JP2000320533A - フローティングジョイント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フローティングジョイントの軸方向での寸法
は、球体の半径と必要な材料厚等との関係で概ね決まっ
てしまうため、この寸法を縮めることが困難であった。 【解決手段】ピストンロッドが連結される関節軸５の先
端に、半径Ｒの第一の球面体２１を形成し、被駆動部材
が連結されるケーシング３に半径ｒの第二の球面体３１
を設け、第一の球面体２１は第一の球受け座７ａが受
け、第二の球面体３１は第一の球面体２１に形成した第
二の球受け座３３で受けるようにし、２つの球面体２
１、３１の凸球面２１ｂ、３１ａをいずれもロッド側に
向けることで、これら球面体２１、３１に共通の中心ｏ
を被駆動部材の中に位置するようにした。従って、半径
Ｒの球体を一つ用いた場合と較べて、軸方向での寸法を
大幅に縮めることができると共に、ピストンロッドの駆
動力が中心ｏ即ち被駆動部材に向かって加わることにな
るため、駆動力の伝達効率が非常に良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エアシリンダーや
オイルシリンダーその他の直線駆動型のアクチュエータ
を駆動源とする駆動機構に使用されるフローティングジ
ョイントに係り、特に、関節球の半径の割に軸方向での
サイズを大幅に縮めることができ、駆動力の伝達効率を
高めることもできる新規なフローティングジョイントに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エアシリンダーや油圧シリンダー等の直
線駆動型アクチュエータを用いる場合、そのピストンロ
ッドと被駆動部材との連結は、同軸（同芯）関係を精度
良く調整した状態で行うことが必要である。この同軸関
係の精度が悪いと、シリンダー内でのピストンの動きが
スムーズでなくなり、ピストンパッキンやロッドブッシ
ュが異常に摩耗したり、ピストンロッドの動きがスムー
ズでなくなり、場合によっては折損してしまうという重
大な故障原因になり、当然、寿命も短くなってしまう。

【０００３】この同軸関係の誤差を吸収したり、元々同
軸上で連結できない場合に、その芯ズレを吸収する手段
として、球関節を持つフローティングジョイント（フリ
ーティングジョイントと称する場合がある）がある。図
７は従来のフローティングジョイントの一例ａを示す。
このフローティングジョイントａは、横断面が円形で一
端が開口したケーシングｂと、このケーシングｂの他端
側に位置してこれと同軸且つ一体に形成された連結ナッ
トｃと、ケーシングｂの内部空間に収納された前後２枚
の球受けリングｄと、ケーシングｂの開口面を塞いだキ
ャップリングｅと、関節軸（「スタッド」と称されるこ
ともある）ｆ等から構成されている。関節軸ｆは先端部
が球体ｈになっており、２枚の球受けリングｄの球受け
座（孔）ｇは球体ｈの半径ｊと同じ半径の凹球面になっ
ている。関節軸ｆはその球体ｈが２つの球受け座ｇに収
まることでケーシングｂに回動自在に連結される。

【０００４】関節軸ｆの他端部はボルトｉになってい
て、これに被駆動部材の端が連結され、ケーシングｂの
連結ナットｃにはシリンダーのピストンロッドの先端部
が連結される。ピストンロッドと被駆動部材は、球体ｈ
と球受け座ｇを関節として、相互に回動自在に連結さ
れ、それにより、軸心のズレが吸収されてピストンロッ
ドと被駆動部材の双方に無理な力がかかるのを防止され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】例えば、油圧シリンダ
ーを用いた自動ドア装置にあっては、シリンダーとその
周辺の機構をできるだけコンパクトにすることが要求さ
れる。この場合、フローティングジョイントはこの種の
機構のサイズを大きくする原因になるものであるから、
動作性能や機械的強度を損なうこと無しに、各部のサイ
ズ、とりわけ軸方向での寸法を可及的に縮めることが求
められる。

