CN117751027A - 弯曲结构体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将弯曲部连接多个而成的多关节功能的弯曲结构体，其中所述弯曲部是将多个波形垫圈层叠且相互间焊接而成。本发明包括：第一弯曲部7及第二弯曲部9，能够弯曲及伸展；以及连接部11，在轴向上焊接于第一弯曲部7与第二弯曲部9间且刚性较第一弯曲部7及第二弯曲部9高，第一弯曲部7及第二弯曲部9分别包括沿轴向层叠并且相互间经焊接的多个波形垫圈13，连接部11是内周及外周分别在周向上连续的环绕形状。

Description

弯曲结构体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种供机器人等的关节功能部用的弯曲结构体及其制造方法。

背景技术

作为现有的弯曲结构体，如专利文献1那样，已知有具有将多个波形垫圈层叠并将相互间焊接而成的弯曲部的弯曲结构体。使用所述弯曲部的弯曲结构体可实现小径化并且耐负荷及弯曲性优异。

另一方面，在弯曲结构体中，有时连接多个弯曲部而具有多关节功能。此种具有多关节功能的弯曲结构体通过应用将多个波形垫圈层叠并焊接而成的弯曲部，而可期待小径化等。

但是，所述多关节功能的弯曲结构体难以在能够应对小径化的同时缩短弯曲部间而一体地连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2020-172001号公报

发明内容

发明所要解决的问题

所要解决的问题点在于，在将弯曲部连接多个而成的多关节功能的弯曲结构体中，难以在使弯曲结构体小径化的同时缩短弯曲部间而一体地连接，其中所述弯曲部是将多个波形垫圈层叠且相互间焊接而成。

解决问题的技术手段

本发明提供一种弯曲结构体，其包括：第一弯曲部及第二弯曲部，能够弯曲及伸展；以及连接部，在轴向上焊接于所述第一弯曲部与所述第二弯曲部间且刚性较所述第一弯曲部及所述第二弯曲部高，所述第一弯曲部及所述第二弯曲部分别包括在所述轴向上层叠并且相互间经焊接的多个波形垫圈，所述连接部是内周及外周分别在周向上连续的环绕形状。

另外，本发明提供一种弯曲结构体的制造方法，将所述第一弯曲部的所述多个波形垫圈自所述连接部的所述轴向的一侧依次层叠并且进行焊接，并将所述第二弯曲部的所述多个波形垫圈自所述连接部的所述轴向的另一侧依次层叠并且进行焊接。

发明的效果

根据本发明，在将弯曲部连接多个而成的多关节功能的弯曲结构体中，可在实现整体上的小径化的同时缩短弯曲部间而一体地连接，其中所述弯曲部是将多个波形垫圈层叠且相互间焊接而成。

附图说明

[图1]图1是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的立体图。

[图2]图2是图1的弯曲结构体的侧面图。

[图3]图3是图2的弯曲结构体的概略剖面图。

[图4]图4是图1的弯曲结构体中使用的波形垫圈的平面图。

[图5]图5是图1的弯曲结构体中使用的平垫圈的平面图。

[图6]图6是表示图1的弯曲结构体中使用的连接部的平面图。

[图7]图7是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的制造方法的侧面图。

[图8]图8是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的制造方法的侧面图。

[图9]图9是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的制造方法的侧面图。

[图10]图10是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的制造方法的侧面图。

[图11]图11是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的制造方法的侧面图。

具体实施方式

在将弯曲部连接多个而成的多关节功能的弯曲结构体中，自结构面及制法面两者实现了在使弯曲结构体小径化的同时缩短弯曲部间而一体地连接的目的，其中所述弯曲部是将多个波形垫圈层叠并将相互间焊接而成。

