JP6613289B2

JP6613289B2 - カップリングの固定方法

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Publication number: JP6613289B2
Application number: JP2017223640A
Authority: JP
Inventors: 圭渡邉
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2037-11-21
Also published as: CN109812509B; DE102018219636A1; US20190154085A1; US10619676B2; CN109812509A; JP2019094963A

Description

本発明は、カップリングとその固定方法に関するものである。

従来、水平多関節型ロボットの先端に鉛直方向に沿って配置されたシャフトを、該シャフトの中心軸回りに回転させるとともに鉛直方向に直線移動させる機構として、ボールスプライン機構が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、この特許文献１においてはシャフトの下端に、ロボットハンド等の作業装置を取り付けるための取付部材が固定されている。

特開２００９−２５７４５８号公報

ユーザによっては取付部材に作業装置を取り付けるのではなく、作業装置を直接シャフトに取り付けて使用したい場合もある。このような場合を考慮すると、取付部材はシャフトの下端に着脱可能に取り付ける、または、取付部材はシャフトに対して長手軸周りの周方向で精度よく取り付ける必要がある。しかしながら、特許文献１のようにシャフトの下端に取付部材が固定されている場合には、そのような要求に応えることができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、シャフトの端部に着脱可能に、かつ、シャフトの長手軸回りの周方向に、簡易に精度よく位置決め可能に取り付けることができるカップリングの固定方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の参考例としての発明の一態様は、周方向に間隔をあけ軸方向に直線状に延びる複数のスプライン溝を備えるスプラインシャフトの端部を嵌合させる嵌合孔と他部材との接続手段とを備える本体部材と、該本体部材の前記嵌合孔に嵌合された前記スプラインシャフトに対して、該スプラインシャフトの周方向に前記本体部材を位置決めする位置決め機構と、該位置決め機構により位置決めされた状態の前記本体部材を前記スプラインシャフトに固定する固定手段とを備え、前記位置決め機構が、前記本体部材に径方向に沿って該本体部材の外面から前記嵌合孔の内面まで貫通して設けられたネジ孔と、該ネジ孔に締結されるネジ部材と、該ネジ部材の先端に設けられ該ネジ部材の前記ネジ孔への締結により前記スプライン溝に押し当てられる横断面円形の押圧部とを備えるカップリングを提供する。

本態様によれば、スプラインシャフトの端部を嵌合孔に嵌合させることで、本体部材をスプラインシャフトの端部に配置し、位置決め機構によって本体部材をスプラインシャフトに対して周方向に位置決めした状態で、固定手段によって本体部材をスプラインシャフトに固定することにより、カップリングをスプラインシャフトの周方向に位置決め可能に取り付けることができる。一方、固定手段による固定を解除し、位置決め機構による位置決めを解除することにより、本体部材の嵌合孔からスプラインシャフトを取り出して、カップリングを取り外すことができる。

本体部材には他部材を接続するための接続手段が設けられているので、カップリングをスプラインシャフトに取り付けておけば、接続手段によって他部材をスプラインシャフトに取り付けることができるとともに、カップリングを取り外しておくことにより、他部材をスプラインシャフトに直接取り付けることが可能となる。
この場合において、位置決め機構による位置決めがスプラインシャフトに設けられたスプライン溝を利用しているので、キー溝やＤカットのような特別な加工を施すことなく、かつ、精度よく加工されているスプライン溝を用いて本体部材を精度よく位置決めすることができる。

上記態様においては、前記押圧部が球面であってもよい。
このようにすることで、ネジ部材をネジ孔に締結していくとネジ部材の先端に設けられた押圧部もネジ部材と一体的に回転するが、球面からなる押圧部によれば、ネジ部材の回転角度に関わらず、常に同一の条件でスプライン溝に押し付けることができる。

また、上記態様においては、前記押圧部が円筒面を備える円柱部材であり、前記ネジ部材の先端に該ネジ部材の長手軸回りに回転可能に取り付けられていてもよい。
このようにすることで、ネジ部材をネジ孔に締結していくとネジ部材の先端に設けられた押圧部もネジ部材と一体的に回転するが、円筒面を有する円柱部材からなる押圧部によれば、スプライン溝の長手軸に平行に軸線を配置してスプライン溝に球面より広い接触面積で安定的に接触することができる。そして、円柱部材をネジ部材の長手軸回りに回転可能とすることにより、ネジ部材の回転角度に関わらず、常に同一の条件でスプライン溝に押し付けることができる。

また、上記態様においては、前記押圧部が前記スプライン溝の内径寸法以上の外径寸法を有していてもよい。
このようにすることで、スプライン溝の幅方向の両側２箇所に押圧部を接触させることができ、本体部材をスプラインシャフトに対してより確実に位置決め状態に維持することができる。

