JP2018168885A - リンク作動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車機構への潤滑剤の供給を減らして、メンテナンスの手間を軽減することができるリンク作動装置を提供する。【解決手段】リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結されたパラレルリンク機構を備える。このパラレルリンクを作動させる姿勢制御用アクチュエータと、この姿勢制御用アクチュエータの回転をパラレルリンク機構のリンク機構へ伝達する歯車機構３３とが設けられている。歯車機構３３を構成する歯車３７の歯面３７ａの少なくとも一部に植毛部５０が設けられている。【選択図】図８

Description

この発明は、３次元空間において精密で広範な作業範囲の動作を行うことが要求される医療機器や産業機器等の機器に用いられるリンク作動装置に関する。

パラレルリンク機構を具備する作業装置の一例が特許文献１に、医療機器や産業機械等に用いられるリンク作業装置の一例が特許文献２にそれぞれ開示されている。

特開２０００−９４２４５号公報 米国特許第５，８９３，２９６号明細書

特許文献１の作業装置のパラレルリンク機構は、構成が比較的簡単であるが、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定すると、リンク長が長くなることにより、機構全体の寸法が大きくなって装置の大型化を招くという問題がある。また、機構全体の剛性が低く、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまりトラベリングプレートにおける可搬重量が小さいものに制限されるという問題もある。

特許文献２のリンク作動装置は、４節連鎖のリンク機構を３組以上有するパラレルリンク機構を用いたことにより、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。このため、三次元空間において精密で広範な作動範囲の動作を行う必要がある機器、例えば医療機器や産業機器に多く用いられる。

上記リンク作動装置では、姿勢制御用アクチュエータの回転をリンク機構に伝達するために、例えば歯車機構が設けられる。この歯車機構は、限定された範囲で揺動運動を行うため、歯車の歯面の一部分が摩耗し易い。この歯面の摩耗を防いで長寿命化を図るために、定期的に歯面にグリース等の潤滑剤を供給する必要がある。潤滑剤の供給は手作業で行われるため、メンテナンスに手間がかかり、またメンテナンス作業の安全性に問題がある。

この発明の目的は、歯車機構への潤滑剤の供給を減らして、メンテナンスの手間を軽減することができるリンク作動装置を提供することである。

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有するパラレルリンク機構を備え、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、この姿勢制御用アクチュエータの回転を前記リンク機構へ伝達する歯車機構が設けられている。このリンク作動装置において、前記歯車機構を構成する歯車の歯面の少なくとも一部に柔軟性構造体が設けられていることを特徴とする。
例えば、歯車機構は、姿勢制御用アクチュエータの回転をリンク機構における基端側の端部リンク部材へ伝達する。

この構成によると、歯車機構を構成する歯車の歯面に供給された潤滑剤が柔軟性構造体に保持されるため、一度の多くの潤滑剤を供給することができる。歯車の歯面の潤滑剤が減少すると、柔軟性構造体に保持された潤滑剤が少しずつ歯車の歯面に供給される。このため、歯車機構への潤滑剤の供給を減らして、メンテナンスの手間を軽減することができる。

この発明において、前記歯車機構は、入力側の歯車から出力側の歯車へ回転を減速して伝達する機構であり、前記パラレルリンク機構が通常作業で動くときの前記出力側の歯車の最大動作角をη_ｍａｘとした場合、前記パラレルリンク機構が原点位置にあるときに前記入力側の歯車と噛み合う前記出力側の歯車の歯面位置である中立位置から（η_ｍａｘ／２）だけ離れた箇所の付近に前記柔軟性構造体が設けられていてもよい。
上記箇所の付近に柔軟性構造体が設けられていると、出力側の歯車に設けられた柔軟性構造体が入力側の歯車に触れる時間が短いため、柔軟性構造体の繊維が入力側の歯車に噛み込まれるリスクが低く、柔軟性構造体の寿命を延ばすことができる。

