(57)【要約】【課題】  互いに揺動自在に連結した第一及び第二の機械要素の揺動中心の近傍に第三の機械要素を揺動自在に連結することが可能であり、しかも低コストで生産可能なボールジョイントを提供する。【解決手段】  第一の機械要素が連結される軸部材１１を有すると共に、当該軸部材１１の先端にボール部１０を有するボールスタッド１と、第二の機械要素が連結される固定部を有すると共に、前記ボール部１０を中子とした鋳造によって成形されて当該ボール部の最大直径部を覆い、前記ボール部を揺動中心として前記第一の機械要素と第二の機械要素とを揺動自在に連結するホルダ２と、前記ボールスタッド１の軸部材１１と交差する方向へ前記ホルダ２から突出し、前記ボール部１０と異なる第二の揺動中心を形成して第三の機械要素の連結部になり、前記ホルダ２を鋳造する際に当該ホルダと一体化される揺動支軸５と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の機械要素が連結される軸部材を有すると共に、当該軸部材の先端にボール部を有するボールスタッドと、
第二の機械要素が連結される固定部を有すると共に、前記ボール部を中子とした鋳造によって成形されて当該ボール部の最大直径部を覆い、前記ボール部を揺動中心として前記第一の機械要素と第二の機械要素とを揺動自在に連結するホルダと、
前記ボールスタッドの軸部材と交差する方向へ前記ホルダから突出し、前記ボール部と異なる第二の揺動中心を形成して第三の機械要素の連結部となり、前記ホルダを鋳造する際に当該ホルダと一体化される揺動支軸と、を備えたことを特徴とするボールジョイント。
【請求項２】
前記揺動支軸は円柱状の軸部材であり、その両端部が前記ホルダの本体部から互いに相反する方向へ向けて突出していることを特徴とする請求項１記載のボールジョイント。
【請求項３】
前記揺動支軸は前記ホルダの本体部によって被覆される部位に係止溝を有していることを特徴とする請求項２記載のボールジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用ロボットのリンクモーション機構等の各種リンク装置に用いられるボールジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のボールジョイントとしては、特開２０１１−２５５０６５号公報（特許文献１）に開示されたものが知られている。この文献に開示されるボールジョイントは、軸部材の先端にリンク機構の揺動中心となるボール部を有するボールスタッドと、このボールスタッドのボール部の最大直径部を覆って当該ボールの球面に摺接するホルダと、から構成されている。
【０００３】
前記ボールスタッドの軸部材にはリンク部材等の機械要素が連結される一方、前記ホルダには他の機械要素を連結する固定部が設けられている。すなわち、かかるボールジョイントは二つの機械要素を揺動自在に連結して、その揺動中心となり、これら機械要素で例えばパラレルリンク等のリンク装置を構成する目的で多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２５０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来のボールジョイントは二つの機械要素を連結して、それらの間に一つの揺動中心を形成していたが、リンク装置の構成によっては、ボールジョンイトによって連結された二つの機械要素に対して第三の機械要素を揺動自在に連結し、且つ、この第三の機械要素の揺動中心を前記ボールジョイントのボール部の近傍に設けたい場合がある。
【０００６】
しかし、従来のボールジョイントは第三の機械要素の連結部を備えておらず、第三の機械要素はボールジョイントに直接連結した他の機械要素に連結せざるを得なかった。このため、第三の機械要素の揺動中心はボールジョイントにおける揺動中心から離れた位置に設けざるを得ず、リンク装置の設計の自由度が制限されていた。
【０００７】
また、ボールジョイントのホルダの固定部に対して第三の機械要素の連結部を加工することも考えられるが、その場合には前記ホルダに対して孔あけ加工を行い、その孔に対して連結部となるピンを打ち込む等の加工が必要であり、リンク装置を組み立てる際の加工工数が増大し、生産コストが増加してしまう懸念がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、互いに揺動自在に連結した第一及び第二の機械要素の揺動中心の近傍に第三の機械要素を揺動自在に連結することが可能であり、しかも低コストで生産可能なボールジョイントを提供することにある。
【０００９】
