JP7036468B2

JP7036468B2 - 二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造

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Application number: JP2020560254A
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Description

本発明は、ボールジョイントの技術分野に関し、特に二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造に関するものである。

ボールジョイントは、機械構造における非常に一般的な構造の一つであり、ステアリング連結、支持、空間調整などの機構に広く適用されている。最も一般的な適用の一つは、撮影（像）機を連結し方向付けるためのカメラ及び撮影機の雲台である。しかしながら、現在のボールジョイントの多くは三自由度のものであり、安定した空間的な位置決め制御を実現することはできず、例えば、球状の雲は、動的に撮影するときに画面における水平面の安定した制御を実現することはできない。したがって、二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造を検討する必要がある。

上記技術に存在する欠点に鑑みて、本発明によれば、構造が簡単であり、調整が便利である二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造が提供される。

その技術的問題を解決するために、本発明によれば、二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造であって、収容キャビティを有する外筐体と、前記収容キャビティ内において回転可能に前記外筐体の収容キャビティに位置する中空球体であって、前記球体の下半球面に対称中心面が前記球体の垂直中心平面に位置する溝体が設けられる中空球体と、前記球体の下方に位置し、軸心線が前記球体の球心を通過するように前記外筐体に垂直に挿設されるストップピン柱と、垂直方向における直線往復移動を行わせるように前記ストップピン柱を駆動するために前記外筐体に設けられる第１ウォームアセンブリと、を含み、前記球体の回転自由度の調整が実現されるように、前記第１ウォームアセンブリは、前記ストップピン柱の頂部を前記溝体に挿入又は退出させるように駆動する二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造という技術的手段が採用される。

前記第１ウォームアセンブリは、第１ウォームホイール及び第１ウォームスクリュを含み、前記外筐体には、互いに連通する第１ウォームホイールキャビティ及び第１ウォームスクリュキャビティが成形され、前記外筐体には、前記ストップピン柱を挿設するための回転防止孔がさらに成形され、前記回転防止孔は、その上方に位置する前記外筐体の収容キャビティとその下方に位置する前記第１ウォームホイールキャビティとを連通し、前記ストップピン柱は、前記回転防止孔に挿設される柱体と、前記球体に挿入可能に前記柱体の頂部に成形される短ピンと、を含み、前記第１ウォームホイールは、前記柱体に螺接され、前記柱体の外円周壁には、前記回転防止孔と組み合わせられる回転止め面がさらに成形されることが好ましい。

前記外筐体は、前記収容キャビティが成形されるベース筐体と、前記ベース筐体の頂部開口端に係設されるトップリングと、を含み、前記トップリングと前記球体の球面との間には、防塵パッドが挟設され、前記防塵パッドの内輪壁には、リング状溝が成形され、前記防塵パッドの内輪頂部の孔径値Ｍは、前記球体における前記防塵パッドの頂部に対応する箇所の球面の直径値Ｎよりも小さくすることにより、前記防塵パッドの頂部が前記リング状溝により前記球体に緊張されるようになることが好ましい。

前記球体を支持するために前記外筐体の収容キャビティに位置する球座をさらに含み、前記球座と前記球体との間には、座金がさらに挟設され、前記球座及び前記座金の底部には、いずれも前記ストップピン柱が穿設される第１貫通孔が成形されることが好ましい。

前記球体の係止及び位置決めが実現されるように前記球座と前記座金との間の隙間の大きさを調整するために前記外筐体に設けられる第２ウォームアセンブリをさらに含むことが好ましい。

