JP6374471B2

JP6374471B2 - 結合構造

Info

Publication number: JP6374471B2
Application number: JP2016230676A
Authority: JP
Inventors: 一隆中山; 健一郎安部; 昌宏森岡
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2036-11-28
Also published as: US10618185B2; JP2018086698A; DE102017127261A1; CN108115721B; CN108115721A; US20180147734A1

Description

本発明は、互いに向き合うように配置された２つの壁を有するロボット用のリンク部材の一方の壁の外面に被結合部材が接触するように、リンク部材と被結合部材とを結合する結合構造に関し、例えば、前記２つの壁が減速機出力軸のリンク取付面に平行なリンク部材と被結合部材とを結合する結合構造に関する。

この種の結合構造として、互いに向かい合うように配置された第１の壁および第２の壁と、第１の壁と第２の壁とを連結する一対の連結壁とを有する断面矩形状の中空状のリンク部材の一端側と、減速機の出力軸とを結合するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。当該構造では、リンク部材の第１の壁の外側面に減速機の出力軸が面接触するように、リンク部材と減速機の出力軸とが結合される。また、当該結合構造は、中空状のリンク部材内の空間を配管および配線の配置に利用するものである。

また、中空状のリンク部材の内部を配管および配線の配置に利用することを開示する他の文献も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、モータ等のアクチュエータの出力軸にアームを接続する接続部材であって、アクチュエータの出力軸に固定される板状の主部材と、主部材の端部に設けられた孔部の周縁に接続されたリング状の副部材とを有するものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００６−１６７８６３号公報特開平０７−３２８９８２号公報特開２０１４−２２６７３８号公報

前記結合構造では、中空状のリンク部材の一端側の第１の壁に減速機の出力軸を面接触させた状態で、第１の壁を減速機の出力軸にボルトにより固定し、これによりリンク部材と減速機の出力軸とが結合されている。
この構造では、リンク部材に減速機から回転力を入力すると、当該力が最初にリンク部材の第１の壁に入力された後、当該力が第１の壁から一対の連結壁および第２の壁に伝達される。

つまり、リンク部材の第１の壁だけが減速機の出力軸からの力を直接受け、その他の壁は従属的に力を受ける。このため、リンク部材に大きな力が加わる場合に、当該力が前記第１の壁に集中し易く、リンク部材の一端側で第１の壁に対して第２の壁が変位するように一対の連結壁が撓む場合もある。
なお、前記他の文献には、中空状部材を被結合部材に結合する具体的な結合構造は開示されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、互いに向き合うように配置された２つの壁を有するロボット用のリンク部材の一方の壁に被結合部材を結合する上で、負荷に対するリンク部材の変形を低減することができる結合構造の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様の結合構造は、所定方向に延設された第１の壁と、該第１の壁とその厚さ方向に間隔をおいて向かい合うように前記所定方向に延設された第２の壁と、前記所定方向に延設され、前記第１の壁と前記第２の壁とを連結する連結壁とを有するロボット用のリンク部材と、該リンク部材の前記第１の壁における前記第２の壁と反対側の面に接触する被結合部材とを結合する結合構造であって、前記第２の壁および前記第１の壁を貫通し、頭部が前記第２の壁に当接すると共にねじ部が前記被結合部材に螺合するボルトと、前記第１の壁と前記第２の壁との間における前記ボルトの近傍に配置され、前記ボルトを締付けることにより前記第１の壁と前記第２の壁との間に挟まれ、これにより前記第１の壁および前記第２の壁の互いに近づく方向への変形を防止又は抑制する変形防止部材とを備えている。

当該態様では、ボルトを締付けると、ボルトの近傍に配置された変形防止部材が第１の壁と第２の壁との間に挟まれると共に、変形防止部材が挟まれることにより第１の壁および第２の壁の互いに近づく方向への変形が防止又は抑制されるので、ボルトの軸力が第１の壁および第２の壁の両方に加わる。このため、被結合部材からリンク部材に力が伝達される際や、リンク部材から被結合部材に力が伝達される際に、第１の壁と被結合部材との間の力の伝達が行われると共に、第２の壁と被結合部材との間でも変形防止部材を介して力の伝達が行われる。

即ち、リンク部材と被結合部材との間の力の伝達によってリンク部材に負荷が加わる際に、リンク部材の変形を低減することができる。
また、ボルトの頭が第２の壁に当接するので、ボルトの締付作業を容易に行うことができる。

