線状対象物の配管・配線構造、ロボットの作業ヘッドおよび多関節ロボット
【課題】本発明は、特別な配管・配線スペースを必要とすることなく、正逆回転する中空作動軸に挿通した線状対象物の破損を有効に防止することができる線状対象物の配管・配線構造、ロボットの作業ヘッドおよび多関節ロボットを提供することである。
【解決手段】チューブ１７およびケーブル１６の少なくとも一方であるケーブル類１８を、軸線周りに所定の角度正逆回転する中空作動軸１２の中空部に挿通すると共に、中空作動軸１２の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において中空作動軸１２と同期回転するように相対的に可動としたケーブル類１８の配管・配線構造であって、中空作動軸１２の内壁とケーブル類１８との間に介設され、ケーブル類１８を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクター６１を備えたものである。
【解決手段】チューブ１７およびケーブル１６の少なくとも一方であるケーブル類１８を、軸線周りに所定の角度正逆回転する中空作動軸１２の中空部に挿通すると共に、中空作動軸１２の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において中空作動軸１２と同期回転するように相対的に可動としたケーブル類１８の配管・配線構造であって、中空作動軸１２の内壁とケーブル類１８との間に介設され、ケーブル類１８を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクター６１を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブやケーブル等の線状対象物を、中空作動軸の中空部に挿通する線状対象物の配管・配線構造、ロボットの作業ヘッドおよび多関節ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の配線等（線状対象物）の配管・配線構造として、スカラロボットにおける第２アームの先端部に設けた中空の作動軸に、空気配管や電力供給用ケーブルや通信用ケーブルを、挿通するように配管・配線したものが知られている（特許文献１参照）。
この配管・配線構造において、作動軸は、鉛直方向に延在して、軸線中心に所定の角度正逆回転可能に構成されている。また、配線等は、作動軸から上方に延びる軸部材にコイル状に巻回された後、作動軸に挿通して、作動軸の下端部に固定されたヘッドに達するように配管・配線されている。
この場合、配線等のコイル状部分は、作動軸が所定の角度正回転することにより軸部材に対して巻き締めるように変位し、所定の角度逆回転することにより軸部材に対してバラけるように変位する。これによって、作動軸の回転に伴って生じる配線等へのストレスが吸収され、配線等の損傷が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０７６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような配管・配線構造では、作動軸の上方で配線等をコイル状に配管・配線しているため、大きな配管・配線スペースが必要となり、ロボットが大型化するという問題があった。また、作動軸の回転角度が大きい場合には、配線等のコイル状部分が大きくバラけ、周囲の部品に干渉して破損するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、大きな配管・配線スペースを必要とすることなく、正逆回転する中空作動軸に挿通した線状対象物の損傷を有効に防止することができる線状対象物の配管・配線構造、ロボットの作業ヘッドおよび多関節ロボットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の線状対象物の配管・配線構造は、チューブおよびケーブルの少なくとも一方である線状対象物を、軸線周りに所定の角度正逆回転する中空作動軸の中空部に挿通すると共に、中空作動軸の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において中空作動軸と同期回転するように相対的に可動とした線状対象物の配管・配線構造であって、中空作動軸の内壁と線状対称物との間に介設され、線状対象物を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクターを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、中空作動軸に挿通した線状対象物は、中空作動軸の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において中空作動軸と同期回転するように相対的に可動としている。これにより、線状対象物は、自身が捻れ変形することで中空作動軸の正逆回転により生じるストレスを適切に吸収することができる。したがって、本願発明は、中空作動軸の外側に上記した従来技術のような、大きな配管・配線スペースを必要としない。一方、中空作動軸の内壁と線状対称物との間に介設された筒状プロテクターは、線状対象物を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在に構成されている。これにより、線状対象物は、中空作動軸と直接接触することがない。また、筒状プロテクターは、線状対象物と一緒に捻じれるため、中空作動軸あるいは筒状プロテクターと、線状対象物と、の相互の擦れ合いによる、線状対象物の損傷を防止することができる。さらに、筒状プロテクターは、その自在な捻り変形により、中空作動軸に無用な回転負荷を作用させることがない。
【０００８】
この場合、筒状プロテクターは、両端部が中空作動軸の両軸端からはみ出すように、中空作動軸より長く形成されていることが、好ましい。
【０００９】
この構成によれば、中空作動軸の両軸端（エッジ）と線状対象物とが直接接触するのを防止することができる。また、筒状プロテクターを介して、線状対象物を中空作動軸の両軸端側において固定することができ、線状対象物の損傷を有効に防止することができる。
【００１０】
この場合、筒状プロテクターは、線材をコイル状に巻いてコイルばね様に形成されていることが、好ましい。
【００１１】
この構成によれば、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクターを、簡単に形成することができる。この場合、筒状プロテクターは、正逆の捻りに対し僅かに細く、あるいは太く変形することになる。
【００１２】
この場合、中空作動軸の一方の軸端側には、中空作動軸を回転自在に軸支する軸受けユニットが配設され、他方の軸端側には、アクチュエーターユニットが軸着され、線状対象物の相対的に固定とされる側は、第１支持部材を介して軸受けユニットに固定され、線状対象物の相対的に可動とされる側は、第２支持部材を介してアクチュエーターユニットに固定されていることが、好ましい。
【００１３】
この構成によれば、線状対象物の破損を防止した状態で、線状対象物を、中空作動軸の中空部に挿通して、アクチュエーターユニットに対し適切に配管・配線することができる。
【００１４】
この場合、中空作動軸は、軸受けユニットと共に軸線方向に所定の距離進退自在に構成され、且つフレームに進退自在に支持され、線状対象物は、第３支持部材を介してフレームに固定され、第３支持部材から第１支持部材に向かって、軸線方向にループ状に湾曲して延びるループ配管・配線部を有していることが、好ましい。
【００１５】