また、前記歯車機構は、入力側の歯車から出力側の歯車へ回転を減速して伝達する機構であり、前記パラレルリンク機構が通常作業で動くときの前記出力側の歯車の最大動作角をη_ｍａｘとし、かつ、前記出力側の歯車の機構上の最大動作角をη´_ｍａｘとした場合、前記パラレルリンク機構が原点位置にあるときに前記入力側の歯車と噛み合う前記出力側の歯車の歯面位置である中立位置から（η_ｍａｘ／２）以上で（η´_ｍａｘ／２）以下の範囲内に前記柔軟性構造体が設けられていてもよい。
上記範囲内に柔軟性構造体が設けられていると、パラレルリンク機構が通常作業を行うときには、出力側の歯車に設けられた柔軟性構造体が入力側の歯車に触れないので、より一層柔軟性構造体の寿命を延ばすことができる。歯車の歯面に潤滑剤不足が生じた場合は、動作角が（η_ｍａｘ／２）以上で（η´_ｍａｘ／２）以下の範囲内にパラレルリンク機構を動作させることで、柔軟性構造体に保持されている潤滑剤が歯車の歯面に供給される。

前記出力側の歯車は、η´_ｍａｘの範囲に歯面を有する扇形であってもよい。
出力側の歯車が扇形であると、出力側の歯車に設けられた柔軟性構造体が入力側の歯車と接触する範囲を狭くすることができる。

前記出力側の歯車における前記中立位置から（η_ｍａｘ／２）以上で（η´_ｍａｘ／２）以下の範囲内に凹状の潤滑剤溜りが設けられ、前記柔軟性構造体は、前記潤滑剤溜りの底面に植毛が施されたものであってもよい。
この場合、潤滑剤溜りに潤滑剤が溜まるため、柔軟性構造体に保持される潤滑剤の量が多くなる。また、潤滑剤溜りに植毛することで、柔軟性構造体の繊維が歯面よりも突出する長さを短くすることができるため、柔軟性構造体の繊維が入力側の歯車に噛み込まれるリスクが低く、柔軟性構造体が長寿命となる。

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有するパラレルリンク機構を備え、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、この姿勢制御用アクチュエータの回転を前記リンク機構へ伝達する歯車機構が設けられたものにおいて、前記歯車機構を構成する歯車の歯面の少なくとも一部に柔軟性構造体が設けられているため、歯車機構への潤滑剤の供給を減らして、メンテナンスの手間を軽減することができる。

この発明の一実施形態にかかるリンク作動装置の使用状態を示す一部を省略した正面図である。 図１のII−II断面図である。 図２の部分拡大図である。 同リンク作動装置のパラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。 同パラレルリンク機構の斜視図である。 図４のVI−VI断面図である。 同パラレルリンク機構の１つのリンク機構を直線で表現した図である。 同リンク作動装置の歯車機構の正面図の部分拡大図を加えた図である。 同歯車機構の異なる状態を示す正面図である。 他の歯車機構の大歯車を歯面と正対する側から見た図である。 同歯車機構の正面図である。 同歯車機構の異なる状態を示す正面図である。 姿勢制御用アクチュエータの減速機の断面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はこの発明の一実施形態にかかるリンク作動装置の使用状態を示す一部を省略した正面図である。このリンク作動装置１は、パラレルリンク機構２と、このパラレルリンク機構２を作動させる姿勢制御用アクチュエータ３とを備える。図１の使用状態では、土台４の上にスペーサ５を介してパラレルリンク機構２の基端側部分が設置され、そのパラレルリンク機構２の先端側部分に先端取付部材６が搭載されている。先端取付部材６には、各種器具等が取り付けられる。

［パラレルリンク機構］
まず、図４〜図７と共に、パラレルリンク機構２について説明する。
図４はパラレルリンク機構の一部を省略した正面図、図５は同パラレルリンク機構を三次元的に表わした斜視図である。このパラレルリンク機構２は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものである。なお、図４では、１組のリンク機構１４のみが示されている。リンク機構１４の数は、４組以上であってもよい。

各リンク機構１４は、基端側の端部リンク部材１５、先端側の端部リンク部材１６、および中央リンク部材１７で構成され、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６はＬ字状をなし、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３に回転自在に連結されている。中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。

パラレルリンク機構２は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γを持っていてもよいし、平行であってもよい。

図６は図４のVI−VI断面図であって、同図に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材１７と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６の形状ならびに位置関係も図６と同様である（図示せず）。図示例では、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５（１６）と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であっても良い。

