JP3554738B2 - ロータリジョイント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットのアーム先端部等に設けられるロータリジョイントに関し、特に、小型化を図るための対策に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のロータリジョイントにおいては、例えばロボットのアーム先端部に取付固定される固定体と、ロボットのハンド側に取付固定され、固定体に回転可能に連結支持された回転体とを備え、これら固定体及び回転体の間で空気、冷却水、溶接用ガス等の流体や動力電気、電気信号等の電気を授受可能として、ハンド側が固定側に対し回転しても常に流体や電気が授受できるようになっている。
【０００３】
そして、上記流体を授受するために、複数種類の流体通路を固定体及び回転体の摺接面間に並べて配置したスイベルジョイントが用いられ、動力電気を授受するためには、固定体又は回転体の一方に設けられた集電リングと、他方に設けられ、上記集電リングに摺接して電気を供給する摺動接点とからなるスリップリングが使用される。
【０００４】
さらに、電気信号を固定体及び回転体間で授受するために電気信号スリップリングが知られている。この電気信号スリップリングの一例として、従来、例えば特開平１０―２２３３４６号公報に示されるように、固定体側に設けられたリング板状の固定側電極と、回転体側に設けられたリング板状の回転側電極と、これら両電極間に配設された転動体とを備え、回転体の固定体に対する相対回転により両電極上で転動体を転動させて両電極間で電気信号を授受するようにしたものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種のロータリジョイントはロボットのアームとハンドとを接続するものであるため、その大きさが大きいほど、作業スペースが拡大してしまうという問題がある。
【０００６】
また、固定体や回転体を構成する部品の壁面厚さが大きいほど、ロータリジョイントの装置全体としての重量が大きくなるので、ロボットのアームへの負荷も大きくなるという問題もある。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロータリジョイントについて、その装置構成に改良を加えることにより、ロータリジョイントでの流体や電気の伝達を確保しつつその小型化を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、固定体と、該固定体に回転可能に連結支持された回転体と、上記固定体及び回転体の間で複数の異なる電気信号を授受する電気信号スリップリングとを備えたロータリジョイントが対象である。そして、上記電気信号スリップリングは、固定体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の固定体側電極と、回転体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の回転側電極とを備え、上記複数枚の固定側電極のうち軸方向に隣り合う１対の固定側電極を、該両電極間にリング状の固定側絶縁体を介して積層配置してなる固定側電極積層体と、上記複数枚の回転側電極のうち軸方向に隣り合う１対の回転側電極を、該両電極間にリング状の回転側絶縁体を介して積層配置してなる回転側電極積層体とが設けられており、上記固定側及び回転側電極積層体は、電気信号スリップリングの軸方向端部に位置する１対の端部電極間に軸方向に交互に並んで配置され、上記端部電極と該端部電極に軸方向に対向する、電極積層体の電極との間、並びに軸方向に隣り合う電極積層体の軸方向に対向する両電極間に、回転体の固定体に対する相対回転により両電極上を転動して両電極間で電気信号を授受する転動体が配設されており、上記電極積層体における固定側及び回転側絶縁体の内周縁部及び外周縁部は、上記固定側及び回転側電極よりも径方向に突出していることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成により、電極積層体における固定側及び回転側電極間の絶縁体の内外周縁部が電極に対し突出しているので、その絶縁体の表裏にある両電極の内外周縁部間の空間的距離が延長されることになり、仮に、絶縁体の厚さを薄くしたとしても、その電極の周縁部に導電性粉塵の付着等による電極間の短絡を効果的に抑制することができる。従って、絶縁体を薄くして電気信号スリップリングの軸方向の大きさを小さくすることができ、ロータリジョイントの小型化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図８〜図１０は本発明の実施形態に係るロータリジョイントＡを示し、このロータリジョイントＡはスポット溶接を行う図外の溶接ロボットのアーム先端部に装着されるものである。
【００１１】
ロータリジョイントＡは、溶接ロボットのアーム側に取り付けられる略円筒状の固定体１と、溶接ガン側（ハンド側）に取り付けられる略円筒状の回転体６とを備え、この回転体６は固定体１に３６０°以上の角度に回転可能に連結支持されている。
【００１２】
図１に拡大して示すように、上記固定体１は、上端（図１で上端）に外向きフランジ２が一体に形成された円筒状のボス部３と、このボス部３にその外周を取り囲むように同心状に配置されて一体的に固定され、下方に開放された有底円筒状のカバー部４とを有する。
【００１３】
一方、回転体６は上記固定体１のボス部３内に相対回転可能に嵌合された円筒状の軸部７と、この軸部７の上端にその開口を塞ぐように一体的に固定され、上記回転体６における外向きフランジ２の上側に位置する上側フランジ８と、軸部７の下端部外周に一体的に固定され、回転体６におけるボス部３下端を越えてカバー部４の下端開口を塞ぐように半径方向外側に延びる下側フランジ９とを備えている。
【００１４】
そして、上記固定体１のボス部３と回転体６の軸部７との間には固定体１及び回転体６の間で流体としての水及びエアを授受するためのスイベルジョイント１１が設けられている。また、固定体１におけるボス部３及びカバー部４と、回転体６における下側フランジ９とで囲まれる円筒状の空間には、固定体１から回転体６に溶接電力を供給するための電力スリップリング２１と、この電力スリップリング２１の内側に位置し、固定体１及び回転体６の間で複数（図示例では６種類）の異なる電気信号を授受するための電気信号スリップリング３１とが同心状に装着されている。
【００１５】
上記スイベルジョイント１１は２つの水通路１２，１３及び１つのエア通路１４を有し、これらの３つの通路１２〜１４はいずれも同様の構造である。すなわち、図５にも示すように、固定体１のボス部３内周面には３本の環状溝１５，１５，…が上下方向（軸方向）に間隔をあけて形成されている。
【００１６】
また、ボス部３の壁内部には一端がボス部３内周面に開口する横穴７１と、ボス部３の軸方向に延びかつ一端がその横穴７１の他端に接続される一方、他端がボス部３の外周面又は軸方向端面に開口する縦孔７２とからなる流体通路７０が設けられている。すなわち、水平方向に延びる３つの横穴７１（一部のみ図示する）が、その一端がボス部３内周面の上記各環状溝１５，１５，…にそれぞれ開口するようにして円周方向に互いに近接して形成されている。また、一端がボス部３外周面に開口する３つのポート穴７３，７３，…が上記各横穴７１，７１，…に対応するように形成されている。そして、上下方向に延びる３つの縦孔７２，７２，…（一部のみ図示する）が円周方向に互いに近接して貫通形成され、この各縦孔７２，７２，…の下端が横穴７１，７１，…の他端である底部７１ａ，７１ａ，…にそれぞれ開口する一方、ポート穴７３，７３，…の他端である底部７３ａ，７３ａ，…にそれぞれ開口している。このようにして、環状溝１５，１５，…からポート穴７３，７３，…に至る３つの流体通路７０，７０，…が形成されている。
【００１７】
そして、本発明の特徴として、この流体通路７０の横穴７１は次のようにして形成される。すなわち、横穴７１は、ボス部３の環状溝１５外側の横穴形成予定位置７４に対してボス部３の略直径方向に対向する対向部７５外周面から直径方向にこの対向部を貫通穿孔して、さらにその横穴形成予定位置７４を穿孔した後、対向部７５の貫通部７５ａを略円筒状の閉塞部材であるプラグ２０によって気密状に閉塞することにより形成されている。
【００１８】
これに対し、回転体６における軸部７の壁内部には円周方向の３等分位置に上下方向に延びる３つの縦孔１７，１７，…（一部のみ図示する）が貫通形成され、この各縦孔１７の上端は軸部７の外周面にそれぞれ上記固定体１のボス部３における各環状溝１５内とそれぞれ連通するように開口している一方、各縦孔１７の下端は下側フランジ９下側の軸部７外周面に開口している。そして、このように固定体１のボス部３内周面に形成された３本の環状溝１５，１５，…のうち上側の２つの環状溝１５，１５を含む通路が水通路１２，１３に、また下側の１つの環状溝１５を含む通路がエア通路１４にそれぞれ構成されており、これら水通路１２，１３及びエア通路１４により固定体１及び回転体６間で両者の回転状態でも水及びエアを授受できるようにしている。
【００１９】
