TW202304678A - 彎曲結構體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種將彎曲部連接多個而成的多關節功能的彎曲結構體，其中所述彎曲部是將多個波形墊圈積層且相互間焊接而成。本發明包括：第一彎曲部7及第二彎曲部9，能夠彎曲及伸展；以及連接部11，於軸向上焊接於第一彎曲部7與第二彎曲部9間且剛性較第一彎曲部7及第二彎曲部9高，第一彎曲部7及第二彎曲部9分別包括沿軸向積層並且相互間經焊接的多個波形墊圈13，連接部11是內周及外周分別於周向上連續的環繞形狀。

Description

彎曲結構體及其製造方法

本發明是有關於一種供機器人等的關節功能部用的彎曲結構體及其製造方法。

作為先前的彎曲結構體，如專利文獻1般，已知有具有將多個波形墊圈積層並將相互間焊接而成的彎曲部的彎曲結構體。使用該彎曲部的彎曲結構體可達成小徑化並且耐負荷及彎曲性優異。

另一方面，於彎曲結構體中，有時連接多個彎曲部而具有多關節功能。此種具有多關節功能的彎曲結構體藉由應用將多個波形墊圈積層並焊接而成的彎曲部，而可期待小徑化等。

但是，該多關節功能的彎曲結構體難以於能夠應對小徑化的同時縮短彎曲部間而一體地連接。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2020-172001號公報

[發明所欲解決之課題]

所欲解決之問題點在於，於將彎曲部連接多個而成的多關節功能的彎曲結構體中，難以於使彎曲結構體小徑化的同時縮短彎曲部間而一體地連接，其中所述彎曲部是將多個波形墊圈積層且相互間焊接而成。 [解決課題之手段]

本發明提供一種彎曲結構體，其包括：第一彎曲部及第二彎曲部，能夠彎曲及伸展；以及連接部，於軸向上焊接於所述第一彎曲部與所述第二彎曲部間且剛性較所述第一彎曲部及所述第二彎曲部高，所述第一彎曲部及所述第二彎曲部分別包括在所述軸向上積層並且相互間經焊接的多個波形墊圈，所述連接部是內周及外周分別於周向上連續的環繞形狀。

另外，本發明提供一種彎曲結構體的製造方法，將所述第一彎曲部的所述多個波形墊圈自所述連接部的所述軸向的一側依次積層並且進行焊接，並將所述第二彎曲部的所述多個波形墊圈自所述連接部的所述軸向的另一側依次積層並且進行焊接。 [發明的效果]

根據本發明，於將如下彎曲部連接多個而成的多關節功能的彎曲結構體中，可於達成整體上的小徑化的同時縮短彎曲部間而一體地連接，其中所述彎曲部是將多個波形墊圈積層且相互間焊接而成。

於將如下彎曲部連接多個而成的多關節功能的彎曲結構體中，自結構面及製法面兩者實現了於使彎曲結構體小徑化的同時縮短彎曲部間而一體地連接的目的，所述彎曲部是將多個波形墊圈積層並將相互間焊接而成。

彎曲結構體（1）包括第一彎曲部（7）及第二彎曲部（9）、以及連接部（11）。第一彎曲部（7）及第二彎曲部（9）能夠彎曲及伸展，且分別包括在軸向上積層並且相互間經焊接的多個波形墊圈（13）。連接部（11）於軸向上焊接於第一彎曲部（7）與第二彎曲部（9）間，剛性較第一彎曲部（7）及第二彎曲部（9）高，且呈內周及外周分別於周向上連續的環繞形狀。

連接部（11）的內周與外周間的寬度亦可為固定。

亦可構成為，多個波形墊圈（13）相互間的焊接於各波形墊圈（13）的內周與外周間的中間部進行，連接部（11）於軸向上與多個波形墊圈（13）的經焊接的部分（W）重疊。

亦可構成為，第一彎曲部（7）及第二彎曲部（9）中的其中一者或兩者包括構成軸向的端部的平墊圈（15），平墊圈（15）以於整周上與連接部（11）抵接的狀態被焊接，多個波形墊圈（13）經由平墊圈（15）而焊接於連接部（11）。