前記第２ウォームアセンブリは、前記外筐体の収容キャビティのキャビティ底に設けられる第２ウォームホイールと、前記第２フォームホイールに噛合するように前記外筐体に位置する第２ウォームスクリュと、前記第２ウォームホイールの頂部に締着される三螺旋面クッションブロックとを含み、前記球座の底部には、前記三螺旋面クッションブロックに当接する三螺旋面凸リングが成形され、前記三螺旋面クッションブロック及び前記三螺旋面凸リングは、上下に組み合わせて中空円柱体を形成し、前記第２ウォームホイールが前記第２ウォームスクリュにより前記三螺旋面クッションブロックを回転させるように動かすとき、前記三螺旋面クッションブロックは、前記三螺旋面凸リングを強制的に上昇させることにより、前記球座が前記球体の下方にしっかりと当接するようになることが好ましい。

前記球座の頂部辺縁には、複数の案内開口がさらに成形され、前記外筐体の収容キャビティのキャビティ壁には、前記案内開口に対応する複数の垂直案内柱が成形されることが好ましい。

前記三螺旋面クッションブロックは、ベースリングを含み、前記ベースリングの上部は、三つの円弧ブロック体に均等に分割され、前記円弧ブロック体の頂部には、第１螺旋面が成形され、前記三螺旋面凸リングは、凸リング本体を含み、前記凸リング本体の下部は、三つの円弧ブロック体に均等に分割され、前記円弧ブロック体の底部には、前記第１螺旋面に一致する第２螺旋面が成形されることが好ましい。

前記ストップピン柱の頂部と組み合わせられて前記球体がリセットされるように前記球体の中空キャビティに設けられるねじりばねアセンブリをさらに含むことが好ましい。

前記ねじりばねアセンブリは、前記球体の中空キャビティに締着されるねじりばね座と、枢着軸を介して前記ねじりばね座に枢着されるように第１支持アーム及び第２支持アームを有するねじりばねと、前記第１支持アームと前記第２支持アームとの間に位置するように前記ねじりばね座に締着されるリミットボルトとを含み、前記ねじりばねの枢着軸線は、前記溝体が位置する垂直中心平面に直交し、前記ストップピン柱の頂部が前記溝体に挿入され、前記球体が回転されるとき、前記ストップピン柱は、前記溝体の分布方向に沿って前記第１支持アーム又は前記第２支持アームを押し動かすことが好ましい。

従来技術と比較して、本発明に係る二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造は、第１ウォームアセンブリがストップピン柱を球体の溝体に挿入又は退出させるように駆動することにより球体の回転自由度の調整を実現することができる。ストップピン柱が溝体に挿入されるとき、球体は二つの回転自由度を有し、ストップピン柱が溝体から退出されるとき、球体は三つの回転自由度を有する。安定した空間位置決め制御を実現することができ、構造が簡単であり、調整が便利であるという利点を有する。

第２ウォームアセンブリにより、球体の係止及び位置決めが実現されるように球座と座金との間の隙間の大きさを調整することができる。第２ウォームアセンブリは、三螺旋面クッションブロック及び三螺旋面凸リングを採用して支持構造を調整し、球体の定心回転を保証するとともに、連続的に変化する抵抗力及び強大な係止力を提供することができる。安定した空間位置決め制御を実現することができ、構造が簡単であり、調整が便利であるという利点を有する。

ねじりばねアセンブリにより、球体が優れた動的平衡性能を具備するようにすることができる。

防塵パッドにリング状溝を設けることにより、防塵パッドを球体によりよく緊張させることができ、優れた防塵密閉効果を具備することになる。

本発明に係る二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造を示す概略図である。本発明に係る二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造の分解構造を示す概略図である。本発明に係る二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造の断面構造を示す概略図である。図３におけるＡ領域の拡大構造を示す概略図である。本発明に係るストップピン柱と第１ウォームアセンブリとの位置関係を示す概略図である。本発明に係るトップリングの構造を示す概略図である。本発明に係る防塵パッドの断面構造を示す概略図である。本発明に係る球体の断面構造を示す概略図である。本発明に係る球体の構造を示す概略図である。本発明に係るベース筐体の平面視方向の構造を示す概略図である。本発明に係るベース筐体の底面視方向の構造を示す概略図である。本発明に係るベース筐体の断面構造を示す概略図である。本発明に係る球座、座金及び第２ウォームアセンブリ間の分解構造を示す概略図である。本発明に係る球座の構造を示す概略図である。本発明に係る三螺旋面クッションブロックの構造を示す概略図である。図２におけるＢ領域の拡大構造を示す概略図である。本発明に係るねじりばねアセンブリの構造を示す概略図である。本発明に係るねじりばねアセンブリの分解構造を示す概略図である。本発明に係るねじりばねアセンブリとストップピン柱との位置関係を示す概略図である。

