マニピュレータ用関節部
【課題】組立てが容易でコストの低減化を図り、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部を提供する。
【解決手段】基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部である。マニピュレータ用関節部は、基部アームの端部に配設された関節軸と、回動アームの端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設され回動アームを関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットと、を備える。ハウジングには、軸方向一方側の外周面に外径側に突出する鍔部が形成され、軸方向他方側の外周面に雄ネジ部が形成され、雄ネジ部にナットを螺合させることにより、回動アームが鍔部とナットに挟まれて軸受ユニットに固定される。
【解決手段】基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部である。マニピュレータ用関節部は、基部アームの端部に配設された関節軸と、回動アームの端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設され回動アームを関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットと、を備える。ハウジングには、軸方向一方側の外周面に外径側に突出する鍔部が形成され、軸方向他方側の外周面に雄ネジ部が形成され、雄ネジ部にナットを螺合させることにより、回動アームが鍔部とナットに挟まれて軸受ユニットに固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータにおいて複数のアームを回動自在に連結するマニピュレータ用関節部に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の加工ライン、組立てライン等では、省力化、自動化のために種々のロボットアームを使用している。
ロボットアームは、複数のアームを関節部を介して連結した装置であり、関節部の構成部材として、複列の転がり軸受を組み込んだ装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の関節部に組み込まれている転がり軸受は、軸受の軸方向断面幅と半径方向断面高さの比を所定値に設定することで内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させ、高剛性、高回転精度、低トルク、低発熱を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６―３２９４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロボットアームのような大型の装置ではなく、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータの技術開発も行われているが、マニピュレータの関節部に、前述した特許文献１に記載のロボットアーム用転がり軸受を採用することはできない。
すなわち、内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させる特許文献１の転がり軸受の諸元を適用するとマニピュレータ用の転がり軸受が大型になってしまうので、小型化が必要なマニピュレータ用関節に採用することはできない。
【０００６】
また、特許文献１は、転がり軸受の構成部材である外輪及び内輪が、固定部品（外輪押さえ、内輪押さえ等）を介して関節部に固定されており、固定部品の組み込みに多くの手間と時間を要し、しかも、複列の転がり軸受を組み込まなければならないので、関節部の組立てコストの面で問題がある。
【０００７】
また、転がり軸受の構成部品である外輪及び内輪が、接着剤又は圧入により関節部に固定することも行なわれているが、予圧調整が難しく、その雰囲気温度、使用条件によっては軸受の早期剥離などの不具合が発生することが知られており、人に身近な存在であるパートナーロボット、家事ロボットに使用される妨げになることが想定される。
【０００８】
そこで、本発明は、組立てが容易な転がり軸受を採用することで組立てコストの低減化を図ることができるとともに、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は以下の構成により達成される。
（１）基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に配設される関節軸と、
前記回動アームの前記端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設され前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットと、を備え、
前記ハウジングには、軸方向一方側の外周面に外径側に突出する鍔部が形成され、軸方向他方側の外周面に雄ネジ部が形成され、
前記雄ネジ部にナットを螺合させることにより、前記回動アームが前記鍔部と前記ナットに挟まれて前記軸受ユニットに固定されることを特徴とするマニピュレータ用関節部。
（２）前記軸受ユニットは、前記複列の転がり軸受の内輪に嵌合され、前記関節軸が同軸上に固定されるスリーブをさらに備えていることを特徴とする（１）記載のマニピュレータ用関節部。
（３）前記複列の転がり軸受は、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置した複数の転動体と、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備えているとともに、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられていることを特徴とする（１）又は（２）記載のマニピュレータ用関節部。
（４）前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載のマニピュレータ用関節部。
（５）前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載のマニピュレータ用関節部。
（６）前記基部アーム及び回動アームは、前記軸受の内輪及び外輪の材料よりも線膨張係数の大きな材料からなり、
前記関節軸は、前記スリーブの材料よりも線膨張係数の大きな材料からなることを特徴とする（２）乃至（５）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、回動アームの端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設された複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットによって回動アームを関節軸に対して回転自在に支持するので、マニピュレータ用関節部を小型化することができる。
また、本発明のマニピュレータ用関節部は、ユニット化された軸受ユニットを構成部材としており、さらに回動アームがハウジングの鍔部とナットに挟まれて軸受ユニットに固定されるので組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図である。
