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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023010573
(43)【公開日】2023-01-20
(54)【発明の名称】ボールジョイント
(51)【国際特許分類】
F16C 11/06 20060101AFI20230113BHJP
F16C 11/08 20060101ALI20230113BHJP
B25J 19/00 20060101ALI20230113BHJP
【ＦＩ】
F16C11/06 B
F16C11/08 E
B25J19/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022075876
(22)【出願日】2022-05-02
(31)【優先権主張番号】P 2021113354
(32)【優先日】2021-07-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000191353
【氏名又は名称】新明工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000394
【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】村田 勇樹
【テーマコード（参考）】
3C707
3J105
【Ｆターム（参考）】
3C707CS08
3C707WA15
3J105AA23
3J105AA42
3J105AB14
3J105AB50
3J105AC01
3J105CA40
3J105CB45
3J105CF12
3J105DA15
(57)【要約】
【課題】構造強度を低下させることなく可動範囲を広げることが可能なボールジョイントを提供すること。
【解決手段】ボールジョイント１は、球状のボール部２２Ａを一体に備える連結部材２と、ボール部２２Ａに対し球面に沿って摺動可能なように組み付けられるボールリテーナ３２を一体に備える接地部材３と、を有する。ボールジョイント１は、更に、連結部材２を接地部材３に対して所定位置に弾性的に保持する引張ばね４を有する。ボール部２２Ａが、所定位置において引張ばね４を介してボールリテーナ３２に対して当接状態又は非当接状態で弾性的に保持されるように組み付けられる。ボールリテーナ３２が、ボール部２２Ａとの当接時には半球面よりも狭い領域に抜け止め力を作用させない非嵌装状態で当接する。
【選択図】図７
【解決手段】ボールジョイント１は、球状のボール部２２Ａを一体に備える連結部材２と、ボール部２２Ａに対し球面に沿って摺動可能なように組み付けられるボールリテーナ３２を一体に備える接地部材３と、を有する。ボールジョイント１は、更に、連結部材２を接地部材３に対して所定位置に弾性的に保持する引張ばね４を有する。ボール部２２Ａが、所定位置において引張ばね４を介してボールリテーナ３２に対して当接状態又は非当接状態で弾性的に保持されるように組み付けられる。ボールリテーナ３２が、ボール部２２Ａとの当接時には半球面よりも狭い領域に抜け止め力を作用させない非嵌装状態で当接する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
球状のボール部を一体に備える第１部材と、前記ボール部に対し球面に沿って摺動可能なように組み付けられるボールリテーナを一体に備える第２部材と、を有するボールジョイントであって、
更に、前記第１部材を前記第２部材に対して所定位置に弾性的に保持する弾性体を有し、
前記ボール部が、前記所定位置において前記弾性体を介して前記ボールリテーナに対して当接状態又は非当接状態で弾性的に保持されるように組み付けられ、
前記ボールリテーナが、前記ボール部との当接時には半球面よりも狭い領域に抜け止め力を作用させない非嵌装状態で当接するボールジョイント。
更に、前記第１部材を前記第２部材に対して所定位置に弾性的に保持する弾性体を有し、
前記ボール部が、前記所定位置において前記弾性体を介して前記ボールリテーナに対して当接状態又は非当接状態で弾性的に保持されるように組み付けられ、
前記ボールリテーナが、前記ボール部との当接時には半球面よりも狭い領域に抜け止め力を作用させない非嵌装状態で当接するボールジョイント。
【請求項2】
請求項１に記載のボールジョイントであって、
前記第１部材及び前記第２部材のうちの一方の部材が、接地面上を移動するように動かされる脚部の先に連結される連結部材とされ、他方の部材が、前記脚部の動作により前記接地面に対して斜めの角度で接地したり離地したりする接地部材とされるボールジョイント。
前記第１部材及び前記第２部材のうちの一方の部材が、接地面上を移動するように動かされる脚部の先に連結される連結部材とされ、他方の部材が、前記脚部の動作により前記接地面に対して斜めの角度で接地したり離地したりする接地部材とされるボールジョイント。
【請求項3】
請求項２に記載のボールジョイントであって、
前記第１部材は、該第１部材から延び出すスタッド部と、該スタッド部の延び出した先端に形成された前記ボール部と、から成るボールスタッドを有するボールジョイント。
前記第１部材は、該第１部材から延び出すスタッド部と、該スタッド部の延び出した先端に形成された前記ボール部と、から成るボールスタッドを有するボールジョイント。
【請求項4】
請求項２又は請求項３に記載のボールジョイントであって、
前記連結部材が、前記ボール部を備える前記第１部材とされ、前記接地部材が、前記ボールリテーナを備える前記第２部材とされ、
前記ボールリテーナが、該ボールリテーナの膨出する前記接地部材の天板面より低い位置に前記ボール部の受け面を有するボールジョイント。
前記連結部材が、前記ボール部を備える前記第１部材とされ、前記接地部材が、前記ボールリテーナを備える前記第２部材とされ、
前記ボールリテーナが、該ボールリテーナの膨出する前記接地部材の天板面より低い位置に前記ボール部の受け面を有するボールジョイント。
【請求項5】
請求項２又は請求項３に記載のボールジョイントであって、
前記接地部材は、その前記接地面側の周縁に、該周縁に沿って面取りされる接地側面取り部を有するボールジョイント。
前記接地部材は、その前記接地面側の周縁に、該周縁に沿って面取りされる接地側面取り部を有するボールジョイント。
【請求項6】
請求項２又は請求項３に記載のボールジョイントであって、
前記連結部材は、その前記接地部材と対向する面の周縁に、該周縁に沿って面取りされる対向側面取り部を有するボールジョイント。
前記連結部材は、その前記接地部材と対向する面の周縁に、該周縁に沿って面取りされる対向側面取り部を有するボールジョイント。
【請求項7】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のボールジョイントであって、
前記弾性体は、前記ボール部の周囲の複数箇所に周方向に均等に配置される引張ばねとされるボールジョイント。
前記弾性体は、前記ボール部の周囲の複数箇所に周方向に均等に配置される引張ばねとされるボールジョイント。
【請求項8】
請求項２又は請求項３に記載のボールジョイントであって、
前記接地部材の前記接地面への接地を検知するセンサを更に有するボールジョイント。
前記接地部材の前記接地面への接地を検知するセンサを更に有するボールジョイント。
【請求項9】
請求項８に記載のボールジョイントであって、
前記センサは、前記接地部材の接地により前記接地面から前記接地部材に掛けられる垂直抗力を検知する圧力センサとされるボールジョイント。
前記センサは、前記接地部材の接地により前記接地面から前記接地部材に掛けられる垂直抗力を検知する圧力センサとされるボールジョイント。
【請求項10】
請求項９に記載のボールジョイントであって、
前記ボール部が、前記所定位置において前記弾性体を介して前記ボールリテーナに対して非当接状態で保持されるように組み付けられて、前記接地部材の接地時に前記ボールリテーナに当接するように押し付けられるボールジョイント。
前記ボール部が、前記所定位置において前記弾性体を介して前記ボールリテーナに対して非当接状態で保持されるように組み付けられて、前記接地部材の接地時に前記ボールリテーナに当接するように押し付けられるボールジョイント。