前記目的を達成する本発明のボールジョイントは、第一の機械要素が連結される軸部材を有すると共に、当該軸部材の先端にボール部を有するボールスタッドと、前記ボール部を中子とした鋳造によって成形されて当該ボール部の最大直径部を覆うと共に、第二の機械要素が連結される固定部を有し、前記ボール部を揺動中心として前記第一の機械要素と第二の機械要素とを揺動自在に連結するホルダと、前記ボールスタッドの軸部材と交差する方向へ前記ホルダから突出し、前記ボール部と異なる第二の揺動中心を形成して第三の機械要素の連結部になり、前記ホルダを鋳造する際に当該ホルダと一体化される揺動支軸と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のボールジョイントでは、ボールスタッドのボール部を中子とした鋳造によってホルダが成形され、かかる鋳造の際に当該ホルダと揺動支軸が一体化され、この揺動支軸は前記ボールスタッドの軸部材と交差する方向へ前記ホルダから突出して第三の機械要素の連結部となり、且つ、前記ボール部と異なる第二の揺動中心を形成する。従って、本発明のボールジョンイトを用いれば、第一及び第二の機械要素の揺動中心の近傍に対して、手軽に第三の機械要素を揺動自在に連結することが可能であり、しかもホルダの鋳造時に前記揺動支軸を当該ホルダに埋め込んで固定しているので、既存のボールジョンイトに対して低コストで第二の揺動中心を追加することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用されたボールジョイントの実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すボールジョイントのＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】揺動支軸の一例を示す斜視図である。
【図４】図１に示すボールジョイントのホルダをダイカスト鋳造する１例を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明のボールジョイントの使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を用いながら本発明のボールジョイントを詳細に説明する。
【００１３】
図１及び図２は本発明を適用したボールジョイントの実施形態の一例を示すものであり、図１は外観を示す斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。このボールジョイントは、軸部材１１の先端にボール部１０を備えたボールスタッド１と、前記ボール部１０に被せられると共に当該ボール部１０に摺接する樹脂摺接部材３と、この樹脂摺接部材を保持するホルダ２と、前記ボールスタッド１の軸部材１１とホルダ２との間に被せられたブーツシール４と、両端が前記ホルダ２から突出した揺動支軸５とから構成されている。
【００１４】
前記ボールスタッド１はホルダ２に対して揺動自在に結合しており、その揺動中心は前記ボールスタッド１のボール部１０である。従って、前記ボールスタッド１に第一の機械要素を、前記ホルダ２に第二の機械要素をそれぞれ固定することにより、前記ボール部１０を揺動中心としてこれら機械要素を揺動自在に連結することが可能となっている。また、前記揺動支軸５は第三の機械要素の連結に使用することができ、当該揺動支軸５を第二の揺動中心として、ホルダと第三の機械要素とを揺動自在に連結することも可能である。
【００１５】
前記ボールスタッド１は、例えば、ボール部１０となる真球度の高い軸受用鋼球に対して棒状の軸部材１１を電気抵抗溶接して形成される。または、前記ボール部１０と軸部材１１とが一体となったボールスタッドを冷間鍛造などの塑性加工によって成形することも可能である。前記軸部材１１にはリンク部材等の第一の機械要素を固定するための座面を備えた鍔部１２が形成される一方、かかる鍔部１２を挟んでボール部１０と反対側には雄ねじ１３が形成されている。また、前記鍔部１２は六角ナットの形状に形成されており、スパナレンチを用いることで前記ボールスタッド１の雄ねじ１３を第一の機械要素に締結することが可能となっている。
【００１６】
前記樹脂摺接部材３は前記ボール部１０の最大直径部を覆う環状に形成され、ボール部１０の球面の略２／３程度を覆っている。すなわち、前記樹脂摺接部材３には相反する方向に二つの開口部が形成され、これら開口部から前記ボール部１０の球面が突出している。この樹脂摺接部材３の内周面には前記ボール部１０の球面に略合致した凹球面状の樹脂摺接面３０が形成され、当該樹脂摺接部材３が前記ホルダ２に固定された状態では、前記ボール部１０の球面と前記樹脂摺接面３０が摺接することにより、ボールスタッド１がホルダ２に対して揺動可能となっている。この樹脂摺接部材３の材質の一例としてはポリエーテルエーテルケトン（ビクトレックス社製／商品名：ＰＥＥＫ）が用いられ、その厚さは例えば約１．０ｍｍ程度である。
【００１７】