３組のリンク機構１４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図７に示すように、各リンク部材１５，１６，１７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材１７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図７は、一組のリンク機構１４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構２は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６との位置関係が、中央リンク部材１７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。各中央リンク部材７の中央部は、共通の軌道円上に位置している。

基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が直交２軸周りに回転自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれる。

例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図６）と直角に交わる直線をリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢの折れ角θ（図５）の最大値を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φ（図５）を０°〜３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。

基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢの交点Ｏを回転中心として行われる。図４は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を示す。姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｄは変化しない。

各リンク機構１４が次の各条件を満たす場合、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６とは同じに動く。
条件１：各リンク機構１４におけるリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差する。
条件３：基端側の端部リンク部材１５と先端側の端部リンク部材１６の幾何学的形状が等しい。
条件４：中央リンク部材１７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。

図５に示すように、基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３は六角柱状をしており、その外周面を構成する６つの側面２０のうちの１つ置きに離れた３つの側面２０に、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６がそれぞれ回転自在に連結されている。

図６に示すように、基端側のリンクハブ１２の側面２０から軸部２１が突出し、この軸部２１の外周に２個の軸受２２の内輪（図示せず）が嵌合し、基端側の端部リンク部材１５の基端側の端部の内周に軸受２２の外輪（図示せず）が嵌合している。つまり、内輪は基端側のリンクハブ１２に固定され、外輪が基端側の端部リンク部材１５と共に回転する構造である。軸受２２は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット２３による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受２２としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の連結部も、同様の構造である。

また、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の連結部も２個の軸受２５を介して互いに回転自在に連結されている。すなわち、基端側の端部リンク部材１５に軸受２５の外輪（図示せず）が外嵌し、中央リンク部材１７に設けた軸部２６に軸受２５の内輪（図示せず）が外嵌している。軸受２５は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット２７による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受２５としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７の連結部も、同様の構造である。

［姿勢制御用アクチュエータ］
図１において、上記パラレルリンク機構２は、姿勢制御用アクチュエータ３によって、基端側のリンクハブ１２に対して基端側の端部リンク部材１５を回動させることで、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢が変更される。基端側の端部リンク部材１５の代わりに、リンク機構１４における基端側の端部リンク部材１５以外の部材、すなわち先端側の端部リンク部材１６または中央リンク部材１７を回動させても、先端側のリンクハブ１３の姿勢を変更することができる。

図２は図１のII−II断面図である。同図に示すように、この実施形態では、３組のリンク機構１４のすべて姿勢制御用アクチュエータ３が設けられているが、３組のリンク機構１４のうち２組に姿勢制御用アクチュエータ３が設けられていれば、先端側のリンクハブ１３の姿勢を確定することができる。

図２およびその部分拡大図である図３に示すように、各姿勢制御用アクチュエータ３は、ロータリアクチュエータからなる。より詳しくは、減速機３ａ付きのサーボモータである。姿勢制御用アクチュエータ３は、減速機３ａの部分で、モータ固定部材３２により土台４に固定されている。また、減速機３ａとは別に、姿勢制御用アクチュエータ３の回転を基端側の端部リンク部材１５へ減速して伝達する歯車機構３３が設けられている。

［歯車機構］
歯車機構３３は、減速機３ａの出力軸３ｂにカップリング３５を介して回転伝達可能に連結された小歯車３６と、基端側の端部リンク部材１５に固定され前記小歯車３６と噛み合う大歯車３７とで構成されている。小歯車３６は入力側の歯車であり、大歯車３７は出力側の歯車である。図示例では、小歯車３６および大歯車３７は平歯車であり、大歯車３７は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。大歯車３７は小歯車３６よりもピッチ円半径が大きく、減速機３ａの出力軸３ｂの回転が基端側の端部リンク部材１５へ、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との回転対偶の回転軸Ｏ１回りの回転に減速して伝達される。その減速比は１０以上とされている。