【図３】ハウジングへのナットの締め付けを説明する説明図である。
【図４】第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図５】第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のマニピュレータ用関節部の各実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図、図２は第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図、図３はハウジングへのナットの締め付けを説明する説明図、図４は第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図、図５は第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【００１３】
マニピュレータ１は、図１に示すように、中空円筒形状の第１アーム２と、小径部３ａ及び大径部３ｂからなる中空円筒形状の第２アーム３と、一端側を中空円筒形状とし、他端部を球面形状とした中空円筒形状の第３アーム４と、第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結している第１関節部５と、第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結している第２関節部６とを備えている。
【００１４】
（第１実施形態のマニピュレータ用関節部）
第２アーム３及び第３アーム４を連結している第２関節部６は、図１及び図２に示すように、第３アーム４の一端に形成した連結板４ｃを貫通するユニット装着孔７に嵌合する軸受ユニット８と、この軸受ユニット８の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃに配設される連結ネジ９と、軸受ユニット８の外周に掛け渡されており、軸受ユニット８を介して第３アーム４を連結ネジ９（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、軸受ユニット８を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１と、を備えている。
【００１５】
ユニット装着孔７は、第３アーム４の長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成されている。軸受ユニット８は、２組の玉軸受１２，１３と、単一のハウジング１４と、単一のスリーブ１５とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受１２は、外輪１２ａ及び内輪１２ｂと、外輪１２ａの軌道溝及び内輪１２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉１２ｃと、外輪１２ａ及び内輪１２ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１２ｄとを備えている。また、他方の玉軸受１３も、一方の玉軸受１２と同一形状の外輪１３ａ及び内輪１３ｂと、外輪１３ａの軌道溝及び内輪１３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉１３ｃと、外輪１３ａ及び内輪１３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１３ｄとを備えている。
【００１６】
外輪１２ａ，１３ａ、内輪１２ｂ，１３ｂ及び玉１２ｃ，１３ｃの材料は、標準的な使用条件では軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3、ＺｒＯ2 等）を採用してもよい。
【００１７】
ハウジング１４は、２組の玉軸受１２，１３の外輪１２ａ，１３ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔７の内周部に嵌合する円筒形状の部材である。より具体的に、ハウジング１４は、その内部が延出方向に沿って中空を成す円筒状に構成されており、その内周面の略中央部に周方向に沿って環状凸部１４ａが設けられている。また、外周面には、軸方向一方側（図２中下側）端部に外径側に突出する鍔部１４ｂが形成されるとともに、軸方向他方側（図２中上側）端部に雄ネジ部１４ｃが形成される。そして、図３に示すように、雄ネジ部１４ｃに六角ナット４０が締め付けられる。
なお、図２に示すように、六角ナット４０が取り付けられるハウジング１４の軸方向他方側（図２中上側）の内周部には、空間が設けられているが、ハウジング１４の内周面に金属製のシールド板を設けてもよい。
【００１８】
スリーブ１５は、玉軸受１２，１３の内輪１２ｂ，１３ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、内周面には連結ネジ９が螺合する雌ネジ部が形成され、外周面には、軸方向一方側（図２中下側）に外径側に突出する鍔部１５ａが形成されている。なお、鍔部１５ａは必ずしも設ける必要はないが、鍔部１５ａを設けることで玉軸受１３を位置決めすることができる。
【００１９】
第２アーム３及び第３アーム４は、その材料として、軸受１２、１３の外輪１２ａ，１３ａ及び内輪１２ｂ，１３ｂの材料よりも線膨張係数の大きな材料が使用される。また、連結ネジ９はスリーブ１５の材料よりも線膨張係数の大きな材料が使用される。これにより、運転中の軸受１２、１３から発生する熱により軸受１２、１３の内外輪１２ｂ，１３ｂ、１２ａ，１３ａが膨張しても剛性を確保することができる。
【００２０】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がハウジング１４の外周に固定されたワイヤ止め部材１６に係止されているとともに、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２１】
次にこのように構成された第２関節部６の組み付け方法について説明する。
まず、２つの軸受１２、１３の外輪１２ａ，１３ａ間に環状凸部１４ａを介在させて、ハウジング１４の内周面に各外輪１２ａ，１３ａを圧入固定した状態で、軸方向一方側（図２中下側）から内輪１２ｂ，１３ｂにスリーブ１５を内嵌させて軸受ユニット８を組み付ける。このとき、軸受１３の内輪１３ｂは、スリーブ１５の鍔部１５ａに当接する。そして、第３アーム４のユニット装着孔７に軸受ユニット８を軸方向一方側（図２中下側）から挿入する。この状態でハウジング１４の雄ネジ部１４ｃに六角ナット４０を締め付けることで、第３アーム４の軸方向一方側の連結板４ｃはハウジング１４の鍔部１４ｂに当接しており、第３アーム４の軸方向他方側の連結板４ｃは六角ナット４０に当接する。即ち、第３アーム４の連結板４ｃがハウジング１４の鍔部１４ｂと六角ナット４０に挟まれることで、軸受ユニット８に第３アーム４が固定される。
続いて、第２アーム３の連結板３ｃ間に第３アーム４を配置し、連結ネジ９を締め付けることで、連結ネジ９が軸受ユニット８のスリーブ１５に形成された雌ネジに螺合し、第２アーム３に対し第３アーム４が回動可能に固定される。
【００２２】
