JP4432089B2

JP4432089B2 - スイベルジョイント

Info

Publication number: JP4432089B2
Application number: JP2007129464A
Authority: JP
Inventors: 智一千代; 康嗣鎌田; 久紀小林
Original assignee: Nitta Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nitta Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: RU2463157C2; JP2008284621A; EP2149434B1; KR101409650B1; US20100101358A1; EP2149434A4; CN101687323B; CA2686841C; KR20100015844A; MX2009011775A; ES2392700T3; WO2008143073A1; CN101687323A; AU2008252085B2; AU2008252085A1; BRPI0810279A2; BRPI0810279B1; CA2686841A1; EP2149434A1; US8454258B2

Description

この発明は、産業用ロボットにおいて、ロボット本体に設けられた正逆回転可能な手首部と、手首部の先端に取り付けられた溶接ガンやハンド等の作業用機器側との間に配設され、手首側から作業用機器側への冷却液（例えば水）や作業用油等の流体の伝達を容易に行なわしめるスイベルジョイントに関する。

従来のスイベルジョイントとして、例えば特許文献１の図１および図２に示されるようなスイベルジョイント３０が存在する。このスイベルジョイント３０は内筒３１、中筒３２、外筒３３の３つの部材からなり、それぞれに形成された内筒油路３１１、中筒油路３２１、外筒油路３３１を通って、油圧ポンプからの作動油が各油圧アクチュエータへと供給され、あるいは各アクチュエータからのドレン油がタンクへと流れるものとしている。

具体的には、アクチュエータからのドレン油が、外筒油路３３１の本体部３３１ａを流れて外側環状溝３３１ｃに流入し、次いで中筒油路３２１の連通孔３２１ｃを流れて内側環状溝３２１ｄに流入し、さらに連通孔３１１ｃを流れて内筒油路３１１の本体部３１１ａに流れ、最終的には接続部３１１ｂに繋がれたドレン油路を介してタンクへと送られる。

ここで、上記内側環状溝３２１ｄや外側環状溝３３１ｃには、各環状溝同士の連通およびドレン油の漏れを防止するため、内筒の外周面や中筒の外周面に対する滑り面を有する環状パッキン（Ｏリング）３４、３５が配設されている。

しかしながら、この滑り面や環状パッキンは、環状溝を流れるドレン油が直接触れることとなり、油中のゴミ、不純物、磨耗粉により、滑り面への噛み込みやパッキンの磨耗の促進といった問題を生じさせ、スイベルジョイント自体の寿命を低下させていた。

また、従来のスイベルジョイントでは、スイベルジョイントと作業用機器とは両者のフランジをボルト止めするようにして結合されており、パッキン等の損傷が生じて交換が必要になったときには、ボルトを取り外す作業を介して作業用機器を取り外してからスイベルジョイント自体を取り外し、さらにスイベルジョイントを分解してパッキン等の各種部品を交換しなければならず、その交換作業には非常に手間がかかっていた。
特開平１０−３３２０６５号公報

そこで、この発明は、冷却液や作業用油、ドレン油などの流体伝達経路が流体中のゴミや不純物等の影響を受けず、高いシール性を維持するとともに、交換が必要な場合でも外部から容易に交換可能なスイベルジョイントを提供することを課題とする。

