
先端アーム１８の先端内部には、スプレーガン２８が設けられている。スプレーガン２８は、負に帯電した塗料を噴射して被加工物を塗装する。スプレーガン２８の内部には電圧の供給を受ける受電部２６が設けられており、受電部２６で受電した電圧によって塗料が負に帯電される。負に帯電された塗料は、スプレーガン２８内部に設けられた噴射機によって噴射され、静電力により被加工物２０に付着する。
【００２７】
受電部２６に供給する電圧を発生する電圧発生装置２４は、受電部２６から離間した位置、具体的には、中間アーム１６の先端位置に設けられている。この電圧発生装置２４は、外部電源から供給される比較的低い電圧（例えば、２４ボルト程度）を昇圧して高電圧（例えば、−９万ボルト程度）を発生する。
【００２８】
電圧発生装置２４で発生された電圧は電圧ケーブル３０を介して受電部２６に供給される。この電圧ケーブル３０は、絶縁性材料からなる管体３４の内部に導電性液体３６が充填されたケーブルである（図１（Ｂ）参照）。本実施の形態では、導電性液体３６として水道水を用いている。水道水を用いるのは、その入手が極めて容易かつ安価であるからである。また、本実施の形態では、塗料の帯電のために電圧を供給しており、電流はほとんど送電しなくてよい。そのため、電圧ケーブル３０の芯線として、導電率の低い水道水であっても用いることができる。
【００２９】
また、本実施の形態における管体３４は、ポリエステルからなる。ポリエステルを用いるのは、ポリエステルが高い可撓性や耐電圧性、耐溶剤性を備えているからである。管体３４の内径は、供給すべき電圧が供給でき得る程度の大きさである。換言すれば、電圧ケーブル３０全体としての抵抗値が、規定の電圧値を供給できる程度に小さくなるような内径となっている。また、管体３４の外径は、必要とされる可撓性や耐電圧性を満たす程度の大きさである。ここで、必要とされる可撓性とは、先端アーム１８の動きに追従できる程度の可撓性をいう。すなわち、電圧ケーブル３０は、先端アーム１８の内部に挿通されており、先端アーム１８の動きに応じて変形する必要がある。先端アーム１８は、上述したように、多数の関節を有しており、屈曲や旋回動作を行うため、管体３４は、この屈曲や旋回動作にも十分追従できる可撓性が必要となる。
【００３０】
管体３４の両端には、コネクタ部材４２およびシール部材が設けられている。これについて、図５を用いて説明する。図５は、管体３４の端部近傍における縦断面図である。
【００３１】
シール部材４０は、管体３４の両端において導電性液体３６を管体３４内部に密封する。本実施の形態では、このシール部材４０は、導電性金属からなる棒状部材として実現される。これは、管体３４の端部から内部に挿入されている。このシール部材４０の直径は、管体３４の内径より僅かに大きく、管体３４内部に挿入した際に管体３４の内壁と密着できるようになっている。シール部材４０のうち、管体３４に挿入された側の端面は、管体３４内部の導電性液体３６に接触しており、シール部材４０と導電性液体３６との通電性が確保される。
【００３２】
コネクタ部材４２も、管体３４の両端に設けられ、電圧発生装置２４および受電部２６それぞれに接続される。コネクタ部材４２は、導電性金属からなり、その中心には電圧発生装置２４または受電部２６のコネクタが挿入される挿入穴４４が形成されている。このコネクタ部材４２は、管体３４端部から突出したシール部材４０に固着されており、シール部材４０を介して管体３４内部の導電性液体３６と電気的に接続されている。そして、挿入穴４４に電圧発生装置２４または受電部２６のコネクタが挿入されることにより、導電性液体３６を介して電圧発生装置２４と受電部２６とが電気的に接続される。
【００３３】
なお、ここで説明したコネクタ部材４２およびシール部材４０の構成は一例であり、導電性液体３６との電気的接続および管体３４内部への導電性液体３６の密封が実現できれば、他の構成であってもよい。したがって、例えば、単独の部材で導電性液体のシールとコネクタとしての機能を実現してもよい。また、シール部材の一部に弾性体を用いて、密封性をより向上させてもよい。また、シール部材全体を弾性体などの絶縁性材料で構成し、コネクタ部はこの弾性体を貫通して導電性液体に直接接触するようにしてもよい。
【００３４】