【請求項11】
請求項１０に記載のボールジョイントであって、
前記圧力センサは、前記ボールリテーナの受け面の裏側に設けられるセンサ本体と、該センサ本体から突き出る突出部であって前記ボールリテーナのピン貫通孔を通って前記受け面から突出する前記突出部と、を有し、
前記ボールリテーナに押し付けられた前記ボール部により前記突出部が押し込まれることで、前記圧力センサが、前記突出部の押し込み量によって前記接地面から前記接地部材にかかる垂直抗力の大きさを測定するボールジョイント。
前記圧力センサは、前記ボールリテーナの受け面の裏側に設けられるセンサ本体と、該センサ本体から突き出る突出部であって前記ボールリテーナのピン貫通孔を通って前記受け面から突出する前記突出部と、を有し、
前記ボールリテーナに押し付けられた前記ボール部により前記突出部が押し込まれることで、前記圧力センサが、前記突出部の押し込み量によって前記接地面から前記接地部材にかかる垂直抗力の大きさを測定するボールジョイント。
【請求項12】
請求項１０に記載のボールジョイントであって、
前記弾性体は、前記ボール部の回転中心を取り巻くように螺旋状に延びて、各側の端部が前記連結部材と前記接地部材とに剛接合される一本の圧縮コイルばねとされるボールジョイント。
前記弾性体は、前記ボール部の回転中心を取り巻くように螺旋状に延びて、各側の端部が前記連結部材と前記接地部材とに剛接合される一本の圧縮コイルばねとされるボールジョイント。
【請求項13】
請求項１０に記載のボールジョイントであって、
前記ボール部が、前記非当接状態において、前記ボールリテーナの凹部領域に入り込むように保持されるボールジョイント。
前記ボール部が、前記非当接状態において、前記ボールリテーナの凹部領域に入り込むように保持されるボールジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ボールジョイントに関する。詳しくは、球状のボール部と、ボール部に対して球面に沿って摺動可能なように組み付けられるボールリテーナと、を有するボールジョイントに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、二部材を互いに揺動自在なように繋ぎ合わせるボールジョイントが開示されている。具体的には、ボールジョイントは、二部材のうちの一方に設けられるボールスタッドと、他方に設けられてボールスタッドのボール部に摺動可能なように嵌合されるボールリテーナと、を備える構成とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２０／０７１０３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載のボールジョイントでは、ボールリテーナをボール部に対して半球面よりも広い領域に亘って嵌合させることで、二部材を揺動自在に繋ぎ合わせている。そのため、ボールリテーナの開口範囲が狭く、この範囲内で揺動するボールスタッドの可動範囲が狭くなっている。しかし、ボールスタッドの可動範囲を広げるためにスタッド部の径を細くするとボールスタッドの構造強度が低下してしまう。そこで、本発明は、構造強度を低下させることなく可動範囲を広げることが可能なボールジョイントを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明のボールジョイントは次の手段をとる。
【0006】
すなわち、本発明のボールジョイントは、球状のボール部を一体に備える第１部材と、ボール部に対し球面に沿って摺動可能なように組み付けられるボールリテーナを一体に備える第２部材と、を有する。ボールジョイントは、更に、第１部材を第２部材に対して所定位置に弾性的に保持する弾性体を有する。ボール部が、所定位置において弾性体を介してボールリテーナに対して当接状態又は非当接状態で弾性的に保持されるように組み付けられる。ボールリテーナが、ボール部との当接時には半球面よりも狭い領域に抜け止め力を作用させない非嵌装状態で当接する。
【0007】
上記構成によれば、弾性体により、ボール部をボールリテーナに対して所定位置に弾性的に保持した状態に組み付けることができる。ボールリテーナは、ボール部に当接した際、その半球面よりも狭い領域に浅く嵌合する。このため、第１部材におけるボール部の支持径を太くした構造強度の高い構成にしても、ボールリテーナのボール部に対する可動範囲を広く確保することができる。
【0008】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。第１部材及び第２部材のうちの一方の部材が、接地面上を移動するように動かされる脚部の先に連結される連結部材とされ、他方の部材が、脚部の動作により接地面に対して斜めの角度で接地したり離地したりする接地部材とされる。
【0009】
上記構成によれば、可動範囲の広いボールジョイントにより、脚部を接地面に対して斜めの角度から適切に着地させたり、斜めの角度に適切に離地させたりすることができる。
【0010】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。第１部材は、第１部材から延び出すスタッド部と、スタッド部の延び出した先端に形成されたボール部と、から成るボールスタッドを有する。
【0011】
上記構成によれば、ボールスタッドにより第１部材と第２部材との間隔を広げられる。そのため、第１部材の第２部材に対する可動範囲をより広げることができる。
【0012】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。連結部材が、ボール部を備える第１部材とされ、接地部材が、ボールリテーナを備える第２部材とされる。ボールリテーナが、ボールリテーナの膨出する接地部材の天板面より低い位置にボール部の受け面を有する。
【0013】
上記構成によれば、接地部材の接地後に脚部がボール部の球の中心周りに揺動する際の回転中心を下げることができる。したがって、脚部の揺動を安定させることができる。
【0014】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。接地部材は、その接地面側の周縁に、周縁に沿って面取りされる接地側面取り部を有する。
【0015】
上記構成によれば、接地部材が接地面に斜めに当たって倒れ込む際や、接地面から斜めに起こされる際の接地部材の回転半径をより小さくすることができる。
【0016】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。連結部材は、その接地部材と対向する面の周縁に、周縁に沿って面取りされる対向側面取り部を有する。
【0017】
上記構成によれば、連結部材が接地部材に対して傾動する際に、連結部材の接地部材と対向する面の周縁が接地面と当たりにくくなる。そのため、連結部材の接地部材に対する傾動の可動範囲をより広げることができる。
【0018】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。弾性体は、ボール部の周囲の複数箇所に周方向に均等に配置される引張ばねとされる。
【0019】
上記構成によれば、複数の引張ばねにより、第１部材と第２部材とを所定位置に適切に保持することができる。また、ボールリテーナをボール部から離間させることなく適切に当接させた状態に保持することができる。
【0020】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。接地部材の接地面への接地を検知するセンサを更に有する。上記構成によれば、センサの検知信号を用いて接地部材の接地の判定が可能になる。
【0021】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。センサは、接地部材の接地により接地面から接地部材に掛けられる垂直抗力を検知する圧力センサとされる。上記構成によれば、接地面への接地により接地部材に過剰な負荷が掛けられているか否かの判定が可能になる。