弯曲结构体(1)包括第一弯曲部(7)及第二弯曲部(9)、以及连接部(11)。第一弯曲部(7)及第二弯曲部(9)能够弯曲及伸展，且分别包括在轴向上层叠并且相互间经焊接的多个波形垫圈(13)。连接部(11)在轴向上焊接于第一弯曲部(7)与第二弯曲部(9)间，刚性较第一弯曲部(7)及第二弯曲部(9)高，且呈内周及外周分别在周向上连续的环绕形状。

连接部(11)的内周与外周间的宽度也可为固定。

也可构成为，多个波形垫圈(13)相互间的焊接在各波形垫圈(13)的内周与外周间的中间部进行，连接部(11)在轴向上与多个波形垫圈(13)的经焊接的部分(W)重叠。

也可构成为，第一弯曲部(7)及第二弯曲部(9)中的其中一者或两者包括构成轴向的端部的平垫圈(15)，平垫圈(15)以在整周上与连接部(11)抵接的状态被焊接，多个波形垫圈(13)经由平垫圈(15)而焊接于连接部(11)。

所述弯曲结构体(1)的制造方法中，将第一弯曲部(7)的多个波形垫圈(13)自连接部(11)的轴向的一侧依次层叠并且进行焊接，将第二弯曲部(9)的多个波形垫圈(13)自连接部(11)的轴向的另一侧依次层叠并且进行焊接。

也可为，在多个波形垫圈(13)及连接部(11)具有用于插通索状构件(17a、17b)的插通孔(7a、9a、11b)的情况下，将引导构件(G)插通至连接部(11)的插通孔(11b)中，在层叠第一弯曲部(7)及第二弯曲部(9)的多个波形垫圈(13)时，使引导构件(G)插通多个波形垫圈(13)的插通孔而定位于连接部(11)。

也可为，在连接部(11)的轴向的一侧及另一侧中的其中一者或两者层叠并焊接平垫圈(15)，并对于平垫圈(15)在轴向上依次层叠多个波形垫圈(13)并且进行焊接。

实施例1

[弯曲结构体的结构]

图1是表示本发明的实施例1的弯曲结构体的立体图，图2是弯曲结构体的侧面图，图3是弯曲结构体的概略剖面图。此外，图1～图3中，虽然各部的形状略有不同，但表示相同结构。

弯曲结构体1被应用于机械臂、机器人、致动器之类的医疗用或产业用等的各种机器的关节功能部。关节功能部是具有作为弯曲/伸展的关节的功能的装置、机构、设备等。

本实施例的弯曲结构体1包括基部3、可动部5、第一弯曲部7及第二弯曲部9、以及连接部11。

基部3包括由金属或树脂等形成的柱状体、例如圆柱状体，安装于机械臂的轴的端部等。此外，基部3并不限于柱状体，可根据应用弯曲结构体1的机器而采用适宜的形态。

在基部3设有径向的凹部3a。凹部3a相对于基部3沿着轴向设置。通过所述凹部3a，基部3具有在周向上不连续的外周。凹部3a能够如后述那样实现在基部3侧的与第二弯曲部9的焊接。

此外，所谓径向，是指沿着弯曲结构体1的直径的方向，也包括相对于直径稍微倾斜的方向。另外，轴向是指沿着弯曲结构体1的轴心的方向，也包括相对于轴心稍微倾斜的方向。周向是指沿着弯曲结构体1的外周的方向。

可动部5通过第一弯曲部7及第二弯曲部9以能够相对于轴向移位的方式支撑于基部3。在所述可动部5安装有与应用弯曲结构体1的机器相应的末端执行器等。

所述可动部5是由金属或树脂等而整体上形成为柱状体。此外，可动部5与基部3同样地，可根据应用弯曲结构体1的机器而采用适宜的形态，并不限于由金属或树脂等形成的柱状体。

在可动部5，与基部3同样地沿着轴向设置有径向的凹部5a。因此，可动部5由于凹部5a而具有在周向上不连续的外周。凹部5a能够如后述那样实现在可动部5侧的与第一弯曲部7的焊接。

