(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受を介して支持された回転軸と、
該回転軸を駆動するための駆動軸と、
該回転軸に連結された第１締結部と該駆動軸に連結された第２締結部とから成るカップリングとを具備する回転軸の連結構造において、
前記第１締結部は該回転軸の軸端に形成された円柱形上の連結部が嵌入した回転軸保持孔を有し軸方向一端側で前記軸受に接触し軸方向他端側が該回転軸の軸端側に延びていて、
前記連結部の軸心には軸端側に開くねじ孔が形成され、
該ねじ孔にねじ込まれたボルトが前記第１締結部に接触していて、該ボルトのねじ込みにより前記ボルトが前記連結部を牽引することにより前記第１締結部および前記軸受を軸方向に前記回転軸に対して圧し付けるよう構成されていることを特徴とする回転軸の連結構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直進運動装置等における回転軸の連結構造に関し、詳しくは、連結強度の向上や回転軸の製造容易化等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機械装置の製造工場では、作業員に代わって溶接作業や塗装作業等を行わせるべく、各種の産業用ロボットが導入されている。産業用ロボットは、工場の床面に固定されるベースの他、相互に連結されたアームやリスト等の運動要素と、これら運動要素を駆動する種々のアクチュエータから構成されている。産業用ロボットでは、制御装置からの指令によりアクチュエータが起動されると、アームやリストが直進運動や回転運動を行い、リストの先端に取り付けられた溶接ガンやスプレーガンがワークに接近・離反して溶接作業や塗装作業を行う。
【０００３】
産業用ロボットで運動要素に直進運動をさせるには、運動要素の構成部材どうしをがた無くスライドさせるための直進ガイドの他、固定側の構成部材（固定フレーム等）に対して移動側の構成部材（スライダ）を前進あるいは後退させるためのアクチュエータとが必要となる。アクチュエータとしては、ボールねじや台形ねじを用いた送りねじ型が一般的であり、この種のアクチュエータでは、回転軸であるねじ軸をカップリングを介して直流モータの駆動軸に連結し、直流モータに電流を適宜供給することでスライダを所定の位置に移動させる。
【０００４】
図６は従来装置における回転軸と駆動軸との連結部を示す縦断面図であり、図中の符号２５は直進運動装置のアクチュエータを構成するボールねじ軸である。ボールねじ軸２５は、カップリング２３を介して直流モータ２１の駆動軸４１に連結されており、駆動軸４１に回転駆動されることにより、ボールナットが取り付けられた図示しないスライダを前進あるいは後退させる。図示例のカップリング２３は割り溝４３を有する一般的な形式であり、軸保持孔４５にボールねじ軸２５の連結部４７と駆動軸４１とを嵌入させた後、２本のボルト４９を締め込むことにより締結を行う構造となっている。
【０００５】
ボールねじ軸２５は、対向配置された一対の軸受（アンギュラ玉軸受）５１により回転自在に支持されている。軸受５１は、軸受ハウジング３１内に保持されると共に、その内輪５３がボールねじ軸２５の軸受嵌合部５５に外嵌し、ベアリングナット９１により間座５７を介して締結されている。ベアリングナット９１には、外周面から内周面に貫通するねじ孔９３が形成されており、このねじ孔９３に螺合する止めねじ９５によって砲金製のセットピース９７がボールねじ軸２５のねじ部９９に押しつけられ、これによりベアリングナット９１の緩みが防止される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来装置には、カップリング２３に対するボールねじ軸２５の締結と、ボールねじ軸２５に対する内輪５３の締結とを独立して行うことに起因して、様々な不具合が生じていた。
【０００７】