【0022】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。ボール部が、所定位置において弾性体を介してボールリテーナに対して非当接状態で保持されるように組み付けられて、接地部材の接地時にボールリテーナに当接するように押し付けられる。上記構成によれば、接地部材が接地面に当てられた際のボールリテーナのボール部に対する可動範囲をより広げやすくなる。
【0023】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。圧力センサは、ボールリテーナの受け面の裏側に設けられるセンサ本体と、センサ本体から突き出る突出部であってボールリテーナのピン貫通孔を通って受け面から突出する突出部と、を有する。ボールリテーナに押し付けられたボール部により突出部が押し込まれることで、圧力センサが、突出部の押し込み量によって接地面から接地部材にかかる垂直抗力の大きさを測定する。
【0024】
上記構成によれば、非当接状態のボール部が接地部材の接地に伴いボールリテーナに当接するように押し付けられることで、圧力センサの突出部がボール部によって押し込まれる。これにより、接地部材が接地面を押す力を圧力センサが検知することで、その反力である接地面から接地部材に掛けられる垂直抗力を合理的に検知することができる。
【0025】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。弾性体は、ボール部の回転中心を取り巻くように螺旋状に延びて、各側の端部が連結部材と接地部材とに剛接合される一本の圧縮コイルばねとされる。上記構成によれば、一本の圧縮コイルばねにより、連結部材と接地部材とを所定位置に弾性的に保持させることができる。また、ボール部をボールリテーナに対して非当接状態で組み付けるように保持させることができる。
【0026】
また、本発明のボールジョイントは、更に次のように構成されていても良い。ボール部が、非当接状態において、ボールリテーナの凹部領域に入り込むように保持される。上記構成によれば、接地部材の接地時にボール部がボールリテーナに対して適切に嵌合するように外れにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】第１の実施形態に係るボールジョイントが適用されるロボットの斜視図である。
【図2】ボールジョイントの斜視図である。
【図3】ボールジョイントを連結部材側から見た分解斜視図である。
【図4】ボールジョイントを接地部材側から見た分解斜視図である。
【図5】連結部材単体の底面図である。
【図6】接地部材単体の平面図である。
【図7】ボールジョイントの側面図である。
【図8】ボールジョイントの平面図である。
【図10】ボールジョイントがフロアに対し進行方向に斜めに接近する状態を表す側面図である。
【図11】接地部材がフロアに対し進行方向に斜めに着地した状態を表す側面図である。
【図12】接地部材がフロアに倒れ込んだ状態を表す側面図である。
【図13】接地部材が接地した状態で連結部材が進行方向に揺動する状態を表す側面図である。
【図14】接地部材がフロアに対し進行方向に斜めに起こされた状態を表す側面図である。
【図15】ボールジョイントがフロアから進行方向に斜めに離間する状態を表す側面図である。
【図16】第２の実施形態に係るボールジョイントの斜視図である。
【図17】ボールジョイントを連結部材側から見た分解斜視図である。
【図18】ボールジョイントを接地部材側から見た分解斜視図である。
【図19】ボールジョイントの側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明を実施するための形態を、図１－２０を用いて説明する。以下の説明において、前後上下左右等の各方向を示す場合には、各図中に示されたそれぞれの方向を指すものとする。
【0029】
＜第１の実施形態＞
始めに、本発明の第１の実施形態に係るボールジョイント１の構成について説明する。本実施形態に係るボールジョイント１は、図１に示すように、フロアＦ上を自律走行するロボットＲの各脚部ＲＬの先端に取り付けられている。上記ロボットＲは、その本体部の左右３箇所ずつに計６本の脚部ＲＬを備えた構成とされる。
始めに、本発明の第１の実施形態に係るボールジョイント１の構成について説明する。本実施形態に係るボールジョイント１は、図１に示すように、フロアＦ上を自律走行するロボットＲの各脚部ＲＬの先端に取り付けられている。上記ロボットＲは、その本体部の左右３箇所ずつに計６本の脚部ＲＬを備えた構成とされる。
【0030】
上記ロボットＲは、外部からの指令により各脚部ＲＬを個別に動作させて、フロアＦ上を前後左右に自由に移動することができる構成とされる。具体的には、ロボットＲは、各脚部ＲＬを次のようにフロアＦ上に着地させたり離地させたりして、フロアＦ上を移動するようになっている。なお、以下では、説明の便宜上、各脚部ＲＬのうちの１本の動きについて代表して説明することとする。
【0031】
すなわち、先ず、脚部ＲＬは、ロボットＲが例えば前方に進行する動作により、図１０に示すように、フロアＦ上から浮いた位置で、その先端が進行方向に斜めに投げ出される形に動かされる。次いで、図１１に示すように、脚部ＲＬは、フロアＦ上に上記斜めの姿勢のまま下ろされて着地する。そして、図１２に示すように、脚部ＲＬは、上記フロアＦ上に着地する力により、その先端に取り付けられたボールジョイント１をフロアＦ上に倒伏させる形に傾動させて、ボールジョイント１の底面をフロアＦ上に面当接させた接地状態にする。
【0032】
そしてそこから、図１３に示すように、脚部ＲＬは、上記フロアＦ上に接地されたボールジョイント１を支点に、進行方向に前傾する形となるように揺動される。その後、図１４に示すように、脚部ＲＬは、進行方向に前傾した斜めの姿勢のまま、フロアＦ上から引き上げられる。それにより、脚部ＲＬは、その先端のボールジョイント１をフロアＦ上から起こし上げながら、図１５に示すように、フロアＦ上から引き上げられる。
【0033】
上記の一連の動作により、脚部ＲＬは、フロアＦ上を進行方向に移動するように動かされる。本実施形態に係るボールジョイント１は、上記のような動作を行う脚部ＲＬの先端に取り付けられることで、脚部ＲＬのフロアＦに対する着地・揺動・離地の各動作を妨げることなく、脚部ＲＬのフロアＦとの接地時の面積を広く確保して滑りを生じさせにくくすることができる。
【0034】
以下、ボールジョイント１の具体的な構成について説明する。ボールジョイント１は、図２に示すように、脚部ＲＬの先に連結される連結部材２と、連結部材２に対して傾動可能に組み付けられる接地部材３と、を有する。また、ボールジョイント１は、図３に示すように、連結部材２と接地部材３との間に掛けられた３本の引張ばね４を有する。ここで、各引張ばね４が、本発明の「弾性体」に相当する。また、フロアＦが、本発明の「接地面」に相当する。
【0035】
連結部材２は、図９に示すように、球状のボール部２２Ａを先端に備えるボールスタッド２２を一体に有する。接地部材３は、ボール部２２Ａに対し球面に沿って摺動可能なように組み付けられるボールリテーナ３２を一体に有する。ボールリテーナ３２は、凹湾曲面形状の受け面を備えている。ボールリテーナ３２のボール部２２Ａに対する組み付けにより、接地部材３は連結部材２に対して傾動可能なように構成される。なお、接地部材３の連結部材２に対する傾動は、ボール部２２Ａの球の中心を回転中心Ｃとして行われる。ここで、連結部材２が、本発明の「第１部材」に相当する。また、接地部材３が、本発明の「第２部材」に相当する。
【0036】
上記により、ボールジョイント１は、図１２に示すように、脚部ＲＬがフロアＦに対して斜めの角度で着地する際に、接地部材３を連結部材２に対して傾動させる。これにより、ボールジョイント１は、接地部材３をフロアＦ上に倒伏させて面当接させた状態に接地させることができる。また、ボールジョイント１は、図１３に示すように、連結部材２を、フロアＦに接地された接地部材３に対して揺動させることができる。また、ボールジョイント１は、図１４に示すように、脚部ＲＬがフロアＦから斜めの角度で離地する際に、接地部材３をフロアＦに対して斜めに起こすように離地させることができる。
【0037】
ボールリテーナ３２は、図９に示すように、ボール部２２Ａに対して半球面よりも狭い領域に浅く嵌合する構成とされる。このため、ボールリテーナ３２のボール部２２Ａの球面に沿った可動範囲が広くなっている。これにより、ボールリテーナ３２は、ボールスタッド２２が直径の太い強固な構成とされても、接地部材３を連結部材２に対して広い範囲で傾動させることができる。
