JP2014073554A

JP2014073554A - 回転軸およびこの回転軸を備える産業用ロボット

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Publication number: JP2014073554A
Application number: JP2012222255A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Hirano; 暁史平野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: EP2716921A1; JP5977137B2; US20140096636A1; KR20140044275A; CN103707282A; KR101496856B1; CN103707282B; US9157484B2

Abstract

【課題】回転軸の小型化、軽量化を図る。
【解決手段】回転軸８は、第１軸部材２７および第２軸部材２８を備える。第１軸部材２７は、レール部材３２と、その端部に固定される第１連結部材３０とを含む。第２軸部材２８は、レール部材３２に移動自在に装着されるスライダ４０と、スライダ４０にホルダ４２を介して固定される第２筒状体４６と、その端部に固定される第２連結部材４８とを含む。スライダ４０は、スライダ本体４０ａと複数のコロ状転動体４５とを含む。これらコロ状転動体４５は、転動路６０、６２に沿って移動し、時計回りの回転力が入力されたときにその回転トルクをスライダ４０とレール部材３２との間で伝達するコロ状転動体４５と、転動路６０、６２に沿って移動し、反時計回りの回転力が入力されたときにその回転トルクをスライダ４０とレール部材３２との間で伝達する第２コロ状転動体とを含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、パラレルリンク機構を用いた産業用ロボットに関するものである。

パラレルリンク機構を用いた産業用ロボット（以下、単にロボットと称す）として、例えば特許文献１に開示されるものが知られている。このロボットは、支持基盤であるベース部と、各種工具等（以下、単に工具という）を備えるヘッド部（エンドエフェクタ）と、前記ベース部とヘッド部とを各々繋ぐ複数（３つ）のアームとを備えており、ベース部に搭載されるモータにより各アームが個別にかつ連携して駆動されることで、ヘッドの位置及び姿勢が変化するように構成されている。また、前記アームとは別に、前記ベース部に搭載されるモータと工具とを連結する回転軸が設けられており、これによって工具が回転駆動されるように構成されている。回転軸は、伸縮自在に構成され、その両端がそれぞれ自在軸継手（ユニバーサルジョイント）を介して工具およびモータに連結されることで、ヘッドの位置や姿勢の変化に追従しつつモータの回転駆動力をヘッドに伝達するようになっている。

回転軸の構成についてより具体的に説明すると、回転軸は、円筒状の外筒と、内軸と、前記外筒の内側に固定され、当該外筒に対して内軸をその軸方向に移動自在に保持するブッシングとを有しており、内軸と外筒とが相対的にそれらの軸方向に変位することで伸縮する構成となっている。なお、内軸およびブッシングは、いわゆるボールスプラインにより構成されている。ボールスプラインは、スプライン軸と、このスプライン軸が挿通される筒状体と、この筒状体に保持されて当該筒状体とスプライン軸との間に介在する複数のボールとを備えており、筒状体に対するスプライン軸の軸方向への相対変位が可能で、かつ筒状体に対するスプライン軸の相対回転が阻止されるように、スプライン軸と筒状体とが上記ボールを介して結合されている。つまり、上記回転軸は、内軸がスプライン軸により構成され、ブッシングが筒状体により構成されている。

特表２００２−５３２２６９号公報

特許文献１に記載のロボットに適用される上記回転軸には次のような課題がある。すなわち、上記のようなロボットは高速で作動することが求められており、これを実現するために、アームや回転軸の軽量化が要求される。しかし、ボールスプラインを用いる上記回転軸の構成では、内軸（スプライン軸）とブッシング（筒状体）との間に介在するボールが内軸およびブッシングに対して点接触であるため、回転軸の軽量化のために内軸やブッシングを小径化すると、これに伴うボールの小径化により面圧が下がり、所望の回転トルクを伝達することが困難になる。そのため、回転軸の小型化、軽量化が難しい。

