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可動ケーブルの不具合とその回避方法

ハンドブック

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ドキュメント名 可動ケーブルの不具合とその回避方法
ドキュメント種別 ハンドブック
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取り扱い企業 イグス株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

このカタログの内容

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メリヤス 状の布 チェーンフレックス… ... 寿命を延ばしコストを下げる 制御・動力 特殊技術と独創性の結晶... ...チェーンフレックスの設計に対するイグスの自信 データ・同軸 エネルギー供給システムは、正確に適切に可動することが求められま 1989年以来、数百万回以上繰り返してきた す。しかし、この要求はシステムで使用されるケーブルを含むすべての 束撚りのテスト 動力 コンポーネントが完璧に動作することを前提としています。実は1980 年代初頭から生産現場で、顕著になってきた問題があります。オート 非常に高度な技術で幾重にも撚られた内部構造をケーブルに成 不具合の解説 メーション技術の採用により、連続的に高頻度で高い負荷が掛かる 形する束撚り方法を採用することにより、この問題を解消すること 複合 ような設備が増加したため、エネルギー供給システム自体は問題な ができます。素線は最初に特別なピッチで撚られ、出来た線心を く機能しているにもかかわらず、ケーブルやホースが断線・破損する 次に一本の束に撚り上げます。ケーブルの断面が大きい場合、中 線心破断 エンコーダ 事例が多発しました。極端なケースでは、ヨレや線心の破損によっ 心材の円周上に施されます。引張力を軽減する中心材の周りに 一定の曲げ応力の下で、個々の線心に機械的な過負 多層撚りの線心 てライン全体が停止してしまい、生産性が低下することがありました。 撚っていきます。 図2参照 荷、引張り負荷が掛かることで銅線が断線し、導電不 良が生じます。多くの場合、素線の不良や撚りピッチの バス 引張り強度のない 図 1: イグスは、お客様のこのようなご不満を解消するソリューションを求め このように線心を何回も撚ることで、ケーブルを曲げたときに生じる 方向および長さの不良が原因です。 中心材 他社製 層撚り て、率先して解決に乗り出しました。そして、可動する保護管と中 内径と外径の線心長さの差を同一に変えます。撚り構造に必要 光ファイバー 短いピッチで 可動ケーブル に組み込むケーブルの両方を総合的に考えたエナジーチェーンシス な内部安定性を確保する耐引張り性の高い中心材の周囲で、 絶縁体の損傷 撚られた テムを世界で初めて開発しました。イグスは1989年以来培ってき 引張り力と圧縮力のバランスが保たれます。こうして、最大の曲げ 導体周囲の絶縁体が損傷することで短絡が生じます。 束撚り たノウハウと繰り返し行ってきた緻密な試験に基づいて、世界中の 応力をかけた場合でも撚りが安定性を保つのです。 図3参照 一定の曲げ応力による材質疲労や撚り構造内部での チェーン フレックスM 工場から機械のダウンタイムをなくすべく設計開発を続けています。 材質の摩耗が原因です。導体または編組シールドの単 線破断により、絶縁体に穴があきます。 コークスクリューを避ける方法はないのでしょうか。 ロボット 図4: ヨレてしまった他社製ケーブル 曲げ半径10 x d、400,000 「コークスクリュー現象」とは、保護管の中で動くケーブルが過度な荷 コークスクリュー現象 往復回数を使用したシールド付き制御・動力ケーブル 重・引っ張り等によりらせん状に変化し、復元できなくなることを言い 曲げ動作において、個々の線心に機械的な過負荷、引 スペシャル ます。