第一弯曲部7及第二弯曲部9能够弯曲及伸展，分别包括多个波形垫圈13与多个平垫圈15。

此外，第一弯曲部7及第二弯曲部9基本上为相同结构，且轴向上的长度不同。在本实施例中，第一弯曲部7在轴向上较第二弯曲部9长。但是，也可构成为第一弯曲部7在轴向上较第二弯曲部9短。另外，第一弯曲部7及第二弯曲部9也可为相同长度。进而，第一弯曲部7及第二弯曲部9也可如其中一者较另一者而言直径小的结构、或波形垫圈13的平面形状互不相同的结构等那样并非为相同结构。

另外，弯曲结构体1也能够具有三个以上的弯曲部，但在所述情况下，相对于连接部11的前端侧也为第一弯曲部7，基端侧也为第二弯曲部9。前端及基端为弯曲结构体1的轴向上的前端及基端。

图4是表示波形垫圈13的平面图。

如图1～图4所示，多个波形垫圈13在轴向上层叠并且相互间被焊接而保持层叠状态。通过这些波形垫圈13的弹性变形，第一弯曲部7及第二弯曲部9能够弹性地弯曲。

各波形垫圈13是由金属等形成为环状的板材。本实施例的波形垫圈13是包含不锈钢的圆环状的板材，内外周间的径向上的宽度及板厚固定。

所述波形垫圈13的与相邻的波形垫圈13抵接的部分焊接于所述相邻的波形垫圈13。所述焊接在各波形垫圈13的内周与外周间的中间部进行。

所谓各波形垫圈13的内周与外周间的中间部，是指除了内周上及外周上以外的内周与外周之间的区域，并非指内周与外周间的宽度的中央位置。因此，对内周与外周间的中间部的焊接当然能够在内周与外周间的宽度的中央位置进行，也能够在自中央位置偏向内周侧或外周侧的位置进行。另外，所述焊接也能够在内周与外周间的中间部的沿径向排列的多个部位进行。此外，焊接也可在各波形垫圈13的内周上及外周上进行。

具体而言，波形垫圈13在周向上具有多个山部13a，在相邻的山部13a间具有谷部13b。于在轴向上相邻的波形垫圈13间，其中一个波形垫圈13的山部13a与另一个波形垫圈的谷部13b抵接。在这些抵接的山部13a及谷部13b中，内周与外周间的中间部通过利用激光焊接等的焊接部W结合。

此外，山部13a与谷部13b也可不相互抵接，例如，也可采用相互沿周向错开而与倾斜部13c抵接的形态。另外，波形垫圈13的形状或材质等能够根据所要求的特性等适宜变更。

图5是表示平垫圈15的平面图。

如图1～图3及图5那样，多个平垫圈15构成第一弯曲部7及第二弯曲部9的轴向上的两端部，相互间焊接、并与相邻的波形垫圈13、及连接部11、基部3或可动部5焊接。即，多个波形垫圈13构成为经由多个平垫圈15而焊接于连接部11。

此外，平垫圈15也可仅设置于第一弯曲部7及第二弯曲部9中的其中一者的两端部。另外，平垫圈15也可在第一弯曲部7及第二弯曲部9中的其中一者或两者中仅设置于其中一端部。进而，平垫圈15也能够省略。

另外，在本实施例中，平垫圈15的数量为3片，但也能够任意变更为1片、2片或4片以上。

平垫圈15与波形垫圈13的焊接部W在平垫圈15与波形垫圈13的抵接部分中，形成于内周与外周的中间部。

平垫圈15相互间的焊接部W、平垫圈15与基部3及可动部5的焊接部W、以及平垫圈15与连接部11的焊接部W仿照波形垫圈13相互的结合，在沿周向依次移位的位置形成于内周与外周的中间部。