該彎曲結構體（1）的製造方法中，將第一彎曲部（7）的多個波形墊圈（13）自連接部（11）的軸向的一側依次積層並且進行焊接，將第二彎曲部（9）的多個波形墊圈（13）自連接部（11）的軸向的另一側依次積層並且進行焊接。

亦可為，於多個波形墊圈（13）及連接部（11）具有用於插通索狀構件（17a、17b）的插通孔（7a、9a、11b）的情況下，將引導構件（G）插通至連接部（11）的插通孔（11b）中，於積層第一彎曲部（7）及第二彎曲部（9）的多個波形墊圈（13）時，使引導構件（G）插通多個波形墊圈（13）的插通孔而定位於連接部（11）。

亦可為，於連接部（11）的軸向的一側及另一側中的其中一者或兩者積層並焊接平墊圈（15），並對於平墊圈（15）於軸向上依次積層多個波形墊圈（13）並且進行焊接。 [實施例1]

[彎曲結構體的結構] 圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的立體圖，圖2是彎曲結構體的側面圖，圖3是彎曲結構體的概略剖面圖。再者，圖1～圖3中，雖然各部的形狀略有不同，但表示相同結構。

彎曲結構體1被應用於機械臂、機器人、致動器之類的醫療用或產業用等的各種機器的關節功能部。關節功能部是具有作為彎曲/伸展的關節的功能的裝置、機構、設備等。

本實施例的彎曲結構體1包括基部3、可動部5、第一彎曲部7及第二彎曲部9、以及連接部11。

基部3包括由金屬或樹脂等形成的柱狀體、例如圓柱狀體，安裝於機械臂的軸的端部等。再者，基部3並不限於柱狀體，可根據應用彎曲結構體1的機器而採用適宜的形態。

於基部3設有徑向的凹部3a。凹部3a相對於基部3沿著軸向設置。藉由該凹部3a，基部3具有在周向上不連續的外周。凹部3a能夠如後述般達成於基部3側的與第二彎曲部9的焊接。

再者，所謂徑向，是指沿著彎曲結構體1的直徑的方向，亦包括相對於直徑稍微傾斜的方向。另外，軸向是指沿著彎曲結構體1的軸心的方向，亦包括相對於軸心稍微傾斜的方向。周向是指沿著彎曲結構體1的外周的方向。

可動部5藉由第一彎曲部7及第二彎曲部9以能夠相對於軸向移位的方式支撐於基部3。於該可動部5安裝有與應用彎曲結構體1的機器相應的末端執行器等。

該可動部5是由金屬或樹脂等而整體上形成為柱狀體。再者，可動部5與基部3同樣地，可根據應用彎曲結構體1的機器而採用適宜的形態，並不限於由金屬或樹脂等形成的柱狀體。

於可動部5，與基部3同樣地沿著軸向設置有徑向的凹部5a。因此，可動部5由於凹部5a而具有在周向上不連續的外周。凹部5a能夠如後述般達成於可動部5側的與第一彎曲部7的焊接。

第一彎曲部7及第二彎曲部9能夠彎曲及伸展，分別包括多個波形墊圈13與多個平墊圈15。

再者，第一彎曲部7及第二彎曲部9基本上為相同結構，且軸向上的長度不同。於本實施例中，第一彎曲部7於軸向上較第二彎曲部9長。但是，亦可構成為第一彎曲部7於軸向上較第二彎曲部9短。另外，第一彎曲部7及第二彎曲部9亦可為相同長度。進而，第一彎曲部7及第二彎曲部9亦可如其中一者較另一者而言直徑小的結構、或波形墊圈13的平面形狀互不相同的結構等般並非為相同結構。

另外，彎曲結構體1亦能夠具有三個以上的彎曲部，但於該情況下，相對於連接部11的前端側亦為第一彎曲部7，基端側亦為第二彎曲部9。前端及基端為彎曲結構體1的軸向上的前端及基端。