また、本発明の一態様は、周方向に間隔をあけ軸方向に直線状に延びる複数のスプライン溝を備えるスプラインシャフトの端部を本体部材の嵌合孔に嵌合させるステップと、前記本体部材に径方向に沿って該本体部材の外面から前記嵌合孔の内面まで貫通して設けられたネジ孔にネジ部材を締結することにより、ネジ部材の先端に設けられた横断面円形の押圧部を前記スプライン溝に押し当てて、前記本体部材を前記スプラインシャフトの周方向に位置決めするステップと、位置決めされた状態で前記本体部材を前記スプラインシャフトに固定するステップとを含むカップリングの固定方法を提供する。

本発明によれば、シャフトの端部に着脱可能に、かつ、シャフトの長手軸回りの周方向に簡易に精度よく位置決め可能に取り付けることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るカップリングを着脱可能に取り付ける水平多関節型ロボットを示す正面図である。本発明の一実施形態に係るカップリングを示す斜視図である。図２のカップリングの正面図である。図２のカップリングの左側面図である。図２のカップリングの右側面図である。図２のカップリングの上面図である。図２のカップリングの底面図である。図２のカップリングの縦断面図である。図２のカップリングの円環状部分の横断面図である。図２のカップリングの位置決め機構を説明する横断面図である。図２のカップリングの固定方法を説明するフローチャートである。図２のカップリングに用いられる位置決め機構の変形例を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係るカップリング１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るカップリング１は、図１に示される水平多関節型ロボット１００の先端の取付部材として使用される部材である。

水平多関節型ロボット１００は、図１に示されるように、ベース１０１に対して鉛直な第１軸線Ａ回りに回転する第１アーム１０２を備える第１軸１１０と、第１アーム１０２の先端に鉛直な第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持された第２アーム１０３を備える第２軸１２０と、第２アーム１０３の先端に鉛直な第３軸線Ｃに沿う方向に直線移動可能なスプラインシャフト１０４を備える第３軸１３０と、スプラインシャフト１０４を第３軸線Ｃ回りに回転させる第４軸１４０とを備えている。

本実施形態に係るカップリング１は、図２から図１０に示されるように、スプラインシャフト１０４の端部を嵌合させる嵌合孔２を有する本体部材３と、本体部材３と嵌合孔２に嵌合されたスプラインシャフト１０４とをスプラインシャフト１０４の周方向に位置決めする位置決め機構４と、位置決めされた本体部材３とスプラインシャフト１０４とを動かないように固定する固定手段５とを備えている。

本体部材３は、図８に示されるように、長手方向の一端が閉塞された略円筒状に形成されている。閉塞された一端に設けられたフランジ部６の先端面には、図７に示されるように、ハンド等の作業部材（他部材）を取り付けるための複数のネジ孔（接続手段）７および位置決め用ピン孔（接続手段）８が設けられている。

位置決め機構４は、図１０に示されるように、本体部材３に外周面から嵌合孔２内面まで径方向に貫通して設けられたネジ孔９と、該ネジ孔９に締結され長手軸回りの回転により径方向に進退させられるネジ部材１０と、該ネジ部材１０の径方向内方の先端に設けられた押圧部１１とを備えている。
押圧部１１は、例えば、スプライン溝１０５（図１０参照）の横断面の内径寸法と略同等の外径寸法を有する球体であり、ネジ部材１０の先端に中心軸上に中心を配置して固定されている。

固定手段５は、図２から図５、図８および図９に示されるように、本体部材３のフランジ部６とは反対側の端部を径方向に部分的に切断する第１スリット１２を設けることにより、本体部材３に部分的に接続し第１スリット１２により本体部材３から区画された円環状部分１３を備えている。円環状部分１３は、周方向の一部を切断する第２スリット１４を設けることにより、略Ｃ字状の横断面を有するように構成されている。

固定手段５には、図９に示されるように、第２スリット１４を挟んで対向する位置にネジ孔１５および貫通孔１６が設けられている。図中、符号１７はザグリである。そして、固定手段５は、貫通孔１６側から挿入されネジ孔１５に締結されるボルト（図示略）を備えている。ボルトを締結していくと、ボルトの引張力によって第２スリット１４を挟んで対向する面の距離を近接させることができる。

すなわち、第２スリット１４の幅を縮小させると、円環状部分１３の内径は本体部材３の嵌合孔２の内径より小さくなるので、嵌合孔２に嵌合されている状態のスプラインシャフト１０４を径方向外方から締め付けて本体部材３をスプラインシャフト１０４に摩擦によって固定することができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るカップリング１をスプラインシャフト１０４の端部に固定するための固定方法について以下に説明する。
本実施形態に係るカップリング１をスプラインシャフト１０４の端部に固定するには、図１１に示されるように、スプラインシャフト１０４の端部をカップリング１の固定手段５の円環状部分１３を貫通させて本体部材３の嵌合孔２に嵌合させる（ステップＳ１）。

この状態で、スプラインシャフト１０４の端面を嵌合孔２の底面に押し当てる（ステップＳ２）。これにより、カップリング１がスプラインシャフト１０４の長手軸方向に位置決めされる。

