ロボティクス用VFDケーブルを選択する際のモーション性能に関する考慮事項

著者 Jeff Shepard（ジェフ・シェパード）氏

DigiKeyの北米担当編集者の提供

2025-06-25

産業用ロボティクス向けの可変周波数ドライブ（VFD）用ケーブルを選定する際には、最小限のサイズと最大限の信頼性を確保するために、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。「万能」の解決策はありません。各アプリケーションに最適なケーブルを決定するためには、具体的な動作要件を慎重に分析する必要があります。

ケーブルの種類によっては、ガントリロボットに適したものもあれば、一方で多軸多関節ロボット、ピックアンドプレースアプリケーション、その他のロボットソリューションに適したものもあります。

考慮すべき仕様には、最小曲げ半径、最大ねじれ、ワイヤ撚り構造、連続屈曲定格（曲げ半径、距離、加速度、速度、重量に基づく）、絶縁体と被覆材質、電磁干渉（EMI）に対するシールドレベルなどがあります。

この記事では、産業用ロボットのケーブルの選定におけるいくつかの微妙な点を詳細に説明し、LAPPの最大200万回の曲げサイクルに耐えるÖLFLEX®VFD 1XLおよび信号ケーブル付きVFD 1XL が、ガントリロボットを含む多様なロボット設計に適している理由を説明します。また、複雑なねじれや曲げ動作を伴う多軸多関節ロボットの要求事項を考察し、ÖLFLEX ROBOT F1ケーブルの使用が有益なケースを紹介します。

さらに、ロボットアプリケーション（自動アセンブリやピックアンドプレースなど）向けに設計され、最大1,000万回の曲げサイクルに耐え、さらにクラス6の極細撚り線を使用したハイブリッドケーブルのÖLFLEX SERVO FD 7DSLを簡単に紹介します。最後に、ケーブルとロボットの動作の信頼性を確保するためのケーブルグランドの重要性について説明します。

動作の基本

一般産業アプリケーション用と産業ロボティクス用VFDケーブルの大きな違いは、高速で再現性のある精密な動作をサポートする能力にあります。それはケーブルに大きなストレスを与えることになります。

ほとんどのVFDケーブルは、ある程度の柔軟性を備えています。多くの場合、これはケーブルの配線時に曲げやすくすることで、設置時の配線を容易にすることを意味します。これは固定式のアプリケーションでは有用ですが、ロボティクスでは不十分です。

ケーブルの柔軟性に影響を与える要因には、絶縁体の種類、巻き付けやシールドの追加、導体サイズ、撚り線構造などがあります。高い屈曲サイクル数を実現するには、薄くて耐摩耗性に優れた被覆素材など、ケーブル構造のあらゆる側面に細心の注意を払う必要があります。

ケーブルの曲げ半径は、ケーブルが損傷することなくどれだけ強く曲げられるかを示す基本的な仕様ですが、ケーブルが耐えられる屈曲サイクル数を示すものではありません。適切なケーブルを選択し、必要な寿命を確保するためには、ケーブルが受ける動作の種類を理解することが重要です。

曲げ半径は、連続屈曲（回転屈曲とも呼ばれる）の一側面であり、ロボティクスアプリケーションにおいて重要な仕様です。ねじれ屈曲は、ある種のロボットで重要なもう1つの柔軟性です。場合によっては、ケーブルはその軸を中心に±360°回転可能です（図1）。

曲げ屈曲、連続屈曲、ねじれ屈曲の画像 図 1: 曲げ屈曲は、ほとんどの産業用ケーブル敷設に有益です。産業用ロボティクスには連続屈曲とねじれ屈曲能力が必要です。（画像提供：LAPP）

連続屈曲とは、ケーブルの繰り返し直線的な往復運動のことで、自動化装置、ガントリロボット、ケーブルトラックシステムなどのアプリケーションでよく見られます。このような屈曲では、ケーブルは常に摩耗や応力にさらされるため、故障することなく連続的な動作に耐える必要があります。

ねじれ屈曲用に設計されたケーブルは、一定のねじれに耐えることができます。ロボットでは、ケーブルは前後に引っ張られる場合もあり、直線的な連続屈曲と回転ねじれ屈曲が組み合わさります。多軸多関節ロボット、産業用塗装ロボット（特にエンドエフェクタ部分）、ピックアンドプレースシステムなどのアプリケーションで使用されるケーブルは、ケーブルにねじれ屈曲を受けることがあります。