第１アーム２及び第２アーム３を連結している第１関節部５も、詳細には説明しないが、第２アーム３の小径部３ａに形成したユニット装着孔に嵌合する２組の玉軸受１２，１３を内蔵した軸受ユニット１８と、この軸受ユニット１８の回転中心位置に装着され、第１アーム２の一端に形成した連結板２ｃに配設される連結ネジ１９と、軸受ユニット１８の外周に掛け渡され、軸受ユニット１８を介して第２アーム３を連結ネジ１９回りに回動させる駆動ワイヤ２０とを備えており、駆動ワイヤ２０は、前述した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２３】
ここで、図１に示すマニピュレータ１には、詳細には図示しないが、第１関節部５には、駆動ワイヤ２０の引張力により軸受ユニット１８が回動する方向に対して軸受ユニット１８を逆方向（図１の符号Ｙ１で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているとともに、第２関節部６にも、駆動ワイヤ１０の引張力により軸受ユニット８が回動する方向に対して軸受ユニット８を逆方向（図１の符号Ｙ２で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているものとする。
【００２４】
なお、本発明の基部アームが第１アーム２及び本発明の回動アームが第２アーム３に対応し、本発明の基部アームが第２アーム３及び本発明の回動アームが第３アーム４に対応し、本発明の複列の転がり軸受が２組の玉軸受１２，１３に対応し、本発明のマニピュレータ用関節部が第１関節部５及び第２関節部６に対応し、本発明の関節軸が連結ネジ９，１９に対応し、本発明のナットが、六角ナット４０に対応し、本発明の転動体が玉１２ｃ，１３ｃに対応し、本発明の線状部材が駆動ワイヤ１０に対応し、本発明の張力付与装置が駆動力伝達装置１１に対応している。
【００２５】
上記構成のマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ２０に引張力を付与すると、軸受ユニット１８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ１９回りに回動するので、第２アーム３が、図１に示すＹ１方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与すると、軸受ユニット８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ９回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示すＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ２０を所定量だけ戻すと、第２アーム３は反力部材の力によりＹ１方向に所定角度まで回動する。さらに、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ１０を所定量だけ戻すと、第２アーム４は反力部材の力によりＹ２方向に所定角度まで回動する。
【００２６】
したがって、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に小型の２組の玉軸受１２，１３を配置して第２アーム３及び第３アーム４を回動させることができるので、マニピュレータ用関節部（第１関節部５及び第２関節部６）を小型化することができる。
また、第１関節部５及び第２関節部６は、ユニット化された軸受ユニット１８，８で構成し、且つ、軸受ユニット１８，８と第３アーム４又は第２アーム３の組み付けがハウジング１４の軸方向一方側に形成された鍔部１４ｂと軸方向他方側から螺合する六角ナット４０による固定でなされるので、組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。従って、接着剤固定、圧入固定に比べて予圧調整が容易となる。
【００２７】
また、軸受ユニット８，１８は、単一のハウジング１４と単一のスリーブ１５との間に２組の玉軸受１２，１３が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受１２，１３の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。また、故障時又はメンテナンス時の軸受１２、１３の交換が容易である。
さらに、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に掛け渡した駆動ワイヤ１０，２０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ９，１９の軸心を回転中心として第２アーム３、第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００２８】
（第２実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第２実施形態のマニピュレータ用関節部について、図４を参照して説明する。なお、本実施形態の関節部は、図１で示した第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結する関節部として使用されるものとして説明する。また、本実施形態の関節部は、図１で示した第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結する関節部として使用してもよい。
【００２９】
本実施形態の関節部２１は、第３アーム４の一端側に形成したユニット装着孔２２に嵌合する軸受ユニット２３と、この軸受ユニット２３の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃにねじ固定される連結ネジ２４と、ユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ２４（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１（図１参照）と、を備えている。
【００３０】
軸受ユニット２３は、互いに隣接配置した２組の玉軸受２６，２７と、単一のハウジング２８と、単一のスリーブ２９とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受２６は、外輪２６ａ及び内輪２６ｂと、外輪２６ａの軌道溝及び内輪２６ｂの間に転動自在に配設された多数の玉２６ｃと、外輪２６ａ及び内輪２６ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２６ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２６ｃを配置している保持器２６ｅとを備えている。また、他方の玉軸受２７も、一方の玉軸受２６と同一形状の外輪２７ａ及び内輪２７ｂと、外輪２７ａの軌道溝及び内輪２７ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉２７ｃと、外輪２７ａ及び内輪２７ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２７ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２７ｃを配置している保持器２７ｅとを備えている。
【００３１】
