JP5064153B2 - 自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、電磁石を用いたロック機構を有する自在継手に係り、更に詳しくは、比較的簡単な構造で、連結される各部材の相対変位を許容する解除状態と、当該相対変位を阻止する固定状態とをワンタッチで切り換えることのできる自在継手に関する。

複数の部材同士を相対変位可能に連結する自在継手の一つとして、ボールジョイントが知られている。このボールジョイントは、一方の部材に繋がる球状体と、当該球状体を回転可能に受容するとともに、他方の部材に繋がる受容体とを備えており、球状体の回転によって、前記各部材の相対姿勢を変化させることができる。ここで、球状体の回転を規制すると、各部材の相対姿勢が固定されるが、当該固定状態を維持する構造としては、ねじによる締め付けを利用したものが知られている。ところが、このような構造では、前記固定状態とその解除状態との切り換えを頻繁に行わなければならない場合、その都度、ねじを緩めて締め付ける作業が必要になり、面倒であるばかりか、迅速な切り換え作業を行うことができない。

ところで、球状体と受容体の接続に磁石を利用したボールジョイントが既に提案されている（特許文献１参照）。このボールジョイントは、前記受容体に配置された磁石による磁力を使って、鉄製の球状体を相対回転可能に保持するようになっており、ボールジョイントの連結対象となる部材自体を交換する際等に、受容体と球状体とを簡単に分離可能にすることを目的としている。
特開平１１−１８２５２９号公報

しかしながら、前記特許文献１のボールジョイントにあっては、球状体の回転を阻止する固定状態と、球状体の回転を許容する解除状態との切り換えを行えるものではなく、常時、当該解除状態となっている。従って、前記固定状態にするには、前述したねじによる締め付け等が必要となり、固定状態と解除状態を頻繁に行う場合の作業の簡易性や迅速性の問題は、依然解決されない。

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、連結対象となる部材間の相対変位を阻止する固定状態と、当該相対変位を許容する解除状態とを簡単に切り換えることができ、しかも、比較的簡単な構造で、構成全体の小型化に寄与することができる自在継手を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、第１の連結体と、当該第１の連結体に対して動作可能な第２の連結体とを備え、当該第１及び第２の連結体にそれぞれ部材を接続することで、当該部材同士を相対変位可能に連結する自在継手において、
前記第２の連結体の動作を許容する解除状態と前記動作を阻止する固定状態とに切り換えるロック機構を備え、
前記ロック機構は、電磁石と、当該電磁石への通電の有無により、前記解除状態と前記固定状態とを切り換え可能に前記第２の連結体に係わるロックユニットとを備える、という構成を採っている。

ここで、前記ロックユニットは、前記電磁石への通電によって第１の磁界を発生可能に配置された電磁石用磁性体と、前記第１の磁界よりも弱い第２の磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、前記第１の磁界が発生すると、当該第１の磁界によって、前記解除状態と前記固定状態の何れか一方の状態にし、前記第１の磁界が発生しないときは、前記第２の磁界によって、前記解除状態と前記固定状態の何れか他方の状態にする、という構成を採っている。

本発明によれば、電磁石の通電の有無により、第２の連結体の動作を許容する解除状態と当該動作を阻止する固定状態とを切り換えるロック機構を備えたから、これら固定状態と解除状態との間をスイッチのＯＮ、ＯＦＦ等、ワンタッチで切り換え可能になる。このため、各連結体に連結される各部材の相対姿勢の固定とその解除を頻繁に行わなければ成らない場合、ねじの締め付けによる従来構造よりも、作業の煩雑性が大幅に解消されて迅速性を格段に向上させることができる。また、油圧・空気圧等のシリンダーのアクチュエータを利用するものではないため、コンプレッサーやポンプ等が不要になって、比較的簡単な構造にし、全体構成の小型化を図ることができ、大型のみならず、小型の自在継手としても十分適用可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る自在継手としてのボールジョイントの概略斜視図が示され、図２には、図１の分解斜視図が示されている。これらの図において、ボールジョイント１０は、例えば、ロボットのアームを構成する第１及び第２の部材１１，１２を相対変位可能に連結するものである。このボールジョイント１０は、図１中右側の第１の部材１１が接続される第１の連結体１４と、当該第１の連結体１４に対して動作可能に配置されるとともに、第２の部材１２が接続される第２の連結体１５と、第１及び第２の連結体１４，１５の相対姿勢の固定及び解除を行うためのロック機構１６（図２参照）と、第１及び第２の連結体１４，１５の一部及びロック機構１６を内部に収容するケース１８とを備えて構成されている。

前記第１の連結体１４は、ケース１８からはみ出るように配置されて第１の部材１１が接続される第１の連結軸２０と、当該第１の連結軸２０に連なるとともに、ケース１８内に収容されて当該ケース１８に固定される固定部２１とを備えている。

前記第２の連結体１５は、ケース１８からはみ出るように配置されて第２の部材１２が接続される第２の連結軸２３と、当該第２の連結軸２３に連なり、ケース１８内に収容される球状体２４とを備えている。