以下では、当業者が明細書のテキストを参照してそれを実施することができるように、添付の図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。

図１～図１９に示すように、本発明によれば、二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造であって、収容キャビティを有する外筐体４０と、前記収容キャビティ内において回転可能に前記外筐体４０の収容キャビティに位置する中空球体１０と、前記球体１０の下方に位置し、軸心線が前記球体１０の球心を通過するように前記外筐体４０に垂直に挿設されるストップピン柱２０と、垂直方向における直線往復移動を行わせるように前記ストップピン柱２０を駆動するために前記外筐体４０に設けられる第１ウォームアセンブリ３０と、を含む二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造が提供される。図８及び図９に示すように、前記球体１０の球面の半分以上が前記外筐体４０の収容キャビティに位置し、すなわち、前記球体１０の大部分がいずれも前記外筐体４０の収容キャビティに位置している。前記球体１０の下半球面には、対称中心面が前記球体１０の垂直中心平面に位置する溝体１１が設けられる。前記溝体１１は、前記球体１０の球面に沿って設けられる細長い溝である。ここで、図１～図３に示すように、前記外筐体４０は、前記球体１０のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の並進自由度を制限する。前記球体１０の二回転自由度及び三回転自由度の調整が実現されるように、前記第１ウォームアセンブリ３０は、前記ストップピン柱２０の頂部を前記溝体１１に挿入又は退出させるように駆動する。前記ストップピン柱２０の頂部が前記溝体１１に挿入されるとき、前記球体１０は、前記溝体１１に沿って、そして前記ストップピン柱２０を中心として二自由度でのみ回転することができ、すなわち、前記球体１０は、一つの軸方向における回転自由度が制限され、二回転自由度しか有さない。具体的には、図９に示すように、前記溝体１１の対称中心面がＹＺ平面である場合、このとき、前記ストップピン柱２０は、Ｙ軸に沿った前記球体１０の回転自由度を制限する。前記溝体１１の対称中心面がＸＺ平面である場合、このとき、前記ストップピン柱２０は、Ｘ軸に沿った前記球体１０の回転自由度を制限する。一方、ストップピン柱２０の頂部が前記溝体１１から退出されるとき、前記球体１０は三回転自由度を有し、このとき、前記球体１０は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って回転することができる。

本手段の一実施例として、図５、図１０、図１１及び図１２に示すように、前記第１ウォームアセンブリ３０は、第１ウォームホイール３１及び第１ウォームスクリュ３２を含む。前記外筐体４０には、互いに連通する第１ウォームホイールキャビティ４１２及び第１ウォームスクリュキャビティ４１３が成形される。前記外筐体４０には、前記ストップピン柱２０を挿設するための回転防止孔４１１がさらに成形される。前記回転防止孔４１１は、その上方に位置する前記外筐体４０の収容キャビティとその下方に位置する前記第１ウォームホイールキャビティ４１２とを連通する。前記ストップピン柱２０は、前記回転防止孔４１１に挿設される柱体２１と、前記球体１０に挿入可能に前記柱体２１の頂部に成形される短ピン２２と、を含む。ここで、前記第１ウォームホイール３１は、前記柱体２１に螺接される。前記第１ウォームホイール３１の内壁には、めねじが設けられ、前記柱体２１には、前記めねじと組み合わせられるおねじが設けられる。本手段において、前記第１ウォームホイールキャビティ４１２は、円柱キャビティである。前記第１ウォームホイール３１は、前記第１ウォームホイールキャビティ４１２に制限される。前記第１ウォームスクリュ３２の一端は、前記外筐体４０の外側に延在し、前記外筐体４０の外側に延在する前記第１ウォームスクリュ３２の端部には、ハンドホイールが設けられる。前記柱体２１の外円周壁には、前記回転防止孔４１１と組み合わせられる回転止め面２１１がさらに成形される。前記第１ウォームスクリュ３２が回転されるとき、前記第１ウォームホイール３１は前記第１ウォームスクリュ３２の回転に伴って回転する。前記第１ウォームホイール３１と前記柱体２１は螺接され、前記第１ウォームホイール３１が回転するとき、前記柱体２１は、前記回転防止孔４１１において上下方向における昇降移動を行い、それにより前記短ピン２２の前記球体１０への挿入又は退出移動が実現される。

