JP7017538B2 - ブーツシール、ロボットおよびパラレルリンクロボット - Google Patents

Description

本発明は、ブーツシール、ロボットおよびパラレルリンクロボットに関するものである。

従来、駆動リンクと受動リンクとを揺動可能に連結するボールジョイントが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１のボールジョイントは、軸部の一端にボール部を有するボールシャンクと、ボール部を包む状態で支持するボール受部を有しボールシャンクに相対的に揺動あるいは回転可能に連結されるホルダと、ボールシャンクとホルダとの間の隙間を密封する筒状の弾性体からなるブーツシールとを備えている。

ブーツシールにより、ボールシャンクのボール部とホルダのボール受部との境界が外部に対して密封される。これにより、ボール部とボール受部との間の隙間に外部から塵芥および水分が浸入するのを防止とともに、ボール部とボール受部との間の隙間に供給するグリース等の潤滑剤をブーツシール内に保持しておくことができる。

特開２００１－１２４５０公報

特許文献１のボールジョイントをロボットの関節に使用する場合には、ブーツシールを貫通させたボールシャンクの軸部を関節部材に固定する必要がある。そのため、ブーツシールを後付けしたり交換したりする場合には、関節部材に対してボールシャンクの軸部を脱着しなければならず、分解作業および組み立て作業が必要になる。したがって、関節部材に対してボールシャンクの軸部を脱着することなく後付けしたり交換したりすることができるブーツシールが望まれている。

本開示の一態様は、第１関節部材および第２関節部材と、前記第１関節部材および前記第２関節部材を相対回転または相対揺動可能に連結するボールジョイントとを備えるロボットの関節に着脱可能に取り付けられるブーツシールであって、前記ボールジョイントが、前記第１関節部材に固定される軸部と、該軸部の一端に設けられたボール部とを有するボールシャンクと、前記第２関節部材の端部に固定され前記ボール部を包む状態で支持するボール受部を有するホルダとを備え、前記ボールシャンクと前記ホルダとの間の隙間を被覆する可撓性材料からなるカバー本体に、前記軸部を貫通させる第１貫通孔と、前記第２関節部材を貫通させる第２貫通孔と、これら第１貫通孔と第２貫通孔との間を連続する開閉可能なスリットと、該スリットを全長にわたって密閉可能に開閉するファスナとを備え、
前記カバー本体が前記ホルダを収容する態様で前記ホルダに取付けられ、前記第１関節部材の前記第２関節部材に対する前記相対回転または前記相対揺動に前記カバー本体が追従しないブーツシールである。

本開示の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す斜視図である。 図１のボールジョイントおよびブーツシールを示す縦断面図である。 図２のボールジョイントを揺動させたときの縦断面図である。 ボールジョイントにブーツシールを取り付けた状態を示す斜視図である。 図４のブーツシールのスリットを開いた状態を示す斜視図である。 ボールジョイントからブーツシールを取り外した状態を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の変形例に係るブーツシールの一例を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の他の変形例に係るブーツシールをボールジョイントに取り付けた状態を示す縦断面図である。 図８のブーツシールの斜視図である。

本開示の一実施形態に係るブーツカバーおよびパラレルリンクロボット（ロボット）について、図面を参照しながらいかに説明する。
本実施形態に係るパラレルリンクロボット１は、図１に示すように、複数、例えば３つのアクチュエータ５が取り付けられた基礎部（ベース）３と、各アクチュエータ５にそれぞれ連結する３本のアーム７と、各アーム７の先端が接続された可動プレート（第１関節部材、エンド部）９とを備えている。図１において、符号１１は、基礎部３を収納するハウジングを示し、符号１３は、略鉛直方向の回転軸回りに回転可能に可動プレート９に取り付けられた手首軸を示している。

基礎部３は、略水平に配置された円板状の部材によって形成されている。基礎部３は、３本のアーム７に接触しないように円板状から３つの略長方形を切り抜いた形状を有する。

各アクチュエータ５は、基礎部３上に配置されている。各アクチュエータ５は、連結された各アーム７を、基礎部３の円板状の面方向に沿った水平な軸線回りにそれぞれ揺動させる。各アクチュエータ５によって各アーム７をそれぞれ水平な軸線回りに揺動させることにより、可動プレート９の姿勢を基礎部３と平行に保ったままで、可動プレート９を並進移動させることができる。

各アーム７は、基礎部３の円板状における中心の鉛直軸線回りの周方向に等間隔を空けて配置されている。各アーム７は、アクチュエータ５によって駆動される駆動リンク（第１関節部材）１５と、駆動リンク１５と可動プレート９とを接続する位置に配置された受動リンク（第２関節部材）１７とを備えている。