各平垫圈15是由金属等形成为环状的板材，通过与波形垫圈13相同的材料而具有相同的内外周的直径及板厚，且平坦地形成。

在第一弯曲部7及第二弯曲部9弯曲时，所述平垫圈15与波形垫圈13一起以相互间打开的方式变形，但其变形量较波形垫圈13小。此外，平垫圈15也可使用与波形垫圈13不同的材料形成。

图6是表示连接部11的平面图。

如图1～图3及图6那样，连接部11为在轴向上焊接于第一弯曲部7与第二弯曲部9间、且刚性较第一弯曲部7及第二弯曲部9高的构件。刚性是指相对于轴向的弯曲刚性。所述连接部11通过将第一弯曲部7与第二弯曲部9加以连接而构成多关节。

连接部11具有内周及外周分别在周向上连续的环绕形状。此处所谓的连续，是指内周或外周不因用于向第一弯曲部7及第二弯曲部9的端部的焊接的、沿着轴向的凹部或切口等而成为不连续，也包括因在内周或外周具有微小的凹部等而成为不连续的情况。

本实施例的连接部11为圆筒形状，内周与外周间的宽度固定。为了使内周与外周间的宽度固定，连接部11只要具有无角的平面形状即可。因此，连接部11也可设为椭圆筒形状等。另外，连接部11也能够设为内周与外周间的宽度并非固定的矩形筒形状。进而，连接部11也可为内周及外周中的其中一者或两者的直径在轴向上变化的连接部。在所述情况下，可将直径不同的弯曲部间加以连接。

本实施例的连接部11在轴向上与多个波形垫圈13和多个平垫圈15的经焊接的部分即焊接部W重叠。由此，连接部11可确实地承接第一弯曲部7及第二弯曲部9而使动作稳定。

在连接部11的轴向上的两侧形成有宽度固定的平坦且呈环绕状的接合面11a。通过所述接合面11a，与连接部11结合的平垫圈15在整周上均等地与连接部11抵接。在所述状态下，平垫圈15焊接于连接部11。因此，连接部11可更确实地承接第一弯曲部7及第二弯曲部9而使动作稳定。

在所述连接部11设有作为索状构件的金属线17a及金属线17b的插通孔11b及保持部11c。此外，索状构件除了有如金属线17a及金属线17b那样对弯曲结构体1的操作用途以外，也有通电用途或引导用途等。引导用途是对操作用途或通电用途的索状构件进行引导的用途。

作为索状构件，除了采用金属线17a及金属线17b以外，也能够采用单线、绞线、钢琴线、多关节杆、链、系带、纱、绳等适宜的构件。索状构件的材质能够采用不锈钢、NiTi(镍钛)、碳钢等金属等那样适宜的材质。

插通孔11b相对于连接部11在周向上设置有多个。插通孔11b在轴向上贯穿连接部11。所述插通孔11b在轴向上与第一弯曲部7及第二弯曲部9的插通孔7a、插通孔9a连通。

此外，插通孔7a、插通孔9a贯穿波形垫圈13及平垫圈15而设置。本实施例的插通孔7a、插通孔9a在轴向上连通，但也能够形成于在相邻的波形垫圈13与平垫圈15上沿周向移位的位置。

通过插通孔7a、插通孔9a、插通孔11b，在弯曲结构体1中，将用于对第一弯曲部7进行操作的金属线17a自第二弯曲部9侧穿过连接部11而沿轴向插通并引导至第一弯曲部7。

插通第一弯曲部7的金属线17a的前端由可动部5保持，通过基端侧的拉伸使第一弯曲部7弯曲而能够使可动部5移位。

连接部11的保持部11c保持用于对第二弯曲部9进行操作的金属线17b的前端。所述保持部11c包括在连接部11的轴向上的中间部在外周上开口的空间部。

因此，连接部11虽因保持部11c失去了外周的连续性，但在轴向的两侧保持了连续性。

连接部11的插通孔11b与保持部11c连通。插通孔11b在轴向上与第二弯曲部9的插通孔9a连通。由此，将用于对第二弯曲部9进行操作的金属线17b穿过第二弯曲部9而沿轴向插通并引导至连接部11。