本手段の一実施例として、図３及び図５に示すように、前記柱体２１と前記短ピン２２との間には、前記溝体１１と組み合わせられる円錐台２３がさらに成形される。前記短ピン２２が前記球体１０に挿入されるとき、前記円錐台２３は、前記溝体１１のＶ字型の断面に一致するように前記溝体１１に押し込まれる。自由度の制限を達成するとともに、前記溝体１１と前記円錐台２３との間の隙間を調整及び補償することができる。

本手段の一実施例として、図１～図３に示すように、前記外筐体４０は、前記収容キャビティが成形されるベース筐体４１と、前記ベース筐体４１の頂部開口端に係設されるトップリング４２と、を含む。ここで、図３、図４及び図７に示すように、前記トップリング４２と前記球体１０の球面との間には、防塵パッド５０が挟設され、前記防塵パッド５０の内輪壁には、リング状溝５１が成形される。図７及び図８に示すように、前記防塵パッド５０の内輪頂部の孔径値Ｍは、前記球体１０における前記防塵パッド５０の頂部に対応する箇所の球面の直径値Ｎよりも小さくすることにより、前記防塵パッド５０の頂部が前記リング状溝５１により前記球体１０に緊張されるようになる。本手段において、図１０、図１１及び図１２に示すように、前記第１ウォームホイールキャビティ４１２、前記第１ウォームスクリュキャビティ４１３及び前記回転防止孔４１１は、いずれも前記ベース筐体４１に成形される。前記第１ウォームホイールキャビティ４１２は、前記ベース筐体４１の底部に成形される。前記ベース筐体４１の底端面には、前記第１ウォームホイール３１を前記第１ウォームホイールキャビティ４１２に密閉するための底蓋４３が取り外し可能に設けられる。前記第１ウォームスクリュ３２が回転されるとき、前記第１ウォームホイール３１は、前記第１ウォームスクリュ３２の駆動により前記第１ウォームホイールキャビティ４１２において回転する。前記底蓋４３を設ける目的は、前記第１ウォームホイール３１の取り付けを便利にすることである。

本手段の一実施例として、図６に示すように、前記トップリング４２の内輪壁には、前記防塵パッド５０を係設するための係止肩４２１が成形される。前記トップリング４２の内輪の頂部には、前記防塵パッド５０の位置を制限するためのフランジ４２２が成形される。構造が簡単であり、取り付けが便利であるという利点を有する。

本手段の一実施例として、図１３～図１６に示すように、前記球体１０を支持するために前記外筐体４０の収容キャビティに位置する球座６０をさらに含む。前記球座６０と前記球体１０との間には、座金７０がさらに挟設される。前記球座６０及び前記座金７０の底部には、いずれも前記ストップピン柱２０が穿設される第１貫通孔が成形される。前記球座６０及び前記座金７０は、いずれもボウル状である。前記球座６０の外壁には、底端面が平面であるリング柱体６３が成形され、前記外筐体４０の収容キャビティには、前記リング柱体６３を支持するための複数の凸台４１６が成形される。位置決めが便利であるという利点を有する。