尚、固定体１のボス部３内周面には３本の環状溝１５，１５，…の上下方向（軸方向）両側に４本のシール溝１８，１８，…が形成され、この各シール溝１８にはゴム製のシールリング１９がその内周面を回転体６の軸部７外周面に摺接させてシールするように嵌挿されている。
【００２０】
上記電力スリップリング２１は、固定体１のボス部３及びカバー部４と回転体６の下側フランジ９との間の円筒状空間に同心状に配置された３本の集電リング２２，２２，…を備え、これらの集電リング２２，２２，…は絶縁リング２３，２３，…を介して上下方向に積層されている。各集電リング２２には他の集電リング２２をそれと電気絶縁された状態で貫通する集電ボルト２４の先端部（上端部）が螺合締結され、この各集電ボルト２４は回転体６の下側フランジ９を絶縁状態で貫通し、その下端のヘッド部２４ａは下側フランジ９の下方に突出していて、このヘッド部２４ａには溶接ガン（図示せず）に導通する電力ケーブル２５の端部が接続されている。
【００２１】
一方、上記固定体１のカバー部４の側壁には円周方向に等間隔をあけて互いに近接した位置に３つの摺動接点２６，２６，…が絶縁状態で貫通しかつカバー２６ａによりカバーされた状態で取付固定され、各摺動接点２６の内端部はそれぞれ対応する上記各集電リング２２の外周面に所定の押圧力で摺接可能に押し付けられており、この各摺動接点２６と集電リング２２との摺接により固定体１及び回転体６間で両者の回転状態でも大電流の溶接電力を供給するようにしている。
【００２２】
さらに、上記電気信号スリップリング３１は、固定体１のボス部３外周に外嵌合されて設けられた円筒状の内側ハウジング３２と、この内側ハウジング３２の周りに、後述の如く環状空間３４をあけて同心状に外嵌合されて設けられた円筒状の外側ハウジング３３とを備え、これら両ハウジング３２，３３は樹脂等からなる。内側ハウジング３２の外周面の上下端部には外向きのフランジ部３２ａ，３２ｂが一体に形成されており、この両フランジ部３２ａ，３２ｂと、内側ハウジング３２外周面の上下中間部と、外側ハウジング３３とで囲まれて円筒状の環状空間３４が区画形成されている。
【００２３】
そして、上記内外のハウジング３２，３３間の環状空間３４にリング板状の６枚の固定側電極３６ａ〜３６ｆ及び回転側電極４０ａ〜４０ｆが収容されている。これら各電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆは例えばリン青銅からなり、その表面は銀メッキ処理されている。図２及び図３に拡大して詳示するように、上記６枚の固定側電極３６ａ〜３６ｆは、固定体１の軸心と同心状にかつ軸方向たる上下方向に並んで配置されている一方、６枚の回転側電極４０ａ〜４０ｆも、回転体６の軸心と同心状にかつ軸方向たる上下方向に並んで配置されている。
【００２４】
上記６枚の固定側電極３６ａ〜３６ｆのうちの上下端（軸方向端部）に位置するもの３６ａ，３６ｆは端部電極とされ、この端部電極としての固定側電極３６ａ，３６ｆを除いた４枚の固定側電極３６ｂ〜３６ｅについては、図６にも示すように、その軸方向に隣り合う１対の固定側電極３６ｂ，３６ｃ及び３６ｄ，３６ｅが該両電極３６ｂ，３６ｃ及び３６ｄ，３６ｅ間にリング状の固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂを介して積層配置されていて、これら両電極３６ｂ，３６ｃ及び３６ｄ，３６ｅと固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂとにより２つの固定側電極積層体３８ａ，３８ｂが形成されている。
【００２５】
一方、上記６枚の回転側電極４０ａ〜４０ｆにあっては、図７にも示すように、その軸方向に隣り合う１対の回転側電極４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆが該両電極４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆ間にリング状の回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃを介して積層配置されていて、これら両電極４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆと、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃとにより３つの回転側電極積層体４２ａ〜４２ｃが形成されている。
【００２６】
そして、本発明の特徴として、図２及び図３にも示すように、固定側及び回転側絶縁シート３７ａ，３７ｂ、４１ａ〜４１ｃの端部、つまり固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの径方向端部は、その固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆよりもその電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの径方向にそれぞれ突出するようになされている。すなわち、本実施形態では、リング状の固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向の幅が固定側電極３６ａ〜３６ｆの幅よりも大きくなされており、固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向内側端部が固定側電極３６ａ〜３６ｆの径方向内側端部よりも径方向内側に突出する一方、固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向外側端部が固定側電極３６ａ〜３６ｆの径方向外側端部よりも径方向外側に突出するようになされている。
【００２７】
また、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃについても同様の構造とされている。すなわち、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃの径方向内側端部が回転側電極４０ａ〜４０ｆの径方向内側端部よりも径方向内側に突出する一方、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃの径方向外側端部が回転側電極４０ａ〜４０ｆの径方向外側端部よりも径方向外側に突出するようになされている。
【００２８】
尚、図２において、後述の固定側電極３６ａ〜３６ｆを位置決めするための当接部３６ｈが設けられている部分については、固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向内側端部と、この固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの上側に配設されている固定側電極３６ｂ，３６ｄの径方向内側端部とは同じ径となっている。また、このことは当接部４０ｈにおける回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃ及び回転側電極４０ｂ，４０ｄ，４０ｆについても同様である。
【００２９】
そして、上記２つの固定側電極積層体３８ａ，３８ｂ及び３つの回転側電極積層体４２ａ〜４２ｃは、電気信号スリップリング３１の軸方向端部に位置する上記１対の端部電極たる固定側電極３６ａ，３６ｆ間に軸方向たる上下方向に交互に並んで配置されている。
【００３０】
さらに、上記端部電極たる固定側電極３６ａ，３６ｆと、この端部の固定側電極３６ａ，３６ｆに軸方向に対向する、回転側電極積層体４２ａ，４２ｃの回転側電極４０ａ，４０ｆとの間、並びに軸方向に隣り合う固定側電極積層体３８ａ，３８ｂ及び回転側電極積層体４２ａ〜４２ｃにおいてその対向する固定側電極３６ｂ〜３６ｅ及び回転側電極４０ｂ〜４０ｅの間に、それぞれ回転体６の固定体１に対する相対回転により両電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ上を転動して両電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ間で電気信号を授受する鋼球からなる転動体４４が配設されている。この鋼球４４は、図４に示すように、電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ間において円周方向に所定間隔をあけて複数設けられでおり、これらの複数の転動体４４，４４，…の各々は両電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ間に位置するリング板状のリテーナ４５の保持孔４５ａに嵌挿されて保持されている。この各転動体４４は例えば炭素鋼を焼入処理した鋼球からなり、その表面は銀メッキ処理されている。
【００３１】
上記内側ハウジング３２における下側のフランジ部３２ｂの上面には環状のばね溝４７が形成され、このばね溝４７には下側の端部電極たる固定側電極３６ｆを上側の端部電極たる固定側電極３６ａに向かって押圧する押圧手段としてのばね４８が収容されている。下側の端部電極たる固定側電極３６ｆとばね４８との間にはリング板状の絶縁体４９が介在されていて、ばね４８は絶縁体４９を介して押圧するようになっている。
【００３２】