これら２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には、所定量の潤滑剤が乗せられている。潤滑剤は、鉱油系グリースや合成油系（例えば、リチウム系、ウレア系等）のグリースや油であり、高温環境用途などではフッ素系グリースまたはフッ素系の油、あるいはフッ素樹脂、ＭｏＳ2 などの固体潤滑剤である。但し、固体潤滑剤は玉２６ｃ，２７ｃや外輪２６ａ，２７ａ、内輪２６ｂ，２７ｂの軌道溝に直接塗布する。
【００３２】
また、ハウジング２８は、２組の玉軸受２６，２７の外輪２６ａ，２７ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔２２の内周部に嵌合する円筒形状の部材である。より具体的に、ハウジング２８は、その内部が延出方向に沿って中空を成す円筒状に構成されており、外周面には、軸方向一方側（図４中下側）端部に雄ネジ部２８ｂが形成され、軸方向他方側（図４中上側）端部に外径側に突出する鍔部２８ａが形成される。そして、雄ネジ部２８ｂに六角ナット４０が締め付けられる。
スリーブ２９は、玉軸受２６，２７の内輪２６ｂ，２７ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、連結ネジ２４が挿通する一端側の内周面にはテーパ面２９ａが形成されているとともに、テーパ面２９ａに連続して軸心位置に貫通孔２９ｂが形成されている。
【００３３】
そして、上記構成の軸受ユニット２３を、ワイヤ係合部２５が形成されているユニット装着孔２２の開口部側から挿入し、他方側から六角ナット４０を雄ネジ部２８ｂに締め付けて、ハウジング２８の鍔部２８ａをユニット装着孔２２の開口周縁のワイヤ係合部２５に当接させて軸受ユニット２３に第３アーム４を固定する。続いて、スリーブ２９の貫通孔２９ｂに挿通した連結ネジ２４を連結板３ｃに形成した雌ネジ３ｃ１にねじ込んでいき、連結ネジ２４のテーパ面形状の頭部をスリーブ２９のテーパ面２９ａに当接させることで第２アーム３の連結板３ｃに軸受ユニット２３が固定され、第２アーム３に対し第３アーム４が回動可能に固定される。ここで、軸受ユニット２３及び第２アーム３の連結板３ｃに固定された連結ネジ２４の頂部には、玉軸受２６を閉塞する閉塞板３０が接合されている。
【００３４】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周のワイヤ止め部材１６に固定された後に、ワイヤ係合部２５に掛け渡され、図１に示すように、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００３５】
上記構成の関節部２１を使用したマニピュレータ１においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００３６】
さらに、軸受ユニット２３を構成する２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には所定量の潤滑剤が乗せられており、連結ネジ２４の軸心を回転中心として玉軸受２６，２７が回転する際のトルクが抑制されるので、駆動ワイヤ１０に小さな引張力を付与するだけで関節部２１をスムーズに可動させることができる。
【００３７】
（第３実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第３実施形態のマニピュレータ用関節部について、図５を参照して説明する。なお、図４で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の関節部３１は、第２実施形態のように第３アーム４の一端側（ワイヤ係合部２５）に駆動ワイヤ１０を掛け渡さず、第３アーム４の一端の外周に、連結ネジ２４の軸心（回転中心Ｐ）を中心とした円弧形状に第３アームギヤ３２が形成されている。
また、第２アーム３の他端側には回転モータ３３が配置されており、この回転モータ３３の出力軸３４に同軸に固定したはすば歯車（ヘリカルギヤ）３５が第３アームギヤ３２に噛合している。
【００３９】
なお、本発明の入力ギヤが第３アームギヤ３２に対応し、本発明のはすば歯車３５が出力ギヤに対応している。
上記構成の関節部３１を使用したマニピュレータ１は、回転モータ３３の正逆方向の駆動によりはすば歯車３５が正逆方向に回転すると、このはすば歯車３５に第３アームギヤ３２が噛合している第３アーム４が、図１に示したＹ２方向、或いはＹ２方向に対して逆方向に回動する。
【００４０】
したがって、本実施形態は、第２実施形態と同様の作用・効果を奏することができるとともに、回転モータ３３が正逆方向に駆動すると、はすば歯車３５及び第３アームギヤ３２を介して第３アームギヤ３２が連結ネジ２４の軸心を回転中心としてスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
なお、上記各実施形態の関節部で使用した転がり軸受は、外輪、内輪、転動体、保持器等の構成は、上記各態様の実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ マニピュレータ
２ 第１アーム（基部アーム）
３ 第２アーム（基部アーム、回動アーム）
４ 第３アーム（回動アーム）
５ 第１関節部（マニピュレータ用関節部）
６ 第２関節部（マニピュレータ用関節部）
８、１８、２３ 軸受ユニット
９、１９、２４ 連結ネジ（関節軸）
１０、２０ 駆動ワイヤ（線状部材）
１１ 駆動力伝達装置（張力付与装置）
１２、１３、２６、２７ 玉軸受（転がり軸受）
１２ｂ、１３ｂ、２６ｂ、２７ｂ 内輪
１２ａ 、１３ａ、２６ａ、２７ａ 外輪
１２ｃ 、１３ｃ、２６ｃ、２７ｃ 玉（転動体）
１４、２８ ハウジング
１４ｂ、２８ａ 鍔部
１４ｃ、２８ｂ 雄ネジ部
１５、２９ スリーブ
２６ｅ、２７ｅ 保持器
３２ 第３アームギヤ（入力ギヤ）
３３ 回転モータ
３４ 出力軸
３５ はすば歯車（出力ギヤ）
４０ 六角ナット（ナット）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータにおいて複数のアームを回動自在に連結するマニピュレータ用関節部に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の加工ライン、組立てライン等では、省力化、自動化のために種々のロボットアームを使用している。
ロボットアームは、複数のアームを関節部を介して連結した装置であり、関節部の構成部材として、複列の転がり軸受を組み込んだ装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の関節部に組み込まれている転がり軸受は、軸受の軸方向断面幅と半径方向断面高さの比を所定値に設定することで内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させ、高剛性、高回転精度、低トルク、低発熱を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６―３２９４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロボットアームのような大型の装置ではなく、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータの技術開発も行われているが、マニピュレータの関節部に、前述した特許文献１に記載のロボットアーム用転がり軸受を採用することはできない。