【0038】
一方で、ボールリテーナ３２は、ボール部２２Ａに対して浅く嵌合することで、ボール部２２Ａから離間することを防止する抜け止め力を作用させない構成とされる。しかし、ボールリテーナ３２は、前出の各引張ばね４により、ボール部２２Ａに対して当接された状態に保持されるようになっている。詳しくは、各引張ばね４は、連結部材２と接地部材３との間に引っ張り力を作用させることで、連結部材２と接地部材３とを互いに組み付ける。これにより、各引張ばね４は、ボールリテーナ３２をボール部２２Ａから離間させることなく当接させた状態に保持するようになっている。
【0039】
各引張ばね４は、ボール部２２Ａの周囲に周方向に均等に並ぶように配置される。これにより、各引張ばね４は、接地部材３が連結部材２に対していずれの方向に傾動しても、ボールリテーナ３２をボール部２２Ａから離間させることなく当接させた状態に保持するようになっている。
【0040】
＜連結部材２＞
以下に、上記ボールジョイント１の各構成について詳しく説明する。連結部材２は、図３及び図４に示すように、円板状に形成された連結側円板部２１と、連結側円板部２１の底面の中央部から下方に延び出す前出のボールスタッド２２と、連結側円板部２１の天板面から上方に延び出す締結ねじ２３と、を有する。連結部材２は、図２に示すように、締結ねじ２３が脚部ＲＬに締結されることで、脚部ＲＬと連結される。また、連結部材２は、図５に示すように、ボールスタッド２２の周囲に周方向に均等に並ぶように配置される３つの連結側係止部２４を有する。各連結側係止部２４には、前出の各引張ばね４の一端がそれぞれ係止されるようになっている。
以下に、上記ボールジョイント１の各構成について詳しく説明する。連結部材２は、図３及び図４に示すように、円板状に形成された連結側円板部２１と、連結側円板部２１の底面の中央部から下方に延び出す前出のボールスタッド２２と、連結側円板部２１の天板面から上方に延び出す締結ねじ２３と、を有する。連結部材２は、図２に示すように、締結ねじ２３が脚部ＲＬに締結されることで、脚部ＲＬと連結される。また、連結部材２は、図５に示すように、ボールスタッド２２の周囲に周方向に均等に並ぶように配置される３つの連結側係止部２４を有する。各連結側係止部２４には、前出の各引張ばね４の一端がそれぞれ係止されるようになっている。
【0041】
ボールスタッド２２は、連結部材２の底面の中央部から下方に円錐状に延びるスタッド部２２Ｂと、スタッド部２２Ｂの延び出た先端部に形成される前出のボール部２２Ａと、を有する。スタッド部２２Ｂは、円錐状に延びることで、その基端部が太く形成されて構造強度を確保しやすくなる。また、スタッド部２２Ｂは、その先細りとなる先端部の直径がボール部２２Ａの球の直径よりも小さくなっている。このため、ボールスタッド２２は、ボール部２２Ａとスタッド部２２Ｂとの接続部に形成されたくびれ部２２Ｃを有する。くびれ部２２Ｃにより、ボールリテーナ３２が、ボール部２２Ａに対し球面に沿って摺動する際に、スタッド部２２Ｂに干渉しにくくなる。これにより、ボールリテーナ３２の可動範囲がより広くなっている。
【0042】
スタッド部２２Ｂにより、ボール部２２Ａは、図７に示すように、連結部材２と接地部材３とが互いに組み付けられた状態では、連結部材２よりも接地部材３に近づく位置に配置される。このため、ボール部２２ＡをフロアＦに近づけることで、回転中心ＣをフロアＦに近い位置まで下げることができる。したがって、図１３に示すように、連結部材２が、接地部材３がフロアＦに接地された状態で、接地部材３に対して揺動する動きを安定させることができる。
【0043】
連結側円板部２１は、図３に示すように、その周縁から周方向の全域に亘って下方に張り出す張出部２１Ａと、張出部２１Ａの外周縁が周方向の全域に亘って面取りされた対向側面取り部２１Ｂと、を有する。連結側円板部２１は、図７に示すように、その縦断面が張出部２１Ａにより下方に開口する断面Ｕ字状の形に形成される。張出部２１Ａは、ボールスタッド２２の基端部と各連結側係止部２４とを径方向の外側から覆う構成とされる。
【0044】
連結側円板部２１は、図１３に示すように、フロアＦに接地した接地部材３のボールリテーナ３２を支点にして揺動する際に、その周縁の対向側面取り部２１ＢによってフロアＦと当たりにくくなっている。すなわち、対向側面取り部２１Ｂが形成されることで、連結側円板部２１の揺動の可動範囲がより広くなっている。また、連結側円板部２１は、接地部材３よりも径方向に一回り大きく形成されている。このため、連結側円板部２１は、上記のように揺動した際に接地部材３と干渉しないようになっている。
【0045】
連結部材２は、その連結側円板部２１の周縁に張出部２１Ａが形成されていることにより、接地部材３に対して大きく傾けられても、各連結側係止部２４や各引張ばね４を接地部材３やフロアＦに衝突させたり強く干渉させたりしないようになっている。具体的には、連結部材２は、接地部材３に対して大きく傾けられることにより、張出部２１ＡがフロアＦと当接する。しかし、張出部２１ＡがフロアＦと当接しても、各連結側係止部２４とフロアＦとの間には隙間が形成される。また、各引張ばね４のうち、傾動方向に先行する引張ばね４は、接地部材３と僅かに干渉することはあっても、張出部２１ＡがフロアＦと当接することで、接地部材３に強く干渉する位置までは押し付けられない。
【0046】
＜接地部材３＞
接地部材３は、図３及び図４に示すように、円板状に形成された接地側円板部３１と、接地側円板部３１の天板面上の中央から膨出する形に形成された前出のボールリテーナ３２と、ボールリテーナ３２の周囲に周方向に均等に並ぶように配置される３つの接地側係止部３３と、を有する。各接地側係止部３３には、前出の各引張ばね４の他端がそれぞれ係止されるようになっている。
接地部材３は、図３及び図４に示すように、円板状に形成された接地側円板部３１と、接地側円板部３１の天板面上の中央から膨出する形に形成された前出のボールリテーナ３２と、ボールリテーナ３２の周囲に周方向に均等に並ぶように配置される３つの接地側係止部３３と、を有する。各接地側係止部３３には、前出の各引張ばね４の他端がそれぞれ係止されるようになっている。
【0047】
接地側円板部３１は、その底面の外周縁に周方向の全域に亘って面取りされる接地側面取り部３１Ａを有する。このため、接地側面取り部３１Ａの分だけ、接地側円板部３１の底面の直径を短くすることができる。このため、図１２に示すように、接地側円板部３１がフロアＦに倒伏される際の回転半径をより小さくすることができる。接地側面取り部３１Ａは周方向の全域に亘って面取りされるため、図１４に示すように、接地側円板部３１がフロアＦから斜めに起こされる際にも、接地側円板部３１の回転半径をより小さくすることができる。接地側円板部３１は、接地側面取り部３１Ａを有しない場合と比べて、フロアＦに対してより早く離地することができる。
【0048】
ボールリテーナ３２は、その凹湾曲面形状の受け面が、接地側円板部３１の天板面より低い位置に形成される。このため、図１３に示すように、連結部材２が、フロアＦに接地された接地部材３に対して揺動する際に、ボール部２２Ａを可能な限りフロアＦに対して近づけることができる。これにより、連結部材２の揺動の動きをより安定させることができる。
【0049】
＜引張ばね４＞
各引張ばね４は、いずれも同じばね力を有する同一部材とされる。各引張ばね４の一端は、前出の各連結側係止部２４により、連結側円板部２１の中心の周りに周方向に均等に配置されるように係止される。このため、各引張ばね４の引っ張り力が、連結側円板部２１の中心の周りに均等にかけられる。また、各引張ばね４の他端は、前出の各接地側係止部３３により、接地側係止部３３の中心の周りに周方向に均等に配置されるように係止される。このため、各引張ばね４の引っ張り力が、接地側円板部３１の中心の周りに均等に掛けられる。これらにより、連結側円板部２１と接地側円板部３１とは、各引張ばね４によって初期状態では互いに平行に対向するように組み付けられる。