また、内側ハウジング３２における上側のフランジ部３２ａの外周面には環状のパッキン溝５０が形成され、このパッキン溝５０にはリップ部５１ａを有する断面略Ｖ字状のゴム製等のパッキン５１がそのリップ部５１ａで外側ハウジング３３の上面を押圧した状態で収容されており、このパッキン５１により両ハウジング３２，３３の上端部間の隙間をシールしている。
【００３３】
また、上記固定体１側の内側ハウジング３２にはその上面に開口する矩形状の有底孔５３が形成されている。また、固定体１のカバー部４外周面にはねじ孔５４を有するコネクタ取付部５５が一体的に取り付けられ、そのねじ孔５４に固定側コネクタ５６が螺合により取付固定されている。上記コネクタ取付部５５のねじ孔５４はカバー部４に形成した貫通孔５７を介して上記内側ハウジング３２の有底孔５３内に連通されている。そして、図６にも示すように、各固定側電極３６ａ〜３６ｆの内周縁部には上記内側ハウジング３２の有底孔５３内に位置する接続端子３６ｇが突設され、この接続端子３６ｇには固定側電線５８の一端部が接続固定されている。これら６本の固定側電線５８，５８，…は有底孔５３、カバー部４の貫通孔５７及びコネクタ取付部５５のねじ孔５４の各内部を通って延び、各々の他端は上記固定側コネクタ５６に接続されている。
【００３４】
一方、回転体６側の外側ハウジング３３外周面にはその一部分を部分的に下面から矩形状に切り欠いてなる切欠部６３が形成されている。また、回転体６の下側フランジ９外周面にはねじ孔６４を有するコネクタ取付部６５が一体的に取り付けられ、そのねじ孔６４には回転側コネクタ６６が螺合により取付固定され、ねじ孔６４は下側フランジ９に形成した貫通孔６７を介して上記外側ハウジング３３の切欠部６３内に連通されている。そして、図７にも示す如く、各回転側電極４０ａ〜４０ｆの外周縁部には上記外側ハウジング３３の切欠部６３内に位置する接続端子４０ｇが突設され、この接続端子４０ｇには回転側電線６８の一端部が接続固定されている。これら６本の回転側電線６８，６８，…は切欠部６３、下側フランジ９の貫通孔６７及びコネクタ取付部６５のねじ孔６４を通って延び、各々の他端は上記回転側コネクタ６６に接続されている。
【００３５】
そして、上記固定側電極３６ａ〜３６ｆとそれに対向する回転側電極４０ａ〜４０ｆとを球体４４を介して導通させることにより、表１に示すように、固定体１及び回転体６間で両者の回転状態でも６種類の電気信号を授受するようにしている。
【００３６】
【表１】
【００３７】
さらに、図２、図３及び図６に示すように、上記各固定側電極３６ａ〜３６ｆの外周縁部は円形状とされている一方、内周縁部には円周方向に等間隔をあけた位置に複数（図示例では５つ）の当接部３６ｈ，３６ｈ，…が突設され、この固定側電極３６ａ〜３６ｆは内側ハウジング３２外周面に当接部３６ｈ，３６ｈ，…を当接させて位置決めされた状態で嵌合支持され、この固定側電極３６ａ〜３６ｆの外周縁部と外側ハウジング３３内周面との間に所定の間隙があけられている。
【００３８】
一方、図２、図３及び図７に示す如く、各回転側電極４０ａ〜４０ｆの内周縁部は円形状とされている一方、外周縁部には円周方向に等間隔をあけた位置に複数（図示例では５つ）の当接部４０ｈ，４０ｈ，…が突設され、この回転側電極４０ａ〜４０ｆは外側ハウジング３３内周面に当接部４０ｈ，４０ｈ，…を当接させて位置決めされた状態で嵌合支持され、この回転側電極４０ａ〜４０ｆの内周縁部と内側ハウジング３２外周面との間に所定の間隙があけられている。
【００３９】
そして、図４、図６及び図７にも示すように、当接部４０ｈ，４０ｈ，…と当接部３６ｈ，３６ｈ，…とは、それぞれ軸方向（電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの積層方向）に重ならないように配設されている。仮に、両当接部４０ｈ，３６ｈが重なるようになされていると、この当接部４０ｈ，３６ｈにおいてその端部同士が近接することになるため、この端部での固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの間に充分な間隔をとることができず、絶縁不良が生じる虞れがあるが、上記のように構成することにより、その絶縁不良を抑制することができる。
【００４０】
したがって、この実施形態においては、溶接ガンがワークを溶接する溶接ロボットの作動時に固定体１に対し回転体６が回転しているとき、固定体１及び回転体６間で２つの水通路及びエア通路１４により水及びエアが授受される。また、固定体１側の摺動接点２６と回転体６側の集電リング２２とが摺接して大電流の溶接電力が固定体１側から回転体６側に供給される。
【００４１】
さらに、固定体１及び回転体６間で両者の回転状態で６種類の電気信号が授受される。このとき、固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆのそれぞれの電極間の絶縁シート３７ａ，３７ｂ、４１ａ〜４１ｃを薄くして電気信号スリップリング３１の厚さを小さくすることにより、ロータリジョイントＡの小型化を図るとともに、その電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆ端部周辺に鋼球の摩耗粉等の導電性粉塵が付着するようなことがあっても、絶縁シート３７ａ，３７ｂ、４１ａ〜４１ｃ表裏の電極端部間の空間的距離が延長されるので、その各電極３６ｂ，３６ｃ、３６ｄ，３６ｅ、４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆ間の短絡を効果的に抑制することができる。
【００４２】
また、縦孔７２が形成される固定体１のボス部３側壁をその外周面側からボス部３半径方向内側へ穿孔して、その穿孔した貫通部７５ａの外側部分をプラグ２０で閉塞することにより横穴７１を形成する場合、その横穴７１が形成されるボス部３の側壁にはプラグ２０による閉塞のための所定の第１厚さと、縦孔７２の内径を確保するための所定の第２厚さとの双方の厚さが必要であるが、これら第１及び第２厚さをボス部３壁面の直径方向両側にそれぞれ分担させるようにしたので、横穴７１が形成されるボス部３側壁の厚さを薄くすることができる。つまり、ボス部３の外径を小さくすることができ、このことにより、ロータリジョイントＡの小型化を図りつつボス部３側壁の剛性を確保することができる。
【００４３】
尚、本実施形態では、固定体１にボス部３が設けられるようにしているが、回転体６にボス部が設けられるような構成としてもよい。
【００４４】
（実施形態２）
図１１は本発明の実施形態２を示し、電力スリップリング２１への摺動接点の摺接方法を変更して、固定体１又は回転体６の一方に複数の集電リング８７を設けられている一方、他方には集電リング８７に摺接して電力を授受するための複数の摺動接点８０を一括して着脱可能に設けるようにしたものである。
【００４５】
すなわち、本実施形態に係るロータリジョイントＡは、ターミナル８１が接続された円筒状のバレル８２内に、先端に導電材料からなる接触部８３ａを有するプランジャ８３を摺動可能に嵌挿し、このバレル８２及びプランジャ８３の間にスプリング８５を縮装して、プランジャ８３を集電リング８７に接触するように先端側に付勢し、プランジャ８３の基端部８３ｂ及びターミナル８１を電気的に接続することにより構成された１２本の摺動接点８０と、この摺動接点８０を同一方向に並ぶようにして保持する摺動接点ホルダ８４とを備えている。また、摺動接点８０は集電リング８７の周方向に２本、また軸方向に６本それぞれ等間隔に並設されている。
【００４６】
一方、回転体６に設けられている電力スリップリング２１は、上記実施形態１と同様である数百Ａ程度の比較的大きな電力のための集電リング２２及び絶縁リング２３が交互に積層してなる下側部分と、その上側に積層される部分であって、数十Ａ程度の電力（以降中電力ともいう）のための集電リング８７及び絶縁リング８８が交互に積層されてなる上側部分とから構成されている。
【００４７】
この中電力のための電力スリップリング２１の上側部分は、上記実施形態１でも示した集電リング２２と同様の構成である。すなわち、図示は省略するが、集電リング２２の積層方向下側へ延びる６本の集電ボルトが設けられており、この集電ボルトを介してアーム側の摺動接点ホルダ８４からハンド側へ中電流を供給するようにしている。
【００４８】
そのとき、集電リング８７を摺動接点８０により押圧して、この押圧部を介してサーボ電力等の中電力を供給側へ送電するときには、摺動接点８０の集電リング８７への接触力は、大電流を送電するときにおけるほどの大きさは必要でなく、それよりも小さい接触力で送電することができる。従って、集電リング８７に加えられる偏荷重を抑制するために、摺動接点８０を分割して集電リング８７の周方向に等間隔となるように配設する必要が無く、摺動接点８０を一括して集電リング８７へ接触させつつ集電リング８７に加えられる偏荷重を小さくすることができる。従って、ロータリジョイントＡの小型化を図ることができるとともに、その摺動接点８０のための構造を簡単にして製造コストを低減させることができる。尚、この中電力を伝達する電力スリップリング２１の下側部分は、大電力を伝達する同上側部分と別体として新しく設けることもできる。しかし、構造を簡単にできる点で、電力スリップリング２１を兼用するのが望ましい。