本手段の一実施例として、図１３～図１６に示すように、前記球体１０の係止及び位置決めが実現されるように前記球座６０と前記座金７０との間の隙間の大きさを調整するために前記外筐体４０に設けられる第２ウォームアセンブリ８０をさらに含む。

本手段の一実施例として、図１１～図１３に示すように、前記第２ウォームアセンブリ８０は、前記外筐体４０の収容キャビティのキャビティ底に設けられる第２ウォームホイール８１と、前記第２ウォームホイール８１に噛合するように前記外筐体４０に位置する第２ウォームスクリュ８２と、前記第２ウォームホイール８１の頂部に締着される三螺旋面クッションブロック８４とを含む。前記外筐体４０には、前記第２ウォームスクリュ８２を収容するための第２ウォームスクリュキャビティ４１４が成形される。前記第２ウォームスクリュ８２の一端は、前記外筐体４０の外側に延在し、前記外筐体４０の外側に延在する前記第２ウォームスクリュ８２の端部には、ハンドホイールが設けられる。前記第２ウォームスクリュキャビティ４１４には、前記第２ウォームスクリュキャビティ４１４における前記第２ウォームスクリュ８２の位置を制限するために第２リミット柱８５が挿設される。前記第２ウォームスクリュ８２には、前記第２リミット柱８５を係設するための第２リミット溝が設けられる。同様に、前記第１ウォームスクリュキャビティ４１３には、前記第１ウォームスクリュキャビティ４１３における前記第１ウォームスクリュ３２の位置を制限するために第１リミット柱（不図示）が挿設される。前記第１ウォームスクリュ３２には、前記第１リミット柱を係設するための第１リミット溝（不図示）が設けられる。前記球座６０の底部には、前記三螺旋面クッションブロック８４に当接する三螺旋面凸リング６１が成形される。前記三螺旋面クッションブロック８４及び前記三螺旋面凸リング６１は、上下に組み合わせて中空円柱体を形成する。前記第２ウォームホイール８１は、前記第２ウォームスクリュ８２によって動かされて、前記外筐体４０の収容キャビティにおいて回転する。前記第２ウォームホイール８１が前記第２ウォームスクリュ８２により前記三螺旋面クッションブロック８４を回転させるように動かすとき、前記三螺旋面クッションブロック８４は、前記三螺旋面凸リング６１を強制的に上昇させることにより、前記球座６０が前記球体１０の下方にしっかりと当接するようになり、前記球体１０を係止する目的が実現される。本手段において、前記球座６０は、前記球体１０が定心回転するキャリアである。前記第２ウォームアセンブリ８０は、前記三螺旋面クッションブロック８４及び前記三螺旋面凸リング６１を採用して支持構造を調整し、前記球体１０の定心回転を保証するとともに、連続的に変化する抵抗力及び強大な係止力を提供することができる。

本手段の一実施例として、図１０及び図１４に示すように、前記球座６０の頂部辺縁には、複数の案内開口６２がさらに成形される。前記外筐体４０の収容キャビティのキャビティ壁には、前記案内開口６２に対応する複数の垂直案内柱４１５が成形される。移動が安定し信頼性が高いという利点を有する。

本手段の一実施例として、図１５に示すように、前記三螺旋面クッションブロック８４は、ベースリングを含む。前記ベースリングの上部は、三つの円弧ブロック体に均等に分割される。前記円弧ブロック体の頂部には、第１螺旋面が成形される。図１４に示すように、前記三螺旋面凸リング６１は、凸リング本体を含む。前記凸リング本体の下部は、三つの円弧ブロック体に均等に分割される。前記円弧ブロック体の底部には、前記第１螺旋面に一致する第２螺旋面が成形される。本手段において、前記第１螺旋面及び前記第２螺旋面の数をそれぞれ三つに設定する目的は、前記球座６０の上下の昇降移動をより平面的で信頼性の高いものにし、上昇又は下降過程において前記球座６０の水平方向における左右の傾きの発生を回避することである。

