(57)【要約】【課題】複数本のケーブルを一定の軌道上を移動する動作をさせるときに、ケーブルベアを必要とせず、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しても、ケーブルがケーブル自身の強度で水平に維持できる超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブルを提供する。【解決手段】複数本のケーブル間を接続して平型構造ケーブルにし、この平型構造ケーブルの構成の一部として超弾性合金を、少なく共２本以上、ケーブルの長さ方向に配置することによって、ケーブル自身がケーブルベアの機能を有するため、ケーブルベアを用いなくても良くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超弾性合金線をケーブルの構成材の一部として、少なく共２本以上、ケーブルの長手方向に縦添えに配置したことを特徴とする超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブル。
【請求項２】
平型構造ケーブルを一定の軌道上を移動する動作をさせたときに、平型構造ケーブルに生じる曲げ歪量よりも大きな曲げ歪量で繰り返し伸縮が可能な超弾性合金線を用いたことを特徴とする請求項１に記載の超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブル。
【請求項３】
超弾性合金線がＮｉ−Ｔｉ合金線、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｘ三元合金線の中から選ばれた１種であることを特徴とする請求項１から２の内いずれかに記載の超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブル。
【請求項４】
Ｎｉ含有量が４８〜５２原子％、Ｔｉ含有量が４８〜５２原子％、ＮｉとＴｉの合計含有量が９６原子％〜１００原子％である合金組成を有するＮｉ−Ｔｉ系合金を用いることを特徴とする請求項１から３の内いずれかに記載の超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来は工作機械の移動部分や走行型ロボット等の配線に使用される一定の軌道上を移動する動作をさせるときに大掛かりな装置のケーブルベアを使用してきたが、本発明はその超弾性合金線をケーブルの長手方向に縦添えに配置することにより、ケーブルベアを必要としない超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は図４（Ａ）に示すように、ケーブル３´を一定の軌道上を移動する動作をさせるときに、ケーブルベア２´が利用される。このケーブルベア２´は図４（Ｂ）に示すように、固定側の基準点から振り分けに可動し、可動範囲を「ストローク」としている。ケーブル３´は図４（Ａ）に示すようにケーブル同士の干渉を避けるため、ケーブルベア２´内にケーブルを水平に並べた時、十分な間隔が確保できるように配線されるか、または図４（Ｃ）に示すようにケーブルベア内に仕切り板４´を設けて配線される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このケーブルベアを利用することによって下記の点が問題になる。
(１)  ケーブルベア内でケーブルがクロスするような布設をすると、曲げＲ部で相互に押しつぶされ、動作時の遊びがなくなり断線に至るので、ケーブルベア内断面積に対するケーブル断面積の占有率を４０％以下にしなければならず、構成全体が大型化する。
(２)  ケーブルベアに対してケーブルを弛ませて配線した場合や、ケーブルに張力を加えたまま配線すると、ケーブルベアの内壁とケーブルとの間の摩擦でケーブルのシースが削られ発塵する。最近ではクリーンルーム内で使用されるケースが多くあり、粉塵が問題になる。
(３)  ケーブルのよじりを取り除いてから配線しないと、ケーブルが一定の軌道上を移動する動作中に、ケーブルに蛇行・座屈が発生するため、配線する前にケーブルを水平に放置するまたは吊り下げる等の処置をしてよじりを取り除く処置が必要になる。
(４)  ケーブルの重量でケーブルベアを水平に維持できない場合には、図４（Ｄ）に示すようにサポートローラー５´が必要になり装置が複雑になる。
(５)  ケーブルベアが可動する時に騒音が発生する。
(６)  ケーブルベアの余分なコストが発生する。
