(57)【要約】【課題】相対的に回転する２つの部材間で、不安定な接点による通電異常を発生させずに導通を維持することができ、更に、ケーブルを省スペースに収容することによって他の部材との干渉を防ぐことができる電力中継回転継手を提供する。【解決手段】電力中継スイベルジョイント１は、固定部１０と、固定部１０に対して相対的に回転運動する回転部１１と、固定部１０と回転部１１との間で電気を伝達する第１のケーブル３２ａ及び第２のケーブル３２ｂとを備える。第１のケーブル３２ａ及び第２のケーブル３２ｂは、回転運動の中心をとりまく渦巻き状に配設されている。軸部３０が順回転及び逆回転すると、第１のケーブル３２ａ及び第２のケーブル３２ｂは、軸部３０にきつく巻きつく方向、及び、軸部３０への巻きつきが緩くなる方向に変位する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の相対回転部と、
前記第１の相対回転部に対して相対的に回転運動する第２の相対回転部と、
前記第１の相対回転部と前記第２の相対回転部との間で電気を伝達するケーブルとを備え、
前記ケーブルは、前記回転運動の中心をとりまく渦巻き状に配設された渦巻き部を有する、
電力中継回転継手。
【請求項２】
前記ケーブルは、略円形の断面をもつ
請求項１の電力中継回転継手。
【請求項３】
複数の前記ケーブルを備え、
各前記ケーブルの前記渦巻き部は、第１の端部と、当該第１の端部よりも前記中心に近い第２の端部とを有し、
複数の前記ケーブルは、第１のケーブルと第２のケーブルとを有し、
前記第１のケーブルの前記第１の端部から前記第２の端部までの巻き方向は、前記第２のケーブルの前記第１の端部から前記第２の端部までの巻き方向と異なる、
請求項１又は請求項２の電力中継回転継手。
【請求項４】
各前記ケーブルを層状に隔離する１以上の隔壁を更に備える、
請求項３の電力中継回転継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力中継回転継手、特に、産業用ロボットの先端に搭載されたツールと本体との間で電力を中継する構造をもつ電力中継回転継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を中継する構造をもつ電力中継回転継手を備えた産業用ロボットは、マニピュレータ先端に取り付けられたツールを所定範囲で自在に回転させることができる。マニピュレータの先端に取り付けられた溶接ガンなどのツールを動作させるためには、回転する電力中継回転継手を跨いで駆動電力及び制御信号を当該ツールに供給する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、関節の外部を通る案内部材内に配線ケーブルを通すことによりアーム間の配線を実現しようとする多関節ロボットが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、導電性の固定部と、アームの回転動作時にアームの回転と共に回転する導電性の回転部との間で摺動接触による電気的接続を行うスリップリング構造を有し、電線を使用せずに電気的接続を実現しようとする多関節型の産業用ロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２８８６９２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように関節の外部にケーブルを通すと、マニピュレータ動作時にマニピュレータとケーブルが干渉することによりマニピュレータの動作が制限されるとともに、ケーブルの断線が生じやすくなる。更に、ケーブルが多くなるほど絡まりが生じやすくなる。更に、関節の外部にケーブルを通す収容スペースが必要となる。
【０００７】
特許文献２のように、導電性の固定部と回転部を摺動接触により電気的に接続する場合、粉塵や火花が散るような過酷な環境では接点に異物が混入して通電異常が発生しやすい。更に、導電性の固定部と回転部を摺動接触させると通電が不安定になる恐れがある。
【０００８】
本発明は、相対的に回転する２つの部材間で、不安定な接点による通電異常を発生させずに導通を維持することができ、更に、ケーブルを省スペースに収容することによって他の部材との干渉を防ぐことができる電力中継回転継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の電力中継回転継手は、第１の相対回転部と、第１の相対回転部に対して相対的に回転運動する第２の相対回転部と、第１の相対回転部と第２の相対回転部との間で電気を伝達するケーブルとを備え、ケーブルは、回転運動の中心をとりまく渦巻き状に配設された渦巻き部を有する。
【００１０】
