WO2024071102A1 - 屈曲構造体及びワッシャー - Google Patents

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WO2024071102A1
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bending
bent
washer
end member
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貴史 平田
裕樹 保戸田
悠暉 早川
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NHK Spring Co Ltd
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NHK Spring Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/06—Arms flexible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B21/00—Means for preventing relative axial movement of a pin, spigot, shaft or the like and a member surrounding it; Stud-and-socket releasable fastenings
    • F16B21/06—Releasable fastening devices with snap-action
    • F16B21/08—Releasable fastening devices with snap-action in which the stud, pin, or spigot has a resilient part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B43/00—Washers or equivalent devices; Other devices for supporting bolt-heads or nuts

Definitions

  • the present invention relates to a bending structure used in the joint function parts of robots, manipulators, etc., and a washer used in this bending structure.
  • a conventional bending structure is known in which an end member is attached to the axial end of a bendable bending section, as in Patent Document 1.
  • the bent section is formed by stacking multiple wave washers together and maintaining this stacked state by laser welding the wave washers together.
  • the end members are then further stacked and attached to the bent section.
  • a strong bond can be obtained in a simple process.
  • the problem to be solved was that it was not possible to easily and firmly attach the end member to the axial end of the bent section.
  • the present invention provides a bending structure that includes a bending portion that can be elastically bent in an axial direction, an end member that is attached to an end of the bending portion in the axial direction, and a connecting arm that protrudes in the axial direction from the end of the bending portion and is connected to the end member.
  • the present invention also provides a washer for attaching an end member to an axial end of a bending portion that is elastically bendable in the axial direction, the washer having a connecting arm that protrudes in the axial direction and is connected to the end member.
  • the connecting arm extending from the bent portion is connected to the end member, making it possible to attach the end member to the bent portion easily and firmly.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a bent structure according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a bent portion of the bent structure of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the relationship between a base and a coupling washer used in the flexure structure of FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the base and coupling washer of FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the state before machining of the connecting arm of the connecting washer of FIG. 6A and 6B are perspective views showing the manufacture of a bent structure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of a bent structure according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the relationship between a base portion and an end washer of a bent structure according to a third embodiment of the present invention.
  • 9 is an exploded perspective view of the base and mating washer of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of the base and coupling washer of FIG. 8.
  • the objective of making it possible to easily and firmly attach the end member to the bent section is achieved by connecting the connecting arm extending from the bent section to the end member.
  • the bending structure 1 comprises a bending portion 7, an end member 3, and a connecting arm 21.
  • the bending portion 7 is a member that can be elastically bent in the axial direction.
  • the end member 3 is a member that is attached to the axial end of the bending portion 7.
  • the connecting arm 21 protrudes in the axial direction from the end of the bending portion 7 and is connected to the end member 3.
  • the connecting arm 21 can be connected to the end member 3 by fixing, fitting, engaging, etc., and the connecting arm 21 and the end member 3 can have a configuration according to the connecting mode.
  • the end member 3 may have a fixing portion 13 on its outer circumferential surface to which the connecting arm 21 is fixed.
  • the connecting arm 21 may be plate-shaped, and the fixing portion 13 may be flat, along which the connecting arm 21 is aligned.
  • a plurality of connecting arms 21 may be provided, each of which has elasticity and holds the end member 3.
  • a plurality of fixing portions 13 of the end member 3 are provided corresponding to the connecting arms 21, and each is fixed in a state in which the end member 3 is held in elastic contact with the connecting arms 21.
  • the end member 3 may have an engagement hole 29 into which the connecting arm 21 is inserted to engage.
  • One of the end member 3 and the connecting arm 21 may have a convex portion 23, and the other of the end member 3 and the connecting arm 21 may have a concave portion 25 with which the convex portion 23 engages.
  • the bending structure 1 may include a connecting member 19 that forms the end of the bending portion 7, and the connecting arm 21 may be provided on the connecting member 19.
  • the bending portion 7 includes a plurality of wave washers 17 that are stacked in the axial direction and maintained in a stacked state by welding, and the connecting member 19 may be a washer that is stacked on the ends of the plurality of wave washers 17 and whose stacked state is maintained by welding.
  • the connecting member 19 of such a bending structure 1 may be a washer having a connecting arm 21.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a bent structure according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a perspective view showing a bent portion of the bent structure of Fig. 1.
  • Fig. 3 is a perspective view showing the relationship between a base and a connecting washer used in the bent structure of Fig. 1.
  • Fig. 4 is an exploded perspective view showing the base and the connecting washer of Fig. 3.
  • Fig. 5 is a perspective view showing a state before processing of a connecting arm of the connecting washer of Fig. 4.
  • the bending structure 1 is applied to the joint function parts of various medical and industrial devices such as manipulators, robots, and actuators.
  • the joint function parts are equipment, mechanisms, devices, etc. that function as a bending and extending joint.
  • the bending structure 1 of this embodiment includes a base 3, a movable part 5, and a bending part 7.
  • the base 3 is a columnar body, such as a cylindrical body, made of metal or resin, and constitutes an end member that is attached to one end in the axial direction of the bending portion 7.
  • the axial direction means the direction along the axis of the bending structure 1, and also includes a direction slightly inclined relative to the axis.
  • This base 3 is connected to the end of the shaft of a manipulator, etc.
  • the base 3 is not limited to a columnar body, and may have an appropriate shape depending on the device to which the bending structure 1 is applied.
  • the base 3 in this embodiment is composed of a large diameter section 3a with a relatively large diameter and a small diameter section 3b with a relatively small diameter.
  • the large diameter section 3a has multiple, for example, four, insertion holes 9a in the circumferential direction for inserting wires for driving the bending structure 1.