例えば、ボールねじ軸２５では、軸受嵌合部５５に対してねじ部９９の外径を小さくする必要があるが、連結部４７の外径はねじ部９９の外径に対して更に小さくなる。そのため、連結部４７とカップリング２３の軸保持孔４５との間の許容伝達トルクが小さくなり、駆動軸４１の回転力を抑えざるを得なくなる他、スライダ等に過大な摺動抵抗が作用すると、連結部４７と軸保持孔４５とが相対滑りを起こす虞があった。
【０００８】
また、ねじ部９９が軸受嵌合部５５と連結部４７との間に位置する都合上、ベアリングナット９１には大型のものを用いることになり、ボールねじ軸２５が回転する際のイナーシャが大きくなってスライダの位置制御等が困難になる。更に、大型のベアリングナット９１は、そのねじサイズに見合ったトルクで締め付けると軸力が過大となってしまい、軸受５１の内輪５３が変形する虞があった。
【０００９】
また、ボールねじ軸２５には、軸受嵌合部５５以外に、ねじ部９９や連結部４７が形成されるため、切削加工等に比較的大きなコストを要する。また、大型のベアリングナット９１には汎用品を用いることが難しい他、上述した理由により止めねじ９５やセットピース９７による緩み防止も必要となるため、部品点数の増大や製造コストの上昇が余儀なくされる。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、連結強度の向上や回転軸の製造容易化等を図った回転軸の連結構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明では、上記課題を解決するため、軸受を介して支持された回転軸と、
該回転軸を駆動するための駆動軸と、
該回転軸に連結された第１締結部と該駆動軸に連結された第２締結部とから成るカップリングとを具備する回転軸の連結構造において、
前記第１締結部は該回転軸の軸端に形成された円柱形上の連結部が嵌入した回転軸保持孔を有し軸方向一端側で前記軸受に接触し軸方向他端側が該回転軸の軸端側に延びていて、
前記連結部の軸心には軸端側に開くねじ孔が形成され、
該ねじ孔にねじ込まれたボルトが前記第１締結部に接触していて、該ボルトのねじ込みにより前記ボルトが前記連結部を牽引することにより前記第１締結部および前記軸受を軸方向に前記回転軸に対して圧し付けるよう構成されていることを特徴とする回転軸の連結構造を提案する。
この発明によれば、回転軸の連結部をカップリングの回転軸保持孔に嵌入させた後、カップリング内の段部等に頭部が当接したボルトを連結部のねじ孔に対して所定のトルクで締め込むと、連結部が牽引されてその端部が弾性あるいは塑性変形により拡開して回転軸保持孔に強固に固着される。また、カップリングに軸受の内輪あるいは間座が接しているので、これら内輪や間座に対してスラスト力が作用し、連結部と回転軸保持孔との固着と同時に回転軸に対する内輪の締結も行われる。
【００１２】
また、請求項２の発明では、請求項１の発明に対して、更に、前記連結部の端部にすり割りが形成されたものを提案する。
この発明によれば、連結部の端部における弾性変形領域が拡大されるため、連結部の外径や回転軸保持孔の内径の公差管理が容易になると共に、回転軸とカップリングとの分解が容易となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明に係る連結構造を適用した直進運動装置の一実施形態を示す平面図であり、図２は図１中のＡ−Ａ拡大断面図である。これらの図に示したように、本実施形態の直進運動装置は、装置本体たる固定フレーム１と、固定フレーム１上に装着された一対の直進ガイド３と、直進ガイド３に案内されて前後（説明の便宜上、図１中の左方を前方とする）に移動するスライダ５と、スライダ５を前後に往復駆動させる直動アクチュエータ７とからなっている。
【００１４】
直進ガイド３は、レール玉循環式転がりガイドであり、固定フレーム１の上面に固着されたレール１１と、スライダ５の下面に固着されたスライドメンバ１３とが、スライドメンバ１３内を循環する鋼球（図示せず）を転動体として相対動する。図１中、１５，１７は、係止手段である前進側および後退側ストッパであり、共に固定フレーム１に固着されている。両ストッパ１５，１７は、鋼材を切削加工することで製作されており、前進側ストッパ１５の上面には更にストッププレート１９が付設されている。
