JP7114129B1

JP7114129B1 - ユニバーサルジョイント機構、ツールジョイント及び工具駆動ユニット

Info

Publication number: JP7114129B1
Application number: JP2021198474A
Authority: JP
Inventors: 周一中田
Original assignee: 株式会社クロイツ
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-08-08
Anticipated expiration: 2041-12-07
Also published as: JP2023084348A

Abstract

【課題】１対の部材を傾動可能に連結し、それらの１対の部材の相対的な姿勢を安定させることが可能な技術を提供する。【解決手段】本開示のユニバーサルジョイント機構では、第１部材１１の扁平コア部１４が球面状の外周面１４Ｇを有し、第２部材２０の包囲部２０Ｓにおける円筒状の内周面の内側に嵌合している。また、扁平コア部１４の外周面１４Ｇには複数の係合溝１５が均等配置され、それら係合溝１５に包囲部２０Ｓの内周面から突出する複数の係合突起２４Ｔが係合している。また、第２部材２０のうち扁平コア部１４を挟んで対向する１対の対向壁２０Ｕ，２０Ｔの一方の対向壁２０Ｕと扁平コア部１４と間に弾性部材２５を有し、扁平コア部１４を他方の対向壁２０Ｔに押し付けて原点姿勢に付勢している。【選択図】図１

Description

本開示は、ユニバーサルジョイント機構及びユニバーサルジョイント機構を有するものに関する。

従来より、１対の部材を任意の方向に傾動可能に連結するユニバーサルジョイント機構が知られている（例えば、特許文献１，非特許文献１参照）。

特開２００３－２８７０５２号公報（図６，図７）

"ウィキペディア"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［令和３年１２月１日検索］、インターネット＜URL：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%9C%A8%E7%B6%99%E6%89%8B＞

ところで、ユニバーサルジョイント機構で連結される１対の部材のうち一方の部材のみが支持された状態で使用されることがある。しかしながら、従来のユニバーサルジョイント機構を利用した場合には、支持されていない他方の部材の姿勢が安定せず、使い勝手が悪いという問題があり、その問題を解決する技術の開発が求められている。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、第１部材と第２部材とを連結するユニバーサルジョイント機構であって、前記第１部材に設けられ、球面の一部をなしかつその球面の中心点を包囲する円環状の外周面を有し、その外周面の幅方向で扁平となった扁平コア部と、前記扁平コア部の前記外周面の周方向に均等配置され、前記扁平コア部の軸方向に延びる複数の係合溝と、前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部の外側に嵌合し、前記扁平コア部の前記外周面に隣接する円筒状の内周面を有する包囲部と、前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部を軸方向で挟んで対向する１対の対向壁と、前記包囲部のうち前記複数の係合溝に対向する複数位置を内外に貫通する複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔に、前記包囲部の外側から取り付け可能な複数の係合部材と、前記複数の係合部材に設けられて、前記包囲部の前記内周面から突出し、前記包囲部に対する前記扁平コア部の回転を禁止しかつ傾動を許容するように前記複数の係合溝に係合する複数の係合突起と、前記複数の係合部材を前記複数の貫通孔に抜け止めする抜止部材と、一方の前記対向壁と前記扁平コア部と間に挟まれ、前記扁平コア部を他方の前記対向壁に押し付けられた原点姿勢に付勢する弾性部材と、を備えるユニバーサルジョイント機構である。

請求項２の発明は、前記複数の貫通孔は、その軸方向の途中に段差面を有して、前記段差面より前記扁平コア部に近い側が小径孔部をなす一方、遠い側が大径孔部をなし、前記複数の係合部材は、前記小径孔部より外径が大きくかつ前記大径孔部に嵌合される大径部と、前記小径孔部より外径が小さくかつ前記小径孔部を貫通して先端部が前記包囲部の内面から突出する小径部と、を有し、前記小径部の先端部が前記係合突起になっている請求項１に記載のユニバーサルジョイント機構である。

請求項３の発明は、前記複数の係合部材は、前記複数の貫通孔の内径と略同一の外径の複数の球体であり、前記複数の球体の一部が前記係合突起になっている請求項１に記載のユニバーサルジョイント機構である。

請求項４の発明は、第１部材と第２部材とを連結するユニバーサルジョイント機構であって、前記第１部材に設けられ、球面の一部をなしかつその球面の中心点を包囲する円環状の外周面を有し、その外周面の幅方向で扁平となった扁平コア部と、前記扁平コア部の前記外周面の周方向に均等配置され、前記扁平コア部の軸方向に延びる複数の係合溝と、前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部の外側に嵌合し、前記扁平コア部の前記外周面に隣接する円筒状の内周面を有する包囲部と、前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部を軸方向で挟んで対向する１対の対向壁と、前記包囲部の前記内周面から突出し、前記包囲部に対する前記扁平コア部の回転を禁止しかつ傾動を許容するように前記複数の係合溝に係合する複数の係合突起と、一方の前記対向壁と前記扁平コア部と間に挟まれ、前記扁平コア部を他方の前記対向壁に押し付けられた原点姿勢に付勢する弾性部材と、前記第１部材及び前記第２部材の一方の部材の中心部に穿孔されている中心孔と、他方の部材の中心部から片持ち状態に張り出して前記中心孔に遊嵌され、前記扁平コア部が前記原点姿勢から傾くと前記中心孔の内面に当接して曲げ変形する曲げ弾性部材と、を備えるユニバーサルジョイント機構である。
請求項５の発明は、第１部材と第２部材とを連結するユニバーサルジョイント機構であって、前記第１部材に設けられ、球面の一部をなしかつその球面の中心点を包囲する円環状の外周面を有し、その外周面の幅方向で扁平となった扁平コア部と、前記扁平コア部の前記外周面の周方向に均等配置され、前記扁平コア部の軸方向に延びる複数の係合溝と、前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部の外側に嵌合し、前記扁平コア部の前記外周面に隣接する円筒状の内周面を有する包囲部と、前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部を軸方向で挟んで対向する１対の対向壁と、前記包囲部の前記内周面から突出し、前記包囲部に対する前記扁平コア部の回転を禁止しかつ傾動を許容するように前記複数の係合溝に係合する複数の係合突起と、一方の前記対向壁と前記扁平コア部と間に挟まれ、前記扁平コア部を他方の前記対向壁に押し付けられた原点姿勢に付勢する弾性部材と、前記他方の対向壁から突出し、前記扁平コア部の外周面と同心の円環状をなし、前記扁平コア部の一端面のうち前記外周面より中心側に離れた位置に当接する環状突部と、を備え、前記環状突部の先端には、前記扁平コア部の一端面が面当接する平坦面と、前記平坦面より外側に位置し、前記平坦面に滑かに連続する円弧面と、が形成されているユニバーサルジョイント機構である。