各引張ばね４は、いずれも同じばね力を有する同一部材とされる。各引張ばね４の一端は、前出の各連結側係止部２４により、連結側円板部２１の中心の周りに周方向に均等に配置されるように係止される。このため、各引張ばね４の引っ張り力が、連結側円板部２１の中心の周りに均等にかけられる。また、各引張ばね４の他端は、前出の各接地側係止部３３により、接地側係止部３３の中心の周りに周方向に均等に配置されるように係止される。このため、各引張ばね４の引っ張り力が、接地側円板部３１の中心の周りに均等に掛けられる。これらにより、連結側円板部２１と接地側円板部３１とは、各引張ばね４によって初期状態では互いに平行に対向するように組み付けられる。
【0050】
上記ボールジョイント１は、接地側円板部３１が連結側円板部２１に対していずれかの方向に傾動されることで、連結側円板部２１と接地側円板部３１との間隔が部分的に大きくなるように開かれる（図１２－１３参照）。この開かれた部位間に掛けられた引張ばね４は、当該部位の開きに伴ってより伸ばされた状態となる。このため、伸ばされた引張ばね４が、上記開かれた部位間の間隔を狭める方向により強い引っ張り力を作用させる。上記引っ張り力により、連結側円板部２１と接地側円板部３１とは、互いに平行に対向する位置（所定位置）に保持されるようになっている。
【0051】
また、各引張ばね４は、図７に示すように、接地部材３側から連結部材２側に向かって径方向の外側に向かって斜め上がりに延び出す構成とされる。これにより、各引張ばね４の各連結側係止部２４に係止される一端は、回転中心Ｃからより径方向に遠い位置に配置される。このため、接地部材３が連結部材２に対して傾動した際に、各引張ばね４の連結部材２に掛けられる引っ張り力をより強く作用させることができる。また、図１３に示すように、各接地部材３が連結部材２の傾動により傾動方向に大きく傾けられたとしても、連結部材２と接地部材３との間で傾けられる後続する引張ばね４が、回転中心Ｃを越えてターンオーバーすることがない。すなわち、上記引張ばね４の連結側係止部２４に対する連結点と接地側係止部３３に対する連結点とを結ぶ線分が、初期状態時に径方向の外側に斜め上がりに延び出す形となることから、連結部材２が大きく傾けられたとしても、上記線分が回転中心Ｃを跨いで傾けられることがない。従って、各引張ばね４の引っ張り力の合力が、常に、ボール部２２Ａをボールリテーナ３２の受け面に押し付ける力として作用しやすい。すなわち、各引張ばね４の引っ張り力の合力が、ボール部２２Ａをボールリテーナ３２の受け面から引き離すようにターンオーバーすることがない。
【0052】
＜ボールジョイント１の動作＞
以下では、上述したボールジョイント１の構成に基づいて、上述した脚部ＲＬの動作に伴うボールジョイント１の一連の動作について説明する。なお、初期状態として、図１０に示すように、脚部ＲＬがフロアＦから浮いた状態となっているものとする。そのため、ボールジョイント１の連結部材２と接地部材３とは、フロアＦから浮いた位置で互いに平行に対向する。接地部材３は、フロアＦに対して斜めの角度を向いている。
以下では、上述したボールジョイント１の構成に基づいて、上述した脚部ＲＬの動作に伴うボールジョイント１の一連の動作について説明する。なお、初期状態として、図１０に示すように、脚部ＲＬがフロアＦから浮いた状態となっているものとする。そのため、ボールジョイント１の連結部材２と接地部材３とは、フロアＦから浮いた位置で互いに平行に対向する。接地部材３は、フロアＦに対して斜めの角度を向いている。
【0053】
先ず、脚部ＲＬが、図１１に示すように、ロボットＲの前方への進行により、進行方向に斜めに投げ出される形に動かされ
る。これにより、接地部材３が、その接地側面取り部３１ＡがフロアＦに当接するように、フロアＦに対して斜めに接地される。そこから、脚部ＲＬが、進行方向に対して斜めの角度で更に動かされる。すると、図１２に示すように、接地部材３が、脚部ＲＬのフロアＦに着地する力により、フロアＦに向かって倒伏される形に傾動される。これにより、接地部材３が、その底面をフロアＦに面当接される形に接地される。
る。これにより、接地部材３が、その接地側面取り部３１ＡがフロアＦに当接するように、フロアＦに対して斜めに接地される。そこから、脚部ＲＬが、進行方向に対して斜めの角度で更に動かされる。すると、図１２に示すように、接地部材３が、脚部ＲＬのフロアＦに着地する力により、フロアＦに向かって倒伏される形に傾動される。これにより、接地部材３が、その底面をフロアＦに面当接される形に接地される。
【0054】
次に、図１３に示すように、脚部ＲＬが、接地部材３がフロアＦに接地された状態で、進行方向に前傾する形となるように動かされる。これにより、連結部材２が、ボール部２２Ａを支持するボールリテーナ３２を支点として、接地部材３に対して進行方向に揺動される。
【0055】
そして、脚部ＲＬが、図１４に示すように、進行方向に前傾した斜めの姿勢のまま、進行方向に斜めに引き上げられる。これにより、接地部材３は、連結部材２との間で伸ばされた引張ばね４の強い引っ張り力により、フロアＦに対して斜めに起こし上げられる。そこから、脚部ＲＬが、図１５に示すように、フロアＦから斜めの角度で離間されるように、進行方向に斜めに引き上げられる。これにより、接地部材３が、フロアＦに対して斜めの角度で離地される。離地された接地部材３は、各引張ばね４の引っ張り力により、連結部材２に対して平行に対向するように保持される。
【0056】
以上をまとめると、第１の実施形態に係るボールジョイント１は、次のような構成とされている。なお、以下において、括弧書きで示す符号は、上記実施形態で示した各構成に対応する符号である。
【0057】
すなわち、第１の実施形態に係るボールジョイント（１）は、球状のボール部（２２Ａ）を一体に備える第１部材（２）と、ボール部（２２Ａ）に対し球面に沿って摺動可能なように組み付けられるボールリテーナ（３２）を一体に備える第２部材（３）と、を有する。ボールジョイント（１）は、更に、第１部材（２）を第２部材（３）に対して所定位置に弾性的に保持する弾性体（４）を有する。ボール部（２２Ａ）が、所定位置において弾性体（４）を介してボールリテーナ（３２）に対して当接状態又は非当接状態で弾性的に保持されるように組み付けられる。ボールリテーナ（３２）が、ボール部（２２Ａ）との当接時には半球面よりも狭い領域に抜け止め力を作用させない非嵌装状態で当接する。
【0058】
このような構成となっていることにより、弾性体（４）により、ボール部（２２Ａ）をボールリテーナ（３２）に対して所定位置に弾性的に保持した状態に組み付けることができる。ボールリテーナ（３２）は、ボール部（２２Ａ）に当接した際、その半球面よりも狭い領域に浅く嵌合する。このため、第１部材におけるボール部（２２Ａ）の支持径を太くした構造強度の高い構成にしても、ボールリテーナ（３２）のボール部（２２Ａ）に対する可動範囲を広く確保することができる。
【0059】
また、第１部材（２）及び第２部材（３）のうちの一方の部材が、接地面（Ｆ）上を移動するように動かされる脚部（ＲＬ）の先に連結される連結部材（２）とされ、他方の部材が、脚部（ＲＬ）の動作により接地面（Ｆ）に対して斜めの角度で接地したり離地したりする接地部材（３）とされる。
【0060】
このような構成となっていることにより、可動範囲の広いボールジョイント（１）により、脚部（ＲＬ）を接地面（Ｆ）に対して斜めの角度から適切に着地させたり、斜めの角度に適切に離地させたりすることができる。
【0061】
また、第１部材（２）は、第１部材（２）から延び出すスタッド部（２２Ｂ）と、スタッド部（２２Ｂ）の延び出した先端に形成されたボール部（２２Ａ）と、から成るボールスタッド（２２）を有する。
【0062】
このような構成となっていることにより、ボールスタッド（２２）により第１部材（２）と第２部材（３）との間隔を広げられる。そのため、第１部材（２）の第２部材（３）に対する可動範囲をより広げることができる。
【0063】
また、連結部材（２）が、ボール部（２２Ａ）を備える第１部材（２）とされ、接地部材（３）が、ボールリテーナ（３２）を備える第２部材（３）とされる。ボールリテーナ（３２）が、ボールリテーナ（３２）の膨出する接地部材（３）の天板面より低い位置にボール部（２２Ａ）の受け面を有する。
【0064】