すなわち、内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させる特許文献１の転がり軸受の諸元を適用するとマニピュレータ用の転がり軸受が大型になってしまうので、小型化が必要なマニピュレータ用関節に採用することはできない。
【０００６】
また、特許文献１は、転がり軸受の構成部材である外輪及び内輪が、固定部品（外輪押さえ、内輪押さえ等）を介して関節部に固定されており、固定部品の組み込みに多くの手間と時間を要し、しかも、複列の転がり軸受を組み込まなければならないので、関節部の組立てコストの面で問題がある。
【０００７】
また、転がり軸受の構成部品である外輪及び内輪が、接着剤又は圧入により関節部に固定することも行なわれているが、予圧調整が難しく、その雰囲気温度、使用条件によっては軸受の早期剥離などの不具合が発生することが知られており、人に身近な存在であるパートナーロボット、家事ロボットに使用される妨げになることが想定される。
【０００８】
そこで、本発明は、組立てが容易な転がり軸受を採用することで組立てコストの低減化を図ることができるとともに、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は以下の構成により達成される。
（１）基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に配設される関節軸と、
前記回動アームの前記端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設され前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットと、を備え、
前記ハウジングには、軸方向一方側の外周面に外径側に突出する鍔部が形成され、軸方向他方側の外周面に雄ネジ部が形成され、
前記雄ネジ部にナットを螺合させることにより、前記回動アームが前記鍔部と前記ナットに挟まれて前記軸受ユニットに固定されることを特徴とするマニピュレータ用関節部。
（２）前記軸受ユニットは、前記複列の転がり軸受の内輪に嵌合され、前記関節軸が同軸上に固定されるスリーブをさらに備えていることを特徴とする（１）記載のマニピュレータ用関節部。
（３）前記複列の転がり軸受は、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置した複数の転動体と、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備えているとともに、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられていることを特徴とする（１）又は（２）記載のマニピュレータ用関節部。
（４）前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載のマニピュレータ用関節部。
（５）前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載のマニピュレータ用関節部。
（６）前記基部アーム及び回動アームは、前記軸受の内輪及び外輪の材料よりも線膨張係数の大きな材料からなり、
前記関節軸は、前記スリーブの材料よりも線膨張係数の大きな材料からなることを特徴とする（２）乃至（５）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、回動アームの端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設された複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットによって回動アームを関節軸に対して回転自在に支持するので、マニピュレータ用関節部を小型化することができる。
また、本発明のマニピュレータ用関節部は、ユニット化された軸受ユニットを構成部材としており、さらに回動アームがハウジングの鍔部とナットに挟まれて軸受ユニットに固定されるので組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図である。
【図３】ハウジングへのナットの締め付けを説明する説明図である。
【図４】第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図５】第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のマニピュレータ用関節部の各実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図、図２は第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図、図３はハウジングへのナットの締め付けを説明する説明図、図４は第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図、図５は第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【００１３】
マニピュレータ１は、図１に示すように、中空円筒形状の第１アーム２と、小径部３ａ及び大径部３ｂからなる中空円筒形状の第２アーム３と、一端側を中空円筒形状とし、他端部を球面形状とした中空円筒形状の第３アーム４と、第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結している第１関節部５と、第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結している第２関節部６とを備えている。
【００１４】
（第１実施形態のマニピュレータ用関節部）
第２アーム３及び第３アーム４を連結している第２関節部６は、図１及び図２に示すように、第３アーム４の一端に形成した連結板４ｃを貫通するユニット装着孔７に嵌合する軸受ユニット８と、この軸受ユニット８の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃに配設される連結ネジ９と、軸受ユニット８の外周に掛け渡されており、軸受ユニット８を介して第３アーム４を連結ネジ９（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、軸受ユニット８を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１と、を備えている。
【００１５】
ユニット装着孔７は、第３アーム４の長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成されている。軸受ユニット８は、２組の玉軸受１２，１３と、単一のハウジング１４と、単一のスリーブ１５とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受１２は、外輪１２ａ及び内輪１２ｂと、外輪１２ａの軌道溝及び内輪１２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉１２ｃと、外輪１２ａ及び内輪１２ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１２ｄとを備えている。また、他方の玉軸受１３も、一方の玉軸受１２と同一形状の外輪１３ａ及び内輪１３ｂと、外輪１３ａの軌道溝及び内輪１３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉１３ｃと、外輪１３ａ及び内輪１３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１３ｄとを備えている。
