WO2022163510A1 - 関節構造およびロボット - Google Patents

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Definitions

  • the fixed member 11 and the housing 62a each have cylindrical inner peripheral surfaces (first inner surfaces) 11i and 62i having the sixth axis J6 as the central axis. Further, the fixed member 11 and the housing 62a are fixed in a sealed state by interposing an O-ring 70 therebetween.
  • the first detachable member 31 is arranged coaxially with the inner peripheral surface 11i of the fixed member 11 and is spaced radially outward from the outer peripheral surface 12o2 of the movable member 12. It has an arranged cylindrical inner peripheral surface (second inner surface) 31i. As shown in FIG. 4, the first detachable member 31 has a plurality of through holes 31a and two pin holes 31b parallel to the sixth axis J6, which is the center axis.
  • the oil seal 41 which is susceptible to scattering of dust and the like from the tool side, is protected by being covered by the flange surface 112f, so the durability of the oil seal 41 is improved. has the advantage of being able to To replace the oil seal 41 , first remove the penetrating member 82 from the hollow member 81 and then remove the first detachable member 31 from the fixed member 11 .

Abstract

所定の軸線(J6)に沿う円筒状の第1内面(11i),(62i)を有する第1部材(11),(62a)と、第1内面に同軸に配置される円筒状の外面(12o1),(12o2)を有する第2部材(12)と、第1内面(11i),(62i)と外面(12o1)との間の円環状の隙間を、第1部材と第2部材との軸線(J6)回りの相対回転を許容しつつ密封する第1シール(21),(22)と、第1内面と同軸に配置される第2内面(31i),(32i)を備え、第1シールによる密封位置の外側において、第1部材に取り外し可能に取り付けられる第3部材(31),(32)と、第2内面(31i),(32i)に圧入され、第2内面(31i),(32i)と外面(12o2)との間の円環状の隙間を、第1部材と第2部材との軸線(J6)回りの相対回転を許容しつつ密封する第2シール(41),(42)とを備える関節構造(10)である。

Description

関節構造およびロボット
 本開示は、関節構造およびロボットに関するものである。
 内部に動力伝達機構および潤滑材を収容する第1壁部材と、第1壁部材に対して所定の回転軸線回りに回転可能に支持される第2壁部材とを備えた関節部を有するロボットが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
 第1壁部材と第2壁部材との間には、両者の隙間を密封する接触シール要素が配置されている。また、接触シール要素の外側の第1壁部材と第2壁部材との間には、両者の隙間を密封する第2シール部が配置されている。第2シール部は第1壁部材の外周面にプレス機により圧入されている。
特開2009-107116号公報