このような構成となっていることにより、接地部材（３）の接地後に脚部（ＲＬ）がボール部（２２Ａ）の球の中心周りに揺動する際の回転中心（Ｃ）を下げることができる。したがって、脚部（ＲＬ）の揺動を安定させることができる。
【0065】
また、接地部材（３）は、その接地面（Ｆ）側の周縁に、周縁に沿って面取りされる接地側面取り部（３１Ａ）を有する。
【0066】
このような構成となっていることにより、接地部材（３）が接地面（Ｆ）に斜めに当たって倒れ込む際や、接地面（Ｆ）から斜めに起こされる際の接地部材（３）の回転半径をより小さくすることができる。
【0067】
また、連結部材（２）は、その接地部材（３）と対向する面の周縁に、周縁に沿って面取りされる対向側面取り部（２１Ｂ）を有する。
【0068】
このような構成となっていることにより、連結部材（２）が接地部材（３）に対して傾動する際に、連結部材（２）の接地部材（３）と対向する面の周縁が接地面（Ｆ）と当たりにくくなる。そのため、連結部材（２）の接地部材（３）に対する傾動の可動範囲をより広げることができる。
【0069】
また、弾性体（４）は、ボール部（２２Ａ）の周囲の複数箇所に周方向に均等に配置される引張ばね（４）とされる。
【0070】
このような構成となっていることにより、複数の引張ばね（４）により、第１部材（２）と第２部材（３）とを所定位置に適切に保持することができる。また、ボールリテーナ（３２）をボール部（２２Ａ）から離間させることなく適切に当接させた状態に保持することができる。
【0071】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態に係るボールジョイント１０１の構成について、図１６－２０を用いて説明する。本実施形態に係るボールジョイント１０１も、第１の実施形態に係るボールジョイント１と同様、ロボットＲの各脚部ＲＬの先端に取り付けられて各脚部ＲＬに対して傾動可能とされる支持部材である。なお、第１の実施形態で示した構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略することとする。
続いて、本発明の第２の実施形態に係るボールジョイント１０１の構成について、図１６－２０を用いて説明する。本実施形態に係るボールジョイント１０１も、第１の実施形態に係るボールジョイント１と同様、ロボットＲの各脚部ＲＬの先端に取り付けられて各脚部ＲＬに対して傾動可能とされる支持部材である。なお、第１の実施形態で示した構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略することとする。
【0072】
図１６に示すように、ボールジョイント１０１は脚部ＲＬの先に取り付けられる連結部材１０２と、連結部材１０２に対して傾動可能に組み付けられる接地部材１０３と、連結部材１０２と接地部材１０３との間に掛けられる一本の圧縮コイルばね１０４と、を有する。連結部材１０２と接地部材１０３とは圧縮コイルばね１０４の弾性力により互いに所定位置に保持されるように組み付けられる。
【0073】
図１６に示すように、圧縮コイルばね１０４は、ボール部２２Ａの回転中心を取り巻くように螺旋状に延びている。また圧縮コイルばね１０４は、その一端が連結部材１０２に剛接合される。また圧縮コイルばね１０４は、その他端が接地部材１０３に剛接合される。これらにより、圧縮コイルばね１０４の弾性力がボール部２２Ａの中心の周りに均等に掛けられる。上記圧縮コイルばね１０４の組み付けにより、連結側円板部２１と接地側円板部３１とは、初期状態では互いに平行に対向する位置（所定位置）に弾性的に保持される。ここで、圧縮コイルばね１０４が本発明の「弾性体」に相当する。
【0074】
図１９に示すように、ボール部２２Ａは、脚部ＲＬがフロアＦから離地してボールジョイント１０１に外力が掛からない状態（自然状態）では、圧縮コイルばね１０４の弾性力によりボールリテーナ３２の受け面に対して接触しない程度に浮いたまま保持される。詳しくは、所定位置において、ボール部２２Ａはボールリテーナ３２の受け面から浮きながら、ボール部２２Ａの下部がボールリテーナ３２の凹部領域に入り込んだ状態に弾性的に保持される。
【0075】
図２０に示すように、接地部材１０３のフロアＦ上への接地に伴い、ボール部２２Ａはボールリテーナ３２に当接する。上記所定位置におけるボール部２２Ａの保持により、ボール部２２Ａがボールリテーナ３２から外れることなくボールリテーナ３２に適切に当接するようになっている。この当接により、ボールリテーナ３２はボール部２２Ａに半球面よりも狭い領域に浅く嵌合する。これにより、ボールリテーナ３２はボール部２２Ａに対して抜け止め力を作用させないようになっている。
【0076】
またボールジョイント１０１は、図１６及び図１９に示すように、接地部材１０３の内部に設けられる圧力センサ５を有する。圧力センサ５は、ボールリテーナ３２の受け面の裏側に配置されるセンサ部５１と、センサ部５１が接続される基板部５２と、端子部５３と、を有する。センサ部５１は、センサ本体５１Ｂと、センサ本体５１Ｂから突き出る突出部５１Ａと、を有する。突出部５１Ａは、センサ本体５１Ｂのゴム状部がセンサ本体５１Ｂ内部に設けられたピンに内側から押圧されて成る。突出部５１Ａは、ボールリテーナ３２の底部に開口するピン貫通孔３２Ａからボール部２２Ａに向かって膨らむように突き出している。また突出部５１Ａはセンサ本体５１Ｂに向かって押込み可能な構成とされる。センサ部５１は、突出部５１Ａの押し込み量によってセンサ部５１に掛けられた力の大きさを測定することができる。ここで、圧力センサ５が本発明の「センサ」に相当する。
【0077】
図２０に示すように、突出部５１Ａは、接地部材１０３の接地に伴いボールリテーナ３２に嵌合したボール部２２Ａによってボールリテーナ３２の内部に押し込まれるようになっている。これによりセンサ部５１は、ボール部２２Ａがボールリテーナ３２を押す力の大きさを測定する。すなわちセンサ部５１は、接地部材１０３からフロアＦに掛けられる力の大きさを測定可能であり、その反力であるフロアＦから接地部材１０３に掛けられる垂直抗力の大きさを測定することができる。センサ部５１の垂直抗力の測定により、接地部材１０３がフロアＦに適切に接地しているかどうかやボールジョイント１０１や脚部ＲＬに過剰な負荷が掛けられていないかどうかを調べることができる。
【0078】
＜連結部材１０２＞
以下に、ボールジョイント１０１の各構成について詳しく説明する。連結部材１０２は、図１７及び図１８に示すように、連結側円板部２１と、ボールスタッド２２と、連結側円板部２１の中央部を取り巻く形に螺旋状に設けられる連結側係止孔２５と、を有する。連結側係止孔２５には、圧縮コイルばね１０４の一端が差し込まれる。連結側係止孔２５は奥部の孔径が狭められた構成とされて、差し込まれた圧縮コイルばね１０４の一端を圧入嵌合させて抜け止めするように係止する。
以下に、ボールジョイント１０１の各構成について詳しく説明する。連結部材１０２は、図１７及び図１８に示すように、連結側円板部２１と、ボールスタッド２２と、連結側円板部２１の中央部を取り巻く形に螺旋状に設けられる連結側係止孔２５と、を有する。連結側係止孔２５には、圧縮コイルばね１０４の一端が差し込まれる。連結側係止孔２５は奥部の孔径が狭められた構成とされて、差し込まれた圧縮コイルばね１０４の一端を圧入嵌合させて抜け止めするように係止する。
【0079】
＜接地部材１０３＞
接地部材１０３は、図１７及び図１８に示すように、ボールリテーナ３２を備える接地側円板部３１と、接地側円板部３１との間で圧力センサ５を挟み込むように収容可能なケース３４と、を有する。また接地部材１０３は、ボールリテーナ３２の底部に設けられるピン貫通孔３２Ａを有する。接地側円板部３１は、その中央部を取り巻く形に螺旋状に設けられる接地側係止孔３１Ｂを有する。接地側係止孔３１Ｂには圧縮コイルばね１０４の他端が差し込まれる。接地側係止孔３１Ｂは奥部の孔径が狭められた構成とされて、差し込まれた圧縮コイルばね１０４の他端を圧入嵌合させて抜け止めするように係止する。また接地側円板部３１は、接地側円板部３１とケース３４とを一体的に組み付けるネジ等の締結部材を通す３つのネジ貫通孔３１Ｃを有する。各ネジ貫通孔３１Ｃは、ボールリテーナ３２の周囲に周方向に均等に並ぶように配置される。また接地側円板部３１は、図１６に示すように、圧力センサ５の端子部５３を側面から外部に露出させる切欠３１Ｄを有する。