次いで、カップリング１をスプラインシャフト１０４の長手軸回りに回転させて本体部材３に設けられているネジ孔９を、スプラインシャフト１０４の外面に設けられている複数のスプライン溝１０５のいずれかに概略位置合わせする（ステップＳ３）。
この状態で、本体部材３のネジ孔９に、押圧部１１側からネジ部材１０を挿入して締結していき、押圧部１１をいずれかのスプライン溝１０５に押し当てる（ステップＳ４）。

これにより、押圧部１１を構成している球体がスプライン溝１０５内に落ち込むように本体部材３およびスプラインシャフト１０４が周方向に微小に相対移動させられて、球体がスプライン溝１０５の内面に密着させられる。その結果、本体部材３がスプラインシャフト１０４に対して周方向に位置決めされる。

この後に、固定手段５の円環状部分１３の貫通孔１６側からボルトを挿入して、第２スリット１４を挟んで対向する側に設けられたネジ孔１５にボルトを締結していく（ステップＳ５）。これにより、ボルトの引張力によって第２スリット１４がその幅を減少させる方向に圧縮され、円環状部分１３の内面の周長が減少するので、円環状部分１３によって、本体部材３をスプラインシャフト１０４の端部に位置決め状態に固定することができる。

本実施形態に係るカップリング１によれば、ネジ部材１０に設けた押圧部１１をスプラインシャフト１０４に設けられたスプライン溝１０５に押し付けることで周方向に位置決めするので、スプラインシャフト１０４を長手軸方向に移動させるために元々設けられているスプライン溝１０５を周方向の位置決めに利用することができる。その結果、位置決めのためのＤカット等による平面やキー溝等の加工が不要であり、簡易に構成することができるという利点がある。

また、ネジ部材１０の先端に設けた押圧部１１をスプライン溝１０５に押し当てるので、押圧部１１とスプライン溝１０５とをスプラインシャフト１０４の周方向に係合させることができる。スプライン溝１０５は精度よく加工されているので、本体部材３をスプラインシャフト１０４に、周方向に精度よく位置決めした状態に固定することができる。また、押圧部１１とスプライン溝１０５とがスプラインシャフト１０４の周方向に係合しているので、押圧部１１を大きな押圧力で押し付けなくても両者の位置決め状態を維持することができるという利点がある。

また、カップリング１をスプラインシャフト１０４から取り外すには、位置決め機構４を構成しているネジ部材１０の締結を緩めて押圧部１１とスプライン溝１０５との係合を解除し、固定手段５を構成しているネジ孔１５に締結されたボルトの締結を緩めるだけで、簡単に取り外すことができる。

なお、本実施形態においては、ネジ部材１０の先端に取り付けた押圧部１１として球体を例示したが、先端を球面状に加工したネジ部材１０を採用してもよいし、ネジ部材１０の先端に半球体を固定してもよい。
また、球体の外径寸法をスプライン溝１０５の内径寸法と略同等に構成したが、これに限定されるものではなく、球体の外径寸法をスプライン溝１０５の内径寸法より若干大きく構成してもよい。

このようにすることで、球体はスプライン溝１０５の内面とは密着できなくなるが、スプライン溝１０５とスプラインシャフト１０４の外周面との境界のエッジに周方向の２箇所において接触することができて、より確実に球体とスプライン溝１０５とを周方向に係合することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、押圧部１１として球面を有するものを例示したが、これに代えて、図１２に示されるように、円筒面を有する円柱部材１８を採用してもよい。円柱部材１８はその軸線をスプライン溝１０５の長手軸と平行となるようにスプライン溝１０５と係合するので、ネジ部材１０の長手軸Ｄに対して回転可能に取り付けられていることが好ましい。
これにより、球面からなる押圧部１１と比較して、より広い接触面積で押圧部１１とスプライン溝１０５とを接触させることができて、接触圧力を分散させ、スプライン溝１０５の損傷を抑えることができる。

また、本実施形態においては水平多関節型ロボット１００の取付部材として使用されるカップリング１について例示したが、これに限定されるものではなく、スプラインシャフト１０４に着脱可能にかつ周方向に位置決め状態に固定されて、他部材と接続可能な他の用途に使用されるカップリング１であってもよい。

１カップリング
２嵌合孔
３本体部材
４位置決め機構
５固定手段
７ネジ孔（接続手段）
８位置決め用ピン孔（接続手段）
９ネジ孔
１０ネジ部材
１１押圧部
１８円柱部材（押圧部）
１０４スプラインシャフト
１０５スプライン溝
Ｄ長手軸

Claims

周方向に間隔をあけ軸方向に直線状に延びる複数のスプライン溝を備えるスプラインシャフトの端部を本体部材の嵌合孔に嵌合させるステップと、
前記本体部材に径方向に沿って該本体部材の外面から前記嵌合孔の内面まで貫通して設けられたネジ孔にネジ部材を締結することにより、ネジ部材の先端に設けられた横断面円形の押圧部を前記スプライン溝に押し当てて、前記本体部材を前記スプラインシャフトの周方向に位置決めするステップと、
位置決めされた状態で前記本体部材を前記スプラインシャフトに固定するステップとを含むカップリングの固定方法。