請求項６の発明は、請求項１から５の何れか１の請求項に記載のユニバーサルジョイント機構と、前記第１部材の中心部に設けられ、回転駆動源の回転出力部又は回転工具の一方が取り付けられる第１接続部と、前記第２部材の中心部に設けられ、回転駆動源の回転出力部又は回転工具の他方が取り付けられる第２接続部と、を有するツールジョイントである。

請求項７の発明は、請求項１から５の何れか１の請求項に記載のユニバーサルジョイント機構と、前記第１部材を側面に備える回転駆動源と、前記回転駆動源の回転出力部に備えられ、回転工具が一体回転可能に取り付けられる回転工具装着部と、を備え、前記第２部材は、前記回転駆動源の少なくとも一部を受容する筒部と、ロボット、ＮＣ旋盤その他の工作機械の可動部に取り付けられる取付部とを有する工具駆動ユニットである。

本発明のユニバーサルジョイント機構では、第１部材の扁平コア部が、球面の一部をなしている外周面を有し、第２部材の包囲部における円筒状の内周面の内側に嵌合している。また、扁平コア部の外周面には複数の係合溝が均等配置され、それら係合溝に包囲部の内周面から突出する複数の係合突起が係合している。これらにより、第１部材及び第２部材は、相対的に任意の傾動姿勢となりかつ、任意の傾動姿勢でトルクを伝達することができる。また、第２部材のうち扁平コア部を挟んで対向する１対の対向壁の一方と扁平コア部と間に弾性部材を有し、扁平コア部を他方の対向壁に押し付けて原点姿勢に付勢している。これにより、第１部材及び第２部材の一方の部材のみが支持された状態で使用されても、他方の部材の姿勢が安定する。

なお、係合突起と係合溝の内面との接触は、線接触、面接触、点接触の何れでもよい。また、係合溝の内面に係合突起が点接触する構造とすれば、線接触、面接触するものに比べて摺接抵抗が抑えられ、ユニバーサルジョイント機構のスムーズな傾動動作が可能になる。また、請求項３の構成のように、複数の係合部材は、複数の貫通孔の内径と略同一の外径の複数の球体であり、複数の球体の一部が係合突起になっているものでは、球体の回転により、ユニバーサルジョイント機構のスムーズな傾動動作が可能になる。

請求項４のユニバーサルジョイント機構では、中心に曲げ弾性部材を有するという簡素かつコンパクトな構造で原点姿勢への付勢力を大きくすることができる。

請求項６のツールジョイント又は請求項７の工具駆動ユニットを使用すれば、回転工具がワークに宛がれていない状態では回転工具が原点姿勢で保持されて安定し、回転工具がワークに宛がわれたときには、回転工具が原点姿勢から傾動して回転工具に過度な付加が付与されることが防がれると共に過度な加工も防がれる。

本開示の第１実施形態のツールジョイントの側断面図ツールジョイントの分解斜視図ツールジョイントの（Ａ）平断面図、（Ｂ）一部を拡大した平断面図ツールジョイントの一部を拡大した側断面図回転工具の側断面図第２実施形態のツールジョイントの側断面図第３実施形態のツールジョイントの側断面図そのツールジョイントが屈曲した状態の側断面図第４実施形態の工具駆動ユニットの側断面図工具駆動ユニットの一部を拡大した側断面図

［第１実施形態］
以下、図１～図５を参照して本開示の第１実施形態のツールジョイント１０Ａについて説明する。図１に示すように、本実施形態のツールジョイント１０Ａは、ユニバーサルジョイント機構で連結された第１部材１１と第２部材２０とを有する。

第１部材１１は、センタースリーブ１２の一端寄り位置からフランジ状の扁平コア部１４が側方に張り出した構造をなしている。以下、センタースリーブ１２のうち扁平コア部１４に近い側を基端側又は後端側と言う一方、扁平コア部１４から遠い側を先端側又は前端側という。また、第１部材１１以外のツールジョイント１０Ａの各構成部品においても、センタースリーブ１２の軸方向を前後方向といい、センタースリーブ１２と同じ一方側を前側、他方側を後側ということとする。

センタースリーブ１２は、扁平コア部１４より前側が後側より太くなっている。また、センタースリーブ１２のうち扁平コア部１４より前側部分における先端部は外径が僅かに大きい大径部１２Ａになっていて、その大径部１２Ａの外面のうち後端寄り位置より前側に、雄螺子部１２Ｎが形成されている。また、雄螺子部１２Ｎには、ナット１９が螺合していて、そのナット１９の前端部の内側は、前端面に向かって縮径するテーパー孔部１９Ｔが備えられている。なお、図２に示すように、大径部１２Ａの後端部には、４つの平坦な工具当接面１２Ｆが四方を向くように形成されている。

