ロボットのアーム連結装置
【課題】ゴムホースによることなく、アーム間の回転を吸収可能な空気通路を構成する。
【解決手段】手首部に設けられたモータの回転をフランジに伝えるシャフト１３に給気用環状溝２３、排気用環状溝２４を形成し、シャフト１３に嵌合されたスリーブ１７に両環状溝２３，２４に連通する中継路１９，２０を形成してこれら中継路２５，２６に手首部に設けられた給気用管路１５と排気用管路１６を接続する。また、シャフト１３に両環状溝２３，２４に連通する中継路２５，２６を形成してこれら中継路２５，２６にフランジ８に設けられた給気用接続管２９と排気用接続管３０を接続する。Ｏリング溝３６，３８については、外側の隅角部Ａの曲率半径を大きくして応力集中を緩和し、且つ隅角部Ａ側に補填リング４２，４３を嵌める。
【解決手段】手首部に設けられたモータの回転をフランジに伝えるシャフト１３に給気用環状溝２３、排気用環状溝２４を形成し、シャフト１３に嵌合されたスリーブ１７に両環状溝２３，２４に連通する中継路１９，２０を形成してこれら中継路２５，２６に手首部に設けられた給気用管路１５と排気用管路１６を接続する。また、シャフト１３に両環状溝２３，２４に連通する中継路２５，２６を形成してこれら中継路２５，２６にフランジ８に設けられた給気用接続管２９と排気用接続管３０を接続する。Ｏリング溝３６，３８については、外側の隅角部Ａの曲率半径を大きくして応力集中を緩和し、且つ隅角部Ａ側に補填リング４２，４３を嵌める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのアーム連結装置に係り、特に、空気通路を備えものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、複数のアームを回転関節によって順次回転可能に連結して構成され、アーム先端にはエンドエフェクタが取り付けられる。エンドエフェクタとしては、一般にハンドが用いられるが、ハンドがエアシリンダなどの空圧アクチュエータを駆動源とする場合、その空圧アクチュエータに圧縮空気を供給するための配管を施す必要がある。この配管のうち、アームの連結部分については、従来、ゴムホースを用いてアームの回転を吸収するようにしていた。
【０００３】
本発明とは直接の関係はないが、特許文献１には、Ｏリングによって封止する封止装置において、圧力によりＯリング溝に発生する応力が集中する側の隅角部の円弧状の半径を大きくし、応力が集中しない反対側の隅角部の円弧状の半径を、Ｏリグ溝の両側の隅角部の円弧状の半径を互いに等しくした場合のＯリングの充填率とほぼ同等の充填率となるように小さくすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−３７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のゴムホースによりアームの回転を吸収する構成では、ゴムホースの捻りや曲げが繰り返し加わるので、耐久性に劣る。しかも、アームの回転角度が大きくなるに従い、ゴムホースが絡まり易くなったり、或はゴムホースの捩れや曲げの程度が大きくなったりするので、アームの回転角度をあまり大きくすることができない。更には、アームの回転角度が小さくても、その回転に伴うゴムホースの捻りや曲げは避けられないので、耐久性確保のためには、ゴムホースの捻られる部分の長さを長くしたり、曲げられる部分の半径を大きくしたりする必要があり、ロボットの小型化の障害になる。
そこで、本発明は、ゴムホースによることなく、アーム相互間の回転を吸収可能な空気通路を構成することができるロボットのアーム連結装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、２つのアームを回転可能に連結するロボットのアーム連結装置において、一方のアームに設けられ他方のアームに回転を伝達するシャフトの外周面と、このシャフトの外周に回転可能に嵌合されるスリーブの内周面のうちの一方の周面に環状溝を形成し、スリーブに環状溝内に開口するように形成された中継路に一方のアーム側に設けられた空気通路を接続し、シャフトに環状溝内に開口するように形成された中継路に他方のアーム側に設けられた空気通路を接続するので、一方のアーム側の空気通路と他方のアーム側の空気通路との間を、ゴムホースを用いることなく、アームの回転を吸収できる状態にして接続することができる。このため、捻りや曲げ、或は絡まりを生ずる部分がなく、耐久性が大きく向上すると共に、アームの回転角に制約を受けることがなく、また、ロボットの小型化に寄与し得る。
【０００７】
加えて、他方のアームに回転を伝達するシャフトには、環状溝の両側に位置してＯリング溝を形成しているため、各Ｏリング溝の溝幅方向両側の円弧状をなす底部隅角部には応力が集中するが、特に、所定値以上の応力が作用する側の底部隅角部の曲率半径を大きくしたので、応力集中を緩和することができ、シャフトの早期疲労を防止できる。この場合、Ｏリング溝の溝幅を拡大し、所定値以上の応力が作用する側の底部隅角部の曲率半径を、Ｏリング溝の溝幅を拡大した寸法に定め、且つ、Ｏリング溝内の曲率半径を大きくした底部隅角部の側に、Ｏリング溝の溝幅の拡大寸法と同等の幅を有した補填リングを嵌め込んだので、Ｏリングの充填率を適性に維持できることは勿論、ＯリングがＯリング溝内で異常に大きく横方向にずれ動いたり、Ｏリングの潰れ度合いに偏りが生じたりすることを極力防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態を示し、（ａ）は回転関節部分の断面図、（ｂ）は要部の拡大断面図
【図２】空圧アクチュエータに接続する配管構成を示すロボットアームの先端部分の断面図
【図３】本実施形態のＯリング溝を通常のＯリング溝と比較して示す断面図
【図４】産業用ロボットの斜視図
【図５】実験結果および実験対象品を示す図
【図６】本実施形態のＯリング溝の効果を説明するためのもので、（ａ−１）および（ａ−２）は本実施形態のＯリング溝を示す断面図、（ｂ−１）および（ｂ−２）は通常のＯリング溝を示す断面図、（ｃ−１）および（ｃ−２）は本実施形態と逆位置に補填リングを配置したＯリング溝を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図４には、産業用ロボット１が示されている。この産業用ロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型のもので、ベース２と、このベース２に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部３と、このショルダ部３に上下方向に旋回可能に支持された下アーム４と、この下アーム４に上下方向に旋回可能に支持された第１の上アーム５と、この第１の上アーム５の先端部に捻り回転可能に支持された第２の上アーム６と、この第２の上アーム６に上下方向に回転可能に支持された手首部７と、この手首部７に捻り回転可能に支持されたフランジ(エンドエフェクタ取付部)８とから構成されている。そして、アーム先端たるフランジ８には、ハンドなどのエンドエフェクタ（図示せず）が取り付けられるようになっている。
ベース２、ショルダ部３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム６、手首部７、フランジ８は、ロボットのアームとして機能し、ベース２を除く各アームは、下段のアームに対し回転関節によって順次回転可能に連結されている。
【００１０】
上述のアームとアームとを連結する回転関節は、例えば前段のアームにシャフトを回転可能に設け、このシャフトに後段のアームを連結するという周知構造のもので、後段のアームがシャフトと一体的に回転するように構成される。図２は、前段のアームである手首部７に、後段のアームであるフランジ８を回転可能に連結する回転関節９を示す。この図２において、手首部７のフレームを構成するハウジング１０の先端部内側には、減速装置１１が固定されている。
