(57)【要約】【課題】小型でしかも簡単な構成で中央ボールを継手中心に高精度に配置させ得る自在継手を提供する。【解決手段】中央ボール２の周囲に、中央ボール２の中心を通る互いに直交する第１の軸線Ｎ１と第２の軸線Ｎ２上に中央ボール２を挟むように４つのトルク伝達転動体３，３，３，３を配置し、第１の軸線Ｎ１上の一対のトルク伝達転動体３，３を第１の継手部材１０の一対の抱持腕１１，１２によって挟むように抱持すると共に、第２の軸線Ｎ２上の一対のトルク伝達転動体３，３を第２の継手部材２０の一対の抱持腕２１，２２によって抱持した自在継手において、４つのトルク伝達ボール３，３，３，３は周方向に互いに接しており、各トルク伝達ボール３には中央ボール２が部分的に嵌合する球面状凹部３ａを設けたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央ボールの周囲に、中央ボールの中心を通る互いに直交する第１の軸線と第２の軸線上に中央ボールを挟むように４つのトルク伝達転動体を配置し、
第１の軸線上の一対のトルク伝達転動体を第１の継手部材の一対の抱持腕によって挟むように抱持すると共に、第２の軸線上の一対のトルク伝達転動体を第２の継手部材の一対の抱持腕によって抱持した自在継手であって、
前記４つのトルク伝達転動体は周方向に互いに接しており、各トルク伝達転動体には中央ボールが部分的に嵌合する球面状凹部を設けたことを特徴とする自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、中央ボールの周囲に配置したトルク伝達転動体を利用した自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来のトルク伝達転動体を利用した自在継手としては、たとえば特許文献１に記載のようなものがある。
この自在継手は、第１の継手部材と第２の継手部材の各一対の抱持腕によって中央ボールを十字状に抱持し、中央ボールの周囲の４つの抱持腕で区分される４つの領域に４つのトルク伝達ボールを十字状に配置し、４つのトルク伝達ボールを一つの外輪に転動自在に組みつけるようになっている。【０００３】しかしながら特許文献１に記載の自在継手の場合には、トルク伝達ボールを支持する外輪が必要で、部品点数が多くなると共に外形寸法が大きくなるという問題があった。
また、中央ボールの中心と外輪に保持されるトルク伝達ボールの公転中心がずれていると回転時に振れ回りが生じるので、高精度に合わせる必要があるが、精度を出すことが困難であり非常なコスト高になるという問題もあった。【０００４】  さらに、外輪があるために、第１の継手部材と第２の継手部材間の屈曲可能角度が外輪の幅に制約されて３０°程度と小さく、利用範囲が限定されてしまう。近年のロボット技術の進展に伴って種々の動きに対応できる機構が要請されており、自在継手についても屈曲可能範囲の制約の小さいものが要請されている。
【特許文献１】特開２００１−１４０８９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、小型でしかも簡単な構成で中央ボールを継手中心に高精度に配置させ得る自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記目的を達成するために、本発明にあっては、中央ボールの周囲に、中央ボールの中心を通る互いに直交する第１の軸線と第２の軸線上に中央ボールを挟むように４つのトルク伝達転動体を配置し、
第１の軸線上の一対のトルク伝達転動体を第１の継手部材の一対の抱持腕によって挟むように抱持すると共に、第２の軸線上の一対のトルク伝達転動体を第２の継手部材の一対の抱持腕によって抱持した自在継手において、
前記４つのトルク伝達転動体は周方向に互いに接しており、各トルク伝達転動体には中央ボールが部分的に嵌合する球面状凹部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】  中央ボールをトルク伝達転動体の球面状凹部に嵌合しているので、従来のような外輪が不要で、その分コンパクトになる。【０００８】  また、中央ボールに対してトルク伝達転動体が直接嵌合しているので、中央ボールの中心は、第１の継手部材の一対のトルク伝達転動体の中心を結ぶ第１の軸線と、第２の継手部材の一対のトルク伝達転動体の中心を結ぶ第２の軸線との交点に自動的に極めて正確に配置されることになり、回転がスムースな自在継手を実現できる。
さらに、外輪が無いので第１の継手部材と第２の継手部材間の屈曲可能角度が大きくなり利用範囲が広がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る自在継手を示している。
この自在継手１は、中央ボール２の周囲に、中央ボール２の中心Ｏを通る互いに直交する第１の軸線Ｎ１と第２の軸線Ｎ２上に中央ボール２を挟むように４つのトルク伝達ボール３，３，３，３を配置し、第１の軸線Ｎ１上の一対のトルク伝達ボール３，３を第１の継手部材１０の一対の抱持腕１１，１２によって挟むように抱持すると共に、第２の軸線Ｎ２上の一対のトルク伝達ボール３，３を第２の継手部材２０の一対の抱持腕２１，２２によって抱持している。
