JP2010196804A

JP2010196804A - 自在継手

Info

Publication number: JP2010196804A
Application number: JP2009042585A
Authority: JP
Inventors: Seizo Miyazaki; 晴三宮崎; Tooru Nanasawa; 透七澤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP5187232B2

Abstract

【課題】微細な動作がスムーズに行える自在継手を提供する。
【解決手段】自在継手１は、２個の玉軸受２２，２３を軸部材２５と外輪ハウジング２４間に嵌合し、軸部材２５に対し外輪ハウジング２４を回転自在に支持する第１軸受ユニット２と、２個の玉軸受３２，３３を軸部材３５と外輪ハウジング３４間に嵌合し、軸部材３５に対し外輪ハウジング３４を回転自在に支持する第２軸受ユニット３と、を備え、外輪ハウジング２４には雌ねじ部２４ｃが設けられ、軸部材３５には雄ねじ部３５ｂが設けられ、第１軸受ユニット２と第２軸受ユニット３の回転軸Ｐ１、Ｐ２が直交するように雄ねじ部３５ｂと雌ねじ部２４ｃが螺合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受ユニットを組合わせた自在継手、特にロボットハンドの指の付け根部分に使用可能な自在継手に関する。

特許文献１では人型ロボットハンドの指の付け根部分が、上下左右に曲がるように直角に交差したジョイントが設けられている。より具体的には、図４に示すように、中手骨部のジョイントの軸Ｊ_２．０と中手骨部と基節骨部間のジョイントの軸Ｊ_２．１を直交して配置し、その交点部に空間を設けて指機構に内蔵するジョイント駆動用モータやセンサ等のための配線ケーブルが通過するようになっている。

特許第３８４８１２３号

しかしながら、特許文献１では、明確には記載していないが図面からわかるように転がり軸受を使用するようには構成されておらず、一方の板金に設けたピンを他方の板金に設けたすべり軸受で支えるようになっており、交点部に空洞を設け配線ケーブルなどを通しているため、軸受部にガタが生じるため指の微細な動作がスムーズに行えないという問題があった。

そこで、本発明は、微細な動作がスムーズに行える自在継手を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る自在継手は、下記（１）〜（７）を特徴としている。
（１）２個の転がり軸受を第１軸部材と第１ハウジング間に嵌合し、前記第１軸部材に対し前記第１ハウジングを回転自在に支持する第１軸受ユニットと、
２個の転がり軸受を第２軸部材と第２ハウジング間に嵌合し、前記第２軸部材に対し前記第２ハウジングを回転自在に支持する第２軸受ユニットと、を備え、
前記第１ハウジングには雌ねじ部が設けられ、前記第２軸部材には雄ねじ部が設けられ、前記第１軸受ユニットと前記第２軸受ユニットの回転軸が直交するように前記雄ねじ部と前記雌ねじ部が螺合することを特徴とする自在継手。
（２）前記第１軸受ユニットの軸受間距離は前記第２軸受ユニットの軸受間距離より長く、前記第１軸受ユニットの前記転がり軸受間に前記第２軸部材が固定されていることを特徴とする（１）に記載の自在継手。
（３）前記第１ハウジングの外周面には平坦面が設けられ、
前記第２軸部材の軸方向一方にはフランジ部が設けられ、
前記平坦面と前記フランジ部が当接することを特徴とする（１）又は（２）に記載の自在継手。
（４）前記第２ハウジングの軸方向他方の外周面には、雄ねじ部が設けられていることを特徴とする（３）に記載の自在継手。
（５）前記第１軸受ユニットの前記転がり軸受間には、前記第１軸受ユニットの前記回転軸と直交する方向に前記第１ハウジングと前記第１軸部材を切り欠いた切り欠き部が設けられ、前記切り欠き部には電装用ケーブル及び駆動用ワイヤーの少なくとも１つが装填されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の自在継手。
（６）前記第１及び第２軸受ユニットの少なくとも１つにおいて、内蔵する前記転がり軸受が予圧されていることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の自在継手。
（７）ロボットハンドの指の付け根部分に用いられることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の自在継手。