【００１１】
減速装置１１の図示しない入力軸には、モータ１２の回転軸が連結されている。また、減速装置１１の図示しない出力軸には、シャフト１３が連結され、このシャフト１３に、前記フランジ８が連結されている。従って、モータ１２が起動すると、その回転が減速装置１１により減速されてシャフト１３に伝達され、フランジ８が捻り回転する。
【００１２】
フランジ８の先端部には、エンドエフェクタとしての例えばハンド（図示せず)を駆動する空圧アクチュエータ１４が配設されている。この空圧アクチュエータ１４には、作動用の圧縮空気が供給される。また、空圧アクチュエータ１４に供給された圧縮空気は作動後、空圧アクチュエータ１４から吐出される。本実施形態では、手首部７のハウジング１０内に、圧縮空気を空圧アクチュエータ１４に供給するための給気用管路(空気通路)１５と、空圧アクチュエータ１４から吐出された空気を所定の廃棄場所まで導くための排気用管路(空気通路)１６が配設されている。これら給気用管路１５と排気用管路１６とは、２系統の通路により空圧アクチュエータ１４の２つの空気出入口（図示せず）にそれぞれ接続される。
【００１３】
ここで、給気用管路１５および排気用管路１６と空圧アクチュエータ１４との間を接続する通路構成につき説明する。これら給気用管路１５および排気用管路１６と空圧アクチュエータ１４との間を接続する通路は、手首部７に対するフランジ８の回転を吸収しなければならないため、当該通路の一部は回転関節９のシャフト１３を利用して形成されている。即ち、図１にも示すように、シャフト１３の外側には、スリーブ１７が設けられている。このスリーブ１７は、嵌合孔１８を有した円筒状をなしており、嵌合孔１８内にシャフト１３が回転可能に嵌合(収納)されている。
【００１４】
上記スリーブ１７には、軸方向に位置を異ならせて２つの中継路、つまり給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０が形成されている。これら給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０は、スリーブ１７を内外方向に貫通して形成されており、その両端開口のうち、スリーブ１７の外周面における一端開口には、それぞれ前記給気用管路１５および排気用管路１６が管継手２１，２２を介して接続されている。ここで、給気用管路１５および排気用管路１６が手首部７のハウジング１０に固定されていることにより、手首部７に対するスリーブ１７の回転が拘束される。
【００１５】
シャフト１３の外周面には、軸方向に隔てて２本の環状溝、つまり給気用環状溝２３および排気用環状溝２４がシャフト１３の外周面を一周するように形成されている。これら給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の軸方向の形成位置は、それぞれスリーブ１７の給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０の形成位置に一致しており、従って、給気入口側中継路１９は給気用環状溝２３内に開口して当該給気用環状溝２３と常時連通し、排気出口用中継路２０は排気用環状溝２４内に開口して当該排気用環状溝２４に常時連通した状態に維持される。
【００１６】
シャフト１３の中には、２本の中継路、つまり給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６がＬ形に形成されている。これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の一端開口は、それぞれ給気用環状溝２３および排気用環状溝２４内に開口されている。また、これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の他端開口は、それぞれシャフト１３の外面、例えばフランジ８側の一端面において開口されている。そして、これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の他端開口には、それぞれ管継手２７，２８を介して給気用接続管(空気通路)２９および排気用接続管(空気通路)３０が接続されている。
【００１７】
フランジ８のフレームを構成するハウジング３１内側には、流路切換手段としてのソレノイドバルブ３２が配設されている。このソレノイドバルブ３２は、図示はしないが、例えば４つのポート（図示せず）を備えている。上記のシャフト１３の給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６に接続された給気用接続管２９および排気用接続管３０の先端部は、フランジ８のハウジング３１に形成された開口３３を通して当該ハウジング３１内に導入され、ソレノイドバルブ３２の４つのポートのうち所定の２つのポートに接続されている。ソレノイドバルブ３２の残る２つのポートには、それぞれゴムホース３４，３５が接続されている。これら２本のゴムホース３４，３５は、フランジ８のハウジング３１に形成された開口３６から外方に導出され、空圧アクチュエータ１４の２つの出入口（図示せず）にそれぞれ接続されている。
【００１８】
なお、手首部７内の給気用管路１５および排気用管路１６は、図示はしないが、一端部がいずれかのアーム、例えばベース２内まで、回転関節のシャフトに形成された上述のような空気通路を介して延長され、ベース２から外方に導出される。そして、給気用管路１５の一端部は、圧縮空気供給源であるコンプレッサに接続され、排気用管路１６の一端部は、所定の排気場所まで延長されるようになっている。
【００１９】
従って、圧縮空気供給源から供給される圧縮空気は、給気用管路１５、スリーブ１７の給気入口側中継路１９、シャフト１３の給気用環状溝２３および給気出口側中継路２５、給気用接続管２９、ソレノイドバルブ３２、ゴムホース３４を順に通って空圧アクチュエータ１４に供給され、この圧縮空気の供給によって空圧アクチュエータ１４が所定の動作を行う。一方、空圧アクチュエータ１４の動作に伴って当該空圧アクチュエータ１４から吐出される空気は、ゴムホース３５、ソレノイドバルブ３２、排気用接続管３０、シャフト１３の排気入口側中継路２６および排気用環状溝２４、スリーブ１７の排気出口側中継路２０、排気用管路１６を通って所定の排気場所に導かれ、当該排気場所で排出される。
【００２０】
さて、図１にも示すように、シャフト１３の外周面には、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の両側に位置するようにして第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８が形成されている。なお、中央の第２のＯリング溝３７は、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の片側のＯリング溝を兼用している。これら第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８内には、それぞれＯリング３９〜４１が嵌め込まれており、このＯリング３９〜４１によってシャフト１３とスリーブ１７との間が密閉され、スリーブ１７とシャフト１３との間の僅かな隙間を通じて空気が給気用環状溝２３および排気用環状溝２４に対して出入りすることが防止される。
【００２１】
さて、シャフト１３は、減速装置１１の出力トルクをフランジ８に伝達する機能を有する。また、シャフト１３は、トルク伝達機能の他、フランジ８を片持ち支持する機能を有する。このとき、シャフト１３には、フランジ８の重量の他、空圧アクチュエータ１４およびエンドエフェクタの重量が作用し、更に、エンドエフェクタがハンドである場合、当該ハンドがワークを把持したとき、そのワークの重量も加わる。このため、シャフト１３には、捻りトルクの他、曲げモーメントが作用する。