上記態様において、前記リンク部材が押出成形で製造された断面矩形状の筒状部材から成ることが好ましい。
この場合、筒状部材を所定長さに切断してリンク部材を形成すると共に、リンク部材の第１および第２の壁にボルトを挿通するための孔を設け、リンク部材内に変形防止部材を配置した状態でボルトを被結合部材に締付けることにより、リンク部材を被結合部材に結合することができる。押出成形で製造された筒状部材は軽量であると共に高剛性を有し、さらに安価である。このため、当該構成は軽量且つ安価なロボットを製造する上で有利である。

上記態様において、配管および／又は配線を固定するために前記リンク部材における前記第１の壁と前記第２の壁との間の空間内のいずれかの面に取付けられた固定部材をさらに備えていてもよい。この場合、リンク部材が動いた際のリンク部材と配管や配線との相対移動が効果的に抑制され、配管や配線の破損を防止する上で有利である。固定部材はプラスチック製の結束バンドであってもよい。

上記態様において、前記リンク部材の材質よりも軟らかい材質から成り、前記リンク部材の外面の少なくとも一部を覆うカバー材をさらに備えていてもよい。
この場合、カバー材で覆われた部分はリンク部材よりも軟らかい表面を有することになり、カバー材の選択により外観も調整することができる。

上記態様において、前記リンク部材の材質がアルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。また、上記態様において、前記リンク部材の材質がプラスチックであってもよい。これらの構造は、強度を維持しながらリンク部材の軽量化を図る上で有利である。

本発明によれば、互いに向き合うように配置された２つの壁を有するロボット用のリンク部材の一方の壁に被結合部材を結合する上で、負荷に対するリンク部材の変形を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る結合構造を用いて結合されたリンク部材および被結合部材の要部斜視図である。本実施形態の結合構造を用いて結合されたリンク部材および被結合部材の平面図である。図２におけるIII−III線断面図である。本実施形態の結合構造を用いて結合されたリンク部材および被結合部材の平面図である。図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。本実施形態の第１の変形例の結合構造に用いられる変形防止部材の斜視図である。本実施形態の第１の変形例の結合構造により結合されるリンク部材および被結合部材の要部斜視図である。本実施形態の第２の変形例の結合構造を用いて結合されたリンク部材および被結合部材の要部斜視図である。本実施形態の第３の変形例の結合構造を用いて結合されたリンク部材および被結合部材の要部斜視図である。本実施形態の第４の変形例の結合構造に用いるリンク部材の斜視図である。本実施形態の第５の変形例の結合構造に用いるリンク部材の斜視図である。

本発明の一実施形態に係る結合構造を図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の結合構造は、図２において、リンク部材１０の長手方向の一端側と被結合部材２０とを結合すると共に、リンク部材１０の長手方向の他端側と被結合部材３０とを結合するものである。リンク部材１０はアルミニウム、アルミニウム合金等の金属から成り、押出成形により製造された断面矩形状の筒状部材である。

リンク部材１０は、図１、図５等に示すように、前記長手方向に延設されて被結合部材２０および被結合部材３０に接触する下側壁１１と、下側壁１１とその厚さ方向に間隔をおいて向かい合うように前記長手方向に延設された上側壁１２と、下側壁１１と上側壁１２とを連結する一対の連結壁１３とを有する。

本実施形態では、被結合部材２０はモータ等のアクチュエータにより駆動される減速機の出力軸であり、被結合部材３０はスライダ等の被駆動部材に回転可能に取付けられた被駆動軸である。すなわち、リンク部材１０および被結合部材２０，３０はロボットの一部を成し、アクチュエータの作動により被結合部材２０が回転すると、当該回転力がリンク部材１０に伝達されてリンク部材１０が被結合部材２０の中心軸２０ａ周りに回転し、リンク部材１０の回転に応じて被結合部材３０と共に被駆動部材が移動する。この時、被駆動部材は被結合部材３０に対してその中心軸３０ａ周りに回転するように構成されていてもよい。

なお、被結合部材３０がアクチュエータにより駆動される減速機の出力軸であってもよい。一方、被結合部材２０と被結合部材３０の両方が被駆動部材に回転可能に取付けられた被駆動軸であってもよい。