 第2シール部を交換する場合には、第1壁部材から第2シール部を取り外し、新しい第2シール部を第1壁部材の外周面にプレス機により圧入する必要がある。しかし、ロボットが導入されている現場に必ずしもプレス機が設置されているとは限らず、プレス機が設置されていない現場では、第2シール部の交換作業が困難となる。
 したがって、プレス機が設置されていない現場であっても、シール部材を容易に交換できることが望まれている。
 本開示の一態様は、所定の軸線に沿う円筒状の第1内面を有する第1部材と、前記第1内面に同軸に配置される円筒状の外面を有する第2部材と、前記第1内面と前記外面との間の円環状の隙間を、前記第1部材と前記第2部材との前記軸線回りの相対回転を許容しつつ密封する第1シールと、前記第1内面と同軸に配置される第2内面を備え、前記第1シールによる密封位置の外側において、前記第1部材に取り外し可能に取り付けられる第3部材と、前記第2内面に圧入され、該第2内面と前記外面との間の円環状の隙間を、前記第1部材と前記第2部材との前記軸線回りの相対回転を許容しつつ密封する第2シールとを備える関節構造である。
本開示の一実施形態に係るロボットを示す全体構成図である。 図1のロボットに備えられる本開示の一実施形態に係る関節構造の一例を示す縦断面図である。 図2の関節構造のオイルシールを説明する部分的な拡大縦断面図である。 図2の関節構造の第1着脱部材を第6軸線方向から見た正面図である。 図2の関節構造の分解縦断面図である。 図2の関節構造の変形例を示す縦断面図である。 図6の関節構造の分解縦断面図である。 図2の関節構造の他の変形例を示す縦断面図である。
 本開示の一実施形態に係る関節構造10およびロボット1について、図面を参照して以下に説明する。
 本実施形態に係る関節構造10を搭載するロボット1は、例えば、図1に示されるように、垂直6軸多関節型ロボットである。
 ロボット1は、水平な床面Fに設置されるベース2と、鉛直な第1軸線J1回りに、ベース2に対して回転可能に支持された旋回胴3とを備えている。また、ロボット1は、水平な第2軸線J2回りに、旋回胴3に対して回転可能に支持された第1アーム4と、水平な第3軸線J3回りに、第1アーム4に対して回転可能な第2アーム5とを備えている。
 また、ロボット1は、第2アーム5の先端に3軸の手首ユニット6を備えている。手首ユニット6は、第3軸線J3に直交する平面に沿って延びる第4軸線J4回りに、第2アーム5に対して回転可能に支持された第1手首要素61を備えている。また、手首ユニット6は、第4軸線J4に直交する第5軸線J5回りに、第1手首要素61に対して回転可能に支持された第2手首要素62を備えている。さらに、手首ユニット6は、第5軸線J5に直交し、第4軸線J4と第5軸線J5との交点を通過する第6軸線(軸線)J6回りに、第2手首要素62に対して回転可能に支持された第3手首要素63を備えている。
 本実施形態に係る関節構造10は、例えば、第2手首要素62に対して第3手首要素63を回転駆動する構造である。関節構造10は、図2に示されるように、第2手首要素62のハウジング(第1部材)62aおよびハウジング62aに固定された円環状の固定部材(第1部材)11と、ハウジング62aおよび固定部材11の内側に配置された可動部材(第2部材)12とを備えている。
 固定部材11が外輪を構成し、可動部材12が内輪を構成し、固定部材11と可動部材12との間に、例えば、ローラ13が配置されることにより軸受が構成され、固定部材11に対して可動部材12が第6軸線J6回りに回転可能に支持されている。
 また、関節構造10は、固定部材11と可動部材12との間に配置されるオイルシール(第1シール)21と、ハウジング62aと可動部材12との間に配置されるオイルシール(第1シール)22とを備えている。
 また、関節構造10は、固定部材11の端部に取り外し可能に固定された第1着脱部材(第3部材)31およびハウジング62aの端部に取り外し可能に固定された第2着脱部材(第3部材)32を備えている。さらに、関節構造10は、第1着脱部材31と可動部材12との間に配置されたオイルシール(第2シール)41と、第2着脱部材32と可動部材12との間に配置されたオイルシール(第2シール)42とを備えている。
 固定部材11およびハウジング62aは、それぞれ第6軸線J6を中心軸とする円筒状の内周面(第1内面)11i,62iを備えている。また、固定部材11とハウジング62aとは、Oリング70を挟むことにより両者の間が密封された状態で固定されている。