圖4是表示波形墊圈13的平面圖。

如圖1～圖4所示，多個波形墊圈13於軸向上積層並且相互間被焊接而保持積層狀態。藉由該些波形墊圈13的彈性變形，第一彎曲部7及第二彎曲部9能夠彈性地彎曲。

各波形墊圈13是由金屬等形成為環狀的板材。本實施例的波形墊圈13是包含不鏽鋼的圓環狀的板材，內外周間的徑向上的寬度及板厚固定。

該波形墊圈13的與相鄰的波形墊圈13抵接的部分焊接於該相鄰的波形墊圈13。該焊接於各波形墊圈13的內周與外周間的中間部進行。

所謂各波形墊圈13的內周與外周間的中間部，是指除了內周上及外周上以外的內周與外周之間的區域，並非指內周與外周間的寬度的中央位置。因此，對內周與外周間的中間部的焊接當然能夠於內周與外周間的寬度的中央位置進行，亦能夠於自中央位置偏向內周側或外周側的位置進行。另外，該焊接亦能夠於內周與外周間的中間部的沿徑向排列的多個部位進行。再者，焊接亦可於各波形墊圈13的內周上及外周上進行。

具體而言，波形墊圈13於周向上具有多個山部13a，於相鄰的山部13a間具有谷部13b。於在軸向上相鄰的波形墊圈13間，其中一個波形墊圈13的山部13a與另一個波形墊圈的谷部13b抵接。於該些抵接的山部13a及谷部13b中，內周與外周間的中間部藉由利用雷射焊接等的焊接部W結合。

再者，山部13a與谷部13b亦可不相互抵接，例如，亦可採用相互沿周向錯開而與傾斜部13c抵接的形態。另外，波形墊圈13的形狀或材質等能夠根據所要求的特性等適宜變更。

圖5是表示平墊圈15的平面圖。

如圖1～圖3及圖5般，多個平墊圈15構成第一彎曲部7及第二彎曲部9的軸向上的兩端部，相互間焊接、並與相鄰的波形墊圈13、及連接部11、基部3或可動部5焊接。即，多個波形墊圈13構成為經由多個平墊圈15而焊接於連接部11。

再者，平墊圈15亦可僅設置於第一彎曲部7及第二彎曲部9中的其中一者的兩端部。另外，平墊圈15亦可於第一彎曲部7及第二彎曲部9中的其中一者或兩者中僅設置於其中一端部。進而，平墊圈15亦能夠省略。

另外，於本實施例中，平墊圈15的數量為3片，但亦能夠任意變更為1片、2片或4片以上。

平墊圈15與波形墊圈13的焊接部W於平墊圈15與波形墊圈13的抵接部分中，形成於內周與外周的中間部。

平墊圈15相互間的焊接部W、平墊圈15與基部3及可動部5的焊接部W、以及平墊圈15與連接部11的焊接部W仿照波形墊圈13相互的結合，於沿周向依次移位的位置形成於內周與外周的中間部。

各平墊圈15是由金屬等形成為環狀的板材，藉由與波形墊圈13相同的材料而具有相同的內外周的直徑及板厚，且平坦地形成。

於第一彎曲部7及第二彎曲部9彎曲時，該平墊圈15與波形墊圈13一起以相互間打開的方式變形，但其變形量較波形墊圈13小。再者，平墊圈15亦可使用與波形墊圈13不同的材料形成。

圖6是表示連接部11的平面圖。

如圖1～圖3及圖6般，連接部11為於軸向上焊接於第一彎曲部7與第二彎曲部9間、且剛性較第一彎曲部7及第二彎曲部9高的構件。剛性是指相對於軸向的彎曲剛性。該連接部11藉由將第一彎曲部7與第二彎曲部9加以連接而構成多關節。

連接部11具有內周及外周分別於周向上連續的環繞形狀。此處所謂的連續，是指內周或外周不因用於向第一彎曲部7及第二彎曲部9的端部的焊接的、沿著軸向的凹部或切口等而成為不連續，亦包括因於內周或外周具有微小的凹部等而成為不連續的情況。