上記課題を解決するために、図５に示すようなケーブルを並列配置するとともに、一体的かつ平型に固着したケーブルが知られているが、このケーブルはケーブル自身の重量でケーブルを水平に維持できない、または初期には水平に維持できたとしても、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しているうちに、ケーブルが疲労するために水平を維持する強度を失い、一定の軌道上を移動する動作ができなくなるという問題が生じる。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、ケーブルベアを必要とせず、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しても、ケーブルがケーブル自身の弾性強度で水平に維持できる超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上述した技術的な問題点を解決するために、平型構造ケーブルの構成の一部として、超弾性合金線をケーブルの長さ方向に配置した構造のケーブルである。超弾性合金線とはＮｉ−Ｔｉ合金等の材質であり、外径はφ０．５〜φ１．５ｍｍの線径が適当である。図２に示すように通常の金属材料は、弾性領域を超える大きな変形ひずみ(約０．５％以上)を与えると、応力を除いても弾性変形分しかひずみは戻らず永久ひずみが残るが、超弾性合金はフックの法則を超える大きな変形ひずみ（約８％）を与えても応力を除くと直ちにひずみが消えて元の形状に戻る。また、超弾性合金は降伏状態ではほとんど応力が一定であるため、平型構造ケーブルの曲げＲ部にかかる応力はほとんど変化しない。また、繰り返しの応力が降伏値以下であれば繰り返し変形に対する耐久性に優れている。従って、動作時の平型構造ケーブルにかかる張力、曲げ半径、平型構造ケーブルの重量に留意し、平型構造ケーブルに合った超弾性合金線の材質、太さなどの組み合わせを適宜選定し、前記超弾性合金線をケーブルの構成材の一部としてケーブルの長手方向に縦添えすることによって水平な一定の軌道上を移動する平型構造ケーブルが可能となる。また、可動時の曲げに伴う応力を均一に分散できることによって、応力の集中点の発生を防げることにより屈曲寿命を最大限に生かすことができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、超弾性合金線を縦添えに配置した複数本からなる平型構造ケーブルは、ケーブル自体がケーブルベアの機能を有するため、ケーブルベアを必要とせず、一定の軌道上を移動する動作を繰り返しても、ケーブルがケーブル自身の弾性強度で水平を維持することができる。しかも移動端を移動させることによって追従して変化するケーブルの屈曲部分に生じる曲げ応力を均一に分散できることによって、応力の集中点の発生を防ぐことができ、屈曲耐久性も向上させることができる。従って、本発明の平型構造ケーブルを使用することによって装置全体の構成が小型・簡略化される他、粉塵・騒音・断線の危険性を軽減することができる。
なお、実施例１〜実施例４では超弾性合金線を丸ケーブルの内部に配置した構造で述べたが、この配置に限るものではないことはいうまでもない。例えば、図１（Ａ）のシース６Ｂまたは図１（Ｂ）の接着剤７の内部に配置した構造でも良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図１（Ａ）、（Ｂ）に基づき本発明を具体的に説明する。
【０００７】
図１（Ａ）、（Ｂ）は代表的な本発明の超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブルの断面図である。平型構造ケーブルは複数本の丸ケーブルを押出し成形ダイに送り込みながら、それらのケーブルのまわりにポリ塩化ビニル等のシース６Ｂを押出し成形しても良いし、丸型ケーブルを一平面に配置した状態で丸型ケーブル間を接着剤７で接続して平型構造ケーブルにしても良い。図１（Ａ）は６本の電源線を集合してシースを施した表１の構成の丸ケーブル（電源用）２Ａの中心に、超弾性合金線３を縦添えに配置したケーブル２本と信号伝送用の対撚り電線４本を集合してシースを施した表１の構成の丸ケーブル（信号用）２Ｂの２本からなり、前記超弾性合金線３を含む丸ケーブル（電源用）２Ａを、丸ケーブル（信号用）２Ｂの両端に並列配置するとともに、一体的かつ平状に押出し成形によりシース２を施した４心平型構造ケーブルである。ここで、丸ケーブル（電源用）２Ａと２Ｂ（信号用）の構成表を以下の表１に示す。
【０００８】
【表１】
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ここで、超弾性合金線３はケーブルの構成上、適切な径にするために合成樹脂が被覆されているものを採用しても良い。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）平型構造ケーブルに使用した丸型ケーブル相互間を接続するために接着剤７を用いて並列に配置した４心平型ケーブルである。図４（Ｂ）に示すように、平型構造ケーブルの片端を固定し、他端を移動させながらケーブルを一定軌道上動かそうとした場合、ケーブルの屈曲部分は他端の移動に追従して変化する。この時のケーブルの曲げ半径をＲとし、超弾性合金線の半径をｒとした場合、超弾性合金線の曲げ歪量は（ｒ／Ｒ）×１００（％）となる。従って、動作状態のケーブルの曲げ半径Ｒと超弾性合金線の半径ｒから曲げ歪量を算出し、その曲げ歪量で繰り返し使用が可能な超弾性合金線３を選定すれば良い。例えば、ケーブルの曲げ半径５０ｍｍ、超弾性合金線３の半径を０．５ｍｍとすれば、１％以上の伸縮する性質をもった超弾性合金線３を選定すれば良い。このようにして選定した超弾性合金線３を用いて、一定の軌道上を移動する動作をする平型構造ケーブルにかかる張力、曲げ半径、平型構造ケーブルの重量に留意し、その平型構造ケーブルに合った曲げ弾性率、太さ、本数の組み合わせを適宜選定することによって水平な一定の軌道上を移動する平型構造ケーブルが可能となる。この平型構造ケーブルはケーブル自体がケーブルベアの機能を有するため、ケーブルベアを用いなくとも良くなる。