本手段の一実施例として、図３に示すように、前記ストップピン柱２０の頂部と組み合わせられて前記球体１０がリセットされるように前記球体１０の中空キャビティに設けられるねじりばねアセンブリ９０をさらに含む。前記ねじりばねアセンブリ９０により、前記球体１０が優れた動的平衡性能を具備するようにすることができる。

本手段の一実施例として、図１７～図１９に示すように、前記ねじりばねアセンブリ９０は、前記球体１０の中空キャビティに締着されるねじりばね座９１と、枢着軸９３を介して前記ねじりばね座９１に枢着されるように第１支持アーム９２１及び第２支持アーム９２２を有するねじりばね９２と、前記第１支持アーム９２１と前記第２支持アーム９２２との間に位置するように前記ねじりばね座９１に締着されるリミットボルト９４とを含む。ここで、前記球体１０の頂部には、取り付け口が成形される。前記取り付け口及び前記溝体１１は、前記球体１０の対向する両側に位置する。前記ねじりばね座９１は、前記取り付け口を通過して前記球体１０の中空キャビティに挿入される。前記ねじりばね座９１の頂部は、ボルトによって前記取り付け口に締着される。前記枢着軸９３は、ねじりばねボルト９５によって前記ねじりばね座９１に設けられる。前記ねじりばね９２の枢着軸線は、前記溝体１１が位置する垂直中心平面に直交する。前記ストップピン柱２０の頂部が前記溝体１１に挿入され、前記球体１０が回転されるとき、前記ストップピン柱２０は、前記溝体１１の分布方向に沿って前記第１支持アーム９２１又は前記第２支持アーム９２２を押し動かすことにより、逆平衡弾性力が形成される。具体的には、前記第１支持アーム９２１又は前記第２支持アーム９２２は、押し動かれた後の変形により弾性復元力が発生する。当該弾性復元力は前記逆平衡弾性力である。前記球体１０は、当該逆平衡弾性力により中心平衡位置に戻されてリセットされる。当該逆平衡弾性力は、前記第１支持アーム９２１又は第２支持アーム９２２の回転角の増加とともに増加し、動的平衡性能が優れるという利点を有する。前記リミットボルト９４は、前記第１支持アーム９２１及び前記第２支持アーム９２２をその対向する両側に位置させ、それにより、前記第１支持アーム９２１及び前記第２支持アーム９２２の回転範囲が制限される。前記リミットボルト９４が設けられない場合、前記ストップピン柱２０が前記第１支持アーム９２１を押し動かすとき、前記第２支持アーム９２２は前記第１支持アーム９２１に従って回転することになり、前記第１支持アーム９２１は、前記球体１０のリセットを促進する弾性復元力を生成することができない。前記第１支持アーム９２１及び前記第２支持アーム９２２の底部が前記ストップピン柱２０に接触する箇所には、前記ストップピン柱２０が前記第１支持アーム９２１及び前記第２支持アーム９２２をよりよく押し動かすようにすることができる円弧湾曲部が成形される。前記ストップピン柱２０の頂部が前記溝体１１に挿入され、前記球体１０が回転されるとき、前記第１支持アーム９２１及び前記第２支持アーム９２２は、前記ストップピン柱２０の短ピン２２の対向する両側にそれぞれ位置し、前記円錐台２３は、前記溝体１１に位置する。

本発明の実施手段は上記のように開示されているが、明細書及び実施形態に記載の用途に限定されるものではなく、本発明に適した様々な分野に適用することができる。当業者にとって、追加の修正は容易に実現することができるので、特許請求の範囲及び同等の範囲によって限定される一般的な概念から逸脱することなく、本発明は、特定の細部及びここに示され、説明される図の例に限定されない。