【０００６】ところが、このフローティングジョイント
ａの寸法を軸方向で小さくすることは案外困難である。
即ち、関節軸ｆのボルトｉや連結ナットｃのサイズは当
該ピストンロッドや被駆動部材との連結構造で規定され
るものであるから、それらを無視して一方的に縮めてし
まうことはできない。そうすると、ケーシングｂの軸方
向における寸法Ｌを縮める外無いのであるが、ケーシン
グｂには球体ｈの全体が収まるため、結局、ケーシング
ｂのサイズは球体ｈの半径ｊと必要な材料厚等との関係
で概ね決まってしまう。従って、フローティングジョイ
ントの寸法を軸方向で縮めるのは、単なる設計的考慮だ
けでは事実上不可能である。

【０００７】尚、関節軸ｆの軸心に球体ｈまで延びる深
いネジ穴を形成して、これにピストンロッドや被駆動部
材の端をねじ込むようにしたフローティングジョイント
が開発されているが、これは当該連結構造の軸方向サイ
ズを縮める効果はあっても、ケーシングそのもののサイ
ズを縮めるものでは無い。

【０００８】本発明は上記した従来の問題点に鑑みて為
されたものであり、関節球の半径の割に軸方向でのサイ
ズを大幅に縮めることができ、駆動力の伝達効率を高め
ることもできるフローティングジョイントを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明フローティングジョイントは、軸方向へ駆動
する駆動部材とこの駆動部材によって駆動される被駆動
部材のいずれか一方が連結されるケーシングと、前記駆
動部材と被駆動部材のいずれか他方が連結される関節軸
と、球体とこの球体に前記軸方向における前後２箇所で
摺接する２つの球受け座とから成る球関節とを備え、こ
の球関節によってケーシングと関節軸とが回動自在に結
合されたフローティングジョイントであって、球関節の
球体を、中心が同じで半径が異なる２つの球面体に分け
ると共に、この２つの球面体の凸球面に２つの球受け座
が各別に摺接するようにし、少なくとも１つの球面体を
関節軸に設けたものである。

【００１０】即ち、本発明は、球関節の球体を、同じ中
心を持ちながら半径が異なる大小２つの半球状の球面体
から成る複合構造にしたものである。従って、本発明に
よれば、球体のサイズ、特に、軸方向での厚みを、球体
の半径を小さくしなくても、大幅に縮めることができ、
又は、軸方向での寸法を大きくしなくても球体の半径を
大きくすることができる。これによって、当該駆動機構
のサイズを、機械的強度を落とすこと無くコンパクトに
することが可能になり、あるいは、サイズを大きくする
こと無く機械的強度を高めることが可能になる。

【００１１】本発明を具体化する形態としては様々考え
られる。例えば、請求項２のように、２つの球面体の各
凸球面がこれらに共通の中心を挟んで互いに反対側を向
くようにすると、２つの球面体を一体に形成することも
できる。この場合は、２つの球面体をいずれも関節軸に
設けると良い。

【００１２】また、請求項３や請求項４のように、２つ
の球面体の各凸球面を駆動部材側に向けると、これら球
面体に共通の中心を被駆動部材（又はこれに連結される
ケーシングもしくは関節軸）の中に位置させることがで
き、その結果、ピストンロッド等の駆動部材の駆動力が
上記中心に向かって加わることになる。従って、駆動力
の伝達効率が非常に良くなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフローティ
ングジョイントを図面に示した各実施の形態に従って説
明する。図１及び図２は、本発明の第一の実施の形態に
係るフローティングジョイント１を示すものである。こ
のフローティングジョイント１は、ケーシング３と、関
節軸５と、大小２枚の球受けリング７、９と、止め輪１
１及びダストカバー１３とから構成されており、止め輪
１１には所謂Ｃリングが用いられている。