大歯車３７のピッチ円半径は、基端側の端部リンク部材１５のアーム長Ｌの１／２以上としてある。前記アーム長Ｌは、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との回転対偶の中心軸Ｏ１の軸方向中心点Ｐ１から、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との回転対偶の中心軸Ｏ２の軸方向中心点Ｐ２を基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶軸Ｏ１に直交してその軸方向中心点Ｐ１を通る平面に投影した点Ｐ３までの距離である。この実施形態の場合、大歯車３７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上である。そのため、高い減速比を得るのに有利である。

小歯車３６は、大歯車３７と噛み合う歯部３６ａの両側に突出する軸部３６ｂを有し、これら両軸部３６ｂが、土台４に設置された回転支持部材３９に設けられた２個の軸受４０によりそれぞれ回転自在に支持されている。軸受４０は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。２個の軸受４０の各外輪（図示せず）間にはシム（図示せず）を設け、軸部３６ｂに螺合したナット４１を締め付けることにより、軸受４０に予圧を付与する構成としてある。軸受４０の外輪は、回転支持部材３９に圧入されている。

この実施形態の場合、大歯車３７は、基端側の端部リンク部材１５と別部材であり、基端側の端部リンク部材１５に対してボルト等の結合具４２により着脱可能に取付けられている。大歯車３７は基端側の端部リンク部材１５と一体であってもよい。

姿勢制御用アクチュエータ３の回転軸心Ｏ３および小歯車３６の回転軸心Ｏ４は同軸上に位置する。これら回転軸心Ｏ３，Ｏ４は、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶軸Ｏ１と平行で、かつ土台４からの高さが同じとされている。

［歯車機構の植毛部］
図８は歯車機構を取り出して示す図である。大歯車３７の歯面３７ａには、グリース等の潤滑剤が塗布される。この潤滑剤の保持するために、大歯車３７の歯面３７ａの一部に柔軟性構造体としての植毛部５０が設けられている。部分拡大図に示すように、植毛部５０は短繊維Ｆを植毛して形成される。図示例では、均一長さの短繊維を歯の外径面、歯底面、歯先面、および歯元面の全体に植毛が施されているが、上記各面のうちの一部の面にだけ植毛が施されていてもよい。また、繊維の長さが不均一であってもよい。植毛部５０の植毛方法、植毛に用いる繊維等については、後で詳しく説明する。

植毛部５０が設けられている箇所は、パラレルリンク機構２が通常作業で動くときの大歯車３７の最大動作角をη_ｍａｘとした場合、パラレルリンク機構２が原点位置にあるときに小歯車３６と噛み合う大歯車３７の歯面位置である中立位置Ｎから（η_ｍａｘ／２）だけ離れた箇所の付近である。より詳しくは、大歯車３７の機構上の最大動作角をη´_ｍａｘとした場合、前記中立位置Ｎから（η_ｍａｘ／２）以上で（η´_ｍａｘ／２）以下の範囲内である。図示例の大歯車３７は、η´_ｍａｘの範囲に歯面３７ａを有する扇形とされている。前記中立位置Ｎは、大歯車３７の歯面３７ａにおける周方向の中央と一致する。
なお、パラレルリンク機構２の原点位置は、図１のように基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが同一線上ある状態を指す。

［植毛について］
柔軟性構造体としての植毛部５０の植毛方法、植毛に用いられる繊維の種類等について説明する。
植毛方法としては、静電植毛、静電吹付け植毛等を採用できる。静電植毛は、加工素材に接着剤を塗布し、高電圧電極により静電界を作り、その静電吸引力で短繊維を接着剤に立毛させる技術である。静電植毛の特長は、複雑形状でも容易にかつ均一に加工することができること、金属、プラスチック、紙等の植毛対象物の材質を選ばないこと等が挙げられる。静電吹付け植毛は、静電植毛とほぼ同じ原理であるが、短繊維をエアで接着層に吹き付けることで、短繊維が基材表面に対して傾き、一定の角度で固定される特徴がある。静電吹付け植毛は、静電植毛と比べて植毛密度が低いことから、少量の短繊維で植毛することができる。このため、量産の場合、短繊維の削減と時間短縮によるコスト削減が期待できる。

植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレート等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロン等の合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバー等の無機繊維、（３）レーヨン、アセテート等の再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛等の天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。これらの植毛用繊維のうち合成樹脂繊維は、油による膨潤や溶解等が生じ難く化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、植毛に用いるのに適する。中でも、ポリアミド繊維は、耐衝撃性や耐摩耗性に優れているため、より好ましい。