 可動部材12は、第6軸線J6を中心軸とする貫通孔12hを備える円筒状に形成されている。可動部材12は、固定部材11およびハウジング62aの内周面11i,62iの径方向内方にそれぞれ隙間を空けて対向する位置に配置される2つの外周面(外面)12o1を備えている。また、可動部材12は、外周面12o1と同軸の2つの外周面(外面)12o2を備えている。外周面12o2は、2つの外周面12o1を第6軸線J6方向に挟んだ両側に配置されている。
 可動部材12には、第6軸線J6方向の一端側に、ハンド等のツール(図示略)を取り付けるためのフランジ面12fが設けられている。
 また、可動部材12には、図示しない駆動ギヤに噛み合う従動ギヤ12aが設けられている。駆動ギヤが回転させられることにより、従動ギヤ12aを経由して可動部材12に回転力が伝達され、可動部材12が固定部材11およびハウジング62aに対して、第6軸線J6回りに回転させられる。
 オイルシール21は、図2および図3に示されるように、径方向内方に円環状のリップ部21aを備え、固定部材11に設けられた段部の内周面11iに圧入されている。同様に、オイルシール22は、径方向内方に円環状のリップ部22aを備え、ハウジング62aに設けられた段部の内周面62iに圧入されている。リップ部21a,22aは、それぞれ可動部材12の外周面12o1に全周にわたって接触している。
 固定部材11およびハウジング62aに対して可動部材12が第6軸線J6回りに回転させられると、オイルシール21,22のリップ部21a,22aをそれぞれ接触させたまま、外周面12o1が周方向に移動する。これにより、可動部材12が回転しても、オイルシール21,22によって、固定部材11およびハウジング62aと可動部材12との間の隙間が密封される。
 第1着脱部材31は、図2に示されるように、固定部材11の内周面11iと同軸に配置されるとともに、可動部材12の外周面12o2に対して径方向外方に隙間をあけて配置される円筒状の内周面(第2内面)31iを備えている。第1着脱部材31は、図4に示されるように、中心軸である第6軸線J6に平行な複数の貫通孔31aおよび2つのピン孔31bを備えている。
 第1着脱部材31は、これらの貫通孔31aを貫通させたボルト(図示略)を固定部材11に設けたネジ孔(図示略)に締結することにより、固定部材11の一端に着脱可能に固定される。また、第1着脱部材31は、2つのピン孔31bにそれぞれ挿入したピン(図示略)を固定部材11に設けたピン孔(図示略)に挿入することにより、固定部材11に対して径方向に位置決めされる。
 第2着脱部材32は、ハウジング62aの内周面62iと同軸に配置されるとともに、可動部材12の外周面12o2に対して径方向外方に隙間をあけて配置される円筒状の内周面(第2内面)32iを備えている。第2着脱部材32は、第1着脱部材31と同様、複数の貫通孔(図示略)を備えており、これらの貫通孔を貫通させたボルト(図示略)をハウジング62aに設けたネジ孔(図示略)に締結することにより、ハウジング62aの一端に着脱可能に固定される。ハウジング62aに対する第2着脱部材32の径方向の位置決めは、第2着脱部材32をハウジング62aの嵌合面62bに嵌合させることにより行われている。
 第1着脱部材31と固定部材11との間は、ガスケット等のシール部材(図示略)によって密封されている。また、第2着脱部材32とハウジング62aとの間は、両者の間に挟まれたOリング71によって密封されている。
 オイルシール41,42は、図2に示されるように、それぞれ径方向内方に円環状のリップ部41a,42aを備え、それぞれ第1着脱部材31および第2着脱部材32の内周面31i,32iに圧入されている。第1着脱部材31および第2着脱部材32が固定部材11またはハウジング62aの端部に固定されることにより、各リップ部41a,42aがそれぞれオイルシール21,22による密封位置よりも外側において、外周面12o2に全周にわたって接触する。
 可動部材12が、固定部材11およびハウジング62aに対して第6軸線J6回りに回転させられると、オイルシール41,42のリップ部41a,42aをそれぞれ接触させたまま、外周面12o2が周方向に移動する。これにより、可動部材12が回転しても、オイルシール41,42によって、第1着脱部材31および第2着脱部材32の内周面31i,32iと可動部材12の外周面12o2との間の隙間が密封される。