【００１４】ケーシング３は、後面（図１において右方
に向かう方向を後側とし、左方に向かう方向を前側とす
る。以下の説明において向きを言うときは、この方向に
従う。）が開口したほぼ円形の深皿状をしており、その
軸方向における長さＬは外直径αの３分の１余りになっ
ている。このケーシング３の周壁１５の後端部には内フ
ランジ１５ａが形成され、また、前面壁１７の内面の中
央部にはケーシング３の軸芯と同芯の円形凹部１７ａが
形成されている。ケーシング３にはこれと同軸上に位置
した連結ボルト１９が一体に形成されている。この連結
ボルト１９は、ケーシング３の前面壁１７における中央
部から前方へ突出し、その後端部はスパナ掛け頭部１９
ａになっている。

【００１５】関節軸５は、第一の球面体２１と、第二の
球面体２３と、連結ナット２５とが一体に形成されて成
る。第一の球面体２１は、半径Ｒの球から、その中心ｏ
を含む平面とこの中心より３分の２半径ぐらい離れた点
を通る別の平面との間の部分を切り取った形をしてお
り、上記「中心を含む平面」が前面２１ａになる向きで
用いられる。従って、この第一の球面体２１の凸球面２
１ｂの中心ｏは前面２１ａにおける中心に位置する。

【００１６】また、第二の球面体２３は、半径ｒの球を
２等分した形になっていて、その中心が第一の球面体２
１の中心ｏと一致し且つ全体が前面２１ａから前方へ突
出するように形成されている。この半径ｒは半径Ｒのほ
ぼ３分の１になっている。連結ナット２５は第一の球面
体２１から後側へ連続して形成されており、その螺穴の
奥端は第一の球面体２１まで及んでいる。

【００１７】球受けリング７、９はいずれも円環形をし
ている。第一の球受けリング７は第一の球面体２１の半
径Ｒよりやや大きい外径を有し、厚みは第一の球面体２
１の軸長の半分程度になっており、その内周面である球
受け座７ａは半径Ｒの凹球面になっている。また、第二
の球受けリング９は第二の球面体２３の直径の１．５倍
ぐらいの外径を有し、厚みは第一の球受けリング７の厚
みよりやや薄く、その内周面である球受け座９ａは半径
ｒの凹球面になっている。この第二の球受けリング９は
球受け座９ａが後方を向く向きで、ケーシング３の前記
円形凹部１７ａに、周囲にやや余裕をもって収められ
る。

【００１８】関節軸５は、その連結ナット２５以外の部
分がケーシング３内に挿入されると共に、第二の球面体
２３のほぼ前半分が第二の球受けリング９の球受け座９
ａにぴったり嵌合される。そして、第一の球面体２１の
凸球面２１ｂの軸方向におけるほぼ中間部に第一の球受
けリング７の球受け座９ａが外嵌され、この第一の球受
けリング７とケーシング３の内フランジ１５ａとの間に
止め輪１１がきっちり嵌めこまれて第一の球受けリング
７の抜止めが為される。これにより、ケーシング３と関
節軸５とが半径中心ｏを回動中心として、相互に回動自
在に結合される。

【００１９】フローティングジョイント１は以上のよう
に構成されており、球関節の球体を、従来１つであった
ものを、半径の異なる大小２つの球面体２１と２３に分
けたことが大きな特徴になっている。球体をこのように
構成した結果、フローティングジョイント１にあって
は、大きい方の球面体２１の半径Ｒに対するケーシング
３の各部の寸法割合、特に、関節軸５の軸方向における
長さＬの割合や外径αの割合が従来構造のものと較べて
大幅に縮まる。即ち、２つの球面体２１、２３から成る
球体を従来構造の一つの球体で構成した場合、その球体
は図１に二点鎖線で示す部分が更に必要になるからであ
る。

【００２０】一例として、この寸法割合を図７に示した
従来のフローティングジョイントａと比較してみる。従
来のフローティングジョイントａにあっては、球体ｈの
半径ｊに対するケーシングｂの外径αの割合（α÷ｊ）
は約４であり、半径ｊに対する軸長Ｌの割合（Ｌ÷ｊ）
は約２．５になっている。一方、フローティングジョイ
ント１にあっては、第一の球面体２１の半径Ｒに対する
ケーシング３の外径αの割合（α÷Ｒ）は約３であり、
この半径Ｒに対する軸長Ｌの割合（Ｌ÷Ｒ）は約１．１
になっている。このように、フローティングジョイント
１にあっては、関節球の最大半径の割に、ケーシング３
の軸長を半分ないしそれ以下に縮めることができる。