多くの場合、その直後に線心が断線します。コークスクリューは 張り負荷が掛かることで銅線が断線し、外部からも分かる どのようにして発生するのでしょうか。また、それを避ける方法はないの 変形がケーブル全体に生じます。多くの場合、構造特性 引張り強度の ある でしょうか。エナジーチェーンシステム全体を慎重に設計することももち (層撚り、中心材がないこと、チューブ押出成形の外被の エアホース 中心材 ろん重要ですが、保護されるケーブルの構造もコークスクリューを防ぐ 緩み等)、ケーブルに掛かる高い曲げ応力が原因です。 重要な要因です。基本的には、ケーブルを束で撚るか層で撚るかに カメラ よって明確な違いが生じます。 図4参照 EMC問題とシールドワイヤーの破断 外被の摩耗 (ハーネス) 層で撚ったケーブルの特性 ケーブルシールドは、原則として次の二つの課題を満たさねばなり 外被の摩耗により、内部の撚り線やシールドが露出しま ません: す。多くの場合、外被の素材選定ミスや押出成形プロ ネットワーク (ハーネス) 層撚りケーブルは製造が非常に簡単であるため、ケーブル保護管に 外部干渉からケーブルを保護すること セスの不良によって表面に欠陥が生じ、摩耗が避けられ ● 耐摩耗性が高く、 適したケーブルとして、安価で市場に出回っています。一見、魅力的 ● 外 部に伝送する前に干渉を遮蔽すること なくなることが原因です。 光ファイバー 隙間に食い込む 図 2: に見えるこれらのケーブルですが、コークスクリュー現象によってシステム (ハーネス) 充実押出成形の外被 イグス製 が運転不能となれば、すぐに高い買い物であったことが分かります。こ 外被の膨張、破断 この二つの課題は非常に重要です。信号不良が発生すると、その 撚り構造と ういった問題はどのようにして起こるのでしょうか。他社製のケーブル構 システム自体と、外部のシステムの両方が大きなダメージを受けるか 外被が柔らかくなって変形したりすることで、破損して内 イニシエータ 線心構造 (ハーネス) 遮蔽性能の高い 造をご覧ください。 図1参照 らです。さらに大きな問題は、シールドの破損は通常外部から発見 部の撚り線またはシールドが見えるようになります。それ シールド 層で撚ってある場合、ケーブルの線心は程度の差はあってもしっかりと できないため、不具合対策が非常に困難になるという点です。これ は、使用する油や化学薬品に適さない素材を選択した 産業用コネクタ 図 3: 撚られていますが、中心に近い数層では撚りが比較的長く、その上か らの問題はどのようにして発生するのでしょうか。 ことが原因です。 (ハーネス) イグス製 らチューブ状に押出成形された外被が施されます。シールドケーブル 中心材と 答えはケーブルの内部構造から見つけることができます。つまり、シ 撚り合わせ構造 の場合、線心はメリヤス状の布かホイルで被覆されます。例えば、線 ールドがケーブルの動きに対応できるように設計されているか否かで シールド効果の損失、電磁適合性 ロボット 隙間に食い込む (ハーネス) 充実押出成形 心が12本のケーブルは、運転中にどのようなことが起こるでしょうか。 す。固定ケーブルのシールドは非常に容易かもしれませんが、可動 (EMC)問題 の内被 ケーブルに永久的なシールドを施すことは非常に困難です。 電気ケーブル内外の電磁干渉は 多くの場合、シールドの モータ 線心が動くことで、屈曲によってケーブルの内側が押し潰され、外側 編組角度が繰り返しの曲げに適さないことから機械的な (ハーネス) の線心が引き伸ばされます。初期の段階では、使用素材の弾性が ケーブル保護管に適したとされるケーブルでも、中間層の撚りはホイ 過負荷が生じ、シールドワイヤーが破断することによって起 十分なため、良好に動作します。しかし、すぐに素材の疲労によって ルやメリヤス状の布で被覆されています。撚りの上から被覆すること こります。これ以外にも、被覆効果のないホイルの使用や コネクタ 変形が生じ、決められた経路からの逸脱によって、線心に収縮する で、線心と編組シールドを分離しないようにしています。