図１に示すように、センタースリーブ１２の内側には、前端から前後方向の中間位置に向かって縮径するテーパー孔部１３Ａが設けられ、そこには締付スリーブ１８が嵌合している。締付スリーブ１８の外面には、前端寄り位置から後端に亘って縮径する第１テーパー部１８Ａと、前端寄り位置から前端に亘って縮径する第２テーパー部１８Ｂとが備えられている。また、締付スリーブ１８は、後端から第１テーパー部１８Ａの途中位置までテーパー孔部１３Ａ内に収まり、それより前側部分がセンタースリーブ１２の先端面から先方に突出し、第２テーパー部１８Ｂがナット１９のテーパー孔部１９Ｔに当接している。さらには、締付スリーブ１８の周方向には、締付スリーブ１８の前端から後端寄り位置まで延びる第１スリット１８Ｃと、それとは逆に、締付スリーブ１８の後端から前端寄り位置まで延びる第２スリット１８Ｄとが周方向の交互に並べて形成されている。そして、これら締付スリーブ１８とナット１９とセンタースリーブ１２の前端部等から第１接続部３１が構成され、ここに回転工具１０１が取り付けられる。

扁平コア部１４は、前後方向から見るとセンタースリーブ１２と同心の略円形をなし、扁平コア部１４の前面１４Ｆ及び後面１４Ｒは、センタースリーブ１２の中心軸と直交する平坦面になっている。また、扁平コア部１４の後面１４Ｒには、中心軸回りを均等分する複数位置に断面円形の複数（例えば、６～１２個）のバネ受容凹部１４Ｃが形成されている（図１には、１つのバネ受容凹部１４Ｃのみが示されている）。

扁平コア部１４の外周面１４Ｇは、球面の一部をなしかつその球面の中心点Ｐ１は、扁平コア部１４の厚さ方向（前後方向）の略中央に位置している。なお、図１には、外周面１４Ｇが含まれる球面Ｄ１の輪郭が二点鎖線で示されている。

図３（Ａ）に示すように、扁平コア部１４の外周面１４Ｇには、周方向で複数等分（例えば、３等分）する位置に係合溝１５が形成されている。図２に示すように、係合溝１５は、例えば、前後方向に一定幅をなして延びる角溝形状をなし、図３に示すように互いに平行な１対の溝内側面１５Ａを有する。

図１に示すように、第２部材２０は、第２部材本体２１に、カバー部材２２、蓋部材２３及び複数の係合チップ２４等を組み付けてなる。第２部材本体２１は、前端から後端に向かって段階的に縮小した円筒状をなしている。

具体的には、第２部材本体２１の外周面は、前端から後端に向かって順番に、大径部２１Ａ、中径部２１Ｂ、小径部２１Ｃ，第２接続部３２になっている。第２接続部３２は、図２に示すように例えばパイプ状をなして延び、例えばＮＣ旋盤の回転主軸１００のチャックされる。また、大径部２１Ａは、それ以外の部分に比べて軸長が短く、大径部２１Ａと中径部２１Ｂとの間の段差は、中径部２１Ｂと小径部２１Ｃとの段差に比べて小さくなっている。

カバー部材２２は、大径部２１Ａと同一外径の円筒状をなし、その内周面は、軸方向の途中より後側が段付き状に縮径した構造をなしている。そして、カバー部材２２は、第２部材本体２１の中径部２１Ｂ及び小径部２１Ｃの外側に丁度嵌合している。また、蓋部材２３は、第２部材本体２１の大径部２１Ａの同一外径の円板部２３Ａの前面と後面とに、円板部２３Ａより外径が小さい円形の前側嵌合部２３Ｂと後側嵌合部２３Ｃとを備えた構造をなしている。また、蓋部材２３の中心部には、貫通孔２３Ｇが形成されている。そして、後側嵌合部２３Ｃが第２部材本体２１の前端部の内側に丁度嵌合され、円板部２３Ａが第２部材本体２１の前面に重ねられている。

また、図２に示すように、蓋部材２３の外縁部には、等間隔に複数の座繰り孔２３Ｈが形成されている。また、第２部材本体２１には、蓋部材２３の複数の座繰り孔２３Ｈのうちの一部複数の座繰り孔２３Ｈの同軸上に複数の貫通孔２１Ｈが形成されると共に、残りの複数の座繰り孔２３Ｈの同軸上に複数の螺子孔２１Ｎが形成されている。さらに、カバー部材２２には、第２部材本体２１の複数の貫通孔２１Ｈの同軸上に、螺子孔２２Ｈが形成されている。そして、座繰り孔２３Ｈに通された長短の複数のボルトＢ１にて第２部材本体２１、カバー部材２２、蓋部材２３が固定されている。

図１に示すように、第２部材本体２１の内周面は、前端から後端に向かって順番に、大径孔部２１Ｄ、中径孔部２１Ｅ、小径孔部２１Ｆになっている。また、前述の蓋部材２３の後側嵌合部２３Ｃは、第２部材本体２１における大径孔部２１Ｄの前端部に嵌合している。そして、大径孔部２１Ｄと中径孔部２１Ｅとの間の段差面２１Ｌと蓋部材２３とに挟まれたコア収容空間２０Ｋに第１部材１１の扁平コア部１４が受容されると共に、第１部材１１のセンタースリーブ１２のうち扁平コア部１４より後側部分が中径孔部２１Ｅに受容され、さらには、センタースリーブ１２のうち扁平コア部１４より前側部分が蓋部材２３の貫通孔２３Ｇを貫通して蓋部材２３より前側に突出している。