【００４９】
（実施形態３）
図１２〜図１５は、本発明の実施形態３を示し（尚、図２及び図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記実施形態１における電気信号スリップリングの構成を変更したものである。
【００５０】
すなわち、図１２〜図１５に示すように、本実施形態に係るロータリジョイントＡの電気信号スリップリング３１は、固定体１の軸心と同心状に配置された例えば４枚のリング板状の固定側電極板１０９と、回転体の軸心と同心状に配置された例えば３枚のリング板状の回転側電極板１１０とを備え、この固定側電極板１０９と回転側電極板１１０とは軸方向に交互に並んで配置されており、さらにこの対向する１組の固定側電極板１０９と回転側電極板１１０との間には３列の転動体としての鋼球４４が介装されている。
【００５１】
そして、固定側電極板１０９は、リング板状の絶縁体１０４と、この絶縁体１０４の両表面に同心状にプリント配線された互いに径の異なる３つの固定側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃとからなる一方、回転側電極板１１０は、上記固定側電極板１０９の絶縁体１０４と略同径のリング板状の絶縁体１０５と、この絶縁体１０５の両表面に同心状にかつ上記固定側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと略対応するようにプリント配線された互いに径の異なる３つの回転側電極１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃとからなる。
【００５２】
また、各電極板１０９，１１０における絶縁体１０４，１０５の少なくとも幅方向中間部に位置する電極の端子は絶縁体１０４，１０５に埋め込まれて絶縁体１０４，１０５の内周縁部又は外周縁部に延出されている。さらに、絶縁体１０４，１０５は、３枚の基板１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが積層されて一体化された多層基板からなり、固定側又は回転側電極板１０９，１１０の一方における最も内周縁側に位置する電極を除く他の電極の端子であって、絶縁体１０４の内周縁部に延出される端子、及び他方における最も外周縁側に位置する電極を除く他の電極の端子であって、絶縁体１０５の外周縁部に延出される端子は、その基板間に配置されている。
【００５３】
すなわち、固定側電極板１０９における複数の固定側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃのうち最も内周縁側に位置する固定側電極１０１ａの端子１１１ａは、絶縁体１０４ａ，１０４ｃの表面に設けられたプリント配線により、内周縁部へ延出する一方、その固定側電極１０１ａ以外の回転体側の固定側電極１０１ｂ，１０１ｃの端子１１１ｂ，１１１ｃは、その径方向に近接して設けられて軸方向に絶縁体１０４ａを貫通する貫通孔としてのスルーホール１０６を介して絶縁体１０４の内部へ延出され、さらに３層のうちの真ん中の絶縁体１０４ｂの表面に設けられたプリント配線を介して内周縁部へ延出されている。
【００５４】
回転側電極板１１０における端子１１２の回転体側への延出も上記固定側電極板１０９における構成と同様である。すなわち、最も外周縁側に位置する回転側電極１０２ａの端子１１２ａは絶縁体１０５ａ，１０５ｃの表面に沿って外周縁部へ延出される一方、その他の回転側電極１０２ｂ，１０２ｃの端子１１２ｂ，１１２ｃは真ん中の絶縁体１０５ｂの表面に沿って外周縁部へ延出されている。
【００５５】
そして、これら両電極板１０９，１１０の軸方向に対向する固定側及び回転側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ間に両電極間で電気信号を授受する３列の鋼球４４が配設されている。
【００５６】
このようにして、固定体１及び回転体６間で両者の回転状態において、鋼球４４を介して対向する２つの電極板１０９，１１０間で３つの電気信号が授受される。そのとき、固定体１及び回転体６間で多数の電気信号を授受する場合であっても、鋼球４４を介して対向する２つの電極板間で１つの電気信号を授受する場合に比して、電気信号スリップリング３１、延いてはロータリジョイントＡの軸方向の大きさをコンパクトにすることができる。
【００５７】
尚、本実施形態では、４枚の固定側電極板１０９と３枚の回転側電極板１１０とから構成されるようにしたが、本発明はこれに限らず、固定側及び回転側電極板１０９，１１０がそれぞれ少なくとも１枚ずつあればよい。また、固定側及び回転側電極板１０９，１１０に配設する電極の数をそれぞれ３つとしたが、本発明はこれに限らず、その他複数の電極を設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、絶縁体１０４，１０５が３層からなるようにしたが、その他の構成により一体的に形成するようにしかつその絶縁体に固定側及び回転側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの端子を埋め込むようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によると、固定体及び回転体の間で複数の異なる電気信号を授受する電気信号スリップリングを備えたロータリジョイントに対し、その電気信号スリップリングとして、固定体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の固定側電極のうちの軸方向に隣り合う１対を、両電極間にリング状の固定側絶縁体を介して積層配置して固定側電極積層体を設ける一方、回転体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の回転側電極のうちの軸方向に隣り合う１対を、両電極間にリング状の回転側絶縁体を介して積層配置して回転側電極積層体を設け、これら固定側及び回転側電極積層体を、電気信号スリップリングの軸方向端部に位置する１対の端部電極間に軸方向に交互に並んで配置し、端部電極とそれに軸方向に対向する、電極積層体の電極との間、並びに軸方向に隣り合う電極積層体の対向する両電極間に転動により両電極間で電気信号を授受する球体を配設し、さらに電極積層体における固定側及び回転側絶縁体の内周縁部及び外周縁部を、固定側及び回転側電極よりも径方向に突出するように構成することにより、その電極間の短絡を効果的に抑制するとともに、ロータリジョイントの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るロータリジョイントの拡大断面図である。
【図２】電気信号スリップリングの一側部を拡大して示す断面図である。
【図３】電気信号スリップリングの他側部を拡大して示す断面図である。
【図４】電気信号スリップリングをその一部を破断して示す拡大斜視図である。
【図５】固定体のボス部における水通路及びエア通路の構成部分を示す一部破断斜視図である。
【図６】固定電極積層体の構成を示す斜視図である。
【図７】回転電極積層体の構成を示す斜視図である。
【図８】ロータリジョイントの上面図である。
【図９】ロータリジョイントの正面図である。
【図１０】ロータリジョイントの底面図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る接続手段の構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る電気信号スリップリングを示す断面図である。
【図１３】電気信号スリップリングを拡大して示す断面図である。
【図１４】回転側電極板を示す平面図である。
【図１５】固定側電極板を示す平面図である。
【符号の説明】
Ａ ロータリジョイント
１ 固定体
３ ボス部
６ 回転体
７ 軸部
１１ スイベルジョイント
２０ プラグ
３１ 電気信号スリップリング
３２ 内側ハウジング
３３ 外側ハウジング
３４ 環状空間
３６ａ〜３６ｆ 固定側電極
３７ａ，３７ｂ 固定側絶縁シート
３８ａ，３８ｂ 固定側電極積層体
４０ａ〜４０ｆ 回転側電極
４１ａ〜４１ｃ 回転側絶縁シート
４２ａ〜４２ｃ 回転側電極積層体
４４ 鋼球（転動体）
５６ 固定側コネクタ
５８ 固定側電線
６６ 回転側コネクタ
６８ 回転側電線
７０ 流体通路
７１ 横穴
７２ 縦孔
７３ ポート穴
７５ 対向部
７５ａ 貫通部（貫通孔）
８０ 摺動接点
８４ 摺動接点ホルダ
１０１ａ〜１０１ｃ固定側電極
１０２ａ〜１０２ｃ回転側電極
１０９ 固定側電極板
１１０ 回転側電極板
１１１ａ〜１１１ｃ端子
１１２ａ〜１１２ｃ絶縁体
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットのアーム先端部等に設けられるロータリジョイントに関し、特に、小型化を図るための対策に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のロータリジョイントにおいては、例えばロボットのアーム先端部に取付固定される固定体と、ロボットのハンド側に取付固定され、固定体に回転可能に連結支持された回転体とを備え、これら固定体及び回転体の間で空気、冷却水、溶接用ガス等の流体や動力電気、電気信号等の電気を授受可能として、ハンド側が固定側に対し回転しても常に流体や電気が授受できるようになっている。