受動リンク１７は、円筒形状を有する互いに平行な２本のリンク部材１７ａ，１７ｂによって構成されている。駆動リンク１５と各リンク部材１７ａ，１７ｂとの間、および、各リンク部材１７ａ，１７ｂと可動プレート９との間は、それぞれボールジョイント（関節）１９によって揺動自在に接続されている。

各ボールジョイント１９は、図２および図３に示されるように、各リンク部材１７ａ，１７ｂの両端にそれぞれ固定されるホルダ２１と、駆動リンク１５または可動プレート９にそれぞれ固定されるボールシャンク２３とを備えている。

ボールシャンク２３は、雄ネジを有する軸部２３ａと、軸部２３ａの一端に設けられたボール部２３ｂとを有する。
ホルダ２１は、図４から図６に示されるように、各リンク部材１７ａ，１７ｂの両端を円板状に膨らませることによって構成されている。ホルダ２１は、図２および図３に示すように、円板状の中央に、板厚方向に貫通するホルダ貫通孔２１ａを有する。ホルダ貫通孔２１ａには、ボールシャンク２３のボール部２３ｂを包む状態で支持する内球面からなるボール受部２１ｂが設けられている。

すなわち、ホルダ２１の周方向の１箇所には、径方向に延びる各リンク部材１７ａ，１７ｂが接続されている。また、ホルダ２１の軸方向には、ボール受部２１ｂにボール部２３ｂを収容した状態で、ボール部２３ｂの中心点回りに揺動あるいは回転可能なボールシャンク２３が延びている。

また、ホルダ２１は、ボールシャンク２３の軸部２３ａが突出するホルダ貫通孔２１ａの開口の周囲が全周にわたってホルダ２１の板厚方向に突出した環状の段差部２１ｃを有する。段差部２１ｃは、ボールシャンク２３の軸部２３ａの外径寸法よりも大きい外径寸法を有する。ホルダ貫通孔２１ａにおけるボールシャンク２３の軸部２３ａが突出する開口とは反対側の開口は、円板状の蓋部材２５によって被覆されている。

各ボールジョイント１９には、ブーツシール２７が着脱可能に取り付けられる。
ブーツシール２７は、図２から図４に示されるように、ボールジョイント１９のボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間を被覆する円環状のカバー本体２９を備えている。

カバー本体２９は、ゴム、樹脂または防水性の布等の可撓性材料によって形成されている。カバー本体２９には、軸方向の一端に開口する第１貫通孔２９ａを有する第１端部３０ａと、軸方向の他端に開口する第２貫通孔２９ｂを有する第２端部３０ｂとが設けられている。

第１貫通孔２９ａの孔径は、第２貫通孔２９ｂの孔径よりも小さく設定されている。カバー本体２９は、軸方向の途中位置から第１貫通孔２９ａに向かって径方向内方に湾曲することによって次第に窄まる形状を有する。

第１貫通孔２９ａは、ボールシャンク２３の軸部２３ａを貫通させた状態で、ボールシャンク２３の軸部２３ａ上に配置される。結束バンドまたは針金等の密閉部材（第１貫通孔用密閉部材、図示略）によって、第１端部３０ａが全周にわたって外側から軸部２３ａに押し付けられることにより、第１貫通孔２９ａと軸部２３ａとの間の隙間が密閉される。

第２貫通孔２９ｂは、ボールシャンク２３の軸部２３ａを貫通させた状態で、ホルダ２１の段差部２１ｃ上に配置される。第１貫通孔２９ａを密閉する密閉部材と同様の密閉部材によって、第２端部３０ｂが全周にわたって外側からホルダ２１の段差部２１ｃに押し付けられることにより、第２貫通孔２９ｂと段差部２１ｃとの間の隙間が密閉される。

また、ブーツシール２７は、第１貫通孔２９ａから第２貫通孔２９ｂまで延びる開閉可能なスリット３１と、スリット３１を全長にわたって密閉可能に開閉するファスナ（開閉部材）３３とを備えている。

ファスナ３３は、例えば、線ファスナであり、スリット３１に沿って配列された複数の務歯を互いに噛み合わせることによってスリット３１を水密状態に閉じたり、各務歯を互いに離間させることによってスリット３１を開いたりすることができる。ファスナ３３は、例えば、超音波によってスリット３１に溶着されている。