このうち、捻りモーメントは、シャフト１３の軸方向各部に同等に作用する。曲げモーメントについては、シャフト１３に作用する曲げモーメントは、軸方向中央部で最も小く、軸方向両端で最も大きくなる。
【００２２】
一方、第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８は、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４よりも深く且つ幅広で、しかも、底部の両側の円弧面状をなす隅角部の曲率半径も、比較的小さい。このため、第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８のうち、外側の第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の底部両側の隅角部Ａ，Ｂ、特には、第１のＯリング溝３６についてはフランジ８側である外側の隅角部Ａ、第３のＯリング溝３８については減速装置１１側である外側の隅角部Ａにより大きな所定値以上の応力が集中するようになる。
【００２３】
そこで、この応力集中、特に外側の隅角部Ａの応力集中を緩和するために、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の底部両側の隅角部Ａ，Ｂのうち、外側の隅角部Ａの曲率半径Ｒを、内側の隅角部Ｂの曲率半径ｒよりも大きく設定している。なお、図３（ａ）では、第３のＯリング溝３８を示している。
【００２４】
この場合、隅角部Ａの曲率半径の寸法Ｒだけ第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅Ｗを通常のＯリング溝の溝幅よりも広くした。即ち、図３（ｂ）は、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ２４０６に従ってシャフトＳに形成した溝幅Ｗｊの標準の(通常の)Ｏリング溝Ｍｊを示している。このＯリング溝Ｍｊ内にＯリングＮｊを嵌め込み、そして、シャフトＳをスリーブＴに嵌合すると、ＯリングＮｊは図示の通り潰されて溝幅方向にやや偏平に拡がった形状となる。この偏平に拡がったＯリングＮｊを、その一方の側部がＯリング溝Ｍｊの一方の内側面に接するように片側にずらす。この状態でＯリングＮｊの他方の側部とＯリング溝Ｍｊの他方の内側面との間に生じた隙間の幅寸法をｇとする。
【００２５】
本実施形態における第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅Ｗは、上記と同様に、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内にＯリング３９および４１を嵌め込み、そして、シャフト１３をスリーブ１７に嵌合したとき、潰されて溝幅方向にやや偏平に拡がったＯリング３９，４１を、その一方の側部が第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の一方の内側面に接するように片側にずらし、このときＯリング３９，４１の他方の側部と第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の他方の内側面との間に生じた隙間の幅寸法が、標準のＯリング溝Ｍｊにおける同様の隙間ｇ（所定寸法）を超えるような寸法Ｇとなるように、通常のＯリング溝Ｍｊの溝幅Ｗｊよりも拡大された寸法に定める。
【００２６】
本実施形態では、上記の寸法Ｇは、（ｇ＋Ｒ）に定めている。そして、外側の隅角部Ａの曲率半径を、所定寸法ｇを超えて拡大した寸法、即ちＲと定めている。
溝幅が広げられた第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内には、外側の隅角部Ａ側に位置して補填リング４２および４３が嵌合されている。これら補填リング４２，４３は、幅寸法が標準のＯリング溝Ｍｊよりも拡大された寸法Ｒと同等の幅を有し、且つ内周側の両隅角部のうち、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の隅角部Ａ側の隅角部は、曲率半径Ｒの円弧面に形成されている。なお、補填リング４２，４３は、例えばプラスチック製で、伸縮性があってもなくても良いが、伸縮性のない場合には、切れ目を設けたり、２分割形としたりして第１のＯリング溝３５および第３のＯリング溝３７内に嵌め込み得るようにする。
【００２７】
本実施形態における第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の応力緩和効果を確認するために、発明者は図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す寸法の実施例品と比較例品１，２とについて、ＦＥＭ解析による隅角部Ａ，Ｂの応力計算を行い、その結果を併せて図５（ａ）に示した。
【００２８】
ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ２４０６によれば、Ｏリング溝の底部の両側の隅角部の曲率半径は共に０．８ｍｍである。比較例品１は、Ｏリング溝の底部の両隅角部Ａ，Ｂの曲率半径を上記ＪＩＳ Ｂ ２４０６に従って形成したもの(図５（ｃ）参照)、比較例品２は前述の特許文献１によるものであり（図５（ｄ）参照）、実施例品は、内側の隅角部Ｂの曲率半径を０．８ｍｍ、外側の隅角部Ａの曲率半径を２．５ｍｍとしたものである(図５（ｂ）参照)。このように隅角部Ａの曲率半径は２．５ｍｍであるから、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の幅Ｗは、比較例品１の溝幅よりも２．５ｍｍだけ広くした。従って、曲率半径を大きくした側に嵌め込まれる補填リング４２，４３の幅は、２．５ｍｍに定められている。Ｏリング溝の溝幅は比較例品１，２が共に４．７ｍｍ、実施例品が７．２ｍｍである。Ｏリング溝の径は、底面での直径寸法で示すと３０ｍｍである。
【００２９】
ＦＥＭ解析による隅角部Ａ，Ｂの応力計算では、シャフト１３の片端に１４５００Ｎのラジアル荷重を加えて隅角部Ａ，Ｂの応力解析を行った。この応力解析の結果を示す図５（ａ）のように、実施例品は、応力集中の大なる隅角部Ａ側の応力が比較例品１，２に比べて小さく、応力集中の緩和効果が高いことが理解される。なお、実施例品の隅角部Ｂの応力が比較例品１，２に比べて大きくなっているが、この程度の応力は実用上問題のない範囲である。
【００３０】
このように本実施形態によれば、シャフト１３に給気用環状溝２３および排気用環状溝２４を形成し、シャフト１３に回転可能に嵌合されたスリーブ１７に給気用環状溝２３および排気用環状溝２４と常時連通状態を維持する給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０を形成すると共に、シャフト１３に給気用環状溝２３および排気用環状溝２４と常時連通状態を維持する給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６を形成して、給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０に手首部７に設けられた給気用管路１５および排気用管路１６を接続すると共に、給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６にフランジ８に設けられた給気用接続管２９および排気用接続管３０を接続したので、手首部７側の管路とフランジ８側の管路とを、ゴムホースを使用することなく、手首部７に対するフランジ８の回転を吸収できる状態にして接続することができる。このため、捻りや曲げ、或は絡まりを生ずる部分がなく、耐久性が向上すると共に、フランジ８の回転角に制約を受けることがない。また、手首部７からフランジ８にかけての部分の小型化、ひいてはロボットの小型化に寄与することができる。
【００３１】
