JPH03281191A - 産業用ロボットのボールネジ軸の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットのボールネジ軸の冷却装置に
関し、特に、中空ボールネジ軸に形成した冷却空気通路
内に冷却空気流を導入、流動可能にするための構造簡単
な冷却装置に関する。

〔従来技術〕

従来から、伸縮アームを有した円筒座標形産業用ロボッ
トにおける伸縮アームの伸縮方向の移動やロボットアー
ムを上下に変位させる′場合には回転駆動源のモータと
ロボットアームとの間に回転−直動変換用のボールネジ
軸が設けられる。叉リンク駆動形の揺動アームを有した
多関節形産業用ロボットにおいても、ボールネジ軸に噛
合したボールナツトの直線変位に応じてリンクを枢動さ
せ、以てロボットアームを関節軸の周りに回転変位させ
る構造が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようにボールネジを回転−直動変換による伝動機構
として用いた産業用ロボットにおいては、駆動モータに
結合したボールネジ軸とロボットアーム等の可動部に結
合したポールナツトとのネジ係合による回転−直動変換
の精度が、可動部の動作精度に直接的に影響し、従って
、ロボットの作業精度、つまり、ロボットアームの先端
に手首を介して結合される種々のエンドエフェクタの作
業精度の高低にも直接的に影響が及ぶ。このために（３
） ボールネジ軸は精密加工により高加工精度に維持されて
いるが、ボールネジ軸の使用中に熱影響でボールネジ軸
自体が伸縮することにより、ボールナツト側に生ずる変
位精度を劣化させる問題については、従来、あまり省み
られていながいか、或いは、ロボット用途上から高精度
の要求が無かった状況に有る。然しなから、近年、産業
用ロボットの適用範囲が拡大の一途にあり、高い作業精
度を要求する、例えば、レーザ加工作業等にも産業用ロ
ボットが用いられる傾向に有り、故に、ボールネジ軸の
使用時における熱影響による精度劣化も無視でくなって
いる。

依って、本発明の目的は、ボールネジ軸の冷却装置を簡
単かつ安価な構造で実現せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、産業用ロボットに用いられるボールネジ軸の
冷却を空気冷却により実現せんとするものであり、産業
用ロボットの使用現場では圧力空（４） 気が手首部や種々のエンドエフェクタの作動流体として
利用されるために、圧力空気源が必ず同ロボット使用現
場に用意されることに鑑み、この圧力空気をボールネジ
軸の中空内部に形成した通路に導入、流動させてボール
ネジ軸の空冷化を図るようにしたもので、特に、冷却空
気流をボールネジ軸と駆動モータの出力軸端との結合部
に巧妙に導入するための軸継手を設けたものである。

すなわち、本発明によれば、産業用ロボットの可動部と
駆動モータとの間に設けられる回転−直動変換用ボール
ネジ軸を冷却する装置において、上記ボールネジ軸を空
気通路が具備された中空軸体に形成し、上記駆動モータ
の出力軸と上記ボールネジ軸の軸端との結合部にボール
ネジ軸の空気通路に連通した横孔付きの回転伝達用継手
を介在させて回転結合部を形成し、上記回転結合部を密
封的に囲繞する中空ブラケットを設け、上記中空ブラケ
ットに結合した冷却空気供給管から上記回転伝動用継手
の横孔を経由して上記ボールネジ軸の空気通路に冷却空
気流を導入した産業用ロボットのボールネジ軸の冷却装
置を提供するものである。なお、上記の回転伝達用継手
は、オルダム継手によって構成され、同オルダム継手要
素のうちの１つに側面外側から内方へ貫通させた孔を上
記の冷却空気導入用の横孔とするものことが好ましい。

　以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説明す
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるボールネジ軸の冷却装置を具備
した産業用ロボットの要部構造を示す一部断面部分を含
めた部分側面図、第２図は、冷却空気導入用の横孔を具
備したオルダム継手の実施例を示す斜視図、第３図はボ
ールネジ軸の軸端に具備される冷却空気の排出用ラジア
ルスリットを有した軸受ハウジングとカバーの構造例を
示す斜視図、第４図は本発明によるボールネジ軸の冷却
装置の冷却によってボールネジ軸に付与される顕著な効
果を示すグラフ図である。