 また、本実施形態においては、オイルシール41,42による密封位置よりも外側における可動部材12の最大径は、オイルシール41,42による密封位置の可動部材12の外周面12o2の外径以下に設定されている。これにより、オイルシール41をフランジ面12f側に抜き出し、あるいはフランジ面12f側から外周面12o2に嵌め込む際に、リップ部41aを他の部材に干渉させずに済む。また、オイルシール41と同様、オイルシール42を着脱する際もリップ部42aを他の部材に干渉させずに済む。
 このように構成された本実施形態に係る関節構造10の作用について、以下に説明する。
 本実施形態に係る関節構造10によれば、固定部材11およびハウジング62aと可動部材12との間の隙間に配置された2つのオイルシール21,22によって、オイルシール21,22に挟まれた空間が密封された状態に維持される。これにより、ローラ13、駆動ギヤおよび従動ギヤ12a等を潤滑するために、この空間に充填されたグリース等の潤滑材の空間外への漏洩を防止しつつ、可動部材12を固定部材11およびハウジング62aに対して第6軸線J6回りに回転させることができる。
 また、オイルシール21による密封位置の外側において、第1着脱部材31と可動部材12との隙間を密封するオイルシール41によって、外部からの塵埃等がオイルシール21まで到達する機会を低減し、オイルシール21を保護することができる。
 外側に露出するオイルシール41が、外部の塵埃等によって損傷を受けた場合には、交換により密封性能を回復することができる。
 オイルシール41を交換するには、固定部材11と第1着脱部材31とを固定しているボルトを取り外し、図5に示されるように、第1着脱部材31をオイルシール41とともに、固定部材11から第6軸線J6方向に沿って、フランジ面12f側に取り外す。そして、取り外された第1着脱部材31およびオイルシール41を、新しい第1着脱部材31およびオイルシール41に交換し、フランジ面12f側から元の取り付け位置に戻すことにより、オイルシール41の交換作業が終了する。
 この場合において、オイルシール41による密封位置よりも外側における可動部材12の最大径が、外周面12o2の外径以下であるため、オイルシール41のリップ部41aを傷つけることなく、外周面12o2に容易に着脱することができる。
 そして、オイルシール21を取り外さずに、第1着脱部材31およびオイルシール41を取り外すので、潤滑材が封入されている空間を密封状態に維持することができる。これにより、空間内から潤滑材を排出せずに、オイルシール41の交換作業を容易にかつ短時間で実施することができる。
 このように、本実施形態に係る関節構造10によれば、固定部材11から第1着脱部材31を取り外すだけで、オイルシール41を手首ユニット6から容易に取り外すことができ、また、現場でプレス機等を用いることなく、容易に取り付けることができる。
 これにより、ロボット1から手首ユニット6を取り外したり、ロボット1自体をプレス機のある場所に移動したり、現場にプレス機を持ち込んだりせずに済み、オイルシール41の交換作業を容易にすることができる。
 また、オイルシール42については、オイルシール41と同様にして、図5に示されるように、ハウジング62aからフランジ面12fとは反対側に第2着脱部材32を取り外し、容易に交換することができる。
 また、手首ユニット6から取り外した第1着脱部材31あるいは第2着脱部材32に損傷等がなく、再利用できる場合には、第1着脱部材31あるいは第2着脱部材32から工具を用いてオイルシール41,42を取り除く。そして、オイルシール41,42が取り除かれた第1着脱部材31あるいは第2着脱部材32に対して、プレス機を用いて、それぞれに新しいオイルシール41,42を圧入する。
 手首ユニット6から取り外された第1着脱部材31あるいは第2着脱部材32は比較的簡易に搬送できるので、プレス機が設置されている場所に持ち込めばよい。
 なお、本実施形態においては、可動部材12は単一の部材から構成されていたが、これに代えて、図6に示されるように、2以上の部材により構成した可動部材(第2部材)112を採用してもよい。
 図6に示す関節構造110においては、可動部材112は、第6軸線J6に沿う方向に貫通する貫通孔81hが設けられた円筒状の中空部材81と、貫通孔81hを貫通した状態で、中空部材81に対して着脱可能に取り付けられる貫通部材82とを備えている。
 中空部材81は、図6に示されるように、軸受の内輪を構成する本体81aと、従動ギヤ12aが設けられたギヤ部材81bとをボルト9によって締結することにより一体的に構成したものであってもよい。
 中空部材81は、オイルシール21,22のリップ部21a,22aが全周にわたって接触する2つの外周面(外面)112o1を備えている。また、中空部材81の一端には、複数のネジ孔81cが周方向に間隔をあけて設けられている。