本實施例的連接部11為圓筒形狀，內周與外周間的寬度固定。為了使內周與外周間的寬度固定，連接部11只要具有無角的平面形狀即可。因此，連接部11亦可設為橢圓筒形狀等。另外，連接部11亦能夠設為內周與外周間的寬度並非固定的矩形筒形狀。進而，連接部11亦可為內周及外周中的其中一者或兩者的直徑於軸向上變化的連接部。於該情況下，可將直徑不同的彎曲部間加以連接。

本實施例的連接部11於軸向上與多個波形墊圈13和多個平墊圈15的經焊接的部分即焊接部W重疊。藉此，連接部11可確實地承接第一彎曲部7及第二彎曲部9而使動作穩定。

於連接部11的軸向上的兩側形成有寬度固定的平坦且呈環繞狀的接合面11a。藉由該接合面11a，與連接部11結合的平墊圈15於整周上均等地與連接部11抵接。於該狀態下，平墊圈15焊接於連接部11。因此，連接部11可更確實地承接第一彎曲部7及第二彎曲部9而使動作穩定。

於該連接部11設有作為索狀構件的金屬線17a及金屬線17b的插通孔11b及保持部11c。再者，索狀構件除了有如金屬線17a及金屬線17b般對彎曲結構體1的操作用途以外，亦有通電用途或引導用途等。引導用途是對操作用途或通電用途的索狀構件進行引導的用途。

作為索狀構件，除了採用金屬線17a及金屬線17b以外，亦能夠採用單線、絞線、鋼琴線、多關節桿、鏈、系帶、紗、繩等適宜者。索狀構件的材質能夠採用不鏽鋼、NiTi（鎳鈦）、碳鋼等金屬等般適宜的材質。

插通孔11b相對於連接部11於周向上設置有多個。插通孔11b於軸向上貫穿連接部11。該插通孔11b於軸向上與第一彎曲部7及第二彎曲部9的插通孔7a、插通孔9a連通。

再者，插通孔7a、插通孔9a貫穿波形墊圈13及平墊圈15而設置。本實施例的插通孔7a、插通孔9a於軸向上連通，但亦能夠形成於在相鄰的波形墊圈13與平墊圈15上沿周向移位的位置。

藉由插通孔7a、插通孔9a、插通孔11b，於彎曲結構體1中，將用於對第一彎曲部7進行操作的金屬線17a自第二彎曲部9側穿過連接部11而沿軸向插通並引導至第一彎曲部7。

插通第一彎曲部7的金屬線17a的前端由可動部5保持，藉由基端側的拉伸使第一彎曲部7彎曲而能夠使可動部5移位。

連接部11的保持部11c保持用於對第二彎曲部9進行操作的金屬線17b的前端。該保持部11c包括在連接部11的軸向上的中間部於外周上開口的空間部。

因此，連接部11雖因保持部11c失去了外周的連續性，但於軸向的兩側保持了連續性。

連接部11的插通孔11b與保持部11c連通。插通孔11b於軸向上與第二彎曲部9的插通孔9a連通。藉此，將用於對第二彎曲部9進行操作的金屬線17b穿過第二彎曲部9而沿軸向插通並引導至連接部11。

並且，金屬線17b的前端由連接部11的保持部11c保持，藉由基端側的拉伸使第二彎曲部9彎曲而能夠使連接部11移位。

於本實施例中，金屬線17b的前端的保持是藉由安裝於金屬線17b的前端的套筒等端部處理構件18卡合於保持部11c來進行。

再者，金屬線17b的前端的保持並不限於端部處理構件18與保持部11c的卡合，可藉由適宜的方法進行，有時亦會省略保持部11c。

[彎曲結構體的製造方法] 圖7～圖11是表示彎曲結構體1的製造方法的側面圖。

本實施例的彎曲結構體1的製造方法如圖7～圖11般，於連接部11安裝第一彎曲部7及第二彎曲部9。

首先，如圖7般，將連接部11的軸向上的一側朝向上方配置。該配置只要使用適宜的保持件進行即可。

於該狀態下，將引導構件G插通至連接部11的插通孔11b中。引導構件G使用棒狀體或索狀構件。引導構件G較佳為具有能夠獨立立起的程度的剛性。

然後，如圖8及圖9般，將第一彎曲部7安裝於連接部11。具體而言，將第一彎曲部7的多個平墊圈15積層並焊接於連接部11的軸向的一側。焊接只要採用二氧化碳雷射、釔鋁石榴石（Yttrium Aluminum Garnet，YAG）雷射、光纖雷射等適宜的方法即可。