第１図を参照すると、本発明によるポールネジ軸の冷却
装置を備えた産業用多関節ロボットの例が図示され、同
ロボット１０は、ベースとなるロボット胴部１２と、こ
のロボット胴部１２に対して軸心Ｃの回りに伏仰揺動可
能に枢着されたロボットアーム１４と、同ロボットアー
ム１４の後端側に突出した形状で設けられたリンク腕１
６とを具備し、このリンクアーム１６を介してロボット
アーム１４の伏仰揺動を起動するために駆動モータＭ１
とボールネジ・ナツト伝動機構１８とが更に具備されて
いる。勿論、ロボット１０は、上述の構造要素１２〜１
８に加えて、図示されていない他の第２のロボットアー
ムやロボット手首、手首先端に装着されるハンドその他
のエンドエフェクタ等を具備することにより、所望のロ
ボット作業を遂行する構成にあることは言うまでもない
。

さて、上述したロボットアーム１４の後端側に突出した
リンクアーム１６の後端には上記ボールネジ・ナツト伝
動機構１８のナツト２０を収納したケーシング３０が回
転自在に保持されており、同ナツト２０は、ボールネジ
・ナツト伝動機構１８（７） のボールネジ軸２２に噛合している。叉、ブラケット３
６はサボー）１２ａに回転自在に保持されている。この
ボールネジ軸２２は、下端側が上記駆動モータＭ１に結
合され、上端側は、ボールネジ軸カバー２３と結合され
た軸受ハウジング３２に取付けられた上回転軸受３４に
よって回転可能に支持されているが、更に詳細には、同
ボールネジ軸２２は内部が中空構造に形成され、従って
下端側から上端側へ貫通した中空通路が設けられており
、軸下端側は、上記駆動モータＭ１の出力端側にねじ固
定等手段等で取付けられた箱形のブラケット３６の内側
に収納された軸受箱３８により保持された下回転軸受４
０によって支持され、後述するオルダム継手４２を介し
て駆動モータＭ１の出力軸４４に結合されているのであ
る。従って、駆動モータＭ１の回転駆動でボールネジ軸
２２が回転すると、ボールネジ軸２２に噛合したボール
ナツト２０は、ボールネジ軸２２の軸方向に直線変位を
行う。つまり、ボールネジ・ナツト伝動機構１８により
回転−直動変換が行われ、同ボール（８） ナツト２０の直線変位によりケーシング３ｏを介してリ
ンクアーム１６に旋回モーメントが作用し、従っテロホ
ットアーム１４が揺動軸心Ｃの回りに伏仰揺動を行うよ
うに構成されている。なお、このとき、既述のようにポ
ールナツト２ｏのケーシング３０とブラケット３６が枢
着構造で保持されているから、ボールネジ・ナツト伝動
機構１８は、ケーシング３０の枢着構造の中心を回転中
心にして左右に回転し、更に、ブラケット３６の枢着構
造の中心を回転中心にして左右に回転するからリンクア
ーム１６とロボットアーム１４の揺動旋回は円滑に行わ
れるのである。

ここで、本発明の実施例によると、既述のようにボール
ネジ軸２２は中空構造を有し、内部に貫通された通路２
２ａは、冷却空気流通路として形成されている。また、
駆動モータＭ１に取付られたブラケット３６の内部は、
同ブラケット３６の下端側と駆動モータＭ１との取付部
に周知のｏリングから成るシール部材４６を装着し、か
つ、上端側と軸受箱３８との結合部にも同様のシール部
材４６を装着しているので、密封空間を形成している。

更に、ブラケット３６の側面には、駆動モータＭ１への
電気的配管類４７と一緒に、適宜の圧力空気源（通常、
ロボット使用現場に圧力空気源、例えば、コンプレッサ
が準備されているので、これを兼用することができる。

）から配管された空気配管４８の一端が周知の管継手５
０により接続されているので、空気流がブラケット３６
の内部の密封空間に冷却空気として供給されるようにな
っている。この冷却空気は、オルダム継手４２に設けた
後述する冷却用空気孔５２を経由してボールネジ軸２２
の下端から冷却空気流通路２２ａに流入し、軸上刃へ向
けて流動する。従って、この冷却空気流により、ボール
ネジ軸２２は、常時、冷却作用を受ける。ボールネジ軸
２２の上端に達した冷却空気流は、軸上端に設けられて
いる軸受ハウジング３２の上面に形成された後述のスリ
ット３４ａから横方向に外部空間へ向けて排出される。