第１の電力中継回転継手によれば、相対的に回転する２つの相対回転部間で、不安定な接点による通電異常を発生させずに導通を維持することができる。更に、第１の電力中継回転継手によれば、ケーブルを省スペースに収容できるためケーブルと他の部材との干渉を防ぐことができる。第１の相対回転部及び第２の相対回転部の組み合わせとして、マニピュレータ本体側に搭載される固定部とツール側に搭載される回転部との組み合わせが例示される。
【００１１】
本発明の第２の電力中継回転継手は、第１の電力中継回転継手においてケーブルが略円形の断面をもっている。
【００１２】
第２の電力中継回転継手によれば、ケーブルが略円形の断面をもっていることで、いずれの方向の力が加えられても変形しにくく、渦巻き状態に巻かれた内外のケーブル間の摩擦が少ないため、回転部の回転に合わせてケーブルの渦巻き部の巻き径の拡大、縮小を滑らかに行うことができる。
【００１３】
本発明の第３の電力中継回転継手は、第１又は第２の電力中継回転継手において複数のケーブルを備える。更に、各ケーブルの渦巻き部は、第１の端部と、当該第１の端部よりも中心に近い第２の端部とを有する。複数のケーブルは、第１のケーブルと第２のケーブルとを有する。第１のケーブルの第１の端部から第２の端部までの巻き方向は、第２のケーブルの第１の端部から第２の端部までの巻き方向と異なる。
【００１４】
第３の電力中継回転継手によれば、巻き方向が異なる少なくとも２本のケーブルを備えているため、順回転時と逆回転時における回転トルクの偏りを減らすことができる。なお、渦巻き部の端部は、必ずしもケーブルの端部でなくてもよく、ケーブルの途中をさすものであってもよい。
【００１５】
本発明の第４の電力中継回転継手は、第３の電力中継回転継手において各ケーブルを層状に隔離する１以上の隔壁を更に備える。
【００１６】
第４の電力中継回転継手によれば、複数のケーブルを層状に隔離することにより渦巻き状態に巻かれた各ケーブルを回転部の回転に合わせて滑らかに変位させることができるとともに、省スペースに複数のケーブルを収容することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電力中継回転継手によれば、相対的に回転する２つの部材間で、不安定な接点による通電異常を発生させずに導通を維持することができ、更に、ケーブルを省スペースに収容することによって他の部材との干渉を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本実施形態の電力中継スイベルジョイントの斜視図である。
【図２】図２は図１の電力中継スイベルジョイントの正面図である。
【図３】図３（ａ）は図２の電力中継スイベルジョイントのＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は図２の電力中継スイベルジョイントのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４（ａ）は順回転した図２の電力中継スイベルジョイントのＡ−Ａ断面図であり、図４（ｂ）は順回転した図２の電力中継スイベルジョイントのＢ−Ｂ断面図であり、図４（ｃ）は、逆回転した図２の電力中継スイベルジョイントのＡ−Ａ断面図であり、図４（ｄ）は逆回転した図２の電力中継スイベルジョイントのＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施形態の電力中継スイベルジョイント１の斜視図である。図２は、電力中継スイベルジョイント１の正面図である。本実施形態の電力中継スイベルジョイント１は、図１に示す固定部１０及び回転部１１により構成されている。なお、図１及び図２では説明の便宜上、電力中継スイベルジョイント１の構成を簡潔に描いている。本発明の電力中継回転継手は、図１及び図２に示す本実施形態の電力中継スイベルジョイント１に限られるものではない。以下、上下方向、左右方向及び前後方向は、相対的な位置関係を説明するために便宜上用いるものである。
【００２０】
固定部１０は、図１に示すように金属材料で一体形成された台座部２０、足部２１及び壁部２２を有し、更に、図２に示す金属材料で形成された駆動軸２３を有している。図１に示すように台座部２０は、上下方向に沿った中心軸をもつ略円柱形状の外形を有する。台座部２０の上方にはドーナツ型円盤状の上面２４が形成されている。足部２１は、台座部２０の下方に一体形成されており他の部材に着脱可能な構造をもつ。図２に示すように台座部２０及び足部２１は、中心軸に沿った円柱形状の貫通孔２５をもつ。駆動軸２３は、貫通孔２５内に当該貫通孔２５と同軸となるよう、正逆回転可能に保持されている。図１に示すように壁部２２は、台座部２０の上面２４において外周縁部の約半分を構成する半円弧状の位置から、上方に所定の高さまで立設されている。
【００２１】
回転部１１は、図２に示すような軸部３０、７枚の隔壁３１、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆ、６つの外側端子３３及び図１に示すような６つの内側端子３４により構成されている。
【００２２】