しかし、こう 不適切な外被構造が原因で編組が緩むことがあります。 部分と伸長する部分ができます。このようにしてコークスクリュー現象 いった対策は固定ケーブルでは良好に機能しても、可動ケーブルの が起こり、ほとんどの場合、その直後に線心が断線します。 場合には極めて不十分となる場合があります。ホイルやメリヤス状 クランプ の布は、撚り、シールド、そして外被の間に結合力を生むことがな く、応力が掛かった状態ではそれぞれが分離してしまうことがありま レディー 引張り強度の す。この結果、金属製のシールドが線心、絶縁体と擦れ合うよう チェーン ある になり、短絡の可能性が大きくなるのです。 中心材 テクニカル データ 1 2
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チェーンフレックス… ... 寿命を延ばしコストを下げる 制御・動力 特殊技術と独創性の結晶... ...チェーンフレックスの設計に対するイグスの自信 データ・同軸 シールド自体の製造には非常に時間とコストがかかるため、編みが 隙間に食い込む押出成形の外被 高品質のイグス チェーンフレックスケーブル 完全に全体を覆わないシールドや、もっと単純なワイヤーの被覆が 外被にとっては、材質だけでなくその製造工程も重要です。一般 ● 引張り力を軽減する中心材 使用されることもあります。その欠点は明白です。編みが全体を覆 的にケーブル保護管に適したと言われるケーブルの外被は、チュー ● 束撚り構造 動力 わないシールドは、動く状態では限られたシールド効果しか発揮せ ブ状に押出成形するのが普通であるため、内部の撚り構造が屈 ● シ ールドケーブル内には、撚りを被覆する ず、動作や引張りによって効果がさらに低減します。このため、シー 曲運動に耐えられるサポートにはなっていません。撚り構造が分離 隙間に食い込む押出成形の内被 ルドの種類は重要であるにもかかわらず、他社のカタログでは言及さ 複合 してしまう可能性があります。 ● 密閉された編組シールド れていないことが多々あります。 ● 最適化されたシールドの編組角度 このためイグスでは、他社に先駆け、いわゆる隙間に食い込む充実 ● 隙間に食い込む押出成形の外被 エンコーダ イグスでは、編組遮蔽率約90%のケーブルを採用し、内部構造 押出成形による外被を採用しました。 を最適化することで、この欠点を解消しています。ほぼすべてのシ ールド付きチェーンフレックスケーブルで、撚り構造の周囲の隙間に チェーンフレックスケーブルでは、タルクパウダーを線心の撚り構造に バス 食い込むよう内被を押出成形しています。この「第二の外被」は、 まぶして、その間に外被材料を注入していくことで、内部構造が開 次の二つの機能を果たしています: かないようにすると同時に、線心がずれないようにガイドしています。 光ファイバー この特殊な保護構造は、外被を高圧で押出成形することにより、 ● 撚り構造同士を一つに保持し、各線心を一つの経路でガイド。 撚りの過程で線心間にできてしまう隙間を完全に埋めています。 ● 非常に固く編み込まれたシールドによって堅牢な丸型ベースとな チェーン この結果、外被は通路として線心をガイドし、線心が決められた ります。 図1参照 フレックスM 動作を正しくできるようにしています。この外被は、撚り構造のサポ 図 2: ートの役割も果たします。 図2参照 隙間に食い込む 押出成形の内被 ロボット シールドワイヤーの破断と回避方法 シールドの製造過程においても、正しいこと、正しくないことが数多 スペシャル くあります。この過程で重要なパラメーターの一つに、編み角度が あります。 ケーブル保護管に適しているケーブルについて考える場合は、外周 優れたケーブル・7つの基本 エアホース 側にあるシールドワイヤーに掛かる引張り荷重を考慮しなければな りません。編組角度が適切でないと、引張り荷重が過度に増加し 1. 引張力を軽減する中心材 5. 内被 カメラ て、シールドワイヤーの破断が生じます。