上述のように、ボールネジ軸２２が、冷却空気流で常時
、冷却作用を受けることにより、ロボット１０の作動開
示時点から比較的短時間の作動時間でボールネジ軸２２
は温度的に安定した状態に到達することができるのであ
る。つまり、冷却が行われないと、ロボットの作動開始
に伴い駆動モータＭ１から伝達する熱、ロボット使用環
境の温度条件の変動、ボールネジ、ナツト間のねじ係合
部における発生熱等がボールネジ軸２２に伝達して温度
上昇を続け、その結果、ボールネジ軸２２が安定した温
度状態に到達し、長尺のボールネジ軸２２に発生する伸
びεが止まるまでには相当の長時間を要するが、上述の
ように空気冷却が行われることにより、安定した温度状
態に到達する時間が短縮できると共にボールネジ軸２２
に発生する伸びεも大幅に低減させることができるので
ある。この結果、ボールネジ軸２２の伸びεに起因した
ボールネジ・ナツト伝動機構１８における回転−直動変
換作用の変換率の変動は、微小範囲内に抑制されるから
、リンクアーム１６を介して起動されるロボットアーム
１４の起伏揺動動作の精Ｃ１１） 度も常時、安定した高レベルに維持でき、故に、ロボッ
ト動作精度を高精度に維持することができるのである。

ここで、第２図を参照すると、ボールネジ軸２２と駆動
モータＭｌの出力軸４４との間に設けられるオルダム継
手４２が図示されている。このオルダム継手４２は、駆
動モータＭ１の出力軸４４にキー等の強固な結合手段に
より取付られる下部継手要素４２ａ、中間継手要素４２
ｂ、ボールネジ軸２２の下端に同じくキーを用いた強固
な結合手段で取付られる玉継手要素４２ｃの３要素から
なり、玉継手要素４２ａの溝４３ａに中間継手要素４２
ｂの鍔４３ｂが噛み合い、また、中間継手要素４２ｂの
鍔４３ｄが玉継手要素４２ｃの溝４３ｅに噛み合うこと
により、駆動モータＭ１からボールネジ軸２２へ回転伝
達が行われるようになっている点は周知のオルダム継手
要素の構造と何ら違いは無い。然しなから、本実施例に
よれば、玉継手要素４２ｃは中央孔５４を有し、また側
面にこの中央孔５４に連通した既述の冷却用空気のｔ１
９） 導入孔としての横孔５２を有しているのである。

これらの中央孔５４も横孔５２も簡単な機械加工によっ
て玉継手要素４２ｃに設けることが可能な孔であり、こ
うして形成された両孔５２．５４を経由して第１図に示
したブラケット３６の密封内部空間に導入された冷却空
気をボールネジ軸２２の中心を貫通する冷却空気通路２
２内に導入することができるのである。

更に、第３図を参照すると、ボールネジ軸２２の上端に
取付られる軸受ハウジング３４には上面に適数個の冷却
空気排出用スリブ）３４ａが簡単な削り加工で形成され
ている構造が図示されている。更に、軸受ハウジング３
４の上面にはカバー６０がねじ６２で取付られることに
より、スリット３４ａを被覆するようになっている。つ
まり、冷却空気流は、カバー６０で覆われた軸受ハウジ
ング３４のスリット３４ａを通って側方に排出される構
造となっている。このようにすれば、ボールネジ軸２２
の上端にふける冷却空気流の空気通路２２ａからの出口
にフィルターを設けて等の煩瑣な構造にするよりもはる
かに簡単に、かつ安価に空気排出を達成することができ
る。つまり、冷却空気流の排出をフィルター要素でＭ衡
して排出する構造にすると、フィルターが長期のロボッ
ト使用中に目詰まりをおこしたり、また、フィルター要
素自体をボールネジ軸２２の上端に押さえて固定する構
造も自ずから複雑になる等機能面から又加工、製作面か
ら種々の不利が有るが、単に、軸受ハウジング３４の上
面にスリブ）３４ａを削成し、カバー６０で覆う構造に
すれば、冷却空気の排出機能面でも目詰まりの危惧が無
く、しかも、加工面からも簡単で、安価になると言う有
利がある。