産業用プロセス制御の他の多くの分野とは異なり、ケーブルの柔軟性の種類を記述または定量化する標準化された用語はありません。各メーカーは、通常IEC 60228「絶縁ケーブルの導体」などの一連のIEC規格に基づいて、独自の分類システムを開発する必要があります。

IEC 60228:2023 は、さまざまな種類と用途の電力ケーブルおよびコードの導体における公称断面積を規定しています。ワイヤの数やサイズ、および抵抗値に関する要件も含まれています。

この規格は、導体を柔軟性と構造に基づいてクラスに分類し、単線（Class 1）、撚り線（Class 2）、フレキシブル（Class 5）、および高フレキシブル（Class 6）の導体を含みます。よりフレキシブルな導体は、撚り線内の細線の数が多くなります。

さまざまなIEC規格を参照するだけでなく、LAPPの連続屈曲試験方法は、詳細な監査に基づくUL認証を取得しています。この監査には、ISO/IEC 17025（試験所および校正機関の能力に関する要件を定めた国際規格）に準拠した、較正済みの専用機器、十分な訓練を受けたスタッフ、および管理された文書化などの要件が含まれています。

LAPPは、5段階の連続屈曲性能レベルと、2段階のねじれ屈曲ケーブルの性能レベルを定義しています（表1）。LAPPはまた、基本的な産業用ケーブルの曲げ柔軟性に関する3段階のレベルと、風力タービンに使用される特殊ケーブルのねじれ柔軟性に関する3段階のレベルを定義しています。

表1：LAPPが定義する連続屈曲およびねじれ屈曲の性能レベル。（表提供：LAPP）

ロボティクス用ケーブルを選択する際には、軽量であることも重要な考慮事項です。産業用ロボットは急加速と急停止を繰り返し、軽量ケーブルは質量を最小限に抑えることで、迅速な動作を可能にし、何百万回の曲げとねじれサイクルに耐えるケーブルの信頼性を向上させます。

基本ロボット動作

LAPP ÖLFLEX VFD 1XLケーブルは、CF-01連続屈曲等級を持ち、ガントリロボットなどの用途に適しています。これらのケーブルは、油や紫外線に耐性があり、シールドも施されています。XLPEプラスとしても知られる強化架橋ポリエチレン（XLPE）絶縁は、ロボティクスに必要な機械的特性を備えており、外径を小さくすることで、CF-01の柔軟性を維持しながら狭いスペースへの設置が可能です。

ÖLFLEX VFD 1XLは、ケーブル構造が柔軟性に与える影響の重要性を示す良い例です。基本モデルである701703は、細い錫メッキ銅線、バリアテープと3層ホイルテープ（100%カバー率）からなるシールド、および錫メッキ銅編組（85%カバー率）を備え、CF-01の柔軟性を満たし、定格サイクル寿命範囲は100万～200万サイクル、チェーン長は最大15フィートに対応しています。

信号接続用に個別のホイルシールド付きワイヤを1組追加し、非絶縁トレイケーブル（TC）のドレインワイヤを使用することで、1本のケーブルで電源と信号の両方を扱えるようになり、設置を簡素化できますが、その分、柔軟性等級が低くなることに注意が必要です。ÖLFLEX VFD 1XLに信号ケーブルを組み合わせた製品は、柔軟性等級がFL-02であるため、一般的な産業用途に適しています。

たとえば、モデル701715ÖLFLEX VFD 1XL（信号付き）は、FL-02の柔軟性等級を持ち、「連続屈曲設計特性」により高い柔軟性を実現しています。ただし、定格サイクル寿命が指定されていないため、ほとんどのロボティクスアプリケーションには適していません（図2）。

ケーブルの柔軟性等級がFL-02のLAPP ÖLFLEX VFD 1XLの画像図 2：信号線を追加したこのÖLFLEX VFD 1XLケーブルの柔軟性等級はFL-02 で、一般産業用アプリケーションに適しています。信号線がない場合、柔軟性等級はCF-01に昇格し、基本的なロボットアプリケーションに最適なケーブルとなります。（画像提供：DigiKey）

最大ロボット動作

最も要求の厳しいロボットアプリケーションには、TCF-01の高いねじれ屈曲等級を備えたÖLFLEX ROBOT F1ケーブルがおすすめです。このレベルのねじれ柔軟性は、0029591のような基本モデルと、0029689のようなシールド付きモデルの両方で実現されています。両モデルとも、IEC 60228に準拠した極細銅線と熱可塑性エラストマ（TPE）絶縁体を採用しています。