【００２１】図３及び図４は、本発明の第二の実施の形
態に係るフローティングジョイント１Ａを示すものであ
る。このフローティングジョイント１Ａが前記第一の実
施の形態で示したフローティングジョイント１と比較し
て大きく相違する点は、第二の球面体をケーシング側に
設け、第二の球受け座を関節軸側に設けたことだけであ
る。従って、説明は上記相違点についてのみ行い、その
余の部分については、図面の各部に、前記フローティン
グジョイント１における同様の部位に付した符号と同じ
符号を付することによって説明を省略する。このような
符号の使い方とその意味は、後述する第三の実施の形態
においても同様とする。

【００２２】３１は第二の球面体を示し、３３は第二の
球受け座を示す。このフローティングジョイント１Ａに
あっては、第一の球面体２１と第二の球面体３１に共通
の中心ｏは、連結ボルト１９の軸心の後端近く、即ち、
被駆動部材が連結される部位に設けられており、第二の
球面体３１の半径ｒは第一の球面体２１の半径Ｒの４分
の３程度になっている。

【００２３】第二の球受け座３３は第一の球面体２１の
前面２１ａの中心部に形成されており、この第二の球受
け座３３は半径ｒの凹球面になっている。そして、第二
の球面体３１はその凸球面３１ａが後方を向く向きでケ
ーシング３の円形凹部１７ａに収められ、この凸球面３
１ａが第二の球受け座３３に嵌合される。

【００２４】しかして、このフローティングジョイント
１Ａにあっても、第一、第二の球面体２１、３１から成
る球体のサイズは、半径Ｒの一つの球体を用いる場合に
較べて、その軸方向長さを大幅に縮めることができる。
その上、このフローティングジョイント１Ａにあって
は、関節軸５に加わる駆動力の被駆動部材側への伝達効
率が非常に良いものになる。即ち、ピストンロッド等が
関節軸５を前方へ押圧する力は、第二の球受け座３３と
第二の球面体３１との接触面を介して被駆動部材側へ伝
達されるのであるが、前記したように、これら第二の球
受け座３３と第二の球面体３１の中心ｏは被駆動部材が
連結される位置に設けられているため、第二の球受け座
３３が第二の球面体３１を押圧する力は全て中心ｏ、即
ち、被駆動部材に直接的に加わることになるからであ
る。

【００２５】図５及び図６は、本発明の第三の実施の形
態に係るフローティングジョイント１Ｂを示すものであ
る。このフローティングジョイント１Ｂにおいては、半
径が小さい方の球面体を関節軸に設け、半径が大きい方
の球面体をケーシングに設けている。

【００２６】４１はケーシングを示す。このケーシング
４１は、直径の割に軸長が短い厚肉な円筒形をしてお
り、その孔４３の内径は前半分４３ａが後半分４３ｂよ
りある程度大きくなっていて、中間に前方を向いた段差
面４３ｃが形成されている。そして、ケーシング４１の
周壁には周方向へ配列された複数のボルト通し孔４５が
形成されており、このボルト通し孔４５を通したボルト
を被駆動部材のネジ孔にネジ込むことで、ケーシング４
１の被駆動部材への取付が為される。このケーシング４
１は径方向で２つ割になっている。

【００２７】４７は関節軸を示す。この関節軸４７は前
端面が閉塞されたほぼ円筒形をしており、その外周面の
後端寄り部分にネジ山４７ａが形成され、その孔は螺孔
になっていて、この螺孔に駆動ロッドの先端部が連結さ
れる。そして、関節軸４７の前端部は外側へ広がったフ
ランジ状の球面体４９になっていて、この球面体４９の
ほぼ後方を向いた面が半径ｒの凸球面４９ａになってい
る。ｏはこの凸球面４９ａの中心を示す。関節軸４７の
後部（ネジ山４７ａが形成された部分）には球受けナッ
ト５１が螺合され、この球受けナット５１の前面は半径
Ｒの凹球面５１ａになっている。この凹球面５１ａの中
心は上記凸球面４９ａの中心ｏと一致している。