 貫通部材82は、第6軸線J6を中心軸とする貫通孔82hを備えた円筒状に形成されている。貫通部材82は、オイルシール41,42のリップ部41a,42aと全周にわたって接触する2つの外周面(外面)112o2を備えている。また、貫通部材82の一端には、図6に示されるように、フランジ面112fが外周面112o2よりも径方向外方に鍔状に張り出して設けられている。フランジ面112fには、複数の貫通孔82aが周方向に間隔をあけて設けられている。
 中空部材81および貫通部材82は、図6に示されるように、貫通部材82を中空部材81の貫通孔81hに嵌合させることにより同軸に配置され、貫通孔82aを貫通させたボルト(図示略)をネジ孔81cに締結することにより一体的に固定される。
 この関節構造110を組み立てるには、オイルシール41,42を圧入した第1着脱部材31および第2着脱部材32を固定部材11およびハウジング62aにそれぞれ固定した状態で、貫通部材82を貫通孔81hに挿入し、中空部材81に固定する。貫通部材82を貫通孔81hに挿入する際に、貫通部材82に設けられた2つの外周面112o2が、それぞれ、オイルシール41,42のリップ部41a,42aの内側に嵌合する。そして、貫通部材82に設けられたフランジ面112fがオイルシール41を覆う位置に配置される。
 このように構成された関節構造110によれば、ツール側からの塵埃等の飛散を受けやすいオイルシール41がフランジ面112fによって覆われることにより保護されるので、オイルシール41の耐久性を向上することができるという利点がある。また、オイルシール41を交換するには、まず中空部材81から貫通部材82を取り外し、その後に、第1着脱部材31を固定部材11から取り外せばよい。
 この場合においても、図7に示されるように、中空部材81を取り外さずに済むので、潤滑材を排出させることなく、オイルシール41のみを容易に交換することができる。オイルシール42については、貫通部材82を取り外すことなく、第2着脱部材32をハウジング62aから取り外すことにより容易に交換することができる。
 なお、オイルシール41,42が塵埃等により損傷する場合に、リップ部41a,42aに接触している2つの外周面112o2も塵埃の噛み込み等により損傷する場合がある。このような場合に、関節構造110によれば、2つの外周面112o2を備える貫通部材82についても、潤滑材を排出せずに容易に交換することができるという利点がある。
 また、関節構造110によれば、可動部材112として、貫通孔81hを有する中空部材81と、中空部材81に容易に着脱可能な貫通部材82とを備えるものを採用し、貫通部材82を中空部材81の貫通孔81hに貫通させた状態で両者を固定している。これにより、オイルシール21,22を第6軸線J6方向に挟んだ両側に配置される2つの外周面112o2を単一の貫通部材82に設けることができ、個別の部材に設けずに済むので、部品点数を削減できるという利点がある。
 また、本実施形態においては、図6に示されるように、オイルシール21とオイルシール41との間に位置する第1着脱部材31の側壁に、径方向に貫通する貫通孔(観察窓)31hを設けてもよい。貫通孔31hは、透明な材質からなる窓部材(図示略)によって閉塞されてもよいし、着脱可能な栓(図示略)によって閉塞されてもよい。
 これにより、作業者は、貫通孔31hを通してオイルシール21,41間の空間内の状態を外部から観察することができ、空間内への塵埃等の侵入が確認された場合には、オイルシール41の密封性能が低下していると判断することができる。すなわち、オイルシール21,41によって密封されている空間内の状態を定期的あるいは必要に応じて確認することにより、オイルシール21が損傷する前に、オイルシール41を交換することができる。
 貫通孔31hは、固定部材11の側面がオイルシール21とオイルシール41との間の位置まで延びている場合には、固定部材11に設けられてもよい。また、貫通孔31hにより観察窓を構成することに代えて、固定部材11と第1着脱部材31との接合面における固定部材11または第1着脱部材31の少なくとも一方に設けた切欠きによって観察窓を構成してもよい。
 また、本実施形態においては、ハウジング62aおよび固定部材11の内側に、第6軸線J6回りに回転可能に可動部材12を配置した。これに代えて、図8に示されるように、可動部材(第1部材)212をハウジング(第2部材)162aの外側に配置してもよい。図8に示す例では、ハウジング162aの第6軸線J6方向の両端にそれぞれ着脱可能に固定部材(第2部材)111を取り付けている。