この発明のスイベルジョイントは、産業用ロボットの本体部に設けられた正逆回転可能な軸部を有する手首部と作業用機器との間に配設され、前記手首側と作業用機器側とを繋ぐ流体伝達経路を備えた、スイベルジョイントであって、前記スイベルジョイントは、軸部の回転力が伝達しない態様で手首部に固定された固定壁と、軸部の回転力が伝達し軸部と一体回転する態様で取り付けられた隔壁とを有し、前記流体伝達経路はホースであり、前記ホースは、流体供給用ホースと、流体帰還用ホースからなり、これらのホースは、前記手首部と作業用機器との間において、前記手首部と一体回転する軸部回りに渦巻き状に余裕を持って緩く巻き回され、これらのホースの一端側は前記固定壁に固定され、これらのホースの他端側は前記正逆回転可能な軸部の動きに伴って移動する態様で固定され、前記隔壁の内周部には２箇所の切欠きを含み、前記切欠きの一方は流体供給用ホース用であり、他方は流体帰還用ホース用であり、前記流体供給用ホースは、前記流体供給用ホース用切欠きに通され延設され、前記流体帰還用ホースは、前記流体帰還用ホース用切欠きに通され延設されていることを特徴とする。
或いはこの発明のスイベルジョイントは、産業用ロボットの本体部に設けられた正逆回転可能な軸部を有する手首部と作業用機器との間に配設され、前記手首側と作業用機器側とを繋ぐ複数の流体伝達経路を備えた、スイベルジョイントであって、前記スイベルジョイントは、軸部の回転力が伝達しない態様で手首部に固定された固定壁と、軸部の回転力が伝達し軸部と一体回転する態様で取り付けられた複数の隔壁とを有し、前記流体伝達経路はホースであり、前記ホースは、流体供給用ホースと、流体帰還用ホースからなりこれらのホースは、前記手首部と作業用機器との間において、前記手首部と一体回転する軸部回りに渦巻き状に余裕を持って緩く巻き回され、これらのホースの一端側は前記固定壁に固定され、これらのホースの他端側は前記正逆回転可能な軸部の動きに伴って移動する態様で固定され、前記複数の隔壁は、それぞれの隔壁が一定の間隔を有する態様で設けられ、複数の環状空間を形成しており、前記複数の隔壁のそれぞれ内周部には２箇所の切欠きを含み、前記切欠きの一方は流体供給用ホース用であり、他方は流体帰還用ホース用であり、複数の環状空間のそれぞれには、余裕を持って緩く巻き回された前記ホースがそれぞれ収容されると共に前記流体供給用ホースは、前記流体供給用ホース用切欠きに通され延設され、前記流体帰還用ホースは、前記流体帰還用ホース用切欠きに通され延設されていることを特徴とする。
或いはこの発明のスイベルジョイントは、産業用ロボットの本体部に設けられた正逆回転可能な軸部を有する手首部と作業用機器との間に配設され、前記手首側と作業用機器側とを繋ぐ複数の流体伝達経路を備えた、スイベルジョイントであって、前記スイベルジョイントは、軸部の回転力が伝達しない態様で手首部に固定された固定壁と、軸部の回転力が伝達し軸部と一体回転する態様で取り付けられた複数の隔壁とを有し、前記流体伝達経路はホースであり、前記ホースは、流体供給用ホースと、流体帰還用ホースからなり、これらのホースは、前記手首部と作業用機器との間において、前記手首部と一体回転する軸部回りに渦巻き状に余裕を持って緩く巻き回され、これらのホースの一端側は前記固定壁に固定され、これらのホースの他端側は前記正逆回転可能な軸部の動きに伴って移動する態様で固定され、前記複数の隔壁は、それぞれの隔壁が一定の間隔を有する態様で設けられ、複数の環状空間を形成しており、前記複数の隔壁のそれぞれ内周部には２箇所の切欠きを含み、前記切欠きの一方は流体供給用ホース用であり、他方は流体帰還用ホース用であり、複数の環状空間のそれぞれには、余裕を持って緩く巻き回された前記ホースがそれぞれ収容されると共に前記流体供給用ホースは、前記流体供給用ホース用切欠きに通され延設され、前記流体帰還用ホースは、前記流体帰還用ホース用切欠きに通され延設され、
複数本の前記流体供給用ホースのそれぞれ、並びに複数本の前記流体帰還用ホースのそれぞれは、各ホースが単一種類の流体を伝達することを特徴とする。

なお、上記スイベルジョイントにおいて、ホースが手首側から作業用機器側へと流体を供給する流体供給用ホースと、作業用機器側から手首側へと流体を帰還させる流体帰還用ホースとからなるものとしてもよい。

また、上記いずれかのスイベルジョイントにおいて、ホースが、前記軸部と一体回転するように取り付けられた隔壁によって支持されているものとしてもよい。

この発明のスイベルジョイントは、上述したように、冷却液や作業用油、ドレン油などの流体伝達経路がホースにより形成されているため、高いシール性を有するとともに、ホース内を流れる流体が回転軸などに直接触れることもなく、液中のゴミや不純物等の影響を受けずにホース内を円滑に流れることができ、ホースの交換が必要な場合でも外部から容易に交換することができる。

以下に、この発明のスイベルジョイントを実施するための最良の形態としての実施例について図面に従って詳細に説明する。

図１はスイベルジョイントの一部断面図、図２はスイベルジョイントの一部断面斜視図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は図１のＢ−Ｂ断面図、図５はホース２、３が作業用機器に接続された状態を示す斜視図、図６はホースの径変化を示す説明図である。