そして、４つのトルク伝達ボール３，３，３，３は周方向に互いに接しており、各トルク伝達ボール３には中央ボール２が部分的に嵌合する球面状凹部３ａが設けられている。トルク伝達ボール３，３，３，３の接点間には遊びがあってもよい。【００１０】図１に示すように、トルク伝達ボール３の球面状凹部３ａの曲率半径は中央ボール２の半径と同一径で、その深さは中央ボール２の外周の４分の１円弧分が嵌合する深さに設定され、４つのトルク伝達ボール３の球面状凹部３ａの開口縁が中央ボール２の外周上で接するようになっている。この実施の形態では、中央ボール２と４つのトルク伝達ボール３は同一径のボールが用いられている。
第１の継手部材１０は、軸部１３と軸部１３の先端から二股に分かれる上記一対の抱持腕１１，１２とを備えた構成、第２の継手部材２０も、軸部２３と軸部２３の先端から二股に分かれる一対の抱持腕２１，２２とを備えた構成となっている。軸部１３，２３の後端面には軸方向に延びる穴１３ａ，２３ａが設けられ、この穴１３ａ，２３ａ内周にはキー溝１３ｂ，２３ｂが設けられている。
第１の継手部材１０と第２の継手部材２０の各抱持腕１１，１２；２１，２２には、トルク伝達ボール３の球面状凹部３ａとの対極部を摺動自在に抱持する球面状の保持凹部１１ａ，１２ａ；２１ａ，２２ａが設けられている。【００１１】  上記構成の自在継手１にあっては、第１の継手部材１０側を駆動側とした場合に、第１の軸線Ｎ１上に配置されたトルク伝達ボール３，３が中央ボール２の周りを公転し、第２の軸線Ｎ２上に配置されたトルク伝達ボール３，３を押し、トルク伝達ボール３，３を保持する第２の継手部材２０にトルクを伝達する。
中央ボール２にトルク伝達ボール３の球面状凹部３ａが嵌合しているので、従来のような外輪が不要で、その分コンパクトになる。【００１２】  また、中央ボール２に対してトルク伝達ボール３が直接嵌合しているので、中央ボール３の中心Ｏは、第１の継手部材１０の一対のトルク伝達ボール３の中心Ｏを結ぶ第１の軸線Ｎ１と、第２の継手部材２０の一対のトルク伝達ボール３の中心を結ぶ第２の軸線Ｎ２との交点に自動的に極めて正確に配置されることになり、回転がスムースな自在継手を実現できる。【００１３】  さらに、図３に示すように、第１の継手部材１０の抱持腕１１，１２と第２の継手部材２０の抱持腕２１，２２の外側には何も無いので、第１の継手部材１０と第２の継手部材２０間の屈曲可能角度θを９０°（図３（Ａ）参照）、さらに９０°以上１２０°程度まで大きくすることができる（図３（Ｂ）参照）。もちろん、回転を伝達する傾き角としては３０°程度の範囲で（図３（Ｃ）参照）、９０°まで屈曲させると回転を伝達できないが、たとえば、９０°まで曲がった位置では一方の継手部材１０を支軸にして他方の継手部材が旋回するような運動をさせることができる。【００１４】  次に、本発明の自在継手の製造方法について、図４乃至図１２を参照して説明する。
基本的には、図４に示すように、第１の継手部材１０をダイカスト鋳造する第１工程と、第２の継手部材２０をダイカスト鋳造する第２工程とから構成されている。
第１工程では、中央ボール２と一対のトルク伝達ボール３，３を中子としてダイカスト金型にインサートして第１の継手部材１０をダイカスト鋳造する。
第２工程では、第１工程で鋳造成形した第１の継手部材１０と一対のトルク伝達ボール３，３を中子としてダイカスト金型１００にインサートしてダイカスト鋳造する。【００１５】  図５は第１工程のダイカスト金型の分割金型を示している。
分割金型１１０は第１の継手部材１０を成形するもので、一対の抱持腕１１，１２によって保持されるトルク伝達ボール３，３の中心を通る第１の軸線Ｎ１（図１参照）と軸部１３の中心軸を通る面を分割面として２つの分割型に型割りされている。
分割金型１１０には、第１の継手部材１０を成形するためのキャビティ１３０が設けられ、このキャビティ１３０に隣接して、キャビティ１３０に充填される溶湯の余剰分を溜める余剰溜まり１３１が設けられている。また、キャビティ１３０には、第１の継手部材１０の軸部１３に中空の穴１３ａを成形するためのインサートピンが抜き差し自在のガイド穴を構成するガイド凹部１５１が設けられている。【００１６】  また、分割金型には、中央ボール２と一対のトルク伝達ボール３，３を載置するボール座部１７１，１７２，１７２が設けられている。
このボール座部１７１，１７２，１７２には、ボールを安定して保持するために、図６に示すようにマグネット１８０を埋設し、磁気吸着することが好ましい。マグネット１８０を埋設しないで、ボール座部１７１，１７２に着磁してもよい。この図６には、ガイドインサートピン１５０が挿入された状態を示している。【００１７】  次に、図７および図８を参照して、第１工程の鋳造工程を説明する。
第１工程では、図７に示すように、中央ボール２と一対のトルク伝達ボール３，３を置き中子として分割金型１１０のボール座部１７１，１７２，１７２に置き、不図示の分割金型と型締めし、図８に示すようにキャビティ１３０にアルミ合金の溶湯を湯道１６０を通じて充填し、凝固した後型開きして、図７（Ｂ）乃至（Ｆ）に示すように第１の継手部材１０を取り出す。【００１８】  図９は第２工程のダイカスト金型の分割金型を示している。
分割金型は第２の継手部材２０を成形するもので、一対の抱持腕２１，２２によって保持されるトルク伝達ボール３，３の中心を通る第２の軸線Ｎ２（図１参照）と軸部２３の中心軸を通る面を分割面として２つの分割金型に型割りされている。