ブーツシール２７は、ファスナ３３によってスリット３１が閉じられている状態において、軸方向の一端に第１貫通孔２９ａが開口し他端に第２貫通孔２９ｂが開口する円環状の形態となる。ファスナ３３によってスリット３１を開くと、第１貫通孔２９ａと第２貫通孔２９ｂとが繋がることによって、単一の大きな開口部が形成される。

次に、本実施形態に係るブーツシール２７およびパラレルリンクロボット１の作用について以下に説明する。
上記構成のブーツシール２７によれば、図２および図４に示されるように、ファスナ３３によってスリット３１が密閉状態に閉じられた状態で、各ボールジョイント１９のボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間がカバー本体２９によって被覆される。第１貫通孔２９ａと軸部２３ａとの間の隙間、および、第２貫通孔２９ｂと段差部２１ｃとの間の隙間は、それぞれ図示しない密閉部材によって密閉される。

ファスナ３３によってスリット３１が閉じられることにより、図３に示すように、駆動リンク１５あるいは可動プレート９と受動リンク１７との相対揺動に応じて可撓性材料からなるカバー本体２９が屈曲した場合であっても、スリット３１が開くのを防ぐことができる。駆動リンク１５あるいは可動プレート９と受動リンク１７との相対回転に応じてカバー本体２９に捩じれが生じた場合も同様である。

これにより、ボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間の水密を確保し、ボールシャンク２３のボール部２３ｂとホルダ２１のボール受部２１ｂとの間の隙間に外部から塵芥および水分が浸入するのを確実に防止することができる。また、ボール部２３ｂとボール受部２１ｂとの間の摩擦による摩耗粉が外部にこぼれるのを確実に防止することができる。さらに、ボール部２３ｂとボール受部２１ｂとの間の隙間に供給するグリース等の潤滑剤をブーツシール２７内に保持することができる。

ブーツシール２７を交換する場合には、まず、第１貫通孔２９ａおよび第２貫通孔２９ｂを密閉している密閉部材を外す。その後、ファスナ３３によってスリット３１を開くことにより、図５に示すように、第１貫通孔２９ａと第２貫通孔２９ｂとを繋ぐ大きな開口部を形成する。そして、この開口部からボールシャンク２３の軸部２３ａを抜き出す方向にカバー本体２９をずらす。これにより、図６に示されるように、ボールジョイント１９からブーツシール２７を取り外すことができる。

この場合において、２つの貫通孔２９ａ，２９ｂをスリット３１によって接続しているので、駆動リンク１５あるいは可動プレート９からボールシャンク２３の軸部２３ａを取り外さなくても、スリット３１を開くだけで、ボールジョイント１９からブーツシール２７を取り外すことができる。したがって、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなくブーツシール２７を取り外すことができる。

続いて、新たなブーツシール２７をボールジョイント１９に取り付ける際には、ファスナ３３によってスリット３１を開くことにより、第１貫通孔２９ａと第２貫通孔２９ｂとを繋ぐ開口部を形成する。そして、図５に示すように、ボールシャンク２３の軸部２３ａとホルダ２１のボール受部２１ｂとの連結部分が露出する範囲に、開いたスリット３１によって形成された開口部からカバー本体２９を被せる。

そして、ファスナ３３によってスリット３１を密閉状態に閉じることにより、図２および図４に示すように、第１貫通孔２９ａおよび第２貫通孔２９ｂにはそれぞれボールシャンク２３の軸部２３ａが貫通した状態で、カバー本体２９によってボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間が被覆される。最後に、第１貫通孔２９ａおよび第２貫通孔２９ｂを密閉部材によってそれぞれ密閉する。

したがって、この場合も、駆動リンク１５あるいは可動プレート９に対してボールシャンク２３の軸部２３ａを脱着する必要がない。よって、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく新たなブーツシール２７をボールジョイント１９に装着することができる。

すなわち、本実施形態に係るブーツシール２７およびパラレルリンクロボット１によれば、ボールジョイント１９の分解作業および組み立て作業を省き、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく、ブーツシール２７を後付けあるいは交換できる。さらに、ボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間への塵芥および水分の浸入防止、および、グリース等の潤滑剤の保持をより確実にすることができる。

また、カバー本体２９がボールジョイント１９のホルダ２１の全体を被覆する場合と比較して、構成をコンパクトにすることができる。また、カバー本体２９の第２貫通孔２９ｂをホルダ２１の環状の段差部２１ｃに取り付けることにより、結束バンドまたは針金等の密閉部材によって、第２貫通孔２９ｂとホルダ２１との間の隙間を容易に密閉することができる。