一方、前記ホルダ２は、前記樹脂摺接部材３を覆うようにしてその周囲に設けられた本体部２０と、かかる本体部２０をリンク部材等の第二の機械要素に結合するための固定部２１とを備え、これら本体部２０及び固定部２１がアルミニウム合金又は亜鉛合金のダイカスト鋳造により一体に成形されている。前記固定部２１には雌ねじ２１ａが形成されており、第二の機械要素に形成された雄ねじを結合できるようになっている。
【００１８】
前記ホルダ２の本体部２０は前記樹脂摺接部材３の外側に環状に成形されており、当該樹脂摺接部材３は前記本体部２０に対して固定されている。当該本体部２０には前記樹脂摺接部材３が具備する一対の開口部に合致して二つの開口部２２，２３が形成されている。一方の開口部２２は前記ボールスタッド１の揺動範囲を区画しており、他方の開口部２３は閉塞キャップ２４によって閉じられている。前記本体部２０はボールスタッド１のボール部１０とは非接触であり、いずれの開口部２２，２３においても、当該本体部２０とボール部１０との間には前記樹脂摺接部材３が僅かに露出している。尚、前記ホルダ２の開口部２３は閉塞キャップ２４で塞がれており、当該開口部２３にはグリース溜まり２５が形成されている。
【００１９】
また、前記揺動支軸５は切削加工や鍛造加工によって形成された円柱状の部材であり、前記ホルダ２の固定部を貫通している。この揺動支軸５はその長手方向の中央部が前記ホルダ２のダイカスト鋳造の際に当該ホルダ２の固定部２１に埋没して固定され、それにより前記揺動支軸５が当該ホルダ２と一体化している。図３は前記揺動支軸５を示す斜視図である。かかる揺動支軸５は、固定軸部５０及びこの固定軸部５０の軸方向の両端から突出した一対の先端軸部５１を備えている。図１から把握されるように、前記固定軸部５０はその両端が前記ホルダ２の固定部２１から僅かに突出し、前記先端軸部５１はホルダ２から完全に突出している。この揺動支軸５の中心軸は、前記ボールスタッド１をその揺動可能範囲の中央、すなわち前記ホルダ２の開口部２２の中央に起立させた状態で、当該ボールスタッド１の中心軸と垂直な方向へ伸びている。また、前記揺動支軸５の中心軸と前記ボールスタッド１のボール部の中心との距離は、任意に設定することが可能である。
【００２０】
前記揺動支軸５の先端軸部５１の外径は前記固定軸部５０の外径よりも小さく、且つ、市販の回転軸受の内径との嵌め合いを考量して外径の公差が設定されている。また、前記ホルダ２の両側に突出する一対の先端軸部５０の軸心は互いに合致している。また、前記固定軸部５０の軸方向の中央には係止溝５２が形成されているが、この係止溝５２はダイカスト鋳造された前記ホルダ２の固定部２１に埋没するようになっている。すなわち、かかる係止溝５２の存在により、揺動支軸５はホルダ２の固定部２１から軸方向へ抜け出すことがなく、当該固定部２１に対して強固に固定された状態となっている。
【００２１】
また更に、前記ホルダ２の本体部２０の外周縁とボールスタッド１の軸部材１１との間にはブーツシール４が取り付けられており、ボールスタッド１のボール部１０とホルダ２の本体部２０との隙間に対して埃やごみ等が侵入するのを防止している他、グリース等の潤滑剤を収容するシールポケット４０を形成している。ここで、前記ブーツシール４のボールスタッド１側の端部４１はその弾性によって軸部材１１に密着する一方、ホルダ２側の端部４２は係止リングによってホルダ２の外周縁との間に挟み込まれており、ボールスタッド１の揺動運動によっても外れることがないようになっている。
【００２２】
図４は前記ホルダをダイカスト鋳造する工程を示す断面図であり、鋳造金型６Ａ、６Ｂ及び６Ｃの内部に前記ボールスタッド１のボール部１０となる軸受用鋼球１０Ａ、前記樹脂摺接部材３、前記揺動支軸５を中子としてセットした状態を示している。
【００２３】
前記樹脂摺接部材３は予め軸受用鋼球１０Ａに装着してある。前記樹脂摺接部材３を軸受用鋼球１０Ａに被せる一例としては、軸受用鋼球１０Ａを中子として前記樹脂摺接部材３を射出成形し、当該樹脂摺接部材３の成形と軸受用鋼球１０Ａへの装着を一つの工程で行うことが考えられる。このように軸受用鋼球１０Ａそのものを中子として樹脂摺接部材３の成形を行えば、軸受用鋼球１０Ａへの装着手間が省略される他、軸受用鋼球１０Ａの球面が前記樹脂摺接部材３の樹脂摺接面３０に転写されるので、かかる樹脂摺接部材３と軸受用鋼球１０Ａとが隙間なく面接触し、後にボールスタッドのボール部１０と樹脂摺接部材３の摺接状態を良好なものにすることができる。
【００２４】
尚、前記樹脂摺接部材を軸受用鋼球とは別個に成形し、成形された樹脂摺接部材３を軸受用鋼球１０Ａに対して装着するようにしても差し支えない。
【００２５】
前記ホルダ２のダイカスト鋳造に際しては、型開きされた鋳造金型６Ａ及び６Ｂ内に対して樹脂摺接部材３が装着された軸受用鋼球１０Ａ、及び前記揺動支軸５を中子としてセットした後、これら鋳造金型を閉じて、図４に示すように樹脂摺接部材３、軸受用鋼球１０及び前記揺動支軸５を所定位置に固定する。そして、この状態からアルミニウム合金又は亜鉛合金の溶湯を金型内のキャビティ７に圧入する。尚、図４中の符号６Ｃは、ホルダの本体部に対して雌ねじ２１ａ用の下穴を設ける中子である。