第２の継手部材２０は第１の継手部材１０と同一形状なので、基本的な金型構造は同一なので、以下の説明では、共通する部分については、同一の符号を付して説明する。【００１９】  この分割金型には、第２の継手部材２０を成形するためのキャビティ１３０と、先に成形された第１の継手部材１０を金型内に収納するための収納凹部１４０が設けられている。
このキャビティ１３０に隣接して、キャビティ１３０に充填される溶湯の余剰分を溜める余剰溜まり１３１が設けられている。また、キャビティ１３０には、第２の継手部材２０の軸部２３に中空の穴２３ａを成形するためのインサートピン１５０が抜き差し自在のガイド穴を構成するガイド凹部１５１が設けられている。【００２０】  また、分割金型には、一対のトルク伝達ボール３，３を載置するボール座部１７２，１７２が設けられている。第１の継手部材１０が中子として挿入するために、ボール座部１７２，１７２の幅は狭い。
このボール座部１７２，１７２についても、ボールを安定して保持するために、図１０に示すようにマグネット１８０を埋設し、磁気吸着することが好ましい。マグネット１８０を埋設しないで、ボール座部１７２に着磁してもよいし、第１継手部材の中央ボールを磁化させてもよい。【００２１】  次に、図１１および図１２を参照して、第２工程の鋳造工程を説明する。
第２工程では、図１１に示すように、第１の継手部材１０を中子として収納凹部１４０に置くと共に、第２の継手部材１０用のトルク伝達ボール３，３をボール座部１７２，１７２に置き、他方の分割金型と型締めし、図１２（Ａ）に示すようにキャビティ１３０にアルミ合金の溶湯を湯道１６０を通じて充填し、凝固した後型開きして、図１２（Ｂ）に示すように第１の継手部材１０と第２の継手部材２０が組み付けられた自在継手を取り出す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施の形態に係る自在継手のトルク伝達ボールと中央ボールの嵌合状態を示す一部破断平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のトルク伝達ロールと中央ボールを取り出して示す一部破断平面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の側面図である。
【図２】図２は図１のボール嵌合構造を有する自在継手の全体構成を示すもので、同図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は一部破断正面図、同図（Ｃ）は一部破断側面図、同図（Ｄ）は平面図、同図（Ｅ）はボール嵌合部の平面断面図である。
【図３】図３（Ａ），（Ｂ）は図２の自在継手の屈曲可能範囲を示す図である。
【図４】図４は図２の自在継手の製造工程を示す概略図である。
【図５】図５は第１の継手部材を鋳造する第１工程に使用する分割金型を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図６は図５の分割金型にマグネットを取り付けた構成例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図７は図６の分割金型に中央ボールおよびトルク伝達ボールを置いた状態を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図８（Ａ）は図６の分割金型を用いた溶湯充填状態を模式的に示す図、同図（Ｂ）乃至（Ｆ）は第１工程で製造された第１の継手部材を示すもので、同図（Ｂ）は正面断面図、同図（Ｃ）は側面断面図、同図（Ｄ）は平面図、同図（Ｅ）は底面図、同図（Ｆ）は同図（Ｂ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図９】図９は第２の継手部材を鋳造する第２工程に使用する分割金型を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】図１０は図９の分割金型にマグネットを取り付けた構成例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】図１１は図１０の分割金型に第１の継手部材と一対のトルク伝達ボールを置いた状態を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は図１０の分割金型を用いた溶湯充填状態を模式的に示す図、同図（Ｂ）は第２工程を経て製造された自在継手の離型状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】１  自在継手
２  中央ボール
３  トルク伝達ボール
３ａ  球面状凹部
１０  第１の継手部材
１１，１２  抱持腕
１１ａ，１２ａ  保持凹部
２０  第２の継手部材
２１，２２  抱持腕
２１ａ，２２ａ  保持凹部
Ｎ１  第１の軸線
Ｎ２  第２の軸線
１１０  分割金型（第１工程）
１２０  分割金型（第２工程）
１３０  キャビティ
１４０  収納凹部
１５０  インサートピン
１６０  湯道
１７１，１７２  ボール座部
１８０  マグネット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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