１０、球体
１１、溝体
２０、ストップピン柱
２２、柱体
２１１、回転止め平面
２２、短ピン
２３、円錐台
３０、第１ウォームアセンブリ
３１、第１ウォームホイール
３２、第１ウォームスクリュ
４０、外筐体
４１、ベース筐体
４１１、回転防止孔
４１２、第１ウォームホイールキャビティ
４１３、第１ウォームスクリュキャビティ
４１４、第２ウォームスクリュキャビティ
４１５、案内柱
４１６、凸台
４２、トップリング
４２１、係合肩
４２２、フランジ
４３、底蓋
５０、防塵パッド
５１、リング状溝
６０、球座
６１、三螺旋面凸リング
６２、案内開口
６３、リング柱体
７０、座金
８０、第２ウォームアセンブリ
８１、第２ウォームホイール
８２、第２ウォームスクリュ
８３、平面軸受
８４、三螺旋面クッションブロック
８５、第２リミット柱
９０、ねじりばねアセンブリ
９１、ねじりばね座
９２、ねじりばね
９２１、第１支持アーム
９２２、第２支持アーム
９３、枢着軸
９４、リミットボルト
９５、ねじりばねボルト

Claims

二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造であって、
収容キャビティを有する外筐体（４０）と、
前記収容キャビティ内において回転可能に前記外筐体（４０）の収容キャビティに位置する中空球体（１０）であって、前記球体（１０）の下半球面に対称中心面が前記球体（１０）の垂直中心平面に位置する溝体（１１）が設けられる中空球体（１０）と、
前記球体（１０）の下方に位置し、軸心線が前記球体（１０）の球心を通過するように前記外筐体（４０）に垂直に挿設されるストップピン柱（２０）と、
垂直方向における直線往復移動を行わせるように前記ストップピン柱（２０）を駆動するために前記外筐体（４０）に設けられる第１ウォームアセンブリ（３０）と、を含み、
前記球体（１０）の回転自由度の調整が実現されるように、前記第１ウォームアセンブリ（３０）は、前記ストップピン柱（２０）の頂部を前記溝体（１１）に挿入又は退出させるように駆動し、
前記ストップピン柱（２０）の頂部と組み合わせられて前記球体（１０）がリセットされるように前記球体（１０）の中空キャビティに設けられるねじりばねアセンブリ（９０）をさらに含み、
前記ねじりばねアセンブリ（９０）は、前記球体（１０）の中空キャビティに締着されるねじりばね座（９１）と、枢着軸（９３）を介して前記ねじりばね座（９１）に枢着されるように第１支持アーム（９２１）及び第２支持アーム（９２２）を有するねじりばね（９２）と、前記第１支持アーム（９２１）と前記第２支持アーム（９２２）との間に位置するように前記ねじりばね座（９１）に締着されるリミットボルト（９４）とを含み、前記ねじりばね（９２）の枢着軸線は、前記溝体（１１）が位置する垂直中心平面に直交し、前記ストップピン柱（２０）の頂部が前記溝体（１１）に挿入され、前記球体（１０）が回転されるとき、前記ストップピン柱（２０）は、前記溝体（１１）の分布方向に沿って前記第１支持アーム（９２１）又は前記第２支持アーム（９２２）を押し動かす、
ことを特徴とする二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。
前記第１ウォームアセンブリ（３０）は、第１ウォームホイール（３１）及び第１ウォームスクリュ（３２）を含み、前記外筐体（４０）には、互いに連通する第１ウォームホイールキャビティ（４１２）及び第１ウォームスクリュキャビティ（４１３）が成形され、前記外筐体（４０）には、前記ストップピン柱（２０）を挿設するための回転防止孔（４１１）がさらに成形され、前記回転防止孔（４１１）は、その上方に位置する前記外筐体（４０）の収容キャビティとその下方に位置する前記第１ウォームホイールキャビティ（４１２）とを連通し、前記ストップピン柱（２０）は、前記回転防止孔（４１１）に挿設される柱体（２１）と、前記球体（１０）に挿入可能に前記柱体（２１）の頂部に成形される短ピン（２２）と、を含み、前記第１ウォームホイール（３１）は、前記柱体（２１）に螺接され、前記柱体（２１）の外円周壁には、前記回転防止孔（４１１）と組み合わせられる回転止め面（２１１）がさらに成形される、