【００２６】
このとき、軸受用鋼球１０Ａは前記樹脂摺接部材３から突出した球面が金型６Ａ及び６Ｂに形成された凹球面状の支持座６０，６１に嵌合し、これら支持座６０，６１はその周縁が前記樹脂摺接部材３の周縁に接している。これにより、軸受用鋼球１０Ａを樹脂摺接部材３の外側から前記合金でくるんだホルダ２の本体部２０が鋳造され、かかる本体部２０は前記樹脂摺接部材３によって前記軸受用鋼球１０Ａとは分離され、軸受用鋼球１０Ａは本体部２０と非接触に保たれる。また、前記鋳造の際、前記キャビティ７に面した樹脂摺接部材３の外周面は高温の合金に接するので、かかる樹脂摺接部材３は鋳造されたホルダ２の本体部２０に固着した状態となる。前記軸受用鋼球１０Ａはその最大直径部が樹脂摺接部材３によって覆われているので、かかる樹脂摺接部材３がホルダ２の本体部２０に対して固着すると、当該軸受用鋼球１０Ａはホルダ２によって離脱不能に保持された状態となる。
【００２７】
一方、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。同図に示されるように、前記ホルダ２を鋳造する際、前記揺動支軸５は鋳造金型６Ａ及び６Ｂによって固定され、型締めによって形成されたキャビティ７の内部を前記揺動支軸５が貫通している。このとき、鋳造金型６Ａ及び６Ｂは揺動支軸５の固定軸部５０の一部及び先端軸部５１を挟み込んでおり、キャビティ７内には係止溝５２を含めた固定軸部５０の一部が存在している。従って、前記キャビティ７内に前記合金の溶湯を注入してホルダ２を鋳造すると、当該ホルダ２の固定部２１に前記揺動支軸５が埋め込まれる。そして、鋳造された前記固定部２１からは前記鋳造金型６Ａ及び６Ｂによって覆われていた揺動支軸５の両端部、すなわち固定軸部５０の一部及び先端軸部５１が突出した状態となる。また、前記揺動支軸５の固定軸部５０は係止溝５２を含めてホルダ２の固定部２１に埋め込まれるので、かかる係止溝５２が抜け止めとして作用し、前記揺動支軸５がホルダ２から軸方向に抜け出ることはない。
【００２８】
このようにしてホルダ２を鋳造した後、前記軸受用鋼球１０Ａに対して軸部材１１を溶接する。かかる溶接には電気抵抗溶接の一種であるプロジェクション溶接が利用可能である。プロジェクション溶接の際には、ホルダ２に形成された開口部２３から軸受用鋼球１０Ａに対して電極を当接させる一方、軸部材１１に対しても電極を当接させ、これら軸受用鋼球１０Ａと軸部材１１との間に溶接電流を通電する。これにより、前記軸部材１１の先端に軸受用鋼球１０Ａがボール部１０として接合されたボールスタッド１が完成する。
【００２９】
この後、前記ホルダの固定部に対する雌ねじ２１ａの加工、前記ホルダ２の開口部２３に対する閉塞キャップ２４の装着、前記ブーツシール４の装着を順次行い、ボールジョイントが完成する。
【００３０】
図６は本発明のボールジョイントの使用例を示す概略図である。前記ボールスタッド１には第一の機械要素８０が、前記ホルダ２には第二の機械要素８１が結合され、これら第一の機械要素８０と第二の機械要素８１はボールスタッド１のボール部１０を揺動中心として揺動自在に連結している。また、ホルダ２に固定された揺動支軸５には軸受を介して第三の機械要素８２が揺動自在に結合されており、かかる揺動支軸５が前記ボール部１０とは別の第二の揺動中心を構成している。
【００３１】
このように、本発明のボールジョイントによれば、第二の揺動中心となる前記揺動支軸５は前記ホルダ２と一体化されているので、ボールジョイントによって連結された第一の機械要素８０及び第二の機械要素８１に対して容易に第三の機械要素８２を追加してリンク装置を構成することが可能となる。しかも、第一の機械要素８０及び第二の機械要素８１の揺動中心であるボール部１０の近傍に第二の揺動中心となる揺動支軸５を配置することができるので、リンク装置の設計の自由度を高めることが可能となる。
【００３２】
また、前記ホルダ２の鋳造時に前記揺動支軸５を当該ホルダ２と一体化しているので、既存のボールジョンイトに対して低コストで第二の揺動中心を追加することが可能となり、各種リンク装置に使用可能なボールジョイントを低コストで生産することが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１…ボールスタッド、２…ホルダ、５…揺動支軸、１０…ボール部、１１…軸部材、２１…固定部、８０…第一の機械要素、８１…第二の機械要素、８２…第三の機械要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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