短繊維の形状としては、植毛部の形成箇所において、軸受機能に悪影響を与えるような他部材との干渉がない形状であれば特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましく、植毛部の短繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１〜３０％が好ましい。短繊維の形状としてストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、断面形状は円形や多角形状がある。ベンド形状は、ストレート形状と比較して、油を多く保持することができる。多角形状断面の短繊維を利用することで、円形断面の短繊維よりも大きな表面積とすることができ、油の表面張力を大きくすることができる。それぞれの特性に合わせて、短繊維の形状を選定することが好ましい。

接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等を主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル‐酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン‐酢酸ビニル共重合体系接着剤等が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

また、本実施形態では、柔軟性構造体として、植毛部５０を用いる例を示したが、柔軟性構造体として、軟質発泡材または軟質樹脂材を用いてもよい。軟質発泡材としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、フェノール、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂や、天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、スチレンブタジエンゴムなどのゴムを発泡したものが挙げられる。軟質樹脂材としては、コルク材、ゴム板材、ポリエチレンや塩化ビニルなどの軟質シートが挙げられる。

［リンク作動装置の作用］
このリンク作動装置１は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれるため、先端取付部材６に取付けられる医療用器具等の操作性が良い。３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用アクチュエータ３を設けたことにより、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３がどのような姿勢をとっていてもバランス良く駆動できる。つまり、駆動力のバランスが良い。これにより、各姿勢制御用アクチュエータ３を小型化できる。また、３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用アクチュエータ３を設けることで、減速機構である歯車機構３３のガタを詰めるように制御することが可能となり、先端側のリンクハブ１３の位置決め精度が向上すると共に、リンク作動装置１自体の高剛性化を実現できる。

歯車機構３３は、小歯車３６と大歯車３７の組合せからなり、１０以上の高い減速比が得られる。減速比が高いと、エンコーダ等による位置決め分解能が高くなるため、先端側のリンクハブ１３の位置決め分解能が向上する。また、低出力の姿勢制御用アクチュエータ３を使用することができる。この実施形態では減速機３ａ付きの姿勢制御用アクチュエータ３を使用しているが、歯車機構３３の減速比が高ければ、減速機無しの姿勢制御用アクチュエータ３を使用することも可能となり、姿勢制御用アクチュエータ３を小型化できる。

大歯車３７のピッチ円半径を、基端側の端部リンク部材１５のアーム長Ｌの１／２以上としたことで、先端負荷による基端側の端部リンク部材１５の曲げモーメントが小さくなる。そのため、リンク作動装置１全体の剛性を必要以上に高くしなくて済むと共に、基端側の端部リンク部材１５の軽量化を図れる。例えば、基端側の端部リンク部材１５をステンレス鋼（ＳＵＳ）からアルミに変更できる。また、大歯車３７のピッチ円半径が比較的大きいため、大歯車３７の歯部の面圧が減少し、リンク作動装置１全体の剛性が高くなる。
また、大歯車３７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌの１／２以上であると、大歯車３７が、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部に設置する軸受２２の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車３７の歯部と軸受２２との間にスペースができ、大歯車３７の設置が容易である。

特にこの実施形態の場合、大歯車３７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上であるため、大歯車３７のピッチ円半径がさらに大きくなり、前記作用効果がより一層顕著に現れる。加えて、小歯車３６をリンク機構１４よりも外径側に設置することが可能となる。その結果、小歯車３６の設置スペースを容易に確保することができ、設計の自由度が増す。また、小歯車３６と他の部材との干渉が起こり難くなり、リンク作動装置１の可動範囲が広くなる。

小歯車３６および大歯車３７は、それぞれ平歯車であるため、製作が容易であり、しかも回転の伝達効率が高い。小歯車３６は軸方向両側で軸受４０により支持されているため、小歯車３６の支持剛性が高い。それにより、先端負荷による基端側の端部リンク部材１５の角度保持剛性が高くなり、リンク作動装置１の剛性や位置決め精度の向上に繋がる。また、姿勢制御用アクチュエータ３の回転軸心Ｏ３、小歯車３６の回転軸心Ｏ４、および基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との回転対偶の中心軸Ｏ１が同一平面上にあるため、全体的なバランスが良く、組立性が良い。