ことを特徴とする請求項１に記載の二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。
前記外筐体（４０）は、前記収容キャビティが成形されるベース筐体（４１）と、前記ベース筐体（４１）の頂部開口端に係設されるトップリング（４２）と、を含み、前記トップリング（４２）と前記球体（１０）の球面との間には、防塵パッド（５０）が挟設され、前記防塵パッド（５０）の内輪壁には、リング状溝（５１）が成形され、前記防塵パッド（５０）の内輪頂部の孔径値Ｍは、前記球体（１０）における前記防塵パッド（５０）の頂部に対応する箇所の球面の直径値Ｎよりも小さくすることにより、前記防塵パッド（５０）の頂部が前記リング状溝（５１）により前記球体（１０）に緊張されるようになる、
ことを特徴とする請求項１に記載の二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。
前記球体（１０）を支持するために前記外筐体（４０）の収容キャビティに位置する球座（６０）をさらに含み、前記球座（６０）と前記球体（１０）との間には、座金（７０）がさらに挟設され、前記球座（６０）及び前記座金（７０）の底部には、いずれも前記ストップピン柱（２０）が穿設される第１貫通孔が成形される、
ことを特徴とする請求項１に記載の二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。
前記球体（１０）の係止及び位置決めが実現されるように前記球座（６０）と前記座金（７０）との間の隙間の大きさを調整するために前記外筐体（４０）に設けられる第２ウォームアセンブリ（８０）をさらに含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。
前記第２ウォームアセンブリ（８０）は、前記外筐体（４０）の収容キャビティのキャビティ底に設けられる第２ウォームホイール（８１）と、前記第２ウォームホイール（８１）に噛合するように前記外筐体（４０）に位置する第２ウォームスクリュ（８２）と、前記第２ウォームホイール（８１）の頂部に締着される三螺旋面クッションブロック（８４）とを含み、前記球座（６０）の底部には、前記三螺旋面クッションブロック（８４）に当接する三螺旋面凸リング（６１）が成形され、前記三螺旋面クッションブロック（８４）及び前記三螺旋面凸リング（６１）は、上下に組み合わせて中空円柱体を形成し、前記第２ウォームホイール（８１）が前記第２ウォームスクリュ（８２）により前記三螺旋面クッションブロック（８４）を回転させるように動かすとき、前記三螺旋面クッションブロック（８４）は、前記三螺旋面凸リング（６１）を強制的に上昇させることにより、前記球座（６０）が前記球体（１０）の下方にしっかりと当接するようになる、
ことを特徴とする請求項５に記載の二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。
前記球座（６０）の頂部辺縁には、複数の案内開口（６２）がさらに成形され、前記外筐体（４０）の収容キャビティのキャビティ壁には、前記案内開口（６２）に対応する複数の垂直案内柱（４１５）が成形される、
ことを特徴とする請求項６に記載の二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。
前記三螺旋面クッションブロック（８４）は、ベースリングを含み、前記ベースリングの上部は、三つの円弧ブロック体に均等に分割され、前記円弧ブロック体の頂部には、第１螺旋面が成形され、前記三螺旋面凸リング（６１）は、凸リング本体を含み、前記凸リング本体の下部は、三つの円弧ブロック体に均等に分割され、前記円弧ブロック体の底部には、前記第１螺旋面に一致する第２螺旋面が成形される、
ことを特徴とする請求項６に記載の二自由度と三自由度とを切り替え可能なボールジョイント構造。