本発明の自在継手によると、それぞれ２個の転がり軸受を配置した第１及び第２軸受ユニットがそれぞれの回転軸が直交するように固定されるため、負荷荷重が大きい場合であっても微細な動作をスムーズに行うことができる。
また、第１及び第２軸受ユニットは、第１軸受ユニットの第１ハウジングに雌ねじ部を設け、第２軸受ユニットの第２軸部材に雄ねじ部を設け、これらを螺合させて固定するため、転がり軸受を用いても容易に取り付けることができる。

本発明に係る自在継手の一実施形態を表わす斜視図である。図１の自在継手の断面図である。本発明に係る自在継手を備えるロボットハンドの指の付け根部分の部分断面図である。特許文献１に記載のロボットハンドの指の付け根部分の斜視図である。

以下、本発明を実施するための一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る自在継手の概略を示す斜視図、図２は図１の自在継手の断面図である。

自在継手１は、図１及び図２に示すように、２つの軸受ユニット２、３を組み合わせて構成されるものであり、それぞれの回転軸Ｐ１、Ｐ２が直交している。

第１軸受ユニット２は、２組の玉軸受２２，２３と、単一の外輪ハウジング２４（第１ハウジング）と、単一の軸部材２５（第１軸部材）とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受２２は、外輪２２ａ及び内輪２２ｂと、外輪２２ａの軌道溝及び内輪２２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉２２ｃと、外輪２２ａ及び内輪２２ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体２２ｄと、玉２２ｃを周方向に等間隔に保持する不図示の保持器とを備えている。また、他方の玉軸受２３も、一方の玉軸受２２と同一形状の外輪２３ａ及び内輪２３ｂと、外輪２３ａの軌道溝及び内輪２３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉２３ｃと、外輪２３ａ及び内輪２３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体２３ｄと、玉２３ｃを周方向に等間隔に保持する不図示の保持器とを備えている。

外輪２２ａ，２３ａ、内輪２２ｂ，２３ｂ及び玉２２ｃ，２３ｃの材料は、標準的な使用条件では軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ₃ Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂ Ｏ_３、ＺｒＯ₂ 等）を採用してもよい。

外輪ハウジング２４は、２組の玉軸受２２，２３の外輪２２ａ，２３ａを内嵌する中空円筒状の部材である。内周面の軸方向略中央部には内径側に膨出する膨出部２４ａが形成され、膨出部２４ａを挟むように玉軸受２２，２３が設けられている。また、外周面の一部には軸方向に伸びる平坦面２４ｂが形成されている。そして、平坦面２４ｂの軸方向略中央部に膨出部２４ａを径方向に貫通する雌ねじ部２４ｃが形成されたネジ孔が穿設されるとともに、ネジ孔とは反対側にはネジ孔の直径より長く膨出部２４ａの幅より小さい軸直交方向断面で略半円状の切り欠き部２４ｄが設けられている。

軸部材２５は、玉軸受２２，２３の内輪２２ｂ，２３ｂを外嵌する中空円筒形状の部材であり、内周面には軸方向両端側から雌ネジ２５ａが形成されている。また、軸部材２５には、軸部材２５を囲う外輪ハウジング２４の切り欠き部２４ｄに対応する位置に切り欠き部２５ｂが形成され、切り欠き部２５ｂ、２４ｄには不図示の電装用ケーブルや駆動用ワイヤーが装填される。なお、軸部材２５と外輪ハウジング２４の端部には、軸部材２５の切り欠き部２５ｂと外輪ハウジング２４の切り欠き部２４ｄの位置合わせを行なう溝や切り欠き等の目印が設けられている。ここで、玉軸受２２，２３は外輪２２ａ，２３ａが外輪ハウジング２４の膨出部２４ａに位置決めされており、内輪２２ｂ，２３ｂを軸方向内側に向かって変位させることにより予圧が付与されている。なお、予圧の付与方法として予圧を与えながらの接着固定や圧入固定で共振周波数をコントロールした予圧設定でもよく、特許第３４１９０１５号、特許第３２５４８２５号の内容はここに参照として取り込まれる。