【００１５】
直動アクチュエータ７は、送りねじ型であり、固定フレーム１に固着された直流モータ２１がカップリング２３を介してボールねじ２５を回転駆動すると、ボールねじ２５の回転運動がスライダ５の下面に装着されたボールナット２７により直進運動に変換され、スライダ５が図１中に矢印で示したようにボールナット２７と伴に往復動する。図１中、２９，３１は、ボールねじ２５を回動自在に支持する転がり軸受を収納した前後部軸受ハウジングであり、前部軸受ハウジング２９が固定フレーム１に固着され、後部軸受ハウジング３１が固定フレーム１に固着されたモータブラケット３３と一体となっている。
【００１６】
ボールねじ軸２５は、図３（図１中のＢ部拡大横断面図）に示したように、軸受嵌合部５５と連結部４７とが同一径に形成されると共に、連結部４７の軸心に六角穴付きのボルト６１が螺合するねじ孔６３が形成されている。また、連結部４７の先端部分には、図４に示したように、２箇所のすり割り６５が形成されている。一方、カップリング２３は、ボールねじ軸２５が嵌入される前部締結部７１と、駆動軸４１が嵌入される後部締結部７３と、両締結部７１，７３間に加硫接着等により固着・介装された円筒状の弾性リング７５とからなっている。前部締結部７１は、軸心に回転軸保持孔７２を有する円筒形状であり、後端面にワッシャ７７が装着された段部７９が形成されると共に、外周面から内周面に貫通する止めねじ孔８１が形成されている。また、後部締結部７３は、駆動軸保持孔７４と割り溝４３とを有する円筒形状であり、ボルト４９の締め付けにより駆動軸４１が締結される。
【００１７】
ボールねじ軸２５は、対向配置された一対の軸受（アンギュラ玉軸受）５１により回転自在に支持されている。軸受５１は、後部軸受ハウジング３１内に保持されると共に、その内輪５３がボールねじ軸２５の軸受嵌合部５５に外嵌している。また、内輪５３の後部には間座５７が配置され、間座５７の後端面はカップリング２３の前部締結部７１に当接している。図３の組立状態において、連結部４７は、前部締結部７１の長さに対して間座５７の後端面からの突出量が少なく設定されており、上述したワッシャ７７の前端面との間に間隙ｔが形成される。
【００１８】
以下、本実施形態の作用を述べる。
直動アクチュエータ７の組立にあたり、組立作業者は、先ず後部軸受ハウジング３１内に軸受５１を組み付け、モータブラケット３３内にカップリング２３と間座５７とを配置する。次に、組立作業者は、ボールねじ軸２５を後部軸受ハウジング３１の前方から挿し込み、軸受５１の内輪５３および間座５７、前部締結部７１の回転軸保持孔７２に内嵌させる。尚、カップリング２３には、その組立時にボルト６１が入れ込まれている。
【００１９】
次に、組立作業者は、後部締結部７３の駆動軸保持孔７４から六角レンチを挿入し、ボルト６１を連結部４７のねじ孔６３にねじ込んで所定の締付トルクで締め付ける。すると、図５に示したように、ワッシャ７７の後端面に頭部が当接したボルト６１によって連結部４７が後方に牽引され、これにより、連結部４７の端部が弾性変形により拡開して前部締結部７１の回転軸保持孔７２に強固に固着される。この際、本実施形態では、連結部４７の端部に形成されたすり割り６５により弾性変形領域が拡大されるため、連結部４７の拡開が容易かつ円滑に行われると共に、ボルト６１を緩めることで連結部４７が元形状に復帰しやすくなり、分解作業等も容易となる。
【００２０】
一方、ボルト６１が締め付けられると、前部締結部７１がボールねじ軸２５に対して前進する。これにより、前部締結部７１に当接した間座５７には前方へのスラスト力が作用し、軸受５１の内輪５３がボールねじ軸２５に強固に締結されることになる。すなわち、本実施形態においては、ボルト６１を締め付けることにより、連結部４７と前部締結部７１（すなわち、カップリング２３）との締結のみならず、ボールねじ軸２５と軸受５１との締結も行われるのである。