ところで、Ｏリング溝は高い加工精度が要求され、この高加工精度のもとでＯリングが空気を外部に逃がさないというシール機能を効果的に発揮する。この場合、スリーブ１７の内周面にＯリング溝を加工するよりも、本実施形態のようにシャフト１３の外周面にＯリング溝を加工した方が、Ｏリング溝の加工精度を高くすることができる。なぜならば、スリーブ１７の内周面へのＯリング溝の加工はスリーブ１７内にカッターを入れて行う内側加工となる。この内側加工は、そもそも加工自体難しくなり、加工精度の測定も測定装置を入れ難く、測定し難い。これに対し、シャフト１３の外周面にＯリング溝を加工する外側加工であれば、作業量としては内側加工と同じであっても、内側加工に比べて加工自体し易く、測定もシャフト１３を測定装置に合わせることができて容易である。そのため、同じ作業量で比較した場合、スリーブ１７への内側加工よりも、シャフト１３への外側加工の方がＯリング溝を精度良く加工できる。
【００３２】
ところが、本実施形態のように、Ｏリング溝をシャフト１３に形成すると、シャフト１３に形成した第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８のうち、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の底部の両隅角部Ａ，Ｂ、特に外側の隅角部Ａに所定値（図５の例では、例えば３００ＭＰａ）以上の応力が集中する。
しかしながら、本実施形態では、この第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の外側の隅角部Ａの曲率半径を大きくしたので、応力集中を緩和でき、早期の疲労を防止することができる。
【００３３】
しかも、隅角部Ａの曲率半径寸法分だけ第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅を広くし、そして、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内の曲率半径を大きくした隅角部Ａの側に、溝幅を広くした分だけの幅を有した補填リング４２，４３を収容したので、Ｏリング３９，４１の充填率は通常のＯリング溝の場合と同様に適正値に維持でき、寿命に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００３４】
即ち、本実施形態では、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅は拡大されているが、その拡大された幅を持った補填リング４２，４３が第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内に嵌め込まれている。このため、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内に圧縮空気が侵入する等してＯリング３９，４１が溝幅方向にずれ動く場合、異常に長い距離ずれ動くことが防止され、Ｏリング３９，４１の早期摩耗を防止できる。
【００３５】
また、図６（ａ−１），（ａ−２）は本実施形態のＯリング溝で隅角部Ａ側に補填リングを嵌めたもの、同図（ｂ−１），（ｂ−２）は底部隅各部の曲率半径をＪＩＳ Ｂ ２４０６に従って形成したＯリング溝、同図（ｃ−１），（ｃ−２）はＯリング溝は本実施形態と同様で、補填リングを本実施形態と反対側に収容したものを示している。そして、図６の上段の図（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）は通常の状態のＯリングを示し、図６の下段の図（ａ−２），（ｂ−２），（ｃ−２）は図示左側から高圧空気がＯリング溝内に侵入してきた場合のＯリングを示す。
【００３６】
図６（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）を比較して理解されるように、通常の状態では、隅角部Ａの曲率半径の大小には関係なく、Ｏリングの潰れ形態は変わらず、正常の状態を維持できる。しかし、高圧空気がＯリング溝内に侵入すると、図６（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）に示すように、Ｏリングはその圧力を受けて高圧空気の侵入側とは反対側に移動する。この場合、本実施形態では、Ｏリングの潰れ形態はＪＩＳ Ｂ ２４０６のＯリング溝と同じで、特に問題は生じない。
【００３７】
しかし、補填リングを隅角部Ａとは反対側に収容したものでは、Ｏリングは曲率半径の大きな隅角部Ａに接するので、その分潰れ体積が少なくなり、その少なくなった分が横方向に拡がって軸受との接触面積が増大する。このようになると、Ｏリングとスリーブとの摺動抵抗が大きくなり、トルク損失を招くと共に、Ｏリングの摩耗が促進されて寿命が短くなる。このことについて、本実施形態では、特に、スリーブとの接触面積が増大することはなく、摩耗防止、長寿命化に寄与することができる。
【００３８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような変更或は拡張が可能である。
減速装置１１をフランジ８側に固定し、シャフト１３を手首部７に連結してモータ１２の起動により減速装置１１がシャフト１３に対して回転することによってフランジ８が回転するように構成しても良い。
給気用環状溝２３および排気用環状溝２４は加工精度を特に必要としないので、スリーブ１７の内周面に形成しても良い。また、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の一方をシャフト１３の外周面に形成し、他方をスリーブ１７の内周面に形成しても良い。
空圧アクチュエータ１４から吐出される空気を、そのまま大気中に排出するようにすれば、排気側の空気通路を構成する部分は設けなくとも良い。
【符号の説明】
【００３９】
図面中、１は産業用ロボット、７は手首部、８はフランジ、９は回転関節、１１は減速装置、１２はモータ、１３はシャフト、１４は空圧アクチュエータ、１５は給気用管路（空気通路）、１６は排気用管路（空気通路）、１９は給気入口側中継路、２０は排気出口側中継路、２３は給気用環状溝，２４は排気用環状溝、２５は給気出口側中継路、２６は排気入口側中継路、２９は給気用接続管（空気通路）、３０は排気用接続管(空気通路)、３２はソレノイドバルブ、３６は第１のＯリング溝、３７は第２のＯリング溝、３８は第３のＯリング溝、３９〜４１はＯリング、４２，４３は補填リングを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのアーム連結装置に係り、特に、空気通路を備えものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、複数のアームを回転関節によって順次回転可能に連結して構成され、アーム先端にはエンドエフェクタが取り付けられる。エンドエフェクタとしては、一般にハンドが用いられるが、ハンドがエアシリンダなどの空圧アクチュエータを駆動源とする場合、その空圧アクチュエータに圧縮空気を供給するための配管を施す必要がある。この配管のうち、アームの連結部分については、従来、ゴムホースを用いてアームの回転を吸収するようにしていた。
【０００３】
本発明とは直接の関係はないが、特許文献１には、Ｏリングによって封止する封止装置において、圧力によりＯリング溝に発生する応力が集中する側の隅角部の円弧状の半径を大きくし、応力が集中しない反対側の隅角部の円弧状の半径を、Ｏリグ溝の両側の隅角部の円弧状の半径を互いに等しくした場合のＯリングの充填率とほぼ同等の充填率となるように小さくすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−３７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のゴムホースによりアームの回転を吸収する構成では、ゴムホースの捻りや曲げが繰り返し加わるので、耐久性に劣る。しかも、アームの回転角度が大きくなるに従い、ゴムホースが絡まり易くなったり、或はゴムホースの捩れや曲げの程度が大きくなったりするので、アームの回転角度をあまり大きくすることができない。更には、アームの回転角度が小さくても、その回転に伴うゴムホースの捻りや曲げは避けられないので、耐久性確保のためには、ゴムホースの捻られる部分の長さを長くしたり、曲げられる部分の半径を大きくしたりする必要があり、ロボットの小型化の障害になる。