この構成によれば、線状対象物のループ配管・配線部は、軸受けユニットと共に軸線方向に進退する中空作動軸に対して、軸線方向にループ状に湾曲して配管・配線されているため、ループの曲率変化で中空作動軸の進退によるストレスを適切に吸収することができる。これにより、ループ配管・配線部の損傷を有効に防止することができる。
【００１６】
この場合、ループ配管・配線部の両端部には、それぞれ配管・配線コネクターが介設されていることが、好ましい。
【００１７】
この構成によれば、繰返し応力によりループ配管・配線部が劣化した場合に、配管・配線コネクターを介してこの部分を簡単に交換することができる。
【００１８】
本発明のロボットの作業ヘッドは、ロボットアームの先端に取り付けられたロボットの作業ヘッドであって、上記した線状対象物の配管・配線構造と、フレームに支持され、中空作動軸を所定の角度正逆回転させる軸回転機構と、フレームに支持され、中空作動軸を所定の距離進退させる軸進退動機構と、中空作動軸の一方の軸端側を露出させた状態で、中空作動軸、線状対象物、フレーム、軸回転機構および軸進退動機構を覆うヘッドカバーと、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の多関節ロボットは、上記したロボットの作業ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１９】
これらの構成によれば、特別な配管・配線スペースを必要とすることなく、線状対象物の損傷を有効に防止することができるため、メンテナンスフリーであってコンパクトなロボットの作業ヘッドおよびこれを備えた多関節ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多関節ロボットの断面模式図である。
【図２】作業ヘッドの断面図である。
【図３】ヘッドカバーを外した作業ヘッドの外観斜視図である。
【図４】軸受けユニット廻りの外観斜視図である。
【図５】筒状プロテクターを装着した線状対象物廻りの断面模式図である。
【図６】第２実施形態に係る筒状プロテクターの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係る線状対象物の配管・配線構造を適用した多関節ロボットについて説明する。この多関節ロボットは、クリーン環境のチャンバー内において使用する天吊式のいわゆるスカラロボットであり、実施形態の線状対象物の配管・配線構造は、スカラロボット（ロボット）の作業ヘッドの先端部に軸着されたアクチュエーターユニットと、これを回転且つ昇降自在に支持するロボットアームと、の連結部分に適用されている。実施形態の多関節ロボットは、基板の移動や装置の組立作業などの各種作業を行うものであり、作業ヘッドに対してロボットアーム側から、圧空用・真空用のチューブや電源用・制御用のケーブル等の線状対象物が、配管・配線されている。
【００２２】
図１に示すように、多関節ロボット１は、先端部がチャンバーの天板１０を貫通した状態で天板１０上に設置した第１モーターユニット２と、第１モーターユニット２の先端部に連結した第１関節部３と、基端部を第１関節部３に正逆回転自在に支持された第１水平アーム４と、第１水平アーム４の先端部に設置した第２モーターユニット５と、第２モーターユニット５の先端部から垂下した第２関節部６と、基端部を第２関節部６に正逆回転自在に支持された第２水平アーム７（フレーム）と、第２水平アーム７に取り付けた作業ヘッド８と、を備えている。なお、請求項にいうロボットアームは、第１関節部３と、第１水平アーム４と、第２関節部６と、第２水平アーム７と、から構成されている。
【００２３】
作業ヘッド８には、第２水平アーム７の上側にヘッドカバー１１が設けられており、ヘッドカバー１１内には、第２水平アーム７の先端部を上下方向に貫通するように設けた中空作動軸１２と、中空作動軸１２を正逆回転させるモーター駆動の軸回転機構１３と、中空作動軸１２を昇降（上下動）させるモーター駆動の軸昇降機構（軸進退動機構）１４（いずれも図２参照）と、が収容されている。そして、中空作動軸１２の先端部（下端部）には、ワークに直接アクセスするアクチュエーターユニット１５が着脱自在に装着されている。
【００２４】
第１水平アーム４は、第１関節部３を介して第１モーターユニット２によって、水平面内において±１８０°の角度範囲で正逆回転（回動）される。同様に、第２水平アーム７は、第２関節部６を介して第２モーターユニット５によって、水平面内において±１８０°の角度範囲で正逆回転（回動）される。また、作業ヘッド８は、中空作動軸１２を介してアクチュエーターユニット１５を、正逆回転自在に且つ昇降自在に支持している。この場合、作業ヘッド８は、アクチュエーターユニット１５を、±３６０°の角度範囲で正逆回転（回動）させ、且つ上下方向に約１００ｍｍ昇降させ得るようになっている。これにより、アクチュエーターユニット１５は、チャンバー内において任意の位置に移動し、ワークの移動や各種装置の組立作業が実施される。
【００２５】
一方、アクチュエーターユニット１５に導入される各種のケーブル１６およびチューブ１７から成るケーブル類（線状対象物）１８（図３参照）は、チャンバーの外部から、第１モーターユニット２、第１関節部３、第１水平アーム４、第２モーターユニット５、第２関節部６、第２水平アーム７および作業ヘッド８を経てアクチュエーターユニット１５に導かれている。このケーブル類１８は、これら構成装置の内部に配管・配線されており、作業ヘッド８内において上記の中空作動軸１２内を通って、アクチュエーターユニット１５に配管・配線されている。
【００２６】
図２および図３に示すように、第２水平アーム７は、水平に延びるアーム本体２１と、アーム本体２１の基部側に設けた円筒部２２と、を有しており、作業ヘッド８は、このアーム本体２１に支持されている。すなわち、第２水平アーム７は、作業ヘッド８の構成部品を支持するためのフレームとして機能している。
【００２７】
作業ヘッド８は、アーム本体２１の先端部に貫通するように支持された中空作動軸１２と、中空作動軸１２に隣接してアーム本体２１の上面に対して下向きに設置された軸昇降モーター２６を有する軸昇降機構１４と、軸昇降モーター２６に隣接してアーム本体２１の上面に対して下向きに設置された軸回転モーター２７を有する軸回転機構１３と、アーム本体２１の上面に配設したこれら構成装置を覆うヘッドカバー１１と、を備えている。すなわち、ヘッドカバー１１は、中空作動軸１２の先端部を露出させた状態で、中空作動軸１２、ケーブル類１８、第２水平アーム７、軸昇降機構１４および軸回転機構１３を覆っている。また、作業ヘッド８は、中空作動軸１２の上端部に設けた軸受けユニット２３と、軸受けユニット２３を介して中空作動軸１２の上下動（昇降）をガイドするガイドバー２４と、軸回転モーター２７等からケーブル類１８を保護する保護板２５と、中空作動軸１２の下端部に軸着したアクチュエーターユニット１５と、を備えている。
【００２８】
ガイドバー２４は、軸昇降モーター２６に隣接してアーム本体２１に立設され、軸受けユニット２３を上下方向にスライド自在に、すなわち中空作動軸１２をその軸線方向にスライド自在に支持している。保護板２５は、断面「Ｌ」字状に形成され、アーム本体２１の上面に固定されている。この場合、保護板２５は、軸回転モーター２７と、後述する配管・配線可動スペース４８と、を仕切るように配設されている。
【００２９】