【０００３】
そして、上記流体を授受するために、複数種類の流体通路を固定体及び回転体の摺接面間に並べて配置したスイベルジョイントが用いられ、動力電気を授受するためには、固定体又は回転体の一方に設けられた集電リングと、他方に設けられ、上記集電リングに摺接して電気を供給する摺動接点とからなるスリップリングが使用される。
【０００４】
さらに、電気信号を固定体及び回転体間で授受するために電気信号スリップリングが知られている。この電気信号スリップリングの一例として、従来、例えば特開平１０―２２３３４６号公報に示されるように、固定体側に設けられたリング板状の固定側電極と、回転体側に設けられたリング板状の回転側電極と、これら両電極間に配設された転動体とを備え、回転体の固定体に対する相対回転により両電極上で転動体を転動させて両電極間で電気信号を授受するようにしたものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種のロータリジョイントはロボットのアームとハンドとを接続するものであるため、その大きさが大きいほど、作業スペースが拡大してしまうという問題がある。
【０００６】
また、固定体や回転体を構成する部品の壁面厚さが大きいほど、ロータリジョイントの装置全体としての重量が大きくなるので、ロボットのアームへの負荷も大きくなるという問題もある。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロータリジョイントについて、その装置構成に改良を加えることにより、ロータリジョイントでの流体や電気の伝達を確保しつつその小型化を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、固定体と、該固定体に回転可能に連結支持された回転体と、上記固定体及び回転体の間で複数の異なる電気信号を授受する電気信号スリップリングとを備えたロータリジョイントが対象である。そして、上記電気信号スリップリングは、固定体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の固定体側電極と、回転体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の回転側電極とを備え、上記複数枚の固定側電極のうち軸方向に隣り合う１対の固定側電極を、該両電極間にリング状の固定側絶縁体を介して積層配置してなる固定側電極積層体と、上記複数枚の回転側電極のうち軸方向に隣り合う１対の回転側電極を、該両電極間にリング状の回転側絶縁体を介して積層配置してなる回転側電極積層体とが設けられており、上記固定側及び回転側電極積層体は、電気信号スリップリングの軸方向端部に位置する１対の端部電極間に軸方向に交互に並んで配置され、上記端部電極と該端部電極に軸方向に対向する、電極積層体の電極との間、並びに軸方向に隣り合う電極積層体の軸方向に対向する両電極間に、回転体の固定体に対する相対回転により両電極上を転動して両電極間で電気信号を授受する転動体が配設されており、上記電極積層体における固定側及び回転側絶縁体の内周縁部及び外周縁部は、上記固定側及び回転側電極よりも径方向に突出していることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成により、電極積層体における固定側及び回転側電極間の絶縁体の内外周縁部が電極に対し突出しているので、その絶縁体の表裏にある両電極の内外周縁部間の空間的距離が延長されることになり、仮に、絶縁体の厚さを薄くしたとしても、その電極の周縁部に導電性粉塵の付着等による電極間の短絡を効果的に抑制することができる。従って、絶縁体を薄くして電気信号スリップリングの軸方向の大きさを小さくすることができ、ロータリジョイントの小型化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図８〜図１０は本発明の実施形態に係るロータリジョイントＡを示し、このロータリジョイントＡはスポット溶接を行う図外の溶接ロボットのアーム先端部に装着されるものである。
【００１１】
ロータリジョイントＡは、溶接ロボットのアーム側に取り付けられる略円筒状の固定体１と、溶接ガン側（ハンド側）に取り付けられる略円筒状の回転体６とを備え、この回転体６は固定体１に３６０°以上の角度に回転可能に連結支持されている。
【００１２】
図１に拡大して示すように、上記固定体１は、上端（図１で上端）に外向きフランジ２が一体に形成された円筒状のボス部３と、このボス部３にその外周を取り囲むように同心状に配置されて一体的に固定され、下方に開放された有底円筒状のカバー部４とを有する。
【００１３】
一方、回転体６は上記固定体１のボス部３内に相対回転可能に嵌合された円筒状の軸部７と、この軸部７の上端にその開口を塞ぐように一体的に固定され、上記回転体６における外向きフランジ２の上側に位置する上側フランジ８と、軸部７の下端部外周に一体的に固定され、回転体６におけるボス部３下端を越えてカバー部４の下端開口を塞ぐように半径方向外側に延びる下側フランジ９とを備えている。
【００１４】
そして、上記固定体１のボス部３と回転体６の軸部７との間には固定体１及び回転体６の間で流体としての水及びエアを授受するためのスイベルジョイント１１が設けられている。また、固定体１におけるボス部３及びカバー部４と、回転体６における下側フランジ９とで囲まれる円筒状の空間には、固定体１から回転体６に溶接電力を供給するための電力スリップリング２１と、この電力スリップリング２１の内側に位置し、固定体１及び回転体６の間で複数（図示例では６種類）の異なる電気信号を授受するための電気信号スリップリング３１とが同心状に装着されている。
【００１５】
上記スイベルジョイント１１は２つの水通路１２，１３及び１つのエア通路１４を有し、これらの３つの通路１２〜１４はいずれも同様の構造である。すなわち、図５にも示すように、固定体１のボス部３内周面には３本の環状溝１５，１５，…が上下方向（軸方向）に間隔をあけて形成されている。
【００１６】
また、ボス部３の壁内部には一端がボス部３内周面に開口する横穴７１と、ボス部３の軸方向に延びかつ一端がその横穴７１の他端に接続される一方、他端がボス部３の外周面又は軸方向端面に開口する縦孔７２とからなる流体通路７０が設けられている。すなわち、水平方向に延びる３つの横穴７１（一部のみ図示する）が、その一端がボス部３内周面の上記各環状溝１５，１５，…にそれぞれ開口するようにして円周方向に互いに近接して形成されている。また、一端がボス部３外周面に開口する３つのポート穴７３，７３，…が上記各横穴７１，７１，…に対応するように形成されている。そして、上下方向に延びる３つの縦孔７２，７２，…（一部のみ図示する）が円周方向に互いに近接して貫通形成され、この各縦孔７２，７２，…の下端が横穴７１，７１，…の他端である底部７１ａ，７１ａ，…にそれぞれ開口する一方、ポート穴７３，７３，…の他端である底部７３ａ，７３ａ，…にそれぞれ開口している。このようにして、環状溝１５，１５，…からポート穴７３，７３，…に至る３つの流体通路７０，７０，…が形成されている。
【００１７】
そして、本発明の特徴として、この流体通路７０の横穴７１は次のようにして形成される。すなわち、横穴７１は、ボス部３の環状溝１５外側の横穴形成予定位置７４に対してボス部３の略直径方向に対向する対向部７５外周面から直径方向にこの対向部を貫通穿孔して、さらにその横穴形成予定位置７４を穿孔した後、対向部７５の貫通部７５ａを略円筒状の閉塞部材であるプラグ２０によって気密状に閉塞することにより形成されている。
【００１８】
これに対し、回転体６における軸部７の壁内部には円周方向の３等分位置に上下方向に延びる３つの縦孔１７，１７，…（一部のみ図示する）が貫通形成され、この各縦孔１７の上端は軸部７の外周面にそれぞれ上記固定体１のボス部３における各環状溝１５内とそれぞれ連通するように開口している一方、各縦孔１７の下端は下側フランジ９下側の軸部７外周面に開口している。そして、このように固定体１のボス部３内周面に形成された３本の環状溝１５，１５，…のうち上側の２つの環状溝１５，１５を含む通路が水通路１２，１３に、また下側の１つの環状溝１５を含む通路がエア通路１４にそれぞれ構成されており、これら水通路１２，１３及びエア通路１４により固定体１及び回転体６間で両者の回転状態でも水及びエアを授受できるようにしている。
【００１９】
尚、固定体１のボス部３内周面には３本の環状溝１５，１５，…の上下方向（軸方向）両側に４本のシール溝１８，１８，…が形成され、この各シール溝１８にはゴム製のシールリング１９がその内周面を回転体６の軸部７外周面に摺接させてシールするように嵌挿されている。
【００２０】
上記電力スリップリング２１は、固定体１のボス部３及びカバー部４と回転体６の下側フランジ９との間の円筒状空間に同心状に配置された３本の集電リング２２，２２，…を備え、これらの集電リング２２，２２，…は絶縁リング２３，２３，…を介して上下方向に積層されている。各集電リング２２には他の集電リング２２をそれと電気絶縁された状態で貫通する集電ボルト２４の先端部（上端部）が螺合締結され、この各集電ボルト２４は回転体６の下側フランジ９を絶縁状態で貫通し、その下端のヘッド部２４ａは下側フランジ９の下方に突出していて、このヘッド部２４ａには溶接ガン（図示せず）に導通する電力ケーブル２５の端部が接続されている。