そこで、本発明は、ゴムホースによることなく、アーム相互間の回転を吸収可能な空気通路を構成することができるロボットのアーム連結装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、２つのアームを回転可能に連結するロボットのアーム連結装置において、一方のアームに設けられ他方のアームに回転を伝達するシャフトの外周面と、このシャフトの外周に回転可能に嵌合されるスリーブの内周面のうちの一方の周面に環状溝を形成し、スリーブに環状溝内に開口するように形成された中継路に一方のアーム側に設けられた空気通路を接続し、シャフトに環状溝内に開口するように形成された中継路に他方のアーム側に設けられた空気通路を接続するので、一方のアーム側の空気通路と他方のアーム側の空気通路との間を、ゴムホースを用いることなく、アームの回転を吸収できる状態にして接続することができる。このため、捻りや曲げ、或は絡まりを生ずる部分がなく、耐久性が大きく向上すると共に、アームの回転角に制約を受けることがなく、また、ロボットの小型化に寄与し得る。
【０００７】
加えて、他方のアームに回転を伝達するシャフトには、環状溝の両側に位置してＯリング溝を形成しているため、各Ｏリング溝の溝幅方向両側の円弧状をなす底部隅角部には応力が集中するが、特に、所定値以上の応力が作用する側の底部隅角部の曲率半径を大きくしたので、応力集中を緩和することができ、シャフトの早期疲労を防止できる。この場合、Ｏリング溝の溝幅を拡大し、所定値以上の応力が作用する側の底部隅角部の曲率半径を、Ｏリング溝の溝幅を拡大した寸法に定め、且つ、Ｏリング溝内の曲率半径を大きくした底部隅角部の側に、Ｏリング溝の溝幅の拡大寸法と同等の幅を有した補填リングを嵌め込んだので、Ｏリングの充填率を適性に維持できることは勿論、ＯリングがＯリング溝内で異常に大きく横方向にずれ動いたり、Ｏリングの潰れ度合いに偏りが生じたりすることを極力防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態を示し、（ａ）は回転関節部分の断面図、（ｂ）は要部の拡大断面図
【図２】空圧アクチュエータに接続する配管構成を示すロボットアームの先端部分の断面図
【図３】本実施形態のＯリング溝を通常のＯリング溝と比較して示す断面図
【図４】産業用ロボットの斜視図
【図５】実験結果および実験対象品を示す図
【図６】本実施形態のＯリング溝の効果を説明するためのもので、（ａ−１）および（ａ−２）は本実施形態のＯリング溝を示す断面図、（ｂ−１）および（ｂ−２）は通常のＯリング溝を示す断面図、（ｃ−１）および（ｃ−２）は本実施形態と逆位置に補填リングを配置したＯリング溝を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図４には、産業用ロボット１が示されている。この産業用ロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型のもので、ベース２と、このベース２に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部３と、このショルダ部３に上下方向に旋回可能に支持された下アーム４と、この下アーム４に上下方向に旋回可能に支持された第１の上アーム５と、この第１の上アーム５の先端部に捻り回転可能に支持された第２の上アーム６と、この第２の上アーム６に上下方向に回転可能に支持された手首部７と、この手首部７に捻り回転可能に支持されたフランジ(エンドエフェクタ取付部)８とから構成されている。そして、アーム先端たるフランジ８には、ハンドなどのエンドエフェクタ（図示せず）が取り付けられるようになっている。
ベース２、ショルダ部３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム６、手首部７、フランジ８は、ロボットのアームとして機能し、ベース２を除く各アームは、下段のアームに対し回転関節によって順次回転可能に連結されている。
【００１０】
上述のアームとアームとを連結する回転関節は、例えば前段のアームにシャフトを回転可能に設け、このシャフトに後段のアームを連結するという周知構造のもので、後段のアームがシャフトと一体的に回転するように構成される。図２は、前段のアームである手首部７に、後段のアームであるフランジ８を回転可能に連結する回転関節９を示す。この図２において、手首部７のフレームを構成するハウジング１０の先端部内側には、減速装置１１が固定されている。
【００１１】
減速装置１１の図示しない入力軸には、モータ１２の回転軸が連結されている。また、減速装置１１の図示しない出力軸には、シャフト１３が連結され、このシャフト１３に、前記フランジ８が連結されている。従って、モータ１２が起動すると、その回転が減速装置１１により減速されてシャフト１３に伝達され、フランジ８が捻り回転する。
【００１２】
フランジ８の先端部には、エンドエフェクタとしての例えばハンド（図示せず)を駆動する空圧アクチュエータ１４が配設されている。この空圧アクチュエータ１４には、作動用の圧縮空気が供給される。また、空圧アクチュエータ１４に供給された圧縮空気は作動後、空圧アクチュエータ１４から吐出される。本実施形態では、手首部７のハウジング１０内に、圧縮空気を空圧アクチュエータ１４に供給するための給気用管路(空気通路)１５と、空圧アクチュエータ１４から吐出された空気を所定の廃棄場所まで導くための排気用管路(空気通路)１６が配設されている。これら給気用管路１５と排気用管路１６とは、２系統の通路により空圧アクチュエータ１４の２つの空気出入口（図示せず）にそれぞれ接続される。
【００１３】
ここで、給気用管路１５および排気用管路１６と空圧アクチュエータ１４との間を接続する通路構成につき説明する。これら給気用管路１５および排気用管路１６と空圧アクチュエータ１４との間を接続する通路は、手首部７に対するフランジ８の回転を吸収しなければならないため、当該通路の一部は回転関節９のシャフト１３を利用して形成されている。即ち、図１にも示すように、シャフト１３の外側には、スリーブ１７が設けられている。このスリーブ１７は、嵌合孔１８を有した円筒状をなしており、嵌合孔１８内にシャフト１３が回転可能に嵌合(収納)されている。
【００１４】
上記スリーブ１７には、軸方向に位置を異ならせて２つの中継路、つまり給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０が形成されている。これら給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０は、スリーブ１７を内外方向に貫通して形成されており、その両端開口のうち、スリーブ１７の外周面における一端開口には、それぞれ前記給気用管路１５および排気用管路１６が管継手２１，２２を介して接続されている。ここで、給気用管路１５および排気用管路１６が手首部７のハウジング１０に固定されていることにより、手首部７に対するスリーブ１７の回転が拘束される。
【００１５】