また、内軸とブッシングとの摺動を円滑に行わせるため、ボールには一般に潤滑油が供給されるが、上記従来の回転軸では、伸長時に、潤滑油が付着した内軸が外筒から外部に露出するため、当該潤滑油の飛散等を考えると、当該ロボットをクリーンルームで使用し、若しくは食品関係の用途に用いることが難しいという欠点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、パラレルリンク機構を用いた産業用ロボットに適用される回転軸に関し、その小型化、軽量化を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一の局面に係る回転軸は、第１相手側部材と第２相手側部材とに連結されてこれらの間で回転力を伝達する伸縮可能な回転軸であって、前記第１相手側部材に連結される第１軸部材と、前記第２相手側部材に連結される第２軸部材とを備え、前記第１軸部材は、当該回転軸の軸方向に伸びるレール部材と、このレール部材の一方側の端部に設けられ、前記第１相手側部材に連結可能な第１連結部とを含み、前記第２軸部材は、前記レール部材に移動自在に装着されるスライダと、前記軸方向に延び、かつ前記レール部材に沿って前記スライダが前記第１連結部側に向かって相対的に移動するに伴い前記レール部材が内側に挿入されるように、前記スライダに一方側の端部が固定される筒状体と、この筒状体のうち前記一方側の端部とは反対側の端部に設けられ、前記第２相手側部材に連結可能な第２連結部とを含み、前記スライダは、スライダ本体と、このスライダ本体に保持されて当該スライダ本体と前記レール部材との間に介在し、前記スライダの移動に伴い前記スライダ本体と前記レール部材との間に形成される転動路に沿って転動する複数のコロ状転動体とを含み、前記複数のコロ状転動体は、前記転動路である第１転動路に沿って移動し、第１方向の前記回転力が入力されたときにその回転トルクを前記スライダと前記レール部材との間で伝達する複数の第１コロ状転動体と、前記転動路である第２転動路に沿って移動し、前記第１方向とは逆方向の回転力が入力されたときにその回転トルクを前記スライダと前記レール部材との間で伝達する複数の第２コロ状転動体とを含むものである。

この回転軸では、レール部材に沿ってスライダが移動することにより、第１軸部材と第２軸部材とが相対的にこれの軸方向に変位し、この変位により回転軸全体が伸縮する。また、この回転軸では、回転軸に第１方向の回転力が入力されたときには、その回転トルク（回転力）が第１転動路を転動する第１コロ状転動体を介して前記スライダと前記レール部材との間で伝達される一方、これとは逆方向（第２方向）の回転力が回転軸に入力されたときには、回転トルクが第２転動路を転動する第２コロ状転動体を介して前記スライダと前記レール部材との間で伝達される。従って、第１方向および第２方向の何れの方向の回転力が回転軸に入力された場合でも、レール部材とスライダとの間、すなわち第１軸部材と第２軸部材との間で回転トルクの伝達が良好に行われる。しかも、この回転軸では、回転トルクの伝達が上記のようにコロ状転動体を介して行われる、つまり、レール部材およびスライダ本体と転動体が線接触となるため、レール部材やスライダの断面積を小さく抑えながらも、面圧を確保して大きな回転トルクを伝達することが可能となる。そのため、内軸（スプライン軸）やブッシング（筒状体）に対して転動体が点接触となる（ボールスプラインを用いた）従来のこの種の回転軸と比較すると、レール部材やスライダの断面積を小さく抑えながら、従来と同等の回転トルク（回転力）を伝達することが可能となる。換言すれば、回転トルクが一定であれば、従来のこの種の回転軸に比べて小型化、軽量化を図ることが可能となる。

なお、上記の回転軸において、第１コロ状転動体と第２コロ状転動体とが前記レール部材を中心として周方向に交互に位置するように、前記レール部材と前記スライダ本体との間に、複数の前記第１転動路と複数の前記第２転動路とが形成されているのが好適である。

この構成によれば、回転軸の伸縮をより円滑にかつ安定的に行うことが可能になるとともに、レール部材とスライダとの間、すなわち第１軸部材と第２軸部材との間でより大きい回転トルクの伝達が可能となる。

なお、上記回転軸において、前記第１軸部材は、前記レール部材をその全長に亘って覆いかつ一方側の端部が前記第１連結部に固定される筒状体を含み、この筒状体を第１筒状体とし、前記第２軸部材を構成する筒状体を第２筒状体としたときに、前記第１筒状体は、その内径が前記第２筒状体の外径よりも大きく形成され、前記レール部材に対する前記スライダの相対移動に伴い、前記第２筒状体が当該第１筒状体の内側に挿入されるように形成されているのが好適である。

この構成によれば、レール部材が外部に露出することを防止することが可能となる。そのため、回転軸の伸縮に伴い、例えばレール部材に付着した異物（潤滑油や摺動粉）などが外部に飛散するといった不都合を回避することが可能となる。