リンク部材１０の一端側と被結合部材２０とを結合する結合構造は、図１〜図３に示すように、上側壁１２および下側壁１１を板厚方向に貫通し、頭部４１が上側壁１２にリンク部材１０の外側から当接すると共にねじ部４２が被結合部材２０の雌ねじ穴２１に螺合する複数のボルト４０と、上側壁１２と下側壁１１との間に配置され、複数のボルト４０がそれぞれ挿通する複数の変形防止部材５０とを有する。

リンク部材１０の他端側と被結合部材３０とを結合する結合構造も、上側壁１２および下側壁１１を板厚方向に貫通し、頭部４１が上側壁１２にリンク部材１０の外側から当接すると共にねじ部４２が被結合部材３０の雌ねじ穴３１に螺合する複数のボルト４０と、上側壁１２と下側壁１１との間に配置され、複数のボルト４０がそれぞれ挿通する複数の変形防止部材５０とを有する。

各変形防止部材５０は金属製の筒状部材（本実施形態では円筒状部材）である。このため、金属製の筒状部材を所定長さに切断するだけで、変形防止部材５０を安価に製造できる。雌ねじ穴２１，３１に螺合したボルト４０を締付けると、ボルト４０の軸力により上側壁１２と下側壁１１とが近付くようにリンク部材１０が少し変形し、これにより上側壁１２と下側壁１１との間に変形防止部材５０の少なくとも一部が挟まれる。この状態で、各ボルト４０の締付が行われ、リンク部材１０の一端側と被結合部材２０とが結合されると共に、リンク部材１０の他端側と被結合部材３０とが結合される。

図５に示すように、リンク部材１０内にはアクチュエータ用の配管および配線１４が配置され、配管および配線１４は固定部材１５によりリンク部材１０の内周面における例えば下側壁１１に固定されている。一例として、固定部材１５の長手方向の中央側と下側壁１１との間に配管および配線１４が挟まれ、固定部材１５の長手方向の両端が下側壁１１にねじ部品等の締結部材により固定される。

本実施形態では、リンク部材１０の長手方向の一端側における変形防止部材５０の近傍に固定部材１５が設けられ、リンク部材１０の長手方向の他端側における変形防止部材５０の近傍にも固定部材１５が設けられている。各固定部材１５がリンク部材１０の端から近い位置で下側壁１１に固定されるので、その固定作業を容易に行うことができる。
この際、上側壁１２に前記固定部材１５の固定作業を容易にするための穴を設けても良い。

また、図４および図５に示すように、リンク部材１０の外面はカバー材６０により覆われている。カバー材６０は複数のカバー部品６１を有し、各カバー部品６１は、下側壁１１にリンク部材１０の外側から接触する下側壁カバー部６１ａと、上側壁１２にリンク部材１０の外側から接触する上側壁カバー部６１ｂと、下側壁カバー部６１ａと上側壁カバー部６１ｂとを連結する連結壁カバー部６１ｃとを有する。各カバー部品６１はプラスチックや、ゴムや発泡ゴム等のゴム状弾性を有する材料から成る。本実施形態では、リンク部材１０の外面の被結合部材２０，３０との接触面以外の大部分はカバー材６０により覆われている。
もちろん、カバー材６０の構成は、上記のものに限定されるものではなく、対称に配置されてそれぞれリンク部材１０の外面を覆う同形状の２つの部品を用いた構成などであっても良い。

本実施形態によれば、ボルト４０を締付けると、ボルト４０の近傍に配置された変形防止部材５０が下側壁１１（第１の壁）と上側壁１２（第２の壁）との間に挟まれると共に、変形防止部材５０が挟まれることにより下側壁１１および上側壁１２の互いに近づく方向への変形が防止又は抑制されるので、各ボルト４０の軸力が下側壁１１および上側壁１２の両方に加わる。

このため、被結合部材２０からリンク部材１０に力が伝達される際や、リンク部材１０から被結合部材３０に力が伝達される際に、下側壁１１と被結合部材２０，３０との間の力の伝達が行われると共に、上側壁１２と被結合部材２０，３０との間でも変形防止部材５０を介して力の伝達が行われる。即ち、リンク部材１０と被結合部材２０，３０との間の力の伝達によってリンク部材１０に負荷が加わる際に、リンク部材１０の変形を低減することができる。また、ボルト４０の頭部４１が上側壁１２に当接するので、ボルト４０の締付作業を容易に行うことができる。