0.14mm²～0.5mm²までの小型ケーブルには錫メッキ銅線が使用され、0.75mm²以上のケーブルには裸銅線が使用されています。主な性能の違いは、最大ねじれ等級で、シールドなしケーブルは1mあたり±360°、シールド・付きケーブルは1mあたり±180°です。

最大ねじれ等級は、ケーブルが1mの長さで損傷を受けずに耐えられるねじれの量を示します。TCF-01の柔軟性等級を有するこのようなケーブルは、1,000万回のねじれサイクルに耐える連続動作と高動的応力に耐えることができます。

ÖLFLEX ROBOT F1ケーブルは、多軸多関節ロボット、溶接ロボット、工業用塗装ロボットなどのアプリケーション向けに特別に設計されています。たとえば、塗装ロボットは、複雑な動きをするためにかなり高いねじれが必要となる6軸設計が一般的です。（図3）。

産業用塗装ロボットの画像 図3：産業用塗装ロボット。（画像提供：LAPP）

多軸ロボットのすべての軸が必ずしも同じ種類またはレベルの屈曲を受けるわけではありません。設計によっては、一部の軸は±360°のねじれ（場合によっては逆方向のねじれ）を受ける一方、他の軸はより直線性の連続的な屈曲を受け、ねじれはほとんどまたは全く発生しません。ÖLFLEX ROBOT F1ケーブルは、すべての動作シナリオで使用可能ですが、特にエンドエフェクタツールへの接続など、ねじれと曲げの複合応力が発生するアプリケーションに最適です。

中間ロボット動作

モデル1023278 ようなÖLFLEX SERVO FD低容量ハイブリッドサーボケーブルは、IEC 60228で定義された裸銅の極細ワイヤ撚り線、ポリウレタン（PUR）外被を採用し、高動的パワーチェーンアプリケーション向けに設計されています。たとえば一部のガントリロボット設計やアセンブリ、ピックアンドプレースマシンなど、高いサイクル寿命と中間レベルの柔軟性を求められるアプリケーションに適しています。

これらのケーブルは、連続屈曲に対してCF-04等級に準拠しており、長いケーブルトラック（最大300フィートのチェーン長）に対応する高サイクルの連続屈曲アプリケーション向けに設計されています。サイクル寿命は800万～2000万サイクルです。この信号ペアは、Hiperface DSLおよびシングルケーブルソリューション（SCS）のオープンリンクインターフェースに適しています。高加速度によるストレスにも耐えることができます。

ストレインリリーフの重要性

ストレインリリーフによる保護は、ケーブルに大きな機械的ストレスがかかるロボティクスアプリケーションにおいて不可欠です。また、外部力が内部接続（はんだ接合部やコネクタピンなど）に伝達されるのを防ぐことで、ケーブル接続の長寿命化を実現します。

LAPPのSKINTOP SL/SLRシリーズは、ロボティクスアプリケーション向けに設計された、耐久性があり、液体密閉型でアセンブリが簡単なストレインリリーフケーブルグランドです。たとえば、S2221はクランプ範囲が9～16mmで、中径のVFDケーブルに適しています（図4）。

LAPP SKINTOP SL/SLRシリーズの画像図4：このようなケーブルグランドは、産業用ロボティクスなどのアプリケーションにおいてケーブルのストレインリリーフを提供します。（画像提供：LAPP）

SKINTOP SL/SLRケーブルグランドのネオプレンブッシングは、IP68等級に準拠した液体密閉性と防塵性を備えたハーメチックシールを提供します。また、振動防止保護のための内部ラチェットを備えた優れた統合ロック機構も搭載しています。

まとめ

ロボティクス用のケーブルを選択する際には、動作要件を理解することが重要です。ケーブルでは、ガントリロボットのような連続的な屈曲、産業用塗装ロボットのようなねじれ屈曲、またはその両方が発生しますか。また、屈曲の程度はどれくらいですか。たとえば、一部の多軸多関節ロボットは±360°の屈曲が可能ですが、他のロボットは±180°の屈曲しか必要としません。

信号線などの機能を追加すると、ÖLFLEX VFD 1XLと信号線付きVFD 1XLのように、ケーブルの柔軟性等級が低下することがあります。他のケーブル、たとえばÖLFLEX SERVO FDは、統合された信号ケーブルであっても非常に優れたレベルの連続屈曲を維持することができ、ピックアンドプレースやアセンブリロボットの要求に応えることができます。最後に、ケーブルグランドを使用することで、ケーブルと接続された電子機器の両方を保護するために必要な張力の緩和を実現し、周囲の保護を強化することができます。