〔スイベルジョイントの全体構成について〕
このスイベルジョイントは、図１および図２に示すように、産業用ロボットの手首部Ｗを構成する回転軸Ｗ１と一体回転可能に接続される回転部１の外周回りに渦巻き状に余裕を持って緩く巻き回される複数のホース２、３と、前記複数のホース２、３を多段に収容可能とする複数の隔壁４と、隔壁４の外周部において前記ホース２、３の一端側を回転不能に固定する固定壁５とを備える。

なお、前記スイベルジョイントは、図示しないが、手首部Ｗを構成する固定部Ｗ２と回転部１との間に、ロボット本体側から作業用機器に電力を供給できるよう円盤型スリップリングとブラシからなる電力供給手段を備えるものとしてもよい。

また、前記回転部１の先端には、図５に示すように、ロボットハンドや溶接ガンなどの作業用機器が取り付けられる。

ここで、この実施例１における回転部１の回転（手首部Ｗの回転軸Ｗ１の回転）は、正逆回転及び回動を含む概念である。

〔ホース２、３、隔壁４、固定壁５について〕
ホース２、３は、図１および図２に示すように、ロボット本体側から作業用機器側へと冷却液（例えば、水）や作業用油等の流体を供給する三本の流体供給用ホース２と、作業用機器において加熱された冷却液やドレン油等を作業用機器側からロボット本体側に帰還させる三本の流体帰還用ホース３の二種類からなる。前記ホース２、３はチューブとしてもよく、樹脂やゴム、金属管など可撓性を有する部材で形成され、その内部を流体が流れるものとしている。

隔壁４は、七枚のドーナツ状の金属板からなり、それぞれの隔壁４を回転部１周りに互いに間隔を設けて取り付けて六つの環状空間を形成し、この環状空間内にホース２、３をそれぞれ収容するものとしている。環状空間内は、ホース２、３を渦巻状に緩く巻いた状態での回転部１の回転動作に伴うホースの径変化や移動を許容する程度のスペースを有するものとしている。また、隔壁４は、図１に示すように、その内周側においてネジなどの固定手段によって回転部１に固定されているため、回転部１と共に回転可能となっている。さらに、各隔壁４の内周部には１８０°間隔で二つの切り欠き溝６が設けてあり、回転部１に巻き回されたホース２、３の他端側はこの切欠き溝６を介して回転部１の下流側に接続された作業用機器へと導かれることとなる。

固定壁５は、前記複数の隔壁４の外周回りをおよそ半周に渡って覆うように形成された金属製の部材であって、手首部Ｗを構成する固定部Ｗ２などに固定されて、回転部１に対して回転不能となっている。また、固定壁５には三個一組で合計六個のＬ字型管継手７が１８０°間隔で取り付けられており、ロボット本体側から延設されてきたホース２、３の一端側がＬ字型管継手７を介して回転部１に巻き回されることとなる。このとき、固定壁５が隔壁４の外周回りのおよそ半周分だけを覆うように形成したものとしているため（固定壁５が存在しない部分によって開口部が形成されているため）、当該開口部からホース２、３を容易に隔壁４が形成する前記環状空間へ導入することができ、回転部１への渦巻き状の巻き回しも当該開口部を介して容易に行なうことができる。つまり、ホース２、３の取り付け及び交換作業が容易に行なわれる。

〔ホース２、３の配線について〕
流体供給用ホース２と帰還用ホース３は、図１に示すように、それぞれ三本を一束として纏められた状態でロボット本体側からアームを経て、手首部Ｗまで延設され、手首部Ｗ付近において一旦クランプされた後、供給用ホース２は一方側（図１における左側）の固定壁５のＬ字型管継手７へ、また帰還用ホース３は他方側（図１における右側）の固定壁５のＬ字型管継手７へと分岐される。その後、ホース２、３はＬ字型管継手７において固定されると共に隔壁４に対して略水平となるよう方向転換し、隔壁４が形成する前記環状空間へと導入される。なお、供給用ホース２と帰還用ホース３とは、多段の環状空間内に交互に収容されるものとしている。

環状空間内への導入側において固定された流体供給用ホース２は、図３に示すように、回転部１に対して時計回りに渦巻き状に緩く巻き回された後、隔壁４の内周部に設けられた一方の切欠き溝７（図３における右側の切欠き溝）を通って回転部１の下流側に接続された作業用機器に延設される。