一方、図２に示すように、軸昇降機構１４の出力端と中空作動軸１２との間には、軸昇降モーター２６の正逆回転を中空作動軸１２の昇降動に変換するリードねじ機構３１が構成されている。リードねじ機構３１は、中空作動軸１２の外周面に形成されたねじ溝（図示省略）と、アーム本体２１の上部に回転自在に支持された雌ねじブロック３２と、から成るボールねじで構成されており、軸昇降モーター２６と雌ねじブロック３２との間に掛け渡したタイミングベルト３３を介して、雌ねじブロック３２が正逆回転することにより、中空作動軸１２を昇降させる。すなわち、軸昇降機構１４は、軸昇降モーター２６と、タイミングベルト３３を含むベルト伝達機構３４と、リードねじ機構３１と、で構成されている。
【００３０】
同様に、軸回転機構１３の出力端と中空作動軸１２との間には、軸回転モーター２７の正逆回転を中空作動軸１２に伝達すると共に、中空作動軸１２を軸線方向（上下方向）にスライド自在に支持するスプライン機構３５が構成されている。スプライン機構３５は、中空作動軸１２の外周面に形成されたスプライン溝（図示省略）と、アーム本体２１の下部に回転自在に支持されたボスブロック３６と、から成るボールスプラインで構成されており、軸回転モーター２７およびボスブロック３６の間に掛け渡したタイミングベルト３３を介して、ボスブロック３６が正逆回転することにより、中空作動軸１２を回転させる。すなわち、軸回転機構１３は、軸回転モーター２７と、タイミングベルト３３を含むベルト伝達機構３４と、スプライン機構３５と、で構成されている。
【００３１】
ここで、軸昇降機構１４および軸回転機構１３による中空作動軸１２の昇降動作および回転動作について説明する。上記のように、中空作動軸１２は、軸昇降機構１４により、軸線方向に昇降自在に支持されていると共に、軸回転機構１３により、軸線周りに回転自在に支持されている。まず、中空作動軸１２を軸線方向に昇降のみさせる場合には、軸昇降モーター２６を駆動すると共に、雌ねじブロック３２が回転しないように軸回転モーター２７をホールド制御する。これにより、中空作動軸１２を介してアクチュエーターユニット１５が、回転することなく昇降する。
【００３２】
一方、中空作動軸１２を回転のみさせる場合には、軸回転モーター２７を駆動して、ボスブロック３６を回転させる。この際、中空作動軸１２を回転させると、雌ねじブロック３２により中空作動軸１２が昇降されるため、中空作動軸１２が昇降する分、軸昇降モーター２６を駆動（逆転）して雌ねじブロック３２を逆回転させる。これにより、中空作動軸１２を介してアクチュエーターユニット１５が、昇降することなく回転する。
【００３３】
また、多関節ロボット１全体では、アクチュエーターユニット１５の移動に伴って第１水平アーム４および第２水平アーム７を作動（正逆回転）させると、アクチュエーターユニット１５も相対的に正逆回転する。そこで、アクチュエーターユニット１５の絶対的な姿勢（方向）を維持する場合には、第１水平アーム４および／または第２水平アーム７によるアクチュエーターユニット１５の相対的な正逆回転を相殺するように、軸昇降機構１４および軸回転機構１３を制御する。これにより、アクチュエーターユニット１５の方向を維持したまま、ワークなどを搬送するようにしている。
【００３４】
図３ないし図５に示すように、軸受けユニット２３は、中空作動軸１２の上端部に固定した筒状ガイド４１と、筒状ガイド４１を囲繞するように配設したフランジ状の配管・配線支持板４２と、筒状ガイド４１と配管・配線支持板４２との間に介設したベアリング４３と、配管・配線支持板４２に立設したスライドブロック４４と、を有している。スライドブロック４４には、ガイドバー２４がスライド自在に貫通しており、軸受けユニット２３は、このスライドブロック４４を介してガイドバー２４によって上下方向にスライド自在に、且つ回転規制された状態で支持されている。また、スライドブロック４４の上面には、ケーブル類１８を支持する「Ｌ」字状の上部支持部材（第１支持部材）４５が固定されている。
【００３５】
軸受けユニット２３は、中空作動軸１２の昇降動（上下動）に伴ってガイドバー２４に案内されて昇降すると共に、その配管・配線支持板４２が、筒状ガイド４１を介して中空作動軸１２を回転自在に軸支している。すなわち、軸昇降機構１４が駆動して中空作動軸１２が昇降すると、軸受けユニット２３は、中空作動軸１２と共に昇降する。また、軸回転機構１３（および軸昇降機構１４）が駆動して中空作動軸１２が回転すると、軸受けユニット２３は、上記のボスブロック３６と共に、中空作動軸１２を回転自在に支持する。
【００３６】
一方、図２ないし図５に示すように、作業ヘッド８廻りのケーブル類１８は、第２水平アーム７における軸昇降モーター２６の脚部部分に形成した開口４７から立ち上がり、下側中間部支持部材（第３支持部材）５０を介してアーム本体２１の上側に固定され、さらに大きくループを描いて上側中間部支持部材４６に達する。すなわち、保護板２５の前面に構成した配管・配線可動スペース４８に配管・配線されたケーブル類１８のループ配管・配線部５１は、横「Ｕ」字状にループを描いて配管・配線されている。さらに、ケーブル類１８は、上側中間部支持部材４６を経て配管・配線支持板４２上を半周し、続いて上下方向にＵターンし上部支持部材４５に達する。ここから、ケーブル類１８は、上記の筒状ガイド４１を介して中空作動軸１２を挿通し、アクチュエーターユニット１５内に配設した下部支持部材（第２支持部材）４９に達する。なお、図３におけるケーブル類１８は、ループ配管・配線部５１のみを図示しており、図４におけるケーブル類１８は、ケーブル１６およびチューブ１７をまとめて１本の管として図示している。
【００３７】
ケーブル類１８は、上側中間部支持部材４６および下側中間部支持部材５０に対して一括して固定され、また上部支持部材４５および下部支持部材４９に対して、後述する筒状プロテクター６１と共に一括して固定されている。そして、配管・配線可動スペース４８にループを描いて配管・配線されているループ配管・配線部５１（図３（ａ）参照）は、ループ状に大きく湾曲して配管・配線されており、軸受けユニット（中空作動軸１２）２３の昇降により生ずるストレスをループの曲率変化によって吸収する（図３（ｂ）参照）。このループ配管・配線部５１の曲率変化において、ループ配管・配線部５１が軸回転モーター２７に干渉しないように上記の保護板２５が設けられている。また、ループ配管・配線部５１の両端部には、一対の配管・配線コネクター５２が介設されており、ループ配管・配線部５１が劣化した場合に交換できるようになっている。
【００３８】
図５に示すように、アクチュエーターユニット１５は、中空作動軸１２の下端に軸着される軸着部５３と、下面に突設されワークにアクセスする吸引ヘッドなどの作動部５４と、中空作動軸１２を介して導入したケーブル類１８を固定する下部支持部材４９と、を備えている。ケーブル類１８は、中空作動軸１２の先端から下方に延びＵターンして下部支持部材４９に支持されている。すなわち、アクチュエーターユニット１５内に導入されたケーブル類１８は、下部支持部材４９に固定されており、中空作動軸１２と同期回転し、相対的に固定となる上部支持部材４５の部分に対し相対的に可動になっている。そして、ケーブル類１８は、作動部５４に接続されている。
【００３９】
中空作動軸１２は、ストレートの筒状に形成されており、その全外周面には上記のスプライン溝が形成され、上半部の外周面には、スプライン溝に加えて上記のねじ溝が形成されている（共に図示省略）。また、中空作動軸１２は、鉛直方向に長く延在し、軸受けユニット２３、軸昇降機構１４および軸回転機構１３を介してアーム本体２１に支持されると共に、その下端部にアクチュエーターユニット１５が固定されている。そして、中空作動軸１２の中空部には、アクチュエーターユニット１５に接続されるケーブル類１８が、筒状プロテクター６１に囲繞するように保持された状態で挿通している。
【００４０】