【００２８】５３は複合球受け部材を示す。この複合球
受け部材５３は、直径の割に軸長の短い円筒状ボス５５
と、その両端部から各別に外側へ張り出した外フランジ
５７、５９とが一体に形成されて成る。ボス５５の外径
はケーシング４１の孔４３の後半分４３ｂにやや余裕を
もって通る大きさになっており、ボス５５の孔６１は後
方へ行くに従って少しづつ拡径するテーパー形になって
いる。前後の外フランジ５７、５９の外径は、ケーシン
グ４１の孔４３における前半分４３ａの内径より多少小
さい。

【００２９】前側の外フランジ５７の前面には凹球面６
３が形成され、この凹球面６３の半径は、前記関節軸４
７の球面体４９の凸球面４９ａの半径ｒと同じになって
いる。また、後側の外フランジ５９はその後面が凸球面
６５である球面体になっており、この凸球面６５の半径
は前記球受けナット５１の凹球面５１ａの半径Ｒと同じ
になっている。これら凹球面６３の中心と凸球面６５の
中心は互いに一致している。

【００３０】複合球受け部材５３は、ケーシング４１に
内嵌め状に取り付けられる。即ち、複合球受け部材５３
は、前側の外フランジ５７がケーシング４１の孔４３の
段差面４３ｃに軽く接触し、後側の外フランジ５９がケ
ーシング４１の背面のうち孔４３の開口縁沿いの部分に
軽く接触する。この状態において、凹球面６３と凸球面
６５に共通の中心ｏはケーシング４１の前面よりやや前
側へ離間したところ、即ち、ケーシング４１に取り付け
られた状態の被駆動部材の中に位置する。そして、複合
球受け部材５３のボス５５の孔６１に関節軸４７が前方
から挿通され、この孔６１から後方へ突出したネジ山４
７ａに球受けナット５１が螺合される。

【００３１】これにより、関節軸４７の凸球面４９と複
合球受け部材４３の凹球面６３とが接触し合い、球受け
ナット５１の凹球面５１ａと複合球受け部材５３の凸球
面６５とが接触し合うと共に、関節軸４７の凸球面４９
ａの中心と球受けナット５１の凹球面５１ａの中心が、
それぞれ、複合球受け部材４３の凹球面６３、凸球面６
５に共通の中心Ｏと一致する。従って、ケーシング４１
と関節軸４７とが中心ｏを回動中心として、相互に回動
自在に結合される。６７はダストカバーを示す。

【００３２】このフローティングジョイント１Ｂにあっ
ても、２つの球面体４９、５９から成る球体のサイズ
は、半径Ｒの一つの球体を用いる場合に較べて、その軸
方向長さを大幅に縮めることができる。そして、関節軸
４７がケーシング４１を押圧する力は、球受けナット５
１の凹球面５１ａが複合球受け部材５３の凸球面６５を
半径中心ｏに向かって押圧するように作用するので、そ
の駆動力の被駆動部材側への伝達効率が非常に良いもの
になる。

【００３３】以上、本発明の実施の形態について詳述し
てきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設
計の変更などがあっても本発明に含まれる。特に、球関
節の球体を構成する２つの球面体と球受け座の具体的な
形状や向きの関係、半径中心の位置等が、第一乃至第三
の実施の形態に示したものに限られるものでは無く、こ
の他にも様々な形態が考えられる。尚、実施の形態で明
らかなように、本発明で言う「球面体」とは、半球状の
ものに限らず、表面の一部が凸球面である全ての形態の
ものを指す。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明フローティングジ
ョイントにあっては、球体のサイズ、特に、軸方向での
厚みを、球体の半径を小さくしなくても、大幅に縮める
ことができ、又は、軸方向での寸法を大きくしなくても
球体の半径を大きくすることができる。これによって、
当該駆動機構のサイズを、機械的強度を落とすこと無く
コンパクトにすることが可能になり、あるいは、サイズ
を大きくすること無く機械的強度を高めることが可能に
なる。