この場合には、前記第１筒状体のうち前記一方側の端部とは反対側の端部に設けられて、当該第１筒状体と前記第２筒状体との間に介在するスペーサを備え、このスペーサが、前記第２筒状体の外周面に対してその周方向に亘って断続的に当接する形状を有するのが好適である。

この構成によれば、第２軸部材（第２筒状体）が第１軸部材（第１筒状体）により径方向外側から支持されることとなるので、回転軸全体の剛性を高める上で有利となる。しかも、スペーサは、第２筒状体の外周面に対してその周方向に断続的に当接する形状であるため、第１筒状体（スペーサ）と第２筒状体との摺動摩擦が増大することにより回転軸の伸縮操作性が阻害されるという不都合を抑制することが可能となる。

一方、本発明の一の局面による産業用ロボットは、パラレルリンク機構を用いた産業用ロボットであって、ベース部と、エンドエフェクタと、これらベース部とエンドエフェクタとを連結する複数のアームと、前記ベース部と前記エンドエフェクタとを連結する回転軸と、前記ベース部に搭載され、前記回転軸を駆動することにより前記エンドエフェクタに回転駆動力を与えるモータとを備え、前記回転軸は、上述した何れかの回転軸からなり、前記モータの出力軸および前記エンドエフェクタをそれぞれ前記第１相手側部材および前記第２相手側部材として、前記出力軸および前記エンドエフェクタに各々自在軸継手を介して連結されているものである。

この産業用ロボットによれば、上述のような回転軸を備えているので、当該産業用ロボットにおける回転軸の軽量化を通じて作動速度の高速化に寄与する。

以上説明した本発明によれば、パラレルリンク機構を用いた産業用ロボットなどに適用される回転軸において、その小型化、軽量化に寄与することができる。

本発明に係る産業用ロボット（本発明に係る回転軸が適用された産業用ロボット）を示す斜視図である。産業用ロボットの平面図である。軸駆動モータと回転軸との連結部分を示すベース部の断面図である。産業用ロボットのヘッド部（エンドエフェクタ）を示す拡大側面図である。回転軸の単体図（斜視図）である。回転軸の分解斜視図である。回転軸の断面図である。第２軸部材を構成するホルダの断面図である。回転軸の断面図（図７のＩＸ−ＩＸ線断面図）である。リニアガイド装置の断面図である。回転軸と自在軸継手との連結構造を説明する説明図であり、（ａ）は、回転軸と自在軸継手とが分離された状態、（ｂ）は、回転軸と自在軸継手とが連結された状態をそれぞれ示す。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

図１及び図２は、本発明に係る産業用ロボット（本発明の回転軸が適用された産業用ロボット）を示しており、図１は斜視図で、図２は平面図で各々産業用ロボットを示している。同図に示すように、産業用ロボット（以下、単にロボットと称す）は、パラレルリンク機構を用いたロボットである。当例のロボットは、その用途として物品の選別に用いられている。すなわち、ロボットは、例えば天井に垂下姿勢で固定されて、又は櫓状に構成された図外のフレーム部材に垂下姿勢で固定され、当該ロボットの下方に配置されるベルトコンベア等の搬送手段により搬送される物品を吸着し、選別するようになっている。

上記ロボットは、天井やフレーム部材に固定される支持基盤であるベース部１と、このベース部１の下方に位置する、エンドエフェクタとしてのヘッド部５と、ベース部１とヘッド部５とを連結する各々屈曲可能な３本のアーム６とを備えており、各アーム６を個別にかつ連携して作動させることで、前記ヘッド部５の位置や姿勢を変化させることが可能に構成されている。また、上記ロボットは、上下方向に延びてベース部１とヘッド部５とを連結する回転軸８（本発明の回転軸）を備えており、後述するように、この回転軸８を介してヘッド部５の後記ノズル部材１８に回転駆動力が与えられるように構成されている。

同図に示すように、上記ベース部１は、ベース本体２と、上記アーム６を駆動するアーム駆動モータ３と、上記回転軸８を駆動する軸駆動モータ４とを含む。

ベース本体２は、平面視で略スクリュー型の形状をしており、その上面中央部に、前記軸駆動モータ４がその出力軸を下向きにした状態で固定されている。

ベース本体２は、周方向に等間隔（１２０°間隔）で並びかつ外向きに延びる３つのモータ固定部２ａを有する。これらモータ固定部２ａには、各々前記アーム駆動モータ３が横向きに、つまり出力軸が水平方向に延びる姿勢で固定されており、前記アーム６がこれらアーム駆動モータ３の出力軸に各々連結されている。