【００１６】
外輪１２ａ，１３ａ、内輪１２ｂ，１３ｂ及び玉１２ｃ，１３ｃの材料は、標準的な使用条件では軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3、ＺｒＯ2 等）を採用してもよい。
【００１７】
ハウジング１４は、２組の玉軸受１２，１３の外輪１２ａ，１３ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔７の内周部に嵌合する円筒形状の部材である。より具体的に、ハウジング１４は、その内部が延出方向に沿って中空を成す円筒状に構成されており、その内周面の略中央部に周方向に沿って環状凸部１４ａが設けられている。また、外周面には、軸方向一方側（図２中下側）端部に外径側に突出する鍔部１４ｂが形成されるとともに、軸方向他方側（図２中上側）端部に雄ネジ部１４ｃが形成される。そして、図３に示すように、雄ネジ部１４ｃに六角ナット４０が締め付けられる。
なお、図２に示すように、六角ナット４０が取り付けられるハウジング１４の軸方向他方側（図２中上側）の内周部には、空間が設けられているが、ハウジング１４の内周面に金属製のシールド板を設けてもよい。
【００１８】
スリーブ１５は、玉軸受１２，１３の内輪１２ｂ，１３ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、内周面には連結ネジ９が螺合する雌ネジ部が形成され、外周面には、軸方向一方側（図２中下側）に外径側に突出する鍔部１５ａが形成されている。なお、鍔部１５ａは必ずしも設ける必要はないが、鍔部１５ａを設けることで玉軸受１３を位置決めすることができる。
【００１９】
第２アーム３及び第３アーム４は、その材料として、軸受１２、１３の外輪１２ａ，１３ａ及び内輪１２ｂ，１３ｂの材料よりも線膨張係数の大きな材料が使用される。また、連結ネジ９はスリーブ１５の材料よりも線膨張係数の大きな材料が使用される。これにより、運転中の軸受１２、１３から発生する熱により軸受１２、１３の内外輪１２ｂ，１３ｂ、１２ａ，１３ａが膨張しても剛性を確保することができる。
【００２０】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がハウジング１４の外周に固定されたワイヤ止め部材１６に係止されているとともに、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２１】
次にこのように構成された第２関節部６の組み付け方法について説明する。
まず、２つの軸受１２、１３の外輪１２ａ，１３ａ間に環状凸部１４ａを介在させて、ハウジング１４の内周面に各外輪１２ａ，１３ａを圧入固定した状態で、軸方向一方側（図２中下側）から内輪１２ｂ，１３ｂにスリーブ１５を内嵌させて軸受ユニット８を組み付ける。このとき、軸受１３の内輪１３ｂは、スリーブ１５の鍔部１５ａに当接する。そして、第３アーム４のユニット装着孔７に軸受ユニット８を軸方向一方側（図２中下側）から挿入する。この状態でハウジング１４の雄ネジ部１４ｃに六角ナット４０を締め付けることで、第３アーム４の軸方向一方側の連結板４ｃはハウジング１４の鍔部１４ｂに当接しており、第３アーム４の軸方向他方側の連結板４ｃは六角ナット４０に当接する。即ち、第３アーム４の連結板４ｃがハウジング１４の鍔部１４ｂと六角ナット４０に挟まれることで、軸受ユニット８に第３アーム４が固定される。
続いて、第２アーム３の連結板３ｃ間に第３アーム４を配置し、連結ネジ９を締め付けることで、連結ネジ９が軸受ユニット８のスリーブ１５に形成された雌ネジに螺合し、第２アーム３に対し第３アーム４が回動可能に固定される。
【００２２】
第１アーム２及び第２アーム３を連結している第１関節部５も、詳細には説明しないが、第２アーム３の小径部３ａに形成したユニット装着孔に嵌合する２組の玉軸受１２，１３を内蔵した軸受ユニット１８と、この軸受ユニット１８の回転中心位置に装着され、第１アーム２の一端に形成した連結板２ｃに配設される連結ネジ１９と、軸受ユニット１８の外周に掛け渡され、軸受ユニット１８を介して第２アーム３を連結ネジ１９回りに回動させる駆動ワイヤ２０とを備えており、駆動ワイヤ２０は、前述した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２３】
ここで、図１に示すマニピュレータ１には、詳細には図示しないが、第１関節部５には、駆動ワイヤ２０の引張力により軸受ユニット１８が回動する方向に対して軸受ユニット１８を逆方向（図１の符号Ｙ１で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているとともに、第２関節部６にも、駆動ワイヤ１０の引張力により軸受ユニット８が回動する方向に対して軸受ユニット８を逆方向（図１の符号Ｙ２で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているものとする。
【００２４】
なお、本発明の基部アームが第１アーム２及び本発明の回動アームが第２アーム３に対応し、本発明の基部アームが第２アーム３及び本発明の回動アームが第３アーム４に対応し、本発明の複列の転がり軸受が２組の玉軸受１２，１３に対応し、本発明のマニピュレータ用関節部が第１関節部５及び第２関節部６に対応し、本発明の関節軸が連結ネジ９，１９に対応し、本発明のナットが、六角ナット４０に対応し、本発明の転動体が玉１２ｃ，１３ｃに対応し、本発明の線状部材が駆動ワイヤ１０に対応し、本発明の張力付与装置が駆動力伝達装置１１に対応している。
【００２５】
上記構成のマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ２０に引張力を付与すると、軸受ユニット１８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ１９回りに回動するので、第２アーム３が、図１に示すＹ１方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与すると、軸受ユニット８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ９回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示すＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ２０を所定量だけ戻すと、第２アーム３は反力部材の力によりＹ１方向に所定角度まで回動する。さらに、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ１０を所定量だけ戻すと、第２アーム４は反力部材の力によりＹ２方向に所定角度まで回動する。
【００２６】
したがって、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に小型の２組の玉軸受１２，１３を配置して第２アーム３及び第３アーム４を回動させることができるので、マニピュレータ用関節部（第１関節部５及び第２関節部６）を小型化することができる。