次に、この静電塗装システムでの塗装の流れについて簡単に説明する。静電塗装を行う場合は、まず、被加工物２０を搬送台２２に載置し、所定の位置に配置する。制御装置は、静電塗装ロボット１１のロボットアーム１２を駆動して、スプレーガン２８の位置を調整するとともに、スプレーガン２８から塗料の噴射を行う。また、外部電源から電圧発生装置２４に対して低電圧を供給する。電圧発生装置２４は、供給された低電圧を昇圧し、高電圧を発生させる。発生した高電圧は、電圧ケーブル３０を介してスプレーガン２８の受電部２６に供給される。スプレーガン２８は、受電部２６で受電した高電圧によって塗料を負に帯電させた上で、被加工物２０に対して噴射する。
【００３５】
このとき、被加工物２０を均一に塗装できるように、スプレーガン２８、ひいては、先端アーム１８は、高速で移動し続けている。塗装の対象位置によっては、先端アーム１８は、その一部を屈曲や旋回させて、スプレーガン２８の位置および方向を調整する。
【００３６】
その場合、先端アーム１８の内部に挿通される電圧ケーブル３０には、先端アーム１８の動きに応じた移動や屈曲、旋回が生じる。ここで、従来の金属製芯線を用いた電圧ケーブルでは、柔軟性に乏しく、この先端アーム１８の動きに追従できない場合があった。そのため、先端アーム１８の移動速度や移動範囲を電圧ケーブルの柔軟性に応じて制限しなければならず、先端アーム１８の高速性や精密性を低下させていた。
【００３７】
一方、本実施の形態では、芯線として導電性液体３６を用いているため、極めて高い柔軟性を有しており、容易に移動や屈曲、旋回などの動きに追従できる。したがって、先端アーム１８の高速で精密な駆動を確実に実現できる。また、本実施の形態の電圧ケーブル３０であれば、屈曲などの姿勢にも耐え得るため、先端アーム１８に従来の金属製芯線では実現できなかった姿勢をとらせることも可能である。したがって、先端アーム１８の移動速度や移動範囲を向上でき得る。
【００３８】
また、従来の電圧ケーブルでは、金属製芯線に、繰り返し、引張応力や捻り応力などの負荷がかかるため、芯線が疲労により破壊して、断線が生じるおそれがあった。特に、芯線とコネクタ部材との結合部分は、強度が弱く、断線が生じやすかった。
【００３９】
しかし、本実施の形態では、芯線に液体を用いているため、疲労破壊などの恐れがなく、断線を防止できる。また、芯線（導電性液体３６）とコネクタ部材４２との電気的接続は、導電性液体３６と導電性金属との接触により電気的接続が実現されているため、断線が生じない。
【００４０】
以上、説明したように本実施の形態によれば、電圧ケーブルの芯線として導電性液体を用いているため、電圧ケーブルの柔軟性をより向上できる。そのため、電圧ケーブルを有するロボットアームの移動速度や移動範囲をより向上でき得る。さらに、芯線の断線が防止でき、ひいては、ロボットアームの信頼性をより向上できる。
【００４１】
なお、上述の説明では、静電塗装ロボットおよびこれに用いられるロボットアームを用いて説明しているが、電圧発生部から離間した位置に設けられた受電部に電圧を供給する他のロボット、ロボットアームに適用してもよい。特に、受電部が電圧発生部に対して相対移動したり、高電圧を供給するロボットやロボットアームに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（Ａ）は本実施の形態である電圧ケーブルの概略構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ−Ｘ端面図である。
【図２】他の実施の形態である電圧ケーブルの端面図である。
【図３】本発明の実施の形態である静電塗装システムの概略構成図である。
【図４】静電塗装ロボットアームの構成を模式的に示す図である。
【図５】電圧ケーブルのコネクタ部周辺の横断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  静電塗装システム、１１  静電塗装ロボット、１２  ロボットアーム、１４  基端アーム、１６  中間アーム、１８  先端アーム、２０  被加工物、２４  電圧発生装置、２６  受電部、２８  スプレーガン、３０  電圧ケーブル、３４  管体、３６  導電性液体、４０  シール部材、４２  コネクタ部材。
【図１】
2006007152.tif 000003
【図２】
2006007152.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006007152.tif 000007