各アーム６は、アーム駆動モータ３の出力軸に固定され、当該アーム駆動モータ３により水平軸回りに回転駆動される第１アーム１０と、この第１アーム１０とヘッド部５とに亘って連結される第２アーム１２とから構成されている。

第２アーム１２は、一対のロッド１３、１３と、これらロッド１３をそれらの軸方向の所定位置で互いに連結する連結部材１４とを含む。各ロッド１３、１３は、各々球継手（ボールジョイント）１７を介して第１アーム１０及びヘッド部５に連結されている。詳しくは、球継手１７は、ボールスタッドと、このボールスタッドの球頭部に被さるように当該ボールスタッドに連結されるカップ型のソケットとからなり、ボールスタッドが第１アーム１０及びヘッド部５にそれぞれ組み込まれる一方、前記ソケットが各ロッド１３、１３に組み込まれている。これにより第２アーム１２が、第１アーム１０及びヘッド部５に揺動自在に連結されており、各アーム駆動モータ３により各第１アーム１０が駆動されると、当該各第１アーム１０に対して第２アーム１２が屈曲し、これによりヘッド部５の位置及び姿勢が変化するようになっている。

前記ヘッド部５は、上記各アーム６（第２アーム１２）が連結される略プレート状のブラケット１５と、このブラケット１５の中心にベアリング等を介して回転自在に保持されるノズル部材１８とを含む。そして、図３及び図４に示すように、回転軸８の先端部（下端部）が自在軸継手２０を介してこのノズル部材１８の上端部に連結される一方で、回転軸８の基端部（上端部）が自在軸継手２２およびカップリング２４を介して上記軸駆動モータ４の出力軸４ａに連結されている。この構成により、軸駆動モータ４の回転駆動力が回転軸８を介してノズル部材１８に伝達され、当該ノズル部材１８が回転駆動されるようになっている。同図では省略しているが、自在軸継手２０はカバー部材により覆われており、同様に、自在軸継手２２およびカップリング２４もカバー部材により覆われている。

なお、前記回転軸８は、自在軸継手２０、２２を介して軸駆動モータ４等に連結されていることに加え、以下に説明するように伸縮が可能であり、上記ヘッド部５の変位に追従して伸縮する。これにより当該ヘッド部５の位置や姿勢に関わらず、軸駆動モータ４からノズル部材１８への回転駆動力の伝達が可能となっている。

次に、上記回転軸８の具体的な構成について、図５〜図１１を用いて説明する。

図５〜図７に示すように、回転軸８は、軸方向に互いに連結される第１軸部材２７と第２軸部材２８とにより構成される。なお、以下の説明では、回転軸８がロボットへ組み付けられた状態（図１、図３及び図４参照）に準じて、図５〜図７の左側を上側、右側を下側として説明を行うことにする。また、回転軸８の軸方向を単に軸方向と呼ぶ。

第１軸部材２７は、軸方向に伸びるレール部材３２と、このレール部材３２の上端部に固定される第１連結部材３０（本発明の第１連結部に相当する）と、レール部材３２をその全長に亘って覆うように第１連結部材３０に固定される第１筒状体３４とを含む。

第１連結部材３０は、円柱状の本体部３０ａと、この本体部３０ａの上端面の中心から上方に突出する、当該本体部３０ａよりも小径の継手固定部３０ｂと、前記本体部３０ａの下側に繋がる筒状体固定部３０ｃとを有し、これら本体部３０ａ、継手固定部３０ｂおよび筒状体固定部３０ｃが同一材料により一体的に形成された構成を有する。

継手固定部３０ｂには、軸方向と直交する方向に貫通する貫通穴３０４が形成されており、この貫通穴３０４を用いて上記自在軸継手２０に連結されるようになっている。この点については後に言及する。

筒状体固定部３０ｃは、底壁部３０１とその両側の側壁部３０２とを備えた断面溝形でかつ外形（断面の輪郭）が略円形の形状を有している。この筒状体固定部３０ｃには、上記の通りレール部材３２および第１筒状体３４が固定されている。具体的には、筒状体固定部３０ｃの両側壁部３０２の間にレール部材３２の上端部が配置され、この状態で当該レール部材３２がボルトにより底壁部３０１に固定されている。また、第１筒状体３４の上端部が筒状体固定部３０ｃに外嵌されることにより、前記レール部材３２を内側に通した状態で当該第１筒状体３４が筒状体固定部３０ｃに固定されている。