シャフト１３の外周面には、軸方向に隔てて２本の環状溝、つまり給気用環状溝２３および排気用環状溝２４がシャフト１３の外周面を一周するように形成されている。これら給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の軸方向の形成位置は、それぞれスリーブ１７の給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０の形成位置に一致しており、従って、給気入口側中継路１９は給気用環状溝２３内に開口して当該給気用環状溝２３と常時連通し、排気出口用中継路２０は排気用環状溝２４内に開口して当該排気用環状溝２４に常時連通した状態に維持される。
【００１６】
シャフト１３の中には、２本の中継路、つまり給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６がＬ形に形成されている。これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の一端開口は、それぞれ給気用環状溝２３および排気用環状溝２４内に開口されている。また、これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の他端開口は、それぞれシャフト１３の外面、例えばフランジ８側の一端面において開口されている。そして、これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の他端開口には、それぞれ管継手２７，２８を介して給気用接続管(空気通路)２９および排気用接続管(空気通路)３０が接続されている。
【００１７】
フランジ８のフレームを構成するハウジング３１内側には、流路切換手段としてのソレノイドバルブ３２が配設されている。このソレノイドバルブ３２は、図示はしないが、例えば４つのポート（図示せず）を備えている。上記のシャフト１３の給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６に接続された給気用接続管２９および排気用接続管３０の先端部は、フランジ８のハウジング３１に形成された開口３３を通して当該ハウジング３１内に導入され、ソレノイドバルブ３２の４つのポートのうち所定の２つのポートに接続されている。ソレノイドバルブ３２の残る２つのポートには、それぞれゴムホース３４，３５が接続されている。これら２本のゴムホース３４，３５は、フランジ８のハウジング３１に形成された開口３６から外方に導出され、空圧アクチュエータ１４の２つの出入口（図示せず）にそれぞれ接続されている。
【００１８】
なお、手首部７内の給気用管路１５および排気用管路１６は、図示はしないが、一端部がいずれかのアーム、例えばベース２内まで、回転関節のシャフトに形成された上述のような空気通路を介して延長され、ベース２から外方に導出される。そして、給気用管路１５の一端部は、圧縮空気供給源であるコンプレッサに接続され、排気用管路１６の一端部は、所定の排気場所まで延長されるようになっている。
【００１９】
従って、圧縮空気供給源から供給される圧縮空気は、給気用管路１５、スリーブ１７の給気入口側中継路１９、シャフト１３の給気用環状溝２３および給気出口側中継路２５、給気用接続管２９、ソレノイドバルブ３２、ゴムホース３４を順に通って空圧アクチュエータ１４に供給され、この圧縮空気の供給によって空圧アクチュエータ１４が所定の動作を行う。一方、空圧アクチュエータ１４の動作に伴って当該空圧アクチュエータ１４から吐出される空気は、ゴムホース３５、ソレノイドバルブ３２、排気用接続管３０、シャフト１３の排気入口側中継路２６および排気用環状溝２４、スリーブ１７の排気出口側中継路２０、排気用管路１６を通って所定の排気場所に導かれ、当該排気場所で排出される。
【００２０】
さて、図１にも示すように、シャフト１３の外周面には、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の両側に位置するようにして第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８が形成されている。なお、中央の第２のＯリング溝３７は、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の片側のＯリング溝を兼用している。これら第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８内には、それぞれＯリング３９〜４１が嵌め込まれており、このＯリング３９〜４１によってシャフト１３とスリーブ１７との間が密閉され、スリーブ１７とシャフト１３との間の僅かな隙間を通じて空気が給気用環状溝２３および排気用環状溝２４に対して出入りすることが防止される。
【００２１】
さて、シャフト１３は、減速装置１１の出力トルクをフランジ８に伝達する機能を有する。また、シャフト１３は、トルク伝達機能の他、フランジ８を片持ち支持する機能を有する。このとき、シャフト１３には、フランジ８の重量の他、空圧アクチュエータ１４およびエンドエフェクタの重量が作用し、更に、エンドエフェクタがハンドである場合、当該ハンドがワークを把持したとき、そのワークの重量も加わる。このため、シャフト１３には、捻りトルクの他、曲げモーメントが作用する。
このうち、捻りモーメントは、シャフト１３の軸方向各部に同等に作用する。曲げモーメントについては、シャフト１３に作用する曲げモーメントは、軸方向中央部で最も小く、軸方向両端で最も大きくなる。
【００２２】
一方、第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８は、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４よりも深く且つ幅広で、しかも、底部の両側の円弧面状をなす隅角部の曲率半径も、比較的小さい。このため、第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８のうち、外側の第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の底部両側の隅角部Ａ，Ｂ、特には、第１のＯリング溝３６についてはフランジ８側である外側の隅角部Ａ、第３のＯリング溝３８については減速装置１１側である外側の隅角部Ａにより大きな所定値以上の応力が集中するようになる。
【００２３】
そこで、この応力集中、特に外側の隅角部Ａの応力集中を緩和するために、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の底部両側の隅角部Ａ，Ｂのうち、外側の隅角部Ａの曲率半径Ｒを、内側の隅角部Ｂの曲率半径ｒよりも大きく設定している。なお、図３（ａ）では、第３のＯリング溝３８を示している。
【００２４】
この場合、隅角部Ａの曲率半径の寸法Ｒだけ第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅Ｗを通常のＯリング溝の溝幅よりも広くした。即ち、図３（ｂ）は、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ２４０６に従ってシャフトＳに形成した溝幅Ｗｊの標準の(通常の)Ｏリング溝Ｍｊを示している。このＯリング溝Ｍｊ内にＯリングＮｊを嵌め込み、そして、シャフトＳをスリーブＴに嵌合すると、ＯリングＮｊは図示の通り潰されて溝幅方向にやや偏平に拡がった形状となる。この偏平に拡がったＯリングＮｊを、その一方の側部がＯリング溝Ｍｊの一方の内側面に接するように片側にずらす。この状態でＯリングＮｊの他方の側部とＯリング溝Ｍｊの他方の内側面との間に生じた隙間の幅寸法をｇとする。
【００２５】