【実施例１】
【０００９】
図１（Ａ）は本発明の第１の実施例である４心平型構造ケーブルの断面図である。この平型構造ケーブルは、中心部に０．５ｍｍφの超弾性合金線３を１本縦添えした丸ケーブル（電源用）２Ａの２本を、丸ケーブル(信号用）２Ｂの２本の両端に並列配置すると共に、押出し成形により一体的かつ平状にした幅２１．４ｍｍ、厚さ６．１ｍｍの４心平型構造のケーブルである。このケーブルの構成を表２に示す。
【００１０】
【表２】
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【００１１】
この平型構造ケーブルに用いた超弾性合金線３は通常の金属の弾性伸びの範囲を超える大きな変形（６〜８％）が加わっても、除荷に伴いその変形を可逆的に回復でき、しかも曲げ・伸ばしによる繰り返し変形に対する耐久性に優れていることからＮｉ-Ｔｉ（Ｎｉ４９．１５原子％)合金線を用いた。平型構造ケーブルを構成する丸ケーブル（電源用）２Ａは表１に示すように撚り導体（６０本／０．０８ｍｍφ）の外周にポリエステル絶縁体を被覆し、この絶縁心線６本を撚り合わせ、その外周上に和紙テープ、シースを順次施し、外径５．１ｍｍφにした電源用のケーブルである。平型構造ケーブルを構成する丸ケーブル（信号用）２Ｂは表１に示すように撚り導体（４０本／０．０８ｍｍφ）の外周にポリエステル絶縁体を被覆し、この絶縁心線２本を対撚りし、さらに４対を撚り合わせ、その外周上に和紙テープ、シースを順次施し、外径５．１ｍｍφにした８心の信号伝送用のケーブルである。
この平型構造ケーブルをケーブルベア使用時と同様な一定の軌道上を移動する動作をさせるため、図３（Ａ）に示すＵ字折り返し試験を行った。試験方法は、完成品から約２ｍの試料を取り、これを図３（Ａ）のＵ字折り返し試験装置にＵ字形になったケーブルの上下部分がほぼ平行になるような曲げＲで取り付け、折り返し速度を６０回／分の速さ、移動距離１ｍで動作させたとき、導体断線までの折り返し回数、ケーブルの平行度の維持状態、ケーブルシースの擦り切れの有無の評価を行った。ケーブルの平行度の維持状態の評価は、折り返し移動試験後に固定端の真上に移動端を位置させたときのＵ字形のケーブルの平行部分の上下間の最大高さと最小高さの差の変化量から求めた。(最大高さは移動端の高さであり、最小高さはケーブルが撓んだ状態の最下部の高さ)。評価試験結果を表４に示す。
【００１２】
【表４】
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【００１３】
この表４から５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。
【実施例２】
【００１４】
図１（Ｂ）は本発明の実施例２の４心平型構造ケーブルの断面図である。この平型構造ケーブルは、中心部に０．５ｍｍφの超弾性合金線３を１本縦添えした丸ケーブル（電源用）２Ａの２本を、丸ケーブル(信号用）２Ｂの２本の両端に並列配置すると共に、丸ケーブル相互間を接続するために接着剤７を用いて一体的かつ平状にした幅２０．４ｍｍ、厚さ５．１ｍｍの４心平型構造のケーブルである。ケーブル構成は表２に示す。本実施例のケーブルは実施例１のケーブルよりもケーブル重量が軽いため、Ｕ字形のケーブルの上下部分がほぼ平行になるようにした場合に、初期の平行部分の高さが実施例１よりもやや高くなる。この平型構造ケーブルについて実施例１と同様にＵ字折り返し試験を行った。評価結果を表４に示す。この表４から５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。
【実施例３】
【００１５】
本実施例３は実施例１の丸ケーブル（信号用）２Ｂを２本から４本に増やし、Ｎｉ-Ｔｉ（Ｎｉ４９．１５原子％)合金線の直径を０．５ｍｍφから０．８ｍｍφに代えた幅３１．６ｍｍ、厚さ６．１ｍｍの６心平型構造のケーブルである。ケーブル構成は表２に示す。本実施例は実施例１および実施例２よりも幅が広いケーブルであるが、直径が大きい超弾性合金線３を使用しているためＵ字形のケーブルの上下部分がほぼ平行になるようにした場合に、実施例１および実施例２に比べて初期の平行部分の高さが高くなる。この平型構造ケーブルについて実施例１と同様にＵ字折り返し試験を行った。評価結果を表４に示す。本実施例も５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。
【実施例４】
【００１６】