一方、第２軸部材２８は、第１軸部材２７の前記レール部材３２に移動自在に装着される２つのスライダ４０と、これらスライダ４０を保持するホルダ４２と、当該ホルダ４２を介して前記スライダ４０に固定される第２筒状体４６と、この第２筒状体４６の下端部に固定される第２連結部材４８（本発明の第２連結部に相当する）とを含む。

前記ホルダ４２は、上記スライダ４０を保持する本体部４３ａと、この下側に繋がる筒状体固定部４３ｂとを有し、これら本体部４３ａおよび筒状体固定部４３ｂが同一材料により一体に形成された構成を有する。図６及び図８に示すように、本体部４３ａは、底壁部４０１とその両側に繋がる側壁部４０２とを備えた断面溝形の形状でかつ外形（断面の輪郭）が略円弧状に形成されており、筒状体固定部４３ｂは、円筒状に形状されている。

前記ホルダ４２は、筒状体固定部４３ｂの内側を上記レール部材３２が通るように配置される。そして、図６に示すように、本体部４３ａの両側壁部４０２の間に２つのスライダ４０を介在させるとともに当該スライダ４０に底壁部４０１を重ね合わせ、この状態で当該スライダ４０に底壁部４０１がボルトで固定されることによって当該スライダ４０に固定されている。なお、図６、図７中の符号４４は、ホルダ４２を第１連結部材３０との衝突から保護するためのダンパ４４である。

前記第２筒状体４６は、その外径が前記第１筒状体３４の内径よりも小さく設定されており、上記レール部材３２が内側を通るように、前記ホルダ４２の筒状体固定部４３ｂに固定されている。具体的には、前記第２筒状体４６は、前記筒状体固定部４３ｂが当該第２筒状体４６の端部からその内側に圧入されることにより、筒状体固定部４３ｂに対して外嵌する状態で当該筒状体固定部４３ｂに固定されている。

なお、前記レール部材３２の下端部にはダンパ３６がボルトで固定されており、これによりレール部材３２に対してスライダ４０が抜け止めされている。また、第１筒状体３４の端部には、当該第１筒状体３４の内周面と第２筒状体４６の外周面との間に介在するスペーサ３８が固定されている。このスペーサ３８は、図９に示すように、第２筒状体４６の外周面に対してその周方向に亘って等間隔で断続的に当接するように形状されている。

前記第２連結部材４８は、有底円筒状の筒状体固定部４８ａと、この筒状体固定部４８ａの下端部から互いに平行に軸方向に延びる板状の一対の継手固定部４８ｂとを有し、これら筒状体固定部４８ａおよび継手固定部４８ｂが同一材料により一体的に形成された構成を有する。この第２連結部材４８は、継手固定部４８ｂが第２筒状体４６の端部からその内側に圧入されることにより、当該第２筒状体４６に内嵌した状態で当該第２筒状体４６の下端部に固定されている。

前記一対の継手固定部４８ｂのうち一方側には、その厚み方向に貫通して軸方向に一列に並ぶ一対の貫通穴４０４が形成されており、以下の通り、第２軸部材２８がこれら貫通穴４０４を用いて前記自在軸継手２０に連結されるようになっている。

回転軸８は、第１軸部材２７（第１連結部材３０）が上記自在軸継手２２（本発明の第１相手側部材に相当する）を介して軸駆動モータ４に連結される一方、第２軸部材２８（第２連結部材４８）が上記自在軸継手２０（本発明の第２相手側部材に相当する）を介してノズル部材１８に連結されることで、上記ロボットに組み込まれている。

ここで、第２連結部材４８と自在軸継手２０との連結構造は、ヘッド部５（ノズル部材１８）のメンテナンスや洗浄の際、ヘッド部５を自在軸継手２０と共に簡単に回転軸８（第２連結部材４８）から分離できるように、図１１に示すような連結構造となっている。具体的には、同図（ａ）に示すように、自在軸継手２０のうち回転軸８側の連結部２０ａには、その径方向両側に、第２軸部材２８の各継手固定部４８ｂを介在させるための溝部５２が形成されるとともに、これら溝部５２のうち一方側の溝部５２の内底部に、上記貫通穴４０４に対応する一対のボールプランジャ５４が埋設されている。つまり、軸方向に沿って回転軸８の継手固定部４８ｂを連結部２０ａの各溝部５２の内側に介在させてこれらを嵌め合わせると、各ボールプランジャ５４のボールがばねの弾発力で貫通穴４０４に係合し、これにより同図（ｂ）に示すように、第２軸部材２８と自在軸継手２０とが連結される。一方、この連結状態から、回転軸８（第２軸部材２８）および自在軸継手２２にたいして互いに離反する方向の一定値以上の力を加えると、上記係合状態が解除されて、回転軸８（第２軸部材２８）と自在軸継手２０（連結部２０ａ）とが分離されるようになっている。なお、自在軸継手２０のノズル部材１８側の連結部２０ｂは筒状に形成されており、ノズル部材１８側に設けられる軸状の連結部が前記連結部２０ｂの内側に挿入された上で、これら連結部同士がピン等で互いに係止されることにより、自在軸継手２０のノズル部材１８側の連結部２０ｂがノズル部材１８に連結されている。