図１に示すように軸部３０は、金属材料により略円筒形状に形成されている。軸部３０は、上下方向に沿った中心軸をもち、図２に示すように下端部において固定部１０の駆動軸２３の上端に接続されている。軸部３０及び駆動軸２３は、着脱可能に構成されている。軸部３０を駆動軸２３に接続したとき、軸部３０の中心軸は駆動軸２３の中心軸の延長上に位置する。
【００２３】
図１に示すように各隔壁３１は、樹脂で形成されており、台座部２０の上面２４より若干小さいドーナツ型円盤形状をもつ。各隔壁３１は、円形の中央の孔３５と、中央の孔３５から外側に向けてわずかに切り欠くように形成された２つの切り欠き３６をもつ。２つの切り欠き３６は、隔壁３１の内周における１８０°離れた位置に対向配置されている。各隔壁３１は、軸部３０の中心軸に直交する平面内において軸部３０を取り巻くように配設され、中央の孔３５付近において軸部３０に固定されている。７枚の隔壁３１は、軸部３０の中心軸の方向に沿って、所定の一定間隔を開けて配設されている。各隔壁３１の間隔は、軸部３０への固定位置により規定されるものであってもよく、スペーサを挿入することによって維持されていてもよい。
【００２４】
図２に示すように、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは、下側から順に１本ずつ隔壁３１の間に配設されている。第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは、絶縁材料で被覆された１本又は複数本の導線により構成されている。第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆの断面は全て略円形である。第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆの直径は、隔壁３１の間隔より若干小さいが、隔壁３１の間隔の半分より大きいことが好ましい。これは、上下２枚の隔壁３１で作られた空間にケーブルを配設するにおいて、ケーブルが二重三重に重ね合わさらず単層状態で渦巻き状態を維持できる点で重要である。なお、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆの断面は、円形に限られるものではないが、いずれの方向から圧力を受けても容易に変形しない形状をもつことが好ましい。
【００２５】
図３（ａ）は、図２の電力中継スイベルジョイント１のＡ−Ａ断面図である。第１のケーブル３２ａの一端は、Ｌ字形状の外側端子３３の後端に取り付けられている。外側端子３３は、壁部２２の左端縁部４０に固定され、前端を隔壁３１から左側に突出させるように配設されている。
【００２６】
第１のケーブル３２ａの他端は、Ｌ字形状の内側端子３４の後端に取り付けられている。第１のケーブル３２ａに接続された内側端子３４は、初期状態の軸部３０の右側に位置している。内側端子３４の後端側の枝は、隔壁３１間に配設されている。内側端子３４の他方の枝は、複数の隔壁３１の切り欠き３６を上下方向に貫くように軸部３０に固定されている。内側端子３４の前端は、図１に示すように最上部の隔壁３１の右側の切り欠き３６から上方に露出している。
【００２７】
図３（ａ）に示すように第１のケーブル３２ａは、外側端子３３から内側端子３４まで、時計回りに軸部３０の周囲に巻き回されている。初期状態において、第１のケーブル３２ａは、接触しない程度に間隔を開けて渦巻き状に配設されている。
【００２８】
図２に示す第３のケーブル３２ｃ及び第５のケーブル３２ｅは、第１のケーブル３２ａと同様に配設されている。第３のケーブル３２ｃ及び第５のケーブル３２ｅの各外側の一端には、第１のケーブル３２ａと同様に外側端子３３が接続され、各内側の一端には内側端子３４が接続されている。上方に位置する内側端子３４ほど、上下方向の長さが短くなるように構成されている。図１に示すように、軸部３０右側の３つの内側端子３４は、互いに干渉しないように回転方向に並べて配設されている。
【００２９】
図３（ｂ）は、図２の電力中継スイベルジョイント１のＢ−Ｂ断面図である。第２のケーブル３２ｂの一端は、Ｌ字形状の外側端子３３の後端に取り付けられている。外側端子３３は、壁部２２の右端縁部４１に固定され、前端を隔壁３１から右側に突出させるように配設されている。
【００３０】
第２のケーブル３２ｂの他端は、Ｌ字形状の内側端子３４の後端に取り付けられている。第２のケーブル３２ｂに接続された内側端子３４は、初期状態の軸部３０の左側に位置している。内側端子３４の後端側の枝は、隔壁３１間に配設されている。内側端子３４の他方の枝は、複数の隔壁３１の切り欠き３６を上下方向に貫くように軸部３０に固定されている。内側端子３４の前端は、図１に示すように最上部の隔壁３１の左側の切り欠き３６から上方に露出している。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように第２のケーブル３２ｂは、外側端子３３から内側端子３４まで、反時計回りに軸部３０の周囲に巻き回されている。初期状態において、第２のケーブル３２ｂは、接触しない程度に間隔を開けて渦巻き状に配設されている。