  • the inner circumference of the large diameter section 3a has insertion holes 9b for inserting wiring and cables for the end effector of the manipulator.
  • the insertion holes 9b also pass through the small diameter section 3b.
  • the portion excluding the insertion hole 9b is the outer periphery of the base 3, which is the end member in this embodiment.
  • the small diameter portion 3b has a recess 11 corresponding to the insertion hole 9a.
  • the circumferential direction refers to the direction along the outer periphery of the bent structure 1.
  • This base 3 has a fixing portion 13 on its outer periphery to which a connecting arm 21, described later, is fixed.
  • the fixing portion 13 is provided on the outer periphery of the large diameter portion 3a.
  • the number of fixing portions 13 is two, but it is also possible to have one or three or more.
  • fixing parts 13 are flat, along which the connecting arms 21 are aligned.
  • the fixing parts 13 are rectangular flat surfaces that are parallel to each other and aligned along the axial direction of the bending structure 1.
  • the fixing portion 13 may be an inclined flat surface that is not aligned along the axial direction.
  • the fixing portion 13 may also be a curved surface that is aligned along the circumferential direction, rather than a flat surface.
  • the large diameter portion 3a may be a simple cylindrical shape.
  • the fixing portions 13 do not need to be parallel to each other. Furthermore, they may be a wavy surface having multiple projections and recesses in the axial direction.
  • the movable part 5 is supported by the base part 3 so as to be displaceable in the axial direction by the bending part 7.
  • An end effector or the like is attached to this movable part 5 according to the device to which the bending structure 1 is applied.
  • the movable part 5 is made of a columnar body, such as a cylindrical body, made of metal or resin, and constitutes an end member that is attached to the other axial end of the bending part 7.
  • the other axial end of the bending part 7 refers to the end on the opposite side of the axial direction from the one end to which the base part 3 is attached.
  • the movable part 5, like the base part 3, is of an appropriate shape depending on the device to which the bending structure 1 is applied, and is not limited to a columnar body made of metal or resin.
  • the movable part 5 has multiple, for example, four, insertion holes 15a in the circumferential direction through which the drive wires of the bending structure 1 are inserted and connected.
  • the inner circumference of the movable part 5 has insertion holes 15b through which wiring and cables for the end effector of the manipulator are inserted.
  • the movable part 5 may be configured to have a fixing part 13, similar to the base part 3. In this case, it is also possible to omit the fixing part 13 of the base part 3.
  • the bending portion 7 includes multiple wave washers 17 and a connecting washer 19 as a connecting member, and is formed into a cylindrical shape as a whole.
  • the bending portion 7 may also be a coil spring with a double coil structure, a simple coil spring, or another cylindrical body such as a bellows.
  • the bending portion 7 may also be provided with an inner member inside that suppresses axial compression of the coil spring with a double coil structure, etc.
  • Multiple wave washers 17 are stacked in the axial direction and maintained in a stacked state.
  • the elastic deformation of the wave washers 17 allows them to bend and extend elastically.
  • Each wave washer 17 is a plate material formed into a closed or open ring shape from a metal or the like.
  • the wave washer 17 is a circular plate material made of stainless steel, and the radial width and plate thickness between the inner and outer periphery are constant.
  • the outer diameter of the wave washer 17 in a plan view is approximately the same as the large diameter portion 3a of the base 3 and the movable portion 5.
  • the width and plate thickness of the wave washer 17 can also be varied in the circumferential direction.
  • This wave washer 17 are joined to adjacent wave washers 17 by welding, for example, laser welding.
  • the wave washer 17 has multiple peaks 17a in the circumferential direction, and has valleys 17b between adjacent peaks 17a. Between adjacent wave washers 17 in the axial direction, the peaks 17a of one wave washer 17 abut against the valleys 17b of the other wave washer. These abutting peaks 17a and valleys 17b are joined by laser welding.
  • peaks 17a and valleys 17b do not have to abut against each other, and may, for example, be slightly offset from each other in the circumferential direction and abut against the inclined portion 17c.
  • the shape and material of the wave washer 17 can be changed as appropriate depending on the required characteristics.
  • a through hole 17d is provided on the inner circumference of the wave washer 17, through which wiring and cables for the end effector of the manipulator are passed.
  • a plurality of recesses 17e (for example, four recesses) that are concave radially outward in a plan view are provided around the circumferential circumference of the through hole 17d, through which the wires for driving the bending structure 1 are passed.
  • the connecting washer 19 is stacked in the axial direction on the ends of the multiple wave washers 17 and is maintained in a stacked state by welding, for example, laser welding. As a result, the connecting washer 19 functions as a connecting member that constitutes the end of the bent portion 7.
  • the connecting washer 19 is stacked only on one end of the multiple wave washers 17 to form only one end of the bending portion 7.
  • the connecting washer 19 may also be stacked on both ends of the multiple wave washers 17 to form both ends of the bending portion 7.
  • This connecting washer 19 is for attaching the base 3, which is an end member, to the axial end of the bent portion 7.
  • the connecting washer 19 is a plate material formed into a closed or open ring shape from metal or the like.
  • the connecting member can be any shape, including a wave washer, in addition to the connecting washer 19, which is a flat washer.
  • the connecting washer 19 is a flat washer made of stainless steel and is an annular plate material, with a constant radial width and plate thickness between the inner and outer periphery.
  • the outer diameter of the connecting washer 19 is approximately the same as the outer diameter of the wave washer 17 in a plan view. Note that the outer diameter of the connecting washer 19 refers to the portion where the connecting arm 21 described below is not provided.