一方、回転軸８の上端部、つまり第１軸部材２７（第１連結部材３０）と自在軸継手２２との連結も、このノズル部材１８と自在軸継手２０の連結と同様にして行われている。すなわち、自在軸継手２２のうち回転軸８側の連結部２２ａ（図３参照）は筒状に形成されており、第１連結部材３０の継手固定部３０ｂがこの連結部２２ａに挿入された上で、上記貫通穴３０４を用いて継手固定部３０ｂと連結部２２ａとがピン等で互いに係止されることにより、回転軸８（第１軸部材２７）の上端部が自在軸継手２２に連結されている。

ところで、上記回転軸８において、レール部材３２およびスライダ４０は、いわゆるリニアガイド装置により構成されている。具体的には、図１０に示すように、レール部材３２は、その両側面に、長手方向（軸方向）に互いに平行に伸びる転動体軌道面３１１、３１２を各々備えている。各側面の転動体軌道面３１１、３１２は対称（図１０では左右対称）に形成されている。一方、スライダ４０は、レール部材３２の上記転動体軌道面３１１、３１２に各々対向する転動体軌道面４１１、４１２を備えるスライダ本体４０ａと、このスライダ本体４０ａに保持されて、前記転動体軌道面３１１、３１２と転動体軌道面４１１、４１２との間に介在する複数のコロ状転動体４５とを備えた構成となっている。すなわち、スライダ４０がレール部材３２に沿って移動すると、転動体軌道面３１１、４１１により構成される転動路６０、および転動体軌道面３１２、４１２により構成される転動路６２に沿って各々コロ状転動体４５がレール部材３２の長手方向に転動しながら、スライダ本体４０ａに形成される循環経路４１４に沿って周回移動するようになっている。

なお、レール部材３２の一方側の側面に形成される転動体軌道面３１１、３１２は、レール部材３２の中心線Ｏに対して傾斜している。当例では、各転動体軌道面３１１、３１２は中心線Ｏに対して互いに向かい合う方向に各々４５°の角度で傾斜している。これに対応してスライダ４０側の転動体軌道面４１１、４１２も同様に傾斜している。つまり、図１０に示すように、レール部材３２の左右両側には、各々２つの転動路６０、６２が設けられるが、レール部材３２の片側において、一方側の転動路６０を移動するコロ状転動体４５と、他方側の転動路６２を移動するコロ状転動体４５とは、回転中心軸がレール部材３２の中心線Ｏに対して互いに向かい合う方向に４５°傾斜するようになっている。

以上のように構成された回転軸８は、レール部材３２に沿ってスライダ４０が移動することにより、第１軸部材２７に対して第２軸部材２８が相対的に軸方向に変位し、この変位に伴い回転軸８全体が伸縮する。この際、回転軸８の伸縮に伴い、第２軸部材２８は、第１軸部材２７（第１筒状体３４）の内側に出入りする。つまり、回転軸８は、テレスコピック構造となっている。この回転軸８では、レール部材３２およびスライダ４０が、上記の通りリニアガイド装置により構成されているため、ヘッド部５の位置や姿勢の変化に追従して回転軸８を非常に円滑に伸縮させることができる。