大歯車３７は、基端側の端部リンク部材１５に対して着脱自在であるため、歯車機構３３の減速比や、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の作動範囲等の仕様の変更が容易となり、リンク作動装置１の量産性が向上する。つまり、同じリンク作動装置１を、大歯車３７を変えるだけで、様々な用途に適用することが可能である。また、メンテナンス性が良い。例えば、歯車機構３３に障害が生じた場合に、歯車機構３３のみを交換するだけで対処可能である。

［植毛部の作用］
このリンク作動装置１は、歯車機構３３における出力側の歯車である大歯車３７の歯面３７ａに、グリース等の潤滑剤が供給される。供給された潤滑剤が植毛部５０に保持されるため、一度の多くの潤滑剤を供給することができる。大歯車３７の歯面３７ａの潤滑剤が減少すると、植毛部５０に保持された潤滑剤が少しずつ大歯車３７の歯面３７ａに供給される。このため、歯車機構３３への潤滑剤の供給を減らして、メンテナンスの手間を軽減することができる。

リンク作動装置１が通常作業を行う場合、歯車機構３３の入力側の歯車である小歯車３６は、最大動作角η_ｍａｘの範囲内で出力側の歯車である大歯車３７と噛み合う。従って、通常作業時の最大動作角η_ｍａｘと機構上の最大動作角をη´_ｍａｘの間に植毛部５０が設けられていると、通常作業時には、小歯車３６は植毛部５０と接触しない。このため、植毛部５０の繊維が小歯車３６に噛み込まれるリスクが低く、植毛部５０の寿命を延ばすことができる。

大歯車３７の歯面３７ａにおける最大動作角η_ｍａｘの範囲内に潤滑剤不足が生じた場合、図９に示すように、最大動作角η_ｍａｘの範囲を越えて小歯車３６が植毛部５０に接するまで、パラレルリンク機構２を動作させる。これにより、植毛部５０に保持されている潤滑剤が小歯車３６に付着する。その後、最大動作角η_ｍａｘの範囲内に戻すことで、小歯車３６に付着した潤滑剤が大歯車３７の歯面３７ａに供給される。このような潤滑剤の補給動作を定期的に行うことにより、長期間にわたって潤滑剤を供給することなく、歯車機構３３の潤滑不良を防止することができる。

図示例のように、大歯車３７が機構上の最大動作角η´_ｍａｘの範囲に歯面３７ａを有する扇形であると、大歯車３７に設けられた植毛部５０が小歯車３６と接触する範囲を狭くすることができる。ただし、大歯車３７は、必ずしも扇形でなくてもよい。

［他の歯車機構］
図１０〜図１２は他の歯車機構を示す。この歯車機構３３は、大歯車３７の歯面３７ａにおける中立位置Ｎから（η_ｍａｘ／２）以上で（η´_ｍａｘ／２）以下の範囲内に凹状の潤滑剤溜り５１が設けられている。そして、この潤滑剤溜り５１の底面に植毛を施して植毛部（柔軟性構造体）５２としている。図１２に示すように、前記同様に、小歯車３６が最大動作角η_ｍａｘの範囲を越えて植毛部５２に接するまでパラレルリンク機構２を動作させることで、植毛部５２に保持されている潤滑剤を大歯車３７の歯面３７ａに供給する。

この構成の場合、潤滑剤溜り５１に潤滑剤が溜まるため、植毛部５２に保持される潤滑剤の量が多くなる。また、潤滑剤溜り５１に植毛することで、植毛部５２の繊維が歯面３７ａよりも突出する長さを短くすることができるため、植毛部５２の繊維が小歯車３６に噛み込まれるリスクが低く、植毛部５０が長寿命となる。