【００３２】
図２に示す第４のケーブル３２ｄ及び第６のケーブル３２ｆは、第２のケーブル３２ｂと同様に配設されている。第４のケーブル３２ｄ及び第６のケーブル３２ｆの各外側の一端には、第１のケーブル３２ａと同様に外側端子３３が接続され、各内側の一端には内側端子３４が接続されている。上方に位置する内側端子３４ほど、上下方向の長さが短くなるように構成されている。図１に示すように、軸部３０左側の３つの内側端子３４は、互いに干渉しないように回転方向に並べて配設されている。
【００３３】
外側端子３３及び内側端子３４には他のケーブル、端子その他の電子部品を接続することができる。外側端子３３及び内側端子３４は、本実施形態の形状に限られるものではない。外側端子３３は、壁部２２以外の部材に固定されるものであってもよい。内側端子３４は、軸部３０とともに回転可能に構成されていれば軸部３０以外の部材に固定されるものであってもよい。第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは外側端子３３及び内側端子３４を使用しないものであってもよく、ケーブル自身が電力中継スイベルジョイント１から離れた位置まで延設されたものであってもよい。
【００３４】
図１に示す固定部１０の足部２１は、図示しない産業用ロボットのマニピュレータ本体に装着される。左右両側に固定された６つの外側端子３３とマニピュレータ本体の端子の間には、駆動電力及び制御信号を伝達するケーブルが接続される。回転部１１の軸部３０には溶接ガンなどのツールが接続される。軸部３０の左右両側に固定された６つの内側端子３４とツールの端子の間には、駆動電力及び制御信号を伝達するケーブルが接続される。マニピュレータ本体が図２に示す固定部１０の駆動軸２３を回転駆動すると、駆動軸に接続された軸部３０及びツールが回転する。
【００３５】
図１に示すように、回転部１１を固定部１０に接続した状態において、回転部１１の後方は壁部２２によって覆われ、前方は開放されている。軸部３０が回転すると、隔壁３１の外周は固定部１０の壁部２２に沿って摺動する。以下、上方から見て軸部３０が時計周りに回転する動作を順回転と称し、上方から見て軸部３０が反時計周りに回転する動作を逆回転と称する。本実施形態の軸部３０は、順回転方向及び逆回転方向に１８０°回転するが、回転角度はこれより大きくても小さくてもよい。
【００３６】
図４（ａ）は、図２の電力中継スイベルジョイント１の軸部３０が１８０°順回転したときのＡ−Ａ断面図である。図４（ｂ）は、図２の電力中継スイベルジョイント１の軸部３０が１８０°順回転したときのＢ−Ｂ断面図である。順回転時には回転角度が大きくなるにつれて、図４（ａ）に示すように第１のケーブル３２ａは徐々に軸部３０への巻きつきがきつくなるように内側に変位し、図４（ｂ）に示すように第２のケーブル３２ｂは徐々に軸部３０への巻きつきが緩まるように外側に変位する。図２に示す第３のケーブル３２ｃ及び第５のケーブル３２ｅは、第１のケーブル３２ａと同様に変位し、第４のケーブル３２ｄ及び第６のケーブル３２ｆは、第２のケーブル３２ｂと同様に変位する。
【００３７】
図４（ｃ）は、図２の電力中継スイベルジョイント１の軸部３０が１８０°逆回転したときのＡ−Ａ断面図である。図４（ｄ）は、図２の電力中継スイベルジョイント１の軸部３０が１８０°逆回転したときのＢ−Ｂ断面図である。逆回転時には回転角度が大きくなるにつれて、図４（ｃ）に示すように第１のケーブル３２ａは徐々に軸部３０への巻きつきが緩まるように外側に変位し、図４（ｄ）に示すように第２のケーブル３２ｂは徐々に軸部３０への巻きつきがきつくなるように内側に変位する。第３のケーブル３２ｃ及び第５のケーブル３２ｅは、第１のケーブル３２ａと同様に変位し、第４のケーブル３２ｄ及び第６のケーブル３２ｆは、第２のケーブル３２ｂと同様に変位する。
【００３８】
本実施形態の第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは略円形の断面をもつため、フラットケーブルなどの他の形状に比較して自立して形状を保ちやすく、変形しにくいため、軸部３０が回転を繰り返しても、各ケーブルが二重三重に重ね合わさらず単層状態で渦巻き状態を維持できることから、軸部３０は滑らかな回転を長期間維持することができる。また、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは略円形の断面をもつため、フラットケーブルなどの他の形状に比較してケーブル間の摩擦が少ないため、軸部３０の回転に合わせてケーブルの渦巻き部の巻き径の拡大、縮小がスムーズに行われることで、軸部３０の回転動作を滑らかに実現することができる。また、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは略円形の断面をもつため、ケーブルと隔壁３１との間の摩擦が少ないことで、より一層ケーブルの渦巻き部の巻き径の変位がスムーズとなり、軸部３０の回転動作を滑らかに行うことができる。