  • This connecting washer 19 has multiple, for example four, insertion holes 19a in the circumferential direction for inserting the wires for driving the bending structure 1.
  • the inner circumference of the connecting washer 19 has insertion holes 19b for inserting wiring and cables for the end effector of the manipulator.
  • a connecting arm 21 is provided on the outer circumference of the connecting washer 19.
  • the connecting arm 21 protrudes axially from the end of the bent portion 7 and is connected to the base portion 3.
  • connecting arm 21 does not need to be protruded in the axial direction along the connecting arm 21, but rather the tip of the connecting arm 21 needs to be in a position offset in the axial direction relative to the base end.
  • the connecting arm 21 is a flat plate that is positioned along the planar fixing portion 13 of the base 3. For this reason, multiple connecting arms 21 are provided on the outer periphery of the connecting washer 19 in correspondence with the fixing portion 13 of the base 3.
  • connecting arms 21 extend in parallel along the axial direction.
  • the connecting arms 21 can also be in the shape of a flat plate inclined together with the fixing portion 13, rather than along the axial direction.
  • the connecting arms 21 do not have to be parallel to each other depending on the fixing portion 13.
  • the connecting arms 21 do not have to be flat, and can be a corrugated plate having multiple projections and recesses in the axial direction.
  • the connecting arms 21 can adopt various shapes other than a plate shape, such as a rod shape, a cylinder shape, a bowl shape, etc.
  • the connecting arm 21 only needs to be provided in correspondence with the fixing portion 13, and may be located on the connecting washer 19 at a position other than the outer circumferential edge.
  • the connecting washer 19 may be formed with a larger diameter than the base 3, and the connecting arm 21 may be provided in the outer circumferential region that protrudes radially from the base 3.
  • the outer circumferential region itself may also be used as the connecting arm.
  • the planar shape of the connecting arm 21 is rectangular, but it may be another geometric shape. Note that the planar shape refers to the shape when viewed from the thickness direction of the connecting arm 21.
  • the axial length of the connecting arm 21 is the same as the length of the fixing portion 13, and the width of the connecting arm 21 is shorter than the width of the fixing portion 13. Note that the length of the connecting arm 21 may be shorter or longer than the length of the fixing portion 13, and the width of the connecting arm 21 may be the same as or longer than the width of the fixing portion 13.
  • Each of the connecting arms 21 has elasticity. As a result, the connecting arms 21 elastically contact the fixing portion 13 of the base 3 and are fixed to the fixing portion 13 while holding the base 3. As a result, the connecting arms 21 in this embodiment are connected to the outer periphery of the base 3. However, as long as the connecting arms 21 can be connected to the base 3, the connection point to the base 3 does not necessarily have to be the outer periphery.
  • elastic contact means elastic contact, but the connecting arms 21 do not need to be in elastic contact with the base 3. Also, while there are two connecting arms 21, it is possible to have one or three or more connecting arms 21, including the fixing part 13.
  • the connecting arm 21 and the fixing portion 13 are fixed by welding.
  • the connection between the base 3 and the connecting arm 21 is achieved by the connection between the connecting arm 21 and the fixing portion 13 and the elastic contact of the connecting arm 21 with the fixing portion 13. Therefore, the bending portion 7 and the base 3 can be fixed firmly.
  • the fixing between the connecting arm 21 and the fixing portion 13 can be achieved by reducing the fixing force by the elastic contact of the connecting arm 21 with the fixing portion 13, so that the fixing force is weaker than that achieved by welding.
  • the fixing may be achieved by gluing, soldering, etc.
  • the connecting arm 21 is attached to the fixing portion 13 at the center of the connecting arm 21.
  • the connecting arm 21 is attached by welding as in this embodiment, it is sufficient that part or all of the weld mark is located within the rectangular shape of the connecting arm 21 as long as the connection strength can be ensured.
  • the connecting arm 21 allows the fixing point to be selected as appropriate.
  • the connecting arm 21 can be easily formed by punching out the connecting arm 21 together with the connecting washer 19 using a press or the like, as shown in Figure 5, and then bending it to make it stand up.
  • FIG. 6A and 6B are perspective views showing the manufacture of the bent structure 1.
  • FIG. 6A and 6B are perspective views showing the manufacture of the bent structure 1.
  • a plurality of wave washers 17 are stacked on the movable part 5 to form the bending part 7, and then the base part 3 is attached to the end of the formed bending part 7.
  • Laser welding is performed by irradiating a laser beam from above each wave washer 17 that is stacked. This bonds the movable part 5 and the wave washer 17, and also bonds adjacent wave washers 17 together.
  • the laser beam may be any suitable type, such as a carbon dioxide laser, a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser, or a fiber laser.
  • a connecting washer 19 is stacked in the axial direction on top of the stacked wave washers 17, and the stacked state is maintained by axial laser welding. This forms the bent portion 7. In this state, the connecting arm 21 protrudes in the axial direction from the end of the bent portion 7.
  • the base 3 is inserted between the protruding connecting arms 21. That is, the axial end of the fixing portion 13 of the base 3 is aligned with the axial end of the connecting arm 21, and in this state the base 3 is inserted axially between the connecting arms 21. At this time, the fixing portion 13 slides relative to the connecting arm 21, guiding the insertion of the base 3.
  • the connecting arm 21 can ensure an irradiation area of the laser beam for laser welding, and laser welding between the connecting arm 21 and the fixing portion 13 can be performed reliably.
  • the fixing portion 13 is flat to which the connecting arm 21 is aligned, laser welding between the connecting arm 21 and the fixing portion 13 can be performed more reliably.