詳細には、図４に示すように、大径孔部２１Ｄは、後端側が段付き状に僅かに内径が大きくなるように加工され、その段差部２１Ｚより前側部分が、焼き入れをされかつ研磨加工されている。以下説明において、単に、大径孔部２１Ｄの内側面という場合には、段差部２１Ｚより前側部分を意味するものとする。

第２部材２０のうちコア収容空間２０Ｋを包囲する包囲部２０Ｓの内側面（つまり、大径孔部２１Ｄの内側面）は、扁平コア部１４の外周面１４Ｇを含む前述の球面Ｄ１の直径と略同一か又はほんの僅かに大きい一定の内径を有している。また、第２部材２０のうちコア収容空間２０Ｋを挟んで対向する１対の対向壁２０Ｔ，２０Ｕ（具体的には、蓋部材２３及び第２部材本体２１の各一部）の間隔は、扁平コア部１４の前後方向の厚さより大きい。さらに、センタースリーブ１２は、貫通孔２３Ｇ及び中径孔部２１Ｅに対して隙間を介して遊嵌されている。これらにより、球面Ｄ１の中心点Ｐ１を第２部材２０の中心軸上に配置された状態を維持して第１部材１１が第２部材２０に対して傾動する。

また、第２部材２０のうち扁平コア部１４に後側から対向する対向壁２０Ｕには、扁平コア部１４の複数のバネ受容凹部１４Ｃと対向する位置に複数のバネ受容凹部２１Ｇが形成されている。そして、複数のバネ受容凹部１４Ｃと複数のバネ受容凹部２１Ｇとに跨がって圧縮コイルバネである複数の弾性部材２５が受容されて、扁平コア部１４を前方に付勢している。

第２部材２０のうち扁平コア部１４に前側から対向する対向壁２０Ｔからは、扁平コア部１４に向かって環状突部２３Ｔが段付き状に突出している。環状突部２３Ｔは、大径孔部２１Ｄの中心と同心の円環状をなしている。また、図４に示すように、環状突部２３Ｔの先端面２３Ｓは、外縁部を除く全体が第２部材本体２１の中心軸と直交する平坦面をなし、その平坦面に滑かに連続する円弧面を外縁部に備えている。そして、扁平コア部１４が複数の弾性部材２５に付勢されて環状突部２３Ｔの先端面２３Ｓに面当接することで、扁平コア部１４を含む第１部材１１の中心軸と第２部材２０の中心軸とが１つに重なった原点姿勢に位置決めされる。

なお、図１に示すように、蓋部材２３の前側嵌合部２３Ｂにおける外面基端部には、環状溝２３Ｍが形成され、そこに防塵ブーツ２６の後端部から内側に突出する突部が係合している。防塵ブーツ２６は、円筒体の前端部を内側に折り返すように湾曲させた形状をなし、センタースリーブ１２の外面に密着している。これにより、第２部材２０に対する第１部材１１の傾動を許容した状態でコア収容空間２０Ｋ内に粉塵が侵入することが防がれている。

図３（Ａ）に示すように、包囲部２０Ｓの内周面からは、扁平コア部１４の複数の係合溝１５に係合する複数の係合突起２４Ｔが突出している。具体的には、第２部材本体２１のうち扁平コア部１４の複数の係合溝１５と第２部材本体２１の径方向で対向する位置には、第２部材本体２１の外周面の中径部２１Ｂと内周面の大径孔部２１Ｄとの間を連絡するように複数のチップ受容孔２１Ｊが形成されている。また、各チップ受容孔２１Ｊは、図４に示すように、前後方向においては、コア収容空間２０Ｋの略中央に配置されている。また、図３（Ｂ）に示すように、各チップ受容孔２１Ｊは、途中に段差面２１Ｊ１を有して大径孔部２１Ｄ側が段付き状に縮径している。そして、各チップ受容孔２１Ｊに第２部材本体２１の外側から係合チップ２４が挿入されている。

各係合チップ２４は、チップ受容孔２１Ｊのうちチップ受容孔２１Ｊより外側に丁度嵌合される円柱状の大径部２４Ａと、大径部２４Ａより小径の円柱状で、扁平コア部１４の係合溝１５内まで延びる小径部２４Ｂとを有する。また、小径部２４Ｂの先端部の側面には、球体の一部をなすように側方全体に膨らんだ膨出部２４Ｈが形成されている。そして、膨出部２４Ｈを含む小径部２４Ｂの先端部が前述の係合突起２４Ｔになっている。また、係合チップ２４は、中径部２１Ｂの外側に嵌合されているカバー部材２２によって抜け止めされている。また、図示されていないが、係合溝１５の１対の溝内側面１５Ａと係合突起２４Ｔとの間には、第２部材２０に対する扁平コア部１４の任意方向への傾動を許容する程度の僅かなクリアランスが設けられている。

なお、本実施形態の係合溝１５は、角溝であるが、Ｖ溝でも円弧溝でもよい。また、本実施形態では、上記構造により係合突起２４Ｔが係合溝１５の１対の溝内側面１５Ａに点接触するが、係合突起２４Ｔが溝内側面１５Ａに線接触又は面接触する構造であってもよい。ただし、本実施形態のように係合突起２４Ｔが溝内側面１５Ａと点接触する構造とすれば、線接触、面接触する構造に比べて摺接抵抗が抑えられ、第１部材１１と第２部材２０とのスムーズな傾動動作が可能になる。