図２ないし図５に示すように、筒状プロテクター６１は、中空作動軸１２に挿通したケーブル類１８と中空作動軸１２の内壁との間に介設されている。詳細は後述するが、ケーブル類１８は、筒状プロテクター６１に巻き締められるようにして保持され、筒状プロテクター６１は、内壁との間に間隙が生ずるように中空作動軸１２の遊挿されている。また、筒状プロテクター６１は、中空作動軸１２より十分に長く形成されており、両軸端からはみ出すように中空作動軸１２に遊挿されている。これにより、中空作動軸１２の両軸端（エッジ）とケーブル類１８とが直接接触するのを防止している。さらに、筒状プロテクター６１の上側のはみ出し部分は、ケーブル類１８を保持した状態で上部支持部材４５を介して軸受けユニット２３に支持固定され、下側のはみ出し部分は、ケーブル類１８を保持した状態で下部支持部材４９を介してアクチュエーターユニット１５に支持固定されている。これにより、ケーブル類１８と上部支持部材４５および下部支持部材４９との間に生ずるストレスを、筒状プロテクター６１が吸収することになり、ケーブル類１８の損傷を有効に防止している。
【００４１】
筒状プロテクター６１は、線材をコイル状に巻いたコイルばね様に形成され、且つ中空作動軸１２の内壁より僅かに細径に形成されている。具体的には、筒状プロテクター６１は、線材をコイル状にほぼ隙間なく巻いた、ばね定数の低い引張りばねに類似の形態を有している。この場合、筒状プロテクター６１は、ケーブル類１８を囲繞するように軽く巻き締めて、相互に位置ズレしない程度に保持している。
【００４２】
一方、上述にように、筒状プロテクター６１およびケーブル類１８は、中空作動軸１２の上側で、軸受けユニット２３の上部支持部材４５に固定され、中空作動軸１２の下側で、アクチュエーターユニット１５の下部支持部材４９に固定されている。このため、中空作動軸１２が正逆回転すると、筒状プロテクター６１およびケーブル類１８は、下側において正逆のよじり（捻り）を受ける。この場合、ケーブル類１８は、中空作動軸１２の軸線周りに正逆の縒りを生じた状態となる。また、筒状プロテクター６１は、径方向において微小に太・細変形する。例えば、中空作動軸１２が一方に回転すると、筒状プロテクター６１は、ケーブル類１８を微少に巻き締めるように僅かに細く変形する。また、中空作動軸１２が他方に回転すると、ケーブル類１８に対してバラけるように太く変形する。すなわち、中空作動軸１２内の筒状プロテクター６１は、その回転に際し、筒状の基本形態を維持しつつ太・細捻り変形する（軸線周りに捻り変形自在）。
【００４３】
これにより、中空作動軸１２が正（あるいは逆）方向に回転しても、ケーブル類１８は筒状プロテクター６１に保護された状態を維持する。したがって、ケーブル類１８は、軸線周りに縒りを生ずるものの、中空作動軸１２の内壁と直接擦れ合うことがなく、損傷を生ずることがない。一方、筒状プロテクター６１は、中空作動軸１２の内壁と擦れ合うが、比較的広い面積で擦れ合うため、応力集中が生ずることがない。また、筒状プロテクター６１は、構造上、捻れ方向のストレスを適宜吸収するため、軸回転機構１３に対し負荷となることがない。
【００４４】
以上の構成によれば、中空作動軸１２に挿通したケーブル類１８は、中空作動軸１２が回転することにより生じるストレスを自身が捻じれることで吸収する。また、ケーブル類１８は、捻り変形自在の筒状プロテクター６１により囲繞するように保持されているため、中空作動軸１２と直接接触することがない。したがって、相互の擦れ合いによる損傷を防止することができる。さらに、ケーブル類１８の配管・配線構造を備えた作業ヘッド８および多関節ロボット１においては、大きな配管・配線スペースを必要とすることなく、ケーブル類１８の破損を有効に防止することができるため、メンテナンスフリーで、且つコンパクトにすることができる。
【００４５】
なお、筒状プロテクター６１は、捻り変形自在のものであれば、上記のコイルばね様の形態のものに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、樹脂等の素材で、筒状部６２と線状部６３とを複数連ねた形態であってもよい。具体的には、等間隔で同一軸上に設けた複数の筒状部６２と、隣接する筒状部６２間を連結する複数の線状部６３と、が一体に形成された構造となっていてもよい（図６（ａ）参照）。この場合、中空作動軸１２が正（あるいは逆）方向に回転すると、筒状プロテクター６１の線状部６３が、微少に伸びると共に、ケーブル類１８を微少に巻き締めるように僅かに細く変形する（図６（ｂ）参照）。したがって、ケーブル類１８は、中空作動軸１２の内壁と直接擦れ合うことがなく、損傷を生ずることがない。
【符号の説明】
【００４６】
１…多関節ロボット ８…作業ヘッド １１…ヘッドカバー １２…中空作動軸 １３…軸回転機構 １４…軸昇降機構 １５…アクチュエーターユニット １６…ケーブル １７…チューブ １８…ケーブル類 ２３…軸受けユニット ４５…上部支持部材 ４６…下側中間部支持部材 ４９…下部支持部材 ５１…ループ配管・配線部 ５２…配管・配線コネクター ６１…筒状プロテクター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブやケーブル等の線状対象物を、中空作動軸の中空部に挿通する線状対象物の配管・配線構造、ロボットの作業ヘッドおよび多関節ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の配線等（線状対象物）の配管・配線構造として、スカラロボットにおける第２アームの先端部に設けた中空の作動軸に、空気配管や電力供給用ケーブルや通信用ケーブルを、挿通するように配管・配線したものが知られている（特許文献１参照）。
この配管・配線構造において、作動軸は、鉛直方向に延在して、軸線中心に所定の角度正逆回転可能に構成されている。また、配線等は、作動軸から上方に延びる軸部材にコイル状に巻回された後、作動軸に挿通して、作動軸の下端部に固定されたヘッドに達するように配管・配線されている。
この場合、配線等のコイル状部分は、作動軸が所定の角度正回転することにより軸部材に対して巻き締めるように変位し、所定の角度逆回転することにより軸部材に対してバラけるように変位する。これによって、作動軸の回転に伴って生じる配線等へのストレスが吸収され、配線等の損傷が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０７６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような配管・配線構造では、作動軸の上方で配線等をコイル状に配管・配線しているため、大きな配管・配線スペースが必要となり、ロボットが大型化するという問題があった。また、作動軸の回転角度が大きい場合には、配線等のコイル状部分が大きくバラけ、周囲の部品に干渉して破損するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、大きな配管・配線スペースを必要とすることなく、正逆回転する中空作動軸に挿通した線状対象物の損傷を有効に防止することができる線状対象物の配管・配線構造、ロボットの作業ヘッドおよび多関節ロボットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の線状対象物の配管・配線構造は、チューブおよびケーブルの少なくとも一方である線状対象物を、軸線周りに所定の角度正逆回転する中空作動軸の中空部に挿通すると共に、中空作動軸の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において中空作動軸と同期回転するように相対的に可動とした線状対象物の配管・配線構造であって、中空作動軸の内壁と線状対称物との間に介設され、線状対象物を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクターを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、中空作動軸に挿通した線状対象物は、中空作動軸の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において中空作動軸と同期回転するように相対的に可動としている。