しかも、レール部材３２およびスライダ４０が上記のような構成を有していることで、当該レール部材３２やスライダ４０を比較的小さく構成しながらも大きな回転トルクを伝達することが可能であり、従って、回転軸８の小型化（小径化）、軽量化を図ることができるという利点がある。すなわち、上記回転軸８では、軸駆動モータ４から第１軸部材２７に回転駆動力が入力されると、その回転トルク（回転力）がレール部材３２からスライダ４０に伝達されるが、上記の通り、この回転軸８では、回転トルクの伝達が上記のようにコロ状転動体４５を介して行われる、つまり、レール部材３２およびスライダ本体４０ａと転動体が線接触となるため、レール部材３２やスライダ本体４０ａの断面積を小さく抑えながらも、面圧を確保して大きな回転トルクを伝達することが可能となる。そのため、内軸（スプライン軸）やブッシング（筒状体）に対して転動体が点接触となる（ボールスプラインを用いた）従来のこの種の回転軸と比較すると、レール部材３２やスライダ本体４０ａの断面積を小さく抑えながら、従来と同等の回転トルクを伝達することが可能となる。換言すれば、回転トルクが一定であれば、従来のこの種の回転軸に比べて、回転軸８の小型化、軽量化を図ることが可能となる。

また、上記回転軸８のリニアガイド装置（レール部材３２及びスライダ４０）は、レール部材３２の両側において、互いに向かい合う方向に傾斜した状態でコロ状転動体４５が転動するように構成されているので、回転軸８に入力される回転力の方向に関わらずレール部材３２からスライダ４０へ確実かつ適切に回転力が伝達される。すなわち、図１０において、軸駆動モータ４により時計回りの回転力（図中の実線矢印方向の回転力；本発明の第１方向の回転力に相当する）が回転軸８に入力された場合には、同図中の左下の転動路６２および右上の転動路６０のコロ状転動体４５を介してレール部材３２からスライダ４０に回転トルク（回転力）が伝達される一方、反時計回りの回転力（図中の一点鎖線矢印方向の回転力；本発明の第２方向の回転力）が入力された場合には、同図中の左上の転動路６０および右下の転動路６２のコロ状転動体４５を介してレール部材３２からスライダ４０に回転トルクが伝達される。従って、上記回転軸８によれば、上記のように小型化、軽量化を図りながらも、第１軸部材２７から第２軸部材２８への回転トルクの伝達、つまり軸駆動モータ４からノズル部材１８への回転駆動力の伝達が確実かつ適切に行われる。なお、当例では、図１０中における左下の転動路６２および右上の転動路６０が本発明の第１転動路に相当し、これら転動路６０、６２を転動するコロ状転動体４５が本発明の第１コロ状転動体に相当する。また、左上の転動路６０および右下の転動路６２が本発明の第２転動路に相当し、これら転動路６０、６２を転動するコロ状転動体４５が本発明の第２コロ状転動体に相当する。

さらに、上記回転軸８によれば、第１軸部材２７のレール部材３２はその全域に亘って第１筒状体３４に覆われており、回転軸８の伸縮状態に拘わらず、レール部材３２が外部に露出することが一切無い。そのため、コロ状転動体４５からレール部材３２に転写した潤滑油などが回転軸８の伸縮に伴い外部に飛散することが防止される。従って、このような回転軸８を備えた上記ロボットによれば、クリーンルームでの使用や食品関係の用途に好適に用いることができるという利点もある。

しかも、第１筒状体３４は、その上端部が第１軸部材２７の第１連結部材３０に固定される一方で、下端部がスペーサ３８を介して第２軸部材２８の第２筒状体４６に当接しているため、第１軸部材２７の補強部材としても機能する。そのため、上記のようにレール部材３２やスライダ４０を比較的小さく構成しながらも、第１軸部材２７の剛性を良好に確保することができる。また、スライダ４０の位置と当該スペーサ３８の位置との合計２点で第２軸部材２８が第１軸部材２７に支持されることとなるため、第１軸部材２７に対して第２軸部材２８を安定的に移動させること、つまり、回転軸８を安定的に伸縮させることができるという利点もある。

さらに、スペーサ３８は、第２筒状体４６の外周面に対してその周方向に亘って等間隔に断続的に当接するように形状されているため、上記のような作用効果を享受しながらも、第１筒状体３４（スペーサ３８）と第２筒状体４６との摺動摩擦が増大することに起因して回転軸の伸縮操作性が阻害されるという不都合を抑制することができる。

ところで、上述したロボットは、本発明に係る産業用ロボット（本発明に係る回転軸が適用された産業用ロボット）の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、上記実施形態では、回転軸８のレール部材３２およびスライダ４０を構成するリニアガイド装置は、図１０に示すように、レール部材３２が断面略矩形に形成され、当該レール部材３２をその側方及び上方から抱え込むようにスライダ４０が断面コ字形に形成されているが、レール部材３２やスライダ４０の断面形状はこれに限定されるものではなく、これ以外の形状であってもよい。この場合、実施形態のように合計４つの転動路６０，６２に沿ってコロ状転動体４５が転動する構成以外に、２つ、又は３つの転動路に沿ってコロ状転動体が転動する構成や、５つ以上の転動路に沿ってコロ状転動体が転動する構成を採用してもよい。