実施例４は実施例１における超弾性合金３をＮｉ-Ｔｉ（Ｎｉ４９．１５原子％)合金に代えてＮｉ−Ｔｉ−Ｃｒ合金(Ｎｉ５１．０原子％、Ｃｒ０．２原子％、残部Ｔｉ)にした以外は実施例１と同じ４心平型構造のケーブルである。ケーブル構成は表２に示す。本実施例に使用したＮｉ−Ｔｉ−Ｃｒ超弾性合金はＮｉ-Ｔｉ（Ｎｉ４９．１５原子％)合金よりも曲げ弾性率が大きいので、Ｕ字形のケーブルの上下部分がほぼ平行になるようにした場合に、初期の平行部分の高さが実施例１に比べて９０ｍｍから１１０ｍｍと高くなる。この平型構造ケーブルについて実施例１と同様にＵ字折り返し試験を行った。評価結果を表４に示す。本実施例も５００万回の折り返し移動後も導体断線せず、ケーブルのＵ字形の平行部分の平行度もほぼ維持しつつ、シースの擦り切れの無い良好な平型構造ケーブルが得られることがわかる。
【比較例】
【００１７】
本発明の効果を従来技術と対比するために、従来技術により比較例１〜４のケーブルを作成し、実施例と同様な評価を行った。
【００１８】
比較例１〜３は、実施例１〜３に各々対応した平型構造ケーブルから超弾性合金線３を取り除いた平型構造ケーブルである。ケーブル構成は表３に示す。
【００１９】
【表３】
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この平型構造ケーブルを各々の実施例と同様な条件でＵ字折り返し試験を行った。評価試験結果を表４に示す。表４からいずれの平型構造ケーブルも、初期の段階からケーブルの重量でケーブル自身を水平に維持できないため、(最大高さー最小高さ)の差が４０ｍｍ〜５０ｍｍになる。また、折り返し回数が１００万回の時点では、ケーブルが疲労するため、平行を維持する強度を全く失い、図３（Ｂ）に示すようにＵ字形のケーブルの上部分が下部分に接触する状態になる。また、導体断線までの折り返し回数は１００〜１３０万回であり、実施例に比べて低い屈曲寿命になる。これはケーブルが可動時の曲げに伴う応力を均一に分散できないために、応力の集中点を発生させ屈曲耐久性を短くしていると考えられる。比較例４は、ケーブルの中心に超弾性合金線３を有しないの丸ケーブル（電源用）２Ａの２本と丸ケーブル（信号用）２Ｂの２本の計４本を各々分離した状態のまま、実施例１と同様にケーブル（電源用）２Ａの２本を両端に配置してケーブルベア内に４本並列布設してＵ字折り返し試験を行った。ケーブルベアは曲げ部の直径１００ｍｍφ、内側高さ１６ｍｍ、内側幅５０ｍｍの寸法（占有率約１０％）のものを用いて移動速度、移動距離は実施例と同じ条件で評価を行った。評価結果を表４に示す。表４から本比較例は導体断線までの繰り返し回数は実施例と同レベルであるが、ケーブルベアがケーブルベアの重量で自身を水平に維持できないため、初期のケーブルの平行度については(最大高さー最小高さ)の差が１５ｍｍになり実施例より劣る。また、ケーブルベアの内壁とケーブルとの間の摩擦でケーブルのシースに擦り切れが発生している。
【００２０】
なお、本実施例は、代表的なケーブル構造を例示しており、超弾性合金線の位置や本数を限定するものではない。また、ケーブルにシールド材を使用したものでも構わず、設計上、本発明の範囲内で、各種の変形を含むものであることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブルは、ロボットや工作機械以外に対して、幅広い応用展開が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）は、本発明の押出し成形による超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブル１Ａの断面図、（Ｂ）は、本発明の接着による超弾性合金線入りケーブルベアレス平型構造ケーブル１Ｂの断面図である。
【図２】超弾性合金と通常の金属材料の応力―ひずみ曲線
【図３】（Ａ）は、Ｕ字折り返し試験装置、（Ｂ）は、従来の平型構造ケーブル１´のＵ字折り返し試験後の状態図である。
【図４】（Ａ）は、従来のケーブルベア２´内にケーブル３´が並列配置された状態図、（Ｂ）は、従来のケーブルベア２´可動状態図、（Ｃ）は、従来の仕切り版４´を設けたケーブルベア２´内断面図、（Ｄ）は、従来のケーブルベア２´のサポートローラー５´の説明図である。
【図５】従来の平型構造ケーブル１´の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１Ａ 本発明の押出し成形による超弾性合金線入りケーブル
ベアレス平型構造ケーブル
１Ｂ 本発明の接着による超弾性合金線入りケーブル
ベアレス平型構造ケーブル
２Ａ  丸ケーブル（電源用）
２Ｂ  丸ケーブル（信号用）
３    超弾性合金線
４    導体
５    絶縁体
６Ａ  シース
６Ｂ  シース
７    接着剤
１´  従来の平型構造ケーブル
２´  ケーブルベア
３´  ケーブル
４´  仕切り板
５´  サポートローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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