これにより、線状対象物は、自身が捻れ変形することで中空作動軸の正逆回転により生じるストレスを適切に吸収することができる。したがって、本願発明は、中空作動軸の外側に上記した従来技術のような、大きな配管・配線スペースを必要としない。一方、中空作動軸の内壁と線状対称物との間に介設された筒状プロテクターは、線状対象物を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在に構成されている。これにより、線状対象物は、中空作動軸と直接接触することがない。また、筒状プロテクターは、線状対象物と一緒に捻じれるため、中空作動軸あるいは筒状プロテクターと、線状対象物と、の相互の擦れ合いによる、線状対象物の損傷を防止することができる。さらに、筒状プロテクターは、その自在な捻り変形により、中空作動軸に無用な回転負荷を作用させることがない。
【０００８】
この場合、筒状プロテクターは、両端部が中空作動軸の両軸端からはみ出すように、中空作動軸より長く形成されていることが、好ましい。
【０００９】
この構成によれば、中空作動軸の両軸端（エッジ）と線状対象物とが直接接触するのを防止することができる。また、筒状プロテクターを介して、線状対象物を中空作動軸の両軸端側において固定することができ、線状対象物の損傷を有効に防止することができる。
【００１０】
この場合、筒状プロテクターは、線材をコイル状に巻いてコイルばね様に形成されていることが、好ましい。
【００１１】
この構成によれば、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクターを、簡単に形成することができる。この場合、筒状プロテクターは、正逆の捻りに対し僅かに細く、あるいは太く変形することになる。
【００１２】
この場合、中空作動軸の一方の軸端側には、中空作動軸を回転自在に軸支する軸受けユニットが配設され、他方の軸端側には、アクチュエーターユニットが軸着され、線状対象物の相対的に固定とされる側は、第１支持部材を介して軸受けユニットに固定され、線状対象物の相対的に可動とされる側は、第２支持部材を介してアクチュエーターユニットに固定されていることが、好ましい。
【００１３】
この構成によれば、線状対象物の破損を防止した状態で、線状対象物を、中空作動軸の中空部に挿通して、アクチュエーターユニットに対し適切に配管・配線することができる。
【００１４】
この場合、中空作動軸は、軸受けユニットと共に軸線方向に所定の距離進退自在に構成され、且つフレームに進退自在に支持され、線状対象物は、第３支持部材を介してフレームに固定され、第３支持部材から第１支持部材に向かって、軸線方向にループ状に湾曲して延びるループ配管・配線部を有していることが、好ましい。
【００１５】
この構成によれば、線状対象物のループ配管・配線部は、軸受けユニットと共に軸線方向に進退する中空作動軸に対して、軸線方向にループ状に湾曲して配管・配線されているため、ループの曲率変化で中空作動軸の進退によるストレスを適切に吸収することができる。これにより、ループ配管・配線部の損傷を有効に防止することができる。
【００１６】
この場合、ループ配管・配線部の両端部には、それぞれ配管・配線コネクターが介設されていることが、好ましい。
【００１７】
この構成によれば、繰返し応力によりループ配管・配線部が劣化した場合に、配管・配線コネクターを介してこの部分を簡単に交換することができる。
【００１８】
本発明のロボットの作業ヘッドは、ロボットアームの先端に取り付けられたロボットの作業ヘッドであって、上記した線状対象物の配管・配線構造と、フレームに支持され、中空作動軸を所定の角度正逆回転させる軸回転機構と、フレームに支持され、中空作動軸を所定の距離進退させる軸進退動機構と、中空作動軸の一方の軸端側を露出させた状態で、中空作動軸、線状対象物、フレーム、軸回転機構および軸進退動機構を覆うヘッドカバーと、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の多関節ロボットは、上記したロボットの作業ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１９】
これらの構成によれば、特別な配管・配線スペースを必要とすることなく、線状対象物の損傷を有効に防止することができるため、メンテナンスフリーであってコンパクトなロボットの作業ヘッドおよびこれを備えた多関節ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多関節ロボットの断面模式図である。
【図２】作業ヘッドの断面図である。
【図３】ヘッドカバーを外した作業ヘッドの外観斜視図である。
【図４】軸受けユニット廻りの外観斜視図である。
【図５】筒状プロテクターを装着した線状対象物廻りの断面模式図である。
【図６】第２実施形態に係る筒状プロテクターの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係る線状対象物の配管・配線構造を適用した多関節ロボットについて説明する。この多関節ロボットは、クリーン環境のチャンバー内において使用する天吊式のいわゆるスカラロボットであり、実施形態の線状対象物の配管・配線構造は、スカラロボット（ロボット）の作業ヘッドの先端部に軸着されたアクチュエーターユニットと、これを回転且つ昇降自在に支持するロボットアームと、の連結部分に適用されている。実施形態の多関節ロボットは、基板の移動や装置の組立作業などの各種作業を行うものであり、作業ヘッドに対してロボットアーム側から、圧空用・真空用のチューブや電源用・制御用のケーブル等の線状対象物が、配管・配線されている。
【００２２】
図１に示すように、多関節ロボット１は、先端部がチャンバーの天板１０を貫通した状態で天板１０上に設置した第１モーターユニット２と、第１モーターユニット２の先端部に連結した第１関節部３と、基端部を第１関節部３に正逆回転自在に支持された第１水平アーム４と、第１水平アーム４の先端部に設置した第２モーターユニット５と、第２モーターユニット５の先端部から垂下した第２関節部６と、基端部を第２関節部６に正逆回転自在に支持された第２水平アーム７（フレーム）と、第２水平アーム７に取り付けた作業ヘッド８と、を備えている。なお、請求項にいうロボットアームは、第１関節部３と、第１水平アーム４と、第２関節部６と、第２水平アーム７と、から構成されている。
【００２３】
作業ヘッド８には、第２水平アーム７の上側にヘッドカバー１１が設けられており、ヘッドカバー１１内には、第２水平アーム７の先端部を上下方向に貫通するように設けた中空作動軸１２と、中空作動軸１２を正逆回転させるモーター駆動の軸回転機構１３と、中空作動軸１２を昇降（上下動）させるモーター駆動の軸昇降機構（軸進退動機構）１４（いずれも図２参照）と、が収容されている。そして、中空作動軸１２の先端部（下端部）には、ワークに直接アクセスするアクチュエーターユニット１５が着脱自在に装着されている。