本実施形態における第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅Ｗは、上記と同様に、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内にＯリング３９および４１を嵌め込み、そして、シャフト１３をスリーブ１７に嵌合したとき、潰されて溝幅方向にやや偏平に拡がったＯリング３９，４１を、その一方の側部が第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の一方の内側面に接するように片側にずらし、このときＯリング３９，４１の他方の側部と第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の他方の内側面との間に生じた隙間の幅寸法が、標準のＯリング溝Ｍｊにおける同様の隙間ｇ（所定寸法）を超えるような寸法Ｇとなるように、通常のＯリング溝Ｍｊの溝幅Ｗｊよりも拡大された寸法に定める。
【００２６】
本実施形態では、上記の寸法Ｇは、（ｇ＋Ｒ）に定めている。そして、外側の隅角部Ａの曲率半径を、所定寸法ｇを超えて拡大した寸法、即ちＲと定めている。
溝幅が広げられた第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内には、外側の隅角部Ａ側に位置して補填リング４２および４３が嵌合されている。これら補填リング４２，４３は、幅寸法が標準のＯリング溝Ｍｊよりも拡大された寸法Ｒと同等の幅を有し、且つ内周側の両隅角部のうち、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の隅角部Ａ側の隅角部は、曲率半径Ｒの円弧面に形成されている。なお、補填リング４２，４３は、例えばプラスチック製で、伸縮性があってもなくても良いが、伸縮性のない場合には、切れ目を設けたり、２分割形としたりして第１のＯリング溝３５および第３のＯリング溝３７内に嵌め込み得るようにする。
【００２７】
本実施形態における第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の応力緩和効果を確認するために、発明者は図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す寸法の実施例品と比較例品１，２とについて、ＦＥＭ解析による隅角部Ａ，Ｂの応力計算を行い、その結果を併せて図５（ａ）に示した。
【００２８】
ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ２４０６によれば、Ｏリング溝の底部の両側の隅角部の曲率半径は共に０．８ｍｍである。比較例品１は、Ｏリング溝の底部の両隅角部Ａ，Ｂの曲率半径を上記ＪＩＳ Ｂ ２４０６に従って形成したもの(図５（ｃ）参照)、比較例品２は前述の特許文献１によるものであり（図５（ｄ）参照）、実施例品は、内側の隅角部Ｂの曲率半径を０．８ｍｍ、外側の隅角部Ａの曲率半径を２．５ｍｍとしたものである(図５（ｂ）参照)。このように隅角部Ａの曲率半径は２．５ｍｍであるから、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の幅Ｗは、比較例品１の溝幅よりも２．５ｍｍだけ広くした。従って、曲率半径を大きくした側に嵌め込まれる補填リング４２，４３の幅は、２．５ｍｍに定められている。Ｏリング溝の溝幅は比較例品１，２が共に４．７ｍｍ、実施例品が７．２ｍｍである。Ｏリング溝の径は、底面での直径寸法で示すと３０ｍｍである。
【００２９】
ＦＥＭ解析による隅角部Ａ，Ｂの応力計算では、シャフト１３の片端に１４５００Ｎのラジアル荷重を加えて隅角部Ａ，Ｂの応力解析を行った。この応力解析の結果を示す図５（ａ）のように、実施例品は、応力集中の大なる隅角部Ａ側の応力が比較例品１，２に比べて小さく、応力集中の緩和効果が高いことが理解される。なお、実施例品の隅角部Ｂの応力が比較例品１，２に比べて大きくなっているが、この程度の応力は実用上問題のない範囲である。
【００３０】
このように本実施形態によれば、シャフト１３に給気用環状溝２３および排気用環状溝２４を形成し、シャフト１３に回転可能に嵌合されたスリーブ１７に給気用環状溝２３および排気用環状溝２４と常時連通状態を維持する給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０を形成すると共に、シャフト１３に給気用環状溝２３および排気用環状溝２４と常時連通状態を維持する給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６を形成して、給気入口側中継路１９および排気出口側中継路２０に手首部７に設けられた給気用管路１５および排気用管路１６を接続すると共に、給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６にフランジ８に設けられた給気用接続管２９および排気用接続管３０を接続したので、手首部７側の管路とフランジ８側の管路とを、ゴムホースを使用することなく、手首部７に対するフランジ８の回転を吸収できる状態にして接続することができる。このため、捻りや曲げ、或は絡まりを生ずる部分がなく、耐久性が向上すると共に、フランジ８の回転角に制約を受けることがない。また、手首部７からフランジ８にかけての部分の小型化、ひいてはロボットの小型化に寄与することができる。
【００３１】
ところで、Ｏリング溝は高い加工精度が要求され、この高加工精度のもとでＯリングが空気を外部に逃がさないというシール機能を効果的に発揮する。この場合、スリーブ１７の内周面にＯリング溝を加工するよりも、本実施形態のようにシャフト１３の外周面にＯリング溝を加工した方が、Ｏリング溝の加工精度を高くすることができる。なぜならば、スリーブ１７の内周面へのＯリング溝の加工はスリーブ１７内にカッターを入れて行う内側加工となる。この内側加工は、そもそも加工自体難しくなり、加工精度の測定も測定装置を入れ難く、測定し難い。これに対し、シャフト１３の外周面にＯリング溝を加工する外側加工であれば、作業量としては内側加工と同じであっても、内側加工に比べて加工自体し易く、測定もシャフト１３を測定装置に合わせることができて容易である。そのため、同じ作業量で比較した場合、スリーブ１７への内側加工よりも、シャフト１３への外側加工の方がＯリング溝を精度良く加工できる。
【００３２】
ところが、本実施形態のように、Ｏリング溝をシャフト１３に形成すると、シャフト１３に形成した第１のＯリング溝３６、第２のＯリング溝３７および第３のＯリング溝３８のうち、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の底部の両隅角部Ａ，Ｂ、特に外側の隅角部Ａに所定値（図５の例では、例えば３００ＭＰａ）以上の応力が集中する。
しかしながら、本実施形態では、この第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の外側の隅角部Ａの曲率半径を大きくしたので、応力集中を緩和でき、早期の疲労を防止することができる。
【００３３】
しかも、隅角部Ａの曲率半径寸法分だけ第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅を広くし、そして、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内の曲率半径を大きくした隅角部Ａの側に、溝幅を広くした分だけの幅を有した補填リング４２，４３を収容したので、Ｏリング３９，４１の充填率は通常のＯリング溝の場合と同様に適正値に維持でき、寿命に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００３４】
即ち、本実施形態では、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８の溝幅は拡大されているが、その拡大された幅を持った補填リング４２，４３が第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内に嵌め込まれている。このため、第１のＯリング溝３６および第３のＯリング溝３８内に圧縮空気が侵入する等してＯリング３９，４１が溝幅方向にずれ動く場合、異常に長い距離ずれ動くことが防止され、Ｏリング３９，４１の早期摩耗を防止できる。