對於經積層的平墊圈15，將多個波形墊圈13依次積層並進行焊接。藉此，多個波形墊圈13自連接部11的軸向的一側依次積層並且進行焊接。

於積層多個平墊圈15及多個波形墊圈13時，藉由將引導構件G插通至設置於第一彎曲部7的平墊圈15及波形墊圈13的插通孔7a中而可相對於連接部11進行定位。再者，引導構件並不限於將插通孔7a插通的構件。例如，引導構件亦可為位於平墊圈15及波形墊圈13的外側以對平墊圈15及波形墊圈13的外周進行引導者，或者亦可為位於平墊圈15及波形墊圈13的內側以對平墊圈15及波形墊圈13的內周進行引導者。

於積層了第一彎曲部7的多個平墊圈15及多個波形墊圈13之後，積層可動部5。

此時，於可動部5的與第一彎曲部7的結合面5b，藉由焊接而預先安裝第一彎曲部7的平墊圈15。另一方面，於第一彎曲部7的安裝可動部5的端部預先積層少了1片的2片的平墊圈15。

於該平墊圈15積層與可動部5結合的平墊圈15，並經由可動部5的凹部5a進行焊接。

於如此將第一彎曲部7連接於連接部11之後，如圖10般，將連接部11的軸向的另一側朝向上方配置。

於該狀態下，如圖11般，將第二彎曲部9安裝於連接部11。具體而言，將第二彎曲部9的多個平墊圈15及多個波形墊圈13自連接部11的軸向的另一側依次積層並且進行焊接。

於積層多個平墊圈15及多個波形墊圈13時，與第一彎曲部7同樣地，藉由將引導構件G插通至第二彎曲部9的設置於平墊圈15及波形墊圈13的插通孔9a中而可相對於連接部11進行定位。

於積層了第二彎曲部9的多個平墊圈15及多個波形墊圈13之後，積層基部3。

基部3的積層可與可動部5相對於第一彎曲部7的積層同樣地進行。即，將基部3積層於積層了少了1片的2片的平墊圈15的第二彎曲部9的端部，所述基部3是藉由焊接將第二彎曲部9的平墊圈15安裝於結合面。

然後，使第二彎曲部9側的平墊圈15與基部3側的平墊圈15以積層狀態經由基部3的凹部3a進行焊接。

如此，可動部5及基部3經由第一彎曲部7及第二彎曲部9而安裝於連接部11。其後，當自基部3側拔出引導構件G時，完成了彎曲結構體1。

再者，於本實施例中，以第一彎曲部7及第二彎曲部9的順序安裝於連接部11，但第一彎曲部7及第二彎曲部9的安裝順序是任意的。例如，亦可將第二彎曲部9先於第一彎曲部7安裝於連接部11。另外，亦可一邊使連接部11於軸向上反轉，一邊交替積層第一彎曲部7及第二彎曲部9的波形墊圈13。

藉由該製造方法，本實施例的彎曲結構體1中無需於連接部11設置用於焊接的凹部，可設為使連接部11的內周及外周於周向上連續的環繞形狀。

該彎曲結構體1可使連接部11小徑化，且能夠於使彎曲結構體1小徑化的同時縮短彎曲部7與彎曲部9間而一體地連接。

即，於在連接部11設置基部3及可動部5般的用於焊接的凹部的情況下，若使連接部11小徑化，則凹部於連接部11中所占的比例增大。於該結構中，變得無法承受金屬線17b的荷重，於小徑化或軸向上的縮短化的方面產生極限。