これに対し、環状空間内への導入側において固定された帰還用ホース３は、図４に示すように、回転部１に対して反時計回りに渦巻き状に緩く巻き回された後、隔壁４の内周部に設けられた他方の切欠き溝７（図４における左側の切欠き溝）を通って回転部１の下流側に接続された作業用機器に延設される。

最終的に本実施例では、図５に示すように、三本の流体供給用ホース２と三本の帰還用ホース３とは、作業用機器を構成するトランスＴ、上側チップＣ１、下側チップＣ２にそれぞれ接続され、冷却液等をロボット本体側からこれら作業用機器を構成する部材へと供給し、さらに作業用機器側からロボット本体側へと帰還させる循環路を形成している。

なお、ホース２、３は回転部１に対する巻き回しの長さや巻き回し方（緩く巻くか強く巻くか）によって、±３６０°以上の回転にも対応可能となる。

〔スイベルジョイントの使用状態について〕
図６（ａ）に示すように、スイベルジョイントの回転部１が時計回りに回転を開始すると、回転部１と一体回転するよう固定された隔壁４も同時に回転を始めるため、一方側が固定壁５のＬ字型管継手７に固定され、他方側が隔壁４の切欠き溝６に挿入された供給用ホース２は、回転部１の回転動作に伴って移動し、回転部１回りに緩く巻き回されていた渦巻き状の径が小さくなるようにその巻き付けが強く絞られていく。

逆に、図６（ｂ）に示すように、スイベルジョイントの回転部１が反時計回りに回転を開始すると、回転部１回りに強く絞られた態様で巻き回されたホース２は、回転部１の回転動作に伴って移動し、渦巻き状の径が大きくなるようにその巻き付けが緩くなっていく。

なお、帰還用ホース３は、供給用ホース２とは逆巻き（反時計回り）に回転部１に巻き回されているため、供給用ホース２が「絞り」方向に回転する場合には帰還用ホース３は回転軸により中心側から押し広げられるように緩められ、供給用ホース２が「緩む」方向に回転する場合には帰還用ホース３は回転軸により中心側に巻き込むように絞られる。

〔このスイベルジョイントの優れた点について〕
このスイベルジョイントでは、回転部１の回転に伴いホース２、３の渦巻き径が変化するようにしているため、ホースが捩じれたり、絡まることがなく手首側から作業用機器側あるいは作業用機器側から手首側へとホース２、３の配線をスムーズに行なうことができる。

また、このスイベルジョイントは、ホース２、３と隔壁４、固定壁５、Ｌ字型管継手７とから構成されているが、各構成部材の加工、製作は比較的容易にでき、低コストである。

さらに、流体がホース内を流れるものとし、回転部１の回転に伴うホースの摺動面（ホースの外周面）が液体に直接触れることがないため、液体中に不純物等があった場合でもその影響を受けず、長寿命化が可能である。

さらにまた、ホースは回転部１に渦巻き状に巻き回されているに過ぎないため、構造が簡単であり、作業用機器をスイベルジョイントから取り外すことなく、またスイベルジョイント自体を分解することなく、ホースを容易に交換できる。

〔他の実施例について〕
前記固定壁５の開口部を覆うような態様の取り外し可能な保護カバーを設けても良い。これにより溶接ガンなどの作業用機器の作業時に発生するスパッタ（溶接時に飛び散る溶融鉄粉）などによるホース２、３の損傷を防ぐことができる。

また、各隔壁４やホース２、３にグリース（潤滑油）やワックスなどを塗布することにより、ホース２、３の環状空間内での回転動作時における径変化や摺動をスムーズに行なわせるようにしてもよい。これにより摩擦によるホースの損傷や劣化を抑え、耐用年数を向上させることができる。

さらに、上記実施例においては、ホース２、３の一端を隔壁４の切欠き溝６に挿入して回転部１と共に回転可能としたが、これに限られず、回転部１の回転に追随できるものであれば、回転部１の内側に中空部および回転部１の外周壁から当該中空部へと続く孔を設け、ホース２、３を回転部１の内側に導入させる構成とすることもできる。

この発明のスイベルジョイントの一部断面図である。この発明のスイベルジョイントの一部断面斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。ホースが作業用機器に接続された状態を示す斜視図である。ホースの径変化を示す説明図である。