 図8に示す関節構造210においては、各固定部材111には、オイルシール41,42のリップ部41a,42aを接触させる外周面12o2がそれぞれ設けられている。また、第1着脱部材31および第2着脱部材32は、可動部材212の両端にそれぞれ着脱可能に取り付けられている。
 オイルシール41を交換する際には、ハウジング162aから固定部材111を取り外した後に、可動部材212から第1着脱部材31を取り外すことにより、上記と同様にして、容易に交換することができる。また、オイルシール42を交換する際には、可動部材212から第2着脱部材32を取り外すだけで、上記と同様にして容易に交換することができる。
 また、本実施形態においては、一対のオイルシール21,22による密封位置の両外側にオイルシール41,42を配置する場合について説明したが、これに代えて、ハウジング62aが一方向のみに開口する袋状の構造を有する場合に適用してもよい。この場合には、例えば、単一のオイルシール21による密封位置の外側にオイルシール41を配置し、オイルシール41を第1着脱部材31によって取り外し可能に取り付ければよい。
 また、本実施形態においては、第2手首要素62と第3手首要素63との間の関節構造10を例示したが、これに限定されるものではなく、他の任意の位置の関節構造等に適用してもよい。
 1 ロボット
 10 関節構造
 11 固定部材(第1部材)
 11i 内周面(第1内面)
 12 可動部材(第2部材)
 12o1 外周面(外面)
 12o2 外周面(外面)
 21 オイルシール(第1シール)
 22 オイルシール(第1シール)
 31 第1着脱部材(第3部材)
 31i 内周面(第2内面)
 31h 貫通孔(観察窓)
 32 第2着脱部材(第3部材)
 32i 内周面(第2内面)
 41 オイルシール(第2シール)
 42 オイルシール(第2シール)
 62a ハウジング(第1部材)
 62i 内周面(第1内面)
 81 中空部材
 81h 貫通孔
 82 貫通部材
 110 関節構造
 111 固定部材(第2部材)
 112 可動部材(第2部材)
 112o1 外周面(外面)
 112o2 外周面(外面)
 162a ハウジング(第2部材)
 210 関節構造
 212 可動部材(第1部材)
 J6 第6軸線(軸線)

Claims (6)

  1.  所定の軸線に沿う円筒状の第1内面を有する第1部材と、
     前記第1内面に同軸に配置される円筒状の外面を有する第2部材と、
     前記第1内面と前記外面との間の円環状の隙間を、前記第1部材と前記第2部材との前記軸線回りの相対回転を許容しつつ密封する第1シールと、
     前記第1内面と同軸に配置される第2内面を備え、前記第1シールによる密封位置の外側において、前記第1部材に取り外し可能に取り付けられる第3部材と、
     前記第2内面に圧入され、該第2内面と前記外面との間の円環状の隙間を、前記第1部材と前記第2部材との前記軸線回りの相対回転を許容しつつ密封する第2シールとを備える関節構造。
  2.  前記第1シールが、前記第1部材の前記軸線方向の両端において、前記第1内面と前記外面との間の円環状の前記隙間を密封する位置にそれぞれ配置され、
     前記第2シールおよび前記第3部材が、各前記第1シールによる密封位置の外側にそれぞれ配置されている請求項1に記載の関節構造。
  3.  前記第2部材が、前記軸線に沿う方向に貫通する貫通孔を備える中空部材と、前記貫通孔を貫通した状態で前記中空部材に取り外し可能に固定される貫通部材とを備え、
     各前記第1シールを摺動させる前記外面が前記中空部材に設けられ、
     各前記第2シールを摺動させる前記外面が前記貫通部材に設けられている請求項2に記載の関節構造。
  4.  前記第1シールと該第1シールの密封位置の外側に配置された前記第2シールとの間の前記第1部材と前記第2部材との隙間内の状態を外部から観察可能な観察窓を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の関節構造。
  5.  前記第2部材の前記第2シールによる密封位置よりも外側の最大径が、前記第2シールを摺動させる前記外面の直径以下である請求項1から請求項4のいずれかに記載の関節構造。
  6.  請求項1から請求項5のいずれかに記載の関節構造を備えるロボット。
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