【００２１】
一方、上記固定体１のカバー部４の側壁には円周方向に等間隔をあけて互いに近接した位置に３つの摺動接点２６，２６，…が絶縁状態で貫通しかつカバー２６ａによりカバーされた状態で取付固定され、各摺動接点２６の内端部はそれぞれ対応する上記各集電リング２２の外周面に所定の押圧力で摺接可能に押し付けられており、この各摺動接点２６と集電リング２２との摺接により固定体１及び回転体６間で両者の回転状態でも大電流の溶接電力を供給するようにしている。
【００２２】
さらに、上記電気信号スリップリング３１は、固定体１のボス部３外周に外嵌合されて設けられた円筒状の内側ハウジング３２と、この内側ハウジング３２の周りに、後述の如く環状空間３４をあけて同心状に外嵌合されて設けられた円筒状の外側ハウジング３３とを備え、これら両ハウジング３２，３３は樹脂等からなる。内側ハウジング３２の外周面の上下端部には外向きのフランジ部３２ａ，３２ｂが一体に形成されており、この両フランジ部３２ａ，３２ｂと、内側ハウジング３２外周面の上下中間部と、外側ハウジング３３とで囲まれて円筒状の環状空間３４が区画形成されている。
【００２３】
そして、上記内外のハウジング３２，３３間の環状空間３４にリング板状の６枚の固定側電極３６ａ〜３６ｆ及び回転側電極４０ａ〜４０ｆが収容されている。これら各電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆは例えばリン青銅からなり、その表面は銀メッキ処理されている。図２及び図３に拡大して詳示するように、上記６枚の固定側電極３６ａ〜３６ｆは、固定体１の軸心と同心状にかつ軸方向たる上下方向に並んで配置されている一方、６枚の回転側電極４０ａ〜４０ｆも、回転体６の軸心と同心状にかつ軸方向たる上下方向に並んで配置されている。
【００２４】
上記６枚の固定側電極３６ａ〜３６ｆのうちの上下端（軸方向端部）に位置するもの３６ａ，３６ｆは端部電極とされ、この端部電極としての固定側電極３６ａ，３６ｆを除いた４枚の固定側電極３６ｂ〜３６ｅについては、図６にも示すように、その軸方向に隣り合う１対の固定側電極３６ｂ，３６ｃ及び３６ｄ，３６ｅが該両電極３６ｂ，３６ｃ及び３６ｄ，３６ｅ間にリング状の固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂを介して積層配置されていて、これら両電極３６ｂ，３６ｃ及び３６ｄ，３６ｅと固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂとにより２つの固定側電極積層体３８ａ，３８ｂが形成されている。
【００２５】
一方、上記６枚の回転側電極４０ａ〜４０ｆにあっては、図７にも示すように、その軸方向に隣り合う１対の回転側電極４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆが該両電極４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆ間にリング状の回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃを介して積層配置されていて、これら両電極４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆと、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃとにより３つの回転側電極積層体４２ａ〜４２ｃが形成されている。
【００２６】
そして、本発明の特徴として、図２及び図３にも示すように、固定側及び回転側絶縁シート３７ａ，３７ｂ、４１ａ〜４１ｃの端部、つまり固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの径方向端部は、その固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆよりもその電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの径方向にそれぞれ突出するようになされている。すなわち、本実施形態では、リング状の固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向の幅が固定側電極３６ａ〜３６ｆの幅よりも大きくなされており、固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向内側端部が固定側電極３６ａ〜３６ｆの径方向内側端部よりも径方向内側に突出する一方、固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向外側端部が固定側電極３６ａ〜３６ｆの径方向外側端部よりも径方向外側に突出するようになされている。
【００２７】
また、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃについても同様の構造とされている。すなわち、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃの径方向内側端部が回転側電極４０ａ〜４０ｆの径方向内側端部よりも径方向内側に突出する一方、回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃの径方向外側端部が回転側電極４０ａ〜４０ｆの径方向外側端部よりも径方向外側に突出するようになされている。
【００２８】
尚、図２において、後述の固定側電極３６ａ〜３６ｆを位置決めするための当接部３６ｈが設けられている部分については、固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの径方向内側端部と、この固定側絶縁シート３７ａ，３７ｂの上側に配設されている固定側電極３６ｂ，３６ｄの径方向内側端部とは同じ径となっている。また、このことは当接部４０ｈにおける回転側絶縁シート４１ａ〜４１ｃ及び回転側電極４０ｂ，４０ｄ，４０ｆについても同様である。
【００２９】
そして、上記２つの固定側電極積層体３８ａ，３８ｂ及び３つの回転側電極積層体４２ａ〜４２ｃは、電気信号スリップリング３１の軸方向端部に位置する上記１対の端部電極たる固定側電極３６ａ，３６ｆ間に軸方向たる上下方向に交互に並んで配置されている。
【００３０】
さらに、上記端部電極たる固定側電極３６ａ，３６ｆと、この端部の固定側電極３６ａ，３６ｆに軸方向に対向する、回転側電極積層体４２ａ，４２ｃの回転側電極４０ａ，４０ｆとの間、並びに軸方向に隣り合う固定側電極積層体３８ａ，３８ｂ及び回転側電極積層体４２ａ〜４２ｃにおいてその対向する固定側電極３６ｂ〜３６ｅ及び回転側電極４０ｂ〜４０ｅの間に、それぞれ回転体６の固定体１に対する相対回転により両電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ上を転動して両電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ間で電気信号を授受する鋼球からなる転動体４４が配設されている。この鋼球４４は、図４に示すように、電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ間において円周方向に所定間隔をあけて複数設けられでおり、これらの複数の転動体４４，４４，…の各々は両電極３６ａ〜３６ｆ，４０ａ〜４０ｆ間に位置するリング板状のリテーナ４５の保持孔４５ａに嵌挿されて保持されている。この各転動体４４は例えば炭素鋼を焼入処理した鋼球からなり、その表面は銀メッキ処理されている。
【００３１】
上記内側ハウジング３２における下側のフランジ部３２ｂの上面には環状のばね溝４７が形成され、このばね溝４７には下側の端部電極たる固定側電極３６ｆを上側の端部電極たる固定側電極３６ａに向かって押圧する押圧手段としてのばね４８が収容されている。下側の端部電極たる固定側電極３６ｆとばね４８との間にはリング板状の絶縁体４９が介在されていて、ばね４８は絶縁体４９を介して押圧するようになっている。
【００３２】
また、内側ハウジング３２における上側のフランジ部３２ａの外周面には環状のパッキン溝５０が形成され、このパッキン溝５０にはリップ部５１ａを有する断面略Ｖ字状のゴム製等のパッキン５１がそのリップ部５１ａで外側ハウジング３３の上面を押圧した状態で収容されており、このパッキン５１により両ハウジング３２，３３の上端部間の隙間をシールしている。
【００３３】
また、上記固定体１側の内側ハウジング３２にはその上面に開口する矩形状の有底孔５３が形成されている。また、固定体１のカバー部４外周面にはねじ孔５４を有するコネクタ取付部５５が一体的に取り付けられ、そのねじ孔５４に固定側コネクタ５６が螺合により取付固定されている。上記コネクタ取付部５５のねじ孔５４はカバー部４に形成した貫通孔５７を介して上記内側ハウジング３２の有底孔５３内に連通されている。そして、図６にも示すように、各固定側電極３６ａ〜３６ｆの内周縁部には上記内側ハウジング３２の有底孔５３内に位置する接続端子３６ｇが突設され、この接続端子３６ｇには固定側電線５８の一端部が接続固定されている。これら６本の固定側電線５８，５８，…は有底孔５３、カバー部４の貫通孔５７及びコネクタ取付部５５のねじ孔５４の各内部を通って延び、各々の他端は上記固定側コネクタ５６に接続されている。