  • the base 3 has the fixing portion 13 to which the connecting arm 21 is fixed on its outer circumferential surface, laser welding with the connecting arm 21 can be performed easily and reliably.
  • the base 3 is joined to the end of the bent portion 7, completing the bent structure 1 of FIG. 1.
  • the connecting arm 21 extending from the bent portion 7 is joined to the outer periphery of the base 3, which is the end member, making it possible to easily and firmly attach the base 3 to the bent portion 7 by laser welding.
  • the formation of the bent portion 7 on the movable portion 5 and the attachment of the base portion 3 can all be performed by laser welding, making it easy to manufacture the bent structure 1.
  • the bending structure 1 may be required to have a smaller diameter, but even if the diameter is reduced, sufficient fixation can be achieved between the connecting arm 21 and the fixing portion 13. Therefore, the bending structure 1 of this embodiment can accommodate a smaller diameter.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a portion of a bent structure according to a second embodiment of the present invention. Note that in the second embodiment, the same reference numerals are used for configurations corresponding to those in the first embodiment, and duplicated descriptions are omitted.
  • the bending structure 1 of this embodiment is such that the connecting arm 21 and the base 3 are connected by engaging the convex portion 23 and the concave portion 25.
  • the rest is the same as in Example 1.
  • the convex portion 23 is formed by partially curving the flat connecting arm 21.
  • the curved convex portion 23 may be formed in advance on the connecting arm 21 by pressing or the like, or may be formed when connecting the connecting arm 21 to the base 3 by crimping or the like.
  • the shape of the convex portion 23 is not particularly limited, and may be, for example, a partially increased plate thickness of the connecting arm 21.
  • the recess 25 is formed in the engagement portion 27 of the base 3.
  • the engagement portion 27 has the same planar configuration as the fixing portion 13 of the first embodiment, except for the recess 25.
  • the recess 25 is provided corresponding to the protrusion 23, and the protrusion 23 is inserted into the recess 25 to engage with it.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the relationship between the base and end washers of a bent structure according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the base and end washers of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a portion of the base and end washer of FIG. 8. Note that in Example 3, the same reference numerals are used for configurations corresponding to those in Example 1, and duplicated explanations will be omitted.
  • the bending structure 1 of this embodiment has an engagement hole 29 in the base 3 into which the connecting arm 21 is inserted and engaged.