また、上記実施形態では、本発明にかかる産業用ロボットを部品の選別に用いた例について説明したが、当該産業ロボットの用途は物品の選別に限らず、種々の用途に適用可能である。

１ベース部
３アーム駆動モータ
４軸駆動モータ
５ヘッド部
６アーム
８回転軸
１０第１アーム
１２第２アーム
２０、２２自在軸継手
２７第１軸部材
２８第２軸部材
３０第１連結部材
３２レール部材
３４第１筒状体
４０スライダ
４２ホルダ
４５コロ状転動体
４６第２筒状体
４８第２連結部材

Claims

第１相手側部材と第２相手側部材とに連結されてこれらの間で回転力を伝達する伸縮可能な回転軸であって、
前記第１相手側部材に連結される第１軸部材と、前記第２相手側部材に連結される第２軸部材とを備え、
前記第１軸部材は、当該回転軸の軸方向に伸びるレール部材と、このレール部材の一方側の端部に設けられ、前記第１相手側部材に連結可能な第１連結部とを含み、
前記第２軸部材は、前記レール部材に移動自在に装着されるスライダと、前記軸方向に延び、かつ前記レール部材に沿って前記スライダが前記第１連結部側に向かって相対的に移動するに伴い前記レール部材が内側に挿入されるように、前記スライダに一方側の端部が固定される筒状体と、この筒状体のうち前記一方側の端部とは反対側の端部に設けられ、前記第２相手側部材に連結可能な第２連結部とを含み、
前記スライダは、スライダ本体と、このスライダ本体に保持されて当該スライダ本体と前記レール部材との間に介在し、前記スライダの移動に伴い前記スライダ本体と前記レール部材との間に形成される転動路に沿って転動する複数のコロ状転動体とを含み、
前記複数のコロ状転動体は、前記転動路である第１転動路に沿って移動し、第１方向の前記回転力が入力されたときにその回転トルクを前記スライダと前記レール部材との間で伝達する複数の第１コロ状転動体と、前記転動路である第２転動路に沿って移動し、前記第１方向とは逆方向の回転力が入力されたときにその回転トルクを前記スライダと前記レール部材との間で伝達する複数の第２コロ状転動体とを含むことを特徴とする回転軸。
請求項１に記載の回転軸において、
前記第１コロ状転動体と前記第２コロ状転動体とが前記レール部材を中心として周方向に交互に位置するように、前記レール部材と前記スライダ本体との間に、複数の前記第１転動路と複数の前記第２転動路とが形成されていることを特徴とする回転軸。
請求項１又は２に記載の回転軸において、
前記第１軸部材は、前記レール部材をその全長に亘って覆いかつ一方側の端部が前記第１連結部に固定される筒状体を含み、
この筒状体を第１筒状体とし、前記第２軸部材を構成する筒状体を第２筒状体としたときに、前記第１筒状体は、その内径が前記第２筒状体の外径よりも大きく形成され、前記レール部材に対する前記スライダの相対移動に伴い、前記第２筒状体が当該第１筒状体の内側に挿入されるように形成されていることを特徴とする回転軸。
請求項３に記載の回転軸において、
前記第１筒状体のうち前記一方側の端部とは反対側の端部に設けられて、当該第１筒状体と前記第２筒状体との間に介在するスペーサを備え、
このスペーサは、前記第２筒状体の外周面に対してその周方向に亘って断続的に当接する形状を有することを特徴とする回転軸。
パラレルリンク機構を用いた産業用ロボットであって、
ベース部と、エンドエフェクタと、これらベース部とエンドエフェクタとを連結する複数のアームと、前記ベース部と前記エンドエフェクタとを連結する回転軸と、前記ベース部に搭載され、前記回転軸を駆動することにより前記エンドエフェクタに回転駆動力を与えるモータとを備え、
前記回転軸は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の回転軸からなり、前記モータの出力軸および前記エンドエフェクタをそれぞれ前記第１相手側部材および前記第２相手側部材として、前記出力軸および前記エンドエフェクタに各々自在軸継手を介して連結されていることを特徴とする産業用ロボット。