【００２４】
第１水平アーム４は、第１関節部３を介して第１モーターユニット２によって、水平面内において±１８０°の角度範囲で正逆回転（回動）される。同様に、第２水平アーム７は、第２関節部６を介して第２モーターユニット５によって、水平面内において±１８０°の角度範囲で正逆回転（回動）される。また、作業ヘッド８は、中空作動軸１２を介してアクチュエーターユニット１５を、正逆回転自在に且つ昇降自在に支持している。この場合、作業ヘッド８は、アクチュエーターユニット１５を、±３６０°の角度範囲で正逆回転（回動）させ、且つ上下方向に約１００ｍｍ昇降させ得るようになっている。これにより、アクチュエーターユニット１５は、チャンバー内において任意の位置に移動し、ワークの移動や各種装置の組立作業が実施される。
【００２５】
一方、アクチュエーターユニット１５に導入される各種のケーブル１６およびチューブ１７から成るケーブル類（線状対象物）１８（図３参照）は、チャンバーの外部から、第１モーターユニット２、第１関節部３、第１水平アーム４、第２モーターユニット５、第２関節部６、第２水平アーム７および作業ヘッド８を経てアクチュエーターユニット１５に導かれている。このケーブル類１８は、これら構成装置の内部に配管・配線されており、作業ヘッド８内において上記の中空作動軸１２内を通って、アクチュエーターユニット１５に配管・配線されている。
【００２６】
図２および図３に示すように、第２水平アーム７は、水平に延びるアーム本体２１と、アーム本体２１の基部側に設けた円筒部２２と、を有しており、作業ヘッド８は、このアーム本体２１に支持されている。すなわち、第２水平アーム７は、作業ヘッド８の構成部品を支持するためのフレームとして機能している。
【００２７】
作業ヘッド８は、アーム本体２１の先端部に貫通するように支持された中空作動軸１２と、中空作動軸１２に隣接してアーム本体２１の上面に対して下向きに設置された軸昇降モーター２６を有する軸昇降機構１４と、軸昇降モーター２６に隣接してアーム本体２１の上面に対して下向きに設置された軸回転モーター２７を有する軸回転機構１３と、アーム本体２１の上面に配設したこれら構成装置を覆うヘッドカバー１１と、を備えている。すなわち、ヘッドカバー１１は、中空作動軸１２の先端部を露出させた状態で、中空作動軸１２、ケーブル類１８、第２水平アーム７、軸昇降機構１４および軸回転機構１３を覆っている。また、作業ヘッド８は、中空作動軸１２の上端部に設けた軸受けユニット２３と、軸受けユニット２３を介して中空作動軸１２の上下動（昇降）をガイドするガイドバー２４と、軸回転モーター２７等からケーブル類１８を保護する保護板２５と、中空作動軸１２の下端部に軸着したアクチュエーターユニット１５と、を備えている。
【００２８】
ガイドバー２４は、軸昇降モーター２６に隣接してアーム本体２１に立設され、軸受けユニット２３を上下方向にスライド自在に、すなわち中空作動軸１２をその軸線方向にスライド自在に支持している。保護板２５は、断面「Ｌ」字状に形成され、アーム本体２１の上面に固定されている。この場合、保護板２５は、軸回転モーター２７と、後述する配管・配線可動スペース４８と、を仕切るように配設されている。
【００２９】
一方、図２に示すように、軸昇降機構１４の出力端と中空作動軸１２との間には、軸昇降モーター２６の正逆回転を中空作動軸１２の昇降動に変換するリードねじ機構３１が構成されている。リードねじ機構３１は、中空作動軸１２の外周面に形成されたねじ溝（図示省略）と、アーム本体２１の上部に回転自在に支持された雌ねじブロック３２と、から成るボールねじで構成されており、軸昇降モーター２６と雌ねじブロック３２との間に掛け渡したタイミングベルト３３を介して、雌ねじブロック３２が正逆回転することにより、中空作動軸１２を昇降させる。すなわち、軸昇降機構１４は、軸昇降モーター２６と、タイミングベルト３３を含むベルト伝達機構３４と、リードねじ機構３１と、で構成されている。
【００３０】
同様に、軸回転機構１３の出力端と中空作動軸１２との間には、軸回転モーター２７の正逆回転を中空作動軸１２に伝達すると共に、中空作動軸１２を軸線方向（上下方向）にスライド自在に支持するスプライン機構３５が構成されている。スプライン機構３５は、中空作動軸１２の外周面に形成されたスプライン溝（図示省略）と、アーム本体２１の下部に回転自在に支持されたボスブロック３６と、から成るボールスプラインで構成されており、軸回転モーター２７およびボスブロック３６の間に掛け渡したタイミングベルト３３を介して、ボスブロック３６が正逆回転することにより、中空作動軸１２を回転させる。すなわち、軸回転機構１３は、軸回転モーター２７と、タイミングベルト３３を含むベルト伝達機構３４と、スプライン機構３５と、で構成されている。
【００３１】
ここで、軸昇降機構１４および軸回転機構１３による中空作動軸１２の昇降動作および回転動作について説明する。上記のように、中空作動軸１２は、軸昇降機構１４により、軸線方向に昇降自在に支持されていると共に、軸回転機構１３により、軸線周りに回転自在に支持されている。まず、中空作動軸１２を軸線方向に昇降のみさせる場合には、軸昇降モーター２６を駆動すると共に、雌ねじブロック３２が回転しないように軸回転モーター２７をホールド制御する。これにより、中空作動軸１２を介してアクチュエーターユニット１５が、回転することなく昇降する。
【００３２】
一方、中空作動軸１２を回転のみさせる場合には、軸回転モーター２７を駆動して、ボスブロック３６を回転させる。この際、中空作動軸１２を回転させると、雌ねじブロック３２により中空作動軸１２が昇降されるため、中空作動軸１２が昇降する分、軸昇降モーター２６を駆動（逆転）して雌ねじブロック３２を逆回転させる。これにより、中空作動軸１２を介してアクチュエーターユニット１５が、昇降することなく回転する。
【００３３】
また、多関節ロボット１全体では、アクチュエーターユニット１５の移動に伴って第１水平アーム４および第２水平アーム７を作動（正逆回転）させると、アクチュエーターユニット１５も相対的に正逆回転する。そこで、アクチュエーターユニット１５の絶対的な姿勢（方向）を維持する場合には、第１水平アーム４および／または第２水平アーム７によるアクチュエーターユニット１５の相対的な正逆回転を相殺するように、軸昇降機構１４および軸回転機構１３を制御する。これにより、アクチュエーターユニット１５の方向を維持したまま、ワークなどを搬送するようにしている。
【００３４】
図３ないし図５に示すように、軸受けユニット２３は、中空作動軸１２の上端部に固定した筒状ガイド４１と、筒状ガイド４１を囲繞するように配設したフランジ状の配管・配線支持板４２と、筒状ガイド４１と配管・配線支持板４２との間に介設したベアリング４３と、配管・配線支持板４２に立設したスライドブロック４４と、を有している。スライドブロック４４には、ガイドバー２４がスライド自在に貫通しており、軸受けユニット２３は、このスライドブロック４４を介してガイドバー２４によって上下方向にスライド自在に、且つ回転規制された状態で支持されている。また、スライドブロック４４の上面には、ケーブル類１８を支持する「Ｌ」字状の上部支持部材（第１支持部材）４５が固定されている。
【００３５】
軸受けユニット２３は、中空作動軸１２の昇降動（上下動）に伴ってガイドバー２４に案内されて昇降すると共に、その配管・配線支持板４２が、筒状ガイド４１を介して中空作動軸１２を回転自在に軸支している。すなわち、軸昇降機構１４が駆動して中空作動軸１２が昇降すると、軸受けユニット２３は、中空作動軸１２と共に昇降する。また、軸回転機構１３（および軸昇降機構１４）が駆動して中空作動軸１２が回転すると、軸受けユニット２３は、上記のボスブロック３６と共に、中空作動軸１２を回転自在に支持する。