接地部材１０３は、図１７及び図１８に示すように、ボールリテーナ３２を備える接地側円板部３１と、接地側円板部３１との間で圧力センサ５を挟み込むように収容可能なケース３４と、を有する。また接地部材１０３は、ボールリテーナ３２の底部に設けられるピン貫通孔３２Ａを有する。接地側円板部３１は、その中央部を取り巻く形に螺旋状に設けられる接地側係止孔３１Ｂを有する。接地側係止孔３１Ｂには圧縮コイルばね１０４の他端が差し込まれる。接地側係止孔３１Ｂは奥部の孔径が狭められた構成とされて、差し込まれた圧縮コイルばね１０４の他端を圧入嵌合させて抜け止めするように係止する。また接地側円板部３１は、接地側円板部３１とケース３４とを一体的に組み付けるネジ等の締結部材を通す３つのネジ貫通孔３１Ｃを有する。各ネジ貫通孔３１Ｃは、ボールリテーナ３２の周囲に周方向に均等に並ぶように配置される。また接地側円板部３１は、図１６に示すように、圧力センサ５の端子部５３を側面から外部に露出させる切欠３１Ｄを有する。
【0080】
図１７及び図１８に示すように、ケース３４は、接地側円板部３１を径方向の外側から収容可能なように接地側円板部３１よりも一回り大きい有底円筒状とされる。ケース３４は、周方向に等間隔に配置される３つのネジ孔３４Ａを有する。各ネジ孔３４Ａは、接地側円板部３１の上面側から各ネジ貫通孔３１Ｃを通るネジを係止可能な構成とされる。またケース３４は、その立壁状の周囲側面の一部から内部に収容した圧力センサ５の端子部５３を外部に向かって露出させる切欠３４Ｂを有する。また図１７に示すように、ケース３４の底面の外周縁には接地側面取り部３１Ａが形成されている。
【0081】
＜圧力センサ５＞
図１８に示すように、圧力センサ５の基板部５２は略円板形状とされる。基板部５２は周方向に等間隔に配置される３つの貫通孔５２Ａを有する。各貫通孔５２Ａは上記ネジを通す孔として構成される。センサ部５１は基板部５２の上面中央部に配置される。端子部５３は基板部５２の上面の周縁近傍に配置される。図１６に示すように、端子部５３は、接地側円板部３１とケース３４との組み付けで周方向の位置が重なるように配置された各切欠３１Ｄ、３４Ｂから外部に露出するように構成される。端子部５３には、脚部ＲＬの内部を通ってロボットＲの本体部に組み込まれた不図示の制御部と電気的に繋がる不図示の配線が接続される。センサ部５１の検知信号は上記配線を通ってロボットＲの制御部に送られる。
図１８に示すように、圧力センサ５の基板部５２は略円板形状とされる。基板部５２は周方向に等間隔に配置される３つの貫通孔５２Ａを有する。各貫通孔５２Ａは上記ネジを通す孔として構成される。センサ部５１は基板部５２の上面中央部に配置される。端子部５３は基板部５２の上面の周縁近傍に配置される。図１６に示すように、端子部５３は、接地側円板部３１とケース３４との組み付けで周方向の位置が重なるように配置された各切欠３１Ｄ、３４Ｂから外部に露出するように構成される。端子部５３には、脚部ＲＬの内部を通ってロボットＲの本体部に組み込まれた不図示の制御部と電気的に繋がる不図示の配線が接続される。センサ部５１の検知信号は上記配線を通ってロボットＲの制御部に送られる。
【0082】
＜ボールジョイント１０１の動作＞
ボールジョイント１０１は、例えば図１０－１５のように脚部ＲＬがフロアＦに対して斜めに動かされる場合であっても、第１の実施形態と同様に脚部ＲＬを斜めの角度で適切に着地させたり離地させたりできる。詳しくは、初期状態として脚部ＲＬはフロアＦから離地しており、ボールジョイント１０１はフロアＦから浮いた位置でフロアＦに対して斜めの角度を向いている。まず脚部ＲＬがロボットＲの進行方向に対し斜めに投げ出される形に動かされることで、ケース３４の接地側面取り部３１ＡがフロアＦに当接される。そこから更に脚部ＲＬが斜めの角度で動かされることで、ケース３４の底面がフロアＦに面当接するように接地部材１０３がフロアＦに向かって倒伏される。
ボールジョイント１０１は、例えば図１０－１５のように脚部ＲＬがフロアＦに対して斜めに動かされる場合であっても、第１の実施形態と同様に脚部ＲＬを斜めの角度で適切に着地させたり離地させたりできる。詳しくは、初期状態として脚部ＲＬはフロアＦから離地しており、ボールジョイント１０１はフロアＦから浮いた位置でフロアＦに対して斜めの角度を向いている。まず脚部ＲＬがロボットＲの進行方向に対し斜めに投げ出される形に動かされることで、ケース３４の接地側面取り部３１ＡがフロアＦに当接される。そこから更に脚部ＲＬが斜めの角度で動かされることで、ケース３４の底面がフロアＦに面当接するように接地部材１０３がフロアＦに向かって倒伏される。
【0083】
接地部材１０３の底面がフロアＦに接地したのち、更に脚部ＲＬが斜めの角度で動かされることで、ボール部２２Ａが圧縮コイルばね１０４の弾性力に反してボールリテーナ３２に当接するように押し付けられる。このボール部２２Ａのボールリテーナ３２への押し付けにより、センサ部５１の突出部５１Ａがボール部２２Ａに接触してボールリテーナ３２の内部に向かって押し込まれる。突出部５１Ａの押し込みにより、圧力センサ５はフロアＦから接地部材１０３にかかる垂直抗力を測定する。圧力センサ５の垂直抗力の検知により、ロボットＲの制御部は、接地部材１０３がフロアＦに接地したと判定する。
【0084】
そしてボール部２２Ａがボールリテーナ３２に対して完全に嵌合するように押し付けられることで、突出部５１Ａがボールリテーナ３２の内部に完全に押し込まれる。このように、突出部５１Ａが完全に押し込まれた際の垂直抗力を圧力センサ５が測定することで、ロボットＲの制御部が、接地部材１０３に対して過剰な負荷が掛けられていないかを判定することができる。
【0085】
次に、接地部材１０３がフロアＦに接地された状態で、脚部ＲＬが進行方向に前傾する形となるように動かされる。これにより、連結部材１０２が、ボール部２２Ａを支持するボールリテーナ３２を支点として接地部材１０３に対して進行方向に揺動される。ボール部２２Ａは、連結部材１０２が揺動している間ボールリテーナ３２に当接された状態に保持される。これにより、センサ部５１の突出部５１Ａはボールリテーナ３２の内部に押し込まれた状態に保持される。
【0086】
そして、脚部ＲＬが進行方向に対し斜めに引き上げられると、接地部材１０３のフロアＦからの離地に伴い、連結部材１０２と接地部材１０３とが圧縮コイルばね１０４の弾性力によって所定位置に戻される。すなわち、傾動により連結側円板部２１と接地側円板部３１との間の開かれた部位間での圧縮コイルばね１０４は、その開かれた部位を狭める引っ張り力を作用させる。また、傾動により連結側円板部２１と接地側円板部３１との間の狭められた部位間での圧縮コイルばね１０４は、その狭められた部位を広げる反発力を作用させる。
【0087】
上記圧縮コイルばね１０４の弾性力により、接地部材１０３は脚部ＲＬの引き上げに伴ってフロアＦから斜めに起こし上げられる。そこから更に脚部ＲＬが引き上げられると、接地部材１０３はフロアＦから離地し、連結側円板部２１と接地側円板部３１とは互いに平行に対向する所定位置に戻される。また、ボール部２２Ａはボールリテーナ３２に対して接触しない程度に浮いた状態に戻される。ボール部２２Ａがボールリテーナ３２から離されることで、突出部５１Ａのボールリテーナ３２内部への押し込みが解除される。これにより、突出部５１Ａはボールリテーナ３２の受け面から突き出た状態に戻されて、圧力センサ５は垂直抗力を検知しなくなる。このため、ロボットＲの制御部が接地部材１０３のフロアＦからの離地を判定する。
【0088】
以上をまとめると、第２の実施形態に係るボールジョイント１０１は、次のような構成とされる。なお、以下において、括弧書きで示す符号は、上記実施形態で示した各構成に対応する符号である。
【0089】
すなわち、接地部材（１０３）には、接地部材（１０３）の接地面（Ｆ）への接地を検知するセンサ（５）を更に有する。このような構成となっていることにより、センサ（５）の検知信号を用いて接地部材（１０３）の接地の判定が可能になる。
【0090】
また、センサ（５）は、接地部材（１０３）の接地により接地面（Ｆ）から接地部材（１０３）に掛けられる垂直抗力を検知する圧力センサ（５）とされる。このような構成となっていることにより、接地面（Ｆ）への接地により接地部材（１０３）に過剰な負荷が掛けられているか否かの判定が可能になる。