  • the engagement hole 29 is provided axially through the large diameter portion 3a of the base 3.
  • the cross-sectional shape of the engagement hole 29 is formed to be larger than the cross-sectional shape of the connecting arm 21.
  • the connecting arm 21 has a claw portion 31 at its tip.
  • the claw portion 31 is formed to protrude radially from the connecting arm 21.
  • the connecting arm 21 is formed to be longer in the axial direction than the engagement hole 29, and the claw portion 31 at the tip protruding outward from the engagement hole 29 engages with the opening edge portion 29a of the engagement hole 29.
  • the connecting arm 21 may also omit the claw portion 31.
  • the connecting arm 21 may be configured to fit into the engagement hole 29.
  • the connecting arm 21 may be provided between the inner and outer periphery of the connecting washer 19.
  • the engagement hole 29 is provided at a position biased toward the inner periphery in correspondence with the connecting arm 21.
  • the bent portion 7 and the base portion 3 can be joined more easily.

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Abstract

端部部材を屈曲部に簡易且つ強固に取り付けることを可能とすることが可能な屈曲構造体を提供する。軸方向に対して弾性的に屈曲可能な屈曲部７と、屈曲部７の軸方向の端部に取り付けられる基部３と、屈曲部７の端部に軸方向に突設され、基部３に結合される結合アーム２１と、を備える。

Description

屈曲構造体及びワッシャー
　本発明は、ロボットやマニピュレーター等の関節機能部に供される屈曲構造体及びこの屈曲構造体に用いられるワッシャーに関する。
　従来の屈曲構造体としては、特許文献１のように、屈曲可能な屈曲部の軸方向の端部に端部部材を取り付けたものが知られている。
　屈曲部は、複数のウェーブワッシャーを積層すると共に、この積層状態がウェーブワッシャー相互間をレーザー溶接することで保持されて形成される。
　屈曲部には、端部部材が更に積層されて取り付けられる。端部部材の屈曲部への取付けでは、レーザー溶接を用いれば、簡易な工程で強固な結合が得ることができる。
　しかし、屈曲部と端部部材との間は、積層方向からレーザー光を照射することができないので、側方からレーザー光を照射する必要があり、十分な結合強度が得られなかった。
　こうした問題は、屈曲部が積層したウェーブワッシャーである場合だけでなく、コイルばねやベローズ等の他の屈曲部においても同様に生じていた。
国際公開第ＷＯ２０１９／０７３８６０号公報
　解決しようとする問題点は、屈曲部の軸方向の端部に端部部材を簡易且つ強固に取り付けることができなかった点である。
　本発明は、軸方向に対して弾性的に屈曲可能な屈曲部と、該屈曲部の前記軸方向の端部に取り付けられる端部部材と、前記屈曲部の前記端部に前記軸方向に突設され前記端部部材に結合される結合アームと、を備える屈曲構造体を提供する。
　また、本発明は、軸方向に対して弾性的に屈曲可能な屈曲部の前記軸方向の端部に端部部材を取り付けるためのワッシャーであって、前記軸方向に突設され前記端部部材に結合される結合アームを備えた、ワッシャーを提供する。
　本発明によれば、屈曲部から延設された結合アームを端部部材に結合するため、端部部材を屈曲部に簡易且つ強固に取り付けることを可能とする。
図１は、本発明の実施例１に係る屈曲構造体を示す斜視図である。 図２は、図１の屈曲構造体の屈曲部を示す斜視図である。 図３は、図１の屈曲構造体に用いられる基部と結合ワッシャーとの関係を示す斜視図である。 図４は、図３の基部と結合ワッシャーとを示す分解斜視図である。 図５は、図４の結合ワッシャーの結合アームの加工前の状態を示す斜視図である。 図６（Ａ）及び（Ｂ）は、屈曲構造体の製造を示す斜視図である。 図７は、本発明の実施例２に係る屈曲構造体の一部を示す断面図である。 図８は、本発明の実施例３に係る屈曲構造体の基部及び端部ワッシャーの関係を示す斜視図である。 図９は、図８の基部及び結合ワッシャーの分解斜視図である。 図１０は、図８の基部及び結合ワッシャーの一部を示す断面図である。
　端部部材を屈曲部に簡易且つ強固に取り付けることを可能とするという目的を、屈曲部から延設された結合アームを端部部材に結合することにより実現した。
　屈曲構造体１は、屈曲部７と、端部部材３と、結合アーム２１とを備える。屈曲部７は、軸方向に対して弾性的に屈曲可能な部材である。端部部材３は、屈曲部７の軸方向の端部に取り付けられる部材である。結合アーム２１は、屈曲部７の端部に軸方向に突設され端部部材３に結合される。
　結合アーム２１の端部部材３への結合態様は、固着、嵌合、係合等があり、結合アーム２１及び端部部材３は、結合態様に応じた構成を有すればよい。
　端部部材３は、結合アーム２１が固着される固着部１３を外周面上に有してもよい。
　この場合、結合アーム２１は、板状であり、固着部１３は、結合アーム２１を沿わせる平面状である構成としてもよい。
　さらに、結合アーム２１は、複数設けられ、それぞれ弾性を有して端部部材３を保持してもよい。この場合、端部部材３の固着部１３は、結合アーム２１に応じて複数設けられ、それぞれ結合アーム２１を弾接させた端部部材３の保持状態で固着される。