符号の説明

１回転部
２流体供給用ホース
３流体帰還用ホース
４隔壁
５固定壁
６切欠き溝
７Ｌ字型管継手

Claims

産業用ロボットの本体部に設けられた正逆回転可能な軸部を有する手首部と作業用機器との間に配設され、前記手首側と作業用機器側とを繋ぐ流体伝達経路を備えた、スイベルジョイントであって、前記スイベルジョイントは、軸部の回転力が伝達しない態様で手首部に固定された固定壁と、軸部の回転力が伝達し軸部と一体回転する態様で取り付けられた隔壁とを有し、前記流体伝達経路はホースであり、前記ホースは、流体供給用ホースと、流体帰還用ホースからなり、これらのホースは、前記手首部と作業用機器との間において、前記手首部と一体回転する軸部回りに渦巻き状に余裕を持って緩く巻き回され、これらのホースの一端側は前記固定壁に固定され、これらのホースの他端側は前記正逆回転可能な軸部の動きに伴って移動する態様で固定され、前記隔壁の内周部には２箇所の切欠きを含み、前記切欠きの一方は流体供給用ホース用であり、他方は流体帰還用ホース用であり、前記流体供給用ホースは、前記流体供給用ホース用切欠きに通され延設され、前記流体帰還用ホースは、前記流体帰還用ホース用切欠きに通され延設されていることを特徴とするスイベルジョイント。
産業用ロボットの本体部に設けられた正逆回転可能な軸部を有する手首部と作業用機器との間に配設され、前記手首側と作業用機器側とを繋ぐ複数の流体伝達経路を備えた、スイベルジョイントであって、前記スイベルジョイントは、軸部の回転力が伝達しない態様で手首部に固定された固定壁と、軸部の回転力が伝達し軸部と一体回転する態様で取り付けられた複数の隔壁とを有し、前記流体伝達経路はホースであり、前記ホースは、流体供給用ホースと、流体帰還用ホースからなり、これらのホースは、前記手首部と作業用機器との間において、前記手首部と一体回転する軸部回りに渦巻き状に余裕を持って緩く巻き回され、これらのホースの一端側は前記固定壁に固定され、これらのホースの他端側は前記正逆回転可能な軸部の動きに伴って移動する態様で固定され、前記複数の隔壁は、それぞれの隔壁が一定の間隔を有する態様で設けられ、複数の環状空間を形成しており、前記複数の隔壁のそれぞれ内周部には２箇所の切欠きを含み、前記切欠きの一方は流体供給用ホース用であり、他方は流体帰還用ホース用であり、複数の環状空間のそれぞれには、余裕を持って緩く巻き回された前記ホースがそれぞれ収容されると共に前記流体供給用ホースは、前記流体供給用ホース用切欠きに通され延設され、前記流体帰還用ホースは、前記流体帰還用ホース用切欠きに通され延設されていることを特徴とするスイベルジョイント。
産業用ロボットの本体部に設けられた正逆回転可能な軸部を有する手首部と作業用機器との間に配設され、前記手首側と作業用機器側とを繋ぐ複数の流体伝達経路を備えた、スイベルジョイントであって、前記スイベルジョイントは、軸部の回転力が伝達しない態様で手首部に固定された固定壁と、軸部の回転力が伝達し軸部と一体回転する態様で取り付けられた複数の隔壁とを有し、前記流体伝達経路はホースであり、前記ホースは、流体供給用ホースと、流体帰還用ホースからなり、これらのホースは、前記手首部と作業用機器との間において、前記手首部と一体回転する軸部回りに渦巻き状に余裕を持って緩く巻き回され、これらのホースの一端側は前記固定壁に固定され、これらのホースの他端側は前記正逆回転可能な軸部の動きに伴って移動する態様で固定され、前記複数の隔壁は、それぞれの隔壁が一定の間隔を有する態様で設けられ、複数の環状空間を形成しており、前記複数の隔壁のそれぞれ内周部には２箇所の切欠きを含み、前記切欠きの一方は流体供給用ホース用であり、他方は流体帰還用ホース用であり、複数の環状空間のそれぞれには、余裕を持って緩く巻き回された前記ホースがそれぞれ収容されると共に前記流体供給用ホースは、前記流体供給用ホース用切欠きに通され延設され、前記流体帰還用ホースは、前記流体帰還用ホース用切欠きに通され延設され、複数本の前記流体供給用ホースのそれぞれ、並びに複数本の前記流体帰還用ホースのそれぞれは、各ホースが単一種類の流体を伝達することを特徴とするスイベルジョイント。