また、第１関節部５及び第２関節部６は、ユニット化された軸受ユニット１８，８で構成し、且つ、軸受ユニット１８，８と第３アーム４又は第２アーム３の組み付けがハウジング１４の軸方向一方側に形成された鍔部１４ｂと軸方向他方側から螺合する六角ナット４０による固定でなされるので、組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。従って、接着剤固定、圧入固定に比べて予圧調整が容易となる。
【００２７】
また、軸受ユニット８，１８は、単一のハウジング１４と単一のスリーブ１５との間に２組の玉軸受１２，１３が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受１２，１３の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。また、故障時又はメンテナンス時の軸受１２、１３の交換が容易である。
さらに、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に掛け渡した駆動ワイヤ１０，２０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ９，１９の軸心を回転中心として第２アーム３、第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００２８】
（第２実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第２実施形態のマニピュレータ用関節部について、図４を参照して説明する。なお、本実施形態の関節部は、図１で示した第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結する関節部として使用されるものとして説明する。また、本実施形態の関節部は、図１で示した第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結する関節部として使用してもよい。
【００２９】
本実施形態の関節部２１は、第３アーム４の一端側に形成したユニット装着孔２２に嵌合する軸受ユニット２３と、この軸受ユニット２３の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃにねじ固定される連結ネジ２４と、ユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ２４（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１（図１参照）と、を備えている。
【００３０】
軸受ユニット２３は、互いに隣接配置した２組の玉軸受２６，２７と、単一のハウジング２８と、単一のスリーブ２９とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受２６は、外輪２６ａ及び内輪２６ｂと、外輪２６ａの軌道溝及び内輪２６ｂの間に転動自在に配設された多数の玉２６ｃと、外輪２６ａ及び内輪２６ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２６ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２６ｃを配置している保持器２６ｅとを備えている。また、他方の玉軸受２７も、一方の玉軸受２６と同一形状の外輪２７ａ及び内輪２７ｂと、外輪２７ａの軌道溝及び内輪２７ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉２７ｃと、外輪２７ａ及び内輪２７ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２７ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２７ｃを配置している保持器２７ｅとを備えている。
【００３１】
これら２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には、所定量の潤滑剤が乗せられている。潤滑剤は、鉱油系グリースや合成油系（例えば、リチウム系、ウレア系等）のグリースや油であり、高温環境用途などではフッ素系グリースまたはフッ素系の油、あるいはフッ素樹脂、ＭｏＳ2 などの固体潤滑剤である。但し、固体潤滑剤は玉２６ｃ，２７ｃや外輪２６ａ，２７ａ、内輪２６ｂ，２７ｂの軌道溝に直接塗布する。
【００３２】
また、ハウジング２８は、２組の玉軸受２６，２７の外輪２６ａ，２７ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔２２の内周部に嵌合する円筒形状の部材である。より具体的に、ハウジング２８は、その内部が延出方向に沿って中空を成す円筒状に構成されており、外周面には、軸方向一方側（図４中下側）端部に雄ネジ部２８ｂが形成され、軸方向他方側（図４中上側）端部に外径側に突出する鍔部２８ａが形成される。そして、雄ネジ部２８ｂに六角ナット４０が締め付けられる。
スリーブ２９は、玉軸受２６，２７の内輪２６ｂ，２７ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、連結ネジ２４が挿通する一端側の内周面にはテーパ面２９ａが形成されているとともに、テーパ面２９ａに連続して軸心位置に貫通孔２９ｂが形成されている。
【００３３】
そして、上記構成の軸受ユニット２３を、ワイヤ係合部２５が形成されているユニット装着孔２２の開口部側から挿入し、他方側から六角ナット４０を雄ネジ部２８ｂに締め付けて、ハウジング２８の鍔部２８ａをユニット装着孔２２の開口周縁のワイヤ係合部２５に当接させて軸受ユニット２３に第３アーム４を固定する。続いて、スリーブ２９の貫通孔２９ｂに挿通した連結ネジ２４を連結板３ｃに形成した雌ネジ３ｃ１にねじ込んでいき、連結ネジ２４のテーパ面形状の頭部をスリーブ２９のテーパ面２９ａに当接させることで第２アーム３の連結板３ｃに軸受ユニット２３が固定され、第２アーム３に対し第３アーム４が回動可能に固定される。ここで、軸受ユニット２３及び第２アーム３の連結板３ｃに固定された連結ネジ２４の頂部には、玉軸受２６を閉塞する閉塞板３０が接合されている。
【００３４】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周のワイヤ止め部材１６に固定された後に、ワイヤ係合部２５に掛け渡され、図１に示すように、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００３５】
上記構成の関節部２１を使用したマニピュレータ１においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００３６】
さらに、軸受ユニット２３を構成する２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には所定量の潤滑剤が乗せられており、連結ネジ２４の軸心を回転中心として玉軸受２６，２７が回転する際のトルクが抑制されるので、駆動ワイヤ１０に小さな引張力を付与するだけで関節部２１をスムーズに可動させることができる。
【００３７】