并且，金属线17b的前端由连接部11的保持部11c保持，通过基端侧的拉伸使第二弯曲部9弯曲而能够使连接部11移位。

在本实施例中，金属线17b的前端的保持是通过安装于金属线17b的前端的套筒等端部处理构件18卡合于保持部11c来进行。

此外，金属线17b的前端的保持并不限于端部处理构件18与保持部11c的卡合，可通过适宜的方法进行，有时也会省略保持部11c。

[弯曲结构体的制造方法]

图7～图11是表示弯曲结构体1的制造方法的侧面图。

本实施例的弯曲结构体1的制造方法如图7～图11那样，在连接部11安装第一弯曲部7及第二弯曲部9。

首先，如图7那样，将连接部11的轴向上的一侧朝向上方配置。所述配置只要使用适宜的保持件进行即可。

在所述状态下，将引导构件G插通至连接部11的插通孔11b中。引导构件G使用棒状体或索状构件。引导构件G优选为具有能够独立立起的程度的刚性。

然后，如图8及图9那样，将第一弯曲部7安装于连接部11。具体而言，将第一弯曲部7的多个平垫圈15层叠并焊接于连接部11的轴向的一侧。焊接只要采用二氧化碳激光、钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，YAG)激光、光纤激光等适宜的方法即可。

对于经层叠的平垫圈15，将多个波形垫圈13依次层叠并进行焊接。由此，多个波形垫圈13自连接部11的轴向的一侧依次层叠并且进行焊接。

在层叠多个平垫圈15及多个波形垫圈13时，通过将引导构件G插通至设置于第一弯曲部7的平垫圈15及波形垫圈13的插通孔7a中而可相对于连接部11进行定位。此外，引导构件并不限于将插通孔7a插通的构件。例如，引导构件也可为位于平垫圈15及波形垫圈13的外侧以对平垫圈15及波形垫圈13的外周进行引导的构件，或者也可为位于平垫圈15及波形垫圈13的内侧以对平垫圈15及波形垫圈13的内周进行引导的构件。

在层叠了第一弯曲部7的多个平垫圈15及多个波形垫圈13之后，层叠可动部5。

此时，在可动部5的与第一弯曲部7的结合面5b，通过焊接而预先安装第一弯曲部7的平垫圈15。另一方面，在第一弯曲部7的安装可动部5的端部预先层叠少了1片的2片的平垫圈15。

在所述平垫圈15层叠与可动部5结合的平垫圈15，并经由可动部5的凹部5a进行焊接。

在如此将第一弯曲部7连接于连接部11之后，如图10那样，将连接部11的轴向的另一侧朝向上方配置。

在所述状态下，如图11那样，将第二弯曲部9安装于连接部11。具体而言，将第二弯曲部9的多个平垫圈15及多个波形垫圈13自连接部11的轴向的另一侧依次层叠并且进行焊接。

在层叠多个平垫圈15及多个波形垫圈13时，与第一弯曲部7同样地，通过将引导构件G插通至第二弯曲部9的设置于平垫圈15及波形垫圈13的插通孔9a中而可相对于连接部11进行定位。

在层叠了第二弯曲部9的多个平垫圈15及多个波形垫圈13之后，层叠基部3。

基部3的层叠可与可动部5相对于第一弯曲部7的层叠同样地进行。即，将基部3层叠于层叠了少了1片的2片的平垫圈15的第二弯曲部9的端部，所述基部3是通过焊接将第二弯曲部9的平垫圈15安装于结合面。