【００３４】
一方、回転体６側の外側ハウジング３３外周面にはその一部分を部分的に下面から矩形状に切り欠いてなる切欠部６３が形成されている。また、回転体６の下側フランジ９外周面にはねじ孔６４を有するコネクタ取付部６５が一体的に取り付けられ、そのねじ孔６４には回転側コネクタ６６が螺合により取付固定され、ねじ孔６４は下側フランジ９に形成した貫通孔６７を介して上記外側ハウジング３３の切欠部６３内に連通されている。そして、図７にも示す如く、各回転側電極４０ａ〜４０ｆの外周縁部には上記外側ハウジング３３の切欠部６３内に位置する接続端子４０ｇが突設され、この接続端子４０ｇには回転側電線６８の一端部が接続固定されている。これら６本の回転側電線６８，６８，…は切欠部６３、下側フランジ９の貫通孔６７及びコネクタ取付部６５のねじ孔６４を通って延び、各々の他端は上記回転側コネクタ６６に接続されている。
【００３５】
そして、上記固定側電極３６ａ〜３６ｆとそれに対向する回転側電極４０ａ〜４０ｆとを球体４４を介して導通させることにより、表１に示すように、固定体１及び回転体６間で両者の回転状態でも６種類の電気信号を授受するようにしている。
【００３６】
【表１】
さらに、図２、図３及び図６に示すように、上記各固定側電極３６ａ〜３６ｆの外周縁部は円形状とされている一方、内周縁部には円周方向に等間隔をあけた位置に複数（図示例では５つ）の当接部３６ｈ，３６ｈ，…が突設され、この固定側電極３６ａ〜３６ｆは内側ハウジング３２外周面に当接部３６ｈ，３６ｈ，…を当接させて位置決めされた状態で嵌合支持され、この固定側電極３６ａ〜３６ｆの外周縁部と外側ハウジング３３内周面との間に所定の間隙があけられている。
【００３８】
一方、図２、図３及び図７に示す如く、各回転側電極４０ａ〜４０ｆの内周縁部は円形状とされている一方、外周縁部には円周方向に等間隔をあけた位置に複数（図示例では５つ）の当接部４０ｈ，４０ｈ，…が突設され、この回転側電極４０ａ〜４０ｆは外側ハウジング３３内周面に当接部４０ｈ，４０ｈ，…を当接させて位置決めされた状態で嵌合支持され、この回転側電極４０ａ〜４０ｆの内周縁部と内側ハウジング３２外周面との間に所定の間隙があけられている。
【００３９】
そして、図４、図６及び図７にも示すように、当接部４０ｈ，４０ｈ，…と当接部３６ｈ，３６ｈ，…とは、それぞれ軸方向（電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの積層方向）に重ならないように配設されている。仮に、両当接部４０ｈ，３６ｈが重なるようになされていると、この当接部４０ｈ，３６ｈにおいてその端部同士が近接することになるため、この端部での固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆの間に充分な間隔をとることができず、絶縁不良が生じる虞れがあるが、上記のように構成することにより、その絶縁不良を抑制することができる。
【００４０】
したがって、この実施形態においては、溶接ガンがワークを溶接する溶接ロボットの作動時に固定体１に対し回転体６が回転しているとき、固定体１及び回転体６間で２つの水通路及びエア通路１４により水及びエアが授受される。また、固定体１側の摺動接点２６と回転体６側の集電リング２２とが摺接して大電流の溶接電力が固定体１側から回転体６側に供給される。
【００４１】
さらに、固定体１及び回転体６間で両者の回転状態で６種類の電気信号が授受される。このとき、固定側及び回転側電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆのそれぞれの電極間の絶縁シート３７ａ，３７ｂ、４１ａ〜４１ｃを薄くして電気信号スリップリング３１の厚さを小さくすることにより、ロータリジョイントＡの小型化を図るとともに、その電極３６ａ〜３６ｆ、４０ａ〜４０ｆ端部周辺に鋼球の摩耗粉等の導電性粉塵が付着するようなことがあっても、絶縁シート３７ａ，３７ｂ、４１ａ〜４１ｃ表裏の電極端部間の空間的距離が延長されるので、その各電極３６ｂ，３６ｃ、３６ｄ，３６ｅ、４０ａ，４０ｂ、４０ｃ，４０ｄ及び４０ｅ，４０ｆ間の短絡を効果的に抑制することができる。
【００４２】
また、縦孔７２が形成される固定体１のボス部３側壁をその外周面側からボス部３半径方向内側へ穿孔して、その穿孔した貫通部７５ａの外側部分をプラグ２０で閉塞することにより横穴７１を形成する場合、その横穴７１が形成されるボス部３の側壁にはプラグ２０による閉塞のための所定の第１厚さと、縦孔７２の内径を確保するための所定の第２厚さとの双方の厚さが必要であるが、これら第１及び第２厚さをボス部３壁面の直径方向両側にそれぞれ分担させるようにしたので、横穴７１が形成されるボス部３側壁の厚さを薄くすることができる。つまり、ボス部３の外径を小さくすることができ、このことにより、ロータリジョイントＡの小型化を図りつつボス部３側壁の剛性を確保することができる。
【００４３】
尚、本実施形態では、固定体１にボス部３が設けられるようにしているが、回転体６にボス部が設けられるような構成としてもよい。
【００４４】
（実施形態２）
図１１は本発明の実施形態２を示し、電力スリップリング２１への摺動接点の摺接方法を変更して、固定体１又は回転体６の一方に複数の集電リング８７を設けられている一方、他方には集電リング８７に摺接して電力を授受するための複数の摺動接点８０を一括して着脱可能に設けるようにしたものである。
【００４５】
すなわち、本実施形態に係るロータリジョイントＡは、ターミナル８１が接続された円筒状のバレル８２内に、先端に導電材料からなる接触部８３ａを有するプランジャ８３を摺動可能に嵌挿し、このバレル８２及びプランジャ８３の間にスプリング８５を縮装して、プランジャ８３を集電リング８７に接触するように先端側に付勢し、プランジャ８３の基端部８３ｂ及びターミナル８１を電気的に接続することにより構成された１２本の摺動接点８０と、この摺動接点８０を同一方向に並ぶようにして保持する摺動接点ホルダ８４とを備えている。また、摺動接点８０は集電リング８７の周方向に２本、また軸方向に６本それぞれ等間隔に並設されている。
【００４６】
一方、回転体６に設けられている電力スリップリング２１は、上記実施形態１と同様である数百Ａ程度の比較的大きな電力のための集電リング２２及び絶縁リング２３が交互に積層してなる下側部分と、その上側に積層される部分であって、数十Ａ程度の電力（以降中電力ともいう）のための集電リング８７及び絶縁リング８８が交互に積層されてなる上側部分とから構成されている。
【００４７】
この中電力のための電力スリップリング２１の上側部分は、上記実施形態１でも示した集電リング２２と同様の構成である。すなわち、図示は省略するが、集電リング２２の積層方向下側へ延びる６本の集電ボルトが設けられており、この集電ボルトを介してアーム側の摺動接点ホルダ８４からハンド側へ中電流を供給するようにしている。
【００４８】
そのとき、集電リング８７を摺動接点８０により押圧して、この押圧部を介してサーボ電力等の中電力を供給側へ送電するときには、摺動接点８０の集電リング８７への接触力は、大電流を送電するときにおけるほどの大きさは必要でなく、それよりも小さい接触力で送電することができる。従って、集電リング８７に加えられる偏荷重を抑制するために、摺動接点８０を分割して集電リング８７の周方向に等間隔となるように配設する必要が無く、摺動接点８０を一括して集電リング８７へ接触させつつ集電リング８７に加えられる偏荷重を小さくすることができる。従って、ロータリジョイントＡの小型化を図ることができるとともに、その摺動接点８０のための構造を簡単にして製造コストを低減させることができる。尚、この中電力を伝達する電力スリップリング２１の下側部分は、大電力を伝達する同上側部分と別体として新しく設けることもできる。しかし、構造を簡単にできる点で、電力スリップリング２１を兼用するのが望ましい。
【００４９】
（実施形態３）
図１２〜図１５は、本発明の実施形態３を示し（尚、図２及び図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記実施形態１における電気信号スリップリングの構成を変更したものである。
【００５０】
すなわち、図１２〜図１５に示すように、本実施形態に係るロータリジョイントＡの電気信号スリップリング３１は、固定体１の軸心と同心状に配置された例えば４枚のリング板状の固定側電極板１０９と、回転体の軸心と同心状に配置された例えば３枚のリング板状の回転側電極板１１０とを備え、この固定側電極板１０９と回転側電極板１１０とは軸方向に交互に並んで配置されており、さらにこの対向する１組の固定側電極板１０９と回転側電極板１１０との間には３列の転動体としての鋼球４４が介装されている。
【００５１】