【００３９】
また、隔壁３１の間隔を第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆの各直径程度にしておくことで、上下２枚の隔壁３１で作られた空間に各ケーブルを配設した際、各ケーブルが空間内で上下方向に二重三重に重なるトラブルを回避することができる。
【００４０】
なお、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆ及び隔壁３１の耐用年数の向上及び摩擦低減のため、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆ及び隔壁３１の少なくとも一方にグリス、ワックスなどの潤滑材を塗布しても良い。
【００４１】
上方から見たとき、第１のケーブル３２ａ、第３のケーブル３２ｃ及び第５のケーブル３２ｅの巻き方向が、第２のケーブル３２ｂ、第４のケーブル３２ｄ及び第６のケーブル３２ｆの巻き方向と逆方向であるため、回転部１１の順回転時の負荷を逆回転時の負荷と同じにすることができる。順回転時と逆回転時の力学的な負荷の偏りを軽減するため、全てのケーブルのうちの少なくとも１本のケーブルの巻き方向が、他のケーブルの巻き方向と異なっていることが好ましい。順回転時と逆回転時の力学的な負荷を均等にするため、上方から見たとき巻き方向が時計回りとなるケーブルの数と、巻き方向が反時計回りとなるケーブルの数が同じであることが好ましい。
【００４２】
回転部１１は固定部１０に取り付けられた状態で前方に開放されているため、回転部１１を取り外さずに前方から第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆを交換することができる。なお、回転部１１の内部にゴミなど不純物の進入を防ぐために回転部１１の前方を覆うように固定部１０に着脱可能なカバーを取り付けることが好ましい。第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは略円形の断面をもつため、フラットケーブルなどの他の形状に比較して変形しにくくケーブルの交換が容易である。
【００４３】
なお、回転部１１は、隔壁３１の間隔を変えられるように構成されたものであってもよい。隔壁３１の間隔が変えられることによって、汎用性が高まる。回転部１１は、上下方向に第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆを積層しているため、異なる形状及び長さのケーブルを同時に使用することができる。隔壁３１は、板状でなくてもよく、メッシュ状であってもよく、中心から放射線状に広がるような線形状であってもよく、第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆを仕切ることができる他の形状であってもよい。
【００４４】
本実施形態の電力中継スイベルジョイント１は、スリップリングとブラシを組み合わせた接点など、不安定な接点部分をもたないため、通電異常を防いで高効率に駆動電力及び制御信号を伝達することができる。本実施形態の第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは電力中継スイベルジョイント１に内蔵されているため、省スペースであり、マニピュレータの動作に干渉せず、断線が生じにくい。本実施形態の第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは渦巻き状に配設されているため、長さ方向に弾性力を持たなくても回転動作による両端部の変位を吸収することができる。本実施形態の第１〜第６のケーブル３２ａ〜３２ｆは渦巻き状に配設されているため、急激な屈曲部分がなく、ケーブルにかかる力学的負荷が小さく、ケーブルの断線が生じにくい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、駆動電力及び制御信号その他の電力を伝送する各種電力中継回転継手に適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１    電力中継スイベルジョイント
１０  固定部
１１  回転部
２０  台座部
２１  足部
２２  壁部
２３  駆動軸
２４  上面
２５  貫通孔
３０  軸部
３１  隔壁
３２ａ〜３２ｆ  第１〜第６のケーブル
３３  外側端子
３４  内側端子
３５  中央の孔
３６  切り欠き
４０  左端縁部
４１  右端縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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