【0091】
また、ボール部（２２Ａ）が、所定位置において弾性体（１０４）を介してボールリテーナ（３２）に対して非当接状態で保持されるように組み付けられて、接地部材（１０３）の接地時にボールリテーナ（３２）に当接するように押し付けられる。このような構成となっていることにより、接地部材（１０３）が接地面（Ｆ）に当てられた際のボールリテーナ（３２）のボール部（２２Ａ）に対する可動範囲をより広げやすくなる。
【0092】
また、圧力センサ（５）は、ボールリテーナ（３２）の受け面の裏側に設けられるセンサ本体（５１Ｂ）と、センサ本体（５１Ｂ）から突き出る突出部（５１Ａ）であってボールリテーナ（３２）のピン貫通孔（３２Ａ）を通って受け面から突出する突出部（５１Ａ）と、を有する。ボールリテーナ（３２）に押し付けられたボール部（２２Ａ）により突出部（５１Ａ）が押し込まれることで、圧力センサ（５）が、突出部（５１Ａ）の押し込み量によって接地面（Ｆ）から接地部材（１０３）にかかる垂直抗力の大きさを測定する。
【0093】
このような構成となっていることにより、非当接状態のボール部（２２Ａ）が接地部材（１０３）の接地に伴いボールリテーナ（３２）に当接するように押し付けられることで、突出部（５１Ａ）がボール部（２２Ａ）によって押し込まれる。これにより、接地部材（１０３）が接地面（Ｆ）を押す力を圧力センサ（５）が検知することで、その反力である接地面（Ｆ）から接地部材（１０３）に掛けられる垂直抗力を合理的に検知することができる。
【0094】
また、弾性体（１０４）は、ボール部（２２Ａ）の回転中心を取り巻くように螺旋状に延びて、各側の端部が連結部材（１０２）と接地部材（１０３）とに剛接合される一本の圧縮コイルばね（１０４）とされる。このような構成となっていることにより、一本の圧縮コイルばね（１０４）により、連結部材（１０２）と接地部材（１０３）とを所定位置に弾性的に保持させることができる。また、ボール部（２２Ａ）をボールリテーナ（３２）に対して非当接状態で組み付けるように保持させることができる。
【0095】
また、ボール部（２２Ａ）が、非当接状態において、ボールリテーナ（３２）の凹部領域に入り込むように保持される。このような構成となっていることにより、接地部材（１０３）の接地時にボール部（２２Ａ）がボールリテーナ（３２）に対して適切に嵌合するように外れにくくすることができる。
【0096】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明を２つの実施形態を用いて説明したが、本発明は上記実施形態の他に各種の形態で実施することができるものである。
以上、本発明を２つの実施形態を用いて説明したが、本発明は上記実施形態の他に各種の形態で実施することができるものである。
【0097】
１．ボールジョイントは、球状のボール部を備える第１部材が接地面に接地される接地部材とされ、ボールリテーナを備える第２部材が接地面上を移動する脚部の先に連結される連結部材とされる構成であっても良い。上記実施形態では、接地面上を移動するように動かされる脚部として、ロボットの脚部を例示したが、脚部は、人が地面を歩行する際の助けとして使われる杖であっても良い。また、脚部は、フロア以外の接地面に当てられる各種アームであっても良い。接地面は、立壁面や天井面など、フロア以外の面であっても良い。その他、ボールジョイントは、その取り付ける対象や取り付ける位置は特に限定されず、二つの部材を互いに揺動可能に連結する関節部として設けられるものであれば、どのような構成に設けられるものであっても良い。
【0098】
２．脚部は、接地面に対して斜めの姿勢で動かされるものであっても良いし、接地面に対して垂直な姿勢で動かされるものであっても良い。また、脚部は、接地面に対して斜めの姿勢のまま接地面に対して垂直に着地されたり離地されたりするものであっても良い。接地面は、凹凸を有したり傾斜したり湾曲したりするものであっても良い。上記のような場合でも、ボールジョイントは、第１部材を第２部材に対して傾動させることで、脚部を接地面に対して適切に着地させたり離地させたりすることができる。
【0099】
３．第１部材は、そのボール部の支えにスタッド部を有しない構成であっても良い。ボールスタッドは、くびれ部を有しない構成であっても良い。ボール部は、第２部材よりも第１部材に近い位置に配置されるものであってもよい。スタッド部は、軸径が一様な寸胴形状から成るものであっても良いし、段差状の形から成るものであっても良い。第１部材は、平板形状でなく曲げ板形状であっても良い。また、第１部材は、円板形状でなく角板形状であっても良い。連結部材は、対向側面取り部を有しない構成であっても良い。
【0100】
４．第２部材のボールリテーナは、凹湾曲面形状の受け面を有しなくても良く、ボール部に対して点や線で当接して球面に対して摺動するものであっても良い。ボールリテーナは、接地面から遠い位置に受け面を有しても良い。接地面に接地される接地部材は、接地面に押し当てられることで接地面に吸着する吸盤を備える構成であっても良い。接地部材は、平板形状でなく湾曲した形状であっても良い。また、接地部材は、円板形状でなく矩形状であっても良い。接地部材は、接地側面取り部を有しない構成であっても良い。
【0101】
５．弾性体は、第１部材を第２部材に対して傾動させた状態で弾性的に保持するものであっても良い。弾性体は、圧縮ばねやトーションばね等の引張ばね以外のばねであっても良い。また、ゴム等のばね以外の弾性体であっても良い。弾性体の第１部材及び第２部材に対する連結は、単にばねの端部を引っ掛けるようないわゆるピン接合の連結であっても良いが、ばねやゴムの端部を一体的に結合するようないわゆる剛接合の連結であっても良い。弾性体は、３本の他、２本や４本以上の数で複数設けられても良いし、１本だけ設けられても良い。
【0102】
６．センサは、力の大きさを検知する圧力センサの他、オンオフで接地の判定のみを行う接触式のセンサであっても良い。センサは、接地部材の底面に設けられて接地面に接触したり突出部が押し込まれたりする構成であっても良い。ボールリテーナの受け面の裏側に設けられる圧力センサは、突出部がボール部に向かって受け面側に延び出る構成であれば、上記受け面に沿ったボールリテーナの底部以外の箇所に設けられても良い。
【符号の説明】
【0103】
１ ボールジョイント
２ 連結部材（第１部材）
２１ 連結側円板部
２１Ａ 張出部
２１Ｂ 対向側面取り部
２２ ボールスタッド
２２Ａ ボール部
２２Ｂ スタッド部
２２Ｃ くびれ部
２３ 締結ねじ
２４ 連結側係止部
３ 接地部材（第２部材）
３１ 接地側円板部
３１Ａ 接地側面取り部
３２ ボールリテーナ
３３ 接地側係止部
４ 引張ばね（弾性体）
Ｒ ロボット
ＲＬ 脚部
Ｃ 回転中心
Ｆ フロア（接地面）
１０１ ボールジョイント
１０２ 連結部材
２５ 連結側係止孔
１０３ 接地部材
３１Ｂ 接地側係止孔
３１Ｃ ネジ貫通孔
３１Ｄ 切欠
３２Ａ ピン貫通孔
３４ ケース
３４Ａ ネジ孔
３４Ｂ 切欠
５ 圧力センサ（センサ）
５１ センサ部
５１Ａ 突出部
５１Ｂ センサ本体
５２ 基板部
５２Ａ 貫通孔
５３ 端子部
１０４ 圧縮コイルばね（弾性体）
２ 連結部材（第１部材）
２１ 連結側円板部
２１Ａ 張出部
２１Ｂ 対向側面取り部
２２ ボールスタッド
２２Ａ ボール部
２２Ｂ スタッド部
２２Ｃ くびれ部
２３ 締結ねじ
２４ 連結側係止部
３ 接地部材（第２部材）
３１ 接地側円板部
３１Ａ 接地側面取り部
３２ ボールリテーナ
３３ 接地側係止部
４ 引張ばね（弾性体）
Ｒ ロボット
ＲＬ 脚部
Ｃ 回転中心
Ｆ フロア（接地面）
１０１ ボールジョイント
１０２ 連結部材
２５ 連結側係止孔
１０３ 接地部材
３１Ｂ 接地側係止孔
３１Ｃ ネジ貫通孔
３１Ｄ 切欠
３２Ａ ピン貫通孔
３４ ケース
３４Ａ ネジ孔
３４Ｂ 切欠
５ 圧力センサ（センサ）
５１ センサ部
５１Ａ 突出部
５１Ｂ センサ本体
５２ 基板部
５２Ａ 貫通孔
５３ 端子部
１０４ 圧縮コイルばね（弾性体）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】