第２軸受ユニット３は、第１軸受ユニット２と同様に、２組の玉軸受３２，３３と、単一の外輪ハウジング３４と、単一の軸部材３５とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受３２は、外輪３２ａ及び内輪３２ｂと、外輪３２ａの軌道溝及び内輪３２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉３２ｃと、外輪３２ａ及び内輪３２ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体３２ｄと、玉３２ｃを周方向に等間隔に保持する不図示の保持器とを備えている。また、他方の玉軸受３３も、一方の玉軸受３２と同一形状の外輪３３ａ及び内輪３３ｂと、外輪３３ａの軌道溝及び内輪３３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉３３ｃと、外輪３３ａ及び内輪３３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体３３ｄと、玉３３ｃを周方向に等間隔に保持する不図示の保持器とを備えている。そして、これらの玉軸受３２，３３の外輪３２ａ、３３ａ間には間座３６が設けられ、玉軸受３２，３３間の軸受間距離は第１ユニット２の玉軸受２２、２３間の軸受間距離より短く設定されている。

外輪３２ａ，３３ａ、内輪３２ｂ，３３ｂ及び玉３２ｃ，３３ｃの材料は、第１軸受ユニット２の外輪２２ａ，２３ａ、内輪２２ｂ，２３ｂ及び玉２２ｃ，２３ｃと同様のものが使用される。

外輪ハウジング３４（第２ハウジング）は、２組の玉軸受３２，３３の外輪３２ａ，３３ａを内嵌する中空円筒状の部材である。外周面の軸方向一方側にはフランジ部３４ａが設けられ、他方側には雄ねじ部３４ｂが設けられている。

軸部材３５（第２軸部材）は、玉軸受３２，３３の内輪３２ｂ，３３ｂを外嵌する中実円筒形状の部材であり、軸方向一方側の外周面にはフランジ部３５ａが設けられるとともに、フランジ部３５ａからフランジ部３５ａより小径の雄ねじ部３５ｂが延出している。また、軸方向他方側の先端部にはすり割り３５ｃが形成されている。なお、すり割り３５ｃの代わりに六角穴を形成してもよい。ここで、玉軸受３２の内輪３２ｂは軸部材３５のフランジ部３５ａに位置決めされており、玉軸受３３の外輪３３ａを軸方向一方側、即ちフランジ３５ａ側に向かって変位させることにより予圧が付与されている。

このように構成された第１及び第２軸受ユニット２、３は、第２軸受ユニット３のすり割り３５ｃに工具を当てて、第１軸受ユニット２の外輪ハウジング２４に穿設された貫通孔の雌ねじ部２４ｃに第２軸受ユニット３の軸部材３５の雄ねじ部３５ｂを螺合することにより互いに固定されている。このとき、第２軸受ユニット３の軸部材３５に設けられたフランジ部３５ａが第１軸受ユニット２の外輪ハウジング２４に形成された平坦面２４ｂと当接し、第２軸受ユニット３の外輪ハウジング３４に設けられたフランジ部３４ａが所定の隙間を介して第１軸受ユニット２の外輪ハウジング２４に形成された平坦面２４ｂと対向している。

図３は、本実施形態の自在継手１をロボットハンドの指の付け根部分に適用したものであり、第１軸受ユニット２の軸部材２５の雌ねじ部２５ａには掌部６が連結され、第２軸受ユニット３の外輪ハウジング３４には指部７が雌ねじ部３４に螺合されたナット８により固定されている。そして、第１軸受ユニット２の外輪ハウジング２４と第２軸受ユニット３の外輪ハウジング３４に駆動ワイヤやギヤを設け不図示の駆動力伝達装置、例えばモータにより動力を供給することで指部７は第１軸受ユニット２の回転軸Ｐ１周りに回転が可能であり、且つ、第２軸受ユニット３の回転軸Ｐ２周りにも回転することができる。

以上説明したように、本実施形態の自在継手１によれば、それぞれ２個の玉軸受２２，２３、３２，３３が配置された第１及び第２軸受ユニット２、３は、それぞれの回転軸Ｐ１、Ｐ２が直交するように固定されるため、負荷荷重が大きい場合であっても微細な動作をスムーズに行うことができる。
また、第１及び第２軸受ユニット２、３は、第１軸受ユニット２の外輪ハウジング２４に雌ねじ部２４ｃを設け、第２軸受ユニット３の軸部材３５に雄ねじ部３５ｂを設け、これらを螺合させて固定するため、転がり軸受を用いても容易に取り付けることができる。