本実施形態においては、カバー本体２９が、第１貫通孔２９ａ側が径方向内方に向かって湾曲する形状を有することとした。これに代えて、例えば、図７に示すように、カバー本体２９が、スリット３１を閉じた状態で、第２貫通孔２９ｂから第１貫通孔２９ａに向かって円錐状に先細になる形状、すなわちテーパ状に窄まる形状を有することとしてもよい。

本実施形態は以下の構成に変形することができる。
本実施形態においては、ブーツシール２７が、第２貫通孔２９ｂにボールシャンク２３の軸部２３ａを貫通させた状態で、第２貫通孔２９ｂをホルダ２１の段差部２１ｃに配置する形態であることとした。これに代えて、例えば、図８に示すように、ブーツシール２７が、第２貫通孔２９ｂに各リンク部材１７ａ，１７ｂを貫通させた状態で、第２貫通孔２９ｂを各リンク部材１７ａ，１７ｂの端部に配置する形態であってもよい。以下、本変形例に係るブーツシール２７の構成について詳細に説明する。

本変形例に係るブーツシール２７は、図８および図９に示されるように、カバー本体２９が、ホルダ２１を収容可能な内部空間を備える中空の円板状に形成されている。第１貫通孔２９ａは、カバー本体２９の軸方向一方向に貫通し、ボールシャンク２３の軸部２３ａを貫通させる。第２貫通孔２９ｂは、カバー本体２９の周方向の一箇所に径方向に貫通し、各リンク部材１７ａ，１７ｂを貫通させる。第１貫通孔２９ａの口径は、ボールシャンク２３が動作範囲の最外縁に配置されたときに、軸部２３ａの外面に若干接触する程度の口径に設定されている。

スリット３１は、第１貫通孔２９ａから径方向に延びて第２貫通孔２９ｂまで到達する直線状に形成されている。
ファスナ３３は、スリット３１を全長にわたって密閉可能に開閉する。ファスナ３３によってスリット３１を閉じた状態では、第１貫通孔２９ａと第２貫通孔２９ｂとが離隔させられる。一方、ファスナ３３によってスリット３１を開くと、第１貫通孔２９ａと第２貫通孔２９ｂとが繋がることによって単一の大きな開口部が形成される。

本変形例に係るブーツシール２７には、図８に示されるように、内部空間を挟んで第１貫通孔２９ａとは反対側に、カバー本体２９によって構成される内壁面を窪ませてなる凹部２９ｃを設けることとしてもよい。凹部２９ｃには、ボール部２３ｂとボール受部２１ｂとの間の摩擦によって発生する摩耗粉が溜まり易い。また、カバー本体２９を透明または半透明の可撓性材料によって形成することとしてもよい。カバー本体２９を透明または半透明にすることにより、摩耗粉が発生した場合にその状況を外部から透かして見ることができる。

本変形例に係るブーツシール２７およびパラレルリンクロボット１の作用について以下に説明する。
上記構成のブーツシール２７によれば、図８に示されるように、ファスナ３３によってスリット３１が密閉状態に閉じられた状態で、各ボールジョイント１９がボール部２３ｂとボール受部２１ｂとの接触部を含めて、カバー本体２９によって被覆される。

本変形例においても、ファスナ３３によってスリット３１が閉じられることにより、可撓性材料からなるカバー本体２９に屈曲または捩じれが生じた場合であっても、スリット３１が開くのを防ぐことができる。これにより、蓋部材２５を用いなくても、ボールシャンク２３のボール部２３ｂとホルダ２１のボール受部２１ｂとの間の隙間に外部から塵芥および水分が浸入したり、その隙間から摩耗粉が外部にこぼれたりするのを防止することができる。

ブーツシール２７を交換する場合には、ファスナ３３によってスリット３１を開けることにより、２つの貫通孔２９ａ，２９ｂを繋ぐ１つの大きな開口部を形成し、カバー本体２９の内部空間からホルダ２１を抜き出す方向にカバー本体２９をずらす。これにより、第１貫通孔２９ａ内のボールシャンク２３の軸部２３ａを、スリット３１を経由して第２貫通孔２９ｂ側に移動させ、ボールジョイント１９からブーツシール２７を取り外すことができる。

続いて、新たなブーツシール２７をボールジョイント１９に取り付ける際にも、ファスナ３３によってスリット３１を開き、上記とは逆の手順で、ボールシャンク２３の軸部２３ａを、開かれたスリット３１を経由して第１貫通孔２９ａ内に移動させる。軸部２３ａが第１貫通孔２９ａ内に移動すると、ホルダ２１がカバー本体２９の内部空間内に収容される。ファスナ３３によってスリット３１を密閉状態に閉じることにより、ボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間がカバー本体２９によって被覆される。