然后，使第二弯曲部9侧的平垫圈15与基部3侧的平垫圈15以层叠状态经由基部3的凹部3a进行焊接。

如此，可动部5及基部3经由第一弯曲部7及第二弯曲部9而安装于连接部11。其后，当自基部3侧拔出引导构件G时，完成了弯曲结构体1。

此外，在本实施例中，以第一弯曲部7及第二弯曲部9的顺序安装于连接部11，但第一弯曲部7及第二弯曲部9的安装顺序是任意的。例如，也可将第二弯曲部9先在第一弯曲部7安装于连接部11。另外，也可一边使连接部11在轴向上反转，一边交替层叠第一弯曲部7及第二弯曲部9的波形垫圈13。

通过所述制造方法，本实施例的弯曲结构体1中无需在连接部11设置用于焊接的凹部，可设为使连接部11的内周及外周在周向上连续的环绕形状。

所述弯曲结构体1可使连接部11小径化，且能够在使弯曲结构体1小径化的同时缩短弯曲部7与弯曲部9间而一体地连接。

即，于在连接部11设置基部3及可动部5那样的用于焊接的凹部的情况下，若使连接部11小径化，则凹部在连接部11中所占的比例增大。在所述结构中，变得无法承受金属线17b的荷重，在小径化或轴向上的缩短化的方面产生极限。

相对于此，在本实施例的弯曲结构体1中，即便使连接部11小径化或进行轴向上的缩短化，也可通过内周及外周在周向上连续的环绕形状来承受金属线17b的荷重。结果，弯曲结构体1能够应对整体上的小径化。

符号的说明

1：弯曲结构体

7：第一弯曲部

7a、9a：插通孔

9：第二弯曲部

11：连接部

13：波形垫圈

15：平垫圈

17a、17b：金属线(索状构件)

G：引导构件。

Claims (7)

1.一种弯曲结构体，包括：

第一弯曲部及第二弯曲部，能够弯曲及伸展；以及

连接部，在轴向上焊接于所述第一弯曲部与所述第二弯曲部间且刚性较所述第一弯曲部及所述第二弯曲部高，

所述第一弯曲部及所述第二弯曲部分别包括在所述轴向上层叠并且相互间经焊接的多个波形垫圈，

所述连接部是内周及外周分别在周向上连续的环绕形状。

2.根据权利要求1所述的弯曲结构体，其中

所述连接部的所述内周与所述外周间的宽度固定。

3.根据权利要求1或2所述的弯曲结构体，其中

所述多个波形垫圈相互间的焊接在各波形垫圈的内周与外周间的中间部进行，

所述连接部在所述轴向上与所述多个波形垫圈的经焊接的部分重叠。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的弯曲结构体，其中

所述第一弯曲部及所述第二弯曲部中的其中一者或两者包括构成所述轴向的端部的平垫圈，

所述平垫圈以在整周上与所述连接部抵接的状态被焊接，

所述多个波形垫圈经由所述平垫圈而焊接于所述连接部。

5.一种弯曲结构体的制造方法，为如权利要求1至3中任一项所述的弯曲结构体的制造方法，其中

将所述第一弯曲部的所述多个波形垫圈自所述连接部的所述轴向的一侧依次层叠并且进行焊接，

将所述第二弯曲部的所述多个波形垫圈自所述连接部的所述轴向的另一侧依次层叠并且进行焊接。

6.根据权利要求5所述的弯曲结构体的制造方法，其中

所述多个波形垫圈及所述连接部具有用于插通索状构件的插通孔，

将引导构件插通至所述连接部的插通孔中，

在层叠所述第一弯曲部及所述第二弯曲部的所述多个波形垫圈时，使所述引导构件插通所述多个波形垫圈的插通孔而定位于所述连接部。

7.根据权利要求5或6所述的弯曲结构体的制造方法，其中

在所述连接部的轴向的一侧及另一侧中的其中一者或两者层叠并焊接平垫圈，并对于所述平垫圈在所述轴向上依次层叠所述多个波形垫圈并且进行焊接。