また、本実施形態の自在継手１によれば、第１軸受ユニット２の軸受間距離は第２軸受ユニット３の軸受間距離より長く、第１軸受ユニット２の玉軸受２２，２３間に第２軸受ユニット３の軸部材３５が固定されているので、安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の自在継手１によれば、第１軸受ユニット２の外輪ハウジング２４の外周面には平坦面２４ｂが設けられ、第２軸受ユニット３の軸部材３５の軸方向一方にはフランジ部３５ａが設けられ、平坦面２４ｂとフランジ部３５ａが当接するので、平坦面２４ｂとフランジ部３５ａが面接触することにより安定性を向上させることができる。
また、フランジ部３５ａを玉軸受３２の内輪３２ｂの押さえ部として使用することもできる。

また、本実施形態の自在継手１によれば、外輪ハウジング３４の軸方向他方の外周面には、雄ねじ部３４ｂが設けられているので、自在継手１を他の装置に組み込む際に容易に取り付けることができる。

また、本実施形態の自在継手１によれば、第１軸受ユニット２の玉軸受２２，２３間には、第１軸受ユニット２の回転軸Ｐ１と直交する方向に切り欠き部２４ｄ、２５ｂが設けられ、切り欠き部２４ｄ、２５ｂには電装用ケーブル及び駆動用ワイヤーの少なくとも１つを装填することができるので、スペースを有効に活用することができる。

また、第１軸受ユニット２及び第２軸受ユニット３に内蔵する玉軸受２２，２３、３２，３３を予圧することにより、軸受剛性を向上させることができ、これにより小さい軸受を用いて自在継手１全体を小型化することができる。

なお、上記各実施形態の関節部で使用した自在継手は、上記各態様の実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。また、図３では自在継手１の適用例としてロボットハンドの指の付け根部分に適用したが、これに限定されず、例えばレーザー墨だし装置の自在揺動支点にも適用することができる。

１自在継手
２第１軸受ユニット
２２，２３玉軸受（転がり軸受）
２４外輪ハウジング（第１ハウジング）
２４ｂフランジ部
２４ｃ雌ねじ部
２４ｄ切り欠き部
２５軸部材（第１軸部材）
２５ｂ切り欠き部
３第２軸受ユニット
３２，３３玉軸受（転がり軸受）
３４外輪ハウジング（第２ハウジング）
３４ｂ雄ねじ部
３５軸部材（第２軸部材）
３５ａフランジ部
３５ｂ雄ねじ部
Ｐ１，Ｐ２回転軸

Claims

２個の転がり軸受を第１軸部材と第１ハウジング間に嵌合し、前記第１軸部材に対し前記第１ハウジングを回転自在に支持する第１軸受ユニットと、
２個の転がり軸受を第２軸部材と第２ハウジング間に嵌合し、前記第２軸部材に対し前記第２ハウジングを回転自在に支持する第２軸受ユニットと、を備え、
前記第１ハウジングには雌ねじ部が設けられ、前記第２軸部材には雄ねじ部が設けられ、前記第１軸受ユニットと前記第２軸受ユニットの回転軸が直交するように前記雄ねじ部と前記雌ねじ部が螺合することを特徴とする自在継手。
前記第１軸受ユニットの軸受間距離は前記第２軸受ユニットの軸受間距離より長く、前記第１軸受ユニットの前記転がり軸受間に前記第２軸部材が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の自在継手。
前記第１ハウジングの外周面には平坦面が設けられ、
前記第２軸部材の軸方向一方にはフランジ部が設けられ、
前記平坦面と前記フランジ部が当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の自在継手。
前記第２ハウジングの軸方向他方の外周面には、雄ねじ部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の自在継手。
前記第１軸受ユニットの前記転がり軸受間には、前記第１軸受ユニットの前記回転軸と直交する方向に前記第１ハウジングと前記第１軸部材を切り欠いた切り欠き部が設けられ、前記切り欠き部には電装用ケーブル及び駆動用ワイヤーの少なくとも１つが装填されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自在継手。
前記第１及び第２軸受ユニットの少なくとも１つにおいて、内蔵する前記転がり軸受が予圧されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自在継手。
ロボットハンドの指の付け根部分に用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の自在継手。