［減速機］
図１３に、姿勢制御用アクチュエータ３の減速機３ａ（図２）を構成する歯車に植毛を施した例を示す。
この減速機３ａは遊星歯車機構からなり、中央に位置する太陽歯車６０と、その外周に位置する複数の遊星歯車６１と、さらに外周に位置する内歯車６２とを備える。太陽歯車６０は、入力軸（図示せず）と一体に回転するように設けられている。各遊星歯車６１は、太陽歯車６０と同心の回転中心回りに旋回自在なキャリア６３に回転自在に支持され、太陽歯車６０および内歯車６２と噛み合っている。内歯車６２は、減速機３ａのハウジング（図示せず）に固定されている。出力軸（図示せず）は、キャリア６３と一体回転するように設けられている。

入力軸が回転すると、入力軸と一体の太陽歯車６０が回転し、この太陽歯車６０と噛み合う各遊星歯車６１が公転移動する。このとき、遊星歯車６１は、固定の内歯車６２と噛み合いながら公転することで、自転を生じる。この公転しながら自転する遊星歯車６１を支持するキャリア６３は、入力軸に対して減速されて回転する。よって、入力軸から出力軸へ、回転が減速して伝達される。

前記内歯車６２の歯面には、グリース等の潤滑剤が塗布されている。この潤滑剤を保持するために、柔軟性構造体としての植毛部６５が設けられている。植毛部６５が設けられている箇所は、パラレルリンク機構２が通常作業で動くときの遊星歯車６１の最大動作角をη_ｍａｘとした場合、パラレルリンク機構２が原点位置にあるときに遊星歯車６１と噛み合う内歯車６１の歯面位置Ｎから（η_ｍａｘ／２）以上離れた箇所である。このように植毛部６５を設けることによって、歯車機構３３の場合と同様の作用効果が得られる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…リンク作動装置
２…パラレルリンク機構
３…姿勢制御用アクチュエータ
１２…基端側のリンクハブ
１３…先端側のリンクハブ
１４…リンク機構
１５…基端側の端部リンク部材
１６…先端側の端部リンク部材
１７…中央リンク部材
３３…歯車機構
３６…小歯車（入力側の歯車）
３７…大歯車（出力側の歯車）
５０…植毛部（柔軟性構造体）
５１…潤滑剤溜り
５２…植毛部（柔軟性構造体）
６０…太陽歯車
６１…遊星歯車
６２…内歯車
６５…植毛部（柔軟性構造体）
Ｎ…中立位置

Claims (5)

1. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有するパラレルリンク機構を備え、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、この姿勢制御用アクチュエータの回転を前記リンク機構へ伝達する歯車機構が設けられたリンク作動装置において、
   前記歯車機構を構成する歯車の歯面の少なくとも一部に柔軟性構造体が設けられていることを特徴とするリンク作動装置。
2. 請求項１に記載のリンク作動装置において、前記歯車機構は、入力側の歯車から出力側の歯車へ回転を減速して伝達する機構であり、前記パラレルリンク機構が通常作業で動くときの前記出力側の歯車の最大動作角をη_ｍａｘとした場合、前記パラレルリンク機構が原点位置にあるときに前記入力側の歯車と噛み合う前記出力側の歯車の歯面位置である中立位置から（η_ｍａｘ／２）だけ離れた箇所の付近に前記柔軟性構造体が設けられているリンク作動装置。
3. 請求項１に記載のリンク作動装置において、前記歯車機構は、入力側の歯車から出力側の歯車へ回転を減速して伝達する機構であり、前記パラレルリンク機構が通常作業で動くときの前記出力側の歯車の最大動作角をη_ｍａｘとし、かつ、前記出力側の歯車の機構上の最大動作角をη´_ｍａｘとした場合、前記パラレルリンク機構が原点位置にあるときに前記入力側の歯車と噛み合う前記出力側の歯車の歯面位置である中立位置から（η_ｍａｘ／２）以上で（η´_ｍａｘ／２）以下の範囲内に前記柔軟性構造体が設けられているリンク作動装置。
4. 請求項３に記載のリンク作動装置において、前記出力側の歯車は、η´_ｍａｘの範囲に歯面を有する扇形であるリンク作動装置。
5. 請求項３に記載のリンク作動装置において、前記出力側の歯車における前記中立位置から（η_ｍａｘ／２）以上で（η´_ｍａｘ／２）以下の範囲内に凹状の潤滑剤溜りが設けられ、前記柔軟性構造体は、前記潤滑剤溜りの底面に植毛が施されたものであるリンク作動装置。

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