そして、固定側電極板１０９は、リング板状の絶縁体１０４と、この絶縁体１０４の両表面に同心状にプリント配線された互いに径の異なる３つの固定側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃとからなる一方、回転側電極板１１０は、上記固定側電極板１０９の絶縁体１０４と略同径のリング板状の絶縁体１０５と、この絶縁体１０５の両表面に同心状にかつ上記固定側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと略対応するようにプリント配線された互いに径の異なる３つの回転側電極１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃとからなる。
【００５２】
また、各電極板１０９，１１０における絶縁体１０４，１０５の少なくとも幅方向中間部に位置する電極の端子は絶縁体１０４，１０５に埋め込まれて絶縁体１０４，１０５の内周縁部又は外周縁部に延出されている。さらに、絶縁体１０４，１０５は、３枚の基板１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが積層されて一体化された多層基板からなり、固定側又は回転側電極板１０９，１１０の一方における最も内周縁側に位置する電極を除く他の電極の端子であって、絶縁体１０４の内周縁部に延出される端子、及び他方における最も外周縁側に位置する電極を除く他の電極の端子であって、絶縁体１０５の外周縁部に延出される端子は、その基板間に配置されている。
【００５３】
すなわち、固定側電極板１０９における複数の固定側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃのうち最も内周縁側に位置する固定側電極１０１ａの端子１１１ａは、絶縁体１０４ａ，１０４ｃの表面に設けられたプリント配線により、内周縁部へ延出する一方、その固定側電極１０１ａ以外の回転体側の固定側電極１０１ｂ，１０１ｃの端子１１１ｂ，１１１ｃは、その径方向に近接して設けられて軸方向に絶縁体１０４ａを貫通する貫通孔としてのスルーホール１０６を介して絶縁体１０４の内部へ延出され、さらに３層のうちの真ん中の絶縁体１０４ｂの表面に設けられたプリント配線を介して内周縁部へ延出されている。
【００５４】
回転側電極板１１０における端子１１２の回転体側への延出も上記固定側電極板１０９における構成と同様である。すなわち、最も外周縁側に位置する回転側電極１０２ａの端子１１２ａは絶縁体１０５ａ，１０５ｃの表面に沿って外周縁部へ延出される一方、その他の回転側電極１０２ｂ，１０２ｃの端子１１２ｂ，１１２ｃは真ん中の絶縁体１０５ｂの表面に沿って外周縁部へ延出されている。
【００５５】
そして、これら両電極板１０９，１１０の軸方向に対向する固定側及び回転側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ間に両電極間で電気信号を授受する３列の鋼球４４が配設されている。
【００５６】
このようにして、固定体１及び回転体６間で両者の回転状態において、鋼球４４を介して対向する２つの電極板１０９，１１０間で３つの電気信号が授受される。そのとき、固定体１及び回転体６間で多数の電気信号を授受する場合であっても、鋼球４４を介して対向する２つの電極板間で１つの電気信号を授受する場合に比して、電気信号スリップリング３１、延いてはロータリジョイントＡの軸方向の大きさをコンパクトにすることができる。
【００５７】
尚、本実施形態では、４枚の固定側電極板１０９と３枚の回転側電極板１１０とから構成されるようにしたが、本発明はこれに限らず、固定側及び回転側電極板１０９，１１０がそれぞれ少なくとも１枚ずつあればよい。また、固定側及び回転側電極板１０９，１１０に配設する電極の数をそれぞれ３つとしたが、本発明はこれに限らず、その他複数の電極を設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、絶縁体１０４，１０５が３層からなるようにしたが、その他の構成により一体的に形成するようにしかつその絶縁体に固定側及び回転側電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの端子を埋め込むようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によると、固定体及び回転体の間で複数の異なる電気信号を授受する電気信号スリップリングを備えたロータリジョイントに対し、その電気信号スリップリングとして、固定体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の固定側電極のうちの軸方向に隣り合う１対を、両電極間にリング状の固定側絶縁体を介して積層配置して固定側電極積層体を設ける一方、回転体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の回転側電極のうちの軸方向に隣り合う１対を、両電極間にリング状の回転側絶縁体を介して積層配置して回転側電極積層体を設け、これら固定側及び回転側電極積層体を、電気信号スリップリングの軸方向端部に位置する１対の端部電極間に軸方向に交互に並んで配置し、端部電極とそれに軸方向に対向する、電極積層体の電極との間、並びに軸方向に隣り合う電極積層体の対向する両電極間に転動により両電極間で電気信号を授受する球体を配設し、さらに電極積層体における固定側及び回転側絶縁体の内周縁部及び外周縁部を、固定側及び回転側電極よりも径方向に突出するように構成することにより、その電極間の短絡を効果的に抑制するとともに、ロータリジョイントの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るロータリジョイントの拡大断面図である。
【図２】電気信号スリップリングの一側部を拡大して示す断面図である。
【図３】電気信号スリップリングの他側部を拡大して示す断面図である。
【図４】電気信号スリップリングをその一部を破断して示す拡大斜視図である。
【図５】固定体のボス部における水通路及びエア通路の構成部分を示す一部破断斜視図である。
【図６】固定電極積層体の構成を示す斜視図である。
【図７】回転電極積層体の構成を示す斜視図である。
【図８】ロータリジョイントの上面図である。
【図９】ロータリジョイントの正面図である。
【図１０】ロータリジョイントの底面図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る接続手段の構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る電気信号スリップリングを示す断面図である。
【図１３】電気信号スリップリングを拡大して示す断面図である。
【図１４】回転側電極板を示す平面図である。
【図１５】固定側電極板を示す平面図である。
【符号の説明】
Ａ ロータリジョイント
１ 固定体
３ ボス部
６ 回転体
７ 軸部
１１ スイベルジョイント
２０ プラグ
３１ 電気信号スリップリング
３２ 内側ハウジング
３３ 外側ハウジング
３４ 環状空間
３６ａ〜３６ｆ 固定側電極
３７ａ，３７ｂ 固定側絶縁シート
３８ａ，３８ｂ 固定側電極積層体
４０ａ〜４０ｆ 回転側電極
４１ａ〜４１ｃ 回転側絶縁シート
４２ａ〜４２ｃ 回転側電極積層体
４４ 鋼球（転動体）
５６ 固定側コネクタ
５８ 固定側電線
６６ 回転側コネクタ
６８ 回転側電線
７０ 流体通路
７１ 横穴
７２ 縦孔
７３ ポート穴
７５ 対向部
７５ａ 貫通部（貫通孔）
８０ 摺動接点
８４ 摺動接点ホルダ
１０１ａ〜１０１ｃ固定側電極
１０２ａ〜１０２ｃ回転側電極
１０９ 固定側電極板
１１０ 回転側電極板
１１１ａ〜１１１ｃ端子
１１２ａ〜１１２ｃ絶縁体
Claims (1)
- 固定体と、該固定体に回転可能に連結支持された回転体と、上記固定体及び回転体の間で複数の異なる電気信号を授受する電気信号スリップリングとを備えたロータリジョイントであって、
上記電気信号スリップリングは、固定体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の固定体側電極と、回転体の軸心と同心状にかつ軸方向に並んで配置された複数枚のリング板状の回転側電極とを備え、
上記複数枚の固定側電極のうち軸方向に隣り合う１対の固定側電極を、該両電極間にリング状の固定側絶縁体を介して積層配置してなる固定側電極積層体と、
上記複数枚の回転側電極のうち軸方向に隣り合う１対の回転側電極を、該両電極間にリング状の回転側絶縁体を介して積層配置してなる回転側電極積層体とが設けられており、
上記固定側及び回転側電極積層体は、電気信号スリップリングの軸方向端部に位置する１対の端部電極間に軸方向に交互に並んで配置され、
上記端部電極と該端部電極に軸方向に対向する、電極積層体の電極との間、並びに軸方向に隣り合う電極積層体の軸方向に対向する両電極間に、回転体の固定体に対する相対回転により両電極上を転動して両電極間で電気信号を授受する転動体が配設されており、
上記電極積層体における固定側及び回転側絶縁体の内周縁部及び外周縁部は、上記固定側及び回転側電極よりも径方向に突出していることを特徴とするロータリジョイント。
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