本実施形態のツールジョイント１０Ａの構造に関する説明は以上であり、このツールジョイント１０Ａに含まれるユニバーサルジョイント機構は、上述の扁平コア部１４を含む第１部材１１、包囲部２０Ｓ，１対の対向壁２０Ｕ，２０Ｔを含む第２部材２０、係合チップ２４、弾性部材２５等から構成されている。次に、このツールジョイント１０Ａの作用効果を図１に示した使用例と共に説明する。

図１に示した使用例では、ツールジョイント１０Ａの後端の第２接続部３２が、前述の通りＮＣ旋盤の回転主軸１００のチャックされ、前端の第１接続部３１に回転工具１０１が取り付けられる。回転工具１０１は、例えば、バリ取り工具であって、図５に示すようにシャフト部１０２の先端にそれより大径のヘッド部１０３を有する。ヘッド部１０３には、その径方向に延びかつ一端がヘッド部１０３の外周面に開口する収容孔１０３Ａが備えられ、そこにバリ取りチップ１０４と圧縮コイルバネ１０５とが内蔵されている。そして、バリ取りチップ１０４における先端部のみが収容孔１０３Ａから外側に突出するように圧縮コイルバネ１０５によって付勢されている。また、バリ取りチップ１０４の先端部は半球体形状をなし、その先端中心部から放射状に延びる複数の刃部１０４Ａを備えている。そして、回転工具１０１は、シャフト部１０２を、ツールジョイント１０Ａにおける締付スリーブ１８内に挿入された状態でナット１９を締め付けることで第１接続部３１に固定される。これにより、回転工具１０１は、回転工具１０１の回転軸と同心に配置される。

なお、回転工具１０１は、上記構造に限定されるものでなく、例えば、ヘッド部１０３が円柱状の球状、円板状等の砥石になっているものであってもよい。また、回転工具１０１は、バリ取り工具でなくてもよく、例えば、ドリル、リーマー、面取り加工を行うテーパーカッター、切削工具であってもよい。

このＮＣ旋盤によるバリ取り加工は、例えば図示しない治具に固定されるワークに対して、ティーチングにより加工プログラムが予め作成され、順次、ワークを交換して加工プログラムを繰り返し実行することで行われる。その際に、ワークの形状や取り付け位置のばらつきにより、回転工具１０１に対するワークの当接位置がばらつくことが考えられる。これに対し、このＮＣ旋盤では、回転主軸１００と回転工具１０１との間にツールジョイント１０Ａが使用されているので、回転工具１０１が回転主軸１００に対して任意の方向に傾動し、任意の傾動姿勢で回転工具１０１が回転駆動されるので、ワークの当接位置のばらつきの影響を抑えたバリ取り加工を行うことができる。

また、ツールジョイント１０Ａは側方から外力を受けていない状態では、弾性部材２５の付勢力によってツールジョイント１０Ａの第１部材１１が第２部材２０に対して同軸上に並ぶ原点姿勢に保持されるから、本実施形態のようにツールジョイント１０Ａが一端部のみを回転主軸１００に保持されて片持ち状態で使用されても、ツールジョイント１０Ａ及び回転工具１０１の姿勢が原点姿勢で安定し、例えばティーチング作業を容易に行うことができる。また、ティーチング作業の際に、回転工具１０１がワークに衝突する不具合が生じても、第１部材１１の傾動によるツールジョイント１０Ａの屈曲によって回転工具１０１への衝撃が緩和されて破損が防がれる。

［第２実施形態］
本実施形態のツールジョイント１０Ｂは、図６に一部が示されている。このツールジョイント１０Ｂは、前記第１実施形態のツールジョイント１０Ａの複数の係合チップ２４の代わりに、複数の球体２９を備えている。そのために、第２部材本体２１に形成された複数の球体受容孔３０は、均一の内径をなして第２部材本体２１を内外に貫通し、第２部材本体２１の外側面の開口をカバー部材２２によって閉塞されている。そして、各球体２９は、各球体受容孔３０に一部を受容され、一部以外の部分が第２部材本体２１の内面から突出して複数の係合突起２９Ｔとなって係合溝１５と係合している。

本実施形態の構造に関する説明は以上である。本実施形態のツールジョイント１０Ｂでも、第１実施形態のツールジョイント１０Ａと同様の効果を奏すると共に、第２部材２０に対して第１部材１１が傾動すると、それに伴い球体２９が回転する。これにより、第１部材１１の傾動操作がスムーズになる。なお、前記本実施形態の係合溝１５は、角溝構造をなしているが、Ｖ溝構造や断面半円状の円弧溝構造をなしていてもよい。

［第３実施形態］
本実施形態のツールジョイント１０Ｃは、図７と図８とに示されている。図７に示すように、本実施形態のツールジョイント１０Ｃは、前記第１実施形態のツールジョイント１０Ａの第１部材１１の後端部から曲げ弾性部材３３が片持ち梁状に後方に延びて、第２部材２０の小径孔部２１Ｆに遊嵌された構造になっている。具体的には、曲げ弾性部材３３は、例えば断面円形の棒状をなしている。また、センタースリーブ１２の後端部の内径は、第１実施形態に比べて小さくなっていて側方から螺子孔３４Ａが連通している。そして、曲げ弾性部材３３の前端部がセンタースリーブ１２の後端部に挿入されて螺子孔３４Ａに螺合したセット螺子３４Ｂにて固定されている。

本実施形態の構造に関する説明は以上である。このツールジョイント１０Ｃでは、図８に示すように、第１部材１１が原点姿勢から傾くと曲げ弾性部材３３が小径孔部２１Ｆの内面に当接して曲げ変形する。そして、弾性部材２５と曲げ弾性部材３３とが協働して、第１部材１１を原点姿勢に付勢する。このように、本実施形態のツールジョイント１０Ｃは、中心に曲げ弾性部材３３を有するという簡素かつコンパクトな構造で原点姿勢への付勢力を大きくすることができる。