【００３６】
一方、図２ないし図５に示すように、作業ヘッド８廻りのケーブル類１８は、第２水平アーム７における軸昇降モーター２６の脚部部分に形成した開口４７から立ち上がり、下側中間部支持部材（第３支持部材）５０を介してアーム本体２１の上側に固定され、さらに大きくループを描いて上側中間部支持部材４６に達する。すなわち、保護板２５の前面に構成した配管・配線可動スペース４８に配管・配線されたケーブル類１８のループ配管・配線部５１は、横「Ｕ」字状にループを描いて配管・配線されている。さらに、ケーブル類１８は、上側中間部支持部材４６を経て配管・配線支持板４２上を半周し、続いて上下方向にＵターンし上部支持部材４５に達する。ここから、ケーブル類１８は、上記の筒状ガイド４１を介して中空作動軸１２を挿通し、アクチュエーターユニット１５内に配設した下部支持部材（第２支持部材）４９に達する。なお、図３におけるケーブル類１８は、ループ配管・配線部５１のみを図示しており、図４におけるケーブル類１８は、ケーブル１６およびチューブ１７をまとめて１本の管として図示している。
【００３７】
ケーブル類１８は、上側中間部支持部材４６および下側中間部支持部材５０に対して一括して固定され、また上部支持部材４５および下部支持部材４９に対して、後述する筒状プロテクター６１と共に一括して固定されている。そして、配管・配線可動スペース４８にループを描いて配管・配線されているループ配管・配線部５１（図３（ａ）参照）は、ループ状に大きく湾曲して配管・配線されており、軸受けユニット（中空作動軸１２）２３の昇降により生ずるストレスをループの曲率変化によって吸収する（図３（ｂ）参照）。このループ配管・配線部５１の曲率変化において、ループ配管・配線部５１が軸回転モーター２７に干渉しないように上記の保護板２５が設けられている。また、ループ配管・配線部５１の両端部には、一対の配管・配線コネクター５２が介設されており、ループ配管・配線部５１が劣化した場合に交換できるようになっている。
【００３８】
図５に示すように、アクチュエーターユニット１５は、中空作動軸１２の下端に軸着される軸着部５３と、下面に突設されワークにアクセスする吸引ヘッドなどの作動部５４と、中空作動軸１２を介して導入したケーブル類１８を固定する下部支持部材４９と、を備えている。ケーブル類１８は、中空作動軸１２の先端から下方に延びＵターンして下部支持部材４９に支持されている。すなわち、アクチュエーターユニット１５内に導入されたケーブル類１８は、下部支持部材４９に固定されており、中空作動軸１２と同期回転し、相対的に固定となる上部支持部材４５の部分に対し相対的に可動になっている。そして、ケーブル類１８は、作動部５４に接続されている。
【００３９】
中空作動軸１２は、ストレートの筒状に形成されており、その全外周面には上記のスプライン溝が形成され、上半部の外周面には、スプライン溝に加えて上記のねじ溝が形成されている（共に図示省略）。また、中空作動軸１２は、鉛直方向に長く延在し、軸受けユニット２３、軸昇降機構１４および軸回転機構１３を介してアーム本体２１に支持されると共に、その下端部にアクチュエーターユニット１５が固定されている。そして、中空作動軸１２の中空部には、アクチュエーターユニット１５に接続されるケーブル類１８が、筒状プロテクター６１に囲繞するように保持された状態で挿通している。
【００４０】
図２ないし図５に示すように、筒状プロテクター６１は、中空作動軸１２に挿通したケーブル類１８と中空作動軸１２の内壁との間に介設されている。詳細は後述するが、ケーブル類１８は、筒状プロテクター６１に巻き締められるようにして保持され、筒状プロテクター６１は、内壁との間に間隙が生ずるように中空作動軸１２の遊挿されている。また、筒状プロテクター６１は、中空作動軸１２より十分に長く形成されており、両軸端からはみ出すように中空作動軸１２に遊挿されている。これにより、中空作動軸１２の両軸端（エッジ）とケーブル類１８とが直接接触するのを防止している。さらに、筒状プロテクター６１の上側のはみ出し部分は、ケーブル類１８を保持した状態で上部支持部材４５を介して軸受けユニット２３に支持固定され、下側のはみ出し部分は、ケーブル類１８を保持した状態で下部支持部材４９を介してアクチュエーターユニット１５に支持固定されている。これにより、ケーブル類１８と上部支持部材４５および下部支持部材４９との間に生ずるストレスを、筒状プロテクター６１が吸収することになり、ケーブル類１８の損傷を有効に防止している。
【００４１】
筒状プロテクター６１は、線材をコイル状に巻いたコイルばね様に形成され、且つ中空作動軸１２の内壁より僅かに細径に形成されている。具体的には、筒状プロテクター６１は、線材をコイル状にほぼ隙間なく巻いた、ばね定数の低い引張りばねに類似の形態を有している。この場合、筒状プロテクター６１は、ケーブル類１８を囲繞するように軽く巻き締めて、相互に位置ズレしない程度に保持している。
【００４２】
一方、上述にように、筒状プロテクター６１およびケーブル類１８は、中空作動軸１２の上側で、軸受けユニット２３の上部支持部材４５に固定され、中空作動軸１２の下側で、アクチュエーターユニット１５の下部支持部材４９に固定されている。このため、中空作動軸１２が正逆回転すると、筒状プロテクター６１およびケーブル類１８は、下側において正逆のよじり（捻り）を受ける。この場合、ケーブル類１８は、中空作動軸１２の軸線周りに正逆の縒りを生じた状態となる。また、筒状プロテクター６１は、径方向において微小に太・細変形する。例えば、中空作動軸１２が一方に回転すると、筒状プロテクター６１は、ケーブル類１８を微少に巻き締めるように僅かに細く変形する。また、中空作動軸１２が他方に回転すると、ケーブル類１８に対してバラけるように太く変形する。すなわち、中空作動軸１２内の筒状プロテクター６１は、その回転に際し、筒状の基本形態を維持しつつ太・細捻り変形する（軸線周りに捻り変形自在）。
【００４３】
これにより、中空作動軸１２が正（あるいは逆）方向に回転しても、ケーブル類１８は筒状プロテクター６１に保護された状態を維持する。したがって、ケーブル類１８は、軸線周りに縒りを生ずるものの、中空作動軸１２の内壁と直接擦れ合うことがなく、損傷を生ずることがない。一方、筒状プロテクター６１は、中空作動軸１２の内壁と擦れ合うが、比較的広い面積で擦れ合うため、応力集中が生ずることがない。また、筒状プロテクター６１は、構造上、捻れ方向のストレスを適宜吸収するため、軸回転機構１３に対し負荷となることがない。
【００４４】
以上の構成によれば、中空作動軸１２に挿通したケーブル類１８は、中空作動軸１２が回転することにより生じるストレスを自身が捻じれることで吸収する。また、ケーブル類１８は、捻り変形自在の筒状プロテクター６１により囲繞するように保持されているため、中空作動軸１２と直接接触することがない。したがって、相互の擦れ合いによる損傷を防止することができる。さらに、ケーブル類１８の配管・配線構造を備えた作業ヘッド８および多関節ロボット１においては、大きな配管・配線スペースを必要とすることなく、ケーブル類１８の破損を有効に防止することができるため、メンテナンスフリーで、且つコンパクトにすることができる。
【００４５】