本変形例に係るブーツシール２７によれば、上記本実施形態の構成と同様に、ボールジョイント１９の分解作業および組み立て作業を省き、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく、ブーツシール２７を後付けあるいは交換できる。また、蓋部材２５を用いることなく、ボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間への塵芥および水分の浸入防止と、その隙間からの摩耗粉のこぼれ防止を図ることができる。

本変形例においても、結束バンドまたは針金等の密閉部材によって、第１貫通孔２９ａとボールシャンク２３の軸部２３ａとの間の隙間、および、第２貫通孔２９ｂと各リンク部材１７ａ，１７ｂの端部との間の隙間をそれぞれ密閉することとしてもよい。
この構成によって、ボールシャンク２３とホルダ２１との間の隙間の水密を確保することができる。したがって、ボールシャンク２３のボール部２３ｂとホルダ２１のボール受部２１ｂとの間の隙間からの摩耗粉のこぼれ防止およびグリース等の潤滑剤の保持を確実にすることができる。

上記一実施形態およびその変形例においては、開閉部材としてファスナ３３を例示して説明した。これに代えて、開閉部材として、例えば、スリット３１に沿って延びる一対の樹脂製の弾性変形可能な凸部と凹部を互いに密着させたり離間させたりすることによって、スリット３１を密閉状態に開閉可能なレールファスナを採用することとしてもよい。また、例えば、接触によって互いに結合するマジックテープ（登録商標）等の面ファスナを採用することとしてもい。

１ パラレルリンクロボット（ロボット）
３ 基礎部（ベース）
５ アクチュエータ
７ アーム
９ 可動プレート（第１関節部材、エンド部）
１５ 駆動リンク（第１関節部材）
１７ 受動リンク（第２関節部材）
１９ ボールジョイント
２１ ホルダ
２１ｂ ボール受部
２３ ボールシャンク
２３ａ 軸部
２３ｂ ボール部
２７ ブーツシール
２９ カバー本体
２９ａ 第１貫通孔
２９ｂ 第２貫通孔
３１ スリット
３３ ファスナ（開閉部材）

Claims (6)

1. 第１関節部材および第２関節部材と、前記第１関節部材および前記第２関節部材を相対回転または相対揺動可能に連結するボールジョイントとを備えるロボットの関節に着脱可能に取り付けられるブーツシールであって、
   前記ボールジョイントが、前記第１関節部材に固定される軸部と、該軸部の一端に設けられたボール部とを有するボールシャンクと、前記第２関節部材の端部に固定され前記ボール部を包む状態で支持するボール受部を有するホルダとを備え、
   前記ボールシャンクと前記ホルダとの間の隙間を被覆する可撓性材料からなるカバー本体に、前記軸部を貫通させる第１貫通孔と、前記第２関節部材を貫通させる第２貫通孔と、これら第１貫通孔と第２貫通孔との間を連続する開閉可能なスリットと、該スリットを全長にわたって密閉可能に開閉するファスナとを備え、
   前記カバー本体が前記ホルダを収容する態様で前記ホルダに取付けられ、前記第１関節部材の前記第２関節部材に対する前記相対回転または前記相対揺動に前記カバー本体が追従しないブーツシール。
2. 前記スリットが、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との最短距離の位置に配置されている請求項１に記載のブーツシール。
3. 前記カバー本体が、前記第１貫通孔に対向する内面に凹部を有する請求項１または請求項２に記載のブーツシール。
4. 前記カバー本体が、透明または半透明の樹脂材料によって構成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のブーツシール。
5. 複数の前記関節を有し、少なくとも１つの前記関節に、請求項１から請求項４のいずれかに記載のブーツシールが取り付けられているロボット。
6. 複数のアクチュエータが取り付けられたベースと、各前記アクチュエータにそれぞれ連結する複数のアームと、該アームの先端に取り付けられたエンド部とを備え、
   各前記アームが、前記アクチュエータによって駆動される駆動リンクと、該駆動リンクと前記エンド部との間に配置された受動リンクとを備え、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載のブーツシールと、前記受動リンクと前記駆動リンク、前記受動リンクと前記エンド部とをそれぞれ接続する前記ボールジョイントとを備え、
   前記第１関節部材が、前記駆動リンクおよび前記エンド部の少なくとも一方であり、
   前記第２関節部材が、前記受動リンクであるパラレルリンクロボット。

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