前記ロック機構１６は、第１及び第２の連結体１４，１５の相対変位を許容する解除状態と当該相対変位を阻止する固定状態とに切り換え可能となっている。このロック機構１６は、第１の連結体１４の固定部２１に固定された電磁石２５と、当該電磁石２５への通電の有無により、前記解除状態と前記固定状態とを切り換え可能に第２の連結体１５に係わるロックユニット２７とを備えている。

前記電磁石２５は、ほぼ円柱状をなし、図示省略しているが、電気配線を通じて電気回路に繋がっており、図示しないスイッチのＯＮ、ＯＦＦにより、通電状態と非通電状態とを切り換え可能になっている。

前記ロックユニット２７は、図２及び図３（Ａ）に示されるように、球状体２４と電磁石２５との間に配置されたほぼ円盤状の可動プレート２９と、可動プレート２９の図２中左方に位置して球状体２４を支持する支持プレート３０とにより構成されている。

前記可動プレート２９は、電磁石２５に対向配置された円盤状の電磁石用磁性体３２と、電磁石２５の反対側となる電磁石用磁性体３２の面に固定された円環状の隔離板３３と、隔離板３３の球状体２４側の面に固定された磁石ユニット３５とを備えている。これら電磁石用磁性体３２、隔離板３３及び磁石ユニット３５は、電磁石２５にほぼ一致する外径となっている。

前記電磁石用磁性体３２は、電磁石２５が通電されたときに、当該電磁石２５との間に第１の磁界を発生させるようになっている。

前記隔離板３３は、可動プレート２９と支持プレート３０の間に常に発生する後述の第２の磁界により前記第１の磁界の発生が妨げられないように、各磁界を隔離可能とする材料によって形成されており、本実施形態では樹脂板が用いられている。

前記磁石ユニット３５は、中央に穴が形成された円環状の永久磁石３８と、永久磁石３８の周囲に配置されるとともに、中央に穴が形成された磁性体からなるヨーク３９と、永久磁石３８及びヨーク３９のほぼ中央に埋め込まれた第１のブレーキパッド４０とからなる。

前記永久磁石３８は、支持プレート３０側に表出した状態で、ヨーク３９内に埋め込まれるようになっている。なお、本実施形態の永久磁石３８は、ネオジム磁石が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。

前記第１のブレーキパッド４０は、隔離板３３、永久磁石３８及びヨーク３９のそれぞれ中央に形成された穴内に脱落不能に嵌め込まれている。また、第１のブレーキパッド４０には、球状体２４の図２中右端側の曲面領域（以下、「頭部」と称する。）がほぼぴったりと当接可能となる形状の凹部４２が形成されており、後述するように、球状体２４が当接したときに、球状体２４の回転動作を規制可能となっている。

前記支持プレート３０は、ケース１８に固定されており、球状体２４が嵌め込まれる貫通穴３０Ａを中央に有するほぼドーナツ状の形状をなす。ここで、貫通穴３０Ａは、球状体２４を回転可能に保持できる形状及びサイズとなっている。また、この支持プレート３０は、全体的に可動プレート２９にほぼ一致する外径に設けられており、可動プレート２９側に配置された永久磁石用磁性体４４と、その反対側に配置され、第１のブレーキパッド４２とともに球状体２４の回転動作を規制する第２のブレーキパッド４５とにより構成されている。

前記永久磁石用磁性体４４は、相対配置された永久磁石３８との間で、前記第１の磁界よりも弱い第２の磁界を発生させる。従って、永久磁石３８及び永久磁石用磁性体４４は、第２の磁界を発生させる磁界発生手段を構成する。

以上の構成により、電磁石２５及び支持プレート３０は、ケース１８内で所定の空間を隔てて固定される一方、可動プレート２９は、前記空間内で移動可能に配置されることになり、後述するように、前記第１の磁界の発生の有無により、球状体２４に離間接近可能に係わるようになっている。

次に、前記ボールジョイント１０の切り換え動作について説明する。

図示しないスイッチがＯＦＦの状態、すなわち、電磁石２５の非通電状態では、電磁石２５と電磁石用磁性体３２との間に第１の磁界が発生せずに、永久磁石３８と永久磁石用磁性体４４との間の第２の磁界のみが発生している。このため、図３（Ｂ）に示されるように、当該第２の磁界により、永久磁石３８が永久磁石用磁性体４４に引き寄せられ、可動プレート２９は、支持プレート３０側に移動して、これら各プレート２９，３０が当接する。このとき、第１のブレーキパッド４０で球状体２４の頭部が押し付けられながら、球状体２４の外面が第２のブレーキパッド４５の貫通穴３０Ａの内面に押し付けられる。従って、これらの押し付け動作により、球状体２４と各ブレーキパッド４０，４５との間に発生する摩擦力で球状体２４の回転動作が阻止されることになり、第２の連結体１５の動作を阻止する固定状態となる。