なお、筒状プロテクター６１は、捻り変形自在のものであれば、上記のコイルばね様の形態のものに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、樹脂等の素材で、筒状部６２と線状部６３とを複数連ねた形態であってもよい。具体的には、等間隔で同一軸上に設けた複数の筒状部６２と、隣接する筒状部６２間を連結する複数の線状部６３と、が一体に形成された構造となっていてもよい（図６（ａ）参照）。この場合、中空作動軸１２が正（あるいは逆）方向に回転すると、筒状プロテクター６１の線状部６３が、微少に伸びると共に、ケーブル類１８を微少に巻き締めるように僅かに細く変形する（図６（ｂ）参照）。したがって、ケーブル類１８は、中空作動軸１２の内壁と直接擦れ合うことがなく、損傷を生ずることがない。
【符号の説明】
【００４６】
１…多関節ロボット ８…作業ヘッド １１…ヘッドカバー １２…中空作動軸 １３…軸回転機構 １４…軸昇降機構 １５…アクチュエーターユニット １６…ケーブル １７…チューブ １８…ケーブル類 ２３…軸受けユニット ４５…上部支持部材 ４６…下側中間部支持部材 ４９…下部支持部材 ５１…ループ配管・配線部 ５２…配管・配線コネクター ６１…筒状プロテクター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブおよびケーブルの少なくとも一方である線状対象物を、軸線周りに所定の角度正逆回転する中空作動軸の中空部に挿通すると共に、
前記中空作動軸の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において前記中空作動軸と同期回転するように相対的に可動とした線状対象物の配管・配線構造であって、
前記中空作動軸の内壁と前記線状対称物との間に介設され、前記線状対象物を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクターを備えたことを特徴とする線状対象物の配管・配線構造。
【請求項２】
前記筒状プロテクターは、両端部が前記中空作動軸の両軸端からはみ出すように、前記中空作動軸より長く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項３】
前記筒状プロテクターは、線材をコイル状に巻いてコイルばね様に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項４】
前記中空作動軸の一方の軸端側には、前記中空作動軸を回転自在に軸支する軸受けユニットが配設され、他方の軸端側には、アクチュエーターユニットが軸着され、
前記線状対象物の相対的に固定とされる側は、第１支持部材を介して前記軸受けユニットに固定され、
前記線状対象物の相対的に可動とされる側は、第２支持部材を介して前記アクチュエーターユニットに固定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項５】
前記中空作動軸は、前記軸受けユニットと共に軸線方向に所定の距離進退自在に構成され、且つフレームに進退自在に支持され、
前記線状対象物は、第３支持部材を介して前記フレームに固定され、前記第３支持部材から前記第１支持部材に向かって、前記軸線方向にループ状に湾曲して延びるループ配管・配線部を有していることを特徴とする請求項４に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項６】
前記ループ配管・配線部の両端部には、それぞれ配管・配線コネクターが介設されていることを特徴とする請求項５に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項７】
ロボットアームの先端に取り付けられたロボットの作業ヘッドであって、
請求項５または６に記載の線状対象物の配管・配線構造と、
前記フレームに支持され、前記中空作動軸を所定の角度正逆回転させる軸回転機構と、
前記フレームに支持され、前記中空作動軸を所定の距離進退させる軸進退動機構と、
前記中空作動軸の一方の軸端側を露出させた状態で、前記中空作動軸、前記線状対象物、前記フレーム、前記軸回転機構および前記軸進退動機構を覆うヘッドカバーと、を備えたことを特徴とするロボットの作業ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットの作業ヘッドを備えたことを特徴とする多関節ロボット。
【請求項１】
チューブおよびケーブルの少なくとも一方である線状対象物を、軸線周りに所定の角度正逆回転する中空作動軸の中空部に挿通すると共に、
前記中空作動軸の一方の軸端側において回転不能となるように相対的に固定とし、他方の軸端側において前記中空作動軸と同期回転するように相対的に可動とした線状対象物の配管・配線構造であって、
前記中空作動軸の内壁と前記線状対称物との間に介設され、前記線状対象物を囲繞するように保持すると共に、軸線周りに捻り変形自在な筒状プロテクターを備えたことを特徴とする線状対象物の配管・配線構造。
【請求項２】
前記筒状プロテクターは、両端部が前記中空作動軸の両軸端からはみ出すように、前記中空作動軸より長く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項３】
前記筒状プロテクターは、線材をコイル状に巻いてコイルばね様に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項４】
前記中空作動軸の一方の軸端側には、前記中空作動軸を回転自在に軸支する軸受けユニットが配設され、他方の軸端側には、アクチュエーターユニットが軸着され、
前記線状対象物の相対的に固定とされる側は、第１支持部材を介して前記軸受けユニットに固定され、
前記線状対象物の相対的に可動とされる側は、第２支持部材を介して前記アクチュエーターユニットに固定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項５】
前記中空作動軸は、前記軸受けユニットと共に軸線方向に所定の距離進退自在に構成され、且つフレームに進退自在に支持され、
前記線状対象物は、第３支持部材を介して前記フレームに固定され、前記第３支持部材から前記第１支持部材に向かって、前記軸線方向にループ状に湾曲して延びるループ配管・配線部を有していることを特徴とする請求項４に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項６】
前記ループ配管・配線部の両端部には、それぞれ配管・配線コネクターが介設されていることを特徴とする請求項５に記載の線状対象物の配管・配線構造。
【請求項７】
ロボットアームの先端に取り付けられたロボットの作業ヘッドであって、
請求項５または６に記載の線状対象物の配管・配線構造と、
前記フレームに支持され、前記中空作動軸を所定の角度正逆回転させる軸回転機構と、
前記フレームに支持され、前記中空作動軸を所定の距離進退させる軸進退動機構と、
前記中空作動軸の一方の軸端側を露出させた状態で、前記中空作動軸、前記線状対象物、前記フレーム、前記軸回転機構および前記軸進退動機構を覆うヘッドカバーと、を備えたことを特徴とするロボットの作業ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットの作業ヘッドを備えたことを特徴とする多関節ロボット。
【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２０１１−５６６００（Ｐ２０１１−５６６００Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６６８５（Ｐ２００９−２０６６８５）
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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