［第４実施形態］
図９及び図１０には、本開示の工具駆動ユニット１０Ｄの実施形態が示されている。図９に示すように、この工具駆動ユニット１０Ｄは、環状の第１部材４５が側面に取り付けられている回転駆動源４０と、回転駆動源４０の一部を受容する筒部５０Ｔを有した第２部材５０とを備える。そして、第１部材４５と第２部材５０とが前記第１実施形態と同様のユニバーサルジョイント機構にて連結されている。以下、図９及び図１０における上側及び下側を、工具駆動ユニット１０Ｄの各構成部品における上側及び下側ということとする。また、第１実施形態で説明した部位と同一機能を有する部位には、同一の符号を付して重複した説明を省略し、第１実施形態と異なる部位に関してのみ説明する。

回転駆動源４０は、モータ４１の前端部にスピンドル４２を連結した構造をなし、スピンドル４２の前端部から突出する回転出力部４２Ａに、回転工具が取り付けられる回転工具装着部４２Ｂを備える。そして、回転駆動源４０は、回転工具装着部４２Ｂが下方を向いた状態に配置されている。

また、モータ４１の下端部とスピンドル４２の上端部とには、フランジ４１Ｆ，４２Ｆが備えられ、それらフランジ４１Ｆ，４２Ｆの間に第１部材４５の一部が挟まれて回転駆動源４０に第１部材４５が固定されている。

より具体的には、第１部材４５は、円筒状をなし、下端から内側に張り出す取付板部４６と、上端から外側に張り出す上端鍔部４７とを有する。そして、第１部材４５がモータ４１のフランジ４１Ｆの外側に嵌合されて、取付板部４６がフランジ４１Ｆ，４２Ｆの間に挟まれている。そして、取付板部４６とフランジ４１Ｆとに形成された複数の貫通孔４６Ａに通されたボルトＢ２がフランジ４２Ｆの螺子孔に締め付けられて第１部材４５が回転駆動源４０に固定されている。

また、第１部材４５は、本開示の「扁平コア部」でもあり、上端鍔部４７より下方に前記第１実施形態で説明した球面状の外周面１４Ｇを有し、その外周面１４Ｇに複数の係合溝１５を備えている。

第２部材５０の筒部５０Ｔは、何れも環状の下端筒部材５１、中間筒部材５２、上端筒部材５３及び上端リング５４を積み上げて合体させた構造をなしている。そして、回転駆動源４０の上下方向の中間部が筒部５０Ｔに受容され、第１部材４５が筒部５０Ｔの下端部内に配置されている。

図１０に示すように、筒部５０Ｔの下端部を構成する下端筒部材５１の内部は、前記第１実施形態の第２部材本体２１の内部と同様に、下方に向かって段付き状に縮径した形状をなし、その段差面５１Ｄに環状突部２３Ｔが形成されている。また、下端筒部材５１のうち段差面５１Ｄより上側は、第１実施形態で説明した大径孔部２１Ｄになっていて、その大径孔部２１Ｄの内側に第１部材４５の外周面１４Ｇが収まっている。そして、下端筒部材５１の周方向の複数位置に形成された複数のチップ受容孔２１Ｊに係合チップ２４が受容され、それら係合チップ２４の先端部が係合突起２４Ｔとなって、係合溝１５に係合している。なお、下端筒部材５１には、下方からチップ受容孔２１Ｊに連通する螺子孔４９Ｎが形成され、そこに螺合したセット螺子４９を係合チップ２４に突き当てることで、係合チップ２４がチップ受容孔２１Ｊに抜け止めされている。

下端筒部材５１の上に重なる中間筒部材５２の内部は、上下方向の中間部が段付き状に縮径されて内側環状突壁５２Ａになっている。また、内側環状突壁５２Ａを周方向で均等分する位置には、下方に向かって開口する複数のバネ受容凹部２１Ｇが形成されて、それらバネ受容凹部２１Ｇの内部上面と第１部材４５の上面との間に複数の弾性部材２５が挟まれて、第１部材４５を下方に付勢している。これらにより、本実施形態の冒頭で説明したように第１部材４５と第２部材５０とが、前記第１実施形態と同様のユニバーサルジョイント機構にて連結されている。

なお、内側環状突壁５２Ａは、第１実施形態で説明した「１対の対向壁２０Ｕ，２０Ｔ」の一方の対向壁に相当し、下端筒部材５１のうち環状突部２３Ｔを有する壁部が他方の対向壁に相当し、さらには、それら１対の対向壁に相当する部分に挟まれた下端筒部材５１の上部と中間筒部材５２の下部が、第１実施形態で説明した「包囲部２０Ｓ」に相当する。

本実施形態の工具駆動ユニット１０Ｄには、第１部材４５を第２部材５０に対して原点姿勢にロックするロック機構が設けられている。具体的には、中間筒部材５２の上に重なる上端筒部材５３の内径は、内側環状突壁５２Ａの内径と略同一になっていて、内側環状突壁５２Ａと上端筒部材５３との間には、環状凹部５２Ｅが形成されている。そして、環状凹部５２Ｅに、昇降リング５６が上下に移動可能に受容されている。また、内側環状突壁５２Ａのうちバネ受容凹部２１Ｇを避けた周方向の複数位置には、上下に貫通するガイド孔５２Ｂが形成されている。そして、昇降リング５６に固定されて垂下するピン５８が、ガイド孔５２Ｂに通されて第１部材４５の上面に突き当てられている。