（第３実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第３実施形態のマニピュレータ用関節部について、図５を参照して説明する。なお、図４で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の関節部３１は、第２実施形態のように第３アーム４の一端側（ワイヤ係合部２５）に駆動ワイヤ１０を掛け渡さず、第３アーム４の一端の外周に、連結ネジ２４の軸心（回転中心Ｐ）を中心とした円弧形状に第３アームギヤ３２が形成されている。
また、第２アーム３の他端側には回転モータ３３が配置されており、この回転モータ３３の出力軸３４に同軸に固定したはすば歯車（ヘリカルギヤ）３５が第３アームギヤ３２に噛合している。
【００３９】
なお、本発明の入力ギヤが第３アームギヤ３２に対応し、本発明のはすば歯車３５が出力ギヤに対応している。
上記構成の関節部３１を使用したマニピュレータ１は、回転モータ３３の正逆方向の駆動によりはすば歯車３５が正逆方向に回転すると、このはすば歯車３５に第３アームギヤ３２が噛合している第３アーム４が、図１に示したＹ２方向、或いはＹ２方向に対して逆方向に回動する。
【００４０】
したがって、本実施形態は、第２実施形態と同様の作用・効果を奏することができるとともに、回転モータ３３が正逆方向に駆動すると、はすば歯車３５及び第３アームギヤ３２を介して第３アームギヤ３２が連結ネジ２４の軸心を回転中心としてスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
なお、上記各実施形態の関節部で使用した転がり軸受は、外輪、内輪、転動体、保持器等の構成は、上記各態様の実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ マニピュレータ
２ 第１アーム（基部アーム）
３ 第２アーム（基部アーム、回動アーム）
４ 第３アーム（回動アーム）
５ 第１関節部（マニピュレータ用関節部）
６ 第２関節部（マニピュレータ用関節部）
８、１８、２３ 軸受ユニット
９、１９、２４ 連結ネジ（関節軸）
１０、２０ 駆動ワイヤ（線状部材）
１１ 駆動力伝達装置（張力付与装置）
１２、１３、２６、２７ 玉軸受（転がり軸受）
１２ｂ、１３ｂ、２６ｂ、２７ｂ 内輪
１２ａ 、１３ａ、２６ａ、２７ａ 外輪
１２ｃ 、１３ｃ、２６ｃ、２７ｃ 玉（転動体）
１４、２８ ハウジング
１４ｂ、２８ａ 鍔部
１４ｃ、２８ｂ 雄ネジ部
１５、２９ スリーブ
２６ｅ、２７ｅ 保持器
３２ 第３アームギヤ（入力ギヤ）
３３ 回転モータ
３４ 出力軸
３５ はすば歯車（出力ギヤ）
４０ 六角ナット（ナット）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に配設される関節軸と、
前記回動アームの前記端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設され前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットと、を備え、
前記ハウジングには、軸方向一方側の外周面に外径側に突出する鍔部が形成され、軸方向他方側の外周面に雄ネジ部が形成され、
前記雄ネジ部にナットを螺合させることにより、前記回動アームが前記鍔部と前記ナットに挟まれて前記軸受ユニットに固定されることを特徴とするマニピュレータ用関節部。
【請求項２】
前記軸受ユニットは、前記複列の転がり軸受の内輪に嵌合され、前記関節軸が同軸上に固定されるスリーブをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項３】
前記複列の転がり軸受は、外輪と内輪との間に転動自在に配置した複数の転動体と、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備えているとともに、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられていることを特徴とする請求項１又は２記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項４】
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項５】
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項６】
前記基部アーム及び回動アームは、前記軸受の内輪及び外輪の材料よりも線膨張係数の大きな材料からなり、
前記関節軸は、前記スリーブの材料よりも線膨張係数の大きな材料からなることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１】
基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に配設される関節軸と、
前記回動アームの前記端部に形成されたユニット装着孔に嵌合する円筒状のハウジングと、該ハウジングの内部に配設され前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受と、を有する軸受ユニットと、を備え、
前記ハウジングには、軸方向一方側の外周面に外径側に突出する鍔部が形成され、軸方向他方側の外周面に雄ネジ部が形成され、
前記雄ネジ部にナットを螺合させることにより、前記回動アームが前記鍔部と前記ナットに挟まれて前記軸受ユニットに固定されることを特徴とするマニピュレータ用関節部。
【請求項２】
前記軸受ユニットは、前記複列の転がり軸受の内輪に嵌合され、前記関節軸が同軸上に固定されるスリーブをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項３】
前記複列の転がり軸受は、外輪と内輪との間に転動自在に配置した複数の転動体と、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備えているとともに、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられていることを特徴とする請求項１又は２記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項４】
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項５】
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項６】
前記基部アーム及び回動アームは、前記軸受の内輪及び外輪の材料よりも線膨張係数の大きな材料からなり、
前記関節軸は、前記スリーブの材料よりも線膨張係数の大きな材料からなることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のマニピュレータ用関節部。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１３１２９８（Ｐ２０１１−１３１２９８Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９１２１２（Ｐ２００９−２９１２１２）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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