　端部部材３は、結合アーム２１を挿入により係合させる係合孔２９を有してもよい。
　端部部材３及び結合アーム２１の一方は、凸部２３を有し、端部部材３及び結合アーム２１の他方は、凸部２３を係合させる凹部２５を有する構成としてもよい。
　屈曲構造体１は、屈曲部７の端部を構成する結合部材１９を備え、結合アーム２１は、結合部材１９に設けられた構成としてもよい。
　屈曲部７は、軸方向に積層されると共に溶接によって積層状態が保持された複数のウェーブワッシャー１７を備え、結合部材１９は、複数のウェーブワッシャー１７の端部に積層されると共にその積層状態が溶接によって保持されるワッシャーであってもよい。
　かかる屈曲構造体１の結合部材１９は、結合アーム２１を備えるワッシャーであってもよい。
［屈曲構造体の構成］
　図１は、本発明の実施例１に係る屈曲構造体を示す斜視図である。図２は、図１の屈曲構造体の屈曲部を示す斜視図である。図３は、図１の屈曲構造体に用いられる基部と結合ワッシャーとの関係を示す斜視図である。図４は、図３の基部と結合ワッシャーとを示す分解斜視図である。図５は、図４の結合ワッシャーの結合アームの加工前の状態を示す斜視図である。
　屈曲構造体１は、マニピュレーター、ロボット、アクチュエーターのような医療用や産業用等の各種の機器の関節機能部に適用されるものである。関節機能部は、屈曲・伸展する関節としての機能を有する装置、機構、デバイス等である。
　本実施例の屈曲構造体１は、基部３と、可動部５と、屈曲部７とを備えている。
　基部３は、金属や樹脂等で形成された柱状体、例えば円柱状体からなり、屈曲部７の軸方向の一方の端部に取り付けられる端部部材を構成する。軸方向とは、屈曲構造体１の軸心に沿った方向を意味し、軸心に対して僅かに傾斜した方向も含む。
　この基部３は、マニピュレーターのシャフトの端部等に結合される。なお、基部３は、柱状体に限られず、屈曲構造体１が適用される機器に応じて適宜の形態とする。
　本実施例の基部３は、相対的に大径の大径部３ａと相対的に小径の小径部３ｂとで構成されている。大径部３ａには、屈曲構造体１の駆動用のワイヤーを挿通する挿通孔９ａが周方向に複数、例えば４つ設けられている。大径部３ａの内周には、マニピュレーターのエンドエフェクタ用の配線やケーブルを挿通する挿通孔９ｂが設けられている。挿通孔９ｂは、小径部３ｂも貫通する。
　この挿通孔９ｂを除く部分が本実施例において端部部材である基部３の外周部となる。小径部３ｂは、挿通孔９ａに対応して凹部１１を備えている。周方向とは、屈曲構造体１の外周に沿った方向をいう。
　この基部３は、後述する結合アーム２１が固着される固着部１３を外周面上に有する。本実施例では、大径部３ａの外周面上に固着部１３が設けられている。固着部１３の数は、二つとなっているが、一つ又は三つ以上とすることも可能である。
　これら固着部１３は、それぞれ結合アーム２１を沿わせる平面状となっている。本実施例の固着部１３は、屈曲構造体１の軸方向に沿うと共に相互に平行な矩形平面からなる。
　なお、固着部１３は、軸方向に沿わずに、傾斜した平面状とすることも可能である。また、固着部１３は、平面ではなく、周方向に沿った曲面であってもよい。固着部１３が周方向に沿った曲面の場合は、大径部３ａを単純な円柱形状とすればよい。また、固着部１３は、相互に平行である必要はない。さらに、軸方向に複数の凹凸を有する波形状の面等であってもよい。
　可動部５は、屈曲部７により、軸方向に対して変位可能に基部３に支持される。この可動部５には、屈曲構造体１が適用される機器に応じたエンドエフェクタ等が取り付けられる。
　かかる可動部５は、金属や樹脂等によって形成された柱状体、例えば円柱状体からなり、屈曲部７の軸方向の他方の端部に取り付けられる端部部材を構成する。なお、屈曲部７の軸方向の他方の端部は、基部３が取り付けられる一方の端部に対する軸方向の反対側の端部をいう。可動部５は、基部３と同様、屈曲構造体１が適用される機器に応じて適宜の形態とされ、金属や樹脂等による柱状体に限られるものではない。
　可動部５には、屈曲構造体１の駆動用のワイヤーを挿通状態で結合する挿通孔１５ａが周方向に複数、例えば４つ設けられている。可動部５の内周には、マニピュレーターのエンドエフェクタ用の配線やケーブルを挿通する挿通孔１５ｂが設けられている。
　なお、可動部５は、基部３と同様に固着部１３を有する構成としてもよい。この場合、基部３の固着部１３を省略することも可能である。
　屈曲部７は、複数のウェーブワッシャー１７と、結合部材としての結合ワッシャー１９とを備え、全体として筒状に形成されている。なお、屈曲部７は、二重コイル構造のコイルばね、単純なコイルばね、或いはベローズ等の他の筒状体を採用してもよい。また、屈曲部７は、内部に二重コイル構造のコイルばね等の軸方向の圧縮を抑制するインナー部材を備えてもよい。
　複数のウェーブワッシャー１７は、軸方向で積層されると共に積層状態が保持されている。ウェーブワッシャー１７の弾性変形により、弾性的に屈曲及び伸展が可能となっている。
　各ウェーブワッシャー１７は、金属等によって閉または開環状に形成された板材である。本実施例のウェーブワッシャー１７は、ステンレスからなる円環状の板材であり、内外周間の径方向の幅及び板厚が一定となっている。ウェーブワッシャー１７の平面視における外径は、基部３の大径部３ａ及び可動部５と同程度となっている。なお、ウェーブワッシャー１７の幅及び板厚は、周方向で変動させることも可能である。
　このウェーブワッシャー１７は、隣接するウェーブワッシャー１７に対して当接部分が溶接、例えばレーザー溶接によって結合されている。
　本実施例において、ウェーブワッシャー１７は、周方向に複数の山部１７ａを有し、隣接する山部１７ａ間に谷部１７ｂを有する。軸方向で隣接するウェーブワッシャー１７間では、一方のウェーブワッシャー１７の山部１７ａが他方のウェーブワッシャーの谷部１７ｂに当接している。これら当接する山部１７ａ及び谷部１７ｂが、レーザー溶接によって結合されている。
　なお、山部１７ａ及び谷部１７ｂは、相互に当接しなくてもよく、例えば、相互に若干周方向にずれて傾斜部１７ｃに当接する形態としてもよい。また、ウェーブワッシャー１７の形状や材質等は、要求される特性等に応じて適宜変更することが可能である。
　ウェーブワッシャー１７の内周には、マニピュレーターのエンドエフェクタ用の配線やケーブルを挿通する挿通孔１７ｄが設けられている。この挿通孔１７ｄに対し、平面視において径方向の外側へ凹状となる凹部１７ｅが周方向に複数、例えば４つ設けられ、屈曲構造体１の駆動用のワイヤーを挿通するようになっている。