また、リンク部材１０は押出成形で製造された断面矩形状の筒状部材であるから、筒状部材を所定長さに切断して成るリンク部材１０の上側壁１２および下側壁１１にボルト４０を挿通するための孔１１ａ，１２ａを設け、リンク部材１０内に変形防止部材５０を配置した上でボルト４０を被結合部材２０，３０に締付けることにより、リンク部材１０を被結合部材２０，３０に結合することができる。

また、配管および配線１４が固定部材１５によりリンク部材１０の内周面に固定されているので、リンク部材１０がアクチュエータにより動いた際のリンク部材１０と配管および配線１４との相対移動が効果的に抑制され、配管および配線１４の破損を防止する上で有利である。なお、固定部材１５はプラスチック製の結束バンドであってもよい。結束バンドの場合、下側壁１１に２つの孔が設けられるとともに、該２つの孔を結束バンドが挿通した状態で、配管および配線１４が結束バンドにより軽く締付けられる。

また、リンク部材１０の外面はリンク部材１０の材質よりも軟らかい材質から成るカバー材６０により覆われている。このため、カバー材６０で覆われた部分はリンク部材１０よりも軟らかい表面を有することになり、カバー材６０の色、形状等の選択により外観も調整することができる。

また、リンク部材１０はアルミニウム又はアルミニウム合金から成るので、強度を維持しながらリンク部材１０の軽量化を図る上で有利である。
なお、前記実施形態では１本のボルト４０が挿通する変形防止部材５０を示したが、図６および図７に示すように、変形防止部材５０の代わりに複数本のボルト４０が挿通する変形防止部材５１を用いることも可能である。この場合でも変形防止部材５０を用いる場合と同様の作用効果を奏する。なお、複数の変形防止部材５１の間に形成される隙間を配管および配線１４が挿通するスペースとして利用することができる。

また、前記実施形態では断面矩形状の筒状部材から成るリンク部材１０を用いるものを示したが、図８に示すように、リンク部材１０の代わりに押出成形により製造された断面Ｈ字形状のリンク部材７０を用いることも可能である。この場合、リンク部材７０は、被結合部材２０および被結合部材３０に面接触する下側壁７１と、下側壁７１とその厚さ方向に間隔をおいて向かい合うように前記長手方向に延設された上側壁７２と、下側壁７１と上側壁７２とを連結する連結壁７３とを有する。

さらに、リンク部材１０，７０の代わりに、図９に示すように、押出成形により製造された断面略Ｕ字形状のリンク部材８０を用いることも可能である。この場合、リンク部材８０は、被結合部材２０および被結合部材３０に面接触する下側壁８１と、下側壁８１とその厚さ方向に間隔をおいて向かい合うように前記長手方向に延設された上側壁８２と、下側壁８１と上側壁８２とを連結する連結壁８３とを有する。

これらの場合でも、雌ねじ穴２１，３１に螺合したボルト４０を締付けると、ボルト４０の軸力により上側壁７２，８２と下側壁７１，８１とが近付くようにリンク部材７０，８０が少し変形し、これにより上側壁７２，８２と下側壁７１，８１との間に各変形防止部材５０が挟まれる。この状態で、各ボルト４０の締付が行われ、リンク部材７０，８０の一端側と被結合部材２０とが結合されると共に、リンク部材７０，８０の他端側と被結合部材３０とが結合される。

このように断面Ｈ字形状又は断面略Ｕ字形状のリンク部材７０，８０を用いることも可能であるが、ロボットの強度や耐久性を考慮すると、リンク部材１０のように上側壁と下側壁とを有する筒状部材から成るリンク部材を用いることが好ましい。
また、固定部材１５は、図８や図９に示す断面Ｈ字形状や断面略Ｕ字形状のリンク部材形状であっても、リンク部材７０，８０の内面側、例えば、下側壁７１と上側壁７２との間の空間内の何れかの面や下側壁８１と上側壁８２との間の空間内の何れかの面に固定することで同様の効果を奏することを理解できるであろう。
カバー材６０についても同様に、図８や図９に示す断面Ｈ字形状や断面略Ｕ字形状のリンク部材形状であっても、カバー材６０で覆われた構造とすることも可能であることを理解できるであろう。

なお、本実施形態では、リンク部材１０，７０，８０がアルミニウム、アルミニウム合金等から成るものを示した。これに対し、リンク部材１０，７０，８０を鉄、銅合金等の他の金属材料を用いて押出成形により製造した筒状部材から形成してもよい。
また、プラスチックから成るリンク部材１０，７０，８０を用いてもよい。この場合、引張強度が４９ＭＰａ以上であるプラスチック、例えばエンジニアプラスチック、スーパーエンジニアプラスチックと称されるプラスチックを用いることが好ましい。