その結果、ワイヤーの鋭い ケーブル中心部には、線心数と断面積に応じて空間がで 安価なメリヤス状の布や充填材ではなく、隙間に食い込む (ハーネス) 先端がメリヤス状の布やホイルを突き破り、線心に達するまでに、シ きます。この中心部の隙間は、高品質な中心材 (廃棄素 押出成形による内被を使用しなければなりません。この方 ールド効果の低下から短絡まで様々な不具合が発生します。これ 材を使った充填材やダミーコアではない) で可能な限り埋め 法により、撚り構造は縦方向に効率的にガイドされるよう ネットワーク (ハーネス) を見分けるにはどうすれば良いでしょうか。絶縁体を剥いた時にシー る必要があります。こうすることで撚り構造を効率的に保護 になります。さらに、分離したり思わぬ方向に進むことがな ルドを簡単に外被側に押し戻せるようであれば、大抵の場合、その し、撚りがケーブルの内側に入り込むことを避けられます。 くなります。 光ファイバー シールドは動きのあるケーブルシステムに不向きです。イグスは、直 (ハーネス) 接的なアプローチによってこの問題を解決しました: 2. 素線の構造 6. シールド 素線は、最も柔軟な素材を選ぶことが最上の解決策であ 押出成形した内被の外側に施されるシールドは、最適な イニシエータ 外被破断が発生した他社 ● 長期試験を基にしたシールドの最適な編組角度により、引張り ることが分かっています。個々の素線を非常に細くすれば柔 編み角度で引き締められたものでなければなりません。編 (ハーネス) ケーブル (36Cx0.14mm2) 力を効率的に打ち消し、エナジーチェーン内で安全・確実に動く。 軟性の高い導体ができますが、このような導体はねじれが み構造やそれに包まれている撚り構造が緩むと、EMCが大 900,000 往復回数 安定した内被、シールドが離れて効果が低減することがない。 産業用コネクタ ● 生じやすくなります。イグスは長期間テストを重ねた結果、 幅に悪化し、シールドワイヤーの破断によって急激に作動し 曲げ半径 7.8 x dで使用 (ハーネス) ● シールド自体の撚り構造、ねじれ防止効果をもたらす。 耐屈曲性が最適になる素線の直径、ピッチ長、ピッチ方向 なくなる可能性があります。引き締まった編み構造の全体シ を解明しました。 ールドは、撚り構造をねじれから保護する効果もあります。 ロボット 外被の摩擦、破断 (ハーネス) 内部構造の欠陥は外からではほとんど分からないのに対し、外被に 3. 線心の絶縁 7. 外被 問題があればすぐに分かります。外被は複雑な内部構造を第一に 絶縁材は、ケーブル内部で粘着が発生しない仕様でなけ 最適な素材で製造される外被は、耐紫外線性、低温での モータ (ハーネス) 保護するものです。外被が壊れる、摩耗する、あるいは膨張すると ればなりません。さらに、絶縁材料は撚られた個々の銅線 柔軟性、耐油性、コストの最適化など、様々な要件を満 いうことは、品質上の大きな欠陥なのです。このような外被の問題 をサポートすることも求められます。したがって、エナジーチ たすことができます。そして、外被は共通した一つの特性を を避けるため、イグスでは7種類の外被材質を採用しており、個々 ェーン内では、何百kmもの線心テストで信頼性が得られ 持っていなければなりません。それは耐摩耗性が高く、しか コネクタ の環境条件に合ったものをお選びいただけます。 た最高品質の高圧押出成形PVCやTPEといった材質を も他の素材に固着してはならないというものです。また、柔 使用しています。 軟であると同時にサポート機能を持たなければなりません。 クランプ いずれにしても、外被は隙間に食い込むように高圧で押出 4. 線心の撚り 成形する必要があります。 レディー 撚り構造は、耐引張り性のある安定した中心材の周囲に チェーン 最適な短いピッチ長で撚らなければなりません。しかし、使 用する絶縁材によって、この撚り構造はさらに撚りの中の動 テクニカル 図1: 充実押出成形された内被に最適なシールド編組角度 きに応じて定義する必要があります。12心のケーブルは専 データ 用に設計した撚り構成のものを使用しなければなりません。 3 4