【００３５】
また、図６（ａ−１），（ａ−２）は本実施形態のＯリング溝で隅角部Ａ側に補填リングを嵌めたもの、同図（ｂ−１），（ｂ−２）は底部隅各部の曲率半径をＪＩＳ Ｂ ２４０６に従って形成したＯリング溝、同図（ｃ−１），（ｃ−２）はＯリング溝は本実施形態と同様で、補填リングを本実施形態と反対側に収容したものを示している。そして、図６の上段の図（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）は通常の状態のＯリングを示し、図６の下段の図（ａ−２），（ｂ−２），（ｃ−２）は図示左側から高圧空気がＯリング溝内に侵入してきた場合のＯリングを示す。
【００３６】
図６（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）を比較して理解されるように、通常の状態では、隅角部Ａの曲率半径の大小には関係なく、Ｏリングの潰れ形態は変わらず、正常の状態を維持できる。しかし、高圧空気がＯリング溝内に侵入すると、図６（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）に示すように、Ｏリングはその圧力を受けて高圧空気の侵入側とは反対側に移動する。この場合、本実施形態では、Ｏリングの潰れ形態はＪＩＳ Ｂ ２４０６のＯリング溝と同じで、特に問題は生じない。
【００３７】
しかし、補填リングを隅角部Ａとは反対側に収容したものでは、Ｏリングは曲率半径の大きな隅角部Ａに接するので、その分潰れ体積が少なくなり、その少なくなった分が横方向に拡がって軸受との接触面積が増大する。このようになると、Ｏリングとスリーブとの摺動抵抗が大きくなり、トルク損失を招くと共に、Ｏリングの摩耗が促進されて寿命が短くなる。このことについて、本実施形態では、特に、スリーブとの接触面積が増大することはなく、摩耗防止、長寿命化に寄与することができる。
【００３８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような変更或は拡張が可能である。
減速装置１１をフランジ８側に固定し、シャフト１３を手首部７に連結してモータ１２の起動により減速装置１１がシャフト１３に対して回転することによってフランジ８が回転するように構成しても良い。
給気用環状溝２３および排気用環状溝２４は加工精度を特に必要としないので、スリーブ１７の内周面に形成しても良い。また、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の一方をシャフト１３の外周面に形成し、他方をスリーブ１７の内周面に形成しても良い。
空圧アクチュエータ１４から吐出される空気を、そのまま大気中に排出するようにすれば、排気側の空気通路を構成する部分は設けなくとも良い。
【符号の説明】
【００３９】
図面中、１は産業用ロボット、７は手首部、８はフランジ、９は回転関節、１１は減速装置、１２はモータ、１３はシャフト、１４は空圧アクチュエータ、１５は給気用管路（空気通路）、１６は排気用管路（空気通路）、１９は給気入口側中継路、２０は排気出口側中継路、２３は給気用環状溝，２４は排気用環状溝、２５は給気出口側中継路、２６は排気入口側中継路、２９は給気用接続管（空気通路）、３０は排気用接続管(空気通路)、３２はソレノイドバルブ、３６は第１のＯリング溝、３７は第２のＯリング溝、３８は第３のＯリング溝、３９〜４１はＯリング、４２，４３は補填リングを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのアームを回転可能に連結するロボットのアーム連結装置において、
前記２つのアームのうち一方のアームに設けられ他方のアームに回転を伝達するシャフトと、
嵌合孔を有し当該嵌合孔内に前記シャフトを相対回転可能に収容したスリーブと、
前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面のうちの少なくとも一方に、当該周面を一周するように形成された環状溝と、
前記シャフトの外周面に、前記環状溝の両側に位置して当該外周面を一周するように形成されたＯリング溝と、
前記Ｏリング溝内に嵌め込まれ、前記シャフトと前記スリーブとの間を封止するＯリングと、
前記スリーブに、一端が前記環状溝内に開口するように形成され、他端が前記スリーブの外面において開口して前記一方のアーム側に設けられた空気通路に接続される中継路と、
前記シャフトに、一端が前記環状溝内に開口するように形成され、他端が前記シャフトの外面において開口して前記他方のアーム側に設けられた空気通路に接続される中継路と
を備え、
前記Ｏリングを前記Ｏリング溝内に嵌め込んで前記シャフトを前記スリーブ内に嵌合した状態で、前記Ｏリングを前記Ｏリング溝の一方の内側面に接するまで当該一方の内側面側に寄せたとき、前記Ｏリングと他方の内側面との間に生ずる隙間が所定寸法を超えるように前記Ｏリング溝の溝幅を拡大し、
前記Ｏリング溝の内底部の溝幅方向両側に存する円弧状の底部隅角部のうち、所定値以上の応力が作用する側の底部隅角部の曲率半径を、前記Ｏリング溝の溝幅が前記所定寸法を超えて拡大された寸法に定めて反対側の底部隅角部の曲率半径よりも大きな曲率半径にし、
前記Ｏリング溝内の溝幅方向両側のうち、底部隅角部の曲率半径が大きくされた側に、前記Ｏリング溝の溝幅が前記所定寸法を超えて拡大された寸法と同等の幅寸法を有した補填リングを嵌め込んだことを特徴とするロボットのアーム連結装置。
【請求項１】
２つのアームを回転可能に連結するロボットのアーム連結装置において、
前記２つのアームのうち一方のアームに設けられ他方のアームに回転を伝達するシャフトと、
嵌合孔を有し当該嵌合孔内に前記シャフトを相対回転可能に収容したスリーブと、
前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面のうちの少なくとも一方に、当該周面を一周するように形成された環状溝と、
前記シャフトの外周面に、前記環状溝の両側に位置して当該外周面を一周するように形成されたＯリング溝と、
前記Ｏリング溝内に嵌め込まれ、前記シャフトと前記スリーブとの間を封止するＯリングと、
前記スリーブに、一端が前記環状溝内に開口するように形成され、他端が前記スリーブの外面において開口して前記一方のアーム側に設けられた空気通路に接続される中継路と、
前記シャフトに、一端が前記環状溝内に開口するように形成され、他端が前記シャフトの外面において開口して前記他方のアーム側に設けられた空気通路に接続される中継路と
を備え、
前記Ｏリングを前記Ｏリング溝内に嵌め込んで前記シャフトを前記スリーブ内に嵌合した状態で、前記Ｏリングを前記Ｏリング溝の一方の内側面に接するまで当該一方の内側面側に寄せたとき、前記Ｏリングと他方の内側面との間に生ずる隙間が所定寸法を超えるように前記Ｏリング溝の溝幅を拡大し、
前記Ｏリング溝の内底部の溝幅方向両側に存する円弧状の底部隅角部のうち、所定値以上の応力が作用する側の底部隅角部の曲率半径を、前記Ｏリング溝の溝幅が前記所定寸法を超えて拡大された寸法に定めて反対側の底部隅角部の曲率半径よりも大きな曲率半径にし、
前記Ｏリング溝内の溝幅方向両側のうち、底部隅角部の曲率半径が大きくされた側に、前記Ｏリング溝の溝幅が前記所定寸法を超えて拡大された寸法と同等の幅寸法を有した補填リングを嵌め込んだことを特徴とするロボットのアーム連結装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−３１３６４（Ｐ２０１１−３１３６４Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２４５５（Ｐ２００９−１８２４５５）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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