さて、第４図は本発明による空気冷却装置を有したボー
ルネジ軸２２の効果を示したグラフ図であり、従来、冷
却が行われ無い場合には、ボールネジ軸がロボットの作
動開始時点から温度的に安定した状態に達する時間ｔが
長＜Ｔｌとなるが、本発明によれば、Ｔ２と大幅に短縮
でき、しかもボールネジ軸の伸びεも本発明では小さく
、従って、ボールネジ・ナツト伝動機構の精度が温度の
影響で劣化する程度は極力抑制でき、高精度の回転−直
動変換作用を期待することが可能になるのである。その
結果、ロボットの作動精度が高レベルに維持できること
は言うまでもない。

なお、上述した実施例では、駆動モータＭ１とボールネ
ジ軸２２との結合部分に介在させた継手手段はオルダム
継手としたが、回転伝達機能と空気導入孔の形成が可能
な構造であれば、他の継手手段を設けても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、産業
用ロボットのボールネジ軸において、ブラケットに依っ
て形成したネジ軸と駆動モータとの結合部の密封室空間
に、圧力空気源を兼用した冷却空気源から配管された冷
却空気配管を接続して冷却空気を導入し、この密封室空
間からボールネジ軸と駆動モータの出力軸との結合部に
介在させた伝動継手手段、特にオルダム継手に形成した
（１５） 空気導入用横孔を介して中空構造のボールネジ軸内に冷
却空気を流動させ、該軸上端に設けた軸受ハウジングに
形成されたスリットを通して外部に排出させる比較的簡
単な構成からなる空冷形の冷却装置を構成したので、ボ
ールネジ軸の伸びに原因するロボットアームの動作精度
の劣化が大幅に低減され、かつ、ボールネジ・ナツト伝
動機構が有する本来の高精度を維持できるから、ロボッ
トの動作精度を高レベルに維持することができるのであ
る。しかも、冷却装置の構成に用いられる要素類、部品
が比較的簡単に作製できる構造を有しているので、安価
な冷却装置としての効果も期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるボールネジ軸の冷却装置を具備
した産業用ロボットの要部構造を示す一部断面部分を含
めた部分側面図、第２図は、冷却空気導入用の横孔を具
備したオルダム継手の実施例を示す斜視図、第３図はボ
ールネジ軸の軸端に（１６） 具備される冷却空気の排出用ラジアルスリットを有した
軸受ハウジングとカバーの構造例を示す斜視図、第４図
は本発明によるボールネジ軸の冷却装置の冷却によって
ボールネジ軸に付与される顕著な効果を示すグラフ図。 １０・・・ロボット、１２・・・ロボット胴、１４・・
・ロボットアーム、１６・・・リンクアーム、１８・・
・ボールネジ・ナツト機構、２０・・・ボールナツト、
２２・・・ボールネジ軸、２２・・・空気通路、３４・
・・軸受ハウジング、３　’４　ａ・・・スリット、３
６・・・ブラケット、４２・・・オルダム継手、４８・
・・空気配管、５２・・・横孔、６０・・・カバー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、産業用ロボットの可動部と駆動モータとの間に設け
   られる回転−直動変換用ボールネジ軸を冷却する装置に
   おいて、 前記ボールネジ軸を空気通路が具備された中空軸体に形
   成し、 前記駆動モータの出力軸と前記ボールネジ軸の軸端との
   結合部にボールネジ軸の空気通路に連通した横孔付きの
   回転伝達用継手を介在させて回転結合部を形成し、 前記回転結合部を密封的に囲繞する中空ブラケットを設
   け、 前記中空ブラケットに結合した冷却空気供給管から前記
   回転伝動用継手の横孔を経由して前記ボールネジ軸の空
   気通路に冷却空気流を導入したことを特徴とした産業用
   ロボットのボールネジ軸の冷却装置。 ２、前記伝動用ボールネジ軸の上端に設けた軸受ハウジ
   ングの端面に削成され、カバーで被覆された冷却空気の
   逃し用ラジアルスリットを設けたことを特徴とする請求
   項１に記載の産業用ロボットのボールネジ軸の冷却装置
   。 ３、前記回転伝達用継手は、前記ボールネジ軸の軸端と
   前記駆動モータの出力軸端との間に挿着したオルダム継
   手から成る請求項１又は２に記載の産業用ロボットのボ
   ールネジ軸の冷却装置。