上端筒部材５３を周方向で均等分する位置には、下方に向かって開口する複数のバネ受容凹部５３Ｇが形成されている。そして、それらバネ受容凹部５３Ｇの内部上面と昇降リング５６の上面との間に複数の弾性部材５７が設けられている。これら弾性部材５７は、上端筒部材５３における昇降リング５６のばたつきを防ぐためのももので、弾性部材５７のバネ剛性は、弾性部材２５のバネ剛性に比べて十分に小さい。

上端筒部材５３のうちバネ受容凹部５３Ｇを避けた周方向の複数位置には、下方に向かって開口する複数のシリンダ室５３Ｓが形成されている。それら複数のピストン５９が、複数のシリンダ室５３Ｓに上下にスライド可能に嵌合され、ピストン５９の下端部は昇降リング５６の上面に突き当てられている。なお、ピストン５９の上部には、シリンダ室５３Ｓの内部上面に衝突することを防ぐための圧縮コイルバネ６０が備えられている。

上端筒部材５３には、シリンダ室５３Ｓと上端筒部材５３の上面との間を連絡する連絡流路５３Ｒが形成されている。また、上端筒部材５３の上に重なる上端リング５４の下面には、連絡流路５３Ｒに接続される環状流路５４Ｒと、環状流路５４Ｒに連通して上端リング５４の側面に開口する導入流路５４Ａとが形成されている。さらに、導入流路５４Ａには、図示しない電磁弁を介して図示しないコンプレッサが接続されている。そして、電磁弁が開状態になるとシリンダ室５３Ｓに圧縮エアーが供給されて複数のピン５８が第１部材４５を加圧し、第１部材４５が原点姿勢にロックされ、電磁弁が閉状態になると、例えば、ピストン５９とシリンダ室５３Ｓの内面との間から圧縮エアーが抜け、前記ロックが解除される。なお、中間筒部材５２には、昇降リング５６が上方に移動した場合に作動して、第１部材４５が原点姿勢から傾動したことを検出するためのスイッチ６１が備えられている。

図９に示すように、上端リング５４の上面には防塵ブーツ２６が取り付けられて、回転駆動源４０と筒部５０Ｔの上端部との間の開口は閉塞されている。また、回転駆動源４０と筒部５０Ｔの下端部との間の開口は開放されている。また、下端筒部材５１には、筒部５０Ｔ内のうち第１部材４５より上側の空間と下側の空間とを連絡するための連通流路５１Ｒが形成されている。さらに、上端リング５４には、内面と外面との間を連絡するエアーパージ用流路５４Ｂが形成されている。そして、外部からエアーパージ用流路５４Ｂを通して筒部５０Ｔの上部内に低圧の圧縮エアーがパージされ、第１部材４５の側方の隙間（特に係合溝１５内）と、連通流路５１Ｒとを通って筒部５０Ｔの下端部から下端開口の外に排出される。これにより、筒部５０Ｔ内に粉塵が侵入することが防がれている。

第２部材５０には、筒部５０Ｔが嵌合した貫通孔５５Ｋを有する板状の取付部５５が備えられている。そして、その取付部５５に、図示しないロボットの先端に備えたフランジを固定するための図示しない複数の螺子孔又は複数の貫通孔が備えられている。

本実施形態の工具駆動ユニット１０Ｄの構成に関する説明は以上である。この工具駆動ユニット１０Ｄを使用すれば、前記他の実施形態と同様に、回転工具がワークに宛がれていない状態では回転工具が原点姿勢で保持されて安定し、回転工具がワークに宛がわれたときには、回転工具が原点姿勢から傾動して回転工具に過度な付加が付与されることが防がれると共に過度な加工も防がれる。

［他の実施形態］
（１）前記第１実施形態のツールジョイント１０Ａは、回転工具１０１が取り付けられる第１接続部３１が第１部材１１に備えられる一方、回転駆動源に取り付けられる第２接続部３２が第２部材２０に備えられていたが、それと逆であってもよい。

（２）前記第１実施形態では、ツールジョイント１０Ａが回転駆動される使用例を示したが、回転駆動されなくてもよい。例えば、ツールジョイント１０Ａをロボットの先端部に取り付けて、そのツールジョイント１０Ａの先端部にタッチセンサや溶接トーチを取り付ける使用例も考えられる。

（３）前記第１実施形態では、第１部材１１を原点姿勢に付勢するための複数の弾性部材２５が備えられていたが、第１部材１１と同心の１つのコイルバネで第１部材１１を原点姿勢に付勢してもよい。

（４）前記第４実施形態では、回転駆動源４０がモータ４１とスピンドル４２とから構成されていたが、それに減速機を加えた構成としてもよいし、モータのみの構成としてもよい。また、モータは、電気駆動のものでもエアー駆動のものでも油圧駆動のものでもよい。

（５）回転駆動源４０への第１部材４５の固定は上記第４実施形態の構造に限定されるものではなく、例えば、筒形のカップリングで、ボルトの締め付けにより内径が縮径しかつ外径が拡径するものを、第１部材４５と回転駆動源４０との間に配置しもよく、接着剤にて第１部材４５を回転駆動源４０に固定してもよい。

なお、本明細書及び図面には、特許請求の範囲に含まれる技術の具体例が開示されているが、特許請求の範囲に記載の技術は、これら具体例に限定されるものではなく、具体例を様々に変形、変更したものも含み、また、具体例から一部を単独で取り出したものも含む。

１０Ａ～１０Ｃツールジョイント
１０Ｄ工具駆動ユニット
１１，４５第１部材
１４扁平コア部
１４Ｇ外周面
１５係合溝
２０，５０第２部材
２０Ｓ包囲部
２０Ｔ，２０Ｕ対向壁
２４Ｔ，２９Ｔ係合突起
２５弾性部材
２９球体
４０回転駆動源
４２Ｂ回転工具装着部
５０Ｔ筒部
１００回転主軸
１０１回転工具
Ｄ１球面
Ｐ１中心点