また、変形防止部材５０，５１をプラスチックや、プラスチックと金属との結合部品から構成することも可能である。この場合も、引張強度が４９ＭＰａ以上であるプラスチック、例えばエンジニアプラスチック、スーパーエンジニアプラスチックと称されるプラスチックを用いることが好ましい。さらに、変形防止部材５０，５１をプラスチックの押出成形により形成することも可能である。この構成でも、ボルト４０を締付けた際の上側壁１２，７２，８２と下側壁１１，７１，８１の互いに近づく方向への変形が防止又は抑制されれば、上記と同様の作用効果を奏し得る。

なお、被結合部材３０が上側壁１２，７２，８２に接触するとともに、ボルト４０の頭部４１が下側壁１１，７１，８１に当接するように、リンク部材１０の他端側に被結合部材３０を結合することも可能である。この場合、上側壁１２，７２，８２が第１の壁として機能し、下側壁１１，７１，８１が第２の壁として機能する。同様に、被結合部材３０が一方の連結壁１３に接触するとともに、ボルトの頭部４１が他方の連結壁１３に当接するように、リンク部材１０の他端側に被結合部材３０を結合することも可能である。さらに、リンク部材１０の一端側又は他端側がロボットのアーム、所定の支持部等に固定されていてもよい。

典型的な実施形態を用いて、本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、要略、追加を行うことを理解できるであろう。
また、前記実施形態においては、カバー材６０は部品６１から構成されているが、例えばウレタンフォーム状の塗装、コーティングなどであっても良い。

リンク部材の断面形状についても、例えば図１０および図１１に示すように、特定の向きの負荷に強い断面形状の型を起こし、該型を用いて押し出し成形を行ったリンク部材９１，９２を採用しても良い。この場合、リンク部材９１，９２において互いに向かい合う壁の対を第１および第２の壁として機能させる。例えば、リンク部材９１，９２の壁９１ａ，９２ａにボルト４０を挿通するための孔を設け、該孔に対応するように壁９１ｂ，９２ｂにも孔を設け、壁９１ａ，９２ａを第１の壁として機能させ、壁９１ａ，９２ａに向かい合う壁９１ｂ，９２ｂを第２の壁として機能させることができ、互いに向かい合う他の壁の対を第１および第２の壁として用いることも可能である。

１０リンク部材
１１下側壁
１２上側壁
１３連結壁
１５固定部材
２０被結合部材
３０被結合部材
４０ボルト
４１頭部
４２ねじ部
５０変形防止部材
６０カバー材

Claims

所定方向に延設された第１の壁と、該第１の壁とその厚さ方向に間隔をおいて向かい合うように前記所定方向に延設された第２の壁と、前記所定方向に延設され、前記第１の壁と前記第２の壁とを連結する連結壁とを有するロボット用のリンク部材と、
該リンク部材の前記第１の壁における前記第２の壁と反対側の面に接触する被結合部材とを結合する結合構造であって、
前記第２の壁および前記第１の壁を貫通し、頭部が前記第２の壁に当接すると共にねじ部が前記被結合部材に螺合するボルトと、
前記第１の壁と前記第２の壁との間における前記ボルトの近傍に配置され、前記ボルトを締付けることにより前記第１の壁と前記第２の壁との間に挟まれ、これにより前記第１の壁および前記第２の壁の互いに近づく方向への変形を防止又は抑制する変形防止部材とを備える結合構造。
前記リンク部材が押出成形で製造された断面矩形状の筒状部材から成る請求項１に記載の結合構造。
配管および／又は配線を固定するために前記リンク部材における前記第１の壁と前記第２の壁との間の空間内のいずれかの面に取付けられた固定部材をさらに備える請求項１又は２に記載の結合構造。
前記リンク部材の材質よりも軟らかい材質から成り、前記リンク部材の外面の少なくとも一部を覆うカバー材をさらに備える請求項１〜３の何れかに記載の結合構造。
前記リンク部材の材質がアルミニウム又はアルミニウム合金である請求項１〜４の何れかに記載の結合構造。
前記リンク部材の材質がプラスチックである請求項１〜４の何れかに記載の結合構造。