【００３５】請求項３又は請求項４の発明によれば、球
面体及び球受け座に共通の中心を被駆動部材（又はこれ
に連結されるケーシングもしくは関節軸）の中に位置さ
せることができ、その結果、ピストンロッド等の駆動部
材の駆動力が上記中心に向かって加わることになるの
で、駆動力の伝達効率が非常に良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態に係るフローティン
グジョイントを示す中央縦断面図である。

【図２】図１に示すフローティングジョイントの分解斜
視図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態に係るフローティン
グジョイントを示す中央縦断面図である。

【図４】図３に示すフローティングジョイントの分解斜
視図である。

【図５】本発明の第三の実施の形態に係るフローティン
グジョイントを示す中央縦断面図である。

【図６】図５に示すフローティングジョイントの要部を
分解した斜視図である。

【図７】従来のフローティングジョイントの一例を示す
中央縦断面図である。

【符号の説明】

１ フローティングジュイント ３ ケーシング ５ 関節軸 ７ａ 球受け座 ９ａ 球受け座 ２１ 球面体（関節軸に設けた球面体。半径の大
きい球面体） ２１ｂ 凸球面 ２３ 球面体（関節軸に設けた球面体。半径の小
さい球面体） ２３ａ 凸球面 ｏ 中心 Ｒ 半径 ｒ 半径 １Ａ フローティングジョイント ３１ 球面体（半径の小さい球面体） ３１ａ 凸球面 ３３ 球受け座 １Ｂ フローティングジョイント ４１ ケーシング ４７ 関節軸 ４９ 球面体（関節軸に設けた球面体。半径の小
さい球面体） ４９ａ 凸球面 ５１ 球受け座 ５９ 球面体（半径の大きい球面体） ６３ 球受け座 ６５ 凸球面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向へ駆動する駆動部材とこの駆動部材
   によって駆動される被駆動部材のいずれか一方が連結さ
   れるケーシングと、前記駆動部材と被駆動部材のいずれ
   か他方が連結される関節軸と、球体とこの球体に前記軸
   方向における前後２箇所で摺接する２つの球受け座とか
   ら成る球関節とを備え、この球関節によってケーシング
   と関節軸とが回動自在に結合されたフローティングジョ
   イントであって、球関節の球体を、中心が同じで半径が
   異なる２つの球面体に分けると共に、この２つの球面体
   の凸球面に２つの球受け座が各別に摺接するようにし、
   少なくとも１つの球面体を関節軸に設けたことを特徴と
   するフローティングジョイント。
2. 【請求項２】請求項１に記載したフローティングジョイ
   ントにおいて、２つの球面体をいずれも関節軸に設け、
   これら球面体の各凸球面がその中心を挟んで互いに反対
   側を向くようにしたことを特徴とするフローティングジ
   ョイント。
3. 【請求項３】請求項１に記載したフローティングジョイ
   ントにおいて、ケーシングと関節軸のうち駆動部材が連
   結される方に半径の大きい球面体を設け、ケーシングと
   関節軸のうち被駆動部材が連結される方に半径の小さい
   球面体を設け、これら球面体の各凸球面を駆動部材側に
   向けることで、これら球面体に共通の中心が被駆動部材
   の中に位置するようにしたことを特徴とするフローティ
   ングジョイント。
4. 【請求項４】請求項１に記載したフローティングジョイ
   ントにおいて、ケーシングと関節軸のうち駆動部材が連
   結される方に半径の小さい球面体を設け、ケーシングと
   関節軸のうち被駆動部材が連結される方に半径の大きい
   球面体を設け、これら球面体の各凸球面を駆動部材側に
   向けることで、これら球面体に共通の中心が被駆動部材
   の中に位置するようにしたことを特徴とするフローティ
   ングジョイント。