【００２１】
次に、組立作業者は、前部締結部７１の止めねじ孔８１内に砲金製のセットピース９７を挿入した後、止めねじ９５をねじ込んでセットピース９７を連結部４７の外周面に押し付ける。これにより、連結部４７と回転軸保持孔７２との固着が更に強固となり、ボールねじ軸２５とカップリング２３との間の許容伝達トルクが向上する他、ボルト６１のねじ面に対して局所的に圧縮応力を発生させることで、ボルト６１の緩みを防ぐこともできる。尚、本発明者等が実機試験を行ったところ、従来装置におけるカップリング２３とボールねじ軸２５との滑りトルクが８０ｋｇｆｃｍであったのに対し、本実施形態の構造では、止めねじ９５を用いないもので１５０ｋｇｆｃｍの滑りトルクを確保でき、止めねじ９５を用いたものでは２００ｋｇｆｃｍ以上の滑りトルクを確保できた。
【００２２】
次に、組立作業者は、後部締結部７３の駆動軸保持孔７４に直流モータ２１の駆動軸４１を挿入してボルト４９による締結を行った後、モータブラケット３３に直流モータ２１を組み付けて作業を終了する。
【００２３】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は直進運動装置に本発明を適用したものであるが、単純な搬送装置や加工機械等に適用してもよい。また、上記実施形態では、連結部の先端にすり割りを設けたり、止めねじを用いてセットピースを連結部の外周面に押し付けるようにしたが、これらは設計上の都合等により取捨選択可能である。また、回転軸としては、台形ねじやギヤ軸等、種々のものが採用可能であるし、カップリングの構造等についても適宜変更可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、回転軸と駆動軸とをカップリングを介して連結する構造であって、前記回転軸の軸端に形成され、前記カップリングの回転軸保持孔に嵌入される連結部と、この連結部の軸心に形成されたねじ孔と、当該ねじ孔にねじ込まれ、そのねじ部により前記連結部を牽引するボルトとを備えるようにしたため、回転軸における連結部の外径を大きくして許容伝達トルクを向上させることができる他、回転軸にねじ部や小径部を形成する必要がなくなって加工コストが低減でき、ベアリングナットが不要となるために回転軸のイナーシャを低減できる。また、前記連結部の端部にすり割りが形成されたものでは、連結部の端部における弾性変形領域が拡大されるため、連結部の外径や回転軸保持孔の内径の公差管理が容易になると共に、回転軸とカップリングとの分解が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直進運動装置を示す側面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図３】図１中のＢ部拡大横断面図である。
【図４】ボールねじ軸の後端を示す斜視図である。
【図５】実施形態の作用を示す説明図である。
【図６】従来装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
７‥‥直動アクチュエータ
２１‥‥直流モータ
２３‥‥カップリング
２５‥‥ボールねじ軸
４１‥‥駆動軸
４７‥‥連結部
４９‥‥ボルト
５１‥‥軸受
５３‥‥内輪
５５‥‥軸受嵌合部
５７‥‥間座
６１‥‥ボルト
６３‥‥ねじ孔
６５‥‥すり割り
７１‥‥前部締結部
７２‥‥回転軸保持孔
７３‥‥後部締結部
７４‥‥駆動軸保持孔
７５‥‥弾性リング
７７‥‥ワッシャ
９５‥‥止めねじ
９７‥‥セットピース
【図１】
0003744158.tif 000002
【図２】
0003744158.tif 000003
【図３】
0003744158.tif 000004
【図４】
0003744158.tif 000005
【図５】
0003744158.tif 000006
【図６】
0003744158.tif 000007