　結合ワッシャー１９は、複数のウェーブワッシャー１７の端部に軸方向で積層されると共に溶接、例えばレーザー溶接によって積層状態が保持されている。これにより、結合ワッシャー１９は、屈曲部７の端部を構成する結合部材として機能する。
　本実施例において、結合ワッシャー１９は、複数のウェーブワッシャー１７の一方の端部にのみ積層されて屈曲部７の一端部のみを構成している。ただし、結合ワッシャー１９は、複数のウェーブワッシャー１７の両端部に積層されて屈曲部７の両端部を構成してもよい。
この結合ワッシャー１９は、屈曲部７の軸方向の端部に端部部材である基部３を取り付けるためのものである。本実施例の結合ワッシャー１９は、金属等によって閉または開環状に形成された板材である。なお、結合部材は、平ワッシャーである結合ワッシャー１９の他、ウェーブワッシャー等を採用することも可能であり、形態は自由である。
　本実施例の結合ワッシャー１９は、ステンレスからなる円環状の板材としての平ワッシャーであり、内外周間の径方向の幅及び板厚が一定となっている。結合ワッシャー１９の外径は、ウェーブワッシャー１７の平面視における外径と同程度となっている。なお、結合ワッシャー１９の外径は、後述する結合アーム２１が設けられていない部分でのものをいう。
　この結合ワッシャー１９は、屈曲構造体１の駆動用のワイヤーを挿通する挿通孔１９ａが周方向に複数、例えば４つ設けられている。結合ワッシャー１９の内周には、マニピュレーターのエンドエフェクタ用の配線やケーブルを挿通する挿通孔１９ｂが設けられている。結合ワッシャー１９の外周には、結合アーム２１が設けられている。
　結合アーム２１は、屈曲部７の端部に軸方向に突設され、基部３に結合されるものである。
　なお、結合アーム２１の軸方向への突設は、結合アーム２１が軸方向に沿って行われる必要はなく、結合アーム２１の先端が基端に対して軸方向で偏倚した位置にあるように行われればよい。
　本実施例の結合アーム２１は、基部３の平面状の固着部１３に沿って位置する平板である。このため、結合アーム２１は、基部３の固着部１３に対応して結合ワッシャー１９の外周縁に複数設けられている。
　これら結合アーム２１は、軸方向に沿って平行に延設されている。ただし、結合アーム２１は、軸方向に沿わずに、固着部１３と共に傾斜した平板状とすることも可能である。また、結合アーム２１は、固着部１３に応じて相互に平行である必要はない。また結合アーム２１は、平板である必要はなく、軸方向に複数の凹凸を有する波形状の板等であってもよい。また、結合アーム２１は、板状以外にも、棒状、筒状、椀状等の各種の形態を採用可能である。
　なお、結合アーム２１は、固着部１３に対応して設けられればよいので、結合ワッシャー１９上での位置を外周縁以外としてもよい。例えば、結合ワッシャー１９を基部３よりも大径に形成し、基部３から径方向にはみ出した外周領域に結合アーム２１を設けることも可能である。また、外周領域自体を結合アームとしてもよい。
　本実施例において、結合アーム２１の平面形状は、矩形状となっているが、他の幾何学形状であってもよい。なお、平面形状は、結合アーム２１の厚み方向から見た形状をいう。
　結合アーム２１の軸方向の長さは、固着部１３の長さと同一であり、結合アーム２１の幅は、固着部１３の幅よりも短い。なお、結合アーム２１の長さは、固着部１３の長さよりも短く又は長くしてもよく、結合アーム２１の幅は、固着部１３の幅と同一かそれよりも長くしてもよい。
　結合アーム２１は、それぞれ弾性を有している。これにより、結合アーム２１は、基部３の固着部１３に弾接し、基部３を保持した状態で固着部１３に固着される。これにより、本実施例の結合アーム２１は、基部３の外周部に結合されている。ただし、結合アーム２１は、基部３に結合できればよいので、基部３に対する結合箇所は、必ずしも外周部でなくてよい。
　なお、弾接は、弾性をもって当接することであるが、結合アーム２１は、基部３に弾接する必要はない。また、結合アーム２１の数は、二つとなっているが、固着部１３と共に一つ又は三つ以上とすることも可能である。
　結合アーム２１と固着部１３との固着は、溶接によって行われている。本実施例では、基部３と結合アーム２１との結合を、結合アーム２１と固着部１３との固着並びに結合アーム２１の固着部１３への弾接で担っている。従って、屈曲部７と基部３とを強固に結合することができる。また、結合アーム２１と固着部１３との固着は、結合アーム２１の固着部１３への弾接の分だけ固着力を低減させ、溶接よりも固着力の弱い固着とすることも可能である。例えば、固着は、接着やはんだ付け等であってもよい。
　結合アーム２１の固着部１３への固着箇所は、結合アーム２１の中心部である。ただし、結合アーム２１の固着箇所は、本実施例のように溶接で結合アーム２１の固着が行われる場合、結合強度を確保できる限りにおいて、溶接痕の一部又は全部が結合アーム２１の矩形形状の範囲内に位置すればよい。つまり、結合アーム２１は、固着箇所を適宜選択可能とする。
　結合アーム２１の形成は、図５のように、プレス等によって結合ワッシャー１９と一体に結合アーム２１を打抜いた後、曲げ加工によって起立されることで容易に行うことができる。
［屈曲構造体の製造］
　図６（Ａ）及び（Ｂ）は、屈曲構造体１の製造を示す斜視図である。
　本実施例の屈曲構造体１の製造では、可動部５に対して複数のウェーブワッシャー１７を積み上げて屈曲部７を形成した後、形成された屈曲部７の端部に基部３を取り付ける。ただし、基部３に対してウェーブワッシャー１７を積み上げて屈曲部７を形成し、屈曲部７の端部に可動部５を取り付けてもよい。
　本実施例の屈曲部７の形成では、図６（Ａ）のように、まず可動部５上に複数のウェーブワッシャー１７を軸方向で積層し、レーザー溶接によって積層状態を保持する。
　レーザー溶接は、ウェーブワッシャー１７を積層する度に、その上からレーザー光を照射することで行われる。これにより、可動部５とウェーブワッシャー１７との間及び隣接するウェーブワッシャー１７間が結合される。なお、レーザー光は、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）レーザー、ファイバーレーザー等の適宜のものを採用すればよい。
　次いで、図６（Ｂ）のように、積層された複数のウェーブワッシャー１７上に軸方向で結合ワッシャー１９を積層し、軸方向からのレーザー溶接によって積層状態を保持する。これにより、屈曲部７が形成される。この状態では、結合アーム２１が屈曲部７の端部から軸方向に突出している。
　突出する結合アーム２１間には基部３を挿入する。すなわち、結合アーム２１の軸方向の端部に基部３の固着部１３の軸方向の端部を合わせておき、この状態で基部３を結合アーム２１間へ軸方向で挿入する。このとき、結合アーム２１に対して固着部１３がスライドし、基部３の挿入を案内することができる。