Claims

第１部材と第２部材とを連結するユニバーサルジョイント機構であって、
前記第１部材に設けられ、球面の一部をなしかつその球面の中心点を包囲する円環状の外周面を有し、その外周面の幅方向で扁平となった扁平コア部と、
前記扁平コア部の前記外周面の周方向に均等配置され、前記扁平コア部の軸方向に延びる複数の係合溝と、
前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部の外側に嵌合し、前記扁平コア部の前記外周面に隣接する円筒状の内周面を有する包囲部と、
前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部を軸方向で挟んで対向する１対の対向壁と、
前記包囲部のうち前記複数の係合溝に対向する複数位置を内外に貫通する複数の貫通孔と、
前記複数の貫通孔に、前記包囲部の外側から取り付け可能な複数の係合部材と、
前記複数の係合部材に設けられて、前記包囲部の前記内周面から突出し、前記包囲部に対する前記扁平コア部の回転を禁止しかつ傾動を許容するように前記複数の係合溝に係合する複数の係合突起と、
前記複数の係合部材を前記複数の貫通孔に抜け止めする抜止部材と、
一方の前記対向壁と前記扁平コア部と間に挟まれ、前記扁平コア部を他方の前記対向壁に押し付けられた原点姿勢に付勢する弾性部材と、を備えるユニバーサルジョイント機構。
前記複数の貫通孔は、その軸方向の途中に段差面を有して、前記段差面より前記扁平コア部に近い側が小径孔部をなす一方、遠い側が大径孔部をなし、
前記複数の係合部材は、前記小径孔部より外径が大きくかつ前記大径孔部に嵌合される大径部と、前記小径孔部より外径が小さくかつ前記小径孔部を貫通して先端部が前記包囲部の内面から突出する小径部と、を有し、
前記小径部の先端部が前記係合突起になっている請求項１に記載のユニバーサルジョイント機構。
前記複数の係合部材は、前記複数の貫通孔の内径と略同一の外径の複数の球体であり、前記複数の球体の一部が前記係合突起になっている請求項１に記載のユニバーサルジョイント機構。
第１部材と第２部材とを連結するユニバーサルジョイント機構であって、
前記第１部材に設けられ、球面の一部をなしかつその球面の中心点を包囲する円環状の外周面を有し、その外周面の幅方向で扁平となった扁平コア部と、
前記扁平コア部の前記外周面の周方向に均等配置され、前記扁平コア部の軸方向に延びる複数の係合溝と、
前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部の外側に嵌合し、前記扁平コア部の前記外周面に隣接する円筒状の内周面を有する包囲部と、
前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部を軸方向で挟んで対向する１対の対向壁と、
前記包囲部の前記内周面から突出し、前記包囲部に対する前記扁平コア部の回転を禁止しかつ傾動を許容するように前記複数の係合溝に係合する複数の係合突起と、
一方の前記対向壁と前記扁平コア部と間に挟まれ、前記扁平コア部を他方の前記対向壁に押し付けられた原点姿勢に付勢する弾性部材と、
前記第１部材及び前記第２部材の一方の部材の中心部に穿孔されている中心孔と、他方の部材の中心部から片持ち状態に張り出して前記中心孔に遊嵌され、前記扁平コア部が前記原点姿勢から傾くと前記中心孔の内面に当接して曲げ変形する曲げ弾性部材と、を備えるユニバーサルジョイント機構。
第１部材と第２部材とを連結するユニバーサルジョイント機構であって、
前記第１部材に設けられ、球面の一部をなしかつその球面の中心点を包囲する円環状の外周面を有し、その外周面の幅方向で扁平となった扁平コア部と、
前記扁平コア部の前記外周面の周方向に均等配置され、前記扁平コア部の軸方向に延びる複数の係合溝と、
前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部の外側に嵌合し、前記扁平コア部の前記外周面に隣接する円筒状の内周面を有する包囲部と、
前記第２部材に設けられ、前記扁平コア部を軸方向で挟んで対向する１対の対向壁と、
前記包囲部の前記内周面から突出し、前記包囲部に対する前記扁平コア部の回転を禁止しかつ傾動を許容するように前記複数の係合溝に係合する複数の係合突起と、
一方の前記対向壁と前記扁平コア部と間に挟まれ、前記扁平コア部を他方の前記対向壁に押し付けられた原点姿勢に付勢する弾性部材と、
前記他方の対向壁から突出し、前記扁平コア部の外周面と同心の円環状をなし、前記扁平コア部の一端面のうち前記外周面より中心側に離れた位置に当接する環状突部と、を備え、
前記環状突部の先端には、前記扁平コア部の一端面が面当接する平坦面と、前記平坦面より外側に位置し、前記平坦面に滑かに連続する円弧面と、が形成されているユニバーサルジョイント機構。
請求項１から５の何れか１の請求項に記載のユニバーサルジョイント機構と、
前記第１部材の中心部に設けられ、回転駆動源の回転出力部又は回転工具の一方が取り付けられる第１接続部と、
前記第２部材の中心部に設けられ、回転駆動源の回転出力部又は回転工具の他方が取り付けられる第２接続部と、を有するツールジョイント。
請求項１から５の何れか１の請求項に記載のユニバーサルジョイント機構と、
前記第１部材を側面に備える回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転出力部に備えられ、回転工具が一体回転可能に取り付けられる回転工具装着部と、を備え、
前記第２部材は、前記回転駆動源の少なくとも一部を受容する筒部と、ロボット、ＮＣ旋盤その他の工作機械の可動部に取り付けられる取付部とを有する工具駆動ユニット。