相對於此，於本實施例的彎曲結構體1中，即便使連接部11小徑化或進行軸向上的縮短化，亦可藉由內周及外周在周向上連續的環繞形狀來承受金屬線17b的荷重。結果，彎曲結構體1能夠應對整體上的小徑化。

1:彎曲結構體 3:基部 3a、5a:凹部 5:可動部 5b:結合面 7:第一彎曲部（彎曲部） 7a、9a、11b:插通孔 9:第二彎曲部（彎曲部） 11:連接部 11a:接合面 11c:保持部 13:波形墊圈 13a:山部 13b:谷部 13c:傾斜部 15:平墊圈 17a、17b:金屬線（索狀構件） 18:端部處理構件 G:引導構件 W:焊接部

圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的立體圖。 圖2是圖1的彎曲結構體的側面圖。 圖3是圖2的彎曲結構體的概略剖面圖。 圖4是圖1的彎曲結構體中使用的波形墊圈的平面圖。 圖5是圖1的彎曲結構體中使用的平墊圈的平面圖。 圖6是表示圖1的彎曲結構體中使用的連接部的平面圖。 圖7是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的製造方法的側面圖。 圖8是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的製造方法的側面圖。 圖9是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的製造方法的側面圖。 圖10是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的製造方法的側面圖。 圖11是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的製造方法的側面圖。

1:彎曲結構體

3:基部

5:可動部

7:第一彎曲部

7a、9a、11b:插通孔

9:第二彎曲部

11:連接部

11a:接合面

13:波形墊圈

15:平墊圈

17a:金屬線(索狀構件)

Claims (8)

1. 一種彎曲結構體，包括： 第一彎曲部及第二彎曲部，能夠彎曲及伸展；以及 連接部，於軸向上焊接於所述第一彎曲部與所述第二彎曲部間且剛性較所述第一彎曲部及所述第二彎曲部高， 所述第一彎曲部及所述第二彎曲部分別包括在所述軸向上積層並且相互間經焊接的多個波形墊圈， 所述連接部是內周及外周分別於周向上連續的環繞形狀。
2. 如請求項1所述的彎曲結構體，其中 所述連接部的所述內周與所述外周間的寬度固定。
3. 如請求項1或請求項2所述的彎曲結構體，其中 所述多個波形墊圈相互間的焊接於各波形墊圈的內周與外周間的中間部進行， 所述連接部於所述軸向上與所述多個波形墊圈的經焊接的部分重疊。
4. 如請求項1或請求項2所述的彎曲結構體，其中 所述第一彎曲部及所述第二彎曲部中的其中一者或兩者包括構成所述軸向的端部的平墊圈， 所述平墊圈以於整周上與所述連接部抵接的狀態被焊接， 所述多個波形墊圈經由所述平墊圈而焊接於所述連接部。
5. 如請求項3所述的彎曲結構體，其中 所述第一彎曲部及所述第二彎曲部中的其中一者或兩者包括構成所述軸向的端部的平墊圈， 所述平墊圈以於整周上與所述連接部抵接的狀態被焊接， 所述多個波形墊圈經由所述平墊圈而焊接於所述連接部。
6. 一種彎曲結構體的製造方法，為如請求項1至請求項3中任一項所述的彎曲結構體的製造方法，其中 將所述第一彎曲部的所述多個波形墊圈自所述連接部的所述軸向的一側依次積層並且進行焊接， 將所述第二彎曲部的所述多個波形墊圈自所述連接部的所述軸向的另一側依次積層並且進行焊接。
7. 如請求項6所述的彎曲結構體的製造方法，其中 所述多個波形墊圈及所述連接部具有用於插通索狀構件的插通孔， 將引導構件插通至所述連接部的插通孔中， 於積層所述第一彎曲部及所述第二彎曲部的所述多個波形墊圈時，使所述引導構件插通所述多個波形墊圈的插通孔而定位於所述連接部。
8. 如請求項6或請求項7所述的彎曲結構體的製造方法，其中 於所述連接部的軸向的一側及另一側中的其中一者或兩者積層並焊接平墊圈，並對於所述平墊圈於所述軸向上依次積層所述多個波形墊圈並且進行焊接。

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