　この挿入により基部３が結合ワッシャー１９に軸方向で突き当たると、結合アーム２１を固着部１３にレーザー溶接により固着する。
　このとき、結合アーム２１によってレーザー溶接のレーザー光の照射領域を確保することができ、結合アーム２１と固着部１３とのレーザー溶接を確実に行うことができる。また、固着部１３は、結合アーム２１を沿わせる平面状であるため、結合アーム２１と固着部１３とのレーザー溶接をより確実に行うことができる。しかも、基部３は、結合アーム２１が固着される固着部１３を外周面上に有するので、結合アーム２１とのレーザー溶接を容易且つ確実に行うことができる。
　こうして屈曲部７の端部に基部３が結合されて図１の屈曲構造体１が完成する。このように、本実施例では、屈曲部７から延設された結合アーム２１を端部部材である基部３の外周部に結合するため、レーザー溶接によって基部３を屈曲部７に簡易且つ強固に取り付けることを可能とする。
　この結果、可動部５上での屈曲部７の形成並びに基部３の取付けを全てレーザー溶接で行うことができ、屈曲構造体１の製造を容易に行うことができる。
　また、屈曲構造体１は、小径化が求められることがあるが、小径化しても結合アーム２１と固着部１３との十分な固着を行わせることができる。従って、本実施例の屈曲構造体１は、小径化に対応することが可能である。
　図７は、本発明の実施例２に係る屈曲構造体の一部を示す断面図である。なお、実施例２は、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　本実施例の屈曲構造体１は、結合アーム２１と基部３との結合を凸部２３と凹部２５との係合によって行ったものである。その他は、実施例１と同様である。
　凸部２３は、平板状の結合アーム２１に部分的な湾曲によって形成されている。湾曲による凸部２３は、予めプレス等によって結合アーム２１に形成するか、或いはカシメ等によって結合アーム２１を基部３に結合する際に形成すればよい。なお、凸部２３の形状は、特に限定されるものではなく、例えば結合アーム２１の板厚を部分的に増加させたものであってもよい。
　凹部２５は、基部３の係合部２７に形成されている。係合部２７は、凹部２５を除き、実施例１の固着部１３と同一の平面状の構成となっている。凹部２５は、凸部２３に対応して設けられ、凸部２３を入れ込んで係合させる。
　かかる実施例２では、実施例１と同様の作用効果を奏することができるのに加え、屈曲部７と基部３との結合をより簡易に行うことができる。
　図８は、本発明の実施例３に係る屈曲構造体の基部及び端部ワッシャーの関係を示す斜視図である。図９は、図８の基部及び端部ワッシャーの分解斜視図である。図１０は、図８の基部及び端部ワッシャーの一部を示す断面図である。なお、実施例３は、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　本実施例の屈曲構造体１は、基部３が結合アーム２１を挿入により係合させる係合孔２９を有する。
　係合孔２９は、基部３の大径部３ａに軸方向に貫通して設けられている。係合孔２９の断面形状は、結合アーム２１の断面形状よりも大きく形成されている。
　結合アーム２１は、先端に爪部３１を有する。爪部３１は、結合アーム２１径方向に突出して形成されている。結合アーム２１は、係合孔２９よりも軸方向に長く形成されており、係合孔２９から外部に突出した先端の爪部３１が係合孔２９の開口縁部２９ａに係合する。
　なお、結合アーム２１は、爪部３１を省略することも可能である。この場合、結合アーム２１は、係合孔２９内に嵌合する構成とすればよい。また、結合アーム２１は、結合ワッシャー１９の外周縁に代えて、結合ワッシャー１９の内周と外周との間に設けてもよい。この場合、係合孔２９は、結合アーム２１に対応して内周側に偏倚した位置に設けられる。
　かかる実施例３においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができるのに加え、屈曲部７と基部３との結合をより簡易に行うことができる。
１　屈曲構造体
３　基部（端部部材）
５　可動部（端部部材）
７　屈曲部
１３　固着部
１７　ウェーブワッシャー
１９　端部ワッシャー（結合部材）
２１　結合アーム
２３　凸部
２５　凹部
２９　係合孔

Claims (9)

  1. 　軸方向に対して弾性的に屈曲可能な屈曲部と、
    　該屈曲部の前記軸方向の端部に取り付けられる端部部材と、
    　前記屈曲部の前記端部に前記軸方向に突設され前記端部部材に結合される結合アームと
    、
    　を備える屈曲構造体。
  2. 　請求項１の屈曲構造体であって、
    　前記端部部材は、前記結合アームが固着される固着部を外周面上に有する、
    　屈曲構造体。
  3. 　請求項２の屈曲構造体であって、
    　前記結合アームは、板状であり、
    　前記固着部は、前記結合アームを沿わせる平面状である、
    　屈曲構造体。
  4. 　請求項３の屈曲構造体であって、
    　前記結合アームは、複数設けられ、それぞれ弾性を有して前記端部部材を保持し、
    　前記端部部材の固着部は、前記結合アームに応じて複数設けられ、それぞれ前記結合アームを弾接させた前記端部部材の保持状態で固着される、
    　屈曲構造体。
  5. 　請求項１の屈曲構造体であって、
    　前記端部部材は、前記結合アームを挿入により係合させる係合孔を有する、
    　屈曲構造体。
  6. 　請求項１の屈曲構造体であって、
    　前記端部部材及び前記結合アームの一方は、凸部を有し、
    　前記端部部材及び前記結合アームの他方は、前記凸部を係合させる凹部を有する、
    　屈曲構造体。
  7. 　請求項１～６の何れか一項の屈曲構造体であって、
    　前記屈曲部の前記端部を構成する結合部材を備え、
    　前記結合アームは、前記結合部材に設けられた、
    　屈曲構造体。
  8. 　請求項７の屈曲構造体であって、
    　前記屈曲部は、前記軸方向に積層されると共に溶接によって積層状態が保持された複数のウェーブワッシャーを備え、
    　前記結合部材は、前記複数のウェーブワッシャーの端部に積層されると共に該積層状態が溶接によって保持されるワッシャーである、
    　屈曲構造体。
  9. 　軸方向に対して弾性的に屈曲可能な屈曲部の前記軸方向の端部に端部部材を取り付けるためのワッシャーであって、
    　前記軸方向に突設され前記端部部材の外周部に結合される結合アームを備えた、
    　ワッシャー。
     
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