一方、図示しないスイッチがＯＮの状態、すなわち、電磁石２５の通電状態では、前記第２の磁界と、当該第２の磁界よりも大きな前記第１の磁界とが共に発生することになり、永久磁石３８を永久磁石用磁性体４４に引き寄せる磁力よりも、その反対側の電磁石用磁性体３２を電磁石２５に引き寄せる磁力の方が大きくなる。従って、図３（Ａ）に示されるように、可動プレート２９は、支持プレート３０から離れて電磁石２５側に移動し、これに伴い、第１のブレーキパッド４０が球状体２４から離れ、当該球状体２４の押さえが無くなる。これによって、球状体２４の回転運動が自在に行える状態となり、第２の連結体１５は、貫通穴３０Ａに支持された状態でピボット運動が可能になり、当該動作を許容する解除状態となる。

そして、前記スイッチをＯＮにしながら、第２の連結体１５を動作させ、第１及び第２の連結軸２０，２３が所望の相対姿勢になったところで、前記スイッチをＯＦＦにすると、前記固定状態となって、前記相対姿勢が固定される。そして、再び、前記スイッチをＯＮにすると、前記解除状態となって、第２の連結体１５の動作が可能になる。

以上において、電磁石２５に繋がる図示しない電気回路に、時間差切り換え回路を組み込むとよい。つまり、ここでの時間差切り換え回路は、起動時に、永久磁石３８と永久磁石用磁性体４４の結合状態を解消する大きな力が必要であることから高電圧を印加可能にし、起動から一定時間が経過して結合状態が解消されると、電磁石２５と永久磁石用磁性体３２との結合状態を維持できる程度に抑制した電圧を印加可能になっている。これにより、エネルギー利用の効率化を促進するとともに、電磁石２５への負荷を最小限に抑えることができる。

従って、このような実施形態によれば、電磁石２５への通電を許容するスイッチのＯＮ、ＯＦＦにより、第２の連結体１５の動作の許容及び阻止を簡単に切り換えることができる。また、当該切り換えが電磁石２５による磁力を使ったものであり、油圧や空気圧によって作動するシリンダー等のアクチュエータを使ったものでないため、当該アクチュエータに付随して配置される大掛かりなエアコンプレッサやポンプ等が不要になり、比較的簡単な構造で全体の小型化を図ることができる。

なお、前記実施形態では、ボールジョイント１０への適用例を図示説明したが、本発明はこれに限らず、ユニバーサルジョイント等の他の自在継手にも、同様のロック機構１６を適用することができる。

また、本発明における各構成要素の配置や構造等は、前記実施形態のものに限定されるものではなく、電磁石２５への通電による第１の磁界の発生によって、前記解除状態と前記固定状態の何れか一方の状態にし、前記第１の磁界が発生しないときは、常時発生している前記第２の磁界によって、前記解除状態と前記固定状態の何れか他方の状態にする構成であれば何でも良い。

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

本実施形態に係るボールジョイントの概略斜視図。 図１の概略分解斜視図。 （Ａ）は、電磁石の通電時におけるカバー内部の状態を表す一部断面概略側面図であり、（Ｂ）は、電磁石の非通電時における（Ａ）と同様の一部断面概略側面図である。

符号の説明

１０ ボールジョイント（自在継手）
１１ 第１の部材
１２ 第２の部材
１４ 第１の連結体
１５ 第２の連結体
１６ ロック機構
２５ 電磁石
２７ ロックユニット
３２ 電磁石用磁性体
３８ 永久磁石（磁界発生手段）
４４ 永久磁石用磁性体（磁界発生手段）

Claims (2)

1. 第１の連結体と、当該第１の連結体に対して動作可能な第２の連結体とを備え、当該第１及び第２の連結体にそれぞれ部材を接続することで、当該部材同士を相対変位可能に連結する自在継手において、
   前記第２の連結体の動作を許容する解除状態と前記動作を阻止する固定状態とに切り換えるロック機構を備え、
   前記ロック機構は、電磁石と、当該電磁石への通電の有無により、前記解除状態と前記固定状態とを切り換え可能に前記第２の連結体に係わるロックユニットとを備え、
   前記ロックユニットは、前記電磁石への通電によって第１の磁界を発生可能に配置された電磁石用磁性体と、前記第１の磁界よりも弱い第２の磁界を常時発生させる磁界発生手段とを備え、前記第１の磁界が発生すると、当該第１の磁界によって、前記解除状態と前記固定状態の何れか一方の状態にし、前記第１の磁界が発生しないときは、前記第２の磁界によって、前記解除状態と前記固定状態の何れか他方の状態にすることを特徴とする自在継手。
2. 前記ロックユニットは、前記第２の連結体と前記電磁石との間に配置された可動プレートと、前記第２の連結体を支持する支持プレートとにより構成され、
   前記電磁石用磁性体は、前記電磁石に対向するように前記可動プレートに配置され、前記電磁石との間に前記第１の磁界を発生可能に設けられ、
   前記磁界発生手段は、前記可動プレートと前記支持プレートとの間に前記第２の磁界を発生可能に設けられ、
   前記可動プレートは、前記第１の磁界の発生の有無により、前記第２の連結体に離間接近し、前記解除状態と前記固定状態を切り換えることを特徴とする請求項１記載の自在継手。

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